Biología

1.1.1 Descubrimiento de las células

El descubrimiento de la célula es un proceso histórico que fue de la mano con el perfeccionamiento del microscopio.

1. Personajes Clave y sus Aportaciones
   • Robert Hooke (1665): Es quien acuñó el término "célula". Al observar láminas de corcho en un microscopio rudimentario, vio pequeñas cavidades parecidas a un panal de abejas y las llamó cellulae (celdillas). Realmente solo vio paredes celulares muertas.
   • Anton van Leeuwenhoek (1670s): El primero en observar células vivas. Utilizó microscopios de fabricación propia con lentes muy potentes para su época. Observó bacterias, protozoarios (a los que llamó "animálculos"), espermatozoides y glóbulos rojos.
   • Robert Brown (1831): Identificó una estructura central en las células vegetales y la llamó núcleo.
   • Johannes Purkinje (1839): Introdujo el término protoplasma para referirse al contenido vivo de la célula.
2. El paso a la Teoría Celular. A finales de la década de 1830, dos científicos alemanes integraron estos descubrimientos para postular que la célula es la unidad básica de la vida:
   • Matthias Schleiden: Concluyó que todas las plantas están formadas por células.
   • Theodor Schwann: Concluyó que todos los animales están formados por células.

Datos para no fallar en el examen:

1. Hooke = Nombre "célula" (corcho).
2. Leeuwenhoek = Microorganismos vivos.
3. Schleiden y Schwann = Fundadores de la Teoría Celular.

1.1.2 Formulación y postulados de la Teoría Celular

La Teoría Celular es uno de los pilares de la Biología moderna. Debes conocer tanto a los científicos que la formularon como los tres (o cuatro) postulados fundamentales.

1. Los autores principales. A mediados del siglo XIX, tres científicos alemanes integraron sus observaciones para dar forma a la teoría:
   • Mathias Schleiden: Concluyó que todas las plantas están formadas por células.
   • Theodor Schwann: Concluyó que todos los animales están formados por células.
   • Rudolf Virchow: Postuló que todas las células provienen de otras células preexistentes.
2. Los Postulados de la Teoría Celular. Estos puntos resumen qué es la célula para la ciencia:
   1. Anatómico (Unidad de estructura): Todos los seres vivos están formados por una o más células.
   2. Fisiológico (Unidad de función): En las células ocurren todas las reacciones metabólicas (respiración, síntesis de proteínas, etc.).
   3. Origen (Unidad de origen): Las células nuevas se forman solo por la divisón de células anteriores.
   4. Genético (Unidad de herencia): Las células contienen el material hereditario (ADN) que se transmite a las descendientes.

Ejemplo de pregunta.
¿Cuál de los siguientes enunciados corresponde al postulado fisiológico de la teoría celular?

1. La célula es la unidad de origen de todos los seres vivos.
2. En la célula se llevan a cabo las funciones metabólicas que mantienen la vida.
3. Los animales y las plantas están formados por estructuras llamadas células.
4. El ADN se localiza dentro del núcleo celular de los procariontes.

Respuesta correcta: B. El término "fisiológico" siempre se refiere al funcionamiento o procesos vitales (metabolismo).

Dato clave para recordar

• Schleiden $\rightarrow$ Vegetales.
• Schwann $\rightarrow$ Animales.
• Virchow $\rightarrow$ Reproducción ("Omnis cellula e cellula").

1.2.1 Moléculas orgánicas presentes en las células y su función

Debes dominar las cuatro biomoléculas principales. Estas moléculas orgánicas están basadas en el carbono y son esenciales para la vida:

1. Carbohidratos (Glúcidos o Azúcares). Están formados por C, H y O.
   • Función: Fuente primaria de energía inmediata y formación de estructuras.
   • Ejemplos:
     • Monosacáridos: Glucosa (energía), fructosa.
     • Disacáridos: Sacarosa, lactosa.
     • Polisacáridos: Almidón (reserva en plantas), glucógeno (reserva en animales), celulosa (pared celular vegetal).
2. Lípidos (Grasas). Compuestos por C, H, O y a veces P, N y S. Son insolubles en agua.
   • Función: Reserva de energía a largo plazo, aislantes térmicos y componentes estructurales de la membrana (fosfolípidos). También actúan como hormonas (esteroides).
   • Ejemplos: Triglicéridos, colesterol, ceras.
3. Proteínas. Cadenas de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos (C, H, O, N y a veces S).
   • Función: Son las más versátiles. Tienen funciones estructurales (queratina), enzimáticas (aceleran reacciones), de transporte (hemoglobina) y de defensa (anticuerpos).
   • Dato clave: La función de una proteína depende de su forma tridimensional.
4. Ácidos Nucleicos. Formados por nucleótidos (azúcar, grupo fosfato y base nitrogenada).
   • Función: Almacenamiento y transmisión de la información genética.
   • Tipos:
     • ADN: Contiene el código genético.
     • ARN: Participa en la síntesis de proteínas.

1.2.2 Estructura y función de los organelos celulares

Es importante asociar cada organelo con su función.

1. Organelos de Control y Soporte
   • Núcleo: El "cerebro" celular. Contiene el ADN (material genético) y dirige la división celular.
   • Nucleolo: Se encuentra dentro del núcleo y su función es sintetizar ribosomas.
   • Citoesqueleto: Red de proteínas (microtúbulos y microfilamentos) que da forma y sostén a la célula.
2. Sistema de Endomembranas (Manufactura)
   • Ribosomas: Su única función es la síntesis de proteínas.
   • Retículo Endoplásmico Rugoso (RER): Tiene ribosomas pegados; se encarga de transportar y terminar de sintetizar proteínas.
   • Retículo Endoplásmico Liso (REL): Sin ribosomas. Su función clave es la síntesis de lípidos y la destoxificación celular.
   • Aparato de Golgi: El "centro de empaque". Modifica, clasifica y empaca proteínas y lípidos para su secreción.
3. Energía y Limpieza
   • Mitocondria: El "motor". Aquí ocurre la respiración celular y la producción de ATP (energía).
   • Lisosomas: El "estómago". Contienen enzimas digestivas para la digestión celular y degradación de desechos.
   • Peroxisomas: Participan en la oxidación de ácidos grasos y degradan el peróxido de hidrógeno (sustancias tóxicas).
   • Vacuolas: Almacenan agua y nutrientes. Son muy grandes en plantas (ayudan a la turgencia) y pequeñas en animales.
4. Organelos Exclusivos
   • Célula Vegetal
     • Cloroplastos: Contienen clorofila y realizan la fotosíntesis.
     • Pared celular: Capa rígida de celulosa que protege a la célula (externa a la membrana).
   • Célula Animal:
     • Centriolos: Estructuras cilíndricas que intervienen en la división celular (forman el huso mitótico).
5. Consejo de examen. Si la pregunta menciona "producción de energía", busca mitocondria. Si menciona "síntesis de proteínas", busca ribosomas.

1.2.3 Diferencias entre células procarióticas y eucarióticas

Diferencias estructurales y el tipo de organismos que pertenecen a cada grupo.

• Núcleo:
  • Procariotas: No tienen núcleo definido; su material genético (ADN) está disperso en el citoplasma en una región llamada nucleoide.
  • Eucariotas: Tienen un núcleo verdadero delimitado por una membrana nuclear que protege el ADN.
• Organelos:
  • Procariotas: Carecen de organelos membranosos (no tienen mitocondrias, cloroplastos, aparato de Golgi ni retículo endoplásmico).
  • Eucariotas: Poseen organelos complejos y especializados rodeados por membranas.
• ADN:
  • Procariotas: Es una sola molécula circular (ADN circular).
  • Eucariotas: Es lineal y está asociado a proteínas llamadas histonas, formando cromosomas.
• Tamaño:
  • Procariotas: Son mucho más pequeñas (generalmente entre 1 y 10 micras).
  • Eucariotas: Son más grandes y complejas (entre 10 y 100 micras).
• Ribosomas: Ambas los tienen, pero los de las procariotas son más pequeños (70S) que los de las eucariotas (80S).
• Pared Celular:
  • Procariotas: Casi todas tienen y está compuesta de peptidoglicano.
  • Eucariotas: Solo presente en plantas (celulosa) y hongos (quitina). Las células animales carecen de ella.
• Ejemplos:
  • Procariotas: Bacterias y arqueas.
  • Eucariotas: Protozoarios, algas, hongos, plantas y animales.

2.1.2 Papel de las enzimas y del ATP en el metabolismo

Es vital entender que el metabolismo no ocurre al azar; está "orquestado" por las enzimas y "financiado" por el ATP.

• Las Enzimas (Los Catalizadores)
  • Naturaleza Química: Son proteínas (en su gran mayoría) que actúan como catalizadores biológicos.
  • Función Principal: Aceleran las reacciones químicas disminuyendo la energía de activación necesaria para que la reacción ocurra.
  • Especificidad: Actúan sobre una sustancia específica llamada sustrato. La unión ocurre en un sitio preciso de la enzima denominado sitio activo (modelo llave-cerradura).
  • Propiedades: No se consumen ni se alteran durante la reacción; son reutilizables. Su actividad puede verse afectada por el pH y la temperatura.
  • Nomenclatura: Generalmente terminan en el sufijo -asa (ej. hidrolasa, polimerasa, amilasa).
• El ATP (La Moneda Energética
  • Nombre: Adenosín Trifosfato.
  • Estructura: Formado por una base nitrogenada (adenina), un azúcar de cinco carbonos (ribosa) y tres grupos fosfato.
  • Función: Almacena y transporta energía química lista para ser usada por la célula.
  • Mecanismo de Energía: La energía se libera cuando se rompe el enlace del último grupo fosfato (mediante hidrólisis), convirtiéndose en ADP (Adenosín Difosfato) y un fosfato inorgánico (Pi).
  • Relación con el Metabolismo:
    • En el Catabolismo se libera energía para sintetizar ATP.
    • En el Anabolismo se hidroliza (gasta) ATP para construir moléculas complejas.

2.2.3 Importancia

Desde una perspectiva ecológica y evolutiva:

1. Transformación de Energía
   • Es el proceso que convierte la energía luminosa (fotones) en energía química estable (enlaces de glucosa).
   • Es la base de las cadenas alimenticias: los organismos fotosintéticos son los productores primarios que sustentan a todos los heterótrofos (herbívoros, carnívoros, etc.).
2. Composición de la Atmósfera
   • Liberación de Oxígeno ($O_2$): Como subproducto de la fase luminosa (fotólisis del agua), las plantas liberan el oxígeno que la mayoría de los seres vivos necesitamos para la respiración celular aerobia.
   • Formación de la Capa de Ozono ($O_3$): El oxígeno acumulado en la atmósfera permitió la formación de la capa de ozono, la cual protege la vida de la radiación ultravioleta.
3. Equilibrio del Efecto Invernadero
   • Fijación de Carbono ($CO_2$): Las plantas actúan como "sumideros" de dióxido de carbono. Al fijar el $CO_2$ en moléculas orgánicas durante el Ciclo de Calvin, ayudan a mitigar el calentamiento global y a regular la temperatura del planeta.
4. Importancia Evolutiva
   • El surgimiento de organismos fotosintéticos (cianobacterias) cambió la atmósfera de reductora (sin oxígeno) a oxidante. Esto permitió el desarrollo de formas de vida más complejas y eficientes energéticamente.

Consejo de examen: Al preguntar por la función más importante a nivel ecosistémico, la respuesta suele ser: "La producción de materia orgánica y la liberación de oxígeno".

2.3.1 Aspectos generales de la glucólisis

La glucólisis (o lisis de la glucosa) es el primer paso tanto de la respiración aerobia como de la anaerobia. Es una vía metabólica citoplásmica que no requiere oxígeno.

1. Ubicación y condiciones
   • Lugar: Ocurre exclusivamente en el citoplasma (o citosol) de la célula.
   • Oxígeno: Es un proceso anaerobio (no lo necesita).
2. Insumos y Productos (Balance energético). La glucólisis parte de una molécula de glucosa (6 carbonos) y, tras una serie de 10 reacciones químicas, produce:
   • 2 moléculas de Piruvato (3 carbonos cada una).
   • 2 ATP (ganancia neta, ya que se producen 4 pero se gastan 2 al inicio).
   • 2 NADH (poder reductor).
3. Fases principales
   • Fase de inversión de energía: La célula "gasta" 2 ATP para activar la glucosa y volverla reactiva.
   • Fase de cosecha de energía: La molécula se rompe y se generan los 4 ATP y los 2 NADH, resultando en los dos piruvatos finales.
4. Importancia en la Respiración Anaerobia. En ausencia de oxígeno, el piruvato resultante de la glucólisis no entra a la mitocondria, sino que se desvía hacia la fermentación (láctica o alcohólica) para regenerar el NAD+ y permitir que la glucólisis siga funcionando y produciendo energía rápidamente.

Consejo de examen: Si te preguntan por el producto final de la glucólisis, la respuesta siempre es Piruvato (o ácido pirúvico).

2.3.3 Balance energético

En la respiración anaerobia (que incluye la glucólisis seguida de la fermentación), el balance energético es significativamente menor que en la respiración aerobia.

1. Rendimiento Neto de ATP. Por cada molécula de glucosa ($C_6 H_{12} O_6$) que entra al proceso, se obtiene una ganancia neta de 2 ATP.
   • ¿De dónde salen? Se producen exclusivamente durante la glucólisis.
   • Comparación: Mientras que la respiración aerobia produce entre 36 y 38 ATP, la anaerobia solo genera 2. Es decir, es casi 18 veces menos eficiente.
2. El papel de NADH (Reoxidación). Aunque en la glucólisis se producen 2 NADH, en el balance energético final de la respiración anaerobia estos no se contabilizan como energía aprovechable (no van a la cadena de transporte de electrones).
   • En la fermentación (láctica o alcohólica), el NADH cede sus electrones al piruvato o a sus derivados para regenerar NAD+.
   • Esta regeneración es vital para que la glucólisis no se detenga y la célula pueda seguir produciendo esos 2 ATP básicos.
3. Productos Finales según el tipo. Dependiendo del organismo o tejido, el balance incluye distintos subproductos:
   • Fermentación Láctica (músculos, bacterias lácticas):$$\text{Glucosa}\rightarrow\text{2 Ácido láctico}\rightarrow +\text{2 ATP}$$
   • Fermentación Alcohólica (levaduras):$$\text{Glucosa}\rightarrow \text{2 Etanol} + 2\,CO_2 + \text{2 ATP}$$

Resumen para el examen:

1. Ganancia neta: 2 ATP por glucosa.
2. Eficiencia: Muy baja (aprox. 2% de la energía total de la glucosa).
3. Ubicación: Todo el proceso ocurre en el citoplasma (o citosol).
4. Aceptor final de electrones: Un compuesto orgánico (piruvato o acetaldehído), nunca el oxígeno.

2.4.1 Aspectos generales del Ciclo de Krebs

Para el Ciclo de Krebs (también llamado Ciclo de Ácido Cítrico o de los Ácidos Tricarboxílicos), es relevante enfocarse en su ubicación y en lo que entra y sale del proceso.

• Ubicación: Ocurre en la matriz mitocondrial.
• Condición: Es un proceso aerobio (aunque no usa $O_2$ directamente, requiere de la cadena de transporte de electrones que sí lo usa).
• Paso Previo: Antes de entrar al ciclo, el Piruvato (de la glucólisis) se oxida para convertirse en Acetil-CoA, liberando el primer $CO_2$.
  • El piruvato ($C_3 H_4 O_3$), producto final de la glucólisis en el citoplasma, es clave para el ciclo de Krebs. En condiciones aeróbicas, entra a la matriz mitocondrial y se oxida a Acetil-CoA, liberando $CO_2$ y generando $NADH$ (Nicotinamida adenina dinucleótido), para luego iniciar el ciclo y liberar energía. Pasos Clave del Piruvato hacia el Ciclo de Krebs:
    • Entrada y Oxidación (Etapa Preparatoria): El piruvato cruza la membrana mitocondrial y se convierte en Acetil-CoA (dos carbonos) mediante el complejo piruvato deshidrogenasa, liberando una molécula de $CO_2$ y produciendo un $NADH$.
    • Inicio del Ciclo: El Acetil-CoA se combina con oxalacetato (cuatro carbonos) para formar citrato (seis carbonos), dando inicio al ciclo de Krebs.
    • Producción por Glucosa: Como la glucólisis produce dos moléculas de piruvato, por cada molécula de glucosa inicial se generan dos de Acetil-CoA, completando dos vueltas del ciclo.
    • Destino final: En el ciclo de Krebs, los carbonos derivados del piruvato se oxidan totalmente a $CO_2$, generando poder reductor ($NADH$, $FADH_2$) y energía ($GTP$|$ATP$).
    Este proceso es fundamental para la respiración celular conectando la degradación de la glucosa con la producción de energía.
• Función Principal: Es una ruta metabólica para oxidar el Acetil-CoA y obtener energía química en forma de ATP y transportadores de electrones.
• Productos por cada vuelta (1 Acetil-CoA):
  • 2 moléculas de $CO_2$ (desecho biológico que exhalamos).
  • 3 $NADH$ y 1 $FADH_2$ (poder reductor que irá a la cadena de transporte de electrones).
  • 1 $ATP$ (o GTP, dependiendo del organismo).
    • Las células de mamíferos, especialmente los hepatocitos (células del hígado), producen GTP mediante la enzima succinil-CoA sintetasa durante el ciclo de Krebs.
    • A diferencia de las bacterias o plantas, que a menudo producen ATP (adenosina trifosfato) directamente, el GTP (guanosina trifosfato) producido en los animales puede convertirse fácilmente en ATP mediante la enzima nucleósido difosfato quinasa para su uso general en la célula.
    • La producción de GTP en el ciclo de Krebs se asocia con tejidos de alta actividad biosintética, siendo los animales el ejemplo principal.
• Importancia: Es el "centro metabólico" de la célula, ya que aquí convergen el metabolismo de carbohidratos, lípidos y proteínas.

Dato clave: Por cada molécula de glucosa se dan dos vueltas al ciclo (porque una glucosa produce dos piruvatos).

2.4.3 Balance energético

El balance energético de la respiración aerobia es el conteo total de moléculas de ATP que una célula obtiene al "quemar" completamente una molécula de glucosa ($C_6 H_{12} O_6$) en presencia de oxígeno.

Balance energético (Glucosa completa). El proceso ocurre en tres etapas principales y produce un rendimiento neto que varía según el tipo de célula (lanzaderas), pero el estándar para el examen es de 36 a 38 ATP.

Desglose por etapas:

1. Glucólisis (en el citoplasma):
   1. Producción directa: 2 ATP.
   2. Producción indirecta: 2 NADH (que darán lugar a ATP más adelante).
2. Ciclo de Krebs (en la matriz mitocondrial):
   1. Producción directa: 2 ATP (en realidad 2 GTP).
   2. Producción indirecta: 6 NADH y 2 $FADH_2$.
3. Cadena de transporte de electrones / Fosforilación oxidativa (en las crestas mitocondriales):
   1. Aquí es donde se "cobra" la energía de los transportadores:
      1. Cada NADH produce aprox. 3 ATP.
      2. Cada $FADH_2$ produce aprox. 2 ATP.

Resumen del rendimiento total:

• Glucólisis: 2 ATP
• Ciclo de Krebs: 2 ATP
• Cadena de electrones: 32 a 34 ATP
• Total: 36 a 38 ATP por cada molécula de glucosa.

Importancia: La respiración aerobia es mucho más eficiente que la anaerobia (fermentación), la cual solo produce un neto de 2 ATP.

3.1.1 Fases del ciclo celular

Este tema es la base para entender cómo las células crecen y se dividen. Para el examen, lo más importante es distinguir qué sucede en cada subfase de la Interfase.

El ciclo se divide en dos etapas principales: Interfase (preparación) y Fase M (división).

1. Interfase (La etapa más larga). La célula realiza sus funciones normales y se prepara para dividirse. Se divide en tres fases:
   • Fase G1 (Gap 1): La célula crece físicamente, duplica sus organelos y sintetiza proteínas. Es la fase de mayor actividad metabólica.
   • Fase S (Síntesis): Es el evento clave. Se ocurre en la duplicación o síntesis del ADN. Al final, la célula tiene dos copias de su material genético.
   • Fase G2 (Gap 2): Segundo periodo de crecimiento. La célula verifica que el ADN se haya replicado correctamente y sintetiza las estructuras necesarias para la división (como los microtúbulos).
2. Fase M (División). Es el proceso de reparto del material genético y citoplasmático.
   • Mitosis: División del núcleo (Profase, Metafase, Anafase, Telofase).
   • Citocinesis: División del citoplasma, dando lugar a las dos células hijas.
3. Fase G0 (Estado de reposo)
   • Algunas células especializadas (como las neuronas) salen del ciclo y entran en un estado donde no se dividen.
   • La fase G0 (o fase de reposo/quiescencia) es un estado fuera del ciclo celular donde las células dejan de dividirse para especializarse funcionalmente. Además de las neuronas maduras, otras células que comúnmente entran en G0 son las células del músculo cardíaco (cardiomiocitos), células del músculo esquelético, y ciertas células del hígado (hepatocitos).

Consejo de examen: Una pregunta muy frecuente es: "¿En qué fase del ciclo celular se duplica el ADN?". La respuesta siempre es Fase S.

3.1.2 Estructura y funciones del ADN

El estudio del ADN (Ácido Desoxirribonucleico) se enfoca en su papel como el "manual de instrucciones" de los seres vivos. Para el tema de Ciclo Celular, es vital entender cómo esta molécula se organiza y se copia.

1. Estructura: El modelo de la "Doble Hélice". Propuesta por Watson y Crick, la estructura del ADN es un polímero de nucleótidos. Cada nucleótido tiene tres componentes:
   1. Grupo Fosfato: Proporciona el enlace estructural.
   2. Azúcar (Desoxirribosa): De ahí proviene su nombre.
   3. Base Nitrogenada: Es el código de la información.
   Las Reglas de Apareamiento. Las bases se unen siempre de la misma forma mediante puentes de hidrógeno:
   • Adenina (A) se une con Timina (T) (2 puentes).
   • Citosina (C) se une con Guanina (G) (3 puentes).
   • Consejo de examen: A y G son Purinas (2 anillos); T y C son Pirimidinas (1 anillo).
2. Funciones Principales
   • Almacenamiento de información: Contiene los genes que determinan las características del organismo.
   • Replicación: Capacidad de sacar una copia exacta de sí mismo (ocurre en la Fase S de la interfase), permitiendo que las células hijas tengan la misma información.
   • Codificación de proteínas: Sirve como molde para el ARN (transcripción) y la posterior síntesis de proteínas (traducción).
3. Organización en el Ciclo Celular. Para que el ADN quepa en el núcleo y se pueda dividir correctamente, utiliza proteínas llamadas histonas:
   • Cromatina: Es el ADN "desenrollado" (como espagueti) presente durante la mayor parte del ciclo.
   • Cromosomas: Es el ADN compactado al máximo, visible solo durante la Mitosis o Meiosis.

Dato clave: Si en un problema te dicen que una cadena de ADN tiene 30% de Adenina, por regla de Chargaff automáticamente sabes que tiene 30% de Timina, y el 40% restante se divide a la mitad entre Citosina (20%) y Guanina (20%).

3.1.3 Estructura y funciones del ARN

ARN (Ácido Ribonucleico): Biopolímero, polímero natural producido por seres vivos; se encuentra en todas las células y es fundamental para la síntesis de proteínas y la transmisión de información genética. ARN, formado por nucleótidos (azúcar ribosa + grupo fosfato + base nitrogenada: adenina, uracilo, citosina, guanina) unidos en una cadena simple. ARN, es inherentemente biodegradable y biocompatible; se descompone rápidamente mediante procesos biológicos naturales. ARN, transmite información genética, regula la expresión génica y actúa como enzimas (ribozimas). Es flexible y soluble en condiciones biológicas. El ARN está diseñado por la evolución para la información y la vida.

• Estructura Química:
  • Es un polímero de nucleótidos (cadena sencilla o monocatenaria, a diferencia del ADN que es doble).
  • Pentosa: Su azúcar es la Ribosa. La ribosa es un azúcar (monosacárido) de cinco carbonos ($C_5 H_{10} O_5$) esencial para la vida, componentes clave del ARN y del ATP (energía celular). Se utiliza como suplemento para mejorar la recuperación muscular y la función cardíaca al aumentar los niveles de energía (ATP).
    • Función Biológica: Forma parte del ARN, ATP, NAD, FAD y coenzima A, vital para el metabolismo energético y la estructura genética.
    • Metabolismo: Se sintetiza en el cuerpo a través de la ruta de la pentosa fosfato, produciéndose a partir de la glucosa.
    • Suplementación: La D-ribosa se usa para combatir la fatiga crónica y mejorar el rendimiento deportivo, a menudo con una dosis recomendada de 15 gramos diarios.
    • Usos médicos: Ayuda en la recuperación funcional del corazón (enfermedades isquémicas).
  • Bases Nitrogenadas: Adenina (A), Guanina (G), Citocina (C) y Uracilo (U) (el Uracilo sustituye a la Timina del ADN).
• Funciones Generales:
  • Intermediario en la expresión genética: permite que la información del ADN se convierta en proteínas.
• Tipos de ARN y sus Funciones Específicas:
  • ARN mensajero (ARNm): Copia el mensaje del ADN en el núcleo (transcripción) y lo lleva a los ribosomas. Contiene los codones.
  • ARN de transferencia (ARNt): Transporta los aminoácidos específicos hacia el ribosoma. Tiene una estructura en forma de "trébol" y contiene el anticodón.
  • ARN ribosomal (ARNr): Junto con proteínas, forma la estructura de los ribosomas, donde se realiza la síntesis de proteínas.
• Consejo de examen: Recuerda que el flujo de la información genética es: ADN $\rightarrow$ ARN $\rightarrow$ Proteínas (Dogma Central de la Biología Molecular).

3.2.1 Fases e importancia de la mitosis

Este proceso es fundamental para la regeneración de tejidos y el crecimiento de los organismos pluricelulares. En el examen suelen preguntar el orden de las fases y qué ocurre con los cromosomas.

1. Definición
   • Es el proceso de división nuclear que produce dos células hijas idénticas a la madre.
   • Ocurre en células somáticas (todas las del cuerpo, excepto óvulos y espermatozoides).
   • Mantiene el número diploide ($2n$) de cromosomas.
2. Fases (Mnemotecnia: "PROMETe A ANA TELO-melo"
   • Profase: La cromatina se condensa en cromosomas. Desaparece el núcleo y se forma el huso mitótico.
   • Metafase: Los cromosomas se alinean en el ecuador (centro) de la célula. Es la mejor fase para ver el cariotipo.
   • Anafase: Las cromátidas hermanas se separan y se mueven hacia polos opuestos.
   • Telofase: Se reconstruyen los núcleos, el ADN se descondensa y aparecen dos núcleos nuevos.
   • Nota: La Citocinesis es la división final del citoplasma (no es parte de la mitosis como tal, pero ocurre al terminar la telofase).
3. Importancia Biológica
   • Crecimiento: Permite que un organismo aumente su tamaño.
   • Reparación: Sustituye células muertas o tejidos dañados (ej. cicatrización).
   • Continuidad genética: Asegura que todas las células del cuerpo tengan la misma información de ADN.
4. El Ciclo Celular (Contexto)
   • La mitosis es solo una parte pequeña. La mayor parte del tiempo la célula está en Interfase (Fases G1, S -donde se duplica el ADN- y G2).

Dato examen: Si te preguntan en qué fase se separan los cromosomas hacia los polos, la respuesta siempre es Anafase.

3.2.2 Fases e importancia de la meiosis

La meiosis es lo que permite la variabilidad genética y la reproducción sexual.

1. ¿Qué es la Meiosis?
   • Es un proceso de división celular en el que una célula diploide ($2n$) experimenta dos divisiones sucesivas para generar cuatro células haploides ($n$).
   • Ocurre exclusivamente en células germinales para formar gametos (óvulos y espermatozoides).
2. Fases de la Meiosis. Se divide en dos grandes etapas:
   • Meiosis I (División reduccional). Es la más importante para la genética.
     • Profase I: Es la fase más larga y crucial. Ocurre el entrecruzamiento o crossing-over (intercambio de material genético entre cromosomas homólogos). Esto garantiza que los hijos no sean clones de los padres.
     • Metafase I: Los cromosomas homólogos se alinean en parejas en el ecuador de la célula.
     • Anafase I: Se separan los cromosomas homólogos (no las cromátidas) y se van a polos opuestos.
     • Telofase I: Se forman dos núcleos hijos con la mitad del número de cromosomas.
   • Meiosis II (División ecuacional). Es muy parecida a una mitosis normal.
     • Profase II, Metafase II, Anafase II, Telofase II: Aquí se separan las cromátidas hermanas. Al final, se obtienen 4 células hijas genéticamente distintas entre sí y con la mitad de ADN.
3. Importancia Biológica
   • Continuidad de la especie: Mantiene el número de cromosomas constante tras la fecundación ($n+n=2n$). Sin meiosis, el número de cromosomas se duplicaría en cada generación.
   • Variabilidad genética: Gracias el entrecruzamiento y a la segregación aleatoria, cada gameto es único. Esto permite que las poblaciones se adapten y evolucionen.
4. Diferencias rápidas para el examen

   Característica	Mitosis	Meiosis
   Resultado	2 células hijas idénticas ($2n$)	4 células hijas diferentes ($n$)
   Ocurre en	Células somáticas (piel, sangre, etc.)	Células germinales (gónadas)
   Función	Crecimiento y reparación	Producción de gametos
   Entrecruzamiento	No hay	Sí hay (Profase I)

3.3.2 Aspectos generales de la reproducción sexual

La reproducción sexual es el proceso biológico mediante el cual se crea un nuevo organismo a partir de la combinación de material genético de dos parentales.

1. Conceptos Clave
   • Gametos: Son las células sexuales especializadas (óvulo en hembras, espermatozoide en machos). Son células haploides ($n$), es decir, contienen solo la mitad de la información genética.
   • Meiosis: Es el tipo de división celular que produce los gametos. Su función principal es reducir el número de cromosomas a la mitad.
   • Fecundación: Es la unión del óvulo y el espermatozoide para formar el cigoto, que es una célula diploide ($2n$).
2. Ventaja Biológica Principal. A diferencia de la reproducción asexual (donde los hijos son clones), la reproducción sexual genera variabilidad genética.
   • Esta mezcla de genes permite que las especies se adapten mejor a cambios en el ambiente y evolucionen, aumentando sus posibilidades de supervivencia.
3. Tipos de Fecundación
   • Externa: Los gametos se liberan en el medio ambiente (común en peces y anfibios).
   • Interna: La unión ocurre dentro del cuerpo de uno de los parentales (común en mamíferos, aves y reptiles).
4. Clasificación por Desarrollo del Embrión
   • Ovíparos: El desarrollo ocurre dentro de un huevo fuera del cuerpo materno (aves, mayoría de reptiles).
   • Vivíparos: El embrión se desarrolla dentro de la madre y recibe nutrientes de ella (mamíferos).
   • Ovovivíparos: El huevo permanece dentro de la madre hasta que eclosiona (algunos tiburones y serpientes).

Dato de examen: Recuerda que la reproducción sexual implica baja tasa de descendencia comparada con la asexual, pero ofrece una resistencia adaptativa mucho mayor debido a la diversidad de genes.

4.2.2 Herencia ligada al sexo

La herencia ligada al sexo se refiere a la transmisión de genes que se encuentran específicamente en los cromosomas sexuales (X e Y), lo que hace que ciertas características o enfermedades se manifiesten de forma distinta en hombres y mujeres.

En los seres humanos, el sexo está determinado por el par 23: XX para mujeres y XY para hombres.

Características principales

1. El cromosoma X es el protagonista: La mayoría de los genes ligados al sexo están en el cromosoma X, que es mucho más grande y contiene más información que el Y.
2. Diferencia de expresión:
   1. Hombres (XY): Al tener solo un cromosoma X, si heredan un gen recesivo defectuoso en él, manifestarán la enfermedad forzosamente, ya que el cromosoma Y no tiene un alelo que pueda "dominar" o compensar ese error.
   2. Mujeres (XX): Al tener dos cromosomas X, si uno tiene un gen defectuoso pero el otro es sano, la mujer será portadora pero no presentará la enfermedad (a menos que ambos X estén afectados).

Ejemplos clásicos para el examen

• Daltonismo: Incapacidad para distinguir ciertos colores. Es un gen recesivo ligado al X.
• Hemofilia: Trastorno de la coagulación de la sangre. También es recesivo y ligado al X.

Patrones de herencia

• Un padre afectado nunca transmite el rasgo ligado al X a sus hijos varones (les da el Y), pero todas sus hijas serán al menos portadoras.
• Una madre portadora tiene un 50% de probabilidad de que sus hijos varones hereden la condición.

4.2.3 Concepto e importancia de las mutaciones

El estudio de las mutaciones se centra en su definición biológica y su papel fundamental como motor del cambio en los seres vivos.

Concepto. Una mutación es cualquier cambio permanente y heredable en la secuencia de nucleótidos del ADN de un organismo. Estos cambios pueden ocurrir de forma espontánea o ser inducidos por agentes externos (radiación, químicos). Según el nivel en que afectan el material genético, se clasifican comúnmente en:

• Mutaciones génicas o puntuales: Afectan a un solo gen (cambio en un solo nucleótido).
• Mutaciones cromosómicas: Alteran la estructura de un cromosoma (pérdida, duplicación o inversión de segmentos).
• Mutaciones genómicas: Afectan el número total de cromosomas de una célula (como en el Síndrome de Down).

Importancia biológica. Las mutaciones son cruciales para la vida por las siguientes razones:

1. Fuente de variabilidad genética: Son la fuente primaria de nuevos alelos en las poblaciones. Sin mutaciones, todos los individuos de una especie serían genéticamente idénticos a largo plazo.
2. Materia prima de la evolución: Al generar variabilidad, permiten que la selección natural actúe, eligiendo las variantes que mejor se adaptan al entorno.
3. Adaptación: Permiten que los organismos desarrollen nuevas características que pueden ser beneficiosas en ambientes cambiantes.
4. Generación de biodiversidad: A lo largo de millones de años, la acumulación de mutaciones ha dado lugar a la enorme diversidad de especies que conocemos hoy.

Nota para el examen: Recuerda que, aunque muchas mutaciones son perjudiciales o neutras, su importancia radica en que son el único mecanismo que crea variaciones genéticas totalmente nuevas.

5.1.1 Teoría quimiosintética de Oparin-Haldane

Esta teoría, también conocida como Teoría Fisicoquímica, es la más aceptada científicamente; explica cómo la materia inorgánica se transformó en materia orgánica compleja.

• Condiciones de la Tierra Primitiva
  • Atmósfera Reductora: Carecía de oxígeno libre ($O_2$). Estaba compuesta por gases como metano ($CH_4$), amoniaco ($NH_3$), hidrógeno ($H_2$) y vapor de agua ($H_2 O$).
  • Fuentes de Energía: Intensas radiaciones ultravioletas (no había capa de ozono), descargas eléctricas de tormentas constantes y calor proveniente de la actividad volcánica.
• El Proceso de Evolución Química
  1. Formación de Monómeros: La energía del ambiente provocó que los gases atmosféricos reaccionaran entre sí, formando moléculas orgánicas simples (aminoácidos, azúcares).
  2. Sopa Primordial (Caldo Primitivo): Estas moléculas cayeron a los océanos calientes, donde se concentraron y reaccionaron para formar polímeros (proteínas, ácidos nucleicos).
  3. Coacervados: Oparin llamó así a los sistemas pre-celulares. Son gotas microscópicas formadas por polímeros (como proteínas y carbohidratos) envueltas en una membrana rudimentaria que realizaban intercambios con el medio.
• Validación Experimental (Experimento de Miller-Urey, 1953)
  • Stanley Miller y Harold Urey simularon en un laboratorio las condiciones propuestas por Oparin-Haldane.
  • Al someter una mezcla de gases ($CH_4$, $NH_3$, $H_2$, $H_2 O$) a descargas eléctricas, obtuvieron aminoácidos, demostrando que la síntesis de compuestos orgánicos a partir de inorgánicos sí es posible.
• Punto clave: Recuerda que esta teoría propone que la vida surgió de lo simple a lo complejo y que los primeros organismos debieron ser unicelulares, anaerobios y heterótrofos.

5.1.2 Teoría endosimbiótica de Margulis

La Teoría Endosimbiótica, propuesta por Lynn Margulis en 1967, es un tema para explicar el origen de la complejidad celular.

1. Concepto central
   • Explica la transición de células procariotas (simples) a células eucariotas (complejas).
   • Propone que los organelos especializados de la célula eucariota surgieron a partir de una relación de simbiósis (colaboración) entre diferentes células procariotas.
2. El proceso (Fusión celular)
   • Una célula procariota grande (huésped) "engulló" (fagocitó) a procariotas más pequeños sin digerirlos.
   • En lugar de morir, los pequeños sobrevivieron dentro y establecieron una relación de beneficio mutuo: protección y nutrientes a cambio de energía.
3. Los progatonistas (Organelos)
   • Mitocondrias: Se originaron a partir de bacterias aerobias (que usan oxígeno para producir energía).
   • Cloroplastos: Se originaron a partir de cianobacterias (capaces de hacer fotosíntesis).
4. Evidencias que la sustentan. Para probar que antes fueron bacterias independientes, Margulis señaló que las mitocondrias y cloroplastos tienen:
   • Su propio ADN: Es un ADN circular, igual que el de las bacterias actuales.
   • Doble membrana: La interna sería la original de la bacteria y la externa la de la célula que la engulló.
   • Ribosomas propios: Similares a los de los procariontes.
   • División independiente: Se reproducen por fisión binaria, independientemente del núcleo celular.

Dato examen: Si te preguntan qué organelos apoyan la teoría de Margulis, la respuesta siempre incluye mitocondrias y cloroplastos.

5.2.1 Teoría de Lamarck

Jean-Baptiste Lamarck fue el primero en proponer una teoría estructurada de la evolución (antes que Darwin), basándose en la adaptación al medio ambiente. Su teoría, llamada Transformismo, se resume en dos principios fundamentales:

1. La ley del uso y del desuso. Lamarck sostenía que si un organismo utiliza mucho un órgano para adaptarse a su entorno, este se desarrolla y fortalece. Por el contrario, si no lo usa, el órgano se debilita y acaba desapareciendo.
   • Ejemplo clásico: El cuello de las jirafas. Según él, estas lo estiraban constantemente para alcanzar las hojas altas, lo que hacía que el cuello se alargara.
2. La herencia de los caracteres adquiridos. Afirmaba que estos cambios físicos logrados durante la vida de un individuo (caracteres adquiridos) se transmitían directamente a sus descendientes.
   • Siguiendo el ejemplo: Los hijos de las jirafas que estiraron su cuello nacerían ya con el cuello más largo.

¿Por qué es importante para el examen?

• Error de Lamarck: Hoy sabemos que los rasgos adquiridos (como los músculos de un atleta) no se heredan, ya que la evolución ocurre por cambios en el ADN (genética) y no por el esfuerzo físico.
• Mérito: Introdujo la idea de que los seres vivos cambian con el tiempo y no son estáticos, rompiendo con el fijismo.

5.4.1 Criterios para la clasificación de los organismos

Para clasificar la inmensa variedad de seres vivos, la biología utiliza la Taxonomía (clasificación) y la Sistemática (relaciones evolutivas).

1. El Sistema de Linneo (Jerarquía Taxonómica). Carl von Linné estableció las categorías que van de lo general a lo particular. Memoriza este orden:
   1. Dominio (el más amplio)
   2. Reino
   3. Filo (o División en plantas)
   4. Clase
   5. Orden
   6. Familia
   7. Género
   8. Especie (la unidad básica)
2. Nomenclatura Binomial. Es el nombre científico de cada organismo y se compone de dos palabras en latín:
   • Primera palabra: El Género (siempre inicia con Mayúscula).
   • Segunda palabra: El Epíteto específico (siempre en minúscula).
   • Ejemplo: Homo sapiens.
3. Criterios Modernos de Clasificación. Ya no solo nos fijamos en cómo se ve un animal, sino en su historia evolutiva:
   • Morfológicos: Características físicas (forma, estructura).
   • Fisiológicos: Funcionamiento interno y metabolismo.
   • Citológicos: Tipo de células (procariotas o eucariotas).
   • Moleculares (ADN): Es el criterio más preciso hoy en día; compara secuencias genéticas para ver qué tan emparentadas están dos especies.
4. Los Tres Dominios (Woese, 1990). Es la clasificación más aceptada actualmente, basada en el ARN:
   1. Archaea: Procariontes extremófilos (viven en condiciones extremas).
   2. Bacteria: Procariontes comunes.
   3. Eukarya: Todos los organismos con núcleo definido (plantas, animales, hongos y protistas).
5. Los Cincos Reinos (Whittaker, 1969):
   • Monera: Bacterias (procariontes).
   • Protista: Protozoarios y algas (eucariontes simples).
   • Fungi: Hongos (heterótrofos con pared de quitina).
   • Plantae: Plantas (autótrofos con pared de celulosa).
   • Animalia: Animales (heterótrofos sin pared celular).

6.1.2 Características de los componentes abióticos y bióticos

Es vital que sepas clasificar los elementos de un ecosistema y entender cómo interactúan.

1. Componentes Abióticos (Lo no vivo). Son los factores físico-químicos que determinan el espacio físico donde habitan los seres vivos. Funcionan como el "escenario" y limitan la distribución de las especies.
   • Energía solar: Fuente primaria de energía para la fotosíntesis.
   • Temperatura: Influye en el metabolismo de los organismos.
   • Agua: Vital para las reacciones bioquímicas.
   • Suelo (Sustrato): Proporciona soporte y minerales.
   • Gases atmosféricos: Oxígeno para respiración y $CO_2$ para fotosíntesis.
   • Nutrientes: Nitrógeno, fósforo y potasio presentes en el medio.
2. Componentes Bióticos (Lo vivo). Son todos los organismos que interactúan en el ecosistema. Se clasifican según su nivel trófico (cómo obtienen energía):
   • Productores (Autótrofos): Transforman energía inorgánica en orgánica (plantas, algas, cianobacterias). Son la base de la cadena alimenticia.
   • Consumidores (Heterótrofos): Se alimentan de otros seres vivos.
     • Primarios: Herbívoros.
     • Secundarios: Carnívoros que comen herbívoros.
     • Terciarios: Depredadores de otros carnívoros.
   • Descomponedores (Saprógrafos): Desintegran materia orgánica muerta y devuelven nutrientes al suelo (hongos y bacterias).
3. Conceptos clave
   • Población: Conjunto de individuos de la misma especie en un lugar dado.
   • Comunidad (Biocenosis): Conjunto de diferentes poblaciones que conviven.
   • Ecosistema: La suma de la Comunidad (biótico) + el Biotopo (abiótico) y sus interacciones.
   • Nicho ecológico: Es la "función" o "trabajo" de un organismo en el ecosistema (ej. el nicho del buitre es ser carroñero).
   • Hábitat: El lugar físico donde vive el organismo.
4. Suele preguntarse cuál es la diferencia entre hábitat y nicho ecológico, o pedir que identifiques a los descomponedores como el cierre del ciclo de la materia.

6.2.1 Flujo de energía en las cadenas y tramas alimenticias

Para entender cómo se mueve la energía en un ecosistema, es relevante la dirección del flujo y en quién ocupa cada lugar.

• Flujo de Energía:
  • Es unidireccional y abierto. La energía entra al ecosistema como luz solar, se transforma en energía química y finalmente se disipa como calor.
  • Regla del diezmo ecológico (Ley del 10%): Solo aproximadamente el 10% de la energía de un nivel trófico pasa al siguiente nivel. El resto se usa en metabolismo o se pierde como calor (la energía se disipa irreversiblemente en forma de calor hacia al espacio).
• Niveles Tróficos:
  • Productores (Autótrofos): Plantas, algas y cianobacterias. Transforman energía solar en alimento mediante la fotosíntesis. Son la base de toda cadena.
  • Consumidores Primarios (Herbívoros): Se alimentan directamente de los productores.
  • Consumidores Secundarios (Carnívoros): Se alimentan de los herbívoros.
  • Consumidores Terciarios: Depredadores que se alimentan de otros carnívoros.
  • Descomponedores (Saprógrafos/Saprótrofos): Hongos y bacterias descomponedoras que reciclan la materia orgánica devolviendo nutrientes al suelo. Los descomponedores reintegran los nutrientes (nitrógeno, fósforo, etc.) al suelo para que las plantas los usen de nuevo.
• Cadena vs. Trama Alimenticia:
  • Cadena trófica: Es un diagrama lineal (quién se come a quién en una sola línea.
  • Trama o red trófica: Es el conjunto interconectado de varias cadenas en un ecosistema. Es más realista porque un organismo suele tener varias fuentes de alimento.
• Pirámides Ecológicas:
  • Representan gráficamente la energía, biomasa o número de individuos. La energía siempre será más abundante en la base (productores) y disminuirá hacia la cima.
• Dato de examen: Si un productor desaparece, toda la cadena colapsa porque es la única vía de entrada de energía al sistema.

6.2.3 Relaciones inter e intraespecíficas

En los ecosistemas, los seres vivos no están aislados; interactúan constantemente para sobrevivir, reproducirse o alimentarse. Estas relaciones se dividen según si ocurren entre individuos de la misma o de diferentes especies.

1. Relaciones Intraespecíficas. Ocurren entre organismos de la misma especie. Su objetivo principal es la reproducción, la protección o la obtención de recursos.
   • Competencia intraespecífica: Los individuos luchan por los mismos recursos limitados (comida, territorio o pareja). Es un factor que regula el tamaño de la población.
   • Cooperación:
     • Familiares: Por parentesco, para el cuidado de las crías (ej. pingüinos).
     • Gregarias: Grupos grandes sin parentesco que se unen para protegerse o migrar (ej. bandadas de aves).
     • Sociales (Estatales): Existe una jerarquía y división del trabajo; los individuos no pueden vivir aislados (ej. abejas, hormigas).
     • Coloniales: Individuos unidos físicamente que parecen uno solo (ej. corales).
2. Relaciones Interespecíficas. Ocurren entre individuos de distintas especies. Se clasifican según el beneficio (+), daño (-) o neutralidad (0) para los involucrados:
   • Mutualismo (+/+): Ambas especies se benefician. Si la relación es obligatoria para sobrevivir, se llama simbiosis (ej. líquenes: alga + hongo). Si es opcional, es protocooperación (ej. abejas y flores).
   • Comensalismo: (+/0): Una especie se beneficia y a la otra le es indiferente (ej. el pez rémora que viaja pegado al tiburón).
   • Parasitismo (+/-): Un organismo (parásito) vive a expensas de otro (huésped) causándole daño pero generalmente sin matarlo de inmediato (ej. garrapatas, tenias).
   • Depredación (+/-): Un organismo (depredador) mata y consume a otro (presa). Es vital para el flujo de energía.
   • Amensalismo (-/0): Una especie es perjudicada mientras la otra no se ve afectada (ej. el hongo Penicillium que secreta antibióticos matando bacterias a su alrededor sin beneficio aparente).

Resumen:

• Intra: "Misma" (familia, sociedad, competencia).
• Inter: "Diferentes" (mutualismo, parasitismo, depredación).