A-Level Biología

Las células 细胞 son muy pequeñas, por lo que no se pueden ver a simple vista. Se utiliza un microscopio 显微镜 para obtener una imagen ampliada de ellas. El primer tipo con el que te encontrarás es el microscopio óptico 光学显微镜. Este hace pasar la luz a través de una muestra 标本 delgada (el material que observas) y emplea lentes de vidrio para aumentar la vista.

Preparación de láminas y dibujo de lo observado

Para observar material vivo, realizas una preparación temporal 临时装片. Colocas un trozo pequeño y delgado del material sobre un portaobjetos de vidrio slide, agregas una gota de tinción 染色剂 (un líquido coloreado que facilita la visualización de las partes) y luego bajas un cubreobjetos delgado cover slip en ángulo para aplanarlo y evitar la entrada de aire.

Al dibujar células a partir de una lámina o una fotografía, sigue estas reglas simples:

• Usa un lápiz afilado y trazos claros y únicos (sin sombreado).
• Dibuja únicamente lo que puedas ver realmente, respetando las proporciones correctas de cada parte.
• Etiqueta las partes con líneas rectas que no se crucen.

Aumento y tamaño real

El aumento 放大倍数 indica cuántas veces más grande es la imagen en comparación con el objeto real. No tiene unidades. Se calcula mediante la siguiente fórmula:

Puedes reorganizar esta ecuación para encontrar cualquier valor desconocido a partir de los otros dos:

El numerador y el denominador de la fracción deben usar la misma unidad. Las células son diminutas, por lo que se utilizan unidades pequeñas:

• $1\ \text{mm} = 1000\ \text{micrometre}$ 微米 (µm)
• $1\ \text{µm} = 1000\ \text{nanometre}$ nanómetros (nm)
• por lo tanto $1\ \text{mm} = 1\,000\,000\ \text{nm}$.

Ejemplo resuelto. En una fotomicrografía con un aumento de $5000$, un cloroplasto 叶绿ite mide $25\ \text{mm}$ de ancho. Su tamaño real es

La misma ecuación sirve para dibujos, fotomicrografías 显微照片 (fotografías tomadas a través de un microscopio óptico) y electromicrografías 电子显微照片 (las imágenes más detalladas, explicadas a continuación). Siempre convierte primero a la misma unidad y luego divide.

Retículo ocular y micrómetro de platina

Para medir una célula real bajo el microscopio, utilizas un retículo ocular 目镜测微尺 — una pequeña escala dentro del ocular. Sus divisiones no tienen un tamaño fijo, por lo que primero debes calibrar 校准 sus marcas (determinar cuánto vale cada división).

La calibración se realiza con un micrómetro de platina 载物台测微尺 — un portaobjetos especial con una escala precisa (generalmente $1\ \text{mm}$ dividido en $100$ partes, por lo que cada parte representa $10\ \text{µm}$). Alineas ambas escalas, cuentas cuántas divisiones del retículo caben en una longitud conocida y divides. Una vez calibrado, puedes sustituir la muestra y medirla utilizando el retículo.

Resolución y aumento

Estas dos palabras son fáciles de confundir. El examinador otorga puntos por distinguir entre ellas.

• Aumento: indica cuántas veces más grande es la imagen que el objeto.
• Resolución 分辨率: es la distancia mínima entre dos puntos que aún permite distinguirlos como dos puntos separados.

Hacer que una imagen sea más grande no siempre revela más detalles. Pasado cierto punto, solo obtienes una imagen más grande pero borrosa. La resolución establece el límite real de detalle.

Un microscopio óptico tiene menor resolución porque la luz tiene una longitud de onda 波长 relativamente larga. Un microscopio electrónico 电子显微镜 utiliza haces de electrones 电子 en lugar de luz. Los electrones tienen una longitud de onda mucho más corta, lo que resulta en una resolución muy superior y permite visualizar estructuras muy pequeñas dentro de la célula. Existen dos tipos: de barrido 扫描 (muestra la superficie en 3D) y de transmisión 透射 (hace pasar los electrones a través de una sección delgada para mostrar detalles internos).

Las células vegetales y animales son células eucariotas 真核细胞: su ADN se almacena dentro de un núcleo 细胞核. Dentro de la célula hay muchas partes pequeñas llamadas orgánulos 细胞器, cada uno con una función específica. El fluido gelatinoso que las rodea es el citoplasma 细胞质.

En una fotomicrografía o electromicrografía identificas los orgánulos por su forma, tamaño y posición; en un dibujo representas sus contornos y los etiquetas.

Las células utilizan ATP producido en la respiración como su fuente de energía para cada tarea que requiere energía, como la síntesis de proteínas, el transporte de sustancias y la división.

Comparación entre células vegetales y animales

Ambas poseen membrana plasmática, citoplasma, núcleo, mitocondrias, ribosomas, retículo endoplasmático y aparato de Golgi.

Una célula procariota 原核细胞, como una bacteria 细菌, es mucho más pequeña y simple que una célula eucariota. Sus características principales son:

• unicelular 单细胞 — consiste en una sola célula.
• generalmente $1$–$5\ \text{µm}$ de diámetro.
• pared celular formada por peptidoglicano 肽聚糖 (no celulosa).
• ADN circular libre en el citoplasma — no tiene núcleo.
• $70\text{S}$ ribosomas (más pequeños que los $80\text{S}$ del citoplasma de los eucariotas).
• ausencia de organelos rodeados por doble membrana — por tanto, no hay núcleo, ni mitocondrias, ni cloroplastos.

Comparación entre células procariotas y eucariotas

Todos los virus 病毒 son no celulares 非细胞 — no están compuestos por células. Cada virus está formado únicamente por dos o tres partes:

• un núcleo de ácido nucleico 核酸, que es ya bien ADN o ARN (nunca ambos).
• una cubierta proteica alrededor del núcleo llamada capside 衣壳.
• en algunos virus, una envelope 包膜 exterior formada por fosfolípidos 磷脂.

Un virus no tiene citoplasma, ni organelos, ni ribosomas. No puede respirar ni sintetizar sus propias proteínas. Solo puede copiarse dentro de una célula huésped viva, por lo que ocupa el límite de lo que consideramos "vivo".

• Aumento $=$ tamaño de la imagen $\div$ tamaño real — convertir unidades primero ($\text{mm} \leftrightarrow \mu\text{m} \leftrightarrow \text{nm}$), luego reordenar según lo que se desconozca.
• Diferenciar aumento (cuántas veces más grande) de resolución (menor distancia visible aún como dos puntos separados); los microscopios electrónicos tienen mayor resolución porque los electrones tienen una longitud de onda más corta.
• Indicar para cada organelo un par de estructura + función (ej. mitocondria: membrana interna plegada → respiración aeróbica).
• Enunciar exactamente las diferencias entre procariota vs eucariota: ausencia de núcleo, ribosomas más pequeños (70S), ausencia de organelos membranosos, ADN circular.
• Los virus son no vivos — descríbalos solo por su cápside, material genético y (en algunos casos) envoltura.

Los seres vivos están construidos a partir de cuatro tipos principales de moléculas grandes: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Se pueden utilizar pruebas químicas sencillas para determinar qué tipos están presentes en una muestra.

Prueba semi-cuantitativa de Benedict

La prueba normal de Benedict solo indica "sí o no". Una prueba semi-cuantitativa da una aproximación de la cantidad. Primero se estandariza la prueba: se realiza con soluciones de concentración conocida y se registra el resultado para cada una. Luego se puede estimar una desconocida mediante:

• el tiempo hasta el primer cambio de color (más azúcar cambia de color más rápido), o
• comparando el color final con su juego de estándares de color.

Pruebas de azúcares no reductores

Algunos azúcares, como la sacarosa, son azúcares no reductores: dan un resultado negativo en la prueba de Benedict. Para detectarlos:

1. Realice primero una prueba normal de Benedict. Permanece azul (no hay azúcar reductora).
2. Tome una muestra fresca y añada ácido clorhídrico diluido, luego caliente. Esta hidrólisis ácida rompe el azúcar en azúcares reductores más pequeños.
3. Enfríe y neutralice el ácido con bicarbonato de sodio.
4. Ahora realice la prueba de Benedict nuevamente. Un color rojo ladrillo indica que estaba presente un azúcar no reductor.

Ejemplo resuelto. Una solución da una prueba de Benedict negativa. Luego se hierve con ácido clorhídrico diluido, se neutraliza con bicarbonato de sodio y se vuelve a probar con Benedict - ahora se vuelve roja ladrillo. ¿Qué estaba presente y por qué es necesaria cada etapa? El primer resultado negativo descarta un azúcar reductor. Hervir con ácido hidroliza el enlace glucosídico, dividiendo un azúcar no reductor como la sacarosa en sus monosacáridos reductores. El paso de neutralización es esencial porque Benedict solo funciona en condiciones alcalinas; saltarse este paso hace que la prueba falle incluso si hay azúcar presente. Por lo tanto, el re-test positivo demuestra que siempre hubo un azúcar no reductor. Cite la primera prueba negativa como parte de la respuesta: sin ella, el color rojo final no puede distinguir un azúcar no reductor de uno reductor.

Monómeros, polímeros y macromoléculas

• un monómero es una molécula pequeña que constituye una unidad individual.
• un polímero es una molécula larga formada por muchos monómeros unidos entre sí.
• una macromolécula es cualquier molécula muy grande.

Los azúcares vienen en tres tamaños:

• un monosacárido es una única unidad de azúcar, como la glucosa y la fructosa.
• un disacárido son dos unidades unidas, como la maltosa y la sacarosa.
• un polisacárido son muchas unidades unidas formando un polímero.

La glucosa, la fructosa y la maltosa son azúcares reductores. La sacarosa es un azúcar no reductor.

Dos formas de anillo de la glucosa

La glucosa tiene seis átomos de carbono y forma un anillo. Existen dos formas de anillo. Diferen únicamente en el carbono 1:

• en la α-glucosa, el grupo –OH en el carbono 1 apunta hacia abajo, debajo del anillo.
• en la β-glucosa, el grupo –OH en el carbono 1 apunta hacia arriba, encima del anillo.

Esta pequeña diferencia determina qué polisacárido puede construir la glucosa.

Unión y ruptura de azúcares

Los monómeros se unen mediante fuertes enlaces covalentes. Cuando dos azúcares se unen, se forma un enlace glucosídico entre ellos. Esto ocurre por condensación: se elimina una molécula de agua cada vez que se forma un enlace.

Lo contrario es la hidrólisis: se añade una molécula de agua para romper un enlace glucosídico. Es por esto que la prueba de azúcares no reductores necesita ácido y calor: hidrolizan la sacarosa en glucosa y fructosa.

Polisacáridos de almacenamiento: almidón y glucógeno

El almidón es el depósito de energía en las plantas. Está formado por dos polímeros de α-glucosa:

• amilosa — una cadena larga y no ramificada que se enrolla en espiral.
• amilopectina — una cadena con muchas ramas laterales.

La glucógeno es el depósito de energía en los animales. Es similar a la amilopectina pero tiene aún más ramas, por lo que puede descomponerse rápidamente cuando se necesita energía.

Estos depósitos son adecuados para su función: son compactos, son insolubles (para que no salgan de la célula) y no alteran el potencial hídrico de la célula (para que no atraigan agua por ósmosis). Las muchas ramas ofrecen muchos extremos, permitiendo que la glucosa se añada o retire rápidamente.

Celulosa

La celulosa está formada por β-glucosa. Debido a la forma β, cada otra glucosa está volteada, por lo que las cadenas son largas y rectas. Muchas cadenas rectas yacen una al lado de la otra y están unidas por enlaces de hidrógeno formando haces fuertes llamados microfibrillas. Estas proporcionan a la pared celular vegetal su resistencia y evitan que la célula estalle.

Triglicéridos

Un triglicérido es la grasa u aceite principal. Es apolar e hidrofóbico (no se mezcla con el agua). Está formado por una molécula de glicerol unida a tres ácidos grasos mediante enlaces éster. Cada enlace éster se forma por condensación, por lo que se eliminan tres moléculas de agua.

Los ácidos grasos son de dos tipos:

• saturados — sin dobles enlaces carbono-carbono; estas grasas suelen ser sólidas.
• insaturados — uno o más dobles enlaces; estos aceites suelen ser líquidos.

Los triglicéridos constituyen un buen depósito de energía a largo plazo: liberan aproximadamente el doble de energía por gramo que los carbohidratos, son insolubles y almacenan poca masa extra porque no retienen agua. Bajo la piel también proporcionan aislamiento térmico y protegen los órganos.

Fosfolípidos

Un fosfolípido es similar a un triglicérido, pero uno de los ácidos grasos es reemplazado por un grupo fosfato. Esto le da a la molécula dos extremos con comportamiento diferente:

• una cabeza polar hidrofílica ("amante del agua") de fosfato.
• dos colas hidrofóbicas ("que temen al agua") de ácidos grasos.

Esta dualidad es la razón por la que los fosfolípidos forman las membranas celulares.

Aminoácidos y enlace peptídico

Las proteínas son polímeros de aminoácidos. Todo aminoácido tiene la misma estructura general alrededor de un átomo de carbono central: un grupo amino (–NH₂), un grupo carboxilo (–COOH), un átomo de hidrógeno y una cadena lateral variable (el grupo R). El grupo R es diferente en cada aminoácido.

Dos aminoácidos se unen por condensación. El enlace formado entre el grupo amino de uno y el grupo carboxilo del siguiente es un enlace peptídico, y se elimina una molécula de agua. Muchos aminoácidos unidos de esta manera forman un polipéptido. Agregar agua (hidrólisis) rompe un enlace peptídico.

Cuatro niveles de estructura proteica

La forma plegada se mantiene unida por cuatro tipos de interacciones entre grupos R:

• interacciones hidrofóbicas (los grupos R apolares se agrupan lejos del agua).
• enlace de hidrógeno.
• enlaces iónicos (entre grupos R cargados).
• enlace covalente, incluidos fuertes enlaces disulfuro.

Proteínas globulares y fibrosas

• proteínas globulares se pliegan en una forma redondeada, generalmente son solubles y realizan funciones en el cuerpo (por ejemplo, enzimas y hemoglobina).
• proteínas fibrosas forman hebras largas, generalmente son insolubles y brindan estructura y soporte (por ejemplo, colágeno).

Hemoglobina — una proteína globular

La hemoglobina transporta oxígeno en los glóbulos rojos. Tiene una estructura cuaternaria formada por cuatro cadenas de polipéptidos: dos cadenas alfa (α-globina) y dos cadenas beta (β-globina). Cada cadena contiene un grupo hemo. En el centro de cada grupo hemo hay un átomo de hierro, y es allí donde se une una molécula de oxígeno. Cuatro cadenas significan que una molécula de hemoglobina puede transportar cuatro moléculas de oxígeno.

Colágeno — una proteína fibrosa

El colágeno proporciona resistencia a la piel, tendones, hueso y paredes de vasos sanguíneos. Una molécula de colágeno consiste en tres cadenas de polipéptidos enrolladas estrechamente entre sí en una triple hebra, unidas por enlaces de hidrógeno. Muchas de estas moléculas yacen una al lado de la otra, ligeramente escalonadas, y están entrecruzadas formando fibras gruesas. El arreglo escalonado y entrecruzado hace que el colágeno sea muy fuerte cuando se tensa.

El agua es una molécula pequeña, pero sus dos enlaces O–H son polares: el extremo de oxígeno es ligeramente negativo y los extremos de hidrógeno son ligeramente positivos. Por lo tanto, una molécula de agua atrae a sus vecinas, formando débiles enlaces de hidrógeno entre ellas. Estos enlaces de hidrógeno explican las propiedades útiles del agua:

• acción disolvente — el agua es un buen solvente, por lo que muchas sustancias se disuelven en ella. Esto permite que ocurran reacciones y que las sustancias sean transportadas por el cuerpo.
• alta capacidad calorífica específica — el agua necesita mucha energía para calentarse, por lo que su temperatura se mantiene estable. Esto protege a los seres vivos de cambios rápidos de temperatura.
• calor latente de vaporización — el agua necesita mucha energía para evaporarse. Por lo tanto, cuando el agua se evapora (por ejemplo, cuando el sudor se seca), arrastra mucho calor y enfría el cuerpo.

• Aprenda cada prueba alimenticia como reactivo + resultado positivo + cambio de color (Benedict → rojo ladrillo; yodo → azul-negro; Biuret → púrpura; emulsión → blanco).
• Benedict detecta azúcares reductores; para un azúcar no reductor debe hidrolizar con ácido primero, luego re-probar.
• Nombre el enlace con precisión: glucosídico (carbohidratos), éster (lípidos), peptídico (proteínas) — todos formados por condensación (se elimina agua).
• Vincule estructura con función: celulosa (cadenas rectas, enlaces H → fuerte), glucógeno/almidón (ramificado/enrollado → depósito compacto).
• Para proteínas, nombre el enlace en cada nivel: primaria (peptídico), secundaria (hidrógeno), terciaria (interacciones de grupo R), cuaternaria.

Las enzimas son proteínas globulares — un tipo de proteína con forma redondeada y soluble. Son catalizadores biológicos: catalizan (aceleran) las reacciones químicas en los seres vivos y no se consumen, por lo que cada enzima funciona una y otra vez.

Enzymes work in two places:

• Las enzimas intracelulares trabajan dentro de la célula que las produjo. Un ejemplo es la catalasa, que descompone el peróxido de hidrógeno dañino.
• Las enzimas extracelulares se secretan (se expulsan) para trabajar fuera de la célula. Un ejemplo es la amilasa, que se libera en el intestino para digestionar el almidón.

Cada enzima tiene un bolsillo especial llamado sitio activo 活性位点. La molécula sobre la que actúa es su sustrato 底物. El sustrato encaja en el sitio activo para formar un complejo enzima-sustrato 酶底物复合物. Luego ocurre la reacción, y los productos 产物 salen, liberando el sitio activo para el siguiente sustrato.

Specificity

Una enzima es específica: generalmente funciona solo sobre un sustrato. Esto se debe a que la forma del sitio activo es complementaria 互补 a (encaja con) la forma de ese sustrato y ninguna otra. Llamamos a esto especificidad 专一性.

Two ideas explain how the substrate fits:

• la hipótesis de la llave y la cerradura: el sitio activo tiene una forma fija, y solo un sustrato con la forma adecuada encaja, como una llave en una cerradura.
• la hipótesis del ajuste inducido: el sitio activo no tiene exactamente la forma correcta al principio. Cuando el sustrato se une, el sitio activo cambia ligeramente de forma para ajustarse a él firmemente. Esta idea se ajusta mejor a las evidencias.

Lowering activation energy

Cada reacción necesita un pequeño "empujón" de energía para comenzar, llamado energía de activación 活化能. Una enzima reduce la energía de activación. Esto permite que la reacción ocurra rápidamente a la temperatura 温度 normal de la célula, en lugar de necesitar calor alto.

Puedes seguir una reacción enzimática de dos maneras:

• medir qué tan rápido se produce el producto. Con la catalasa, el gas oxígeno es un producto, por lo que se recoge el gas y se mide su volumen a lo largo del tiempo.
• medir qué tan rápido desaparece el sustrato. Con amilasa, se retiran muestras y se utiliza la prueba de yodo; el color azul-negro se desvanece a medida que se consume el almidón.

Un colorímetro 比色计 hace esto exacto. Emite luz a través del tubo y mide cuánta luz se absorbe, por lo que un cambio de color se convierte en un número que puedes graficar.

La velocidad de reacción 反应速率 es más pronunciada al inicio (mayor presencia de sustrato), por lo que la velocidad inicial (la pendiente en el tiempo cero) es el valor más justo para comparar.

Ejemplo resuelto. En los primeros $20$ segundos de una reacción de catalasa, se recogen $16\ \text{cm}^3$ de oxígeno. Estimar la velocidad de reacción.

Debido a que la reacción es más rápida al inicio, medir durante este breve intervalo temprano da un valor cercano a la velocidad inicial; promediar durante un tiempo más largo incluiría las etapas posteriores más lentas y lo subestimaría.

Temperatura

A medida que aumenta la temperatura, las moléculas ganan más energía cinética 动能 y colisionan 碰撞 con mayor frecuencia, por lo que la velocidad aumenta. Pero por encima de la temperatura óptima 最适温度 la enzima comienza a desnaturalizarse 变性: el calor rompe los enlaces que mantienen su forma, por lo que el sitio activo cambia y ya no encaja con el sustrato. La velocidad entonces cae rápidamente.

pH

Cada enzima tiene un pH óptimo. Si el pH se aleja demasiado de él, la enzima se desnaturaliza y la velocidad disminuye. Para estudiar el pH de manera justa, debes mantenerlo estable con una solución tampón 缓冲液.

Enzyme concentration

Con abundante sustrato, más enzima significa más sitios activos, por lo que la velocidad aumenta proporcionalmente a la concentración de enzima.

Substrate concentration

Al principio, añadir más sustrato acelera la reacción. Pero una vez que todos los sitios activos están ocupados, añadir más no hace diferencia: la velocidad se nivela en un máximo.

Inhibitor concentration

Un inhibidor 抑制剂 es una molécula que ralentiza una enzima. Cuanto más inhibidor esté presente, menor será la velocidad.

La velocidad de nivelación, cuando todos los sitios activos están llenos, es la velocidad máxima, escrita $V_{\text{max}}$.

La constante de Michaelis–Menten 米氏常数 ($K_{\text{m}}$) es la concentración de sustrato que produce mitad de $V_{\text{max}}$. Te dice sobre la afinidad 亲和力 (poder de atracción) de la enzima por su sustrato:

• un bajo $K_{\text{m}}$ significa que la enzima alcanza la mitad de su velocidad a una baja concentración de sustrato, por lo que tiene una alta afinidad.
• a alto $K_{\text{m}}$ means a bajo affinity.

Así que $K_{\text{m}}$ te permite comparar qué tan fuertemente diferentes enzimas mantienen sus sustratos.

Algunos inhibidores son reversibles: pueden abandonar la enzima nuevamente. Hay dos tipos.

Una enzima inmovilizada está fija en su lugar —por ejemplo, atrapada dentro de pequeñas perlas de alginato— en lugar de flotar libremente en solución. La solución de sustrato fluye junto a las perlas.

Una enzima libre suele funcionar un poco más rápido, porque el sustrato puede alcanzarla fácilmente. Pero las enzimas inmovilizadas tienen grandes ventajas prácticas:

• la enzima no se lava, por lo que puede usarse una y otra vez.
• el producto es puro: no se mezcla con la enzima.
• la enzima es más estable, por lo que sobrevive mejor a cambios de temperatura y pH.
• el proceso puede ejecutarse continuamente, con sustrato entrando y producto saliendo.

• Explicar la acción enzimática mediante el modelo de ajuste inducido (el sitio activo se moldea alrededor del sustrato), actualmente preferido sobre la llave y la cerradura.
• Por encima del óptimo, la enzima se desnaturaliza (se rompen enlaces de hidrógeno y la estructura terciaria): escribir "se desnaturaliza", nunca "muere" o "es asesinada".
• Distinguir inhibidores: competitivo se une al sitio activo (se supera con más sustrato, mismo $V_{max}$); no competitivo se une en otro lugar (baja $V_{max}$).
• Comparar velocidades usando la velocidad inicial (tangente en el tiempo cero): la medida más justa, antes de que el sustrato se vuelva limitante.

Cada célula está rodeada por una membrana celular. Se describe su estructura mediante el modelo del mosaico fluido 流动镶嵌模型.

La bicapa de fosfolípidos

La membrana está construida principalmente a partir de fosfolípidos 磷脂. Cada fosfolípido tiene una cabeza hidrofílica 亲水 (que "ama el agua") y dos colas hidrófobas 疏水 (que "rechazan el agua"). Hay agua en ambos lados de la membrana, por lo que los fosfolípidos se alinean en dos capas — una bicapa 双层 — con las cabezas orientadas hacia el agua exterior e interior, y las colas ocultas en el centro, alejadas del agua. Esta disposición se forma espontáneamente debido a las interacciones hidrofílicas e hidrófobas.

El modelo se denomina "fluido" porque los fosfolípidos no están fijos: se deslizan unos sobre otros, por lo que la membrana puede moverse y doblarse. Se llama "mosaico" porque muchas proteínas 蛋白质 están dispersas a través de ella, como las baldosas en una imagen.

Lo que flota en la membrana

Así que las moléculas de la membrana juntas confieren a la membrana su estabilidad 稳定性, su fluidez, su permeabilidad 通透性 (control sobre lo que pasa), sus funciones de transporte, sus funciones de señalización y su reconocimiento celular.

La membrana es semipermeable 半透膜: deja pasar algunas sustancias fácilmente pero bloquea otras.

Las células se comunican entre sí mediante la señalización celular 细胞信号传递. Las etapas principales son:

1. una célula secreta una sustancia química de señal llamada ligando 配体 (por ejemplo, una hormona 激素).
2. el ligando es transportado (a menudo en la sangre) hasta una célula diana 靶细胞.
3. el ligando se une a un receptor 受体 específico en la membrana superficial de la célula diana. La forma del receptor coincide únicamente con ese ligando. Esta unión desencadena entonces una respuesta particular dentro de la célula diana.

Hay seis procesos. Algunos son pasivos (no necesitan energía), y otros son activos (usan energía del ATP).

Difusión simple

La difusión es el movimiento neto de partículas desde donde están en una alta concentración hacia donde están a baja concentración, hasta que se distribuyen uniformemente. La difusión simple ocurre cuando las partículas pasan directamente a través de la bicapa, siguiendo el gradiente de concentración. Solo las moléculas pequeñas o no polares pueden hacer esto — como el oxígeno y el dióxido de carbono. Es pasiva.

Difusión facilitada

Los iones cargados y las grandes moléculas polares (como la glucosa) no pueden cruzar por sí solas la bicapa oleosa. En la difusión facilitada, cruzan a través de proteínas canal o proteínas transportadoras, moviéndose aún a favor del gradiente de concentración. También es pasiva.

Ósmosis

La ósmosis es la difusión del agua a través de una membrana semipermeable, desde un mayor potencial hídrico hacia uno menor. Es pasiva.

Transporte activo

El transporte activo mueve una sustancia contra su gradiente de concentración — de baja a alta concentración. Esto necesita proteínas transportadoras y energía del ATP.

Endocitosis y exocitosis

Estos procesos mueven grandes cantidades de material a granel, utilizando ATP.

• En la endocitosis 胞吞作用, la membrana se pliega hacia adentro alrededor del material y forma una vesícula 囊泡 para introducirlo en la célula.
• En la exocitosis 胞吐作用, una vesícula se fusiona con la membrana y libera su contenido fuera de la célula.

Una célula toma y elimina sustancias a través de su superficie. A medida que un objeto aumenta de tamaño, su volumen 体积 crece más rápido que su superficie 表面积. Por lo tanto, la relación superficie-volumen se vuelve menor a medida que aumenta el tamaño.

Para un cubo de lado $L$:

Un $L$ grande da lugar a una relación pequeña. Esta es la razón por la cual las células pequeñas (y las formas delgadas y planas) intercambian materiales rápidamente, mientras que las células grandes no pueden depender únicamente de la difusión.

Ejemplo resuelto. Compare la relación superficie : volumen de una célula en forma de cubo con lado $4$ con otra de lado $10$.

Para el lado $4$: área superficial $= 6 \times 4^2 = 96$ y volumen $= 4^3 = 64$, por lo que la proporción es $96 : 64 = 1.5 : 1$. Para el lado $10$: área superficial $= 6 \times 10^2 = 600$ y volumen $= 10^3 = 1000$, por lo que la proporción es $600 : 1000 = 0.6 : 1$. La célula más grande tiene una proporción menor, por lo que intercambia materiales a través de su superficie más lentamente en relación con su tamaño —lo cual explica por qué los organismos grandes necesitan superficies de intercambio especializadas como pulmones y branquias.

Puedes demostrar esto con bloques de agar 琼脂 de diferentes tamaños empapados en colorante o ácido: el bloque más pequeño, con la mayor proporción de área superficial a volumen, cambia de color completamente más rápido. La difusión a través de materiales no vivos también puede estudiarse con tubos de diálisis 透析袋 (tubos Visking).

El potencial hídrico mide la tendencia del agua a salir de una solución. El agua pura tiene el potencial hídrico más alto. Añadir un soluto 溶质 (una sustancia disuelta) lo reduce. El agua siempre se mueve por ósmosis desde un potencial hídrico mayor hacia uno menor.

Para estimar el potencial hídrico de tejido vegetal, se colocan trozos en soluciones de sacarosa con distintos potenciales hídricos. La solución que provoca ningún cambio en masa o longitud tiene aproximadamente el mismo potencial hídrico que el tejido.

Efecto sobre las células vegetales

• En una solución de mayor potencial hídrico (por ejemplo, agua destilada 蒸馏水), el agua entra en la célula. La célula se hincha y queda turgente 膨胀, pero la pared celular fuerte evita que reviente.
• En una solución de menor potencial hídrico, el agua sale. Los contenidos celulares se contraen y la membrana se separa de la pared celular —esto es plasmólisis 质壁分离.

Efecto sobre las células animales

Las células animales carecen de pared celular protectora.

• En una solución de mayor potencial hídrico, el agua entra y la célula puede romperse. En un eritrocito, este proceso de ruptura se llama hemólisis 溶血.
• En una solución de menor potencial hídrico, el agua sale y la célula se encoge.

• Describe la membrana como un mosaico fluido: una bicapa fosfolípida con proteínas, colesterol y glicoproteínas.
• Clasifica cada proceso: la difusión, la difusión facilitada y la ósmosis son pasivas (siguen un gradiente); el transporte activo y la endocitosis/exocitosis requieren ATP y pueden ir en contra del gradiente.
• Para la ósmosis utiliza siempre el potencial hídrico ($\Psi$): el agua se mueve de alto (menos negativo) a bajo (más negativo) $\Psi$; el agua pura es $0$, el valor más alto.
• Indica el resultado según el tipo de célula: célula vegetal turgente/plasmolizada; célula animal lisiada/crenada —relaciónalo con el gradiente de potencial hídrico.

Un cromosoma 染色体 es una molécula de ADN muy larga enrollada firmemente alrededor de proteínas 蛋白质 especiales llamadas histonas 组蛋白. Enrollar el ADN de esta manera permite que una enorme longitud quepa dentro del núcleo y lo mantiene ordenado.

Antes de que una célula se divida, su ADN se copia (esta copia se denomina replicación 复制). Después de la copia, cada cromosoma está formado por dos copias idénticas unidas. Estas dos copias son las cromátidas hermanas 姐妹染色单体, y están unidas en un punto llamado centrómero 着丝粒. Las puntas de cada cromosoma están protegidas por telómeros 端粒, que protegen los extremos.

La mitosis 有丝分裂 es un tipo de división nuclear que produce dos células hijas 子细胞 que son genéticamente idénticas: portan exactamente los mismos genes 基因 que la célula madre y entre sí.

Esto es importante para:

• El crecimiento 生长 de organismos multicelulares 多细胞生物体 (producción de más células).
• El reemplazo 替换 de células dañadas o muertas.
• La reparación 修复 de tejidos 组织 mediante la producción de nuevas células.
• La reproducción asexual 无性生殖 (un progenitor produce descendencia idéntica).

El ciclo celular 细胞周期 es la vida completa de una célula desde una división hasta la siguiente. Tiene tres partes:

1. Interfase 间期 — la parte más larga. La célula crece en la fase G₁, copia su ADN en la fase S (replicación) y vuelve a crecer y se prepara para dividirse en la fase G₂.
2. Mitosis — el núcleo se divide en dos núcleos idénticos.
3. Citocinesis 胞质分裂 — el resto de la célula se divide, dando lugar a dos células hijas separadas.

El índice mitótico

El índice mitótico es la fracción de células en una muestra que se encuentran en mitosis. Se calcula contando las células bajo un microscopio:

Ejemplo resuelto. En una muestra de punta de raíz, $8$ de las $50$ células observadas están en mitosis. Encuentre el índice mitótico.

Un alto índice mitótico indica que muchas células se están dividiendo rápidamente; esto es normal en una punta de raíz en crecimiento, pero en tejidos animales adultos puede ser un signo de advertencia de crecimiento descontrolado.

Cuando el ADN se replica, la copia no puede llegar al extremo mismo de la molécula, por lo que se pierde un poco cada vez. Los telómeros son secuencias cortas y repetitivas de ADN en los extremos que no codifican genes. Como los telómeros se acortan en su lugar, no se pierden genes importantes durante la replicación.

Una célula madre 干细胞 es una célula no especializada que puede seguir dividiéndose por mitosis y puede diferenciarse 分化 (cambiar) en diferentes tipos celulares especializados. Las células madre son la fuente de nuevas células para reemplazar las perdidas y reparar tejidos.

El ciclo celular normalmente está estrictamente controlado, por lo que las células solo se dividen cuando es necesario. Si se pierde este control, una célula puede dividirse una y otra vez sin detenerse. Esta división descontrolada produce un bulto de células llamado tumor 肿瘤.

La mitosis pasa por cuatro etapas. Debe poder reconocerlas en microfotografías y preparaciones microscópicas.

Luego sigue la citocinesis. En una célula animal, la membrana plasmática se hunde hacia adentro para dividir la célula; en una célula vegetal, se forma una nueva pared a través del medio. El resultado son dos células hijas genéticamente idénticas.

• Aprenda las etapas en orden (profase, metafase, anafase, telofase) con un evento clave cada una; la interfase (G1, S, G2) no es parte de la mitosis.
• La mitosis da lugar a dos células diploides genéticamente idénticas — para crecimiento, reparación y reproducción asexual.
• Índice mitótico $=$ células en mitosis $\div$ células totales; un valor alto significa división rápida.
• Vincule la mitosis descontrolada con los tumores y el acortamiento de telómeros con el límite en el número de divisiones.

Los ácidos nucleicos (ADN y ARN) son polímeros formados por unidades pequeñas llamadas nucleótidos. Cada nucleótido está compuesto por tres partes unidas entre sí:

• un grupo fosfato,
• un azúcar (un azúcar de 5 carbonos),
• una base nitrogenada.

El ATP es un nucleótido especial. Posee la base adenina, el azúcar ribosa y tres grupos fosfato. Al romperse el último fosfato se libera energía para la célula.

Existen cinco bases, agrupadas en dos categorías:

• Las purinas tienen un doble anillo (dos anillos): adenina y guanina.
• Las pirimidinas tienen un anillo simple (un anillo): citosina, timina y uracilo.

Una molécula de ADN consiste en dos cadenas torcidas entre sí formando una doble hélice.

Cada cadena tiene un esqueleto formado por azúcares alternados (en este caso el azúcar es la desoxirribosa) y fosfatos. El azúcar de un nucleótido está unido al fosfato del siguiente mediante un enlace fosfodiéster.

Las dos cadenas están unidas por sus bases, que se encuentran en el centro. El emparejamiento es exacto: esto es el emparejamiento de bases complementarias:

• La A siempre se empareja con la T, unidas por dos enlaces de hidrógeno.
• La C siempre se empareja con la G, unidas por tres enlaces de hidrógeno (por lo tanto, un par de bases C–G es más difícil de separar).

Las dos cadenas corren en direcciones opuestas: una va de 5′ a 3′ mientras que la otra va de 3′ a 5′. Se dice que son antiparalelas.

La escalera plana anterior está torcida en forma de espiral. Este modelo de llenado espacial, donde cada átomo es una bola, muestra la forma real de la doble hélice:

La replicación del ADN (copiado) ocurre durante la fase S del ciclo celular. Es semiconservativa: cada nueva molécula conserva una cadena vieja y una cadena nueva. Los pasos son:

1. la doble hélice se desenrolla y se rompen los enlaces de hidrógeno, separándose las dos cadenas.
2. cada cadena vieja actúa como plantilla. Los nucleótidos libres se emparejan con las bases expuestas mediante emparejamiento de bases complementarias.
3. la enzima DNA polimerasa une los nuevos nucleótidos en una cadena. Solo puede añadir nucleótidos en dirección 5′ a 3′.

Debido a esa regla de 5′ a 3′, las dos nuevas cadenas se sintetizan de manera diferente:

• la cadena líder se construye de forma continua, siguiendo el desenrollamiento.
• la cadena rezagada se construye en fragmentos cortos, Working away from the unwinding point. La enzima DNA ligasa une luego estos fragmentos entre sí.

El ARN también está hecho de nucleótidos, pero es una sola cadena, su azúcar es la ribosa, y utiliza uracilo en lugar de timina. El tipo más importante aquí es el ARN mensajero (ARNm), que transporta una copia de las instrucciones de un gen fuera del núcleo para ser utilizado.

Un gen es una secuencia de nucleótidos de ADN que codifica para una polipéptido.

El código se lee en trípletas — grupos de tres bases. Cada trípleta ya sea codifica para un aminoácido específico, o actúa como señal de inicio o parada. El código es universal: casi todos los seres vivos utilizan las mismas trípletas para los mismos aminoácidos.

Hay 64 trípletas posibles pero solo 20 aminoácidos comunes, por lo que la mayoría de los aminoácidos están codificados por más de una trípleta.

Transcripción (en el núcleo)

El gen de ADN se copia en ARNm. Esto es la transcripción.

• la cadena de ADN que se copia es la cadena molde; la cadena compañera es la cadena no transcrita.
• la enzima ARN polimerasa une nucleótidos de ARN que se emparejan con las bases molde (con uracilo emparejándose con adenina).
• en eucariotas, el primer ARN producido (el transcrito primario) contiene regiones codificantes llamadas exones y regiones no codificantes llamadas intrones. Los intrones se eliminan y los exones se unen para formar el ARNm maduro final.

Traducción (en el ribosoma)

El ARNm sale del núcleo y se une a un ribosoma. Construir el polipéptido a partir del código del ARNm es la traducción.

• el ARNm se lee en codones (cada codón es una trípleta de bases de ARNm).
• las moléculas de ARN de transferencia (ARNt) llevan aminoácidos al ribosoma. Cada ARNt tiene un anticodón que se empareja con un codón correspondiente.
• a medida que se leen los codones en orden, el ribosoma une los aminoácidos mediante enlaces peptídicos, construyendo el polipéptido.

Ejemplo resuelto. Una cadena molde de ADN tiene la secuencia TAC GGA CTT. Indique los codones del ARNm y diga cuánto mide el polipéptido. Transcriba mediante emparejamiento de bases complementarias, recordando que el ARN usa uracilo en lugar de timina: TAC da AUG, GGA da CCU, CTT da GAA. Por tanto, el ARNm tiene la secuencia AUG CCU GAA. AUG es el codón de inicio (metionina), así que el polipéptido tiene tres aminoácidos de largo — dos una vez que se elimina la metionina inicial. Dos errores cuestan la mayoría de los puntos aquí: emparejar A con T en lugar de U al escribir el ARNm, y transcribir la cadena codificante en lugar de la cadena molde. El ARNm es complementario a la cadena molde e idéntico a la cadena codificante excepto por la U que reemplaza a la T.

Una mutación génica es un cambio en la secuencia de bases de una molécula de ADN. Puede alterar el polipéptido producido. Hay tres tipos:

• sustitución — una base se intercambia por una base diferente. Esto cambia a lo sumo un aminoácido, y a veces ninguno (porque la mayoría de los aminoácidos tienen más de una trípleta).
• deleción — se elimina una base.
• inserción — se añade una base adicional.

Una deleción o inserción desplaza cómo se lee cada trípleta posterior, por lo que generalmente cambia muchos aminoácidos después de ese punto y tiene un gran efecto en el polipéptido.

• El ADN es antiparalelo, mantenido por enlaces de hidrógeno (A=T dos, C≡G tres); la replicación es semiconservativa (cada producto conserva una cadena vieja).
• Indique dónde y qué: transcripción (núcleo → ARNm), traducción (ribosoma, ARNm + ARNt → polipéptido).
• Describa el código utilizando los cuatro términos: trípleta, no superpuesto, degenerado, universal.
• Para una mutación génica (sustitución, inserción, deleción) explique el efecto en la proteína — y por qué una sustitución puede ser silenciosa (degeneración).

Las plantas mueven sustancias a través de dos tejidos de transporte:

• Xilema lleva agua e iones minerales disueltos desde las raíces hacia arriba.
• Floema lleva alimentos disueltos (llamados asimilados, principalmente azúcares) a dondequiera que sean necesarios.

En una sección transversal (un corte recto a través del órgano) de una planta dicotiledónea:

• en el tallo, el xilema y el floema están juntos en haces cerca del exterior, con el xilema en el interior de cada haz.
• en la raíz, el xilema está en el centro, a menudo con forma de estrella, con el floema entre los brazos.
• en la hoja, ambos se encuentran en las venas.

Al dibujar un diagrama de planta, solo se dibujan los contornos de los tejidos, no las células individuales.

Vasa del xilema

Los tubos transportadores de agua del xilema se llaman vasos. Están formados por células muertas y vacías unidas extremo a extremo, sin paredes terminales, lo que les permite formar una sola tubería larga y abierta. Sus paredes están engrosadas e impermeabilizadas con lignina. Así, la estructura se adapta a su función: la tubería hueca y abierta sin contenido permite que el agua fluya rápidamente, y la lignina proporciona resistencia y soporte.

Tubos cribosos del floema y células acompañantes

Los tubos transportadores de alimento del floema se llaman tubos cribosos. Son células vivas unidas extremo a extremo, pero sus paredes terminales no desaparecen; se convierten en placas cribosas con muchos agujeros por los que fluye la savia. Para dejar espacio al flujo, una célula de tubo criboso pierde la mayor parte de su contenido y carece de núcleo.

A lado de cada tubo criboso hay una célula acompañante. Conserva su núcleo y tiene muchas mitocondrias. Realiza el trabajo metabólico para el tubo criboso y carga azúcares en él.

Así es como se ve realmente un haz vascular bajo el microscopio, en una sección teñida de un tallo joven de girasol:

El agua entra en una célula pelúcida por ósmosis, porque la pelúcida tiene un potencial hídrico menor que el agua del suelo. El agua atraviesa luego la raíz hacia el xilema por dos vías:

• la vía apoplasto — el agua se mueve a través de las paredes celulares (formadas por celulosa) y los espacios intercelulares, sin entrar en el citoplasma. Esto es rápido.
• la vía simplasto — el agua se mueve a través del citoplasma de las células, pasando de célula a célula a través de los plasmodesmos.

En un anillo de células llamado endodermis, la vía apoplasto se bloquea por la banda de Caspari, una banda impermeable de suberina. Esto obliga a todo el agua a pasar a través de las membranas celulares, lo que permite a la planta controlar qué entra en el xilema.

La transpiración es la pérdida de vapor de agua de una planta. El agua evapora (pasa a vapor) desde las superficies húmedas de las células internas de la hoja; esto es la evaporación. El vapor de agua luego difunde hacia afuera a través de los estomas hacia la atmósfera.

Esta pérdida en la parte superior tira del agua hacia arriba por el xilema en una columna continua. Esto funciona debido a los puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua:

• las moléculas de agua se atraen entre sí mediante puentes de hidrógeno, por lo que permanecen unidas. Esta unión es la cohesión, y permite que toda la columna sea tirada hacia arriba bajo tensión (la idea de cohesión-tensión).
• las moléculas de agua también se adhieren a la celulosa de las paredes celulares. Esto es la adhesión, que ayuda a mantener la columna en su lugar.

Ejemplo resuelto. Una célula vegetal con un potencial hídrico de $-800\ \text{kPa}$ se coloca en una solución de potencial hídrico $-400\ \text{kPa}$. ¿Hacia dónde se mueve el agua y qué sucede con la célula? El agua siempre se mueve hacia abajo un gradiente de potencial hídrico - desde el valor menos negativo (mayor) al más negativo (menor). La solución a $-400$ es mayor que la célula a $-800$, por lo que el agua se mueve hacia dentro de la célula. La célula se hincha, el protoplasma presiona contra la pared celular, aumenta el potencial de presión y la célula se vuelve turgente. Dos trampas comunes: $-400$ es mayor que $-800$, lo cual es un error de signo que invierte la mitad de las respuestas; y el agua pura es el máximo en 0, por lo que todas las soluciones son negativas y el potencial hídrico nunca puede superar cero.

Una xerófita es una planta adaptada para vivir donde el agua es escasa. Sus hojas reducen la pérdida de agua por transpiración de varias formas: una cutícula cerosa gruesa, estomas hundidos en fosetas, pelos que atrapan aire húmedo y hojas que pueden enrollarse. Deberías poder dibujar una sección transversal de la hoja etiquetada que muestre estas características.

Los asimilados como la sacarosa y los ácidos amino se transportan en el floema desde una fuente hasta un sumidero.

• una fuente es donde se produce o libera el asimilado (por ejemplo, una hoja fotosintética).
• un sumidero es donde se utiliza o almacena (por ejemplo, una raíz en crecimiento).

Carga en la fuente

Las células acompañantes cargan sacarosa en los tubos cribosos contra su gradiente de concentración. Utilizan bombas de protones para bombear iones de hidrógeno hacia fuera, y luego las proteínas cotransportadoras traen la sacarosa de vuelta junto con esos iones. Este es un tipo de transporte activo.

Cargar sacarosa reduce el potencial hídrico dentro del tubo criboso, por lo que el agua entra por ósmosis. Esto eleva la presión hidrostática allí.

Flujo masivo

En el sumidero, la sacarosa se elimina, por lo que el potencial hídrico aumenta, el agua sale y la presión disminuye. El resultado es una diferencia de presión entre la fuente (alta) y el sumidero (baja). La savia fluye de alta a baja presión siguiendo este gradiente. Este flujo impulsado por la presión se llama flujo masivo.

• Indica el tejido para cada dirección: el xilema transporta agua hacia arriba (muerto, lignificado), el floema transporta asimilados en ambas direcciones (tubos cribosos vivos + células acompañantes).
• Explica el movimiento del agua mediante cohesión-tensión: la transpiración tira de una columna de agua continua mantenida por la cohesión (puentes H) y la adhesión.
• Enumera los factores que afectan la tasa de transpiración (luz, temperatura, humedad, movimiento del aire) y cómo un potómetro mide la absorción.
• Para las xerófitas, vincula cada adaptación (cutícula gruesa, estomas hundidos, hojas enrolladas, pelos) a la reducción de la pérdida de agua.

Los mamíferos tienen una circulación cerrada y doble. "Cerrada" significa que la sangre permanece dentro de los vasos sanguíneos 血管 todo el tiempo. "Doble" significa que la sangre pasa por el corazón 心脏 dos veces para cada vuelta completa al cuerpo. Esto da lugar a dos bucles interconectados, por lo que se le llama circulación doble 双循环 y al conjunto completo sistema circulatorio 循环系统:

• la circulación pulmonar 肺循环 transporta la sangre desde el corazón hacia los pulmones y de regreso.
• la circulación sistémica 体循环 transporta la sangre desde el corazón hacia el resto del cuerpo y de regreso.

La sangre viaja en este orden: arterias 动脉 → arteriolas 小动脉 → capilares 毛细血管 → venulas 小静脉 → venas 静脉.

Los vasos principales son:

• la arteria pulmonar 肺动脉 — transporta sangre con bajo contenido de oxígeno 氧气 desde el corazón hacia los pulmones.
• la vena pulmonar 肺静脉 — transporta sangre rica en oxígeno desde los pulmones de regreso al corazón.
• la aorta 主动脉 — la gran arteria que transporta sangre rica en oxígeno desde el corazón hacia el cuerpo.
• la vena cava 腔静脉 — la gran vena que devuelve la sangre pobre en oxígeno desde el cuerpo hacia el corazón.

Cómo los vasos se adaptan a sus funciones

Células sanguíneas

Deberías reconocer: glóbulos rojos 红细胞 (que transportan oxígeno), y tres tipos de glóbulos blancos — monocitos 单核细胞, neutrófilos 中性粒细胞 y linfocitos 淋巴细胞.

Un frotis de sangre teñido: muchos glóbulos rojos pequeños, más un linfocito (centro) y neutrófilos (núcleo lobulado) — las células blancas son más grandes y tienen núcleo

Agua, plasma y líquido tisular

El agua es la parte principal de la sangre. Es un buen solvente 溶剂, por lo que transporta sustancias disueltas, y tiene una alta capacidad calorífica específica 比热容, por lo que la temperatura de la sangre se mantiene estable.

Al inicio de un capilar, la alta presión arterial empuja el líquido (pero no las células ni las proteínas grandes) fuera del plasma 血浆 y a través de la pared del capilar. Este líquido alrededor de las células es el líquido tisular 组织液. Suministra oxígeno y glucosa a las células y transporta los desechos. La mayor parte regresa al capilar en el extremo opuesto, donde la presión es menor.

Transporte de oxígeno

El oxígeno es transportado por la hemoglobina 血红蛋白 en los glóbulos rojos. Representamos qué tan bien la hemoglobina retiene el oxígeno mediante la curva de disociación del oxígeno 氧解离曲线. Esta gráfica en forma de S grafica la saturación 饱和度 (qué tan llena de oxígeno está la hemoglobina) contra la presión parcial 分压 del oxígeno:

• donde la presión parcial de oxígeno es alta (en los pulmones), la hemoglobina carga oxígeno y se satura casi completamente.
• donde es baja (en tejidos respiratorios), la hemoglobina libera su oxígeno para que las células lo utilicen.

El desplazamiento de Bohr

Cuando los tejidos están muy activos, liberan más dióxido de carbono 二氧化碳, lo que disminuye el pH. Esto hace que la hemoglobina libere oxígeno más fácilmente, por lo que la curva se desplaza hacia la derecha. Este cambio beneficioso es el desplazamiento de Bohr 波尔位移: el oxígeno se entrega exactamente donde es más necesario.

Transporte de dióxido de carbono

Una pequeña cantidad de dióxido de carbono se disuelve directamente en el plasma, pero la mayoría es transportada después de una reacción dentro de los glóbulos rojos:

1. la enzima 酶 anhidrasa carbónica 碳酸酐酶 acelera la reacción del dióxido de carbono con el agua para formar ácido carbónico.
2. el ácido carbónico se divide en iones hidrógeno e iones bicarbonato 碳酸氢根离子.
3. los iones bicarbonato salen hacia el plasma. Esta es la forma principal en que se transporta el dióxido de carbono.
4. para mantener el equilibrio de cargas, los iones cloruro 氯离子 entran en los glóbulos rojos. Este movimiento es el desplazamiento del cloruro 氯转移.
5. los ones hidrógeno se unen a la hemoglobina para formar ácido hemoglobínico 血红蛋白酸; esto absorbe los iones hidrógeno y mantiene el pH estable.

Alguno del dióxido de carbono también se une directamente a la hemoglobina para formar carboxihemoglobina 氨甲酰血红蛋白.

Ejemplo resuelto. En los pulmones, la presión parcial de oxígeno es de aproximadamente $12\ \text{kPa}$ y la hemoglobina está saturada en un 98%; en un músculo en ejercicio, es de aproximadamente $3\ \text{kPa}$ y la saturación cae a un 40%. ¿Cuánto oxígeno se libera y por qué la curva tiene forma de S? Restamos las saturaciones: $98 - 40 =$ 58% del oxígeno de la hemoglobina se libera en el músculo. La forma de S proviene de la unión cooperativa: el primer oxígeno que se une cambia la forma de la hemoglobina para que los siguientes se unan más fácilmente, por eso el medio de la curva es tan empinado. Esa pendiente es el punto clave: una pequeña caída en la presión parcial en un tejido respiratorio causa una gran liberación de oxígeno. El exceso de dióxido de carbono en un músculo en ejercicio disminuye el pH y desplaza la curva hacia la derecha, por lo que se libera aún más oxígeno a la misma presión parcial; ese es el desplazamiento de Bohr cumpliendo su función.

Estructura

El corazón tiene cuatro cámaras. Las dos cámaras superiores son las aurículas 心房 (singular: aurícula); tienen paredes delgadas porque solo empujan la sangre hacia abajo en las cámaras inferiores. Las dos cámaras inferiores son los ventrículos 心室; tienen paredes musculares gruesas porque bombean sangre fuera del corazón.

La pared del ventrículo izquierdo es más gruesa que la del ventrículo derecho, porque el lado izquierdo debe bombear sangre por todo el cuerpo, mientras que el lado derecho solo bombea hacia los pulmones cercanos.

Ciclo cardíaco

Un latido cardíaco es el ciclo cardíaco 心动周期. Tiene dos partes: sístole 收缩期 (cuando el músculo cardíaco se contrae) y diástole 舒张期 (cuando se relaja y se llena). Cuando una cámara se contrae, la presión interna aumenta; este cambio de presión abre y cierra las válvulas para que la sangre fluya solo en una dirección.

Control del latido cardíaco

El corazón establece su propio ritmo:

• el nodo sinoauricular 窦房结 en la aurícula derecha es el marcapasos. Envía una onda de excitación eléctrica que se extiende por las aurículas y provoca su contracción.
• el nodo auriculoventricular 房室结 capta la onda, la retrasa un momento (para que las aurículas se vacíen primero) y luego la transmite.
• el tejido de Purkinje 浦肯野组织 lleva la onda hacia abajo y a través de las paredes ventriculares, de modo que los ventrículos se contraen de abajo hacia arriba y expulsan la sangre.

• Rastrea la circulación doble y nombra las cámaras, las válvulas y los vasos; la pared del ventrículo izquierdo es más gruesa (bombea más lejos a mayor presión).
• Lee la gráfica de presión del ciclo cardíaco: una válvula se abre o cierra cuando las presiones a ambos lados se cruzan.
• Explica la curva de disociación del oxígeno (forma de S) y el desplazamiento de Bohr (más CO₂ la desplaza a la derecha, liberando más O₂ a los tejidos activos).
• La mayor parte del CO₂ se transporta como bicarbonato (a través del desplazamiento del cloruro).

Tu cuerpo necesita captar oxígeno y eliminar dióxido de carbono. Este proceso de intercambio ocurre en el sistema de intercambio gaseoso. El aire sigue esta ruta hacia adentro del cuerpo:

• por la tráquea (la tráquea),
• hacia dos bronquios (uno para cada pulmón),
• hacia muchos bronquiolos más pequeños,
• y finalmente hacia tinyas sacas de aire llamadas alvéolos, profundamente en los pulmones.

Cada alvéolo está envuelto en una red de capilares, lo que acerca mucho el aire a la sangre.

Los cilios, las células caliciformes y las glándulas mucosas trabajan juntos para mantener los pulmones limpios y saludables: el moco atrapa la suciedad y los microbios, y los cilios lo transportan fuera para ser tragado.

Los alvéolos son superficies excelentes para el intercambio de gases porque tienen:

• un área superficial total muy grande (millones de sacas diminutas),
• paredes muy finas — el epitelio alveolar y la pared capilar tienen cada uno solo una célula de espesor, por lo que la distancia a cruzar es mínima,
• un rico suministro sanguíneo proveniente de la red capilar,
• un revestimiento húmedo, para que los gases se disuelvan antes de cruzar.

Los gases se mueven por difusión a lo largo de sus gradientes de concentración:

• el oxígeno tiene alta concentración en el aire alveolar y baja concentración en la sangre, por lo que difunde desde el aire hacia la sangre.
• el dióxido de carbono tiene alta concentración en la sangre y baja concentración en el aire alveolar, por lo que difunde desde la sangre hacia el aire para ser exhalado.

Bajo el microscopio, el tejido pulmonar real parece un delicado encaje rosado. Los muchos espacios abiertos son los alvéolos, y las líneas rosadas finas entre ellos son las paredes donde ocurre el intercambio gaseoso:

La ventilación mantiene el aire fresco en los alvéolos, y el flujo sanguíneo continuo lleva los gases away. Ambos mantienen los gradientes de concentración pronunciados, de modo que el intercambio gaseoso permanece rápido.

Ejemplo resuelto. Use la ley de Fick para explicar por qué los alvéolos permiten un intercambio gaseoso tan rápido. La ley de Fick establece que la tasa de difusión es proporcional a

por lo que una tasa rápida requiere que los tres términos favorezcan este proceso. Área superficial: millones de alvéolos proporcionan un área total enorme, aproximadamente $70\ \text{m}^2$. Distancia de difusión: el epitelio alveolar y el endotelio capilar tienen cada uno solo una capa de células aplanadas, por lo que el oxígeno cruza en menos de $1\ \mu\text{m}$. Diferencia de concentración: la ventilación renueva constantemente el aire mientras la circulación lleva constantemente away la sangre oxigenada, por lo que se mantiene un gradiente pronunciado. Vincule cada adaptación al término de la ecuación que sirve: listar "gran área superficial, paredes finas, buen suministro sanguíneo" sin vincularlas a la ley de Fick es una respuesta más débil.

• Vincule cada característica alveolar a una difusión rápida: gran área superficial, paredes finas (de una sola célula), superficie húmeda, buen suministro sanguíneo — una respuesta basada en "área superficial, corta distancia, gradiente pronunciado".
• Empareje el tejido de la vía respiratoria con su función: cartílago (mantiene las vías abiertas), epitelio ciliado + células caliciformes (atrapan y barren el moco), músculo liso y fibras elásticas.
• Formule sus respuestas con ideas de la ley de Fick: tasa $\propto$ área superficial $\times$ diferencia de concentración $\div$ distancia.

Una enfermedad infecciosa 传染病 es causada por un patógeno 病原体 — un organismo que vive dentro o sobre un huésped y le causa daño. Las enfermedades infecciosas son transmisibles: el patógeno puede ser transmitido 传播 (pasado) de una persona a otra.

Debes conocer cuatro enfermedades, el patógeno que causa cada una y cómo se propaga cada una.

El VIH infecta y destruye ciertos glóbulos blancos, debilitando lentamente el sistema inmunológico 免疫系统 del cuerpo.