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