Evolución química

• 1.La biología como ciencia
• 1.1. El proceso científico de la biología

¿Qué es la biología?

La biología es una ciencia que estudia a los seres vivos: características, evolución, reproducción, ecosistema, comportamiento, forma de alimentación, desarrollo, forma de vida, entre otros aspectos.

Proviene de dos vocablos, «bio» vida y » logos» estudio.

¿Qué es la ciencia?

Son el conjunto de estudios de determinada área y se basa en el método científico, el cual debe ser verificable, repetible y predictivo.

Método científico

Serie de pasos para llegar a una conclusión.

1. Observación- Mirar el entorno, análisis de un fenómeno.
2. Planteamiento del problema o pregunta generadora.
3. Hipótesis- Posible solución al problema.
4. Investigación o marco histórico- Toda la información disponible del tema a tratar.
5. Experimentación- Serie de pasos.
6. Resultados.
7. Conclusión.

Paradigmas de la biología

Un paradigma es todo modelo, patrón o ejemplo a seguir en determinada situación. Se refiere a una teoría o conjunto de teorías que sirven para resolver problemas o situaciones determinadas que se planteen.

Existen cuatro teorías.

1. Teoría celular postulada por Theodor Schwan y Jacob Mathias en 1839: Postula que la célula es la unidad fundamental de los seres vivos, desde las más sencillas hasta los organismos superiores más complejos.
2. Teoría de la evaluación postulada por Charles Darwin en 1859: Es la idea ampliamente sostenida de que la vida está relacionada y ha descendido de un ancestro en común. Supone el desarrollo de la vida a partir de la no-vida.
3. Teoría de la homeostasis introducida por Claude Bernard en 1878: Toda la organización estructural y funcional de los seres vivos tiende hacia un equilibrio dinámico. Es crítica para asegurar el funcionamiento adecuado del cuerpo.
4. Teoría de la herencia genética por Gregor Mendel: 1° ley. Los genes se encuentran en los cromosomas, colocados uno a continuación de otro; 2° ley. Los genes que están juntos sobre un cromosoma tienden a heredarse juntos y se llaman genes ligados; 3° ley. Los genes de un mismo cromosoma pueden heredarse por separado, debido al entrecruzamiento que ocurre en los meoisis.

Características de los seres vivos

• Tienen organización celular- están compuestos mínimo por una célula.
• Respiran- de manera aerobia: necesitan oxígeno, y anaerobia: no necesita oxígeno.
• Presentan metabolismo- cambios químicos y biológicos generados en las células vivas de un organismo, anabolismo: de moléculas complejas a partir de simples. Catabolismo: de simples a complejas.
• Irritación- capacidad de reaccionar a estímulos internos y externos.
• Reproducción- sexual o asexual. En la sexual de requiere la unión de células.
• Se mueven.
• Presentan homeostasis- el medio interno se mantiene aunque el exterior cambie.
• Se adaptan.
• Envejecen.
• Tienen un ciclo vital- nacen, crecen, se desarrollan y mueren.

Niveles de organización de la materia

1. Subatómico: partícula más pequeña en que se subdivide al átomo.
2. Atómico: todos los elementos químicos de la tabla periódica.
3. Molecular: la unión de dos o más átomos.
4. Subcelular: estructura formada por carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
5. Celular: unidad básica de la vida, células.
6. Tisular: tejido
7. Órganos: conjunto de tejidos. Corazón, pulmón, etc
8. Sistemas: conjunto de órganos con una función en común. Sistema nervioso, sistema inmunitario, etc.
9. Individuo o especie.
10. Población: conjunto de organismos de la misma especie.
11. Comunidad: organismos varios que ocupan cierta o encuentran en una área.
12. Ecosistema: conjunto de factores vivos y no vivos.
13. Biosfera: capa de la tierra donde existe vida.

Ramas de la biología

Ciencias que desprenden de la biología, ayudan a facilitar su estudio y comprensión, así como a su organización. Por ejemplo:

• Biomédica. Salud del ser humano.
• Entomólogo. Especialidad científica que estudia los insectos.
• Inmunología. Investigación del sistema inmunitario de defensa.
• Parasitología. Estudio de parásitos.
• Cardiología. Estudia los crustáceos.
• Ficología. Estudia las algas.
• Citopatología. Enfermedades de las células.
• Neurobiología. Células del sistema nervioso.
• Fitopatología. Enfermedades de las plantas.

Ciencias auxiliares

Son aquellas que interactúan con la biología y la apoyan en su estudio, completando la información.

• Ética. Ayuda a la toma de decisiones durante las investigaciones.
• Geografía. Sirve para estudiar el entorno de un ser vivo y ubicarlo.
• Matemáticas. Obtener resultados, hacer conteos, gráficas, etc.
• Física. Analizar los movimientos, condiciones (atmósfera, presión).
• Química. Conocer la composición de los seres vivos.
• Sociología. Para estudiar el comportamiento de los seres vivos en su entorno.
• Historia. Registrar y analizar eventos.

Son independientes de la biología pero la apoyan.

• 2. Quimiosíntesis

Bioelemento

Son los elementos químicos que conforman a los seres vivos. Se clasifican de acuerdo a la cantidad que hay de ellos en el organismo, no sé clasifican conforme a su importancia puesto que todos son importantes.

1. Primarios- 95%
2. Secundarios- 4.2%
3. Oligoelementos (traza, terciarios)- 0.1%

Teoría fisicoquímica o quimiosintética

Fue propuesta por Oparin y Haldene en el año de 1924-1928. Se fundamenta en la hipótesis de que la vida en nuestro planeta se originó a partir de la agrupación de moléculas muy primitivas en el origen de los tiempos y que fueron complejizándose hasta formar las primeras células. Ésto dio resultado a la tierra primitiva.

Características físicas de la tierra primitiva: Tenía volcanes, tormentas eléctricas, una alta temperatura, mares extendidos, no contaba con una capa de ozono, sin oxígeno libre.

Características químicas: Tenía metano, amoniaco, agua, dióxido de carbono.

Sus primeros organismos eran unicelulares, anaerobios y heterótrofos (tomaban el alimento de alguien o algo más).

Introducción a las biomoléculas

Hay dos tipos de moléculas, las orgánicas tienen carbono e inorgánicas sin carbono.

Biomoléculas inorgánicas

Sales minerales

Son el producto de la reacción entre un ácido y una base. En los organismos vivos, pueden aparecer como cristales, disueltas, precipitadas o vinculadas a otras moléculas. Disueltas en agua siempre están ionizadas.

Desempeñan un papel vital en la actividad muscular, el sistema inmunológico, el metabolismo, y se les enuentra en todos los plasmas (citoplasma celular, plasma intercelular, sangre, etc.)

Su función es de tipo regulador, solo se requieren pequeñas cantidades de cada mineral.

También sirven para tratar enfermedades de la piel, transtornos y regular la presión osmótica.

Se clasifican en solubles e insolubles en agua.

• Solubles: Na+, K+, Ca2+, Mg2+ y Fe2+/Fe3+. Cl-, HCO3-, NO3-
• Insolubles: Carbonato cálcico, fosfato cálcico, Silicato.

Agua

Es indispensable para los seres vivos. Se encuentra formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno mediante un enlace covalente polar.

Sus elementos se unen por medio de puentes, a mayor temperatura más puentes de hidrógeno se rompen. En estado sólido existe un 100% de puentes y en líquido un 0% de puentes.

Es inodoro, incoloro e insípida.

Regula la temperatura.

Es el disolvente universal por excelencia.

Biomoléculas orgánicas

• Monómero: unidad básica de un polímero.
• Polímero: unión de monómeros.

Carbohidratos

Primera fuente de energía de los humanos.

Son las biomoléculas más abundantes en la naturaleza, están formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno en proporciones 1:2:1 (CnH2nOn) . Los más sencillos son solubles en agua.

El monómero más importante para la vida es un azúcar con 6 carbonos, la glucosa. Los monosacáridos son los carbohidratos más simples ya que contienen un solo monómero. Algunas de sus propiedades son : aspecto cristalino, solubilidad en agua, sabor dulce y color blanco.

Su función principal es proporcionar al organismo la energía de arranque necesaria para realizar actividades vitales como la del funcionamiento del cerebro y corazón, además de proporcionar la energía necesaria para el movimiento corporal.

Los carbohidratos que proporcionan «combustible» se clasifican por:

1. El número de carbonos que hay en la cadena: triosas, tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas.
2. El grupo funcional: aldehídos se se encuentra en el primer carbono, cetosas si el grupo está localizado en el segundo carbono.
3. El tipo de estructura (número de azúcares) se clasifican en monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos.

Monosacáridos

Se constituyen a partir de monómeros, es decir, de moléculas sencillas compuestas al menos por 3 carbonos. Son los carbohidratos más simples. Su fórmula particular es (CH2O)n, donde la n significa de 3-7 átomos de carbono.

• Glucosa (C2H12O6). Monosacárido más elemental e indispensable para la vida. Es el producto orgánico resultado de la fotosíntesis y se transforma en almidón en cereales y hortalizas. Se encuentra en el suero sanguíneo. Constituyente del metabolismo energético.
• Fructosa (C6H12O6). Se utiliza como endulzante para diabéticos, ya que no precisa de insulina para metabolizarse.
• Galactosa (C6H12O6). Monosacárido de la leche formado por 6 átomos de carbono, que se convierte en glucosa en el hígado como aporte energético. Forma parte sobre todo de las células cerebrales (neuronas).
• Ribosa (C5H10O5). Aldosa de cinco carbonos en cuyo carbono 2 se encuentra en grupo OH que se combina con las bases nitrogenadas para formar el ácido ribunocleico.
• Desoxirribosa (C5H10O4). Aldosa de cinco carbonos con un -H en el carbono 2, que forma ácido desoxirribonucleico (ADN), encargado de almacenar todo el código genético.

Oligosacáridos

Resultan de la unión de dos monosacáridos y hasta diez monómeros por enlaces glucosedicos entre sí con pérdida de una molécula de agua por enlace. Son de aspecto cristalino, soluble en agua y de sabor dulce.

• Sacarosa. Azúcar de mesa obtenida de la caña de azúcar, remolacha y otros vegetales. Formada por una molécula de glucosa y una de fructosa.
• Maltosa. De la unión de dos moléculas de glucosa y se obtiene por degradación del almidón.
• Lactosa. Azúcar de la leche. Tiene 12 átomos de carbono, formada por una molécula de glucosa y una de galactosa. Es fuente importante en crías de mamíferos.

Polisacárido

Cadenas largas que tienen de 11 a miles de monosacáridos unidos entre sí. No son de sabor dulce, pueden ser insolubles.

• Almidón. Está formado por subunidades de glucosa unidas. Se presentan en forma de gránulos o partículas relativamente densas e insolubles en agua fría.
• Glucógeno. Se encuentra en mayor proporción en hígado y en músculo estriado. Se degrada en glucosa: en las células musculares para la obtención de energía para los movimientos y en el hígado para la conservación de la glucosa sanguínea.
• Celulosa. Carbohidrato más abundante en la naturaleza y las enzimas que son capaces de degradar la celulosa, no están presentes en el ser humano. Son fuentes de fibra.
• Quitina. Sustancia estructural más importante del exoesqueleto de algunos artrópodos, crustáceos y moluscos.

Lípidos

Están formados por carbono, hidrógeno y, en menor proporción oxígeno. También de les llama grasas.

Se conocen como moléculas antipaticas (no solubles en agua) pero sí en solventes orgánicos de polaridad baja.

Dan la mayor cantidad de energía de reserva. Producen metabolitos como hormonas esteroides y prostaglandinas; son receptores y moduladores de actividades metabólicas. Forman parte de los componentes estructurales de las membranas celulares. Forman barreras de protección y aislamiento en mamíferos que funcionan como aislante térmico, en las plantas construyen una capa de céra que las protege de la deshidratación, enfermedades y parásitos. Recubren las fibras de mielina de las neuronas y permite la transmisión de los impulsos eléctricos. Ayudan a producir vitaminas A, D, E y K.

Se clasifican en:

Lípidos saponificables

Forman jabones al reaccionar con sustancias alcalinas como KCH y NaOH

• Ceras: Compuesto más simple. Se trata de lípidos insolubles en agua, por lo que funcionan como impermeabilizantes y presentan consistencia firme. Se componen por un ácido grasa de cadena larga de carbonos, alcohol de cadena larga.
• Triacilgliceroles: están formados por una molécula de glicerol y 3 ácidos grasos, pueden ser saturados (carecen de dobles enlaces y a temperatura ambiente son sólidos) o insaturados (presentan uno o más enlaces doble y a temperatura ambiente son líquidos).
• Esteres de glicerol: formados por una molécula central de glicerol, en las que pueden reemplazar sus hidrógenos por ácidos grasos. Se dividen en fosfolípidos (unión de una molécula de glicerol, dos de ácido graso y uno de fosfato, son antipaticas ya que tienen porciones polares y no polares) y plasmalogenos (su estructura es a base de glicerol y se presenta en grandes cantidades en membranas de las células nerviosas y musculares).
• Esteres de esfingosina: formados por un ácido graso y una esfingosina. Se intercalan entre los fosfolípidos y le otorgan rigidez a la matriz fosfolípidica. Esfingomielina- la esfingosina más un grupo de hidroxilo en el carbono uno de la cadena. Cerebrosidos- formada por una molécula de monosacáridos ya sea glucosa o galactosa unida a la ceramida.

Lípidos no saponificables

Carecen de grupos que pueden hidrolizarse.

• Esteroides: compuestos alifáticos. Incluyen colesterol, hormonas y sales biliares. Controlan el metabolismo en el nivel de los genes, favorecen el desarrollo sexual masculino y mantienen las características sexuales masculinas (andrógenos), regulan los fenómenos producidos durante el embarazo y son los precursores de todas las demás esteroideas (progestógenos) , regulan el equilibrio de sustancias en el riñón (mineralocorticoides).
• Terpenos: se forman a partir de uniones de 5 carbonos derivados del isopreno. Incluye esteroides, ácidos biliares, vitaminas liposolubles, hormonas en los insectos en estados juveniles y muchos otros compuestos indispensables en el desarrollo de los seres vivos.

Proteínas

Son biomoléculas con un elevado peso molecular, están hechas en su mayoría de Hidrógeno nitrógeno y oxígeno. Son solubles en agua y se pueden combinar con otros elementos
Son muy importantes ya que se encuentra en gran parte de la materia viva y gracias a su versatilidad para las funciones químicas en un organismo así como su relación con los ácidos nucleicos ya que estas contiene la información genética.

Se clasifican en proteínas simples (compuestas únicamente por aminoácidos) y proteínas conjugadas (son compuestas por aminoácidos y por otros compuestos de origen no proteica).

Existen aminoácidos esenciales y no esenciales en las proteínas.

• Esenciales: valina, histidina, arginina, treonina, fenilalanina, leucina, triptófano, metionina, isoleucina y lisina
• No esenciales: serina, prolina, alanina, tirosina, glutamina, asparagina, ácido aspártico, ácido glutámico, cisteína, glicina

Heteroproteínas

• Glucoproteínas: Formación de moco.
• Liproproteínas: Trasportan lípidos por la sangre.
• Fosfoproteínas: Proteínas energéticas como la vitelina del huevo y la caseína de la leche.
• Cromoproteínas: Son proteínas globulares que tienen la particularidad de contener un grupo metálico en su estructura; realizan funciones catalíticas especiales como la de transporte.

Holoproteínas

• Estructural: Dan forma y soporte.
• Movimiento: Participan tanto en el de los organelos como en el de la propia célula.
• Defensa: Participan como sustancias de protección, como en el caso de las inmunoglobulinas.

Estructuras proteínicas

La cadena de aminoácidos que forman la proteína esta dada por el código genético, las proteínas son únicas de cada organismo, lo que se ve reflejado en la no compatibilidad de algunos órganos
El distintivo que existe entre las proteínas es el orden en la secuencia de sus aminoácidos.

Estructura primaria: Es la secuencia de cada proteína y su representación es la de una cadena lineal de aminoácidos, cualquier cambio en el orden podría alterar su estructura así como su función.

Estructura secundaria: La cadena lineal se dobla hacia todas direcciones según su número de enlaces que se forman entre los aminoácidos.

1. Hélicela: la Cadena lineal de los aminoácidos (estructura primaria) se enrolla sobre sí misma
2. Plegada: los puentes de hidrógeno que se forman en la cadena de aminoácidos hacen que se pliegue sobre sí misma

Estructura terciaria: Viene a ser una conformación tridimensional de las proteína en donde por medio de puentes de sulfuro se unen las secuencias de aminoácidos y las estructuras secundarias en la estructura número 3 que sale.

Estructura Cuaternaria: Se presenta cuando se unen dos o más monómeros (cadenas polipeptídicas) proteínicos con estructura terciaria

Desnaturalización de las proteínas: Se refiere a la perdida de cualquiera de las anteriores, pierden sus prioridades físicas, químicas y con ellos su función biológica, al perder su forma generalmente no pueden volver a su estado natural
Es reversible cuando las condiciones que lo provocan no son graves
En su proceso extremo las proteínas pierden su configuración y se pierden sus enlaces débiles
Para que una proteína se desnaturalice se necesita.

1. Temperatura: temperaturas muy altas o muy bajas bruscamente.
2. Sustancias químicas: La aurea el alcohol las sales que alteran la configuración espacial de las proteínas.
3. Cambios del PH: los cambios ácidos o básicos cambian la cadena y desnaturalizan.

Proteínas chaperonas: Necesitan la ayuda de otras para poder realizar su funcionamiento.

Elaborado por

Betzie Guadalupe Espinoza Herrera
Alan Jiménez Cardona
Josué Adrián Machorro Vázquez
Victoria Sarai Mozo Rodríguez
Isis Nefrary Trujillo Hernández

Bibliografía: Lazcano- Araujo Antonio. (s.f.). El origen de la vida: evolución química y evolución biológica.. Recuperado  de http://www.ejournal.unam.mx/cns/espno01/CNSE0102.pdf

https://www.biologuias.com/base-molecular/sales-minerales/

De Erice Elena. (s.f.). Biología: La ciencia de la vida.. Recuperado  de https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=https://issuu.com/dariolopez1977/docs/biolog_a_la_ciencia_de_la_vida-de&ved=2ahUKEwj5moqwnorlAhUNd6wKHW87AiMQFjAAegQIBRAC&usg=AOvVaw3eJCPzwJOUmcjB8GJkBHoK&cshid=1570454875461

Sales minerales. (s.f.). Recuperado  de https://www.biologuias.com/base-molecular/sales-minerales/