Fundamentos Bioquímicos y Metabólicos de la Vida

Composición y Origen de la Materia Viva

1. Incorporación de átomos de carbono al organismo

Mediante el proceso de la fotosíntesis. Lo realizan los organismos autótrofos, que fabrican la materia orgánica a partir de compuestos inorgánicos. La ecuación química es: $6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} + \text{Energía} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2$.

2. Principales constituyentes de la materia viva y comparación

Los principales constituyentes son oxígeno, carbono, hidrógeno y nitrógeno (CHON). Estos elementos son los más abundantes en los seres vivos, a diferencia de la corteza terrestre, donde predominan el oxígeno y el silicio.

3. Importancia del agua y el carbono en los seres vivos

El agua es imprescindible para que se produzcan las reacciones químicas (metabolismo). El carbono es esencial porque es capaz de unirse con otras moléculas de carbono, formando las cadenas y estructuras moleculares complejas (macromoléculas) esenciales para la vida.

4. Origen del carbono y el agua

El carbono procede del interior de la Tierra. El agua procede de los asteroides que impactaron contra la Tierra, originados más allá de la órbita de Marte.

Tipos de Organismos y Procesos Energéticos

5. Organismos autótrofos, heterótrofos y quimiosintéticos

• Autótrofos: Producen materia orgánica a partir de materia inorgánica (ej. fotosíntesis, realizada durante el día).
• Heterótrofos: Se nutren de materia orgánica y obtienen energía mediante la respiración celular (día y noche).
• Quimiosintéticos: Obtienen la energía a partir de reacciones con otros elementos y compuestos químicos, sin necesidad de luz solar.

6. Fotosíntesis y respiración celular

• Fotosíntesis: Proceso por el que se obtiene la materia orgánica ($6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} + \text{Energía} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2$).
• Respiración celular: Proceso por el que la materia orgánica producida en la fotosíntesis se transforma en energía ($ ext{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} + \text{Energía}$).

Teoría Evolutiva y Mecanismos de Cambio

Condiciones para el Origen de la Vida

7. Condiciones para la vida en el planeta primitivo

• Interior muy caliente: Generaba vulcanismo intenso. Los volcanes eran submarinos, lo que permitía a los organismos vivir en aguas cálidas, ricas en minerales y sin depender de la energía solar.
• Atmósfera primitiva: No contenía oxígeno ni ozono. Por esta razón, los organismos vivían en el agua, que ofrecía protección contra la radiación ultravioleta, permitiéndoles prosperar.

Evolución Química de la Vida

Los compuestos químicos de la atmósfera primitiva sirvieron de materia prima para la síntesis de los primeros compuestos orgánicos. El proceso se describe así:

1. La atmósfera primitiva contenía metano, amoníaco, vapor de agua, dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno.
2. La lluvia arrastró estas moléculas hasta los océanos, donde se disolvieron lentamente.
3. Las moléculas reaccionaron con el agua, creando compuestos orgánicos sencillos: aminoácidos, hidratos de carbono y ácidos grasos.
4. Estos compuestos reaccionaron entre sí, formando macromoléculas: proteínas y ácidos nucleicos.
5. En los océanos aparecieron microestructuras que agruparon estas moléculas, formando los primeros sistemas autorreproductivos.
6. Los sistemas vivos se extendieron por el océano, comenzando la evolución biológica.

Mecanismos de la Evolución

8. Principios de la teoría de Darwin

Se basa en la selección natural, que promueve la supervivencia y reproducción de los individuos más aptos o mejor adaptados a su entorno.

10. Diferencia entre selección natural y artificial

• Selección natural: Los organismos se reproducen y transmiten sus genes; el entorno actúa seleccionando los caracteres más ventajosos para la supervivencia.
• Selección artificial: El ser humano selecciona intencionalmente los caracteres deseados en plantas o animales para cruzarlos y obtener descendencia con esas características.

11. Radiaciones evolutivas

Períodos de intensa aparición o desaparición de especies (ej. extinciones masivas seguidas de diversificación).

12. Neutralismo y saltacionismo

• Neutralismo: Sostiene que la variación genética no se produce principalmente por selección natural, sino al azar (deriva genética).
• Saltacionismo (Equilibrio puntuado): Propone que la transformación evolutiva no se produce de forma gradual, sino a saltos, con momentos en los que la evolución aumenta rápidamente, seguidos de largos períodos de estasis.

14. Presencia y función del coxis en humanos

El coxis es un órgano vestigial. Es una prueba de la evolución del hombre, ya que no tiene ninguna función esencial en la especie actual, pero sí la tuvo en antepasados. Se espera que, con el tiempo, desaparezca. Un ejemplo similar son las muelas del juicio.

15. Desarrollo de cepas resistentes a antibióticos

Las nuevas poblaciones de bacterias serán más resistentes a los antibióticos e incluso inmunes. Las cepas resistentes se desarrollan porque, al aplicar el antibiótico, solo sobreviven las bacterias que poseen una mutación que les confiere resistencia. Estas bacterias se reproducen, haciendo que la población sea cada vez más inmune.

Pruebas de la Evolución

La evolución se sustenta en diversas líneas de evidencia:

• Pruebas Biológicas (Anatomía Comparada)

  • Disposición y estructura de los huesos: Las extremidades de los mamíferos son similares (homólogas), pero cada una está adaptada para el medio en el que vive.
  • Órganos vestigiales: Son partes del cuerpo sin utilidad en la especie actual, pero que sí eran funcionales en los antepasados (ej. coxis, apéndice).

• Pruebas Paleontológicas (Fósiles)

  Se han encontrado fósiles de una fracción de las especies que han existido. Esta muestra demuestra que todos los seres vivos proceden de un tronco común.

• Pruebas Moleculares (Genética)

  Se basan en la suposición de que las mutaciones en los genes suceden a un ritmo constante (reloj molecular). Al comparar las diferencias entre los genes de dos especies, se puede averiguar su parentesco y el momento aproximado de su separación evolutiva.

Selección Natural y Neodarwinismo (Síntesis Moderna)

• Selección Natural (Darwin)

  Elaborada por Darwin, establece que la evolución se produce por selección natural, basada en la supervivencia de los más aptos. Los caracteres que confieren mayor resistencia o adaptabilidad se mantienen y se transmiten. La acumulación de estos cambios a lo largo de muchas generaciones puede dar lugar a una especie diferente.

• Neodarwinismo

  Darwin no comprendía el mecanismo de la herencia. El Neodarwinismo (o Síntesis Moderna) incorporó la genética mendeliana, explicando que la variabilidad entre descendientes (más o menos resistentes) se debe a la mezcla de genes y a las mutaciones que ocurren durante la reproducción sexual.

Origen de la Vida y Biodiversidad

Teorías sobre el Origen de la Vida

• Generación Espontánea

  Esta teoría sostenía que algunos seres vivos podían surgir de materia orgánica en descomposición o de materia inanimada. Louis Pasteur concluyó que ningún ser vivo surge por generación espontánea, sino que los microorganismos responsables de la descomposición proceden de otros seres vivos preexistentes.

• Panspermia

  La teoría propone que la vida llegó a la Tierra en forma de bacterias o esporas procedentes del espacio exterior.

  Puntos a favor de la Panspermia:

  • En las nebulosas se han descubierto muchas moléculas que forman parte de los seres vivos.
  • Los organismos procedentes del cosmos se encontrarían en partículas sólidas dentro de los meteoritos que chocan contra la Tierra.
  • Las características comunes de los seres vivos indican que la vida comenzó a partir de un patrón único.

Biodiversidad y Concepto de Especie

13. Biodiversidad y Especie

• Biodiversidad: Hace referencia a la amplia variedad de seres vivos sobre la Tierra.
• Especie: Conjunto de organismos que comparten semejanzas, tienen una descendencia fértil y presentan aislamiento reproductivo con otras especies.

Genética y Biotecnología

Conceptos Fundamentales de Genética

9. ARN, ADN y Genes

• ARN (Ácido Ribonucleico): Primera biomolécula con capacidad de archivo y la más rica en aminoácidos y proteínas.
• ADN (Ácido Desoxirribonucleico): Molécula más estable que contiene la información biológica y es capaz de codificar las proteínas.
• Gen: Unidad de información hereditaria que controla un determinado carácter.

2. Gen, Cromosoma, Mutación, Código genético y Genoma humano

• Gen: Unidad de información hereditaria que controla un determinado carácter.
• Cromosoma: Pequeños cuerpos en forma de bastoncillos formados por ADN y proteínas que contienen los genes y permiten transmitirlos a las nuevas generaciones.
• Mutación: Alteración o cambio en la información genética de un ser vivo.
• Código genético: Conjunto de normas que sirve para fabricar las proteínas a partir del orden o la secuencia de nucleótidos que forman el ADN.
• Genoma humano: Conjunto completo de la información genética de un organismo.

3. Carácter, Alelo, Homocigoto, Heterocigoto, Factores y Genotipo/Fenotipo

• Carácter: Atributo que puede ser heredado. Para cada carácter, hay dos versiones del gen (una del padre y otra de la madre).
• Alelo: Las distintas variantes que puede presentar un gen (se representan con letras mayúsculas o minúsculas).
• Homocigoto: Individuo que presenta los dos alelos iguales para un gen.
• Heterocigoto: Individuo que presenta dos alelos diferentes para un gen.
• Factor dominante: Alelo que se manifiesta en el fenotipo, impidiendo que se manifieste el alelo recesivo.
• Factor recesivo: Alelo que no puede manifestarse ante el dominante; solo se manifiesta en los individuos homocigóticos recesivos.
• Genotipo: Conjunto de genes que posee un individuo, incluyendo tanto los alelos dominantes como los recesivos.
• Fenotipo: Conjunto de caracteres hereditarios que se observan en el individuo (la manifestación física del genotipo).

Leyes de Mendel

4. Leyes de Mendel

1. Ley de la Uniformidad: Al cruzar dos razas puras que difieren en un único carácter, la primera generación filial ($F_1$) estará formada por individuos idénticos que presentan el carácter de uno de los progenitores (el dominante).
2. Ley de la Segregación: Los miembros de un mismo par de alelos se separan (segregan) durante la formación de los gametos, por lo que los factores se transmiten de generación en generación.
3. Ley de la Transmisión Independiente: Los factores que determinan un carácter se heredan independientemente de los que determinan otro carácter (siempre que los genes se encuentren en cromosomas diferentes).

Bioética y Aplicaciones Biotecnológicas

1. Bioética y Biotecnología

• Bioética: Actividad multidisciplinar que estudia los problemas morales y éticos que surgen en la biotecnología y que pueden influir o modificar la vida humana o de otros organismos.
• Biotecnología: Aplicación práctica del estudio molecular, que manipula el ADN para fabricar productos y organismos con fines específicos.

5. Organismos transgénicos, Células madre, Clonación, Terapia genética e Identificación genética

• Organismos transgénicos: Organismos modificados genéticamente que presentan un gen extraño, denominado transgén.
• Células madre: Células no diferenciadas que tienen la capacidad de convertirse en células de otros tejidos.
• Clonación: Proceso mediante el cual se producen organismos genéticamente idénticos.
• Terapia genética: Consiste en la inserción de copias funcionales de genes ausentes o defectuosos en el genoma de un individuo para tratar enfermedades.
• Identificación genética: Técnica que se basa en el estudio de las huellas genéticas (patrones únicos de ADN) para comparar distintas partes del genoma.

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