¿Qué es la Biología?

¿Qué es la Biología?

• La biología estudia el origen evolutivo y las características de los seres vivos.
• También estudia sus procesos vitales, comportamiento e interacción con el medio ambiente.
• Se consideran dos tipos de biología: funcional-mecanicista (estudia el cómo) y evolutiva-histórica (estudia el porqué).
• Una de las dificultades de la biología es que, al ser una ciencia natural no puede predecir.
• La biología se basa en conceptos, no en leyes.
• Existe una ley universal en biología, donde todas las leyes biológicas tienen una excepción.
• El experimento de Miller-Urey demostró que la vida puede surgir de la química o componentes inertes no-vivos, para formar biomoléculas como los aminoácidos (sopa primordial).
• La hipótesis extraterrestre sugiere que las moléculas pueden haber venido formadas en asteroides y meteoritos que impactaron la Tierra.
• La vida es un sistema químico capaz de auto sostenerse y sufrir una evolución darwiniana.
• La vida surge como resultado de interacciones ordenadas entre moléculas que no están vivas
• Se reconoce la vida por lo que hacen los seres vivos.

Características de los Seres Vivos

• Compuestos por una o más células con estructura compleja y organizada (ej: organismos uni y multicelulares)
• Mantienen relativamente constantes sus condiciones internas (homeostasis).
• Responden a los estímulos de su ambiente.
• Adquieren y usan materiales y energía.
• Crecen.
• Se reproducen siguiendo el mapa molecular del ADN.
• Tienen la capacidad de evolucionar.

Niveles de Integración en Biología

• Los átomos se unen y forman moléculas, luego orgánulos, luego células, luego tejidos, luego órganos y sistemas orgánicos.
• Estos forman organismos que generan poblaciones (individuos de la misma especie), luego comunidades (individuos de diferente especie).
• Estos conforman los ecosistemas (factores abióticos e individuos) que forman parte de la biosfera.

Método Científico

• Las predicciones se realizan en términos de variables.

Variables Cualitativas

• Dicotómicas: solo pueden tomar dos valores.
• Nominal: no admiten un criterio de orden.
• Ordinal: tienen un orden.

Variables Cuantitativas

• Discretas: no admiten números intermedios entre dos valores enteros.
• Continuas: admiten valores intermedios.
• Variable dependiente en eje "y", variable independiente en eje "x".

Metodologías

Descriptiva

• Objetivo: crear una descripción instantánea de la situación actual.
• Ventajas: proporciona una imagen relativamente completa de lo que está ocurriendo en un momento dado.
• Permite resolver preguntas de un "prev".

Correlacional

• Objetivo: evaluar la relación entre dos o más variables.
• Ventajas: permite probar relaciones esperadas entre variables y realizar predicciones.
• Permite evaluar estas relaciones en diferentes situaciones.

Experimental

• Objetivo: evaluar el impacto de una manipulación experimental en una variable dependiente.
• Ventajas: permite generar conclusiones sobre la relación causal entre variables.

Unidad 2: Los Elementos Químicos en los Seres Vivos

• Bioelementos primarios: representan >97% de la materia viva (C, H, O, N, P, S).
• Bioelementos secundarios: representan ~2.5% de la materia viva (Na, Ca, Cl, K, Mg).
• Oligoelementos: representan ~0.5% de la materia viva (Li, I, Sn etc)

Biomoléculas

• Agua.
• Proteínas.
• Carbohidratos.
• Lípidos.
• Ácidos nucleicos.

Agua

• Es una molécula polar que forma puentes de hidrógeno con cuatro moléculas más, es decir, se atraen entre sí.
• Las moléculas de agua son altamente cohesivas (tienden a mantenerse muy unidas entre sí) y a la vez produce tensión superficial (la resistencia de la superficie a romperse).
• Las moléculas de agua son altamente adhesivas (tienden a pegarse a superficies).
• La fuerza de adhesión del agua es mayor que la fuerza de cohesión.
• Capilaridad: capacidad de subir o bajar por un tubo capilar (extremadamente pequeño).
• El agua es el solvente universal.
• El agua interactúa con otras moléculas: interacciones hidrofóbicas vs. hidrofílicas.
• Las soluciones en agua pueden ser ácidas, básicas o neutras.
• Las propiedades termales del agua incluyen un alto calor de vaporización (540 cal para separar las moléculas de la fase líquida y moverlas a la fase gaseosa).
• En el hielo, los enlaces de hidrógeno se abren mucho más, con mayor tensión y mayor volumen.

Grupos Funcionales Importantes en las Moléculas Biológicas

• Grupo Hidroxilo (-O-H): Polar, participa en las reacciones de deshidratación e hidrólisis.
• Grupo Carbonilo (-C=O): Polar, forma parte de moléculas hidrofílicas.
• Grupo Carboxilo (-C=O): Ácido, el oxígeno con carga negativa se une a un H+ y forma ácido carboxílico.
• Grupo Amino (-NH2): Base, puede unirse a un H+ adicional y adquirir una carga positiva; participa en enlaces peptídicos.
• Grupo Sulfhidrilo (-S-H): Forma enlaces disulfuro en las proteínas.
• Grupo Fosfato: Ácido, enlaza nucleótidos en ácidos nucleicos; grupo que transporta energía en el ATP.

Carbohidratos

• Contienen carbono, oxígeno e hidrógeno.
• Son fuente y almacenamiento de energía para las células.
• Monosacáridos: azúcar simple, por lo común con la fórmula C6H12O6.
• Los azúcares simples tienen múltiples -OH.
• Se clasifican de acuerdo a su número de carbonos y la posición del grupo carbonilo.
• Los monosacáridos pueden tener formas lineales o de anillo.
• Disacárido: dos monosacáridos unidos covalentemente por un enlace glucosídico tipo covalente.
• Polisacáridos: cadenas de monosacáridos.
• Almacenamiento de azúcares (glucógeno en animales, almidón en plantas)
• Estructural (celulosa en paredes celulares vegetales, quitina en cubiertas de insectos).

Lípidos

• Contienen una gran proporción de carbono e hidrógeno.
• Casi todos los lípidos son no polares e insolubles en agua
• Triglicérido: tres ácidos grasos unidos a glicerol.
• Cera: números variados de ácidos grasos unidos a una cadena larga de alcohol.
• Fosfolípido: grupo fosfato polar y dos ácidos grasos unidos a glicerol.
• Esteroide: cuatro anillos fundidos de átomos de carbono con grupo.
• Ácidos grasos: tienen un número variable de átomos de carbono (14 a 20).
• Ácidos grasos saturados: enlaces de C simples.
• Ácidos grasos insaturados: enlaces dobles de C.
• Los que tienen doble enlace de C tienden a ser líquidos
• Los hidrógenos en el mismo plano se pueden acumular formando capas

Fosfolípidos

• Tienen una región hidrofílica que forma enlaces con el hidrógeno, pero también regiones hidrofóbicas.
• Las moléculas con regiones hidrofóbicas (centro) e hidrofílicas (exterior) se consideran antipáticas.
• Bicala de fosfolípidos: función esencial para la membrana celular.

Proteínas

• Constan de una cadena de aminoácidos mínimo, pueden tener hasta cuatro niveles de estructura que determinan su función.
• Péptido: cadena corta de aminoácidos.
• Polipéptido.
• La variabilidad de las cadenas polipeptídicas depende de los 20 aminoácidos.

Cuatro Niveles en la Estructura de las Proteínas

• Primaria: secuencia de aminoácidos unida por enlaces peptídicos.
• Secundaria: mantenida por enlaces de H, que dan forma de hélice alfa o lámina beta.
• Terciaria: pliegue de la proteína dado por enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua del entorno y puentes de disulfuro entre cisteínas.
• Cuaternaria: polipéptidos individuales unidos a otros por enlaces de hidrógeno o puentes disulfuro.

Funciones de las Proteínas

• Estructural.
• Movimiento.
• Defensa.
• Almacenamiento.
• Señalización.
• Reacciones de catálisis.
• Cuando un gen muta, hay una alteración en las proteínas.

Ácidos Nucleicos

• Nucleótido: consta de un azúcar, una base y un grupo fosfato.
• Ácido nucleico: polímero formado de nucleótidos.
• La pentosa de azúcar en ADN es desoxirribosa, mientras que en ARN es ribosa.
• El ADN en carbono 2 tiene H, mientras el ARN en carbono 2 tiene OH
• Los nucleótidos forman cadenas por medio de enlaces covalentes, denominados enlaces 3'-5' fosfodiéster para formar polinucleótidos.

Bases Nitrogenadas

• Pirimidinas (anillos simples): citosina, timina, uracilo.
• Purinas (doble anillo): adenina, guanina.
• El ADN tiene las bases nitrogenadas citosina, timina, adenina y guanina.
• El ARN tiene la base nitrogenada uracilo en lugar de timina.

ADN vs. ARN

• Azúcar pentosa diferente: ADN tiene dexoxirribosa, ARN tiene ribosa.
• Difiere una base nitrogenada: ADN tiene timina, ARN tiene uracilo.
• Adenina con timina (doble enlace en el ADN).
• Citosina con guanina (triple enlace en el ADN).
• Ciertos genes están en el ADN, responsable de la síntesis de las proteínas; el ARN transporta la información genética.

Descubrimiento de la Célula

• 1665: Robert Hooke.
• 1668: Anton Van Leeuwenhoek inventó el microscopio y fue el primero en observar animálculos (microorganismos).
• 1838: Mathias Schleiden observó muchas células vegetales diferentes.
• 1839: Theodor Schwann propuso dos principios de la teoría celular: todos los organismos están compuestos de una o más células, y la célula es la unidad fundamental.
• Las células sólo pueden originar de la división de una célula preexistente.
• 1951: George Gey primer cultivo de células humanas (células HeLa).

Propiedades Básicas de las Células

• Cuanto más compleja sea su estructura, mayor es el número de partes que deben estar en el lugar adecuado.
• Menor tolerancia a errores en la naturaleza e interacciones con las partes.
• Mayor regulación que se debe ejercer para mantener el sistema.
• Las células poseen un programa genético o los medios para usarlo.
• Las células son capaces de reproducirse.
• Las células obtienen y utilizan energía por medio de la degradación de compuestos (orgánicos e inorgánicos) por respiración y fermentación.
• Las células llevan a cabo diferentes reacciones químicas (metabolismo celular).
• Las células realizan numerosas actividades mecánicas (transporte de materiales, (des) acoplamiento)
• Las células son capaces de reaccionar a estímulos.
• Las células son capaces de autorregularse.
• Las células evolucionan

Tipos de Células

• Procariotas (antes del núcleo): estructura más simple, están en bacterias, organismos unicelulares.
• Eucariotas (núcleo verdadero): estructura más compleja, están en protistas, hongos, plantas y animales, organismos uni y multicelulares.

Clasificación de los Seres Vivos

• Arquea y Bacteria tienen células procariotas, los eucariotas las células eucariotas - Dominio - Arquea, Bacteria, Eucariota.

Células Procariotas

• Células de bacterias Arquea y Bacteria.
• No poseen membrana celular definida.
• Área nucleoide (región de concentración de ADN en un solo cromosoma, generalmente circular).
• Carecen de citoesqueleto y organelas.

Células Eucariotas

• Poseen núcleo y organelos delimitados por membranas dentro del citoplasma.
• Cromosomas lineales múltiples.
• Citoesqueleto constituido por micro túbulos, micro filamentos y filamentos.

Citoesqueleto

• Da soporte interno a la célula, interviene en fenómenos de transporte y división celular.
• Tipos: animal (centriolos y vacuolas), vegetal (cloroplastos, pared celular y una gran vacuola central).
• Ambos tipos de célula están delimitadas por membranas celulares y ribosomas, una región que contiene material genérico codificada por ADN.

Estructura y Función de Paredes Celulares

• Las células procariotas y eucariotas vegetales tienen pared celular.
• Rodean la membrana plasmática y dan protección contra lisis celular, además de ser responsable de la rigidez y la forma celular.
• Lisis: célula se rompe.

Pared Celular Bacteriana

• En células de Bacteria, la pared celular está constituida por peptidoglucano (mureína).
• En células de Arquea no hay peptidoglucano, la composición es variable (algunas no poseen pared, otras poseen polisacáridos, otras poseen pseudopeptidoglucano en arqueas metanogénicas y halófilas)
• Los antibióticos rompen el enlace del péptido glucano.

Paredes Celulares en Vegetales

• Compuesta por celulosa, hemicelulosa, pectina y en algunos casos lignina.
• En los vegetales el principal componente de la pared celular es la celulosa.

Membrana Plasmática

• Está presente en todas las células y aísla el contenido celular.
• Es una capa doble de fosfolípidos que rodea y delimita las células, permitiendo el equilibrio físico y químico entre el entorno y el citoplasma.
• Las membranas son "mosaicos fluidos" en los que las proteínas se desplazan en capas de lípidos.

Proteínas de la Membrana

• Adhesión: se unen entre sí las células.
• Transportadoras: permiten el intercambio de moléculas.
• Receptoras: reconocen ciertas sustancias (hormonas, neurotransmisores).
• Reconocimiento: comunicación e identificación celular.
• Enzimáticas: catalizan reacciones biológicas.

Activación de Proteínas Receptoras

• Una hormona se une al receptor.
• La unión de la hormona activa al receptor, que cambia de forma.
• El receptor activado estimula una respuesta de la célula.

Transporte a Través de la Membrana

• Transporte pasivo (difusión simple o facilitada, osmosis).
• Transporte activo (requiere energía, endocitosis, exocitosis).

Movimiento de Agua en Células Vivas

• Célula vegetal hipertónica: el exterior de la célula tiene mayor concentración que el interior.
• Célula vegetal isotónica: el exterior e interior tienen iguales concentraciones.
• Célula vegetal hipotónica: el exterior de la célula tiene una baja concentración del soluto en comparación con el interior.
• Isotónica: la célula mantiene su tonicidad
• Hipotónica: la célula se hincha porque hay un exceso del soluto
• La turgencia es la presión ejercida por los fluidos y por el contenido celular sobre las paredes de la célula.
• La célula vegetal plasmolizada pierde agua, se contrae, separándose la membrana celular de la pared celular.

Transporte Activo

• Es el transporte que requiere energía.
• La proteína de transporte une el ATP y el catión.
• La energía del ATP cambia la forma de la proteína de transporte y hace pasar el ión por la membrana.
• La proteína libera el ión y los remanentes del ATP (ADP y Pi) y se cierra.

Endocitosis

• Las proteínas receptoras de moléculas o complejos de moléculas específicos se encuentran dentro de poros recubiertos.
• Los receptores se unen a las moléculas y la membrana forma una vesícula.

Pinocitosis

• Transporte de líquidos.

Fagocitosis

• Transporte de partículas.
• La membrana plasmática proyecta pseudópodos hacia una partícula extracelular.
• Los extremos de los pseudópodos se fusionan y engloban la partícula.
• Se forma una vesícula llamada vacuola alimentaria.

Exocitosis

• Excretar sustancias fuera de la célula.
• El material se encierra en una vesícula que se fusiona con la membrana plasmática para que su contenido se difunda en el fluido celular.
• La relación tamaño/volumen aumenta la eficiencia del intercambio de materiales a través de la membrana celular (a mayor volumen menos eficiencia).

Estructuras de Unión y Comunicación de las Células

• Desmosomas: filamentos de proteínas mantienen unidas las células.
• Uniones herméticas: las proteínas sellan las células.
• Uniones de hendiduras: las proteínas de canal conectan el interior de células contiguas.
• Plasmodesmos en células vegetales: canales revestidos de membrana conectan el interior de células contiguas.

¿Cómo se comunican las neuronas?

• Los canales de sodio, ante un estímulo se abren y el sodio entra al citoplasma celular Luego por un periodo breve el canal no vuelve a abrir como respuesta un estímulo.
• El potencial de reposo de la membrana es el resultado de diferentes concentraciones dentro y fuera de la célula.
• La magnitud y dirección del voltaje a través de la membrana dependen de las diferencias en las concentraciones de iones.

Fases de una Célula en Reposo

• Célula en reposo: menos cantidad de sodio al interior de la célula, sus canales transportadores de Na y K están cerrados.
• Depolarización: hay una carga más negativa en el exterior.
• Hiperpolarización: en el pico de potencial de acción la membrana se hiperpolariza, los canales de Na se cierran.
• El umbral necesario de despolarización para que ocurra un potencial de acción: pasar a un valor más positivo requieres estimulo