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INSTITUTO SOUL MAYA
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GUÍA DE BIOLOGÍA
1. ¿Qué es la biología y qué estudia?
La palabra Biología se deriva de dos vocablos griegos "bios" que significa vida y
"logos", estudio o tratado. Por lo tanto, la Biología es la ciencia de la vida que
estudia a los seres vivos y todo lo que con ellos se relaciona.
Los organismos son el principal objeto de estudio de la Biología; su campo de
estudio es muy extenso y, debido al constante avance de la ciencia y la
tecnología, sus fronteras se amplían cada vez más. El enfoque se ha expandido a
partir del nacimiento de la Biología Molecular, abordando estudios sobre el origen
de los seres vivos, evolución, análisis estructural y funcional que les son comunes,
así como su capacidad de adaptación a las diferentes condiciones climáticas del
planeta, transmisión de los caracteres hereditarios a través de su reproducción y la
manera como se relacionan entre sí y con el medio ambiente donde se
desarrollan.
Gracias al estudio de las características químico-moleculares de la materia viva,
se han aclarado algunas interrogantes como el origen de la vida o el conocimiento
a nivel molecular de la genética, el cual está estrechamente ligada con la
evolución biológica, con las relaciones de parentesco evolutivo, con la taxonomía y
los avances de ingeniería genética, que han permitido el desarrollo de la
biotecnología, la creación de los organismos transgénicos y la obtención de
clones.
2. ¿Cómo se cree que se originó la vida?
- Teoría creacionista: La vida fue creada por un ser superior, a partir de una
materia determinada, con una forma inmutable.
- Teoría de la generación espontánea: Fue anunciada por Aristóteles en el siglo
IV a.C. Sostiene que los seres vivos se formaron espontáneamente a partir
de la materia orgánica putrefacta gracias a la acción de un "principio vital" que
se encontraba en el aire y en el agua.
Algunos filósofos griegos como Aristóteles creían que la vida podía haber
aparecido espontáneamente a partir de materiales inertes que tenían un principio
activo que podía organizar o dirigir una serie de eventos que producirían la vida.
Para los primeros científicos la idea de que el lodo producía peces y de que la
carne en descomposición producía moscas eran explicaciones razonables para lo
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que la gente observaba. Abundan los escritos medievales con observaciones
similares y fabulosas recetas para crear vida; se pensaba que los
microorganismos surgían espontáneamente del caldo, los gusanos de la carne
descompuesta, los gansos de ciertos abetos que habían tenido contacto con agua
de mar y los ratones de mezclas de camisas sudadas y trigo. Este concepto de
que la vida surge de la materia inanimada constituye el fundamento de la Teoría
de la generación espontánea,
Esta teoría tuvo vigencia durante los siglos y científicos como Newton, Harvey,
Descartes aceptaron las ideas de la generación espontánea.
- Teoría de la biogénesis: La teoría de la biogénesis postula que sólo la vida
puede surgir a partir de la vida. Fue iniciada por el médico italiano Francisco Redi
en 1669. Redi sostenía que los gusanos nacían de huevos depositados por la
mosca. Para comprobar su idea, colocó pedazos de carne en frascos de boca
ancha en donde unos se sellaron herméticamente, otros se cubrieron con gasas y
otros se dejaron abiertos. A los pocos días, Redi encontró gusanos en los frascos
abiertos pero no en los cerrados ni en aquellos que fueron cubiertos con gasas,
por lo que concluyó que ello se debía a que las moscas no podían entrar y
depositar huevos. Con esto Francisco Redi confirma que no existía la generación
espontánea en las moscas.
En 1862, Louis Pasteur realizó una serie de experimentos que contribuyeron a
terminar con la idea de la generación espontánea. Él pensaba que los causantes
de la putrefacción de la materia orgánica eran microorganismos que se
encontraban en el aire. Para demostrar su hipótesis, diseñó unos matraces con
cuello de cisne, en los cuales colocó líquidos nutritivos que después hirvió hasta
esterilizarlos.
Posteriormente observó que el caldo nutritivo no se había contaminado debido a
que el cuello de los matraces permitía el paso del aire pero no de los
microorganismos, ya que estos
se quedaban atrapados en el
cuello del matraz. Para verificar
sus observaciones, rompió el
cuello de un matraz y comprobó
que entonces sí se producía la
contaminación del caldo
nutritivo. Con estas ideas Louis
Pasteur refuta las ideas de la
generación espontánea de
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Aristóteles.
- Teoría cosmogónica: Fue propuesta por Svante Arrhenius en 1907. Postula
que la vida se originó a partir de esporas (estructuras biológicas muy
resistentes) que llegaron a la tierra procedentes del espacio, habiendo viajado
durante millones de años incorporadas en meteoritos. Sin embargo, esta teoría no
explica el origen de las esporas ni de las primeras formas de vida en la Tierra.
Fue refutada algunos años más tarde por Bacquerel, quien señaló que no existe
ser vivo que pueda resistir la sequedad, temperatura e intensa radiación cósmica
existente en el espacio sideral.
- Teoría Quimiosintética: También llamada
teoría biosintética o teoría del origen físico-
químico de la vida. Fue propuesta por A.I. Oparin
y J.B.S. Haldane en 1924. Sostiene que los
primeros seres vivos fueron creados a partir de
elementos abióticos presentes en la atmósfera
primitiva, compuesta por metano (CH4),
amoniaco (NH3), hidrógeno (H2) y sin oxígeno
libre (O2). Estos compuestos estuvieron
expuestos a radiaciones ultravioletas procedentes
del sol y la actividad eléctrica de la atmósfera, las
cuales actuaron como catalizadores para formar
el llamado caldo primitivo del que surgirían las
primeras formas de vida.
En 1953, Miller y Urey, hicieron una aplicación
experimental de la teoría de Oparin. Buscando
reproducir las condiciones de la atmósfera primitiva,
depositaron en un matraz una mezcla de vapor de agua,
metano, amoniaco e hidrógeno y la sometieron a
descargas eléctricas y diversas formas de radiación
durante una semana. Dentro de las moléculas que
habían condensado, se encontraron aminoácidos como
glicina, alanina, ácido aspártico y glutámico, y otras
sustancias constituyentes de los seres vivos como ATP
y bases nitrogenadas (las cuales forman parte del ARN y ADN).
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TEORÍA POSTULADO
Creacionista La vida fue creada por un ser superior
Generación espontánea La vida surge de manera espontánea a
partir de la materia orgánica en putrefacción
Biogénesis La vida sólo puede originarse a partir de
la vida
Cosmogónica La vida llegó a la tierra a través de esporas que llegaron del espacio
Quimiosintética La vida se originó a partir de los
elementos abióticos presentes en la atmósfera primitiva
3. ¿Qué descubrió Anton Van Leeuwenhock?
Perfeccionó la manufactura de lentes para microscopios, descubrió los microbios
en el agua y concluyó también que la célula es la unidad fundamental de los
organismos (1674).
4. ¿Qué es la célula y a quién se le atribuye su nombre?
Robert Hooke observó cortes muy delgados de corcho y se dio cuenta que
estaban formados por gran cantidad de pequeños espacios a los que llamó
celdillas o células. Nehemiah Grew propuso que la célula es la unidad
fundamental de los organismos (1672).
5. Características y diferencias entre la célula procariota y eucariota.
CARACTERÍSTICA PROCARIOTA EUCARIOTA
Membrana nuclear No Sí
ADN Desnudo y circular Combinado con proteínas
(histonas)
Cromosomas Único Múltiples
División celular División binaria Mitosis y meiosis
Organismos representativos
Bacterias y cianobacterias (algas
verdes-azules)
Protistas, hongos, plantas, animales
Tamaño celular 1-10 µm 10-100 µm
Metabolismo Aeróbico, anaeróbico,
facultativo Aeróbico
Motilidad Inmóviles o con flagelos formados por flagelina
Normalmente con movimientos, cilios o flagelos formados por
microtúbulos
Organización celular Principalmente unicelular Principalmente
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pluricelular, con células diferenciadas
Sistema genético: Localización
Nucleoide, cuerpo cromática o material
nuclear
Núcleo, mitocondrias, cloroplastos
Estructura del núcleo -No delimitado por
membrana
-Delimitado por membrana
Endomembranas No Sí
Paredes celulares De péptidos y azúcares
característicos
De celulosa en los vegetales y quitina en los hongos. No se encuentra en las células animales.
Citoesqueleto No Sí
Mesosomas Sí No
Ribosomas subunidades
70S Distribuidos en el citoplasma
80S Dispuestos sobre membranas en el retículo endoplasmático, 70S en
mitocondrias y cloroplastos.
Mitocondrias No Sí
Cloroplastos No Sí
Retículo endoplasmático
No Sí
Aparato de Golgi No Sí
Lisosomas No Sí
Exocitosis y endocitosis
No Sí
6. ORGANELOS CELULARES
Membrana celular: Bicapa lipídica que define los límites de la célula y separa el
contenido interno del medio extracelular, así como lleva a cabo el intercambio de
materiales.
Retículo endoplasmático liso (REL): En él se sintetizan y transportan
fosfolípidos, colesterol y hormonas esteroides. Interviene en la eliminación de
sustancias toxicas.
Retículo endoplasmático rugoso (RER): De apariencia rugosa debido a los
ribosomas adheridos a él. Su función es almacenar y transportar las proteínas que
son sintetizadas por los ribosomas que posee.
Aparato de Golgi: Da el toque final a las proteínas y lípidos que se han
sintetizado en la célula.
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Núcleo celular: Es la estructura más notoria en las células eucariotas. Contiene al
ADN celular.
Citoplasma: Se encuentra entre la membrana plasmática y el núcleo. Está
formada por una fase acuosa o hialoplasma, el citoesqueleto y los organelos o
componentes celulares.
Ribosomas: Pequeñas partículas compuestas de ARN ribosomal y proteínas. En
ellos se lleva a cabo la síntesis de proteínas, de acuerdo con las instrucciones del
ADN.
Lisosomas: Son pequeños sacos membranosos cuya función es la digestión
celular.
Mitocondrias: En ellas se genera la energía necesaria para que se pueda llevar a
cabo las actividades celulares.
7. ¿Qué función tienen los cloroplastos?
Llevar a cabo la fotosíntesis (en la membrana del tilacoide) y transformar la
energía luminosa en energía química.
8. ¿Qué es el metabolismo?
Es un conjunto de procesos químicos, físicos y de reacciones a las que está sujeta
la célula y que sirven para que la misma lleve a cabo sus actividades como
reproducción, crecimiento, mantenimiento de estructuras y respuesta a estímulos.
9. ¿Cuál es la molécula portadora de energía?
ATP( adenosin trifosfato)
10. ¿Qué función tienen los catalizadores?
Un catalizador puede definirse como una sustancia capaz de disminuir o aumentar
la energía de activación necesaria para que un sistema químico alcance más
rápida o lentamente su estado de equilibrio, sin alterar las propiedades de dicho
equilibrio ni consumirse durante el proceso.
Los catalizadores deben tener las siguientes características:
a. No debe ser ni reactivo ni producto, por lo tanto no aparecerá en la
ecuación global de la reacción química.
b. Son eficaces incluso si existe en muy pequeñas cantidades en el
sistema químico,
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c. Se recupera al final del proceso en el mismo estado en que se ha
introducido, es decir, que podría volver a ser utilizado.
d. No altera las variables termodinámicas del proceso, porque el
catalizador no aporta ni consume energía del sistema; no cambia ∆H ni ∆G
ni ∆S de la reacción.
e. Un proceso que no sea espontáneo no será favorecido por la
presencia de un catalizador.
f. Acelera por igual la reacción directa e inversa. El catalizador conduce
la reacción más rápidamente al estado de equilibrio por ambos sentidos.
g. En general, los catalizadores son específicos, es decir, aceleran sólo
una reacción concreta y no el resto.
11. ¿Qué es el catabolismo?
Es la fase del proceso metabólico cuya función es reducir una sustancia o
molécula compleja a una más simple.
Catabolismo es, entonces, el conjunto de reacciones metabólicas mediante las
cuales las moléculas orgánicas más o menos complejas (glúcidos, lípidos), que
proceden del medio externo o de reservas internas, se rompen o degradan total o
parcialmente transformándose en otras moléculas más sencillas (CO2, H20, ácido
láctico, amoniaco, etcétera), liberándose energía en mayor o menor cantidad que
se almacena en forma de ATP (adenosín trifosfato). Esta energía será utilizada por
la célula para realizar sus actividades vitales (transporte activo, contracción
muscular, síntesis de moléculas).
Las reacciones catabólicas se caracterizan por:
Son reacciones degradativas, mediante ellas compuestos complejos se
transforman en otros más sencillos.
Son reacciones oxidativas, mediante las cuales se oxidan los compuestos
orgánicos más o menos reducidos, liberándose electrones que son
captados por coenzimas oxidadas que se reducen.
Son reacciones exergónicas en las que se libera energía que se almacena
en forma de ATP.
Son procesos convergentes mediante los cuales a partir de compuestos
muy diferentes se obtienen siempre los mismos compuestos (CO2, ácido
pirúvico, etanol, etcétera).
12. ¿Qué es el anabolismo?
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El anabolismo (fase constructiva) es el conjunto de reacciones químicas cuya
función es formar una sustancia más compleja a partir otras más simples.
Anabolismo, entonces es el conjunto de reacciones metabólicas mediante las
cuales a partir de compuestos sencillos (inorgánicos u orgánicos) se sintetizan
moléculas más complejas. Mediante estas reacciones se crean nuevos enlaces
por lo que se requiere un aporte de energía que provendrá del ATP.
Las moléculas sintetizadas son usadas por las células para formar sus
componentes celulares y así poder crecer y renovarse o serán almacenadas como
reserva para su posterior utilización corno fuente de energía.
Las reacciones anabólicas se caracterizan por:
Son reacciones de síntesis. Mediante ellas, a partir de compuestos
sencillos, se sintetizan otros más complejos.
Son reacciones de reducción, mediante las cuales compuestos más
oxidados se reducen, para ello se necesitan los electrones que ceden las
coenzimas reducidas (NADH, FADH2, etcétera) las cuales se oxidan.
Son reacciones endergónicas que requieren un aporte de energía que
procede de la hidrólisis del ATP.
Son procesos divergentes debido a que, a partir de unos pocos
compuestos se puede obtener una gran variedad de productos.
13. ¿Cómo se produce la nutrición autótrofa?
La nutrición autótrofa es la capacidad de ciertos organismos de sintetizar todas las
sustancias esenciales para su metabolismo a partir de sustancias inorgánicas, de
manera que, para su nutrición, no necesitan de otros seres vivos,
Se denominan autótrofos porque los generan sus propios alimentos, a través
de sustancias inorgánicas para su metabolismo. Los organismos autótrofos
producen su masa celular y materia orgánica a partir del dióxido de carbono (CO2),
que es inorgánico, como única fuente de carbono, usando la luz o sustancias
químicas como fuente de energía.
Los seres autótrofos pueden clasificarse en: fotosintéticos y quimiosintéticos.
Las plantas y otros organismos que usan la fotosíntesis se llaman
fotolitoautótrofos; las bacterias que utilizan la oxidación de compuestos
inorgánicos, como el anhídrido sulfuroso o compuestos ferrosos, para producir
energía se llaman quimiolitotróficos.
14. ¿Cómo se produce la nutrición heterótrofa?
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La nutrición heterótrofa se realiza cuando un organismo va consumiendo materia
orgánica ya formada.. En este tipo da nutrición no hay transformación de materia
inorgánica en materia orgánica.
Sin embargo, la nutrición heterótrofa transforma los elementos orgánicos en
materia celular propia.
Un organismo heterótrofo es aquel que obtiene sus elementos alimenticios y
estructurales de otros organismos; y también en la mayoría de los casos obtiene
su energía de esta manera. Algunos de estos elementos son: carbono y nitrógeno
de la materia orgánica (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos). Al grupo
heterótrofo pertenece el reino animal, los hongos y gran parte de las bacterias y
arqueas.
En el organismo heterótrofo las sustancias nutritivas son materias orgánicas ricas
en energía — carbohidratos, lípidos, proteínas—, pues los seres heterótrofos son
incapaces de transformar materia inorgánica en orgánica. Por lo tanto, estos
organismos dependen de la materia orgánica viva o muerta sintetizada por los
organismos autótrofos, o de otros seres heterótrofos.
15. ¿Cuáles son los cuatro grupos principales de compuestos orgánicos
constituyentes del protoplasma?
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El protoplasma es un término general que ha sido utilizado para nombrar el
contenido de las células (Purkinje), incluyendo al núcleo y al citoplasma,
considerado corno la base física de la vida (Huxley).
El protoplasma es un sistema disperso heterogéneo que se encuentra en estado
coloidal porque las macromoléculas (proteínas, lípidos, ácidos nucleicos y
polisacáridos), que forman parte del protoplasma, se encuentran dispersas en el
líquido intracelular (agua) y la mayoría no se difunde a través de las membranas
orgánicas.
Los componentes químicos del protoplasma se clasifican en inorgánicos y
orgánicos, cuyas proporciones pueden variar dependiendo de múltiples factores.
Entre los componentes inorgánicos se. encuentran el agua (80%) y los minerales
(1 %); y entre los componentes orgánicos se destacan las proteínas (15 %), los
lípidos (3 %) y los glúcidos (1 %).
16. ¿Qué son los monómeros?
Los monómeros son compuestos de bajo peso molecular que pueden unirse a
otras moléculas pequeñas (ya sea Iguales o diferentes) para formar
macromoléculas de cadenas largas comúnmente conocidas como polímeros.
17. ¿Qué son los polímeros?
Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la
unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros. El poliestireno es un
polímero formado a partir de la unidad repetitiva estireno.
18. ¿Qué son los carbohidratos y cuál es su fórmula general?
Los glúcidos, carbohidratos, hidratos de carbono o sacáridos son biomoléculas
compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno, cuyas principales funciones en
los seres vivos son el brindar energía inmediata y estructural. La glucosa y el
glucógeno son las formas biológicas primarias de almacenamiento y consumo de
energía; la celulosa cumple con una función estructural al formar parte de la pared
de las células vegetales, mientras que la quitina es el principal constituyente del
exoesqueleto de los artrópodos. La fórmula elemental de los carbohidratos es
Cn(H2O)n.
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19. ¿Qué son los lípidos?
Los lípidos son un conjunto de moléculas orgánicas (la mayoría biomoléculas),
que están constituidas principalmente por carbono e hidrógeno y en menor medida
por oxígeno. También pueden contener fósforo, azufre y nitrógeno.
Debido a su estructura, son moléculas hidrófobas (insolubles en agua), pero son
solubles en disolventes orgánicos no polares como el benceno y el cloroformo, lo
que permite su extracción mediante este tipo de disolventes. A los lípidos se les
llama incorrectamente grasas, ya que las grasas son solo un tipo de lípidos
provenientes de los animales y son los más ampliamente distribuidos en la
naturaleza.
Los lípidos cumplen funciones diversas en los organismos vivientes, entre ellas la
de reserva energética (como los triglicéridos), estructural (como los fosfolípidos de
las bicapas) y reguladora (como las hormonas esteroides).
20. ¿Cuál es la clasificación de los lípidos?
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21. ¿Que son las proteínas?
Las proteínas son moléculas formadas por aminoácidos que están unidas por un
tipo de enlace conocidos como enlace peptídico. El orden y la disposición de los
aminoácidos dependen del código genético de cada persona. Todas las proteínas
están compuestas por:
Carbono
Hidrógeno
Oxigeno
Nitrógeno
La mayoría contiene además
azufre y fósforo.
Las proteínas suponen aproximadamente la mitad del peso de los tejidos del
organismo, y están presentes en todas las células del cuerpo, además de
participar en prácticamente todos los procesos biológicos que se producen.
22. ¿Cuál es la estructura de una proteína?
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23. ¿Qué es el enlace peptídico?
Es un enlace que se forma entre el grupo amino (-NH2) de un aminoácido y el
grupo carboxilo (-COOH) de otro aminoácido. Los péptidos y las proteínas están
formados por la unión de aminoácidos mediante enlaces peptídicos.
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24. Clasificación de las proteínas
25. ¿Qué son los ácidos nucleicos?
Los ácidós nucleicos son las moléculas más grandes del cuerpo vivo y están
compuestas por carbono, oxigeno, hidrógeno, nitrógeno y fósforo. Los bloques
constructivos estructurales de los ácidos nucleicos, llamados nucleótidos, son
bastante complejos y cada nucleótido está formado por tres componentes.
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1. Una base nitrogenada: Son cinco las bases nitrogenadas
principales que contribuyen a la estructura de los nucleótidos; adenina,
guanina, citosina, timina, y uracilo. La adenina (A) y la guanina (G) son
bases grandes con doble anillo, llamadas purinas, mientras que la citosina
(C), la timina (T) y el uracilo (U) son bases pequeñas y de un solo anillo,
llamadas pirimidinas.
2. Un azúcar pentosa de anillo cerrado: las pentosas son azúcares
simples o monosacáridos (carbohidratos) con cinco átomos de carbono.
3. Un grupo fosfato: que es un ion formado por fósforo y oxígeno de
fórmula PO43-.
Los ácidos nucleicos incluyen dos clases principales de moléculas, el ácido
desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN), y aunque ambos están
constituidos por nucleótidos tienen diferencias significativas tanto en la estructura
como en la función.
26. Ácido desoxirribonucleico (ADN).
El ADN está formado por dos cordones poliméricos, dos cadenas de nucleótidos
de tipo A, G, C, y T y su pentosa es desoxiribosa (de ahí el nombre). Las dos
cadenas de nucleótidos corren paralelas aseguradas una a la otra por puentes de
hidrógeno entre las bases. La molécula de ADN en conjunto forma una suerte de
escalera. Los puntales de la escalera son el resultado de la alternancia de
moléculas de azúcares y fosfatos mientras que los travesaños los forman las
bases enlazadas por los puentes de hidrógeno.
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Típicamente el ADN se encuentra en el núcleo de la célula, su centro de control,
allí constituye el material genético. Su rol se vincula con dos cuestiones
fundamentales:
1. Se replica por sí mismo antes de la división celular, asegurando que
la información genética de la célula hija sea idéntica a la que se divide, es
decir, después de la división, las dos células son genéticamente idénticas.
2. Proporciona las instrucciones para fabricar todas las proteínas del
cuerpo. Al suministrar estas instrucciones el ADN determina la naturaleza
particular del organismo en cuestión, ya sea una gallina, un ser humano o
un árbol de manzanas y además dirige su crecimiento y desarrollo.
El "diseño" de la escalera que forma el ADN no es recto; en su lugar recuerda una
escalera de caracol, es decir, de doble hélice. Los enlaces de las bases son muy
específicos. A (adenina) siempre se une a T (timina), y G (guanina) siempre lo
hace con C (citosina) y estos pares que se enlazan se conocen como bases
complementarias, por consiguiente, la secuencia. ACTG de un cordón de
nucleótidos se enlazará necesariamente con una TGAC en el otro cordón (véalo
en la figura anterior).
27. Ácido ribonucleico
La molécula del ARN tiene un solo cordón (cadena) de nucleótidos. En este ácido
nucleico las bases son A, G, C y U, esta última (uracilo) reemplaza la T que
aparece en el ADN, y su azúcar es la ribosa en lugar de desoxiribosa. El ARN es
principalmente de tres tipos:
ARN ribosomal (ARNr): Es el que se encuentra en los ribosomas en unión
con otras proteínas.
ARN de transporte (ARNt): Se encuentra disperso por el citoplasma. Su
función es la de transportar aminoácidos para la síntesis de proteína.
ARN mensajero (ARNm): Viaja a través del núcleo al citoplasma. Su
función es llevar a cabo las instrucciones dictadas por el ADN en cuanto a
la fabricación de las proteínas.
28. ¿Cuáles son las bases nitrogenadas?
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29. ¿Quiénes fueron los descubridores de la estructura del ADN?
James Watson, Francis Crick y Maurice Wilkins.
30. Nivel de organización de la materia