Conceptos Fundamentales de Biología

Reproducción y Mecanismos Parasexuales

La reproducción asexual no produce gametos. De todos los mecanismos parasexuales, es importante distinguir tres:

  • Transformación: Una bacteria receptora capta un fragmento de ADN de la célula o bacteria donadora, modificando así su información genética.
  • Transducción: Un virus (bacteriófago T4) inserta su ADN en el interior de una bacteria, que se combina con el ADN bacteriano y será expulsado posteriormente para infectar a otras bacterias.
  • Conjugación: Una bacteria donadora cede un plásmido a una bacteria receptora a través de los pili o pelos sexuales. Para ello, se necesita contacto físico entre ambas y, mediante un puente de conjugación, se transfiere dicho plásmido de una bacteria a otra.

Nutrición en los Seres Vivos

La nutrición es el proceso por el cual los organismos obtienen y utilizan los nutrientes necesarios para su crecimiento y mantenimiento.

Tipos de Nutrición

  • Autótrofa: Sirven de equilibrio ecológico y producción de O₂.
    • Fotosintéticas: Cianobacterias (usan luz solar para transformar CO₂ en materia orgánica).
    • Quimioautótrofas: Utilizan energía producida por ellas mediante reacciones químicas internas para transformar CO₂ en materia orgánica.
  • Heterótrofa: Se alimentan de materia orgánica preexistente. Pueden actuar como descomponedores o en asociaciones simbióticas:
    • Mutualismo: Dependencia entre dos seres vivos donde existe un beneficio mutuo.
    • Parasitismo: Relación ecológica en la que un organismo denominado parásito vive en o sobre otro organismo llamado huésped. En esta, el único beneficiado es el parásito.

Relación con el Medio

La relación es la respuesta que produce un organismo a los estímulos del medio en el que vive.

  • Fototactismo: Sensibles a la luz.
  • Quimiotactismo: Sensibles a reacciones químicas del medio.

Clasificación y Características de Microorganismos

Protozoos

Microorganismos eucariotas, unicelulares o coloniales en los que no hay diferenciación tisular y son móviles. Presentan dos tipos de reproducción: asexual por fisión binaria y procesos sexuales en condiciones ambientales adversas. Se pueden mover por flagelos (euglénidos y flagelados), pseudópodos (rizópodos), o por deslizamiento y flexión. Casi todos son heterótrofos.

Cromistas

Microorganismos eucariotas relacionados filogenéticamente entre sí. Se pueden mover por cilios, flagelos y por deslizamiento. Los más típicos son algas verdes, pardas, purpúreas…

Hongos

Tienen paredes de quitina, celulosa o ambas. Producen enzimas que permiten la hidrólisis y viven en diversos hábitats. Todos, excepto los unicelulares (levaduras), poseen un micelio constituido por hifas. El conjunto de hifas es un micelio. Estas hifas pueden tener tabiques o septos, aunque algunos carecen de ellos, y algunas hifas son el órgano reproductor que producen las esporas sexuales y asexuales. La diferencia entre hongo y seta reside en que el hongo es el organismo completo, mientras que la seta es la parte visible y reproductiva en algunos hongos (además de comestible en ocasiones).

Virus

Partículas acelulares microscópicas de entre 0,02 y 0,3 μm. Aunque no tienen estructura celular, poseen información genética y pueden infectar células.

Ciclos Virales

Ciclo Lítico

El virus utiliza la célula huésped para replicarse de forma agresiva mediante lisis. Es letal para las células infectadas (destrucción inmediata al final del proceso). Tiene las siguientes fases:

  1. Adsorción: El virus se adhiere a la membrana de la célula huésped por interacciones entre sus proteínas y los receptores de la célula.
  2. Penetración e Inyección del Material Genético: En bacteriófagos, ocurre con una estructura similar a una jeringa, y en virus animales, es por endocitosis o fusión con la membrana.
  3. Replicación y Síntesis de Componentes Virales: El material genético viral secuestra la maquinaria de la célula para replicarse. Se producen nuevas copias del genoma viral, se sintetizan proteínas de la cápside, y algunos virus poseen enzimas para degradar el ADN y evitar competencia en la célula.
  4. Ensamblaje de Nuevas Partículas Virales: Proteínas virales y genomas se ensamblan para formar viriones. El nuevo genoma viral se encierra en la cápside y puede ocurrir de manera espontánea o con proteínas virales específicas.
  5. Lisis y Liberación de Virus: El virus produce enzimas, como la lisozima en bacteriófagos, para debilitar la pared celular. Finalmente, la célula se rompe y libera entre 100 y 200 virus nuevos. En bacteriófagos, se destruye la célula, y en virus animales, la liberación es por lisis o gemación.

Ciclo Lisogénico

El virus puede permanecer latente en el interior de la célula antes de activarse. El virus no destruye la célula inmediatamente, sino que se replica con ella. Sus fases son:

  1. Adsorción y Penetración: Igual que en el ciclo lítico.
  2. Integración de ADN Viral en el Genoma del Huésped: En bacteriófagos, el ADN viral integrado es el profago, y en virus animales, es el provirus.
  3. Replicación de ADN Viral con la Célula: Cada vez que la célula se divide, transmite a las células hijas el ADN viral.
  4. Latencia y Permanencia: El virus puede permanecer inactivo por mucho tiempo.
  5. Activación y Entrada en el Ciclo Lítico: Algunos factores pueden activar el ADN viral. Cuando es activado, inicia el ciclo lítico.

Ciclo de Vida del VIH

  1. Unión y Entrada en la Célula Huésped: El VIH debe encontrar e infectar una célula con el receptor CD4. Hay dos subfases:
    1. Reconocimiento y Adhesión
    2. Fusión del virus con la célula.
  2. Transcripción Inversa: El VIH es un retrovirus, por lo que tiene ARN y, para integrarse en la célula, debe ser ADN. Así, realiza transcripción inversa gracias a la transcriptasa inversa. Es propenso a formar mutaciones.
  3. Integración en el ADN de la Célula Huésped: El VIH debe insertar su ADN en la célula huésped. La integrasa transporta el ADN viral al núcleo, corta el de la célula huésped y pega el viral.
  4. Transcripción y Traducción: Producción de proteínas virales.
  5. Ensamblaje y Maduración de los Nuevos Viriones: Las proteínas virales recién formadas y las copias de ARN viral se ensamblan en nuevas partículas de VIH, formando el virus.
  6. Brotación y Liberación del Nuevo VIH: Al salir, los viriones toman parte de la membrana celular para formar su envoltura viral.

Síntesis de Proteínas

Iniciación

  • El ARNm se une por su extremo 5’ a la subunidad menor del ribosoma. Esto ocurre gracias al factor de iniciación 3 (IF3).
  • Unión del primer Aminoacil-ARNt cuyo anticodón sea complementario al codón del ARNm. El primer codón del ARNm siempre es AUG. Si el primer anticodón siempre es el mismo y cada anticodón significa que ese Aminoacil-ARNt lleva un aminoácido determinado, todas las proteínas deberían tener como primer aminoácido uno concreto, la metionina. Esto no es así, puesto que este primer aminoácido siempre es eliminado en etapas posteriores. En esta fase también interviene el factor de iniciación 2 en el proceso de fijación.
  • Unión de la subunidad mayor del ribosoma. A esto se le llama complejo de iniciación. Este complejo de iniciación presenta sitio P (peptidil) y sitio A (aminoacil) (el lugar ocupado por el primer triplete es el sitio P y el del otro triplete es el sitio A).

Elongación

En esta etapa se construye la proteína siguiendo las órdenes del ARNm. Tiene tres subetapas:

  • Unión de un Aminoacil-ARNt al Sitio A: Este proceso necesita energía, que la proporciona el GTP, y es necesaria la actuación de dos factores proteicos de elongación.
  • Formación de un Enlace Peptídico: Una vez que los dos Aminoacil-ARNt están en los lugares P y A, se produce la unión entre los dos aminoácidos. Esta reacción la lleva a cabo una enzima que está en la subunidad mayor del ribosoma, llamada peptidiltransferasa. El aminoácido que estaba en el Aminoacil-ARNt del sitio P es el que se separa y se une con el aminoácido que está en el Aminoacil-ARNt del sitio A.
  • Translocación: Movimiento del ribosoma sobre el ARNm. En este, el sitio P está ocupado, pero el sitio A queda libre. A partir de ahora, un nuevo Aminoacil-ARNt ocupará el sitio A. Se producirá un enlace peptídico porque los aminoácidos que estaban en el sitio P romperán su enlace con su Aminoacil-ARNt y se unirán con el aminoácido que está en el sitio A. Esto se repetirá consecutivamente hasta terminar la cadena. Cada uno de los ARNt que van quedando fuera del ribosoma se separan del ARNm y pueden ir a unirse a otro aminoácido. La diferencia entre ARNt y Aminoacil-ARNt reside en que el ARNt no tiene aminoácido y el Aminoacil-ARNt sí.

Terminación

En los ARNm hay tres codones que no son complementarios de ningún ARNt, llamados codones de terminación (UAA, UAG, y UGA). En esta fase de terminación, también hay un gasto energético proporcionado por el GTP y se necesitan varios factores proteicos de terminación. Una vez que el sitio A ha quedado libre y no se va a volver a llenar, se producen tres hechos importantes:

  • La cadena de aminoácidos que ha formado la proteína empieza a adquirir todas sus estructuras.
  • Las subunidades ribosómicas se separan.
  • El ARNm puede volver a ser utilizado o destruido según las necesidades de la célula.
  • El Aminoacil-ARNt del sitio P se separa del ARNm, y la proteína se separa del ARNt.

Conceptos de Genética y Herencia

Tipos de Herencia

  • Herencia Intermedia: Algunos genes presentan dos o más alelos, y ninguno de ellos domina sobre el otro, de tal manera que en un individuo heterocigótico se presentan características de ambos progenitores.
  • Codominancia: Cada individuo heterocigótico de F₁ presenta los caracteres de ambos progenitores. Esto ocurre, por ejemplo, en el grupo sanguíneo humano.
  • Interacción Génica (Epistasis): La presencia de un alelo de un gen determinado hace que un alelo de otro gen no se exprese. En la generación parental, ambos progenitores son razas puras.
  • Alelelismo Múltiple: Hay varios genes que presentan más de dos alelos y no hay uno que sea dominante y otro recesivo. Esto supone que habrá series alélicas distintas en los individuos de esa especie, lo que llevará a fenotipos muy variados.
  • Herencia Cuantitativa/Continua: Hay determinados rasgos o características de un individuo que no dependen de un solo gen, sino que dependen de la interacción de muchos genes entre sí. Algunos de estos genes tienen más importancia en la expresión del carácter estudiado, pero todos ellos aportan efectos acumulativos a la expresión de dicho carácter. Cuanto mayor sea el número de genes implicados en la expresión de un carácter, mayor va a ser el número de posibles fenotipos. Por ejemplo, el color de la piel.
  • Herencia Influida por el Sexo: Hay determinados alelos situados en los cromosomas que se expresan de distinta manera según el sexo de la persona que los lleve. El ejemplo más estudiado es el de la calvicie. Un hombre heterocigótico para la calvicie será calvo. Una mujer debe ser homocigótica recesiva para ser calva. Este es uno de los caracteres más estudiados.

Terminología Genética Básica

  • Árbol Genealógico: Esquema en el que se representan los individuos de varias generaciones que están emparentadas entre sí. En este esquema se muestran las relaciones entre ellos y se indica aquellos individuos que presentan una determinada característica.
  • Raza Pura: Se considera que una raza es pura cuando, al autofecundarlos un gran número de veces, todos los individuos son iguales a la planta inicial.
  • Generación Parental: Generación formada por aquellos individuos que se cruzan inicialmente. Siempre va asociada a la P.
  • Generación Filial: Formada por todos aquellos descendientes de la generación parental. Va asociada a F₁, F₂…