Ciencias Naturales- Peaklogy PHUMA

A. Definición e historia de la biología

• Definición:
      - La biología es la ciencia que estudia los seres vivos, su estructura, funcionamiento, evolución e interacciones con el entorno.

1. Los Primeros Pensamientos Biológicos (Antigüedad)

• Grecia y Roma Antiguas:
      - Filósofos como Aristóteles (384-322 a.C.) comenzaron a hacer observaciones sistemáticas sobre la vida y las especies.
      - Hipócrates (460-370 a.C.), considerado el "padre de la medicina", desarrolló la idea de que las enfermedades no son causadas por fuerzas divinas, sino por causas naturales.

2. Edad Media y Renacimiento

• Durante la Edad Media:
      - Estudio de la biología influido por la religión y la teología.
• En el Renacimiento:
      - Rescate de la observación empírica y del interés por el cuerpo humano y la naturaleza.
      - Andrés Vesalio (1514-1564): Médico y anatomista flamenco, hizo avances significativos en el estudio de la anatomía humana.

3. Siglos XVII y XVIII: El Inicio de la Biología Moderna

• Robert Hooke (1635-1703):
      - Famoso por el descubrimiento de la célula en 1665, al observar un trozo de corcho bajo el microscopio.
• Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723):
      - Pionero en el uso del microscopio; observó microorganismos por primera vez, abriendo el camino a la microbiología.

4. Siglo XIX: Teoría Celular y Evolución

• Teoría celular (1838-1839):
      - Desarrollada por Matthias Schleiden y Theodor Schwann:
          - Sostiene que todos los organismos están formados por células.
• Charles Darwin (1809-1882):
      - Su obra El origen de las especies (1859), introdujo la teoría de la evolución por selección natural:
          - Las especies cambian a través del tiempo por variaciones hereditarias y competencia por recursos.
• Gregor Mendel (1822-1884):
      - Realizó experiments con plantas de guisante en la década de 1860, descubriendo las leyes de la herencia genética.

5. Siglo XX: Avances en Genética, Biología Molecular y Biotecnología

• Estructura del ADN:
      - En 1953, James Watson, Francis Crick y Rosalind Franklin descifraron la estructura del ADN:
          - Marcó el comienzo de la biología molecular.
• Proyecto genoma humano:
      - Iniciado en 1990 y completado en 2003:
          - Permitiendo la secuenciación completa del ADN humano.

B. Ramas de la Biología

• Biología Celular: Estudia la estructura y funciones de las células, las unidades básicas de la vida.
• Genética: Se enfoca en la herencia genética y el funcionamiento del ADN.
• Ecología: Analiza interacciones entre seres vivos y su entorno y sus efectos sobre el medioambiente.
• Fisiología: Estudia funciones y procesos vitales en organismos.
• Morfología: Se ocupa de la forma y estructura de los organismos.
• Microbiología: Estudia microorganismos como bacterias, virus y hongos.
• Zoología: Estudia los animales, su anatomía, comportamiento y clasificación.
• Botánica: Enfocada en el estudio de plantas, su biología y clasificación.
• Biología Molecular: Investiga procesos bioquímicos y genéticos a nivel molecular como ADN y proteínas.
• Evolución: Analiza cambios y adaptaciones de especies a lo largo del tiempo.
• Biotecnología: Aplica la biología en medicina, agricultura e industria.
• Inmunología: Estudia el sistema inmunológico y su defensa contra patógenos.
• Biología del Desarrollo: Estudia crecimiento y desarrollo de organismos desde la fecundación hasta la madurez.
• Biología Marina: Se especializa en organismos y ecosistemas marinos.
• Biología Comparada: Compara organismos para entender similitudes y diferencias evolutivas.

C. Importancia de la Biología

• Comprensión del cuerpo humano:
      - La bioquímica estudia cómo el cuerpo descompone los nutrientes.
• Dietas adecuadas:
      - Crear dietas para diferentes necesidades como perder o ganar peso.
• Combate de enfermedades:
      - Biología forense analiza muestras biológicas para resolver crímenes.
• Agricultura:
      - Genética permite crear plantas más resistentes a plagas.
• Biodiversidad:
      - Entiende la importancia del cuidado del medio ambiente.
• Origen de la vida:
      - Busca entender el origen de la vida y la existencia de vida en otros planetas.

D. Constituyentes de los seres vivos

• Bioelementos: Elementos químicos fundamentales en los seres vivos:
      - Primarios: Carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno.
      - Secundarios: Calcio, fósforo, azufre, potasio, magnesio, sodio.
      - Oligoelementos: Hierro, yodo, zinc, cobre, manganeso, flúor, cobalto, selenio.

• Biomoléculas: Moléculas que contienen bioelementos:
      - Inorgánicas: Agua, sales minerales.
      - Orgánicas: Carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos.

• Células: Unidad estructural y funcional básica de los seres vivos:
      - Procariotas: Sin núcleo definido (bacterias).
      - Eucariotas: Con núcleo definido (plantas, animales).

E. Clasificación y características de los seres vivos

• Taxonomía: Sistema jerárquico de clasificación:
      - Dominio: Archaea, Bacteria, Eukarya.
      - Reinos: Animalia (animales), Plantae (plantas), Fungi (hongos), Protista.
      - Filo/División: Agrupa organismos con estructuras similares dentro de reinos.
      - Clase: Agrupa organismos dentro de un filo.
      - Orden: Categoría más específica dentro de una clase.
      - Familia: Agrupa géneros relacionados entre sí.
      - Género: Agrupa especies cercanas entre sí.
      - Especie: Conjunto de organismos capaces de reproducirse entre sí y tener descendencia fértil.

Características de los seres vivos

• Organización celular: Formados por células.
• Metabolismo: Reacciones químicas para energía y crecimiento.
• Crecimiento y desarrollo: Aumento de tamaño y cambios durante la vida.
• Reproducción: Generan descendencia, de forma sexual o asexual.
• Adaptación: Ajustes a su entorno para sobrevivir.
• Respuesta a estímulos: Reacción a cambios en el ambiente.
• Homeostasis: Mantiene equilibrio interno.
• Evolución: Cambios genéticos a lo largo del tiempo.

F. Niveles de organización: Químico y biológico

• Nivel químico: Organización de la materia a nivel de átomos y moléculas.
      - Átomo: Unidad más pequeña de un elemento químico.
      - Molécula: Conjunto de átomos unidos por enlaces químicos.
      - Macromoléculas: Moléculas grandes con funciones esenciales (proteínas, ácidos nucleicos).

• Nivel biológico: Organización de los seres vivos desde células hasta ecosistemas:
      - Célula: Unidad básica de la vida (procariotas y eucariotas).
      - Tejido: Conjunto de células especializadas.
      - Órgano: Estructura compuesta por varios tejidos.
      - Sistema de órganos: Conjunto de órganos interrelacionados.
      - Organismo: Ser vivo completo.
      - Población: Grupo de organismos de la misma especie.
      - Comunidad: Conjunto de poblaciones diferentes.
      - Ecosistema: Sistema biológico y su entorno.
      - Biosfera: Todos los ecosistemas interconectados.

G. Elementos biogenéticos: Características, estructura, funciones

• Bioelementos Primarios:
      1. Carbono (C) - Componente fundamental de moléculas orgánicas, forma enlaces covalentes.
      2. Hidrógeno (H) - Participa en enlaces en moléculas orgánicas, clave en procesos energéticos.
      3. Oxígeno (O) - Crucial en respiración celular y formación de agua.
      4. Nitrógeno (N) - Componente esencial de proteínas y ácidos nucleicos.

• Bioelementos Secundarios:
      1. Fósforo (P) - Clave en ATP y membranas celulares.
      2. Azufre (S) - Componente de aminoácidos y vitaminas.
      3. Calcio (Ca) - Fundamental para huesos, coagulación y nervios.
      4. Potasio (K) - Regula el equilibrio de líquidos y funciones musculares.
      5. Magnesio (Mg) - Participa en síntesis de proteínas y energía.

• Oligoelementos:
      1. Hierro (Fe) - Esencial para transporte de oxígeno.
      2. Yodo (I) - Importante en producción de hormonas tiroideas.
      3. Zinc (Zn) - Participa en función de enzimas y sistema inmunológico.
      4. Cobre (Cu) - Involucrado en producción de energía celular.
      5. Manganeso (Mn) - Participa en formación de huesos y activación de enzimas.
      6. Flúor (F) - Fundamental para mineralización de los huesos.
      7. Cobalto (Co) - Esencial para vitamina B12.
      8. Selenio (Se) - Propiedades antioxidantes y metabolismo.

H. Biomoléculas: Carbohidratos, lípidos, proteínas, enzimas, ácidos nucleicos.

• Carbohidratos:
      - Compuestos orgánicos de carbono, hidrógeno y oxígeno, fuente de energía.
      - Clasificación:
          - Simples: Monosacáridos (glucosa, fructosa), disacáridos (lactosa, maltosa), oligosacáridos (hasta 20 monosacáridos).
          - Complejos: Polímeros de monosacáridos (almidón, glucógeno).

• Lípidos:
      - Moléculas de carbono e hidrógeno, solubles en disolventes orgánicos.
      - Clasificación:
          - Saponificables: Acilgliceridos, ceras.
          - Insaponificables: Esteroides, terpenos.

• Proteínas y Enzimas:
      - Formadas por cadenas de aminoácidos, esenciales para la vida.
      - Funciones: Estructurales, biorreguladoras (enzimas).
      - Tipos de enzimas: Amilasas, proteasas, lipasas, lactasa, polimerasas, catalasa.

• Ácidos Nucleicos:
      - Biomoléculas portadoras de información genética, compuestas de nucleótidos:
          - ADN: Contiene la información genética. Estructura de doble hélice.
          - ARN: Involucrado en síntesis de proteínas y con varias formas (ARNm, ARNt, ARNr).

I. La célula

• Teoría Celular:
      - Todos los organismos vivos están formados por células, que son unidades básicas de estructura y organización.
      - Todas las funciones vitales ocurren dentro de las células, y provienen de otras células preexistentes.

1. Tipos de Células

• Procariotas: Son células simples sin núcleo definido, su ADN está en el nucleoide. Ejemplo: bacterias.
• Eucariotas: Células complejas con núcleo definido, contienen organelos membranosos. Ejemplo: animales, plantas.

2. Estructura celular

• Membrana: Compuesta por:
      - Pared Celular: Recubre células bacterianas y vegetales, provee soporte y protección.
      - Membrana Plasmática: Barrera que controla paso de sustancias.

• Citoplasma: Contiene organelos y agua.
      - Organelos: Estructuras dentro de la célula, como mitocondrias, aparato de Golgi, ribosomas.

• Núcleo: Contiene material genético (ADN), rodeado por membrana nuclear.

II. Tipos de tejidos

1. Tejidos animales

• Tejido Epitelial: Cubre superficies y permite absorción/secreción.
• Tejido Conectivo: Conecta y sostiene otros tejidos (huesos, sangre, adiposo).
• Tejido Muscular: Permite movimiento (esquelético, cardíaco, liso).
• Tejido Nervioso: Transmite impulsos eléctricos.

2. Tejidos vegetales

• Tejido Meristemático: Promueve crecimiento de la planta.
• Tejido Fundamental: Realiza funciones de almacenamiento y soporte.
• Tejido Vascular: Transporta agua y nutrientes (xilema y floema).
• Tejido Dérmico: Capa externa que protege la planta.

III. División celular: Mitosis y meiosis

• Mitosis: Proceso de división celular que genera dos células hijas idénticas. Fases: Interfase, Profase, Metafase, Anafase, Telofase, Citocinesis.
• Meiosis: Divisiones que producen gametos con la mitad de cromosomas. Fases: Meiosis I (Profase I, Metafase I, Anafase I, Telofase I), Meiosis II (Profase II, Metafase II, Anafase II, Telofase II).

IV. Fotosíntesis

• Proceso donde las plantas convierten luz en glucosa, liberando oxígeno como subproducto. Ecuación básica:
  $6CO_2 + 6H_2O + ext{luz} <br /> ightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2$

V. Nutrición

• Las plantas son autótrofas y producen su propio alimento a través de fotosíntesis. Absorben agua, dióxido de carbono y minerales necesarios para su crecimiento.

VI. Reproducción humana

• Fertilidad: Capacidad de concebir un hijo, influenciada por factores biológicos en hombres y mujeres.
• Fecundación: Unión de espermatozoides y óvulos para formar un cigoto.

VII. Genética y ADN

• ADN: Contiene información genética, se compone de nucleótidos con bases nitrogenadas (A, T, C, G).
• ARN: Participa en la síntesis de proteínas.

VIII. Teoría de la herencia

• Gregor Mendel: Introdujo leyes de la herencia a partir de experimentos con guisantes:
      - Ley de segregación, Ley de distribución independiente y Ley de dominancia.

IX. Ejercicios

• Ejemplo de cruzamiento de plantas, explicaciones sobre genotipos y fenotipos.

X. Genética humana

• Estudia genes, herencia y variaciones genéticas.
• Cromosomas: 46 total, 23 pares, incluyendo enfermedades genéticas como síndromes cromosómicos.

XI. Cambios genéticos

• Efectos de la contaminación y cambio climático en la genética y adaptación de especies.

XII. Grupo sanguíneo y factor RH

• Define grupos sanguíneos (sistema ABO y RH), importancia en transfusiones y embarazos.

XIII. Anatomía y fisiología humana

• Describe los sistemas (esquelético, digestivo, respiratorio, circulatorio) con sus estructuras y funciones.

XIV. Método Científico

• Proceso utilizado por científicos para investigar fenómenos:
      - Etapas: Observación, planteamiento del problema, hipótesis, experimentación, análisis de datos, conclusión, comunicación de resultados.