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# Composición química y niveles de organización de los seres vivos El estudio de la composición química y los niveles de organización de los seres vivos abarca desde los componentes atómicos y moleculares que los constituyen hasta la forma en que se estructuran en sistemas cada vez más complejos, culminando en el ecosistema y la biosfera [1](#page=1). ### 1.1 Características de los seres vivos Los seres vivos comparten una serie de características fundamentales que los distinguen de la materia inerte [1](#page=1): * Están formados por los mismos elementos químicos, denominados bioelementos, y las mismas moléculas, denominadas biomoléculas [1](#page=1). * Son sistemas abiertos, ya que intercambian materia y energía con su entorno [1](#page=1). * Realizan las tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción [1](#page=1). * Poseen capacidad homeostática, es decir, la habilidad de mantener constantes las características de su medio interno, como la temperatura [1](#page=1). * Tienen la capacidad de evolucionar [1](#page=1). ### 1.2 Niveles de organización de los seres vivos La organización de los seres vivos se estructura jerárquicamente en varios niveles [2](#page=2): * **Nivel atómico:** Constituido por los átomos que forman parte de la materia viva, conocidos como bioelementos [1](#page=1) [2](#page=2). * **Nivel molecular:** Los átomos (bioelementos) se unen para formar biomoléculas [2](#page=2). * **Nivel subcelular:** Las biomoléculas se organizan en complejos supramoleculares, como los ribosomas [2](#page=2). * **Nivel celular:** Los orgánulos se combinan para formar células, las unidades estructurales y funcionales básicas de la vida [2](#page=2). * **Nivel tisular:** En organismos pluricelulares, las células especializadas se agrupan para formar tejidos [2](#page=2). * **Nivel organular:** Diversos tejidos se organizan para conformar órganos, los cuales se asocian en aparatos y sistemas [2](#page=2). * **Organismo:** La unión de aparatos y sistemas da lugar a un organismo [2](#page=2). * **Nivel ecosistema:** * Individuos de la misma especie se agrupan para formar **poblaciones** [2](#page=2). * El conjunto de poblaciones de una zona determinada constituye la **biocenosis** [2](#page=2). * La biocenosis junto con el biotopo (el medio físico) forman el **ecosistema** [2](#page=2). * El conjunto de ecosistemas de la Tierra constituye la **ecosfera** [2](#page=2). Cada nivel de organización presenta propiedades nuevas y superiores a las del nivel inferior [2](#page=2). ### 1.3 Composición química de los seres vivos #### 1.3.1 Bioelementos Los bioelementos son los elementos químicos que constituyen la materia viva. Se clasifican según su abundancia [2](#page=2): * **Bioelementos primarios:** Representan más del 95% de la materia viva y son el carbono (C), el oxígeno (O), el hidrógeno (H) y el nitrógeno (N) [2](#page=2). * **Propiedades:** * Forman enlaces covalentes muy estables debido al pequeño tamaño de sus átomos. La interacción entre ellos es responsable de sus propiedades fisicoquímicas [3](#page=3). * El carbono tiene la capacidad de formar largas cadenas muy estables, actuando como esqueleto básico de las biomoléculas [3](#page=3). * Se incorporan con facilidad del medio externo: el carbono y el oxígeno de la atmósfera, el hidrógeno del agua, y el nitrógeno de la dieta [3](#page=3). * **Bioelementos secundarios:** Constituyen aproximadamente el 4.5% de la materia viva. Destacan el magnesio (Mg), el calcio (Ca), el potasio (K) y el sodio (Na) [3](#page=3). * **Oligoelementos:** Representan solo el 0.1% de la materia viva. Algunos son esenciales para los seres vivos, como el hierro (Fe) y el cinc [3](#page=3). #### 1.3.2 Biomoléculas Existen dos tipos principales de biomoléculas: * **Biomoléculas inorgánicas:** Se encuentran tanto en materia viva como no viva y no son exclusivas de los seres vivos. Son moléculas simples con pocos átomos [3](#page=3). * **Agua:** Es la molécula más abundante en los seres vivos, representando entre el 60-70% en humanos. A pesar de su aparente sencillez, es fundamental para la vida. Está formada por un átomo de oxígeno unido a dos átomos de hidrógeno mediante enlaces covalentes. El oxígeno, al ser más electronegativo, genera un carácter dipolar en la molécula, con una carga parcial negativa en el oxígeno y parcial positiva en los hidrógenos. Esta polaridad da lugar a la formación de puentes de hidrógeno entre moléculas de agua, lo que cohesiona las moléculas y determina sus propiedades y funciones [3](#page=3) [4](#page=4). \* **Propiedades y funciones del agua:** * Permanece en estado líquido en un amplio rango de temperaturas [4](#page=4). * Es un líquido incompresible, lo que le permite formar parte del esqueleto hidrostático de organismos como las medusas [4](#page=4). * Posee un **alto calor específico**: la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de sustancia en un grado centígrado. Esto permite al agua absorber gran cantidad de calor sin aumentar significativamente su temperatura, destinando la energía a romper puentes de hidrógeno [4](#page=4). * Tiene un **alto calor de vaporización**: la energía necesaria para que una sustancia pase del estado líquido al gaseoso [4](#page=4). * **Función termorreguladora:** Ayuda a regular la temperatura corporal y ambiental, evitando cambios drásticos [4](#page=4). * **Capacidad disolvente:** Disuelve compuestos iónicos y moléculas covalentes polares, siendo el medio donde ocurren la mayoría de las reacciones químicas [4](#page=4). * **Función transportadora:** Al disolver sustancias, facilita su transporte a través del organismo [4](#page=4). * Presenta una **gran cohesión interna** y **capilaridad**, la capacidad de ascender en tubos de pequeño diámetro contra la gravedad. Ambas propiedades son cruciales para el transporte de savia bruta en plantas [4](#page=4). * Alcanza su **densidad máxima a 4 grados centígrados**. Esto provoca que el hielo flote sobre el agua líquida, aislando las capas inferiores y permitiendo la supervivencia de organismos acuáticos en climas fríos. En estado sólido (hielo), las moléculas de agua forman una estructura cristalina con puentes de hidrógeno que aumenta el volumen [4](#page=4). * **Sales minerales:** Pueden encontrarse en dos formas: * **Sales minerales precipitadas:** Son sólidas e insolubles en agua. Se encuentran formando estructuras de soporte, como los esqueletos de vertebrados, caparazones de crustáceos, y en huesos (fosfatos y carbonatos de calcio) [5](#page=5). * **Sales minerales disueltas:** Se encuentran ionizadas y son solubles en agua. Están presentes en los líquidos intra y extracelulares en forma de cationes (Na+, K+, Ca²⁺) y aniones (Cl⁻, CO₃²⁻) [5](#page=5). \* **Funciones de las sales minerales disueltas:** * **Homeostasis:** Contribuyen a mantener constantes las características del medio interno [5](#page=5). * **Regulación del pH:** Las **disoluciones tampón** (buffer) son sales minerales capaces de regular el pH, manteniendo la concentración de protones de hidrógeno constante para proteger proteínas y su función. Ejemplos son el tampón carbonato en la sangre y el tampón fosfato en las células [5](#page=5). * **Regulación de los procesos osmóticos:** El agua se difunde pasivamente a través de una membrana semipermeable desde un medio hipotónico (menor concentración) a un medio hipertónico (mayor concentración) hasta alcanzar el equilibrio isotónico. En animales, un medio extracelular hipertónico puede causar deshidratación y crenación celular. En plantas, puede provocar plasmolisis [5](#page=5). * **Biomoléculas orgánicas:** (No cubiertas en las páginas 1-5, por lo que no se incluirán en este resumen). * * * # Biomoléculas orgánicas: glúcidos, proteínas y ácidos nucleicos Las biomoléculas orgánicas, compuestas principalmente de carbono e hidrógeno, son esenciales para la vida, formando los pilares de las estructuras y funciones celulares [6](#page=6). ## 2 Biomoléculas orgánicas: glúcidos, proteínas y ácidos nucleicos ### 2.1 Glúcidos Los glúcidos, también conocidos como carbohidratos, son biomoléculas orgánicas compuestas principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno. Químicamente, se definen como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. Son moléculas ricas en energía y la mayoría son polímeros formados por la unión de subunidades de monosacáridos [6](#page=6) [7](#page=7). #### 2.1.1 Clasificación de los glúcidos * **Monosacáridos:** Son las unidades básicas y más simples de los glúcidos, como la glucosa. Se unen entre sí mediante enlaces O-glucosídicos, que se forman por la unión de dos grupos hidroxila con liberación de agua [6](#page=6). * Según su grupo funcional: * **Aldosas:** Poseen un grupo aldehído en el carbono 1 [6](#page=6). * **Cetosas:** Poseen un grupo cetona en el carbono 2 [6](#page=6). * Según su número de carbonos: * **Triosas:** Tres carbonos (ej: gliceraldehído) [6](#page=6). * **Tetrosas:** Cuatro carbonos [7](#page=7). * **Pentosas:** Cinco carbonos (ej: ribosa, desoxirribosa) [7](#page=7). * **Hexosas:** Seis carbonos (ej: glucosa, fructosa) [7](#page=7). Normalmente, los monosacáridos de 5 y 6 átomos de carbono se encuentran ciclados [7](#page=7). * **Oligosacáridos:** Son la unión de 2 a 10 monosacáridos unidos por enlaces O-glucosídicos. Los más comunes son los disacáridos, formados por la unión de dos monosacáridos (ej: sacarosa, lactosa) [7](#page=7). * **Polisacáridos:** Son largas cadenas formadas por más de mil monosacáridos [7](#page=7). * **Homopolisacáridos:** Formados por un solo tipo de monosacárido (ej: todas glucosas) [7](#page=7). * **Heteropolisacáridos:** Formados por más de un tipo de monosacárido [7](#page=7). #### 2.1.2 Funciones de los glúcidos * **Reserva de energía:** * **Almidón:** Principal reserva energética en plantas, almacenado en amiloplastos [7](#page=7). * **Glucógeno:** Polisacárido de reserva en animales y hongos, compuesto enteramente por glucosa [7](#page=7). * **Estructurales:** * **Celulosa:** Formada por polisacáridos lineales de glucosa, genera la pared celular [7](#page=7). ### 2.2 Proteínas Las proteínas son cadenas de aminoácidos. Son moléculas complejas y ricas en energía [7](#page=7) [8](#page=8). #### 2.2.1 Aminoácidos Un aminoácido es una molécula orgánica con un carbono central (carbono alfa) unido a un grupo carboxilo (-COOH), un grupo amino (-NH₂), un hidrógeno (-H) y una cadena lateral o radical (R), que es lo que diferencia a un aminoácido de otro. Existen muchos aminoácidos, pero solo 20 son "proteicos" y se unen para formar proteínas [8](#page=8). Los aminoácidos se unen mediante enlaces peptídicos, formados por la unión del hidroxilo del grupo carboxilo de un aminoácido con dos hidrógenos del grupo amino de otro, liberando una molécula de agua. La unión de dos aminoácidos forma un dipéptido, de tres un tripéptido, y a partir de diez aminoácidos se considera una proteína [8](#page=8). #### 2.2.2 Estructura de las proteínas Las proteínas presentan, como mínimo, tres niveles estructurales, y algunas cuatro [8](#page=8): * **Estructura primaria:** Es la secuencia lineal de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Es la estructura más simple pero la más importante, ya que determina las demás estructuras y, por ende, la función de la proteína [8](#page=8). * **Estructura secundaria:** Es la disposición espacial de la estructura primaria. Está unida por puentes de hidrógeno y depende de los aminoácidos que la forman [8](#page=8). * **Alfa hélice:** Una hélice que gira hacia la derecha, con grupos R en el exterior. Se produce una unión entre un aminoácido y el cuarto que le sigue. Hay aproximadamente 3.6 aminoácidos por vuelta [9](#page=9). * **Lámina beta:** Se dispone en forma de zigzag, es más estirada que la alfa hélice y surge de la formación de puentes de hidrógeno entre varias cadenas de beta lámina [9](#page=9). * **Estructura terciaria:** Es la disposición espacial más estable de la proteína en condiciones fisiológicas normales, conocida como conformación nativa. En este nivel, la proteína adquiere su funcionalidad y se vuelve activa. Se mantiene unida por enlaces débiles entre las cadenas laterales (grupos R) de distintos aminoácidos, incluyendo puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas, fuerzas de Van der Waals, enlaces iónicos y puentes disulfuro [10](#page=10) [9](#page=9). * **Formaciones dentro de la estructura terciaria:** * **Globular:** Forma de ovillo con zonas de alfa hélice y beta láminas. Son solubles en agua y suelen tener funciones activas (ej: procesos metabólicos, hormonas) [10](#page=10). * **Fibrosas:** Proteínas más estiradas, a menudo una alfa hélice con pocos giros. Son insolubles en agua y su función principal es estructural (ej: colágeno) [10](#page=10). * **Estructura cuaternaria (solo algunas):** Ocurre cuando varias proteínas están formadas por cadenas polipeptídicas. A cada cadena se la denomina protómero y a la proteína en conjunto, oligómero. Se mantienen unidas por enlaces débiles entre las cadenas laterales de aminoácidos de distintas cadenas, y también por puentes disulfuro [10](#page=10) [11](#page=11). #### 2.2.3 Funciones de las proteínas Las proteínas tienen una gran diversidad de funciones, ya que existen miles de ellas, siendo responsables de las funciones celulares [11](#page=11): * **Transportadora:** (ej: ARN - aunque el ARN no es una proteína, esta función se asocia comúnmente a transportadores, lo que podría ser una imprecisión en el documento fuente) [11](#page=11). * **Defensiva:** Anticuerpos [11](#page=11). * **Hormonas:** [11](#page=11). * **Enzimas:** Llevan a cabo las reacciones metabólicas de la célula [11](#page=11). * **Reguladora:** [11](#page=11). * **Homeostática:** Regulan el pH del medio interno [11](#page=11). * **Contráctiles:** Actina y miosina, que realizan funciones contráctiles del músculo [11](#page=11). > **Tip:** Para que una proteína sea activa, necesita alcanzar su estructura terciaria. Si hay variaciones de temperatura o pH, se romperán las uniones que mantienen las estructuras, provocando desnaturalización [11](#page=11). #### 2.2.4 Desnaturalización La desnaturalización es la pérdida de todas las estructuras proteicas excepto la primaria, ya que los enlaces peptídicos no se rompen fácilmente. Si las condiciones del medio vuelven a ser normales, la proteína puede renaturalizarse [11](#page=11) [12](#page=12). ### 2.3 Ácidos nucleicos Los ácidos nucleicos son las biomoléculas orgánicas encargadas del almacenamiento, transmisión y expresión de la información genética. Son largas cadenas de polímeros llamados nucleótidos [12](#page=12). #### 2.3.1 Nucleótidos Un nucleótido está formado por tres componentes [12](#page=12): 1. **Pentosa:** Ribosa o desoxirribosa. La diferencia es que la desoxirribosa ha perdido un oxígeno en el carbono 2' (dos prima) [12](#page=12). 2. **Base nitrogenada:** Se une al carbono 1' (un prima) de la pentosa. Pueden ser púricas (adenina y guanina) o pirimidínicas (citosina, timina y uracilo) [12](#page=12). 3. **Ión fosfato:** Se une al carbono 5' (cinco prima) [12](#page=12). Los nucleótidos se unen entre sí por enlaces fosfodiéster, que se forman entre el grupo hidroxilo del carbono 3' (tres prima) de un nucleótido y el grupo fosfato del carbono 5' (cinco prima) del siguiente nucleótido. Por esta razón, se leen en sentido 5' → 3' [12](#page=12) [13](#page=13). #### 2.3.2 ADN (Ácido Desoxirribonucleico) * **Pentosa:** Desoxirribosa [12](#page=12). * **Bases nitrogenadas:** Adenina, guanina, citosina, timina [12](#page=12). * **Estructura:** Bicatenario. La teoría de la doble hélice de Watson y Crick postula que el ADN está formado por dos cadenas antiparalelas: una va en sentido 5' → 3' y la otra en sentido 3' → 5'. Las cadenas son complementarias: siempre que hay adenina en una, hay timina en la otra; y siempre que hay guanina, hay citosina [13](#page=13). * **Puentes de hidrógeno:** Se forman 2 puentes de hidrógeno entre adenina y timina, y 3 puentes de hidrógeno entre guanina y citosina [13](#page=13). * **Función:** Almacena y transmite la información genética. Su función principal es la síntesis de proteínas [13](#page=13). #### 2.3.3 ARN (Ácido Ribonucleico) * **Pentosa:** Ribosa [12](#page=12). * **Bases nitrogenadas:** Adenina, guanina, citosina, uracilo [12](#page=12). * **Estructura:** Monocatenario, aunque en algunas partes pueden unirse por complementariedad de bases. Los virus pueden tener ARN bicatenario [13](#page=13). #### 2.3.4 Flujo de la información genética El dogma central de la biología molecular describe cómo la información genética fluye [14](#page=14): * **Replicación:** El ADN se replica para transmitir una copia en la división celular. Algunos virus con ARN también se replican [14](#page=14). * **Transcripción:** Es el proceso por el cual se sintetizan todos los tipos de ARN tomando como molde el ADN. Ocurre en el núcleo [14](#page=14). * **Traducción:** La información genética contenida en la secuencia de bases nitrogenadas se traduce a una secuencia de aminoácidos, dando lugar a la proteína [14](#page=14). * **Código genético:** Es un diccionario que indica la relación entre los tripletes de bases nitrogenadas (codones) y el aminoácido correspondiente [14](#page=14). \* **Características del código genético:** * **Universal:** Común para todos los seres vivos [14](#page=14). * **Degenerado:** Varios codones pueden codificar el mismo aminoácido (codones sinónimos) [14](#page=14). * **No ambiguo:** Cada codón codifica para un único aminoácido [14](#page=14). #### 2.3.5 Mutaciones Son cambios en la secuencia de las bases de ADN que pueden alterar la secuencia de aminoácidos de una proteína, resultando en una proteína diferente con distintas funciones. Las mutaciones son una fuente de variabilidad genética y pueden ser perjudiciales (causan enfermedades), neutras (no causan perjuicio ni beneficio) o beneficiosas (aportan características ventajosas para la supervivencia) [14](#page=14). * * * # La célula: tipos, estructuras y funciones La célula es la unidad fundamental de la vida, capaz de realizar las tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción. Existen dos tipos principales de células: procariotas y eucariotas, que difieren significativamente en su estructura y organización interna [15](#page=15). ### 3.1 Célula procariota Las células procariotas, como las bacterias y arqueas, son estructuralmente más simples al carecer de un núcleo definido y de orgánulos membranosos [15](#page=15). #### 3.1.1 Estructura de la célula procariota * **Membrana plasmática:** Es una doble capa lipídica que delimita la célula y regula el intercambio de sustancias. En procariotas, también es responsable de procesos como la respiración celular, al no contar con orgánulos especializados para ello [15](#page=15). * **Pared celular:** Proporciona forma, protección y evita la lisis celular debido a la diferencia de tonicidad entre el medio interno (hipertónico) y externo. Su composición general es de peptidoglicanos [15](#page=15). * **Cápsula:** Una cubierta externa, compuesta por glúcidos, que se sitúa por encima de la pared celular. Sus funciones incluyen la adherencia a medios, el almacenamiento de agua y la protección, como el camuflaje frente al sistema inmune del huésped [15](#page=15). * **Citoplasma:** El contenido interno de la célula, donde ocurren numerosas reacciones metabólicas [16](#page=16). * **Nucleoide:** Región donde se encuentra el material genético, típicamente una única molécula de ADN bicatenario circular. Su función es almacenar y transmitir la información genética [16](#page=16). * **Plásmidos:** Fragmentos pequeños de ADN circular extracromosómico que contienen genes adicionales, como los de resistencia a antibióticos, que pueden conferir ventajas a la bacteria [16](#page=16). * **Ribosomas:** Orgánulos no membranosos, de tipo 70S, encargados de la síntesis de proteínas. A diferencia de las eucariotas, los ribosomas procariotas son de 70S [16](#page=16). * **Fimbrias:** Estructuras cortas y numerosas, cuya función es la adherencia al sustrato [16](#page=16). * **Flagelo:** Uno o varios apéndices que permiten el movimiento o desplazamiento de la célula [16](#page=16). * **Pili:** Estructuras de tamaño intermedio entre flagelos y fimbrias, involucradas en el intercambio de material genético entre células [16](#page=16). ### 3.2 Célula eucariota Las células eucariotas, encontradas en animales, plantas, hongos y protoctistas, son significativamente más complejas. Poseen un núcleo diferenciado que contiene el ADN y una variedad de orgánulos membranosos que permiten la compartimentalización y la realización simultánea de diversas funciones [16](#page=16). #### 3.2.1 Estructura de la célula eucariota * **Membrana plasmática:** Sigue el modelo de mosaico fluido, caracterizado por una bicapa lipídica donde las cabezas polares de los fosfolípidos se orientan hacia el exterior e interior de la célula, y las colas apolares se sitúan en el interior de la membrana. El colesterol regula su rigidez (#page=16, 17). Puede contener proteínas integrales (que atraviesan la membrana) o periféricas, y glúcidos formando glucolípidos o glucoproteínas [16](#page=16) [17](#page=17). * **Funciones:** Mantiene la integridad celular, actúa como barrera selectiva regulando el intercambio de sustancias, y participa en el reconocimiento celular a través de receptores [17](#page=17). * **Pared celular (vegetal):** Una pared externa rígida, exclusiva de células vegetales, compuesta principalmente de glucosa. Proporciona forma y rigidez, y evita la lisis por entrada masiva de agua, ya que el interior de estas células es hipertónico [17](#page=17). * **Citoesqueleto:** Una red de filamentos proteicos compuesta por microfilamentos de actina, filamentos intermedios y microtúbulos. * **Funciones:** Da forma a la célula, facilita el movimiento de orgánulos, la segregación de cromosomas durante la división celular, el movimiento por pseudópodos, y la formación de cilios y flagelos [18](#page=18). * **Centrosoma:** Exclusivo de células animales, está formado por dos cilindros huecos de microtúbulos dispuestos perpendicularmente. Funciona como centro organizador de microtúbulos (COMG), responsable de la formación del huso acromático en la división celular y de la formación de cilios y flagelos [18](#page=18). * **Retículo endoplasmático (RE):** Una red continua de sacos (cisternas aplanadas) y túbulos interconectados con la membrana nuclear. * **RE rugoso (RER):** Presenta ribosomas adheridos en su cara externa. Su función es la síntesis, almacenamiento y transporte de proteínas, y la formación de peroxisomas [19](#page=19). * **RE liso (REL):** Carece de ribosomas. Se encarga de la síntesis, transporte y almacenamiento de lípidos [19](#page=19). * **Ribosomas:** Orgánulos no membranosos compuestos por ARN ribosómico y proteínas. Se encuentran en el núcleo, citoplasma, adheridos al RER, y en mitocondrias y cloroplastos. Su función principal es la síntesis de proteínas [19](#page=19). * **Aparato de Golgi:** Conjunto de dictiosomas (sacos aplanados) y vesículas asociadas, con una cara \_cis (receptora de vesículas del RE) y una cara \_trans (emisora de vesículas de secreción) [19](#page=19). * **Funciones:** Modificación y distribución de proteínas, participación en la formación de membranas, pared vegetal y lisosomas [19](#page=19). * **Vacuolas:** Vesículas membranosas. En células animales suelen ser pequeñas y numerosas, mientras que en células vegetales puede haber una gran vacuola central que almacena agua y otras sustancias, manteniendo la turgencia celular [19](#page=19). * **Mitocondrias y Cloroplastos:** Orgánulos energéticos con doble membrana, poseedores de su propio ADN y ribosomas 70S, lo que apoya la teoría endosimbiótica de Lynn Margulis [20](#page=20). * **Mitocondrias:** Presentan crestas mitocondriales y matriz mitocondrial donde ocurre el ciclo de Krebs [20](#page=20). * **Función:** Producción de energía mediante la respiración celular [20](#page=20). * **Cloroplastos:** Orgánulos exclusivos de células vegetales, con membranas externa e interna, ADN bicatenario circular, estroma y ribosomas 70S. Contienen tilacoides apilados en grana, donde se localiza la clorofila [23](#page=23). * **Función:** Realización de la fotosíntesis [23](#page=23). ### 3.3 Funciones vitales celulares Las células realizan tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción [15](#page=15). #### 3.3.1 Nutrición Es el proceso de obtención de materia y energía del medio para la síntesis de biomoléculas, la generación de estructuras y la reparación de daños [21](#page=21). * **Entrada de nutrientes:** * **Fuente de materia:** * **Autótrofos:** Utilizan biomoléculas inorgánicas sencillas como fuente de carbono (ej. CO2, agua) [21](#page=21). * **Heterótrofos:** Necesitan materia orgánica, aunque pueden utilizar inorgánica [21](#page=21). * **Fuente de energía:** * **Fotótrofos:** Utilizan la luz solar (fotosíntesis) [21](#page=21). * **Quimiótrofos:** Utilizan la energía química liberada por la degradación de moléculas [21](#page=21). * **Tipos combinados:** Fotoautótrofos, quimioautótrofos, fotoorganótrofos, quimiorganótrofos [21](#page=21). * **Metabolismo celular:** Conjunto de procesos químicos para utilizar nutrientes y obtener energía. * **Procesos catabólicos:** Degradación de biomoléculas orgánicas para obtener energía. * **Respiración celular (aerobia):** Ocurre en presencia de oxígeno, principalmente en mitocondrias. Incluye la obtención de Acetil-CoA, el ciclo de Krebs en la matriz mitocondrial, y la cadena respiratoria en la membrana mitocondrial interna. Produce una gran cantidad de ATP [22](#page=22). * Ecuación general: $C\_6H\_{12}O\_6 + 6O\_2 \\rightarrow 6CO\_2 + 6H\_2O + 38\\text{ ATP}$ [22](#page=22). * **Fermentación (anaerobia):** Ocurre en ausencia de oxígeno en el hialoplasma. Degrada moléculas orgánicas a otras más sencillas, obteniendo menos energía que en la respiración celular [23](#page=23). * **Fermentación láctica:** El ácido pirúvico se reduce a ácido láctico, regenerando $NAD^+$ a partir de $NADH$ [23](#page=23). * **Fermentación alcohólica:** El ácido pirúvico se transforma en acetaldehído (liberando $CO\_2$) y luego en etanol, regenerando $NAD^+$ [23](#page=23). * **Procesos anabólicos:** Síntesis de moléculas complejas a partir de otras más simples, empleando ATP [23](#page=23). * **Anabolismo autótrofo:** Utiliza $CO\_2$ como fuente de carbono y energía luminosa para sintetizar moléculas orgánicas como la glucosa [23](#page=23). * **Fotosíntesis:** Proceso anabólico que transforma moléculas inorgánicas sencillas en materia orgánica simple usando luz solar [23](#page=23). * Ecuación general: $6CO\_2 + 6H\_2O \\xrightarrow{\\text{Luz solar}} C\_6H\_{12}O\_6 + 6O\_2$ [23](#page=23). * **Fase luminosa:** Ocurre en la membrana de los tilacoides. La clorofila capta luz solar, se produce $ATP$ y poder reductor en forma de $NADPH$. La fotólisis del agua libera $O\_2$ y $NADPH$ [24](#page=24). * **Fase oscura (Ciclo de Calvin):** No depende directamente de la luz, pero sí de los productos de la fase luminosa. Fija el $CO\_2$ atmosférico (mediante RubisCO) y utiliza $ATP$ y $NADPH$ para producir materia orgánica sencilla como la glucosa [24](#page=24). * **Factores que afectan la fotosíntesis:** Intensidad luminosa, concentración de $CO\_2$, agua, $O\_2$ y temperatura (#page=24, 25) [24](#page=24) [25](#page=25). * **Importancia:** Reduce $CO\_2$ atmosférico, libera $O\_2$ (esencial para la vida), transforma energía luminosa en química, y produce biomoléculas orgánicas [25](#page=25). #### 3.3.2 Relación Las células utilizan la membrana plasmática para interactuar con el exterior, detectando estímulos (térmicos, químicos, luminosos, mecánicos) y adaptándose al medio. La respuesta a estos estímulos puede implicar movimiento [25](#page=25): * **Locomoción:** Si el movimiento es para desplazarse, se denomina tactismo. * **Fototactismo:** Movimiento en respuesta a la luz [25](#page=25). * **Quimiotactismo:** Movimiento hacia (positivo) o en contra (negativo) de un estímulo químico [25](#page=25). #### 3.3.3 Reproducción Aunque no se detalla explícitamente en las páginas proporcionadas para este tema, la capacidad de reproducirse es una función vital inherente a todas las células [15](#page=15). * * * # Procesos celulares: metabolismo y reproducción Los procesos celulares fundamentales de metabolismo y reproducción permiten a los organismos obtener y transformar energía y materia, así como perpetuar su especie a través de la división celular [21](#page=21). ### 4.1 Nutrición celular La nutrición es el proceso mediante el cual los seres vivos obtienen materia y energía del medio para sintetizar sus propias moléculas, construir y reparar estructuras, y realizar las funciones vitales. Se divide en la entrada de nutrientes y el metabolismo celular [21](#page=21). #### 4.1.1 Entrada de nutrientes Según la fuente de materia, los organismos se clasifican en: * **Autótrofos:** Utilizan biomoléculas inorgánicas sencillas como el dióxido de carbono (CO2) y el agua [21](#page=21). * **Heterótrofos:** Requieren moléculas orgánicas y también pueden utilizar inorgánicas [21](#page=21). Según la fuente de energía, se clasifican en: * **Fotótrofos:** Utilizan la luz solar como fuente de energía (fotosíntesis) [21](#page=21). * **Quimiótrofos:** Obtienen energía de la degradación química de moléculas [21](#page=21). Combinando ambas clasificaciones, se obtienen cuatro tipos: fotoautótrofos, quimioautótrofos, fotoorganótrofos y quimiorganótrofos [21](#page=21). #### 4.1.2 Metabolismo celular El metabolismo celular es el conjunto de procesos químicos que ocurren dentro de la célula para transformar los nutrientes y obtener la energía necesaria para las funciones vitales. Incluye procesos catabólicos y anabólicos [21](#page=21). ##### 4.1.2.1 Procesos catabólicos Son procesos de degradación de biomoléculas orgánicas para obtener energía. Pueden ocurrir en presencia o ausencia de oxígeno [22](#page=22). * **Respiración celular (aerobio):** Ocurre en presencia de oxígeno y en las mitocondrias. Implica la degradación total de moléculas orgánicas a CO2 y agua, liberando energía [22](#page=22). * **Glucólisis:** Ocurre en el citoplasma, donde una molécula de glucosa (6 carbonos) se descompone en dos moléculas de ácido pirúvico (3 carbonos cada una) y se producen 2 ATP [22](#page=22). * **Obtención de Acetil-CoA:** Mediante descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico, se produce Acetil-CoA y se libera CO2 [22](#page=22). * **Ciclo de Krebs:** Se lleva a cabo en la matriz mitocondrial. El Acetil-CoA se degrada completamente a CO2, generando GTP (que se convierte en ATP), NADH+ y FADH2 [22](#page=22). * **Cadena respiratoria (cadena transportadora de electrones):** Tiene lugar en la membrana mitocondrial interna. El NADH+ y el FADH2 ceden sus hidrógenos, que reaccionan con el oxígeno (O2) para formar agua (H2O). Durante este transporte de electrones, se libera energía utilizada para sintetizar ATP. La ecuación general simplificada es [22](#page=22): $$C\_6H\_{12}O\_6 + 6O\_2 \\rightarrow 6CO\_2 + 6H\_2O + \\text{energía (aprox. 38 ATP)}$$ * **Fermentación (anaerobio):** Proceso catabólico que ocurre en el hialoplasma en ausencia de oxígeno. Las moléculas orgánicas se degradan a otras más sencillas, obteniendo menos energía que en la respiración celular [23](#page=23). * **Fermentación láctica:** El ácido pirúvico se reduce a ácido láctico, regenerando NAD+ a partir de NADH [23](#page=23). * **Fermentación alcohólica:** El ácido pirúvico se transforma en acetaldehído, liberando CO2. Posteriormente, el NADH pasa a NAD+, obteniéndose etanol [23](#page=23). ##### 4.1.2.2 Procesos anabólicos Son procesos metabólicos donde se sintetizan moléculas complejas a partir de otras más simples, utilizando ATP [23](#page=23). * **Anabolismo autótrofo:** Utiliza CO2 como fuente de carbono. La energía lumínica permite la síntesis de moléculas orgánicas, como la glucosa [23](#page=23). * **Fotosíntesis:** Proceso anabólico que ocurre en los cloroplastos de las células eucariotas vegetales. Transforma moléculas inorgánicas sencillas en materia orgánica simple, utilizando la luz solar. La ecuación general es [23](#page=23): $$6CO\_2 + 6H\_2O \\xrightarrow{\\text{luz solar}} C\_6H\_{12}O\_6 + 6O\_2$$ * **Fase luminosa:** Depende de la luz solar y ocurre en la membrana de los tilacoides. La clorofila capta la energía lumínica, produciendo ATP y poder reductor en forma de NADPH. La fotólisis del agua libera O2 y permite la producción de NADPH [24](#page=24). * **Fase oscura (Ciclo de Calvin):** No depende directamente de la luz, pero requiere los productos de la fase luminosa (ATP y NADPH). Ocurre en el estroma del cloroplasto y permite la fijación del CO2 atmosférico (mediante la enzima RubisCO) para sintetizar materia orgánica sencilla como la glucosa [24](#page=24). > **Tip:** La fotosíntesis es vital para la vida en la Tierra, ya que produce el oxígeno que respiramos y la base de la cadena alimentaria al generar materia orgánica. **Factores que afectan a la fotosíntesis:** * **Intensidad luminosa:** Aumenta el rendimiento hasta un punto óptimo, tras el cual puede disminuir o dañar el sistema fotosintético [24](#page=24). * **CO2:** A mayor concentración, mayor rendimiento hasta que se saturan las enzimas de fijación (RubisCO) [24](#page=24). * **Agua:** Esencial como reactivo y para mantener abiertos los estomas para el intercambio gaseoso. Una escasez o exceso puede ser perjudicial [24](#page=24). * **O2:** Una mayor concentración de oxígeno tiende a disminuir el rendimiento fotosintético [25](#page=25). * **Temperatura:** El rendimiento aumenta con la temperatura hasta un máximo, después del cual las enzimas pueden desnaturalizarse, reduciendo la actividad fotosintética [25](#page=25). #### 4.1.3 Respuesta a estímulos Las células utilizan la membrana para interactuar con el exterior, detectando estímulos térmicos, químicos, lumínicos y mecánicos. La respuesta a estos estímulos puede ser el movimiento, como el tactismo (fototactismo, quimiotactismo), que puede ser positivo (hacia el estímulo) o negativo (alejándose del estímulo) [25](#page=25). ### 4.2 Reproducción celular: Meiosis La meiosis es un mecanismo de división celular exclusivo de los organismos con reproducción sexual, destinado a la formación de gametos. Su objetivo es obtener cuatro células haploides (con la mitad de la dotación genética) a partir de una célula diploide, garantizando así que la unión de gametos (fecundación) restablezca la dotación genética diploide sin duplicarla. Este proceso es esencial para la variabilidad genética [26](#page=26). > **Tip:** A diferencia de la mitosis, que puede ser realizada por células haploides y diploides para crecimiento y reparación, la meiosis solo ocurre en células diploides con fines reproductivos. El proceso de meiosis consta de dos divisiones sucesivas sin replicación del material genético entre ellas [26](#page=26). #### 4.2.1 Meiosis I (Meiosis reduccional) Esta división reduce la dotación cromosómica de diploide ($2n$) a haploide ($n$) [27](#page=27). * **Profase 1:** Los cromosomas se hacen visibles. Ocurre la **recombinación genética**, donde los cromosomas homólogos se aparean y cruzan, intercambiando fragmentos de material genético en puntos llamados quiasmas. Desaparece la envoltura nuclear y se forma el huso acromático [26](#page=26). * **Metafase 1:** Los pares de cromosomas homólogos se alinean en la placa ecuatorial [26](#page=26). * **Anafase 1:** El huso acromático separa los cromosomas homólogos, desplazando cada uno hacia polos opuestos de la célula. Las cromátidas hermanas permanecen unidas. En este punto, las cromátidas hermanas ya no son idénticas debido a la recombinación [26](#page=26). * **Telofase 1:** Los cromosomas se descondensan ligeramente y se forman nuevas envolturas nucleares. Al final, ocurre la citocinesis [26](#page=26). #### 4.2.2 Meiosis II Esta división es similar a una mitosis y separa las cromátidas hermanas. * **Profase 2:** Desaparece la envoltura nuclear, los centrosomas se duplican y se desplazan, y se forma el huso acromático [27](#page=27). * **Metafase 2:** Los cromosomas (cada uno con dos cromátidas) se alinean en la placa ecuatorial, con las cromátidas orientadas hacia polos opuestos [27](#page=27). * **Anafase 2:** Las cromátidas hermanas se separan y son arrastradas hacia polos opuestos de la célula por los microtúbulos [27](#page=27). * **Telofase 2:** Se forman las envolturas nucleares, los cromosomas se descondensan y ocurre la citocinesis [27](#page=27). El resultado final de la meiosis son cuatro células haploides, distintas entre sí y diferentes de la célula madre diploide [27](#page=27). #### 4.2.3 Salida de productos de desecho celular Este punto se menciona brevemente como la tercera etapa de la nutrición, refiriéndose a la eliminación de los subproductos del metabolismo celular [27](#page=27). * * * ## Errores comunes a evitar * Revise todos los temas a fondo antes de los exámenes * Preste atención a las fórmulas y definiciones clave * Practique con los ejemplos proporcionados en cada sección * No memorice sin entender los conceptos subyacentes

| Term | Definition | |---|---| | Bioelementos | Elementos químicos que constituyen la materia viva, clasificados en primarios (C, O, H, N), secundarios (Mg, Ca, K, Na) y oligoelementos (Fe, Zn). | | Biomoléculas | Moléculas que forman la materia viva, pudiendo ser inorgánicas (agua, sales minerales) u orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos). | | Célula | La unidad estructural, funcional y genética fundamental de todos los seres vivos, capaz de realizar las tres funciones vitales. | | Homeostasis | Capacidad de los seres vivos para mantener constantes las características de su medio interno, como la temperatura o el pH, a pesar de las fluctuaciones externas. | | Niveles de organización | Jerarquía de estructuras que componen a los seres vivos, desde el nivel atómico hasta la biosfera, cada uno con propiedades emergentes. | | Agua | Molécula inorgánica esencial para la vida, compuesta por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, que posee propiedades fisicoquímicas únicas gracias a los puentes de hidrógeno. | | Sales minerales | Compuestos inorgánicos que se encuentran precipitados o disueltos en los seres vivos, desempeñando funciones estructurales y reguladoras, como el mantenimiento del pH y la presión osmótica. | | Glúcidos | Biomoléculas orgánicas compuestas principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno, que sirven como fuente de energía y elementos estructurales. Se clasifican en monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. | | Proteínas | Biomoléculas orgánicas formadas por cadenas de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos, que desempeñan una vasta gama de funciones vitales en las células. | | Aminoácido | Molécula orgánica que contiene un grupo amino y un grupo carboxilo, siendo la unidad monomérica de las proteínas. | | Enlace peptídico | Enlace covalente que une los aminoácidos para formar péptidos y proteínas, liberando una molécula de agua en el proceso. | | Estructura primaria de una proteína | La secuencia lineal de aminoácidos en una cadena polipeptídica, determinada por los enlaces peptídicos. | | Estructura secundaria de una proteína | La disposición espacial local de la cadena polipeptídica, estabilizada por puentes de hidrógeno, formando estructuras como la alfa hélice y la lámina beta. | | Estructura terciaria de una proteína | La conformación tridimensional global de una cadena polipeptídica, resultado de interacciones entre cadenas laterales de aminoácidos, que confiere la funcionalidad a la proteína. | | Estructura cuaternaria de una proteína | La asociación de múltiples cadenas polipeptídicas (protómeros) para formar una proteína funcional (oligómero). | | Ácidos nucleicos | Biomoléculas orgánicas, como el ADN y el ARN, compuestas por nucleótidos, encargadas del almacenamiento, transmisión y expresión de la información genética. | | Nucleótido | Unidad monomérica de los ácidos nucleicos, formada por una pentosa (ribosa o desoxirribosa), una base nitrogenada y un grupo fosfato. | | ADN (Ácido desoxirribonucleico) | Ácido nucleico de doble hélice que contiene la información genética en forma de secuencia de bases nitrogenadas. | | ARN (Ácido ribonucleico) | Ácido nucleico monocatenario o bicatenario, involucrado en la síntesis de proteínas y en la expresión génica. | | Transcripción | Proceso por el cual la información genética del ADN se copia a una molécula de ARN. | | Traducción | Proceso por el cual la información genética del ARN se utiliza para sintetizar una secuencia de aminoácidos, formando una proteína. | | Código genético | El conjunto de reglas que determina la correspondencia entre los codones (triletes de bases nitrogenadas en el ARN) y los aminoácidos de las proteínas. | | Mutación | Un cambio permanente en la secuencia de bases del ADN, que puede alterar la función de una proteína y ser fuente de variabilidad genética. | | Célula procariota | Tipo de célula sin núcleo definido ni orgánulos membranosos, característica de bacterias y arqueas. | | Célula eucariota | Tipo de célula con núcleo definido y orgánulos membranosos, presente en animales, plantas, hongos y protoctistas. | | Membrana plasmática | Bicapa lipídica que rodea la célula, regulando el paso de sustancias y participando en el reconocimiento celular. | | Citoplasma | El contenido celular dentro de la membrana plasmática, excluyendo el núcleo, donde se encuentran el citosol y los orgánulos. | | Orgánulos | Estructuras especializadas dentro del citoplasma de las células eucariotas que realizan funciones específicas. | | Mitocondria | Orgánulo energético de las células eucariotas responsable de la respiración celular y la producción de ATP. | | Cloroplasto | Orgánulo de las células vegetales donde se lleva a cabo la fotosíntesis. | | Metabolismo celular | Conjunto de procesos químicos (catabolismo y anabolismo) que ocurren dentro de la célula para obtener y utilizar energía y materia. | | Catabolismo | Procesos metabólicos de degradación de moléculas complejas en moléculas más simples, liberando energía. | | Anabolismo | Procesos metabólicos de síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas más simples, requiriendo energía. | | Respiración celular | Proceso catabólico aeróbico que ocurre en las mitocondrias, mediante el cual las moléculas orgánicas se degradan para obtener ATP. | | Fermentación | Proceso catabólico anaeróbico que ocurre en el citoplasma, mediante el cual las moléculas orgánicas se degradan parcialmente, obteniendo menos ATP que en la respiración celular. | | Fotosíntesis | Proceso anabólico que realizan plantas, algas y algunas bacterias, mediante el cual se transforma la energía luminosa en energía química almacenada en moléculas orgánicas. | | Meiosis | Proceso de división celular que da lugar a cuatro células haploides a partir de una célula diploide, esencial para la reproducción sexual y la variabilidad genética. | | Mitosis | Proceso de división celular que produce dos células hijas idénticas a la célula madre, fundamental para el crecimiento y la reparación de tejidos. | | Gameto | Célula sexual (óvulo o espermatozoide) haploide, producida por meiosis, que se une a otro gameto durante la fecundación. | | Cromosoma | Estructura que contiene el material genético (ADN) organizado en las células eucariotas. | | Recombinación genética | Proceso que ocurre durante la meiosis, donde los cromosomas homólogos intercambian fragmentos de ADN, aumentando la variabilidad genética. |