Fundamentos de la Biología: Bioelementos, Biomoléculas, Células y Microorganismos

Base Química de los Seres Vivos

1. Bioelementos

Primarios (96%): CHONPS (Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno, Fósforo y Azufre).
Secundarios (3,9%): Calcio (Ca), Sodio (Na), Potasio (K), Cloro (Cl).
Oligoelementos (0,1%): Yodo (I), Hierro (Fe).

2. Biomoléculas

Inorgánicas: Agua y Sales minerales (presentes también en materia inerte).
Orgánicas: Solo en seres vivos, formadas por cadenas de carbono unidas a otros bioelementos. Ejemplos: Glúcidos, Lípidos, Proteínas, Ácidos nucleicos.

3. Monómeros y Polímeros

Monómero: Unidad básica repetitiva de un polímero. Son moléculas de bajo peso molecular que se unen químicamente para formar una molécula más grande (polímero).

4. Glúcidos (Carbohidratos)

Compuestos por C, H y O en proporción 1:2:1. Su función principal es energética y estructural.
Monosacáridos: Azúcares simples (ej. glucosa, fructosa). Solubles en agua, incoloros y dulces. Se clasifican según el número de carbonos.
Disacáridos: Unión de dos monosacáridos (ej. sacarosa, lactosa). Se pueden descomponer con agua para formar monosacáridos.
Polisacáridos: Unión de muchos monosacáridos, no solubles ni dulces. Función de reserva (ej. almidón, glucógeno, celulosa).

5. Lípidos

Compuestos por C, H y O. No se disuelven en agua (repelen el agua).
Funciones: Almacenamiento de energía, estructural y protectora.
Contienen ácidos grasos (cadenas largas de carbohidratos unidos a un grupo carboxilo).
Insaturados: Tienen uno o más enlaces dobles, generalmente líquidos (aceites).
Saturados: No tienen enlaces dobles, generalmente sólidos (grasas).

Triglicéridos y Fosfolípidos

Triglicéridos: Formados por un esqueleto de glicerol (C3H8O3) y tres ácidos grasos. Funciones: Reserva de energía, Aislamiento térmico, Protección de órganos.
Fosfolípidos: Tienen una cabeza de glicerol unida a un grupo fosfato (P4) y dos ácidos grasos.
La cabeza es hidrófila (atrae agua) y las colas son hidrófugas (repelen agua).
Forman la bicapa lipídica de la membrana celular, separando el interior y el exterior de la célula.

Proteínas

Formadas por cadenas lineales de aminoácidos, unidos por enlaces peptídicos.
Funciones: Estructural, enzimática, defensiva, de transporte y hormonal.
Los aminoácidos tienen un carbono central unido a:
Un grupo amino (-NH2)
Un grupo carboxilo (-COOH)
Un hidrógeno (H).
Un radical que varía según el aminoácido.

Ácidos Nucleicos

ADN (Ácido Desoxirribonucleico):
Bicatenario (doble cadena). Contiene información genética. Pentosa: Desoxirribosa.
Bases nitrogenadas: Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C), Timina (T).
ARN (Ácido Ribonucleico):
Monocatenario (cadena simple).
Copia y descodificación de la información genética.
Pentosa: Ribosa.
Bases nitrogenadas: Adenina, Guanina, Citosina, Uracilo.

Procariotas vs. Eucariotas

Procariotas (Unicelulares)

Pequeñas, sin núcleo (ADN libre en citoplasma).
Cromosoma circular + plásmidos (ADN extra).
Sin orgánulos membranosos, solo ribosomas pequeños.
Pared celular (puede tener cápsula).

Eucariotas (Pluricelulares o unicelulares)

Núcleo con ADN en cromosomas.
Orgánulos membranosos (mitocondrias, R.E., etc.).
Ribosomas grandes (libres o en R.E.).

Características Adicionales

Animales → Sin pared celular, sin vacuola grande, con lisosomas y centriolos.
Vegetales → Pared celular de celulosa, vacuola grande, cloroplastos (fotosíntesis).

Semejanzas

Membrana plasmática, ribosomas, citoplasma, cromosomas, flagelos (posibles), pared celular (algunas).

Membrana Plasmática

Estructura: Bicapa de fosfolípidos + proteínas + glúcidos.
Función: Regula el paso de sustancias entre el interior y exterior celular.

Tipos de Transporte

Pasivo (Sin gasto energético, a favor del gradiente)

Difusión simple → Solutos pequeños y gases.
Difusión facilitada → Solutos grandes e iones (requiere proteínas).

Activo (Con gasto energético, contra el gradiente)

Usa proteínas transportadoras para mover sustancias de menor a mayor concentración.

Modelos de Organización y Tejidos

Organización en Animales

Unicelulares → No diferenciados.
Pluricelulares → Células especializadas → Tejidos → Órganos → Sistemas.

Organización en Hongos, Plantas y Algas

Talofítica → Células sin tejidos ni órganos (algas, hongos).
Cormofítica → Con tejidos auténticos y órganos (pteridofitas, espermatofitas).
Protocormofítica → Intermedia entre ambas.

Tejidos en Animales

Epiteliales

Células unidas, sin matriz, vida corta.
Glandulares → Segregan sustancias:
Exocrinos → Hacia exterior o cavidades.
Endocrinos → Directo a la sangre.
Mixtos → Ambas funciones.

Conectivos

Sostén, unión, protección.
Células en matriz extracelular:
Fijas → Se originan en el tejido, pueden dividirse (blastos) o no (citos).
Migrantes → Proceden de la sangre y entran a los tejidos.
Tipos según matriz:
Conectivo propiamente dicho.
Conectivo especializado.

Tejidos Conectivos y Musculares

Tejidos Conectivos

Propiamente Dichos

Laxo → Sostén y relleno, matriz gelatinosa, fibras elásticas (dermis y órganos).
Denso → Más fibras que células, resistente y flexible (colágeno, fibrocitos).

Especializados

Adiposo → Adipocitos con lípidos, reserva energética y aislante térmico.
Blanco → Una gran gota de grasa.
Pardo → Múltiples gotas de grasa.
Cartilaginoso → Condrocitos y condroblastos, sin vasos sanguíneos, regeneración lenta, sostén articular.

Óseo → Osteoblastos (forman hueso), osteocitos (mantienen), osteoclastos (reabsorben). Matriz rígida con calcio y fósforo, protección y movimiento.
Sanguíneo → Plasma líquido + células sanguíneas:
Glóbulos rojos → Transportan oxígeno.
Glóbulos blancos → Defensa inmune.
Plaquetas → Coagulación.

Tejidos Musculares (Movimiento, poca matriz extracelular)

Estriado (Sarcomeros con actina y miosina)

Esquelético → Contracción rápida, voluntaria, mueve huesos.
Cardiaco → Contracción rápida, involuntaria, forma el corazón.

Liso

Células alargadas, sin estriaciones, contracción lenta e involuntaria (órganos y vasos sanguíneos).

Tejidos Nerviosos y Vegetales

Tejido Nervioso

Neurona → Célula principal del sistema nervioso.
Dendritas → Reciben información.
Axón → Transmite el impulso nervioso.
Neuronas motoras → Envían la respuesta a músculos o glándulas.
Células de la Glía → No conducen impulsos, protegen, nutren y sostienen neuronas.

Tejidos Vegetales

Meristemático (Crecimiento)

Primario → Crecimiento en altura (brotes y raíces).
Secundario → Crecimiento en grosor (anillos de tallos y ramas).

Parénquimático (Relleno y Fotosíntesis)

Clorofílico → Con cloroplastos, fotosíntesis (hojas y tallos verdes).
Empalizada → Células alargadas, capta luz.
Lagunar → Espacios entre células, circulación de gases.
De reserva → Almacena almidón y nutrientes.

Protector (Recubrimiento y Defensa)

Epidérmico → Capa de células vivas, cutícula cerosa evita pérdida de agua, con estomas para intercambio gaseoso.
Suberoso → Células muertas en corteza y raíces, impermeabiliza con suberina.

Conductor (Transporte de Nutrientes y Agua)

Xilema → Transporta savia bruta (agua y minerales) desde la raíz.
Floema → Transporta savia elaborada (nutrientes de la fotosíntesis).

Tejido Secretor – Resumen

Formado por células especializadas en almacenar y liberar sustancias.
Función: Secreción de sustancias al exterior o interior de la planta.

Microorganismos y Enfermedades

Microbiota Normal → Microorganismos que viven en los tejidos sin causar daño (relación simbiótica).
Microorganismos Patógenos → Causan enfermedades al invadir el organismo.
Microorganismos Oportunistas → Pueden volverse patógenos en ciertas condiciones.
Enfermedades Infecciosas → Causadas por microorganismos (gérmenes).

Tipos según distribución

Endemia → Aparece regularmente en una zona/población.
Epidemia → Aumento repentino de casos en una región.
Pandemia → Se extiende por todo el mundo.

Vías de Transmisión

Contacto Directo → Heridas, piel, mucosas.
Aire → Gotas de saliva, polvo.
Sexual → ETS.
Agua y Alimentos → Contaminación fecal-oral.
Animales → Vectores como mosquitos o ratas.

Esterilización y Control Microbiano

Agentes Físicos:

Radiación ionizante (rayos X) → Destruye ADN.
Radiación UV → Inactiva microorganismos.
Filtración → Retiene microbios sin matarlos.
Temperatura:
Calor seco → Alta temperatura.
Calor húmedo → Vapor a presión (autoclave).
Pasteurización → Reduce microorganismos en líquidos.
Congelación → Puede inhibir o matar microbios.

Agentes Químicos:

Esterilizantes → Eliminan todos los microbios.
Desinfectantes → Eliminan patógenos (no esporas).
Antisépticos → Uso en heridas para evitar infecciones.
Quimioterapéuticos → Antibióticos matan o inhiben bacterias.

Cultivo de Microorganismos

Medios de cultivo:
Líquidos o sólidos → Nutrientes controlados.
Medios selectivos → Inhiben crecimiento de algunos microbios.
Medios diferenciales → Identifican microorganismos específicos.

Los Virus

Resumen sobre los Virus

No son seres vivos → No tienen estructura celular ni metabolismo propio.
Agentes infecciosos acelulares → Solo pueden reproducirse dentro de una célula huésped.
Más pequeños que las bacterias → No son células complejas.
Dependen de otros organismos → No pueden sobrevivir sin invadir una célula.

Estructura de los Virus:

Cápside:
Es una cobertura de proteínas que protege el genoma vírico.
La cápside puede tener formas geométricas diversas.
Genoma Vírico:
Puede ser de ADN (monocatenario o bicatenario) o de ARN.
Cubierta Membranosa (Envoltura):
Es una doble capa lipídica que rodea la cápside.
Procede de la membrana de las células infectadas.
Las proteínas de esta envoltura ayudan a detectar y unirse a los puntos receptores en las células huésped.
Los virus con esta envoltura son más infecciosos.

Clasificación de los Virus:

Por el Material Genético:
ADN o ARN.
Por la Forma de la Cápside:
Icosaédrica, helicoidal o compleja.
Por la Cubierta Membranosa:
Con o sin envoltura.
Por el Hospedador:
Bacterianos (bacteriófagos), vegetales o animales.

Ciclo de Infección Viral (Ciclo Lítico):

Fijación: El virus se fija a la superficie de la célula huésped.
Entrada del Genoma Vírico:
El genoma viral entra en la célula huésped por perforación de la pared celular o fusión de la membrana (si tiene envoltura).
Liberación del Genoma:
El genoma vírico se libera al citoplasma tras la ruptura de la cápside.
Secuestro de la Maquinaria Celular:
El material genético del virus utiliza la maquinaria celular para replicar su ADN/ARN y sintetizar proteínas virales.
Formación de Nuevas Nucleocápsides:
Se forman nuevas cápsides con el material genético replicado.
Liberación:
Los virus se liberan de la célula huésped, destruyéndola, y salen al exterior para infectar nuevas células.
La envoltura viral se forma a partir de la membrana celular de la célula huésped.

Ciclo Lisogénico de los Virus:

Fijación e Introducción de ADN:
Igual que en el ciclo lítico, el virus se fija a la célula huésped y su ADN o ARN es introducido en el interior de la célula.
Recombinación del ADN:
El genoma viral se recombina e integra con el genoma de la célula hospedadora, convirtiéndose en provirus.
Permanencia Silenciosa:
El virus permanece inactivo, integrándose de manera silenciosa al ADN de la célula huésped.
La célula continúa con sus funciones vitales, pero el virus está presente y se duplica junto con el ADN de la célula en cada división celular.
El genoma viral se transmite de generación en generación sin que cause daño.
Activación del Virus:
Un estímulo externo (por ejemplo, un cambio en el ambiente celular) puede activar el virus.
El virus se separa del ADN de la célula y se activa, iniciando el ciclo lítico, lo que puede llevar a la destrucción de la célula huésped.

Funciones y Aplicaciones de los Virus:

Los virus no siempre provocan enfermedades. También cumplen otras funciones beneficiosas como:
Equilibrar poblaciones de microorganismos y bacterias.
Tratamiento de cánceres: Algunos virus modificados pueden atacar y destruir células cancerígenas.
Control de bacterias perjudiciales: Los fágos (virus que infectan bacterias) pueden ser utilizados como alternativa a los antibióticos.
Insecticidas: Los virus pueden ser usados para controlar plagas de insectos.
Fabricación de vacunas: Algunos virus modificados se utilizan para producir vacunas.

Arqueobacterias (Dominio Archaea):

Características Principales:
Son procariotas anaerobias, es decir, no requieren oxígeno para vivir.
Su membrana plasmática puede ser de bicapa o monocapa, dependiendo de la especie.
El genoma está compuesto por una única molécula de ADN circular.
Tipos de Arqueobacterias:
Halófilas: Viven en aguas hipersalinas (altamente salinas).
Acidófilas: Habitan en aguas ácidas.
Termófilas: Se encuentran en aguas con temperaturas extremas.
Metanógenas: Descomponen materia orgánica y producen metano, un potente gas de efecto invernadero. Pueden encontrarse en ambientes como el tracto digestivo de algunos animales.

Bacterias (Dominio Bacteria):

Características Principales:
Su membrana plasmática es bicapa de fosfolípidos similar a las eucariotas, pero con proteínas internas.
Los fosfolípidos están formados por ácidos grasos unidos al glicerol mediante enlaces éster.
Su pared celular está compuesta por peptidoglicano (mureína).
Clasificación:
Bacterias Gram Positivas (G+): Tienen una pared celular más gruesa, lo que les da una característica coloración morada al realizar la tinción de Gram. Ejemplos: estreptococos y estafilococos, que son bacterias patógenas.

Metabolismo Bacteriano:

El metabolismo bacteriano se divide en dos procesos principales:

Anabolismo:
Son reacciones químicas dentro de la célula bacteriana en las cuales se sintetizan moléculas complejas a partir de moléculas más sencillas.
Utiliza la energía producida en el catabolismo para formar la materia necesaria para el crecimiento y reparación de la célula.
Es un proceso de síntesis, en el que se construyen nuevas moléculas (como proteínas, ácidos nucleicos, etc.) que son fundamentales para la función y el mantenimiento de la célula bacteriana.
Catabolismo:
Es el proceso contrario al anabolismo: descompone moléculas complejas en moléculas más sencillas.
Este proceso libera energía, que luego se utiliza para alimentar el anabolismo y otras actividades celulares.
El catabolismo puede ocurrir de dos formas principales:
Respiración: Utiliza oxígeno (en organismos aeróbicos) o otros compuestos como aceptor de electrones (en organismos anaeróbicos) para producir energía.
Fermentación: Es un proceso anaeróbico que también produce energía, pero sin oxígeno, usando otras moléculas como aceptor de electrones.

En ambos casos, ya sea respiración o fermentación, el proceso implica oxidación, donde los electrones de las moléculas se transfieren a otras sustancias, liberando energía para ser utilizada por la célula bacteriana.

Reproducción y Transferencia Horizontal en Bacterias:

Reproducción Asexual:
Bipartición o fisión binaria: Es el proceso principal de reproducción en bacterias, donde la célula madre se divide en dos células hijas.
Genoma bacteriano: Las bacterias tienen un solo cromosoma de ADN que es circular y bicatenario.
Además, pueden poseer ADN extracromosómico en forma de plásmidos (pequeñas moléculas de ADN también circulares).
Este proceso genera clones (células hijas genéticamente idénticas a la madre), pero como la reproducción es asexual, no permite variabilidad genética, lo que limita la adaptabilidad.
Transferencia Horizontal de Genética:
Transformación: Una bacteria incorpora fragmentos de ADN libres del medio (por ejemplo, de otras bacterias que han sufrido lisis). Este ADN entra en la célula bacteriana a través de la endocitosis de la membrana.
Transducción: En este proceso, un virus (bacteriófago) actúa como agente transmisor de ADN entre bacterias. El virus introduce fragmentos de ADN de una célula bacteriana hospedadora a otra, promoviendo el intercambio genético.
Resistencia Antibiótica:
Resistencia natural: Algunas bacterias tienen resistencia inherente debido a características estructurales de su pared celular, que impiden que los antibióticos entren o actúen sobre ellas.
Resistencia adquirida: Algunas bacterias desarrollan resistencia por mutaciones o a través de la transferencia horizontal de genes (por ejemplo, plásmidos que contienen genes de resistencia), lo que les permite sobrevivir a los antibióticos que no afectan a otras bacterias de la misma especie.