Resumen: Biología: materia y procesos básicos

Esquema del Curso

  1. Características de los seres vivos
  2. Niveles de organización biológica
  3. Átomos y enlaces químicos
  4. Bioelementos y carbono
  5. Biomoléculas orgánicas e inorgánicas
  6. Estructura y propiedades del agua
  7. Sales minerales y funciones
  8. Difusión, diálisis y ósmosis
  9. pH y sistemas tampón
  10. Unidades y disoluciones tampón

1. Características de los seres vivos

Conceptos clave y definiciones

  • Biología : La ciencia que estudia los seres vivos desde el punto de vista estructural o morfológico y funcional o fisiológico.
  • Información genética : Está almacenada en el ADN en forma de genes, y cada gen codifica un aspecto concreto de las características de un ser vivo.

★ Imprescindible

📌 Los seres vivos se distinguen de la materia inerte porque están formados por células y realizan funciones vitales.

  • El metabolismo incorpora materia y energía del entorno, transforma sustancias mediante reacciones químicas y utiliza la energía obtenida para realizar funciones vitales.

  • Durante la respiración, los nutrientes se oxidan completamente, se libera energía, se incorpora oxígeno y se expulsa dióxido de carbono.

Complementos

  • Los seres vivos presentan crecimiento, responden a estímulos, se reproducen, transmiten información genética y pueden evolucionar adaptándose a cambios ambientales.

Truco mnemotécnico

MAMER: metabolismo, adaptación, materia, evolución y reproducción

2. Niveles de organización biológica

Conceptos clave y definiciones

  • Célula : La unidad fisiológica y estructural de todos los seres vivos.
  • Tejido : Un conjunto de células semejantes especializadas en realizar una función determinada.
  • Población : Un conjunto de individuos de la misma especie que vive en una zona determinada.
  • Biosfera : El conjunto de todas las especies de seres vivos del planeta Tierra.

★ Imprescindible

📌 Los niveles abióticos incluyen componentes químicos presentes en la materia viva e inerte, mientras que los niveles bióticos son exclusivos de los seres vivos.

Complementos

  • El nivel subatómico está formado por protones, neutrones y electrones, y el nivel atómico por átomos, las unidades mínimas de los elementos.

Truco mnemotécnico

Subatómico → atómico → molecular → celular → organismo → población → comunidad → biosfera

3. Átomos y enlaces químicos

Conceptos clave y definiciones

  • Electrones de valencia : Los electrones de la capa más externa del átomo y participan en los enlaces químicos.
  • Electronegatividad : La capacidad de un átomo para atraer el par de electrones de valencia de otro átomo.

★ Imprescindible

📌 El enlace iónico se forma por transferencia de electrones entre átomos de electronegatividad muy diferente, mientras que el covalente se forma compartiendo uno o más pares de electrones.

📌 El enlace covalente polar presenta cargas parciales y polaridad por una electronegatividad diferente, mientras que el covalente apolar no presenta polaridad porque las electronegatividades son iguales o parecidas.

  • Los átomos muy electronegativos que participan pueden ser:
    • flúor
    • oxígeno
    • nitrógeno

Complementos

  • Las interacciones de Van der Waals surgen cuando desplazamientos momentáneos de carga generan dipolos instantáneos que inducen dipolos en moléculas cercanas.

  • Las interacciones hidrofóbicas agrupan moléculas apolares en agua para reducir al mínimo la superficie de contacto con ella, formando estructuras como micelas y bicapas lipídicas.

Truco mnemotécnico

Enlace intramolecular fuerte frente a interacción intermolecular débil

4. Bioelementos y carbono

Conceptos clave y definiciones

  • Bioelementos primarios : Los elementos más abundantes de los seres vivos y constituyen más del 96% de la materia viva, formando biomoléculas orgánicas e inorgánicas.
  • Oligoelementos : Elementos presentes en una proporción inferior al 0,1% que resultan imprescindibles para los procesos fisiológicos, aunque su exceso o defecto causa daños.
  • Carbono : Tiene cuatro electrones en su última capa y puede formar cuatro enlaces covalentes orientados hacia los vértices de un tetraedro.

★ Imprescindible

  • El hierro forma parte de la hemoglobina, que transporta oxígeno a los pulmones, y de los citocromos que participan en la respiración celular.

Complementos

  • Entre los bioelementos secundarios se incluyen:

    • sodio
    • potasio
    • cloro
    • calcio
    • magnesio
  • El carbono puede formar cadenas lineales o ramificadas y anillos cíclicos, que sirven de esqueleto a biomoléculas grandes a las que se unen grupos funcionales.

  • El carbono tiene número atómico 6 y masa atómica 12.

Truco mnemotécnico

El carbono como un tetraedro con cuatro brazos que construye cadenas y anillos

5. Biomoléculas orgánicas e inorgánicas

Conceptos clave y definiciones

  • Biomoléculas : Moléculas formadas por bioelementos que forman parte de los seres vivos.
  • Polímero : Una macromolécula formada por la unión de moléculas pequeñas llamadas monómeros.

★ Imprescindible

  • Las biomoléculas orgánicas incluyen:
    • glúcidos
    • lípidos
    • proteínas
    • ácidos nucleicos

Complementos

📌 Un homopolímero está formado por monómeros del mismo tipo, mientras que un heteropolímero contiene dos o más tipos de monómeros.

  • Los principales grupos funcionales orgánicos son:
    • hidroxilo
    • carbonilo cetona
    • carbonilo aldehído
    • amino
    • carboxilo

Truco mnemotécnico

Biomoléculas inorgánicas presentes también en la materia inerte frente a orgánicas propias de los seres vivos

6. Estructura y propiedades del agua

Conceptos clave y definiciones

  • Agua : La molécula más abundante de la materia viva y resulta imprescindible para la vida y para las funciones del organismo.

★ Imprescindible

  • La molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno unido mediante enlaces covalentes a dos átomos de hidrógeno, presenta geometría angular y sus enlaces forman un ángulo de 104,5°.

  • El agua es una molécula polar porque el oxígeno atrae con más fuerza los electrones compartidos que el hidrógeno y genera un dipolo eléctrico.

  • Cada molécula de agua puede formar hasta cuatro puentes de hidrógeno con otras moléculas, generando una estructura tetraédrica y una elevada cohesión.

  • Entre las propiedades físico-químicas del agua se encuentran: gran poder disolvente, elevada cohesión y adhesión, alto calor específico, alto calor de vaporización, mayor densidad en estado líquido que en estado sólido, elevada tensión superficial, baja ionización, alta conductividad térmica, baja viscosidad

  • El agua participa en el transporte y la disolución, las reacciones metabólicas, el mantenimiento de la estructura celular, la capilaridad, la termorregulación, la protección ecológica y la amortiguación de golpes y rozamientos.

Complementos

  • En agua pura a 25 °C, solo una molécula de cada 10.000.000 está disociada en H⁺ y OH⁻.

Truco mnemotécnico

Polaridad del agua → puentes de hidrógeno → cohesión y propiedades biológicas

7. Sales minerales y funciones

★ Imprescindible

📌 Las sales minerales precipitadas son insolubles y forman estructuras sólidas, mientras que las sales minerales disueltas se disocian en iones.

  • Las funciones de las sales minerales incluyen:
    • estructural
    • catalítica
    • regulación de la salinidad
    • regulación del pH
    • regulación del volumen celular
    • contracción muscular
    • transmisión del impulso nervioso

Complementos

  • Las sales precipitadas forman: carbonato de calcio en conchas de moluscos y corales, carbonato y fosfato de calcio en huesos, silicatos en conchas de diatomeas y espículas de algunas esponjas

  • Los principales aniones disueltos son Cl⁻, SO₄²⁻, PO₄²⁻, CO₃²⁻, HCO₃⁻ y NO₃⁻, y los principales cationes son Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺ y K⁺.

Truco mnemotécnico

Sales precipitadas estructurales frente a sales disueltas reguladoras

8. Difusión, diálisis y ósmosis

Conceptos clave y definiciones

  • Difusión : La distribución homogénea de partículas de soluto al entrar en contacto con un disolvente o atravesar una membrana permeable siguiendo el gradiente de concentración.
  • Diálisis : Separa partículas de elevado peso molecular, llamadas coloides, de partículas de bajo peso molecular, llamadas cristaloides, mediante una membrana semipermeable.
  • Ósmosis : El paso de agua a través de una membrana semipermeable desde la disolución con menor concentración de soluto hacia la que tiene mayor concentración, sin paso de solutos.

★ Imprescindible

📌 En un gradiente de concentración, las partículas se desplazan pasivamente desde la disolución hipertónica, más concentrada en soluto, hacia la hipotónica, menos concentrada, hasta alcanzar la isotónica.

📌 Si el medio externo es hipotónico respecto a la célula, entra agua y puede producirse hinchazón y lisis en células animales; si es hipertónico, sale agua y se produce plasmólisis o crenación.

Complementos

  • La hemodiálisis elimina del plasma sustancias tóxicas como urea y creatinina mediante el paso de cristaloides desde la sangre hacia el líquido de diálisis.

Truco mnemotécnico

Difusión de partículas → diálisis de solutos pequeños → ósmosis del agua

9. pH y sistemas tampón

★ Imprescindible

📐 Fórmula — El pH mide la acidez o basicidad de una disolución mediante la relación pH=−log⁡[H+]pH=-\log[H^+].

📌 Las disoluciones con pH inferior a 7 son ácidas, las de pH igual a 7 son neutras y las de pH superior a 7 son básicas o alcalinas.

Complementos

  • Una disolución cuya concentración de H⁺ es 10⁻³ mol por litro tiene un pH de 3.

  • En agua pura, la concentración de H⁺ y de OH⁻ es 10⁻⁷ mol por litro.

  • Un indicador de pH permite estimar la acidez o basicidad por un cambio de color, como ocurre con la cianidina de la col lombarda, y también pueden utilizarse pH-metros.

Truco mnemotécnico

pH menor que 7 ácido, igual a 7 neutro y mayor que 7 básico

10. Unidades y disoluciones tampón

Conceptos clave y definiciones

  • Disolución tampón : Mantiene casi constante el pH cuando se añaden pequeñas cantidades de ácido o base.

★ Imprescindible

  • El pH de la sangre debe mantenerse entre 7,35 y 7,45, porque valores fuera de ese intervalo pueden causar alteraciones graves e incluso la muerte.

📐 Fórmula — El tampón fosfato intracelular regula el pH mediante el equilibrio H2PO4−⇌HPO42−+H+\mathrm{H_2PO_4^- \rightleftharpoons HPO_4^{2-}+H^+} y mantiene el pH intracelular alrededor de 7,2.

📐 Fórmula — El tampón bicarbonato extracelular regula el pH mediante el equilibrio H++HCO3−⇌H2CO3⇌CO2+H2O\mathrm{H^+ + HCO_3^- \rightleftharpoons H_2CO_3 \rightleftharpoons CO_2+H_2O}.

Complementos

  • Las proteínas y los aminoácidos pueden actuar como tampones porque son anfóteros y pueden comportarse como ácidos o como bases.

Tablas de síntesis

Clasificación de biomoléculas

TipoPresenciaEjemplos
InorgánicasEn seres vivos y materia inerteSales minerales y gases
OrgánicasPropias de los seres vivosGlúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos

Procesos de transporte pasivo

ProcesoQué atraviesaCondición
DifusiónSolutos y disolventesA favor del gradiente
DiálisisAgua y cristaloidesLos coloides quedan retenidos
ÓsmosisAguaA través de membrana semipermeable, hacia la disolución más concentrada

Ponte a prueba

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1. ¿Qué estudia la biología desde sus perspectivas principales?

2. ¿Qué diferencia fundamental permite distinguir a los seres vivos de la materia inerte?

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¿Qué estudia la biología?

Los seres vivos desde el punto de vista estructural y funcional.

¿Cómo se distinguen los seres vivos de la materia inerte?

Porque están formados por células y realizan funciones vitales.

¿Qué hace el metabolismo con la materia y energía del entorno?

Incorpora materia y energía para transformar sustancias y realizar funciones vitales.

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