Fundamentos Clave de Biología: Enzimas, Metabolismo, Ciclo Celular y Genética

Enzimas y Metabolismo: Fundamentos Bioquímicos

¿Qué son las Enzimas?
Son proteínas que aceleran reacciones químicas en el cuerpo sin consumirse.

Función de las Enzimas

• Disminuyen la energía de activación.

• Permiten que las reacciones ocurran rápidamente y con menor esfuerzo.

Mecanismo de Acción Enzimática: Modelo Enzima-Sustrato

• Se unen al sustrato (la molécula con la que interactúan) en su sitio activo.

• Forman un complejo enzima-sustrato y luego lo transforman.

Características Clave de las Enzimas

• Específicas (cada enzima cataliza una reacción o tipo de reacción particular).

• Sensibles a la temperatura (se desactivan si hay temperaturas extremas).

• Sensibles al pH (funcionan óptimamente solo en condiciones de pH específicas).

Efecto de la Temperatura y el pH en la Actividad Enzimática
👉 Se desnaturalizan (pierden su estructura tridimensional y, por ende, su función biológica).

Cofactores y Coenzimas: Ayudantes Enzimáticos

• Cofactores: Iones inorgánicos como Fe²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺ que asisten a las enzimas.

• Coenzimas: Moléculas orgánicas (no proteicas) que también ayudan, como las vitaminas.

Clasificación de las Enzimas
Las enzimas se dividen en 6 grupos principales, según el tipo de reacción que catalizan.

Metabolismo Energético: ATP y Glucólisis

Fundamentos del Metabolismo
Es el conjunto de reacciones químicas que ocurren en el cuerpo para mantener la vida. Se divide en:

• Catabolismo: Proceso de degradación de moléculas complejas, liberando energía.

• Anabolismo: Proceso de síntesis de moléculas complejas, que requiere energía.

• Vía anfibólica: Rutas metabólicas que pueden funcionar tanto catabólica como anabólicamente, según las necesidades celulares.

Principios de Termodinámica en Biología

• Procesos exergónicos: Liberan energía (ej: respiración celular).

• Procesos endergónicos: Requieren energía (ej: síntesis de proteínas).

ATP: La Moneda Energética Celular

• Nombre completo: Adenosín Trifosfato

• Cuando se hidroliza, libera gran cantidad de energía:
  ATP → ADP + Pi + Energía

Glucólisis: Primera Etapa de Obtención de Energía

• Ubicación: Citoplasma

• Qué hace: Degrada 1 molécula de glucosa en 2 moléculas de piruvato.

• Resultado: Produce un rendimiento neto de 2 ATP y libera energía de forma rápida.

• Es anaeróbica: no necesita oxígeno.

Respiración Aeróbica: Etapas Clave

1. Glucólisis

2. Acetilación del piruvato

3. Ciclo de Krebs

4. Fosforilación oxidativa
   ➡️ Se produce una gran cantidad de ATP en presencia de oxígeno.

Metabolismo Aeróbico y Anaeróbico

Metabolismo Aeróbico

• ✅ Requiere oxígeno

• ✅ Ocurre en la mitocondria

• ✅ Genera una cantidad significativamente mayor de ATP (aproximadamente 36 moléculas).

• ✅ Inicia con glucólisis ➡️ Acetilación ➡️ Ciclo de Krebs ➡️ Fosforilación oxidativa

• ✅ Utiliza NADH y FADH₂ para crear energía

• ✅ El oxígeno es el último aceptor de electrones

Fosforilación Oxidativa

• Ocurre en las crestas mitocondriales

• Los H⁺ activan la ATP sintasa

• Se genera una gran cantidad de ATP.

Metabolismo Anaeróbico (Fermentación)

• ❌ No utiliza oxígeno

• ✅ Solo produce 2 ATP (una cantidad limitada de energía)

• ✅ Ocurre en el citoplasma

• Se basa únicamente en la glucólisis

Tipos de Fermentación

• Láctica: Glucosa ➡️ ácido láctico.

• Alcohólica: Glucosa ➡️ etanol + CO₂.

• Acética: Etanol ➡️ ácido acético (vinagre).

Metabolismo de Lípidos y Proteínas

Metabolismo de Lípidos

• Los triacilglicéridos (grasas) se hidrolizan en:
  👉 Ácidos grasos + Glicerol

• Estos son liberados del tejido adiposo y transportados a los tejidos que requieren energía.

• Antes de ser utilizados, los ácidos grasos:
  ✅ Son activados
  ✅ Ingresan a la mitocondria para su degradación y producción de energía

Tipos de Lípidos Relevantes

• Triglicéridos y ceras

• Fosfoglicéridos (como la lecitina)

• Esfingolípidos (como esfingomielina)

• Glucoesfingolípidos:

  • Cerebrósidos: contienen glucosa o galactosa

  • Gangliósidos: contienen azúcares complejos

• Ceramida = esfingosina + ácido graso

Metabolismo de Proteínas

• Los aminoácidos están compuestos por un grupo amino (NH₂), un grupo carboxilo (COOH) y una cadena lateral variable (grupo R).

• Se unen mediante enlaces peptídicos para formar proteínas.

• Si se desnaturalizan (por calor, pH, etc.):
  ❌ Pierden su estructura tridimensional y, por consiguiente, su función biológica.

Ciclo Celular: Interfase, Mitosis y Meiosis

¿Qué es el Ciclo Celular?

Es el proceso por el cual una célula crece, se prepara y se divide en dos células hijas. Se divide en:

Interfase: Preparación Celular (90% del tiempo celular)

Etapa de preparación antes de dividirse. Tiene 3 fases:

• G1: Crecimiento celular y síntesis de proteínas

• S: Duplicación del ADN (síntesis)

• G2: Preparación final para la división celular

Mitosis: División Celular Somática

👉 Ocurre en células somáticas
👉 Da como resultado 2 células hijas DIPLOIDES (2n)
👉 Contienen la misma información genética que la célula madre
👉 Se divide el núcleo (cariocinesis) y luego el citoplasma (citocinesis)

Fases de la mitosis:

• Profase: El ADN se condensa en cromosomas, el nucleolo desaparece y se forma el huso mitótico.

• Metafase: Los cromosomas se alinean en el plano ecuatorial de la célula.

• Anafase: Las cromátidas hermanas se separan y migran hacia polos opuestos de la célula.

• Telofase: Se forman dos nuevos núcleos alrededor de los cromosomas en cada polo.

• Citocinesis: Se divide el citoplasma, resultando en dos células hijas.

Citocinesis en Células Animales y Vegetales

• Célula animal: Se forma un surco de segmentación por un anillo contráctil de actina y miosina.

• Célula vegetal: Se forman vesículas del aparato de Golgi que crean un tabique llamado fragmoplasto, que dará origen a la nueva pared celular.

Meiosis: División Celular Germinal

👉 Solo ocurre en células germinales (óvulos y espermatozoides)
👉 Produce 4 células haploides (n), todas genéticamente distintas
👉 Consta de 2 divisiones celulares consecutivas: Meiosis I y Meiosis II

🔄 Meiosis I:

• Profase I (la más larga y compleja): Ocurre el entrecruzamiento cromosómico (crossing-over), que es el intercambio genético entre cromosomas homólogos.

• Se forman tétradas (pares de cromosomas homólogos apareados).

🔄 Meiosis II:

• Similar a la mitosis, pero sin duplicación previa de ADN.

• Termina formando 4 células hijas con la mitad del material genético de la célula original.

Importancia del Ciclo Celular en la Salud

• Mitosis: Es fundamental para el crecimiento, la reparación de tejidos y el mantenimiento celular.

• Meiosis: Es esencial para la formación de gametos y la generación de diversidad genética en la reproducción sexual.

• Las fallas en la regulación del ciclo celular pueden causar cáncer, síndromes genéticos, entre otras patologías.

Genética y Leyes de Mendel

¿Qué es un Gen?

• Gen: Unidad hereditaria que contiene la información genética para la síntesis de una proteína o una molécula de ARN funcional.

• Locus: Lugar específico donde se localiza un gen en un cromosoma.

Alelos y Representaciones Genéticas

• Alelo: Cada una de las formas alternativas de un gen (ej: A o a).

• Homocigoto: Individuo con alelos idénticos para un gen específico ➡️ AA (homocigoto dominante) o aa (homocigoto recesivo)

• Heterocigoto (híbrido): Individuo con alelos diferentes para un gen específico ➡️ Aa

Genotipo: La combinación genética de un organismo (ej: Aa)
Fenotipo: La expresión observable de los genes (ej: color de ojos, altura, etc.)

Historia de la Genética: Gregor Mendel

Gregor Mendel, un monje agustino, sentó las bases de la genética moderna. Publicó sus leyes en 1866, tras sus experimentos con guisantes.

Leyes de Mendel

1️⃣ Primera Ley – Ley de la Uniformidad

• Cruce de dos razas puras (homocigotas) ➡️ Descendencia uniforme (heterocigota, Aa), mostrando el fenotipo dominante.

2️⃣ Segunda Ley – Ley de la Segregación

• Cruce de híbridos (Aa x Aa) ➡️ Proporción fenotípica de 75% dominante y 25% recesivo.
  (Proporción genotípica: 1 AA : 2 Aa : 1 aa; Proporción fenotípica: 3 dominante : 1 recesivo)

• El alelo recesivo se manifiesta en la segunda generación filial (F2).

⬛ Cuadro de Punnett: Herramienta gráfica para predecir las probabilidades de genotipos y fenotipos en la descendencia de un cruce genético.

Cariotipo y Cariograma

• Cariotipo: Conjunto completo de cromosomas en una célula de un organismo (humano = 46 cromosomas, 2n).

  • 44 autosomas + 2 cromosomas sexuales (XX en mujer, XY en hombre)

• Cariograma: Representación visual ordenada del cariotipo, utilizada para identificar alteraciones cromosómicas.

Mutaciones Genéticas

• Cambios permanentes en la secuencia de ADN que pueden alterar la función de los genes.

• Pueden ser estructurales (alteraciones en la estructura del cromosoma) o numéricas (cambios en el número de cromosomas).

Sistema Inmunológico: Defensas del Cuerpo

El sistema inmunológico es la defensa natural del cuerpo contra infecciones y enfermedades.

Tipos de Inmunidad

Inmunidad Innata (Natural)

• Rápida y no específica (primera línea de defensa).

• Utiliza mecanismos como la inflamación, la fiebre y células como macrófagos, neutrófilos y mastocitos.

• Las histaminas, eicosanoides y citocinas son mediadores que causan inflamación.

• Signos de inflamación: enrojecimiento, hinchazón, dolor, calor y, a menudo, fiebre sistémica.

Inmunidad Adaptativa (Adquirida)

• Lenta en su primera exposición, pero altamente específica.

• Involucra linfocitos B y T, la producción de anticuerpos y el desarrollo de memoria inmunológica.

• Reconoce antígenos (moléculas extrañas) de forma específica.

• Epítopo: Parte del antígeno que se une al anticuerpo.

• Parátopo: Parte del anticuerpo que se une al epítopo.

• Posee memoria inmunológica: permite una respuesta más rápida y potente ante una reexposición al mismo antígeno.

Consideraciones Clave sobre la Inmunidad

• La inmunidad puede ser:
  🔹 Natural/Innata (presente desde el nacimiento)
  🔹 Adquirida/Adaptativa (desarrollada por exposición a patógenos o por vacunación)