Carrera
Medicina
Universidad
Universidad de Buenos Aires
Materia
Biología e Introducción a la Biología Celular
Esta guía de estudio aborda los principios fundamentales de la biología celular y molecular, abarcando desde las características de los seres vivos, los reinos y la teoría celular hasta la estructura de procariotas y organelas. Se detallan agentes infecciosos como virus, viroides y priones, junto con los fundamentos químicos de la materia viva, bioelementos, agua, pH y reacciones redox. Asimismo, se profundiza en las principales biomoléculas orgánicas —glúcidos, lípidos, ácidos nucleicos y proteínas—, examinando los enlaces peptídicos, niveles estructurales, desnaturalización y la cinética de enzimas tanto michaelianas como alostéricas.
Los organismos vivos comparten un conjunto de propiedades fundamentales que los caracterizan:
Metabolismo: Conjunto de reacciones químicas de transformación de materia y energía. Se divide en *catabolismo* (degradación de sustancias complejas a simples con liberación de energía, siendo un proceso exergónico) y *anabolismo* (síntesis de sustancias complejas a partir de simples con consumo de energía, siendo endergónico).
Sistemas abiertos: Intercambian materia y energía con el entorno.
Movimiento y Crecimiento: Aumento del número de células de manera uniforme o no uniforme, con crecimiento limitado o ilimitado.
Irritabilidad: Capacidad de reaccionar a estímulos físicos (sonido, luz), químicos (olor, sabor) y térmicos (frío, calor) como instinto de supervivencia.
Homeostasis: Capacidad de mantener el medio interno constante en temperatura, presión y agua.
Reproducción: Puede ser sexual con dos gametos y variabilidad genética, o asexual con igualdad de genes.
Adaptación y Evolución: Cambios que realiza el individuo para acomodarse al ambiente (adaptación) frente a los cambios poblacionales permanentes en el ADN a lo largo de las generaciones (evolución). Incluye la mutación provocada por agentes mutagénicos.
La materia viva se organiza en una jerarquía que abarca: subatómico, atómico, molecular, macromolecular, complejos macromoleculares, subcelular, celular, tisular, órganos, sistemas, individuo, población, comunidad, ecosistema, regiones biográficas y biósfera.
Los seres vivos se clasifican de manera general en cinco reinos:
Monera
Protista
Fungi
Plantae
Animalia
La célula es considerada la unidad básica estructural y reproductiva de los organismos vivos, los cuales están formados por células que provienen de células preexistentes.
Cápsula: Capa gelatinosa de polisacáridos que rodea la pared celular y dificulta la fagocitosis.
Pared celular: Estructura que mantiene la forma, otorga protección mecánica y evita el paso excesivo de agua.
Plásmido: Molécula de ADN extracromosomal con genes de resistencia a antibióticos que se replica de forma independiente.
Retículo endoplasmico liso: Red de tubos sin ribosomas que sintetizan lípidos de exportación mediante enzimas.
Retículo endoplasmico rugoso: Continuación de la membrana nuclear con sacos aplanados y ribosomas que sintetizan proteínas.
Aparato de Golgi: Formado por cisternas que reciben lípidos y proteínas, agregan azúcares y los empaquetan.
Vacuola de secreción: Transportan lípidos y proteínas fuera de la célula. Retienen desechos en animales y cumplen función en el balance hídrico en vegetales.
Mitocondria: Encargada de la respiración celular, posee doble membrana separada por un espacio intermembranoso.
Lisosomas: Encargados de la digestión o degradación de sustancias extrañas del medio extracelular y defensa.
Peroxisoma: Contienen oxidasas para oxidar productos tóxicos para la célula.
Citoesqueleto: Red de filamentos proteicos que mantiene la forma, ubicación y cuidado de las organelas.
Centrosoma: Organizadores de centriolos formados por dos centriolos y material pericentriolar.
Nucleolo: Zona donde se produce el armado inicial de ribosomas y se sintetiza el ARNr.
Jugo nuclear: Gel de agua con componentes del núcleo suspendidos, excluyendo la cromatina y el nucléolo.
Cloroplasto
Oleoplasto
Amiloplasto
Partículas infecciosas parásitas y macromoléculas complejas no celulares que cumplen funciones de reproducción. Su patogenicidad es la capacidad de inducir enfermedad.
| Tipos de Virus según envoltura | Características | Virulencia | Ejemplo |
|---|---|---|---|
| No envueltos | Cubiertos por proteínas, tienen cápside y ácido nucleico | Más virulentos | - |
| Envueltos | Cubiertos por membrana fosfolipídica y espículas | Menos virulentos | Tienen espículas para encastrar en receptores |
Las fases secuenciales del ciclo son:
Adsorción: Unión de antirreceptor y receptor.
Penetración y desnudamiento: Liberación de la última capa.
Duplicación del genoma: El ADN se duplica en el núcleo celular, mientras que el ARN se duplica en el citoplasma utilizando una enzima propia.
Síntesis de proteínas: Producción de proteínas de cubierta y no estructurales.
Ensamblaje: Agrupación del ácido nucleico en nuevas partículas.
Liberación: Salida de la progenie de forma citolítica o no citolítica.
Úlceras
Mucosas
Aparato o tracto digestivo
Genitales
Transfusiones
Viroides: Partículas infecciosas parásitas que atacan vegetales; carecen de envoltura y cápside, estando compuestos exclusivamente por ARN y multiplicándose mediante las enzimas del hospedador.
Priones: Agentes patógenos no convencionales constituidos por una proteína infecciosa que produce enfermedades neurodegenerativas.
Confusión conceptual frecuente: Confundir la forma normal del prión enrulado con la forma lisa infectada.
Z: Número atómico que indica la cantidad de protones.
A: Masa atómica que indica la suma de protones y neutrones.
Regla del octeto: Tendencia de los átomos a completar 8 electrones en su último nivel, a excepción del hidrógeno.
| Tipos de Enlaces Químicos | Descripción |
|---|---|
| Unión covalente | Átomos no metales comparten electrones |
| Unión iónica | Metal y no metal, transferencia o hurto de electrones |
| Unión covalente dativa | Elementos aportan electrones sin recibirlos a cambio |
Primarios: Carbono, hidrógeno, nitrógeno, fósforo, azufre.
Secundarios: Catión sodio, potasio, calcio y anión cloruro.
Oligoelementos: Hierro, yodo.
Moléculas polares: Poseen una distribución desigual de electrones debido a diferencias de electronegatividad.
Agua ($H_2O$): Molécula polar y solvente universal caracterizada por la formación de puentes de hidrógeno entre moléculas debido a su enlace de carga.
Confusión conceptual frecuente: Confundir el comportamiento del agua como ácido débil o base débil.
Ácido: Donador de protones que incrementa la concentración de iones hidrógeno.
Base: Aceptor de protones que reduce la concentración de iones hidrógeno en solución.
Escala de pH: Potencial de iones hidrógeno, definido como el logaritmo negativo en base 10 de la concentración de protones ($pH = -log [H^+]$).
Solución neutra: $pH = 7$
Solución ácida: $pH < 7$
Solución básica: $pH > 7$
Buffers: Soluciones amortiguadoras que minimizan cambios en las concentraciones de hidrógeno e hidroxilo (ejemplo: el ácido carbónico $H_2CO_3$ disociándose reversiblemente en ión bicarbonato e ión hidrógeno en la sangre).
Reacciones de óxido-reducción: Procesos metabólicos celulares como la glucólisis y el ciclo de Krebs, donde ocurren pérdidas de electrones (oxidación) y ganancias de electrones (reducción).
Reacciones de polimerización: Monómeros de bajo peso molecular se agrupan formando un polímero de alto peso molecular con pérdida de una molécula de agua.
Reacciones de hidrólisis: Los polímeros se dividen en monómeros mediante la adición de una molécula de agua para romper los enlaces.
Macromoléculas formadas por polialcoholes con grupos aldehído o cetona que forman polímeros. Las pentosas y hexosas adoptan una forma cíclica que ayuda a que la molécula no se corte, con los alcoholes derechos apuntando hacia abajo.
Clasificación de Monosacáridos según carbonos:
Triosa (ej. Dihidroxiacetona): 3 carbonos
Tetrosa (ej. Eritrosa): 4 carbonos
Pentosa (ej. Ribosa): 5 carbonos
Hexosa (ej. Glucosa): 6 carbonos
Monosacáridos Derivados: Alcohol-azúcares, ácido-azúcares, amino-azúcares.
Oligosacáridos: Disacáridos (sacarosa, maltosa, lactosa) y trisacáridos (rafinosa).
Polisacáridos:
Simples: *Almidón* (polisacárido simple de reserva energética en vegetales con zonas lineales de amilasas y ramificadas de amilopectina), *Glucógeno* (polisacárido simple muy grande y ramificado, reserva energética en animales), y *Celulosa* (polisacárido simple de cadenas lineales presente en la pared celular vegetal).
Complejos: Hemicelulosa, quitina, heparina.
Sustancias solubles en solventes no polares e insolubles en agua. Los ácidos grasos insaturados con 2, 3 o 4 dobles ligaduras no son sintetizados por el ser humano y requieren ser incorporados mediante la dieta.
Clasificación de Lípidos:
Simples: Ácidos grasos, acilglicéridos (ésteres de glicerol más 1, 2 o 3 ácidos grasos), ceras.
Complejos: Fosfoglicéridos, glucolípidos.
Otros: Esfingolípidos (con o sin fosfato, presentes en membranas vegetales y nerviosas animales) y esteroides (asociados al esqueleto de ciclopentanoperhidrofenantreno).
Moléculas poliméricas formadas por nucleótidos que contienen y transmiten información genética. Cada nucleótido está compuesto por un grupo fosfato, un azúcar de 5 carbonos (pentosa) y una base nitrogenada.
El grupo fosfato se une al carbono 5' del azúcar, mientras que la base nitrogenada se une al carbono 1'.
Confusión conceptual frecuente: Confundir la ubicación de unión del grupo fosfato ($5'$) y la base nitrogenada ($1'$).
Purinas (2 ciclos de nitrógeno): Adenina y guanina.
Pirimidinas (1 ciclo de nitrógeno): Citosina, timina y uracilo.
La unión entre Adenina y Timina forma 2 puentes de hidrógeno.
La unión entre Citosina y Guanina forma 3 puentes de hidrógeno, resultando más resistente.
Mensajero
Ribosomal
Transferencia
Dinucleótidos derivados: Dos nucleótidos unidos donde uno contiene una vitamina en lugar de base nitrogenada, actuando como coenzima (ejemplos: FAD, $NAD^+$ y $NADP^+$).
Moléculas poliméricas formadas por monómeros de aminoácidos unidos por enlaces covalentes. De 1000 aminoácidos posibles, los seres vivos utilizamos 20, de los cuales 8 son esenciales. Poseen propiedades anfóteras y un punto isoeléctrico.
Funciones de las proteínas: Estructural (ej. colágeno), contráctil o de movimiento, de nutrición y reserva, de transporte (ej. hemoglobina), enzimática, hormonal y de defensa.
Se forma mediante la unión entre el hidroxilo del grupo carboxilo de un aminoácido y un hidrógeno del grupo amino del otro, liberando una molécula de agua. La unión peptídica actúa como un doble enlace parcial, limitando el giro a un máximo de 90 grados.
Amino-terminal (N-term): Primer aminoácido de la cadena que posee un grupo amino libre.
Carboxilo-terminal (C-term): Región final de la cadena que termina en un grupo carboxilo libre.
2 aminoácidos: Dipéptido
3 aminoácidos: Tripéptido
4 aminoácidos: Tetrapéptido
Oligopéptido: de 2 a 20 aminoácidos
Polipéptido: de 20 a 50 unidades, o más de 50 hasta 3500 para conformar una proteína.
Trans: Carbonos alfa en lados opuestos del rectángulo del grupo peptídico.
Cis: Carbonos alfa en el mismo lado y más cercanos entre sí.
Estructura primaria: Disposición lineal y secuencia de los aminoácidos; carece de actividad biológica.
Estructura secundaria: Plegamiento de la cadena mediante puentes de hidrógeno entre grupos $C=O$ y $N-H$.
*Hélice alfa:* Enrollamiento delicado mantenido mediante enlaces de hidrógeno cada cuatro aminoácidos.
*Lámina beta:* Disposición paralela que adoptan dos partes distintas de la misma cadena por enlaces de hidrógeno.
Estructura terciaria: Plegamiento ulterior por interacciones entre grupos R, reforzado por enlaces covalentes como puentes disulfuro formados entre aminoácidos cisteína.
Estructura cuaternaria: Característica de proteínas con más de una cadena polipeptídica unidas por puentes de hidrógeno, disulfuro e interacciones hidrofóbicas.
Proceso: Ante modificaciones de acidez, alteraciones de concentración, alta salinidad o calor excesivo (como una fiebre alta), se rompen todas las uniones débiles de las macromoléculas, provocando la pérdida de la actividad biológica y reduciendo la proteína a su estructura primaria (ejemplo: desnaturalización parcial de enzimas alterando su función).
Proceso de activación de zimógenos: En un entorno como el estómago con pH bajo, se destapa el zimógeno (ej. el pepsinógeno inactivo se convierte en la enzima activa pepsina), dejando aminoácidos y el sitio activo libres.
Catalizadores biológicos fabricados por los ribosomas que aceleran las reacciones químicas reduciendo la energía de activación necesaria sobre los sustratos.
Sitio activo: Parte de la enzima en contacto directo con el sustrato.
Zimógenos: Forma inactiva de ciertas enzimas que se activan bajo condiciones específicas.
Enzimas Michaelianas: Enzimas simples que funcionan con la unión de un sustrato y no son regulables fisiológicamente. Su Constante Michaeliana ($Km$) refleja la concentración de sustrato que se alcanza a la mitad de la velocidad máxima ($Vmax$).
Enzimas alostéricas: Enzimas con más de una unidad proteica, regulables en condiciones fisiológicas, que presentan una curva sigmoidal.
Efecto cooperativo: Positivo o negativo.
Efectos de los moduladores: Heterotrópicos (distinta molécula al sustrato) y homotrópicos (mismo sustrato).
Confusión conceptual frecuente: Confundir efectos heterotrópicos con homotrópicos.
Mecanismos que regulan o bloquean la actividad enzimática:
Competitiva: El inhibidor compite directamente con el sustrato por el sitio activo.
No competitiva
Incompetitiva
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