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Guía de estudio Biología I
Parte 1 de 4
PROCESO DEL CICLO CELULAR
El ciclo celular es la secuencia cíclica de procesos en la vida de una célula eucariota que conserva la
capacidad de dividirse.
Comienza con una célula somática 2n (diploide; por ejemplo, las células somáticas humanas
contienen 23 pares de cromosomas, lo que es igual a 46 cromosomas), y da como resultado 2
células somáticas diploides (2n). Consiste en:
• Interfase: G1, S, G2 ;
• División celular: mitosis y citocinesis.
División celular
G1
Primera fase de la Interfase. Es el primer momento en la vida de una nueva célula hija recién formada.
En esta etapa la célula adquiere o sintetiza materiales necesarios para su crecimiento y su
posterior reproducción. La célula se queda en esta fase hasta que recibe señales internas o externas de
reproducirse. Al recibir dicha señal, pasa a la siguiente etapa.
S
Segunda fase de la Interfase. Es cuando la célula duplica su ADN.
G2
Tercera fase de la Interfase. La célula completa su crecimiento y se prepara para entrar en la fase de
reproducción.
Fase M (división celular)
Comprende la mitosis y la citocinesis. La mitosis consiste en la división celular seguida por la división
citoplásmica llamada citocinesis. Note que durante la mitosis no hay recombinación genética (el
intercambio de fragmentos de una cromátida (brazo del cromosoma) materna con una paterna). La
recombinación genética ocurre en Meiosis. Y es una diferencia fundamental entre ambos procesos
(Mitosis y Meiosis).
Mitosis
Primera parte de la fase M: La mitosis es un solo evento continuo, pero para su estudio y
comprensión se divide en cuatro fases: Profase, Metafase, Anafase y Telofase.
Profase
Primera fase de la mitosis. El comienzo de la mitosis se reconoce por la aparición de cromosomas como
formas distinguibles, conforme se hacen visibles los cromosomas adoptan una apariencia de doble
filamento denominada cromátidas, éstas se mantienen juntas en una región llamada centrómero, y es
en este momento cuando desaparecen los nucléolos.
La membrana nuclear se vuelve invisible con el microscopio óptico. Los nucléolos desaparecen pues se
dispersan en el citoplasma. Se inicia la formación del huso acromático. Los cromosomas se ven como
largos filamentos dobles que conforme avanza la profase se van acortando y engrosando.
En lo que se conoce como profase tardía termina de formarse el huso, que es donde se fijan los
cromosomas por medio del centrómero. Los cromosomas comienzan a trasladarse al ecuador de la
célula.
Metafase
Segunda fase de la mitosis. En esta fase los cromosomas se desplazan al plano ecuatorial de la célula, y
cada uno de ellos se fija por el centrómero a las fibras del huso.
Los cromosomas están alineados en la región ecuatorial de la célula, muestran la máxima condensación
y acortamiento.
En la metafase tardía los centrómeros y las cromátidas hermanas comienzan a separarse para emigrar
hacia los polos celulares.
Anafase
Tercera fase de la mitosis. Esta fase comienza con la separación de las dos cromátidas hermanas
moviéndose cada una a un polo de la célula. El proceso de separación comienza en el centrómero que
también parece haberse “dividido”. Los centrómeros y las cromátidas y cada juego de cromosomas se
ubican en los polos. Los cromosomas se ven en forma de “”
Telofase
Cuarta fase de la mitosis. Da inicio cuando los cromosomas están en los polos celulares. Nuevamente
los cromosomas se alargan y se descondensan. Se forma el nucléolo. Desaparece el huso mitótico y
alrededor de cada grupo de cromosomas se inicia la formación de una nueva célula hija. A partir del
retículo endoplásmico rugoso se restablece la membrana nuclear con lo que se da la reconstrucción de
cada nuevo núcleo. Se forma una nueva membrana celular para cada célula hija.
Citocinesis
Segunda y última parte de la fase M. Es la división del citoplasma con sus respectivos organelos
celulares para formar dos células hijas separadas. Con la citocinesis y la telofase termina el proceso de
la mitosis. Ahora cada célula hija, nueva, inicia su ciclo celular en G1.
Guía de estudio Biología I
Parte 2 de 4
PROCESO DE REPRODUCCIÓN SEXUAL
Consiste en: Meiosis
La meiosis (Gr. meios - mitad o disminución) es el proceso por el cual se forman los
gametos (femeninos: óvulos, y masculinos: espermatozoides y granos de polen). Los
gametos presentan la mitad del número cromosómico, es decir, son células
haploides (n), para que esto suceda es necesario que se realicen dos divisiones
meióticas consecutivas, cada una consta de cuatro etapas sucesivas que son: Profase
I, Metafase I, Anafase I y Telofase I, continuándose con Profase II, Metafase II,
Anafase II y Telofase II.
Como resultado de la meiosis se forman cuatro células hijas haploides (n) con
diferente información genética.
Interfase
La interfase es una etapa del ciclo celular en la que se realiza la duplicación de los cromosomas
y se duplican los centriolos (su función es intervenir en la división celular) y permanecen juntos
cerca del núcleo.
Posteriormente se inicia la Primera División Meiótica (MEIOSIS I), continúa la Intercinesis o
Interfase, para dar paso a la Segunda División Meiótica (MEIOSIS II).
MEIOSIS I
Profase I
Es la más significativa y la de mayor duración, ya que tarda aproximadamente el 90% del tiempo
total que dura el proceso de la meiosis. Antes de iniciarse ésta, los cromosomas ya se
duplicaron, es decir que cada uno formó una copia exacta de él, permaneciendo unidos a todo lo
largo dando lugar a las cromátidas hermanas (también llamados brazos de los cromosomas).
Por ejemplo, si la célula original tenía 46 cromosomas ahora tiene dos juegos de 46 (92
cromosomas).
Durante esta fase, se lleva a cabo la recombinación genética, que consiste en el intercambio de
fragmentos de una cromátida materna con una paterna.
Metafase I
Los cromosomas bivalentes o tétradas con sus quiasmas se alinean en la parte media o plano
ecuatorial de la célula. Un microtúbulo del huso proviene de un polo y se une a un cromosoma
homólogo de la tétrada y otro microtúbulo que proviene del polo opuesto se une al otro
cromosoma homólogo, por lo que, éstos cromosomas se moverán hacia los polos opuestos de la
célula.
Anafase I
Hasta esta etapa los quiasmas se separan y los cromosomas bivalentes son jalados en sentidos
opuestos por los microtúbulos del huso, que están unidos a los cinetocoros de los cromosomas
homólogos (formados por dos cromátidas hermanas unidas por el centrómero), son separados y
guiados a cada polo de la célula, ya que no se dividen las cromátidas como en la mitosis. Debido a
lo anterior, a cada polo de la célula le llega la mitad del número de cromosomas característicos de
la especie, es decir, son haploides (n), pero su dotación de ADN será diploide, ya que cada
cromosoma está duplicado, es en esta etapa en donde se lleva a cabo la reducción del número
cromosómico.
Telofase I
Llega un juego de cromosomas haploides (n) a cada polo, sin embargo, cada cromosoma está
formado por dos cromátidas hermanas, característica por la cual se dice que la primera división
meiótica es reduccional, es decir, pasa de diploide (antes de la división) a haploide (después de la
división). Asimismo, desaparecen los microtúbulos del huso acromático, se forma la envoltura
nuclear en cada polo, se realiza la citocinesis (división del citoplasma), dando lugar a dos células
con diferentes combinaciones de características paternas y maternas, como producto del
entrecruzamiento y las cromátidas se desenrollan. En algunas especies no se forma la envoltura
nuclear, ni se realiza la citocinesis y pasan inmediatamente a la segunda división meiótica. Al
finalizar esta etapa se formaron dos células haploides con diferentes características y ambas
entrarán a una etapa llamada interfase.
MEIOSIS II
Profase II
Se vuelven a condensar los cromosomas hasta hacerse visibles, se fragmenta y desaparece la
envoltura nuclear y el nucleolo, se forman los microtúbulos del huso acromático que se desplazan
hacia el centro de la célula, para unirse a los cinetocoros de los cromosomas, que los desplazarán
hacia el centro de la célula.
Metafase II
Los microtúbulos del huso acromático están unidos a la cara opuesta de los centrómeros (hacia
fuera), en la región de los cinetocoros y los cromosomas son alineados en el plano ecuatorial o la
parte media de la célula.
Anafase II
Los microtúbulos del huso se van acortando y por lo tanto, jalan a los cinetocoros, lo que origina
que los centrómeros y las cromátidas hermanas se separen, quedando un cromosoma hijo
independiente de cada par, que se dirige a su respectivo polo de la célula.
Telofase II
A cada polo o extremo de la célula llega un juego haploide de cromosomas (cromátidas), los que
son encerrados por la envoltura nuclear, desaparece el huso acromático, se forman nuevos
nucleolos, se desenrollan los cromosomas y se produce la citocinesis. Como resultado de la
meiosis se formaron cuatro células haploides con diferentes combinaciones de características
paternas y maternas.
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Parte 3 de 4
BIOMOLÉCULAS Y EL ORIGEN DE LA VIDA
El metabolismo se lleva a cabo en las células, por lo tanto, a las células se les reconoce como
la unidad funcional de todo ser vivo.
El metabolismo consiste en el aprovechamiento de nutrientes, para a partir de ellos, renovar
y conservar las estructuras del organismo y obtener la energía necesaria para desarrollar
su función vital.
Como parte del metabolismo:
• Las células son capaces de sintetizar moléculas complejas a partir de moléculas
simples, durante un proceso que se denomina Anabolismo.
• Las células son capaces de destruir moléculas complejas para crear moléculas simples,
durante un proceso que se denomina Catabolismo.
Todas las biomoléculas son moléculas orgánicas y tienen grupos funcionales unidos a un
esqueleto de átomos de carbono. Se dividen en Carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos
nucleicos.
Mediante el Catabolismo de nutrientes, las células adquieren las calorías necesarias para sus
funciones.
A la unidad de energía en los seres vivos se le llama caloría. Determinada de la siguiente
manera: una caloría, es la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de un
gramo de agua pura 1ºC.
CARBOHIDRATOS
También llamados azúcares. Son las biomoléculas más abundantes en la naturaleza y se
encuentran en todas las células.
• Son la principal fuente de energía. Proporcionando 4Kcal/gr.
Grupos funcionales: Hidroxilo (-OH) y Carbonilo (R-CH=O).
LÍPIDOS:
Son biomoléculas hidrofóbicas (sustancias que no se disuelven en agua). Los lípidos
pueden ser saponificables: que contienen ácidos grasos, glicerol y ocasionalmente
nitrógeno, fósforo y azufre; o insaponificables: que no contienen ácidos grasos.
• Son fuente de reserva energética. Proporcionando 9Kcal/gr.
• Componen las membranas celulares.
Grupos funcionales: Carboxilo (-COOH) y Metilo (-CH3).
PROTEÍNAS:
Son largas cadenas lineales de subunidades llamadas aminoácidos. El proceso para
elaborar proteínas a partir de la información genética en el ADN, se denomina síntesis
de proteínas, y se divide en dos fases: la transcripción, que es el paso de ADN a
ARNm (mensajero), y la traducción, que es el paso de ARNm a las proteínas.
• Participan en el transporte a través de la membrana celular.
•
•
Catalizan reacciones (enzimas).
Constituyen hormonas (insulina) y se encuentran en la formación de músculos,
cabello, plumas, cuernos, etc.
Grupos funcionales: Carboxilo (-COOH) y grupo amino (-NH2).
ÁCIDOS NUCLEICOS
Están constituidos por unas subunidades llamadas nucleótidos, que a su vez están
formados por: Un ácido fosfórico, un azúcar pentosa y una base nitrogenada.
Existen dos tipos de ácidos nucleicos: el desoxirribonucleico (ADN) y el ribonucleico
(ARN).
EL ADN:
Contiene la información genética que controla todas las actividades celulares
(reproducción celular, síntesis de proteínas). Se le conoce como la molécula de la
herencia.
• Tiene forma de doble hélice. Ya que está formado por dos cadenas
complementarias de nucleótidos en la que la adenina (A) está enfrente de
timina (T) y guanina (G) de citosina (C).
• Durante el proceso de división celular, el ADN es compactado en cromosomas
por enzimas llamadas histonas.
Para la replicación del ADN, las cadenas complementarias son separadas por la enzima
helicasa, que forma un tipo de palanca que mantiene abierta la horquilla de
replicación.
Helicasa
Posteriormente, la enzima RNA primasa coloca una secuencia de nucleótidos llamada
primer.
Primasa
El primer señaliza el comienzo de la replicación a la enzima ADN polimerasa, que se
adhiere a cada una de las cadenas expuestas por la helicasa, y comienza a insertar los
nuevos nucleótidos complementarios.
DNA polimerasa
Finalmente, la ADN ligasa compacta las elongaciones de nuevos nucleótidos.
Como resultado de la replicación, se crean dos moléculas de ADN, cada una con una
cadena complementaria nueva y una cadena original.
Dirección de la
replicación
Cadena nueva
Cadena original
Cadena nueva
Cadena original
EL ARN:
•
•
•
Contiene uracilo (U) en lugar de timina (T).
Está formado por una sola cadena de nucleótidos.
Existen 3 tipos principales de ARN: ARNm (mensajero), ARNr (ribosomal) y ARNt
(transferencia). Y su función principal es la síntesis de proteínas.
La síntesis de proteínas inicia cuando el ARNm se encuentra en el citoplasma, se
acomoda en el sitio específico de la subunidad pequeña de los ribosomas por el
extremo 5', donde permanece unido hasta el final del proceso.
Posteriormente, la traducción comienza con la lectura del codón (tripletes de bases
nitrogenadas) de inicio del ARNm (AUG), que codifica para el aminoácido metionina.
Existen 64 codones diferentes (producto de la combinación de 3 de las 4 bases
nitrogenadas que forman el ARNm), que codifican los 20 aminoácidos que forman
proteínas. Como consecuencia se dice que el código genético es degenerado, ya que
la mayoría de los aminoácidos están codificados por más de un codón. Las bases
complementarias de cada codón en el ARNm, las contienen los ARNt, y reciben el
nombre de anticodón. Los ARNt llevan el aminoácido requerido en cada lectura de triplete del
ARNm.
PRINCIPALES TEORÍAS SOBRE EL ORIGEN DE LA VIDA
Guía de estudio Biología I
Parte 4 de 4
LOS PROCESOS CELULARES
HOMEOSTASIS
La homeostasis es el principal proceso de regulación de los sistemas vivos. Ocurre a
nivel celular, presentando una situación fisicoquímica característica y constante
dentro de ciertos límites, incluso frente alteraciones o cambios impuestos por el
entorno o el medio ambiente.
La membrana celular es permeable a moléculas hidrofóbicas como los lípidos, y a los
gases. También es parcialmente permeable al agua. Es impermeable a moléculas
hidrofílicas como: hidratos de carbono, aminoácidos, proteínas o ácidos nucleicos.
TRANSPORTE PASIVO
La difusión de sustancias a través de la membrana se realiza a favor del gradiente de
concentración, presión o de potencial electroquímico. No necesita aporte externo
de energía.
Estructura de la membrana celular
OSMOSIS
Caracterizada por el paso del agua, a través de la membrana semipermeable, desde
la solución más diluida a la más concentrada.
DIFUSIÓN SIMPLE
Movimiento del agua, gases disueltos o moléculas solubles en lípidos, a través de la
bicapa fosfolipídica y a favor del gradiente de concentración de mayor a menor
concentración.
DIFUSIÓN FACILITADA
Movimiento de agua, iones o moléculas polares como los aminoácidos,
monosacáridos como la glucosa, a favor del gradiente de concentración, pero
precisan un transportador (canal o proteína portadora) que les facilite el paso a través
de la membrana.
TRANSPORTE ACTIVO
Refiere al movimiento de moléculas o iones, que se realiza en contra del gradiente de
concentración o del potencial electroquímico, a través de proteínas de membrana, y
precisa de aporte externo de energía.
ENDOCITOSIS
Trasporte activo mediado por vesículas fagocíticas (de moléculas grandes y
sólidas), por invaginación mediada por un receptor (de virus), o por vesículas
pinocíticas (líquidos extracelulares).
EXOCITOSIS
Movimiento de materiales hacia el exterior de una célula.
RESPIRACIÓN CELULAR
Proceso por el cual las células degradan moléculas de alimento (carbohidratos,
proteínas y lípidos) para sintetizar energía en forma de moléculas de ATP.
GLUCÓLISIS
La primera fase de la respiración celular aerobia, aunque en esta fase no se
requiere de oxígeno. Ocurre en el citoplasma. La glucosa de seis carbonos se
transforma en varios compuestos intermediarios, para finalmente dividirse en dos
compuestos de tres carbonos cada uno (piruvato). Se producen 2 ATP.
Las dos moléculas de piruvato son transformadas en dos moléculas de acetilcoenzima
(acetil-CoA) en el citoplasma, posteriormente entran a la mitocondria liberando CO2.
CICLO DE KREBS
En la mitocondria, la acetil-CoA se divide en dos moléculas, acetil y coenzima A, el
acetil es transferido a una molécula de oxalacetato (ácido oxalacético). Una serie
de reacciones en las que hidrógenos y electrones son transferidos a moléculas NAD+ y
FAD, para producir NADH y FADH2, además se producen 2 ATP, y nuevamente la
molécula de oxalacetato se encuentra libre para aceptar otra acetil-CoA.
CADENA RESPIRATORIA Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
Ocurre en la membrana interna de las mitocondrias, donde enzimas situadas en la
membrana (CoQ y CytC) actúan aceptando electrones del NADH y FADH2y pasándolos
a las siguientes enzimas. La energía de este movimiento de electrones permite que los
hidrógenos pasen a través de la membrana al espacio intermembranal de la
mitocondria. La transferencia de hidrógenos permite la producción de 34
moléculas de ATP.
2 ATP
34 ATP
FERMENTACIÓN LÁCTICA
Ruta para el metabolismo del piruvato (continuación de la glucólisis) en condiciones
anaerobias. El piruvato se reduce a lactato, aceptando los electrones del NADH y
regenerando así el NAD+ necesario para continuar la glucólisis y obtener energía
(ATP).
FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
Ruta para el metabolismo del piruvato en condiciones de hipoxia. Las dos moléculas
de ácido pirúvico (piruvato) se oxidan para obtener un acetaldehído y como producto
residual alcohol etílico (etanol) y CO2
MUTACIONES
La variabilidad de los seres vivos se da, entre otros factores, por la recombinación
genética y la mutación.
La mutación es un cambio repentino en el material genético dentro de las células
de un sistema vivo, es inesperado y puede ser heredable si ocurre durante la meiosis.
Dichos cambios se pueden expresar a diferentes niveles: en el número cromosómico
se denominan génicas (euploidia y aneuploidia), en la estructura de los
cromosomas, se conocen como aberraciones cromosómicas, y en la secuencia de
nucleótidos de genes individuales se les llama puntuales.
PUNTUALES
Se produce un cambio en la estructura del ADN por errores durante la replicación
del ADN. Puede colocarse una Citosina (C) en lugar de una Timina (T), o una Adenina
(A) en lugar de una Guanina (G); o el mecanismo de replicación puede saltar o
duplicar algunas bases.
SUBSTITUCIÓN de bases en la secuencia de nucleótidos.
Se dividen en:
TRANSICIÓN
TRANSVERSIÓN
DELECIÓN de bases en la secuencia de nucleótidos.
INSERCIÓN de bases en la secuencia de nucleótidos..
EJEMPLOS MUTACIONES PUNTUALES
Anemia falciforme
Progeria o síndrome de Hutchinson-Gilford
Enfermedad de Tay-Sachs
Ictiosis Arlequin
CROMOSÓMICAS
Deleción: Implica la pérdida de un trozo de cromosoma.
Duplicación: Un segmento del cromosoma es repetido.
Inserción. Consiste en la inserción de un segmento de ADN en un lugar diferente.
Inversión: Un segmento del cromosoma cambia su orientación dentro del cromosoma.
Translocación. Es cuando una porción de un cromosoma se transfiere a otro
cromosoma.
EJEMPLOS MUTACIONES CROMOSÓMICAS
Síndrome de Cri-Du-Chat
Síndrome de Pallister-Killian
CARIOTÍPICAS O GENÓMICAS
Suele ser el resultado de una separación anormal de los cromosomas durante
la meiosis.
Euploidia: Altera juegos completos de cromosomas. Podemos encontrarnos
individuos poliploides: triploides (3n), tetraploides (4n), hexaploides (6n), etc.
Aneuploidia: afecta a uno o varios cromosomas, pero no a todo el genoma. Se
origina por la no disyunción de una o varias parejas de cromosomas homólogos
durante la meiosis.
Síndrome de Down
Síndrome de Turner
Síndrome de Patau
Síndrome de Edwards