Conceptos Fundamentales de la Biología
Materia Viva e Inerte
La materia viva es capaz de hacer copias de sí misma, mientras que la materia inerte no.
La Célula: Unidad de la Vida
- La célula: Es la unidad estructural y funcional de todos los seres vivos.
- La membrana celular: Controla el intercambio de sustancias.
- El núcleo: Es donde se encuentra el ADN.
- El citoplasma: Es donde se encuentran diversos orgánulos.
Tipos Celulares
- Células procariotas: Carecen de núcleo definido.
- Células eucariotas: Presentan mayor complejidad, con el núcleo delimitado por una membrana y con numerosos orgánulos.
Las células somáticas humanas poseen 23 pares de cromosomas (46 en total), mientras que las células sexuales (gametos) tienen 23 cromosomas (XX en la mujer, XY en el hombre).
Principios de la Herencia y Genética Clásica
Las Leyes de Mendel
- Primera Ley (Uniformidad): Si se cruzan dos variedades puras diferentes, se obtiene una descendencia uniforme.
- Segunda Ley (Segregación): Si se cruzan dos elementos de dicha descendencia uniforme, reaparecen los caracteres de los abuelos (segregación de alelos).
- Tercera Ley (Transmisión Independiente): Si se cruzan dos variedades puras que se diferencian en dos caracteres, se obtiene una primera generación uniforme; pero si se cruzan ahora dos variedades de esta descendencia uniforme, se obtiene una segunda generación en la que aparecen todas las combinaciones posibles.
Terminología Genética
- Fenotipo: Es el conjunto de caracteres que se manifiestan.
- Genotipo: Lo constituyen los factores hereditarios.
- El gen: Es una unidad de información hereditaria, es decir, lo que controla un determinado carácter.
El Ácido Desoxirribonucleico (ADN)
Composición y Estructura
El ADN (ácido desoxirribonucleico) está constituido por dos cadenas con un elevado número de compuestos químicos llamados nucleótidos. Cada nucleótido está constituido por tres elementos:
- Una base nitrogenada: En el ADN hay cuatro bases: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C).
- Un azúcar (pentosa): Llamado desoxirribosa.
- Ácido fosfórico.
El Modelo de la Doble Hélice
James Watson y Francis Crick recogieron todas las evidencias posibles del caso y buscaron una explicación en la que todas las piezas encajasen. No hicieron ningún experimento, aunque emplearon los datos obtenidos por otros científicos. Observaron que el número de moléculas de adenina (A) era igual al número de moléculas de timina (T), y el de guanina (G) al de citosina (C).
Propusieron un modelo de doble hélice autoensamblante que se ajustaba a todas las evidencias experimentales. El apareamiento selectivo de las bases A-T y C-G sugería un posible mecanismo para la replicación del material genético.
Cromatina y Cromosomas
- Cromatina: Sustancia que se tiñe al usar colorantes básicos.
- Cromosomas: La cromatina se condensa en filamentos durante la división celular.
Duplicación del ADN (Replicación)
El ADN es como una cremallera: al abrirse, la doble hélice se divide en dos cadenas. La duplicación se logra gracias al apareamiento selectivo de las bases A-T y C-G, que funcionan como un molde para replicar la cadena complementaria.
El Dogma Central de la Biología Molecular
El dogma central de la biología molecular establece los flujos permitidos de la información hereditaria, la cual se almacena en el ADN y se utiliza para sintetizar las proteínas.
Síntesis de Proteínas
Las células de los seres vivos están construidas por proteínas, que son cadenas formadas por una secuencia de moléculas más sencillas llamadas aminoácidos. Las proteínas realizan la mayoría de las funciones biológicas a través de reacciones químicas. La síntesis de proteínas tiene lugar en los ribosomas, que están en el citoplasma.
Proceso en Células Eucariotas
En las células eucariotas, la síntesis de proteínas comienza en el núcleo (donde está el ADN) y termina en el citoplasma (donde están los ribosomas). El ADN no puede dirigir la síntesis directamente, por lo que se requiere una molécula intermediaria (ARN).
- Transcripción: El ADN del núcleo transcribe el mensaje codificado al ARN mensajero (ARNm).
- Transporte: En las células eucariotas, el ARNm sale del núcleo a través de los poros de la membrana nuclear y llega al citoplasma, donde se une a los ribosomas.
- Traducción: El mensaje codificado que trae el ARNm es leído y traducido. El ARN de transferencia (ARNt) selecciona un aminoácido específico para cada grupo de tres nucleótidos del ARNm y lo lleva al ribosoma. A continuación, se van «encadenando» otros aminoácidos hasta formar una proteína.
El Código Genético
El código genético es la relación entre la secuencia de nucleótidos en el ARN mensajero y la secuencia de aminoácidos en la proteína. Cada grupo de tres nucleótidos, llamado triplete o codón, le corresponde un aminoácido.
Fases del Flujo de Información
- La transcripción: Paso de información del ADN al ARN mensajero.
- La traducción: Síntesis de la cadena de la proteína (ej. hemoglobina), siguiendo el mensaje del ARN.
Los genes almacenan la información hereditaria y dictan qué proteínas se fabrican.
Genoma, Epigenética y Regulación
El Genoma Humano y sus Componentes
El genoma de un organismo es el conjunto de toda la información genética del mismo. En 2003 se publicó la secuencia del genoma humano, que consta de aproximadamente 23.000 genes y 3.070 millones de pares de bases.
Estructura de los Genes Codificantes
En el ADN podemos distinguir genes que codifican proteínas con exones e intrones:
- Exón: Es la porción del ADN dentro de un gen que codifica proteínas.
- Intrón: Es la porción de ADN dentro de un gen que no se emplea en la síntesis proteica. La mayor parte de muchos genes está formada por intrones, que son secuencias no codificantes.
También existen genes de ARN, que son fragmentos de ADN cuya transcripción da lugar a ARN que no codifica ninguna proteína, y secuencias extra de ADN que no se emplean para generar proteínas (a veces denominado ADN no codificante).
Regulación Genética
- Proliferación: Precisa la división de las células y, por tanto, la replicación de su genoma.
- Diferenciación: Requiere la regulación de la expresión del genoma para que se expresen unos genes (los propios de cada tejido) y no otros (expresión diferencial).
Epigenética
La epigenética es la rama de la genética que estudia las características de un individuo que no están determinadas por la secuencia de nucleótidos del ADN.
Evolución y Selección Natural
Darwin propuso que es la competencia entre los individuos de una especie por los recursos del medio lo que selecciona sus características. La selección natural permite la supervivencia de los más aptos y determina progresivamente sus características, de la misma forma que un ganadero selecciona el mejor ganado mediante un proceso denominado selección artificial.
Disciplinas de Estudio del Genoma
- La Genómica: Es la parte de la biología que se encarga del estudio de los genomas.
- La Proteómica: Se encarga de estudiar todas las proteínas codificadas por un organismo.