Cuestiones Fundamentales de Biología
Fundamentos Celulares y Clasificación
Diferencia entre Moléculas Biológicas y No Biológicas
Las moléculas biológicas son compuestos químicos esenciales que se encuentran en los organismos vivos. Están formadas principalmente por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). Ejemplos incluyen: aminoácidos, lípidos, glúcidos y ácidos nucleicos.
Las moléculas no biológicas son aquellas como el agua, las sales minerales y los gases. Generalmente, no contienen carbono orgánico, lípidos o azúcares complejos. Se encuentran tanto en los seres vivos como en el medioambiente.
Evidencia en Contra de la Teoría Endosimbiótica
Aunque la teoría endosimbiótica es ampliamente aceptada, existen puntos que requieren justificación:
- Las mitocondrias y los cloroplastos no pueden vivir de forma independiente fuera de la célula huésped, aunque esto se justifica por la larga coevolución.
- La célula eucariota tampoco puede sobrevivir sin estos orgánulos.
- Tanto las mitocondrias como los plastos contienen intrones, una característica exclusiva de las células eucariotas. Esto sugiere que debe haber ocurrido una transferencia significativa de material genético entre el ADN nuclear y el ADN mitocondrial/cloroplástico.
Características de los Reinos Biológicos
Reino Moneras (Bacterias y Arqueas)
- Organización: Procariotas, unicelulares.
- Nutrición: Autótrofos o heterótrofos.
- Energía: Utilizan energía química y lumínica.
- Reproducción: Asexual.
- Estructura: No presentan tejidos diferenciados, poseen pared celular y algunos tienen movilidad. El ADN es circular.
Reino Protista
- Organización: Unicelulares o pluricelulares.
- Material genético: ADN lineal.
- Nutrición: Autótrofos o heterótrofos.
- Energía: Lumínica o química.
- Reproducción: Sexual o asexual.
- Estructura: No presentan tejidos diferenciados; algunos tienen pared celular y movilidad.
Reino Fungi (Hongos)
- Material genético: ADN lineal.
- Organización: Unicelulares o pluricelulares.
- Energía: Química.
- Reproducción: Asexual y sexual.
- Estructura: No presentan tejidos diferenciados.
Reino Plantae (Plantas)
- Organización: Pluricelulares.
- Material genético: ADN lineal.
- Reproducción: Asexual y sexual.
- Estructura: Forman tejidos, poseen pared celular, son autótrofas e inmóviles.
Reino Animalia (Animales)
- Organización: Pluricelulares, eucariotas.
- Material genético: ADN lineal.
- Nutrición: Heterótrofos.
- Reproducción: Sexual.
- Estructura: Tejidos diferenciados, presentan movilidad y carecen de pared celular.
Taxonomía del Ser Humano
La clasificación taxonómica del Homo sapiens es la siguiente:
- Dominio: Eukaria
- Reino: Animalia
- Filo: Cordados
- Clase: Mamíferos
- Orden: Primates
- Familia: Homínidos
- Género: Homo
- Especie: Homo sapiens
Bioquímica y Estructura Celular
Diferencia entre HDL y LDL
Ambos son lipoproteínas involucradas en el transporte de lípidos en la sangre:
- HDL (Lipoproteína de Alta Densidad): Conocido como el colesterol «bueno». Transporta el colesterol desde los tejidos hacia el hígado para su eliminación, ayudando a «barrer» el exceso de colesterol.
- LDL (Lipoproteína de Baja Densidad): Conocido como el colesterol «malo». Transporta el colesterol desde el hígado hacia los demás órganos. Un exceso puede provocar depósitos en las arterias, elevando el riesgo de infarto de miocardio.
Ácidos Grasos Insaturados en Membranas Celulares
Un pingüino tendrá un mayor número de ácidos grasos insaturados en sus membranas celulares en comparación con un dromedario. Esto se debe a que:
- Los ácidos grasos insaturados disminuyen el punto de fusión de los lípidos, manteniendo la fluidez de la membrana a temperaturas muy bajas, lo cual es crucial para la protección térmica del pingüino.
- En contraste, los animales desérticos como el dromedario priorizan la reserva de grasas para la producción de agua metabólica.
Función de los Glúcidos en el Carácter Inmunitario
Los glúcidos que constituyen el glucocálix de los eritrocitos (glóbulos rojos) presentan antígenos característicos que definen los grupos sanguíneos (sistema ABO y Rh), desempeñando un papel fundamental en el reconocimiento inmunológico.
Consecuencias de la Disfunción de la Bomba Sodio-Potasio ($ ext{Na}^+/ ext{K}^+$ ATPasa)
La bomba sodio-potasio es vital para mantener la osmolaridad y el volumen celular, así como para generar gradientes iónicos. Su mal funcionamiento puede derivar en:
- Alteración del Volumen Celular: Si la bomba falla, el equilibrio osmótico se rompe. El agua tendería a entrar al medio intracelular, aumentando su volumen y pudiendo causar lisis celular (explosión).
- Fallo en el Transporte Secundario: La bomba es esencial para establecer el gradiente de $ ext{Na}^+$ necesario para el cotransporte de nutrientes.
- Trastornos Nerviosos: Es crucial para la generación del impulso nervioso.
- Patologías Renales: Su alteración se asocia a trastornos del transporte iónico, pudiendo causar hipernatremia (aumento de $ ext{Na}^+$ en plasma) o insuficiencia renal.
Clatrina y Endocitosis
La clatrina es una proteína estructural compuesta por tres cadenas pesadas y tres ligeras, dispuestas en forma de trisquelión. Su función principal es recubrir vesículas durante el proceso de transporte de membrana, formando una estructura que es responsable de la endocitosis mediada por receptores.
Síntesis de Proteínas y Patologías Lisosomales
Definición de Polisoma
Un polisoma (o polirribosoma) es un conjunto de ribosomas que se asocian secuencialmente a una única molécula de ARN mensajero (ARNm) para llevar a cabo la traducción simultánea y eficiente de la misma secuencia proteica.
Patologías Asociadas a Disfunción Lisosomal
Los lisosomas son cruciales para la degradación intracelular. Su disfunción, a menudo causada por la carencia de enzimas hidrolíticas específicas, provoca enfermedades de almacenamiento:
- Esfingolipidosis: Incluye la disfunción de enzimas en la ruta de degradación de esfingolípidos (abundantes en el cerebro), causando retraso mental y muerte prematura, como la enfermedad de Tay-Sachs (degeneración del sistema nervioso central).
- Enfermedad de Wolman: Causada por la carencia de lipasa ácida, resulta en la enfermedad de almacenamiento de ésteres de colesterol.
- Otras Enfermedades de Almacenamiento: Enfermedad de Pompe, Síndrome de Hunter.
- Gota y Artritis Reumatoide: En la gota, la deposición de cristales de urato puede romper vacuolas lisosomales, liberando enzimas y provocando autolisis. De manera similar, en la artritis reumatoide, la liberación de enzimas lisosomales puede desencadenar lisis celular en las articulaciones.
Orgánulos Especializados y Células Animales
El Glioxosoma
Los glioxosomas son orgánulos membranosos especializados, encontrados principalmente en los tejidos de almacenamiento de lípidos de las semillas (durante la germinación) y en hongos filamentosos. Son esencialmente peroxisomas modificados que cumplen una función clave:
Convierten lípidos en carbohidratos. Durante la germinación, los ácidos grasos se hidrolizan a acetil-CoA mediante la $eta$-oxidación. Los glioxosomas contienen las enzimas clave del ciclo del glioxilato (isocitrato liasa y malato sintasa), permitiendo la ruptura de ácidos grasos y la producción de intermediarios para la gluconeogénesis (síntesis de azúcares), que la plántula utiliza hasta que puede realizar la fotosíntesis.
Presencia y Función de Vacuolas en Células Animales
Sí, las células animales pueden poseer vacuolas, aunque difieren significativamente de las vegetales:
- Tamaño y Número: Suelen ser de menor tamaño y más numerosas que en las células vegetales, donde una única vacuola puede ocupar el 80-90% del volumen celular.
- Función: Almacenan proteínas destinadas a la exportación (exocitosis) o uso posterior. También pueden participar en la endocitosis.
- Estructura: Están rodeadas por una membrana llamada tonoplasto. En células vegetales, la alta presión osmótica interna genera tensión en el tonoplasto, regulando el intercambio de agua. En células animales, su función reguladora del agua es menos dominante que en las vegetales.
Histología, Fisiología y Citología
El Sarcoméro: Unidad del Músculo Estriado
El sarcoméro es la unidad funcional y anatómica básica del músculo estriado. Está compuesto por los filamentos contráctiles de actina (filamentos finos) y miosina (filamentos gruesos).
La contracción muscular ocurre por el deslizamiento de los filamentos de actina sobre los de miosina, un proceso regulado por la intervención nerviosa y la presencia de calcio ($ ext{Ca}^{2+}$).
Este tejido se caracteriza por su contracción voluntaria y rápida, controlada por el Sistema Nervioso Central. Su aspecto estriado se debe a la alternancia de bandas:
- Bandas I (Isótropas): Claras, dejan pasar la luz uniformemente.
- Bandas A (Anisótropas): Oscuras, no dejan pasar la luz uniformemente.
Células Humanas con Cilios y Flagelos
La presencia de cilios y flagelos es común en eucariotas, excepto en aquellos con pared celular (como hongos). En vertebrados, la mayoría de los tipos celulares provienen de células que alguna vez los poseyeron.
Ejemplos de células humanas con estas estructuras:
- Cilios móviles: Presentes en el epitelio del aparato respiratorio y del aparato reproductor.
- Cilios primarios: Se encuentran virtualmente en cualquier tipo celular (osteocitos, fibroblastos, neuronas, túbulo renal).
- Cilios y Flagelos especializados: Los espermatozoides poseen un flagelo para la motilidad. Células del oído (estereocilios) y del intestino también presentan estas estructuras modificadas.
Compuesto de la Cebolla que Produce Lagrimeo
Las cebollas contienen trans-(+)-S-(1-propenil)-L-cisteína sulfóxido, una molécula inicialmente inodora. Al cortar la cebolla, se producen roturas celulares que permiten a la enzima alinasa entrar en contacto con este sulfóxido, generando varios productos, entre ellos el syn-propanotial-S-óxido. Esta última molécula es la responsable directa de la irritación ocular y el lagrimeo.
Proceso Inflamatorio
Un proceso inflamatorio es una respuesta tisular inespecífica y fundamental ante agresiones del medio (infecciones, daño tisular). Es un mecanismo clave de la inmunidad innata cuyo objetivo principal es aislar y eliminar el agente dañino, iniciar la reparación tisular y limitar la propagación del daño.
Célula Atresica y su Localización
Una célula atresica es aquella que sufre un proceso de degeneración y reabsorción programada. El ejemplo más conocido es la atresia folicular en el ovario, que es el proceso normal de degeneración y reabsorción de un folículo ovárico que no ha llegado a madurar y ovular.
Vida Media de Glóbulos Rojos y Esqueleto Humano
- Glóbulos Rojos (Eritrocitos): Tienen una vida media relativamente larga, aproximadamente 120 días. Tras este periodo, son destruidos y extraídos por el bazo, el hígado y la médula ósea. La hemoglobina se degrada en bilirrubina y el hierro es reciclado para formar nueva hemoglobina.
- Esqueleto Humano: El proceso de remodelación ósea es mucho más lento. Se estima que el esqueleto humano se renueva completamente cada 10 años aproximadamente.
Biología del Desarrollo y Regeneración
Definición y Tipos de Células Madre
Las células madre son aquellas células indiferenciadas que poseen la capacidad de autorenovarse (dividirse manteniendo su estado) y de diferenciarse para dar lugar a todas las células especializadas que componen un ser vivo.
Son esenciales para la regeneración tisular y el reemplazo de células que mueren naturalmente.
Se distinguen dos tipos principales:
- Células Madre Embrionarias: Provienen de las etapas tempranas del embrión y son pluripotentes, con la capacidad de generar virtualmente todos los tipos celulares del cuerpo adulto.
- Células Madre Adultas (o Somáticas): Derivan de las embrionarias y cumplen funciones específicas en el órgano que las contiene (ej. células de la médula ósea que generan componentes sanguíneos). Estudios recientes sugieren que podrían tener una capacidad latente para diferenciarse en otros linajes celulares.
Corpúsculos Polares y Confirmación de Fecundación In Vitro
El corpúsculo polar es una célula abortiva generada durante la meiosis del ovocito.
Durante la maduración ovocitaria:
- La primera división meiótica produce un ovocito de segundo orden y un primer corpúsculo polar.
- Si ocurre la fecundación, se activa la segunda división meiótica, generando una ovótida (que madurará a óvulo) y un segundo corpúsculo polar.
En el contexto de la fecundación in vitro (FIV), la observación de un ovocito y dos corpúsculos polares en el espacio perivitelino es un indicador crucial y positivo de que la fecundación se ha producido correctamente y la meiosis ha completado su proceso tras la penetración del espermatozoide.