Apuntes de Biología EBAU Extremadura: los 12 temas con tests

Índice · 29

01Tema 1: Bioelementos, agua, sales minerales y ósmosis 02Tema 2: Glúcidos: monosacáridos, enlace O-glucosídico y polisacáridos 03Tema 3: Lípidos: ácidos grasos, acilglicéridos, fosfolípidos y esteroides 04Tema 4: Proteínas, enzimas y vitaminas

Tema 5: La célula

05Organización celular, citoesqueleto y orgánulos 06Microscopía óptica y electrónica 07Membrana plasmática y mecanismos de transporte

Tema 6: Metabolismo

08Catabolismo: glucólisis, respiración celular y fermentaciones 09β-oxidación de los ácidos grasos y catabolismo de proteínas 10Anabolismo: fotosíntesis oxigénica y quimiosíntesis 11Anabolismo heterótrofo y factores que influyen en la fotosíntesis

Tema 7: Núcleo y división celular

12Estructura nuclear, cromatina y cromosomas 13Ciclo celular, mitosis y meiosis

Tema 8: Genética molecular

14Estructura de nucleótidos y replicación del ADN 15El ADN como material hereditario y el concepto de gen 16Expresión génica: transcripción y traducción 17Organización del genoma y regulación de la expresión génica en procariotas y eucariotas

Tema 9: Mutaciones y evolución

18Mutaciones genéticas, agentes mutágenos y oncogénesis 19Agentes cancerígenos y factores de riesgo del cáncer 20Mecanismos evolutivos y teoría neodarwinista 21Leyes de Mendel y herencia autosómica

Tema 10: Microbiología

22Diversidad microbiana, virus y formas acelulares 23Naturaleza de los virus: ¿son seres vivos?24Patogenicidad infecciosa y agentes antimicrobianos 25Tema 11: Biotecnología e ingeniería genética

Tema 12: Inmunología

26Mecanismos innatos y adaptativos del sistema inmune 27Respuesta humoral, celular y memoria inmunológica 28Inmunoterapia, vacunas e inmunopatologías 29Resumen para repasar

01Tema 1: Bioelementos, agua, sales minerales y ósmosis

1. Los componentes químicos de la materia viva: bioelementos y biomoléculas

La materia viva está constituida exclusivamente por elementos químicos presentes en la corteza terrestre, aunque seleccionados en proporciones muy distintas a las de la materia inorgánica inerte. A estos elementos que forman parte de los seres vivos se los denomina bioelementos. Al unirse mediante enlaces químicos, constituyen las biomoléculas (o principios inmediatos), que pueden ser inorgánicas (agua y sales minerales) u orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos).

Según su abundancia cuantitativa en el organismo, los bioelementos se dividen en tres grandes grupos:

Grupo	Proporción aproximada	Elementos representativos	Relevancia biológica principal
Primarios	96 % - 99 %	C, H, O, N, P, S	Son la base de las biomoléculas orgánicas. Poseen baja masa atómica y forman con facilidad enlaces covalentes estables y polares o apolares, idóneos para conformar esqueletos moleculares carbonados y grupos funcionales.
Secundarios	1 % - 4 %	Na, K, Ca, Mg, Cl	Aparecen mayoritariamente en forma iónica libre. Fundamentales en la excitabilidad de membranas (potenciales de acción), contracción muscular, coagulación de la sangre y como cofactores enzimáticos.
Oligoelementos	< 0,1 %	Fe, Cu, Zn, I, Mn, Co, F, Se	A pesar de hallarse en concentraciones traza, resultan indispensables para la vida. Su carencia provoca patologías graves, mientras que un exceso suele ser tóxico.

Definición: Oligoelementos

Los oligoelementos son bioelementos indispensables presentes en cantidades vestigiales (generalmente inferiores al 0,1 % del peso corporal total). Actúan primordialmente como cofactores catalíticos de enzimas, transportadores de electrones (como el hierro en la hemoglobina y los citocromos o el cobre en la hemocianina) o componentes estructurales de hormonas (como el yodo en las hormonas tiroideas).

2. El agua: estructura molecular y propiedades fisicoquímicas

El agua ( $H_2O$ ) es la biomolécula inorgánica más abundante de la materia viva, representando entre el 65 % y más del 90 % del peso de la mayoría de organismos. Sus funciones vitales se derivan directamente de su singular estructura química.

Estructura dipolar y puentes de hidrógeno

Cada molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno unido covalentemente a dos átomos de hidrógeno, delimitando un ángulo característico de 104,5°. Debido a la elevada electronegatividad del oxígeno frente al hidrógeno, el par de electrones compartidos se desplaza hacia el oxígeno. Esto genera una distribución asimétrica de carga: una densidad de carga negativa ( $\boldsymbol{\text{δ}}^-$ ) junto al oxígeno y dos densidades de carga positiva ( $\boldsymbol{\text{δ}}^+$ ) sobre los hidrógenos. Aunque la molécula es eléctricamente neutra, posee un marcado carácter dipolar permanente.

Esquema de dos moléculas de agua y su interacción por puente de hidrógeno.

Esta polaridad permite que las moléculas de agua interaccionen electrostáticamente entre sí mediante enlaces por puente de hidrógeno: el extremo positivo (H) de una molécula atrae al extremo negativo (O) de otra adyacente. Aunque cada enlace individual es relativamente débil respecto al enlace covalente, la inmensa red tridimensional dinámica que forman en el agua líquida confiere al medio unas propiedades fisicoquímicas extraordinarias:

Elevada fuerza de cohesión y adhesión: Las atracciones intermoleculares explican la incompresibilidad del agua (lo que permite actuar como esqueleto hidrostático en anélidos y mantener la turgencia celular) y sustentan la capilaridad (imprescindible para el ascenso de la savia bruta por los vasos conductores vegetales).
Alto calor específico y calor de vaporización: Se requiere gran cantidad de energía calorífica para romper la red de puentes de hidrógeno antes de aumentar la energía cinética molecular o cambiar de estado. De este modo, el agua funciona como un excelente amortiguador térmico celular y un potente refrigerante corporal a través del sudor o la transpiración.
Densidad anómala en estado sólido: Al congelarse, los puentes de hidrógeno forman una estructura reticular hexagonal más expandida y hueca, por lo que el hielo es menos denso que el agua líquida a 4 °C. Esta flotabilidad del hielo aísla térmicamente el fondo de los ecosistemas acuáticos y preserva la vida acuática en climas gélidos.
Elevada constante dieléctrica: Al rodear a iones de distinto signo y atenuar su atracción mutua (solvatación iónica), el agua constituye el disolvente universal, sirviendo de vehículo de transporte de metabolitos y medio para la casi totalidad de las reacciones bioquímicas.
Bajo grado de ionización: El agua se autoioniza de manera mínima según el equilibrio $2\text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_3\text{O}^+ + \text{OH}^-$ , con un producto iónico a 25 °C constante de $K_w = [\text{H}_3\text{O}^+][\text{OH}^-] = 10^{-14}$ .

3. Las sales minerales: precipitadas y disueltas

Las sales minerales se encuentran en los seres vivos bajo dos modalidades funcionales distintas: en estado sólido o disueltas en el medio acuoso.

Sales minerales precipitadas (insolubles)

Se hallan en estado sólido formando cristales asociados a matrices orgánicas. Cumplen funciones mecánicas, protectoras y de soporte esquelético: el carbonato cálcico ( $CaCO_3$ ) en conchas de moluscos y exoesqueletos de corales; el fosfato cálcico ( $Ca_3(PO_4)_2$ ), que junto a la hidroxiapatita mineraliza los huesos y dientes de vertebrados; y la sílice ( $SiO_2$ ) en diatomeas y gramíneas, donde refuerza las paredes celulares.

Sales minerales disueltas y amortiguadores del pH

En disolución acuosa se encuentran totalmente disociadas en sus iones constitutivos (cationes como $Na^+$ , $K^+$ , $Ca^{2+}$ , $Mg^{2+}$ y aniones como $Cl^-$ , $HCO_3^-$ , $HPO_4^{2-}$ ). Desempeñan funciones de control osmótico, generación de gradientes electroquímicos de membrana y regulación del equilibrio ácido-base mediante disoluciones tampón o reguladoras.

Sistemas tampón fisiológicos

Los tampones o buffers atenúan variaciones drásticas del pH al combinarse reversiblemente con protones libres:

Tampón bicarbonato (extracelular): Mantiene el pH del plasma sanguíneo en torno a 7,35 - 7,45. Se rige por el equilibrio:
$\text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_2\text{CO}_3 \rightleftharpoons \text{HCO}_3^- + \text{H}^+$
Si aumenta la acidez ( $[\text{H}^+]$ sube), la reacción se desplaza a la izquierda generando $\text{CO}_2$ que se expulsa por ventilación pulmonar; si el medio se vuelve alcalino, el ácido carbónico se disocia aportando protones.
Tampón fosfato (intracelular): Regula el pH en el citoplasma (en torno a 6,8 - 7,2) mediante la interconversión:
$\text{H}_2\text{PO}_4^- \rightleftharpoons \text{HPO}_4^{2-} + \text{H}^+$

4. Presión osmótica y dinámica celular frente a la tonicidad del medio

La presión osmótica es la presión hidrostática necesaria para frenar el flujo neto de agua a través de una membrana semipermeable que separa dos disoluciones de distinta concentración de solutos.

Dado que la membrana plasmática celular es permeable al disolvente pero selectiva a la mayoría de solutos, el agua se desplaza de forma espontánea desde el compartimento más diluido (medio hipotónico) hacia el compartimento con mayor concentración de soluto (medio hipertónico), con el fin de equilibrar ambas concentraciones.

Causas y consecuencias

💧Medio hipotónico externoMenor concentración salina fuera que dentro
🧂Medio hipertónico externoMayor concentración salina fuera que dentro

→

Respuesta celular en medios osmóticos

→

🎈Entrada neta de aguaGenera turgencia vegetal o hemólisis animal
🥀Salida neta de aguaGenera plasmólisis vegetal o crenación animal

El comportamiento volumétrico celular ante las variaciones osmóticas difiere notablemente según la célula posea o carezca de pared celular rígida:

Condición del medio externo	Célula animal (ej. eritrocito)	Célula vegetal / fúngica
Medio hipotónico ( $[solutos]_{ext} < [solutos]_{int}$ )	El agua entra masivamente por ósmosis. La célula se hincha e incrementa su volumen hasta romperse y lisarse (hemólisis en glóbulos rojos).	El agua entra a la vacuola aumentando el volumen. La rígida pared celular celulósica resiste la presión interna, entrando en estado de turgencia sin romperse.
Medio isotónico ( $[solutos]_{ext} = [solutos]_{int}$ )	Flujo dinámico neto nulo de agua. La célula mantiene su volumen y morfología funcional normal.	Equilibrio hídrico estable; los tejidos vegetales conservan su firmeza sin excesiva tensión.
Medio hipertónico ( $[solutos]_{ext} > [solutos]_{int}$ )	El agua sale hacia el exterior. La célula pierde volumen, se arruga y contrae su contorno membranoso (crenación).	El agua abandona la vacuola central. El citoplasma se deshidrata y la membrana plasmática se despega de la pared vegetal, fenómeno denominado plasmólisis.

Error frecuente

No confundir turgencia con plasmólisis: la turgencia se produce en un medio hipotónico (la célula se hincha por entrada de agua), mientras que la plasmólisis ocurre en medio hipertónico (la célula vegetal se encoge por salida de agua y la membrana se retrae de la pared celular).

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2. Después de mantener un trozo de zanahoria en un recipiente con agua destilada durante toda la noche y comparar su peso con el inicial, se comprueba que éste ha aumentado.

A. Defina el proceso físico-químico relacionado con las disoluciones acuosas que justifica esta observación.

B. Teniendo en cuenta la concentración de solutos de las células de zanahoria y del medio externo, ¿describa qué está sucediendo en las células del vegetal?

Resolución

A. El proceso físico-químico responsable es la ósmosis. Se define como el paso espontáneo de disolvente (agua) a través de una membrana semipermeable desde la disolución más diluida (menor concentración osmótica o hipotónica) hacia la más concentrada (hipertónica), hasta que se igualan las concentraciones a ambos lados.

B. El medio externo (agua destilada) presenta una concentración de solutos nula, comportándose como un medio fuertemente hipotónico respecto al interior de las células de la zanahoria (medio intracelular hipertónico). Como consecuencia directa del gradiente osmótico, se produce un flujo neto de agua hacia el interior de las células vegetales. El agua penetra en la gran vacuola central, aumentando el volumen celular y la presión contra la pared celular, fenómeno conocido como turgencia. Esta acumulación neta de agua intracelular en los tejidos explica el incremento del peso final de la muestra.

Ideas clave

Los bioelementos primarios (C, H, O, N, P, S) forman la estructura covalente básica de las biomoléculas orgánicas gracias a su bajo peso atómico y versatilidad de enlace.
La asimetría de electronegatividad del agua confiere polaridad a la molécula, permitiendo una red dinámica de enlaces por puente de hidrógeno responsable de su alto calor específico y gran poder disolvente.
Las sales precipitadas cumplen funciones estructurales mecánicas (esqueletos y conchas), mientras que las sales en disolución regulan la presión osmótica y amortiguan el pH mediante los tampones bicarbonato y fosfato.
La ósmosis es el flujo neto de agua a través de membranas semipermeables hacia el medio más concentrado; en medios hipotónicos, las células vegetales experimentan turgencia y las animales hemólisis, mientras que en medios hipertónicos sufren plasmólisis y crenación respectivamente.

Comprueba lo que has aprendido

¿Por qué el hielo flota en el agua líquida y qué relevancia biológica tiene este fenómeno?

Al descender de 4 °C, los puentes de hidrógeno forman una red cristalina abierta y estable que reduce su densidad frente al agua líquida. Al flotar en la superficie, el hielo actúa como capa aislante que impide la congelación del fondo en masas de agua, preservando la vida acuática.

¿Cómo responde el tampón bicarbonato ante una bajada de pH en la sangre?

Si el pH baja por exceso de

H^+

, el anión bicarbonato (

HCO_3^-

) los capta para formar ácido carbónico (

H_2CO_3

), el cual se descompone en

CO_2

H_2O

, eliminándose el dióxido de carbono excedente a través de los pulmones.

¿Cuál es la causa morfológica de la plasmólisis en células vegetales sometidas a disoluciones salinas concentradas?

En un medio hipertónico, el agua sale de la célula por ósmosis. La vacuola reduce drásticamente su volumen citoplasmático y la membrana plasmática se retrae y despega de la pared vegetal rígida.

Repaso rápido

0 XP

¿Qué propiedad del agua es la responsable directa de su función refrigerante mediante la sudoración?

02Tema 2: Glúcidos: monosacáridos, enlace O-glucosídico y polisacáridos

Los glúcidos (también conocidos como hidratos de carbono o azúcares) son biomoléculas orgánicas integradas primordialmente por carbono, hidrógeno y oxígeno, con una proporción estequiométrica general aproximada de $C_n(H_2O)_n$ o $C_n H_{2n} O_n$ , si bien algunos derivados contienen nitrógeno, fósforo o azufre. Constituyen cerca del 90 % de la materia seca del mundo vegetal. Químicamente se definen como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas (cadenas carbonadas provistas de múltiples grupos hidroxilo $-\text{OH}$ y un grupo carbonilo C=O), o bien macromoléculas resultantes de la condensación de estas unidades.

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