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Resumen de BiologíaNiveles de organización de la materia“La vida en la Tierra consiste en una jerarquía de estructuras, cada nivel de la cual se basa en el que está abajo y sustenta el que está arriba. Todo cuanto tiene vida se construye sobre cimientos químicos basados en sustancias llamadas elemen...

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Resumen de Biología Niveles de organización de la materia “La vida en la Tierra consiste en una jerarquía de estructuras, cada nivel de la cual se basa en el que está abajo y sustenta el que está arriba. Todo cuanto tiene vida se construye sobre cimientos químicos basados en sustancias llamadas elementos, cada uno de los cuales es un tipo único de materia. Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva las propiedades del mismo. Cualquier subdivisión de esta unidad produciría partículas subatómicas que ya no serían de dicho elemento. Los átomos pueden combinarse de manera específica para formar moléculas. Aunque muchas moléculas simples se forman espontáneamente, sólo los seres vivos fabrican moléculas complejas. Las moléculas de la vida se denominan orgánicas (tienen una estructura de carbono e hidrógeno). La cualidad misma de la vida surge en el nivel de la célula, que es la unidad más pequeña de la vida. Algunas formas de vida consisten en una sola célula, pero en las formas de vida mayores, las células se combinan para formar tejidos. Varios tejidos que en conjunto realizan una sola función forman un órgano, varios órganos que en conjunto realizan una sola función forman un sistema de órganos. Todos los sistemas de órganos, en cooperación funcional, constituyen un ser vivo individual, el organismo. Más allá del organismo hay más niveles amplios de organización.”

Nivel Molecular: Átomos y Moléculas *Átomos: Unidades más pequeñas de la materia capaces de participar en las reacciones químicas. *Estructura atómica: Los átomos contienen diferentes clases de partículas menores (subatómicas). Dentro del núcleo se encuentran los protones (Con carga eléctrica positiva) y los neutrones (Sin carga eléctrica). Rodeando al núcleo se encuentra una nube de electrones, los cuales poseen una carga eléctrica negativa. Cada átomo posee un número y un peso atómico. El número atómico identifica la clase de elemento de que se trata. El peso atómico se refiere a la masa de un átomo aislado. *Moléculas: Representan la unión de dos o más átomos. Estas pueden formarse por tres tipos diferentes de uniones químicas: Unión iónica: Se produce cuando un átomo cede electrones a otros, da lugar a la formación de iones. Esto se debe a que los átomos se atraen entre si y al perder o ganar electrones quedan eléctricamente cargados. Puente de hidrógeno: Es un enlace débil que se forma debido a la desigual distribución de carga en la molécula, denominada polar. Unión covalente: Unión donde los átomos comparten electrones de las capas más externas. Es de gran importancia a nivel biológico.

Reacciones Químicas Estas implican interacción entre átomos y moléculas, que llevan a su vez a la formación o rotura de enlaces químicos. Los tres tipos básicos de reacciones químicas son: Reacciones de síntesis: Aquí dos o más sustancias, llamadas reactivos, se combinan para formar una sustancia más compleja denominada producto. Estas reacciones dan lugar a la formación de nuevos enlaces, y para que la reacción se produzca y se forme el nuevo producto, hace falta energía.

Reacciones de descomposición: Dan lugar al desdoblamiento de una sustancia compleja en dos o más, más sencillas. Tienen lugar cuando un nutriente complejo es desdoblado (Se rompen las uniones químicas) en una célula para liberar energía, destinada a otras funciones celulares. La energía puede liberarse en forma de calor o bien almacenarse para un uso futuro. Los productos de esta reacción son productos de desecho. Reacciones de intercambio: Desdoblan o descomponen dos compuestos, a cambio de lo cual sintetizan otros dos nuevos. Además de estas, podemos encontrar las reacciones reversibles, que se desarrollan en ambas direcciones (síntesis o descomposición).

Compuestos orgánicos e inorgánicos Las sustancias químicas del cuerpo se dividen en dos clases principales de compuestos: Compuestos inorgánicos: Carecen de carbono (Excepto el dióxido de carbono y el bicarbonato), tienen estructuras simples y presentan enlaces iónicos o covalentes. Compuestos orgánicos: Contienen carbono, suelen llevar hidrógeno y siempre forman enlaces covalentes.

Ácidos, bases y sales inorgánicas Numerosos compuestos inorgánicos pueden clasificarse como ácidos, bases y sales. Un ácido es una sustancia que se divide o se disocia en uno o más iones hidrógeno (H+) cuando se la disuelve en agua. Una base, por el contrario, suele disociarse en uno o más iones hidroxilo (OH-). Una sal, también cuando se disuelve en agua, se disocia en cationes y aniones, ninguno de los cuales es H+ u OH-. Estas son el resultante de la interacción química entre un ácido y una base. Para asegurar la homeostasis, los líquidos corporales deben contener cantidades similares de ácidos y bases. La acidez o alcalinidad de una solución se expresa en la escala de pH, que se extiende de 0 a 14. El punto medio de la escala es el número 7, donde las concentraciones de H+ y OH- son iguales. Una sustancia con este pH es neutra. Una solución con más H+ que OH- es ácida y su pH es menor que 7. Una solución que tienen más OH- que H+ es alcalina y su pH es mayor de 7. *Amortiguadores: Reducen al mínimo los cambios de las concentraciones de iones H+ y OH- de los líquidos orgánicos, aportando o retirando iones hidrógeno de una solución cuando es necesario para mantener un pH constante.

Biomoléculas Son aquellas que poseen carbono, hidrógeno y forman enlaces covalentes. En el cuerpo humano hay cuatro grupos principales de sustancias orgánicas que son los más importantes: Carbohidratos Proteínas Lípidos Ácidos Nucléicos

Sustancia orgánica Carbohidratos Proteínas

Lípidos Ácidos Nucléicos

Elementos *Carbono *Hidrógeno *Oxígeno *Carbono *Oxígeno *Hidrógeno *Nitrógeno *Carbono *Hidrógeno *Oxígeno *Carbono *Oxígeno *Hidrógeno *Nitrógeno *Fósforo

Monómero *Monosacáridos

Polímeros *Disacáridos *Polisacáridos

*Aminoácidos

*Proteínas funcionales *Proteínas estructurales

*Ácidos grasos

No tiene

*Nucleótidos

*ADN (Ácido desoxirribonucleico) *ARN (Ácido ribonucleico)

Carbohidratos Son la principal fuente de energía química, necesaria para todas las células del cuerpo. Además desempeñan un papel estructural como componente de moléculas importantes como el ADN y el ARN. Se dividen en tres grupos o clases: *Monosacáridos: Son los componentes básicos. *Disacáridos: Son azúcares simples que constan de dos monosacáridos unidos por un enlace covalente. Cuando dos monosacáridos se combinan para formar un disacárido, se forma una molécula de agua y se la elimina en una reacción llamada síntesis por deshidratación, que se produce durante la síntesis de moléculas grandes. *Polisacáridos: Son carbohidratos complejos y de gran tamaño que contienen decenas o centenares de monosacáridos unidos por reacciones de síntesis por deshidratación.

Proteínas Son macromoléculas y desempeñan las funciones más importantes, que pueden dividirse en base a dos tipos de proteínas: *Proteínas estructurales: Forman la estructura de las células, tejidos y órganos del cuerpo. *Proteínas funcionales: Son elementos químicos y la forma única de cada una de ellas le permite adaptarse a otras sustancias químicas y provocar algún cambio en estas moléculas. Es la forma de la proteína la que condiciona su funcionamiento. Los componentes básicos de las proteínas son los aminoácidos. Existen 20 de estos y cada uno posee una cadena lateral diferente. Los enlaces covalentes que los unen se llaman enlaces peptídicos. Cuando se unen dos aminoácidos se forma un dipéptido. Si se le agrega otro aminoácido se denomina tripéptido. Finalmente, un gran número de aminoácidos enlazado se denomina polipéptido. Las proteínas son polipéptidos que contienen entre 50 y 2000 aminoácidos. Las proteínas pueden presentar cuatro tipos de estructuras: *Primaria: Es una secuencia de aminoácidos en cadena *Secundaria: Se forma mediante el plegado y retorcimiento de la cadena de aminoácidos *Terciaria: Se forma cuando los pliegues y retorcimientos de la secundaria se vuelven a plegar para formar una estructura tridimensional de mayor tamaño. *Cuaternaria: Su estructura es una con más de una cadena de aminoácidos plegada.

Lípidos Son biomoléculas orgánicas insolubles en agua, debido a que no son polares, de forma que no se unen a las áreas cargadas de las moléculas polares del agua. Aunque están formados por las mismas moléculas que los carbohidratos, la proporción de oxígeno suele ser menor. Las funciones de los lípidos son variadas: Algunos se utilizan con fines energéticos, mientras que otros cumplen funciones estructurales y forman parte de la membrana celular. Otros funcionan como vitaminas o protegen órganos vitales funcionando como amortiguadores. Las diversas familias de lípidos incluyen a los triglicéridos (grasas y aceites), los fosfolípidos (que contienen fósforo), los esteroides, los ácidos grasos y las vitaminas liposolubles (A, D, E y K).

Ácidos Nucléicos Están formados por largas cadenas de nucleótidos. Estos ácidos son importantes ya que contienen la información hereditaria y participan en la síntesis de proteínas. Existen dos tipos de estos ácidos nucléicos: *ADN (Ácido Desoxirribonucleico): Está conformado por el azúcar pentosa denominada desoxirribosa, una base nitrogenada (adenina, citocina, guanina y timina) y un grupo fosfato. Alrededor de 1000 peldaños de ADN comprenden un gen, la porción de la cadena de ADN que lleva a cabo una función específica. Los seres humanos poseen cerca de 30.000 genes, los cuales determinan cada uno de los rasgos hereditarios y controlan las actividades celulares durante la vida. Una modificación producida en una secuencia de las bases nitrogenadas de un gen se denomina mutación. *ARN (Ácido Ribonucleico): Está conformado por el azúcar pentosa denominada ribosa, una base nitrogenada (adenina, citocina, guanina y urasina) y un grupo fosfato. Las células contienen tres clases diferentes de este: El ARN mensajero, el ARN ribosómico y el ARN de transferencia. Cada uno desempeña un papel específico para transmitir las instrucciones codificadas en el ADN. *ATP (Adenosintrifosfato): Funciona como un almacén de energía, el cual las células utilizan para realizar el trabajo corporal. Este transfiere energía desde las reacciones catabólicas a las anabólicas. El ATP consta de tres grupos fosfato unidos a la adenosina (adenina+ribosa) La información contenida en los ácidos nucléicos es transcripta y luego traducida a las proteínas. Estas son las que ejecutarán las “instrucciones” codificadas en los ácidos nucléicos.

Nivel Celular Las células son las unidades estructurales y funcionales de todo ser vivo. Existen organismos unicelulares y pluricelulares. Los organismos pluricelulares complejos están constituidos por una variedad de células diferentes especializadas. El cuerpo humano está compuesto por alrededor de 200 tipos de células. Todas se forman a partir de otras mediante el proceso de división celular, que determina su división en dos células nuevas. En el cuerpo humano hay diferentes tipos de células que cumplen funciones únicas para mantener la homeostasis y contribuir al desarrollo de muchas capacidades funcionales del organismo. Estas poseen un tamaño o una forma determinada porque están destinadas a desempeñar una actividad especializada. Cada célula está rodeada por una membrana plasmática que la separa del medio exterior que la rodea. El interior de la célula está constituido en gran parte por un líquido espeso, denominado citoplasma, que está compuesto por diversas organelas suspendidas en un fluido acuoso denominado citosol.

Estructura Celular *Membrana Plasmática: Sirve co omo límite de la célula, manteniendo su inte egridad. Las moléculas proteínicas de su superficie externa realizan diversas funciones (Marcadoes que identifican las células, moléculas receptoras parra ciertas hormonas y otras moléculas, y mecanismo de transporte). Esta es una bicapa fosfolipídica que funciona como una barrera selectiva que permite o no el paso de sustancias del interior al exterior de la célula y viceversa *Citoesqueleto: Conjunto de estr ucturas proteínicas que dan sostén y forma a la célula. Además dan sostén y permite movilidad a las organelas. Forma las prolongaciones celulares (Microvellosidades, cilios, flagelos). *Ribosomas: Sintetizan proteínass. *Retículo Endoplasmático (RE): Los ribosomas unidos al RE rugoso sintetizan proteínas que salen de la célula a través del comple ejo de Golgi; el RE liso sintetiza lípidos qu ue se incorporan a las membranas celulares y hormonas esteroides, así como ciertos carbohidratos utilizados para formar glicoproteínas; también elimina yy almacena Ca++ del interior de la célula. *Complejo de Golgi: Glicolisa (Agrega azúcar) y permite la maduración n de glicoproteínas y glucolípidos. *Lisosomas: Contienen enzimas digestivas que degradan partes de la célula defectuosas y partículas ingeridas. *Peroxisomas: Contienen enzima as que destoxifican las sustancias nocivas. *Mitocondrias: Aquí, con ayuda del O2, se degradan moléculas orgánicas, y la energía liberada se almacena en el ATP. *Núcleo: Dirige la síntesis de prroteínas, desempeñando así un papel esencial en otras actividades celulares, como el transporte celu ular, el metabolismo y el crecimiento. La estructura del núcleo consta de una envoltura nuclear (Bicapa con poros que comunica al núcleo con el citoplasma); la cromatin na (Que al condensarse forma los cromossomas); y el nucléolo (Contiene el ARN ribosómico, responsable de la formación de los ribosomas)..

Mecanismos de transporte a través de la membrana La membrana plasmática actúa como un portero que controla la entrada y salida de la mayoría de las sustancias implicadas en el metabolismo celular. Algunas de dichas sustancias pueden atravesarla con facilidad, otras entran lentamente y con dificultad, y aún hay otras que no pueden cruzarla. A esto se denomina comportamiento selectivo de la membrana celular. Debido a que las condiciones del exterior de la célula son diferentes a las del interior y más variables, es necesario que el paso de sustancias a través de la membrana esté rigurosamente controlado. Los compuestos atraviesan la membrana por procesos de transporte pasivos y activos. Los procesos pasivos son aquellos en los cuales una sustancia se desplaza a través de la membrana a favor de su gradiente de concentración y sólo gracias a la energía cinética. En los procesos activos se necesita energía celular en forma de ATP para “empujar” la sustancia a través de la membrana en contra de su gradiente de concentración. Otras sustancias pueden ingresar y salir de la célula a través de un transporte activo en el cual participan sacos membranosos conocidos como vesículas.

Mecanismos de transporte Procesos Pasivos Procesos Activos Difusión Simple: Movimiento de partículas a través de la bicapa de fosfolípidos o por canales, desde una zona de alta concentración a otra de baja concentración. Ósmosis: Difusión de agua a través de una membrana selectivamente permeable en presencia de al menos un soluto no permeante (Suele incluir la difusión simple y mediada por canales). Difusión Facilitada: Difusión de partículas a través de una membrana mediante un canal o un transportador. Diálisis: Difusión simple de moléculas pequeñas.

Bombeo: Movimiento de partículas de soluto contra el gradiente de concentración por medio de una bomba que consume energía en la membrana. Fagocitosis (Endocitosis): Movimiento de células u otras grandes partículas al interior de una célula por atrapamiento en una parte de la membrana que se desprende, formando una vesícula intracelular. Pinocitosis (Endocitosis): Paso de líquido y moléculas disueltas al interior de una célula por atrapamiento en una parte de la membrana que se desprende, formando una vesícula intracelular. Exocitosis: Salida de la célula de proteínas u otros productos celulares por fusión de una vesícula secretora con la membrana plasmática.

Filtración: Pasaje de agua y determinados solutos por presión hidrostática.

Metabolismo En los seres vivos se producen miles de reacciones químicas e intercambios de energía que constituyen el metabolismo. En cada una de las células se realizan dos tipos de reacciones: las que permiten construir estructuras celulares (vías anabólicas) y las que permiten romper sustancias complejas y liberar energía en dicho proceso (vías catabólicas). Las primeras utilizan la energía obtenida de las segundas en forma de ATP. Estas reacciones serías sumamente lentas o incluso, a veces no se producirían, sin las enzimas, que son proteínas funcionales que actúan como catalizadores biológicos y actúan en forma específica para su sustrato. Las mismas son componentes esenciales de la célula y le permiten producir reacciones en forma ordenada.

Enzimas En su plegamiento espacial se forma un surco o hendidura denominado sitio activo, el cual interacciona con el sustrato. A menudo, m sus moléculas contienen una parte no o proteica denominada cofactor. Si el cofactor es una moolécula orgánica no proteica se llama coenzim ma. La enzima actúa sobre un sustrato debido a que la estructura y las atracciones electroquímicas del sitio activo se complementan con alguna parte del sustrato, por lo que se su uele utilizar el término “modelo de cerradura y llave” para describir su acción.

Las enzimas regulan funciones ce elulares mediante el control de vías metabólic cas. Una vía metabólica completa puede conecctarse o desconectarse por la activación o inactivación de cualquiera de las enzimas que catalizan reacciones en esa vía concreta. La mayoría de las enzimas son esspecíficas en su acción, es decir, sólo actúan sobre s un sustrato específico. Esto significa tambiénn que cada reacción que ocurre en una vía me etabólica precisa una o más enzimas específicas, o en caso contrario, la reacción no tiene lugar y la víía entera se interrumpe. Una molécula u otro agente que altera a la función de una enzima al cambiar suestructura se denomina efector alostérico. Algu unos efectores alostéricos son moléculas que se fijan a un sitio alostérico presente en la molécula de enzima y, como consecuencia, modifican n la estructura del sitio activo en una región diferente dela enzima. Cuando cambia la forma, también n lo hace la función.

Catabolismo: Respiración celular La respiración celular es el proceso por el que las células degradan la glucosa (C 6 H12 O6 ) en dióxido de carbono (CO 2) y aguaa (H2 O). A medida que se degrada la glucosa se libera la energía potencial que se había almacenad do en sus enlaces. Gran parte de la energía liberada se convierte en calor, pero una proporción se tran nsfiere a los enlaces de alta energía de ATP. Existen tres vías más pequeñas qu ue se interrelacionan químicamente para form mar la vía catabólica más grande conocida como respirración celular: *Glucólisis: Aquí la glucosa se coonvierte en ácido pirúvico. Este proceso tiene e lugar en el citosol. Se libera una parte de la energíapotencial que se almacena en la glucosa y se transfiere al ATP. Otra parte se transfiere al NADH, y es ste puede transferirla al ATP en el sistema detransporte de electrones. Una vez formado el ácido pirúvic co la vía metabólica sufre una bifurcación: Si se dispone de oxígeno (vía aerobia) el ácido pirrúvico pasa al ciclo del ácido cítrico. Si no se dispone de oxígeno (vía anaerobia) este se convierte en ácido láctico. *Ciclo del ácido cítrico: Aquí la molécula m pierde uno de sus carbonos, junto co on algún oxígeno, produciendo dióxido de carbono. También origina energía que se transfiere alNADH y, posteriormente, al sistema de tran nsporte de electrones. El grupo acetilo de dos carbonos que se desprenden de su acompañante, el CoA, se descompone aún más para ceder su energía almace enada. Se liberan electrones y sus protones accompañantes. *Sistema de transporte de electrones: La energía transferida desde el ciclo delácido cítrico se utiliza para colocar los protones tras unaa especie de presa y, posteriormente, se transf fiere al ATP la energía de los protones que refluyen desd de esa p...