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UNIDAD 3
Bases químicas de la vida (1 semana)
8. CUATRO FAMILIAS DE MOLÉCULAS BIOLÓGICAS (CARBOHIDRATOS,
LÍPIDOS, PROTEÍNAS Y ÁCIDOS NUCLÉICOS).
Moléculas orgánicas: El Carbono.
Carbohidratos: simples, monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.
Lípidos: grasas fosfolípidos, glucolípidos y esteroides.
Proteínas: aminoácidos.
Ácidos Nucléicos: Ácido desoxirribonucleico (ADN), Ácido Ribonucleico (ARN).
BASES QUÍMICAS DE LA VIDA
BIOGENESIS
Estructura de la materia viva
Toda la materia viva está compuesta de elementos primarios como son: el carbono (C), el
hidrógeno (H), el oxígeno (O) y el nitrógeno (N); (CHONSP), que son importantes para
formar las principales moléculas biológicas como son los glúcidos, lípidos, proteínas y
ácidos nucleicos.
Los bioelementos se clasifican en: primarios, secundarios y oligoelementos.
BIOELEMENTOS PRIMARIOS
Formados por los siguientes elementos: el carbono (C), el hidrógeno (H), el oxígeno (O) y el
nitrógeno (N); CHON. Estos cuatro elementos constituyen el 95% de la materia viviente.
Moléculas orgánicas: El Carbono.
CARBONO: Se encuentra libre en la naturaleza en dos formas: diamante y grafito, además
forma parte de los compuestos orgánicos e inorgánicos y es el principal energético para el
ser humano. Se encuentra en un 20 % en nuestro organismo.
HIDRÓGENO: Es un gas que se encuentra en la naturaleza en estado libre. No se localiza
en los tejidos. Se combina especialmente con el cloro y forma el ácido clorhídrico y que al
combinarse con carbono forma lípidos. Se encuentra en un 10% en cualquier parte del
organismo del ser humano.
OXÍGENO: Es un gas abundante en la naturaleza que se genera durante la fotosíntesis de
las plantas y posteriormente es utilizado por los seres vicos para la respiración. Posee una
alta electronegatividad por lo que tiene una avidez por quitar electrones a otros átomos para
oxidarlos, formando los radicales libres. Se elemento hace posible la combustión. Se
encuentra aproximadamente en un 65%.
NITRÓGENO: Es también un gas que se halla libre n la naturaleza, sin embargo el ser
humano no lo puede tomar directamente del ambiente, sino a través de compuestos
inorgánicos como los nitritos y nitratos que poseen los vegetales y tejidos animales. El
nitrógeno es básico para formar las proteínas estructurales de todo ser vivo, entre ellas las
bases nitrogenadas y los aminoácidos. Forma el 3% de las sustancias fundamentales en la
materia viva.
AZUFRE: Aparece en dos aminoácidos, la cisteína y la metionina, que aparecen en casi
todas las proteínas. También se encuentra en otras sustancias como las vitaminas del
complejo B y en la Coenzima A. Forma parte d los sulfatos, sales necesarias para la vida. Se
encuentra en forma nativa en regiones volcánicas en un 0.02%.
FÓSFORO: Desempeña un papel esencial en la transferencia de energía como es el
metabolismo y la fotosíntesis. Es parte integrante de los fosfatos, sales necesarias para los
seres vivos. Están formando el 0.01%.
BIOELEMENTOS SECUNDARIOS O BIOELEMENTOS BIOGENÉSICOS
Los bioelementos secundarios se clasifican en dos grupos: los indispensables y los variables.
Bioelementos secundarios indispensables. Están presentes en todos los seres vivos. Los más
abundantes son el sodio, el potasio, el magnesio y el calcio. Los iones sodio, potasio y
cloruro intervienen en el mantenimiento del grado de salinidad del medio interno y en el
equilibrio de cargas a ambos lados de la membrana. Los iones sodio y potasio son
fundamentales en la transmisión del impulso nervioso; el calcio en forma de carbonato da
lugar a caparazones de moluscos y al esqueleto de muchos animales. El ion calcio actúa en
muchas reacciones, como los mecanismos de la contracción muscular, la permeabilidad de
las membranas, etc. El magnesio es un componente de la clorofila y de muchas enzimas.
Interviene en la síntesis y la degradación del ATP, en la replicación del ADN y en su
estabilización, etc.
Calcio (Ca)
Sodio (Na)
Potasio (K)
Magnesio (Mg)
Hierro (Fe)
Yodo (I)
Calcio: Este oligoelemento lo encontramos en productos lácteos como la leche, quesos,
yogurt, etc. Su aportación al organismo es balancear el sistema nervioso, constituir los
huesos, los dientes y llevar un óptimo nivel de coagulación de la sangre.
Cobalto: Lo podemos encontrar en algunos vegetales como el rábano, las cebollas, la coliflor
y las setas; también lo encontramos en carnes y crustáceos. Sus propiedades previenen la
osteoartritis y es un excelente anti-anémico.
Hierro: Lo encontramos en el hígado, ostras, moluscos, carnes rojas, pollo, pescado y
cerveza; los cereales y los frijoles son buenas fuentes vegetales. Su función es ser componente
de la hemoglobina, alrededor de un 75% de la sangre.
Magnesio: Se localiza en el chocolate, almendras, búlgaros, cacahuates, pan entero, carnes y
soya. Su función es disminuir el deseo de los azúcares y el drenaje del agua, además actúa en
la irritabilidad, cansancio, calambres, palpitaciones y ayuda a la piel.
Potasio: Lo podemos encontrar en las frutas frescas y secas, legumbres y en los cereales. Su
función es favorecer los intercambios celulares e intracelulares.
Selenio: Este elemento se ubica en los cereales completos, la levadura de cerveza, ajo,
cebolla, germen de trigo y carnes. La función que desempeña en el organismo es la de
neutralizar los radicales libres (envejecimiento), retrasa los procesos de la miopía y preserva
la tonicidad de la piel.
Sodio: Lo encontramos principalmente en la sal y en otros alimentos como el queso y el pan.
Su labor es la de hidratar correctamente el organismo y actuar en la excitabilidad de los
músculos.
Yodo: Las principales fuentes donde se localiza este oligoelemento es en los productos de
mar como los mariscos. Este elemento es indispensable al ser constituyente de las hormonas
tiroideas.
Zinc: Lo encontramos en las carnes rojas, pescado, pollo, productos lácteos, frijoles, granos
y nueces. Su función dentro del organismo es la de acelerar la cicatrización de las heridas,
favorecer en el crecimiento del feto en mujeres embarazadas, participar en la formación del
colágeno y de la elastina de la dermis, favorecer el tránsito intestinal y participar en el buen
funcionamiento de la próstata y de los ovarios.
Bioelementos secundarios variables. Están presentes en algunos seres vivos. (También
llamados oligoelementos)
Boro (B)
Bromo (Br)
Cobre (Cu)
Flúor (F)
Manganeso (Mn)
Silicio (Si)
Boro. Mantenimiento de la estructura de la pared celular en los
vegetales.
Cromo. Potencia la acción de la insulina y favorece la entrada de glucosa a las células. Su
contenido en los órganos del cuerpo decrece con la edad. Los berros, las algas, las carnes
magras, las hortalizas, las aceitunas y los cítricos (naranjas, limones, toronjas, etc.), el
hígado y los riñones son excelentes proveedores de cromo.
Cobre: Las fuentes donde podemos encontrar este metal son en los moluscos, vísceras,
frijoles, cereales, frutos y carne de pollo. Forma parte de
los tejidos corporales como el hígado, cerebro, riñones y
corazón; y su función es prevenir infecciones de las vías
respiratorias, reumatismos y aceleración de la síntesis de
la queratina.
Flúor: Lo encontramos en el agua y el té. Una de sus
principales funciones es prevenir la caries dental.
Manganeso: Este oligoelemento lo podemos localizar en cereales, almendras, legumbres,
frutas secas, pescados y soya Es parte importante en la constitución de ciertas enzimas, su
deficiencia produce pérdida de peso, dermatitis y náuseas; se cree que participa en funciones
sexuales y reproductoras. En el organismo se encuentra principalmente en el hígado, huesos,
páncreas e hipófisis.
Silicio: Este mineral puede fortalecer los huesos e imprime rapidez en la consolidación de
fracturas. Así como también Colabora en la buena función cutánea, de uñas y de cabellos.
BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS E INORGÁNICAS
Los elementos biogenéticos forman compuestos especiales llamados biomoléculas, las cuales pueden
ser de dos tipo: biomoléculas orgánicas e inorgánicas.
Las biomoléculas orgánicas o principios inmediatos son sustancias químicas basadas encadenas de
carbono e hidrogeno. E n muchos casos contiene oxígeno y también nitrógeno, azufre, fosforo, boro y
halógenos. Todos los vegetales y animales son orgánicos porque están compuestos por moléculas
biológicas.
Las biomoléculas orgánicas se dividen en las siguientes categorías: glúcidos o carbohidratos, lípidos
o grasas, proteínas o prótidos, enzimas, ácidos nucleicos y vitaminas; cada una de estas categorías
poseen propiedades y características propias, pero en conjunto proporcionan al ser vivo los
materiales y la energía que constantemente necesita.
Las biomoléculas inorgánicas son las que no están formadas por cadenas de carbono hidrogeno,
estas son: el agua que es la biomolécula más abundante, los gases (oxígeno, dióxido- de carbono) y
las sales inorgánicas: aniones como fosfato (HPO4), bicarbonato (HCO4) y cationes como el amonio
(NH4+).
Carbohidratos: simples, monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.
Los carbohidratos se clasifican según la cantidad de monosacáridos que los componen.
Un monosacárido es el carbohidrato más sencillo porque está compuesto por moléculas de
un mismo tipo, por ejemplo: glucosa (azúcar), galactosa (lácteos) y fructosa (frutas).
Cuando 2 monosacáridos se juntan forman los Disacáridos que se conocen como maltosa y
sacarosa. A partir de las uniones de 2 a 10 monosacáridos se llaman Oligosacáridos y
desde 10 a más monosacáridos se llaman Polisacáridos. Estos se conocen como almidones
y celulosa.
Los carbohidratos son la principal fuente de energía del organismo, las estadísticas dicen
que en un organismo normal el consumo de carbohidratos aporta un 60% de la energía
diaria.
Los principales carbohidratos son:
Monosacáridos: Glucosa, Fructosa y Galactosa.
Disacáridos: Sacarosa, o azúcar común es un disacárido formado una molécula de
glucosa + una de fructosa; La miel también es un fluido que contiene gran cantidad
de sacarosa parcialmente hidrolizada. La sacarosa se usa en los alimentos como
endulzante.
Polisacáridos: Almidón, es la reserva de energía de los vegetales, se encuentra en
las patatas, batatas, arroz, cereales, maíz entre otras. La mayoría de los vegetales
contienen almidón, para estar seguros se puede hacer un test en casa utilizando
yodo como el que se compra en la farmacia para curar las heridas.
Glucógeno, este polisacárido hace las veces de almidón pero en los animales. Se encuentra
en la sangre en forma de glucosa y en los músculos en forma de glucógeno. También se
encuentra como glucógeno en el hígado. Son muy importantes para el suministro de
energía del organismo, en especial para los deportistas que utilizan mucho los músculos.
Sus propiedades químicas indican que es soluble en agua.
Todos los hidratos de carbono son indispensables para la energía del cuerpo. Los
profesionales conocen la relación entre la cantidad de ejercicio físico que realiza cada
persona y la cantidad y tipo de carbohidratos que debe consumir.
Si los carbohidratos son simples o complejos se absorben más o menos rápido en el
organismo. los monosacáridos y disacáridos son carbohidratos simples de absorción
rápida. Los carbohidratos compuestos son los Oligosacáridos y los Polisacáridos como las
pastas, panes o patatas que se absorben lentamente otorgando reservas de energía.
LÍPIDOS: GRASAS
FOSFOLÍPIDOS, GLUCOLÍPIDOS Y
ESTEROIDES.
La palabra lípidos proviene del griego= lipos
grasa. Denominamos lípidos a un conjunto muy
heterogéneo de biomoléculas cuya
característica distintiva aunque no exclusiva ni
general es la insolubilidad en agua, siendo por
el contrario, solubles en disolventes orgánicos
(benceno, cloroformo, éter, hexano, etc.). Están
constituidas básicamente por tres elementos: carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O);
en menor grado aparecen también en ellos nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S).
Constituyentes importantes de la alimentación (aceites, manteca, yema de huevo),
representan una importante fuente de energía y de almacenamiento, funcionan como
aislantes térmicos, componentes estructurales de membranas biológicas, son precursores
de hormonas (sexuales, corticales), ácidos biliares, vitaminas etc.
FUNCIONES:
Función de reserva energética: Los lípidos son la principal fuente de energía de los animales
ya que un gramo de grasa produce 9,4 kilocalorías en las reacciones metabólicas de
oxidación, mientras que las proteínas y los glúcidos sólo producen 4,1 kilocalorías por
gramo.
Función estructural: Los lípidos forman las bicapas lipídicas de las membranas celulares.
Además recubren y proporcionan consistencia a los órganos y protegen mecánicamente
estructuras o son aislantes térmicos como el tejido adiposo.
Función catalizadora, hormonal o de mensajeros químicos: Los lípidos facilitan
determinadas reacciones químicas y los esteroides cumplen funciones hormonales.
TRIGLICÉRIDOS: GRASAS O ACEITES
Forman parte de nuestro cuerpo (90% de la grasa corporal) y también de los alimentos.
Las grasas son sólidas a temperatura ambiente y en ellas predominan los ácidos grasos
saturados, mientras que los aceites son líquidos a temperatura ambiente y en ellos
predominan los ácidos grasos insaturados.
En este grupo se encuentran el ácido graso omega-6 (linoleico) y los omega-3, abundantes en
la grasa del pescado azul y llamados EPA y DHA. En los omega-3 también se incluye el
ácido graso linolénico, ya que a partir de él nuestro organismo produce ácidos grasos EPA y
DHA. El linoleico (omega-6) y el linolénico (omega-3) son ácidos grasos esenciales. Esto
significa que nuestro organismo no los puede producir por sí sólo y que debe ingerirlos
mediante los alimentos que componen la dieta.
PROTEÍNAS: AMINOÁCIDOS.
Las proteínas son las biomoléculas que más diversidad de funciones realizan en los seres
vivos; prácticamente todos los procesos biológicos dependen de su presencia y/o actividad.
Son proteínas casi todas las enzimas, catalizadores de reacciones metabólicas de las células;
muchas hormonas, reguladores de actividades celulares; la hemoglobina y otras moléculas
con funciones de transporte en la sangre; anticuerpos, encargados de acciones de defensa
natural contra infecciones o agentes extraños; los receptores de las células, a los cuales se
fijan moléculas capaces de desencadenar una respuesta determinada; la actina y la miosina,
responsables finales del acortamiento del músculo durante la contracción; el colágeno,
integrante de fibras altamente resistentes en tejidos de sostén.
ÁCIDOS NUCLEICOS: ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN), ÁCIDO
RIBONUCLEICO (ARN).
En la naturaleza existen solo dos tipos de ácidos nucleicos: El ADN (ácido
desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico) y están
presentes en todas las células.
Su función biológica no quedó plenamente confirmada hasta que
Avery y sus colaboradores demostraron en 1944 que el ADN era la
molécula portadora de la información genética.
Los ácidos nucleicos tienen al menos dos funciones: trasmitir las
características hereditarias de una generación a la siguiente y
dirigir la síntesis de proteínas específicas.
Tanto la molécula de ARN como la molécula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal.
Químicamente, estos ácidos están formados, como dijimos, por unidades llamadas
nucleótidos: cada nucleótido a su vez, está formado por tres tipos de compuestos:
1. Una pentosa o azúcar de cinco carbonos: se conocen dos tipos de pentosas que
forman parte de los nucleótidos, la ribosa y la desoxirribosa, esta última se
diferencia de la primera por que le falta un oxígeno y de allí su nombre. El ADN sólo
tiene desoxirribosa y el ARN tiene sólo ribosa, y de la pentosa que llevan se ha
derivado su nombre, ácido desoxirribonucleico y ácido ribonucleico, respectivamente.
2. Una base nitrogenada: que son compuestos anillados que contienen nitrógeno. Se
pueden identificar cinco de ellas: adenina, guanina, citosina, uracilo y timina.
3. Un radical fosfato: es derivado del ácido fosfórico (H3PO4
-
).
La secuencia de los nucleótidos determina el código de cada ácido nucleico particular. A su
vez, este código indica a la célula cómo reproducir un duplicado de sí misma o las proteínas
que necesita para su supervivencia.
DIFERENCIAS ENTRE EL ADN Y EL ARN
El ADN y el ARN se diferencian porque:
- el peso molecular del ADN es generalmente mayor que el del ARN
- el azúcar del ARN es ribosa, y el del ADN es desoxirribosa
- el ARN contiene la base nitrogenada uracilo, mientras que el ADN presenta timina
La configuración espacial del ADN es la de un doble helicoide, mientras que el ARN es un
polinucleótido lineal, que ocasionalmente puede presentar apareamientos intracatenarios
Ácido Desoxirribonucleico (ADN)
El Ácido Desoxirribonucleico o ADN (en inglés DNA)
contiene la información genética de todos los seres vivos.
Cada especie viviente tiene su propio ADN y en los humanos
es esta cadena la que determina las características
individuales, desde el color de los ojos y el talento musical
hasta la propensión a determinadas enfermedades.
Es como el código de barra de todos los organismos vivos
que existen en la tierra, que está formado por segmentos
llamados genes.
La combinación de genes es específica para cada organismo y permite individualizarnos.
Estos genes provienen de la herencia de nuestros padres y por ello se utiliza los tests de ADN
para determinar el parentesco de alguna persona.
Además, se utiliza el ADN para identificar a sospechosos en crímenes (siempre y cuando se
cuente con una muestra que los relacione).
Actualmente se ha determinado la composición del genoma humano que permite identificar y
hacer terapias para las enfermedades que se trasmiten genéticamente como: enanismo,
albinismo, hemofilia, daltonismo, sordera, fibrosis quística, etc.
Agentes mutagénicos y las diferentes alteraciones que
pueden producir en el ADN
Las mutaciones pueden surgir de forma espontánea
(mutaciones naturales) o ser inducidas de manera
artificial (mutaciones inducidas) mediante radiaciones
y determinadas sustancias químicas a las que llamamos
agentes mutágenos. Estos agentes aumentan
significativamente la frecuencia normal de mutación. Así pues, distinguimos:
1) Radiaciones, que, según sus efectos, pueden ser:
a) No ionizantes, como los rayos ultravioleta (UV) que son muy absorbidas por el ADN y
favorecen la formación de enlaces covalentes entre pirimidinas contiguas (dímeros de timina,
por ejemplo) y la aparición de formas tautómeras que originan mutaciones génicas.
b) Ionizantes, como los rayos X y los rayos gamma, que son mucho más energéticos que los
UV; pueden originar formas tautoméricas, romper los anillos de las bases nitrogenadas o los
enlaces fosfodiéster con la correspondiente rotura del ADN y, por consiguiente, de los
cromosomas.
2) Sustancias químicas que reaccionan con el ADN y que pueden provocar las alteraciones
siguientes:
a) Modificación de bases nitrogenadas. Así, el HNO2 las desamina, la hidroxilamina les
adiciona grupos hidroxilo, el gas mostaza añade grupos metilo, etilo, ...
b) Sustitución de una base por otra análoga. Esto provoca emparejamientos entre bases
distintas de las complementarias.
c) Intercalación de moléculas. Se trata de moléculas parecidas a un par de bases enlazadas,
capaces de alojarse entre los pares de bases del ADN. Cuando se produce la duplicación
pueden surgir inserciones o deleciones de un par de bases con el correspondiente
desplazamiento en la pauta de lectura.
Ácido Ribonucleico (ARN): El “ayudante” del ADN
Ácido nucleico formado por nucleótidos en los que el azúcar es ribosa, y las bases
nitrogenadas son adenina, uracilo, citosina y guanina. Actúa como intermediario y
complemento de las instrucciones genéticas codificadas en el ADN.
La información genética está, de alguna manera, escrita en la molécula del ADN, por ello se
le conoce como “material genético”. Por esto, junto con el ácido ribonucleico (ARN) son
indispensables para los seres vivos.
El ARN hace de ayudante del ADN en la utilización de esta información. Por eso en una
célula eucariótica (que contiene membrana nuclear) al ADN se lo encuentra sólo en el
núcleo, ya sea formando a los genes, en cambio, al ARN se lo puede encontrar tanto en el
núcleo como en el citoplasma.
Transcripción o síntesis a ARN
Básicamente, la relación entre el ADN, el ARN y las proteínas se desarrolla como un flujo de
actividad celular. Dicho flujo, que hoy constituye el dogma central de la biología molecular,
podríamos graficarlo así:
ADN --------> ARN ----------------> PROTEINAS
replicación --> transcripción --> traducción
Descriptivamente, diremos que el ADN dirige su propia replicación y su transcripción o
síntesis a ARN (reacción anabólica), el cual a su vez dirige su traducción (reacción
anabólica) a proteínas.
De lo anterior se desprende que la transcripción (o trascripción) es el proceso a través del
cual se forma el ARN a partir de la información del ADN con la finalidad de sintetizar
proteínas (traducción).
Para mayor comprensión, el proceso de síntesis de ARN o transcripción, consiste en hacer
una copia complementaria de un trozo de ADN. El ARN se diferencia estructuralmente del
ADN en el azúcar, que es la ribosa y en una base, el uracilo, que reemplaza a la timina.
Además el ARN es una cadena sencilla.
El ADN, por tanto, sería la "copia maestra" de la información genética, que permanece en
"reserva" dentro del núcleo.
El ARN, en cambio, sería la "copia de trabajo" de la información genética. Este ARN que
lleva las instrucciones (traducción) para la síntesis de proteínas se denomina ARN
mensajero(ARNm).
La replicación y la transcripción difieren en un aspecto muy importante, durante la
replicación se copia el cromosoma de ADN completo, pero la transcripción es selectiva, se
puede regular.
El ARNm
ARN mensajero: molécula de ARN que representa una copia en negativo de las secuencias de
aminoácidos de un gen. Las secuencias no codificantes (intrones) han sido ya extraídas. El
ARNm es un completo reflejo de las bases del ADN, es muy heterogéneo con respecto al
tamaño, ya que las proteínas varían mucho en sus pesos moleculares. Es capaz de asociarse
con ribosomas para la síntesis de proteínas y poseen una alta velocidad de recambio.
El ARN mensajero es una cadena simple, muy similar a la del ADN, pero difiere en que el
azúcar que la constituye es ligeramente diferente (se llama Ribosa, mientras que la que
integra el ADN es Desoxi Ribosa). Una de las bases nitrogenadas difiere en el ARN y se
llama Uracilo, sustituyendo a la Timina.
Tipos de ARN
Los productos de la transcripción no son sólo ARNm. Existen varios tipos diferentes de ARN,
relacionados con la síntesis de proteínas. Así, existe ARN mensajero (ARNm), ARN
ribosómico (ARNr), ARN traductor (ARNt) y un ARN heterogéneo nuclear (ARN Hn).
Dentro del ADN hay genes que codifican para ARNt y ARNr.
ARNHn
ARN heterogéneo nuclear = ARNm primario: localizado en el núcleo y de tamaño variable.
Precursor del ARN mensajero, se transforma en él tras la eliminación de los intrones, las
secuencias que no codifican genes.
ARNm
Con pocas excepciones el ARNm posee una secuencia de cerca de 200 adeninas (cola de poli
A), unida a su extremo 3' que no es codificada por el ADN.
Codones y aminoácidos
La información para la síntesis de aminoácidos está codificada en forma de tripletes, cada
tres bases constituyen un codón que determina un aminoácido. Las reglas de
correspondencia entre codones y aminoácidos constituyen el código genético.
La síntesis de proteínas o traducción tiene lugar en los ribosomas del citoplasma. Los
aminoácidos son transportados por el ARN de transferencia, específico para cada uno de
ellos, y son llevados hasta el ARN mensajero, dónde se aparean el codón de éste y el
anticodón del ARN de transferencia, por complementariedad de bases, y de ésta forma se
sitúan en la posición que les corresponde.
Una vez finalizada la síntesis de una proteína, el ARN mensajero queda libre y puede ser
leído de nuevo. De hecho, es muy frecuente que antes de que finalice una proteína ya está
comenzando otra, con lo cual, una misma molécula de ARN mensajero, está siendo utilizada
por varios ribosomas simultáneamente.

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  • 1. UNIDAD 3 Bases químicas de la vida (1 semana) 8. CUATRO FAMILIAS DE MOLÉCULAS BIOLÓGICAS (CARBOHIDRATOS, LÍPIDOS, PROTEÍNAS Y ÁCIDOS NUCLÉICOS). Moléculas orgánicas: El Carbono. Carbohidratos: simples, monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Lípidos: grasas fosfolípidos, glucolípidos y esteroides. Proteínas: aminoácidos. Ácidos Nucléicos: Ácido desoxirribonucleico (ADN), Ácido Ribonucleico (ARN).
  • 2. BASES QUÍMICAS DE LA VIDA BIOGENESIS Estructura de la materia viva Toda la materia viva está compuesta de elementos primarios como son: el carbono (C), el hidrógeno (H), el oxígeno (O) y el nitrógeno (N); (CHONSP), que son importantes para formar las principales moléculas biológicas como son los glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Los bioelementos se clasifican en: primarios, secundarios y oligoelementos. BIOELEMENTOS PRIMARIOS Formados por los siguientes elementos: el carbono (C), el hidrógeno (H), el oxígeno (O) y el nitrógeno (N); CHON. Estos cuatro elementos constituyen el 95% de la materia viviente. Moléculas orgánicas: El Carbono. CARBONO: Se encuentra libre en la naturaleza en dos formas: diamante y grafito, además forma parte de los compuestos orgánicos e inorgánicos y es el principal energético para el ser humano. Se encuentra en un 20 % en nuestro organismo. HIDRÓGENO: Es un gas que se encuentra en la naturaleza en estado libre. No se localiza en los tejidos. Se combina especialmente con el cloro y forma el ácido clorhídrico y que al
  • 3. combinarse con carbono forma lípidos. Se encuentra en un 10% en cualquier parte del organismo del ser humano. OXÍGENO: Es un gas abundante en la naturaleza que se genera durante la fotosíntesis de las plantas y posteriormente es utilizado por los seres vicos para la respiración. Posee una alta electronegatividad por lo que tiene una avidez por quitar electrones a otros átomos para oxidarlos, formando los radicales libres. Se elemento hace posible la combustión. Se encuentra aproximadamente en un 65%. NITRÓGENO: Es también un gas que se halla libre n la naturaleza, sin embargo el ser humano no lo puede tomar directamente del ambiente, sino a través de compuestos inorgánicos como los nitritos y nitratos que poseen los vegetales y tejidos animales. El nitrógeno es básico para formar las proteínas estructurales de todo ser vivo, entre ellas las bases nitrogenadas y los aminoácidos. Forma el 3% de las sustancias fundamentales en la materia viva. AZUFRE: Aparece en dos aminoácidos, la cisteína y la metionina, que aparecen en casi todas las proteínas. También se encuentra en otras sustancias como las vitaminas del complejo B y en la Coenzima A. Forma parte d los sulfatos, sales necesarias para la vida. Se encuentra en forma nativa en regiones volcánicas en un 0.02%. FÓSFORO: Desempeña un papel esencial en la transferencia de energía como es el metabolismo y la fotosíntesis. Es parte integrante de los fosfatos, sales necesarias para los seres vivos. Están formando el 0.01%. BIOELEMENTOS SECUNDARIOS O BIOELEMENTOS BIOGENÉSICOS Los bioelementos secundarios se clasifican en dos grupos: los indispensables y los variables. Bioelementos secundarios indispensables. Están presentes en todos los seres vivos. Los más abundantes son el sodio, el potasio, el magnesio y el calcio. Los iones sodio, potasio y cloruro intervienen en el mantenimiento del grado de salinidad del medio interno y en el equilibrio de cargas a ambos lados de la membrana. Los iones sodio y potasio son fundamentales en la transmisión del impulso nervioso; el calcio en forma de carbonato da lugar a caparazones de moluscos y al esqueleto de muchos animales. El ion calcio actúa en muchas reacciones, como los mecanismos de la contracción muscular, la permeabilidad de
  • 4. las membranas, etc. El magnesio es un componente de la clorofila y de muchas enzimas. Interviene en la síntesis y la degradación del ATP, en la replicación del ADN y en su estabilización, etc. Calcio (Ca) Sodio (Na) Potasio (K) Magnesio (Mg) Hierro (Fe) Yodo (I) Calcio: Este oligoelemento lo encontramos en productos lácteos como la leche, quesos, yogurt, etc. Su aportación al organismo es balancear el sistema nervioso, constituir los huesos, los dientes y llevar un óptimo nivel de coagulación de la sangre. Cobalto: Lo podemos encontrar en algunos vegetales como el rábano, las cebollas, la coliflor y las setas; también lo encontramos en carnes y crustáceos. Sus propiedades previenen la osteoartritis y es un excelente anti-anémico. Hierro: Lo encontramos en el hígado, ostras, moluscos, carnes rojas, pollo, pescado y cerveza; los cereales y los frijoles son buenas fuentes vegetales. Su función es ser componente de la hemoglobina, alrededor de un 75% de la sangre. Magnesio: Se localiza en el chocolate, almendras, búlgaros, cacahuates, pan entero, carnes y soya. Su función es disminuir el deseo de los azúcares y el drenaje del agua, además actúa en la irritabilidad, cansancio, calambres, palpitaciones y ayuda a la piel. Potasio: Lo podemos encontrar en las frutas frescas y secas, legumbres y en los cereales. Su función es favorecer los intercambios celulares e intracelulares. Selenio: Este elemento se ubica en los cereales completos, la levadura de cerveza, ajo, cebolla, germen de trigo y carnes. La función que desempeña en el organismo es la de neutralizar los radicales libres (envejecimiento), retrasa los procesos de la miopía y preserva la tonicidad de la piel. Sodio: Lo encontramos principalmente en la sal y en otros alimentos como el queso y el pan. Su labor es la de hidratar correctamente el organismo y actuar en la excitabilidad de los músculos.
  • 5. Yodo: Las principales fuentes donde se localiza este oligoelemento es en los productos de mar como los mariscos. Este elemento es indispensable al ser constituyente de las hormonas tiroideas. Zinc: Lo encontramos en las carnes rojas, pescado, pollo, productos lácteos, frijoles, granos y nueces. Su función dentro del organismo es la de acelerar la cicatrización de las heridas, favorecer en el crecimiento del feto en mujeres embarazadas, participar en la formación del colágeno y de la elastina de la dermis, favorecer el tránsito intestinal y participar en el buen funcionamiento de la próstata y de los ovarios. Bioelementos secundarios variables. Están presentes en algunos seres vivos. (También llamados oligoelementos) Boro (B) Bromo (Br) Cobre (Cu) Flúor (F) Manganeso (Mn) Silicio (Si) Boro. Mantenimiento de la estructura de la pared celular en los vegetales. Cromo. Potencia la acción de la insulina y favorece la entrada de glucosa a las células. Su contenido en los órganos del cuerpo decrece con la edad. Los berros, las algas, las carnes magras, las hortalizas, las aceitunas y los cítricos (naranjas, limones, toronjas, etc.), el hígado y los riñones son excelentes proveedores de cromo. Cobre: Las fuentes donde podemos encontrar este metal son en los moluscos, vísceras, frijoles, cereales, frutos y carne de pollo. Forma parte de los tejidos corporales como el hígado, cerebro, riñones y corazón; y su función es prevenir infecciones de las vías respiratorias, reumatismos y aceleración de la síntesis de la queratina. Flúor: Lo encontramos en el agua y el té. Una de sus principales funciones es prevenir la caries dental.
  • 6. Manganeso: Este oligoelemento lo podemos localizar en cereales, almendras, legumbres, frutas secas, pescados y soya Es parte importante en la constitución de ciertas enzimas, su deficiencia produce pérdida de peso, dermatitis y náuseas; se cree que participa en funciones sexuales y reproductoras. En el organismo se encuentra principalmente en el hígado, huesos, páncreas e hipófisis. Silicio: Este mineral puede fortalecer los huesos e imprime rapidez en la consolidación de fracturas. Así como también Colabora en la buena función cutánea, de uñas y de cabellos. BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS E INORGÁNICAS Los elementos biogenéticos forman compuestos especiales llamados biomoléculas, las cuales pueden ser de dos tipo: biomoléculas orgánicas e inorgánicas. Las biomoléculas orgánicas o principios inmediatos son sustancias químicas basadas encadenas de carbono e hidrogeno. E n muchos casos contiene oxígeno y también nitrógeno, azufre, fosforo, boro y halógenos. Todos los vegetales y animales son orgánicos porque están compuestos por moléculas biológicas. Las biomoléculas orgánicas se dividen en las siguientes categorías: glúcidos o carbohidratos, lípidos o grasas, proteínas o prótidos, enzimas, ácidos nucleicos y vitaminas; cada una de estas categorías poseen propiedades y características propias, pero en conjunto proporcionan al ser vivo los materiales y la energía que constantemente necesita. Las biomoléculas inorgánicas son las que no están formadas por cadenas de carbono hidrogeno, estas son: el agua que es la biomolécula más abundante, los gases (oxígeno, dióxido- de carbono) y las sales inorgánicas: aniones como fosfato (HPO4), bicarbonato (HCO4) y cationes como el amonio (NH4+).
  • 7. Carbohidratos: simples, monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Los carbohidratos se clasifican según la cantidad de monosacáridos que los componen. Un monosacárido es el carbohidrato más sencillo porque está compuesto por moléculas de un mismo tipo, por ejemplo: glucosa (azúcar), galactosa (lácteos) y fructosa (frutas). Cuando 2 monosacáridos se juntan forman los Disacáridos que se conocen como maltosa y sacarosa. A partir de las uniones de 2 a 10 monosacáridos se llaman Oligosacáridos y desde 10 a más monosacáridos se llaman Polisacáridos. Estos se conocen como almidones y celulosa. Los carbohidratos son la principal fuente de energía del organismo, las estadísticas dicen que en un organismo normal el consumo de carbohidratos aporta un 60% de la energía diaria. Los principales carbohidratos son: Monosacáridos: Glucosa, Fructosa y Galactosa. Disacáridos: Sacarosa, o azúcar común es un disacárido formado una molécula de glucosa + una de fructosa; La miel también es un fluido que contiene gran cantidad de sacarosa parcialmente hidrolizada. La sacarosa se usa en los alimentos como endulzante. Polisacáridos: Almidón, es la reserva de energía de los vegetales, se encuentra en las patatas, batatas, arroz, cereales, maíz entre otras. La mayoría de los vegetales contienen almidón, para estar seguros se puede hacer un test en casa utilizando yodo como el que se compra en la farmacia para curar las heridas. Glucógeno, este polisacárido hace las veces de almidón pero en los animales. Se encuentra en la sangre en forma de glucosa y en los músculos en forma de glucógeno. También se encuentra como glucógeno en el hígado. Son muy importantes para el suministro de energía del organismo, en especial para los deportistas que utilizan mucho los músculos. Sus propiedades químicas indican que es soluble en agua. Todos los hidratos de carbono son indispensables para la energía del cuerpo. Los profesionales conocen la relación entre la cantidad de ejercicio físico que realiza cada persona y la cantidad y tipo de carbohidratos que debe consumir.
  • 8. Si los carbohidratos son simples o complejos se absorben más o menos rápido en el organismo. los monosacáridos y disacáridos son carbohidratos simples de absorción rápida. Los carbohidratos compuestos son los Oligosacáridos y los Polisacáridos como las pastas, panes o patatas que se absorben lentamente otorgando reservas de energía. LÍPIDOS: GRASAS FOSFOLÍPIDOS, GLUCOLÍPIDOS Y ESTEROIDES. La palabra lípidos proviene del griego= lipos grasa. Denominamos lípidos a un conjunto muy heterogéneo de biomoléculas cuya característica distintiva aunque no exclusiva ni general es la insolubilidad en agua, siendo por el contrario, solubles en disolventes orgánicos (benceno, cloroformo, éter, hexano, etc.). Están constituidas básicamente por tres elementos: carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O); en menor grado aparecen también en ellos nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). Constituyentes importantes de la alimentación (aceites, manteca, yema de huevo), representan una importante fuente de energía y de almacenamiento, funcionan como aislantes térmicos, componentes estructurales de membranas biológicas, son precursores de hormonas (sexuales, corticales), ácidos biliares, vitaminas etc. FUNCIONES: Función de reserva energética: Los lípidos son la principal fuente de energía de los animales ya que un gramo de grasa produce 9,4 kilocalorías en las reacciones metabólicas de oxidación, mientras que las proteínas y los glúcidos sólo producen 4,1 kilocalorías por gramo. Función estructural: Los lípidos forman las bicapas lipídicas de las membranas celulares. Además recubren y proporcionan consistencia a los órganos y protegen mecánicamente estructuras o son aislantes térmicos como el tejido adiposo. Función catalizadora, hormonal o de mensajeros químicos: Los lípidos facilitan determinadas reacciones químicas y los esteroides cumplen funciones hormonales.
  • 9. TRIGLICÉRIDOS: GRASAS O ACEITES Forman parte de nuestro cuerpo (90% de la grasa corporal) y también de los alimentos. Las grasas son sólidas a temperatura ambiente y en ellas predominan los ácidos grasos saturados, mientras que los aceites son líquidos a temperatura ambiente y en ellos predominan los ácidos grasos insaturados. En este grupo se encuentran el ácido graso omega-6 (linoleico) y los omega-3, abundantes en la grasa del pescado azul y llamados EPA y DHA. En los omega-3 también se incluye el ácido graso linolénico, ya que a partir de él nuestro organismo produce ácidos grasos EPA y DHA. El linoleico (omega-6) y el linolénico (omega-3) son ácidos grasos esenciales. Esto significa que nuestro organismo no los puede producir por sí sólo y que debe ingerirlos mediante los alimentos que componen la dieta. PROTEÍNAS: AMINOÁCIDOS. Las proteínas son las biomoléculas que más diversidad de funciones realizan en los seres vivos; prácticamente todos los procesos biológicos dependen de su presencia y/o actividad. Son proteínas casi todas las enzimas, catalizadores de reacciones metabólicas de las células; muchas hormonas, reguladores de actividades celulares; la hemoglobina y otras moléculas con funciones de transporte en la sangre; anticuerpos, encargados de acciones de defensa natural contra infecciones o agentes extraños; los receptores de las células, a los cuales se fijan moléculas capaces de desencadenar una respuesta determinada; la actina y la miosina, responsables finales del acortamiento del músculo durante la contracción; el colágeno, integrante de fibras altamente resistentes en tejidos de sostén.
  • 10. ÁCIDOS NUCLEICOS: ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN), ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN). En la naturaleza existen solo dos tipos de ácidos nucleicos: El ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico) y están presentes en todas las células. Su función biológica no quedó plenamente confirmada hasta que Avery y sus colaboradores demostraron en 1944 que el ADN era la molécula portadora de la información genética. Los ácidos nucleicos tienen al menos dos funciones: trasmitir las características hereditarias de una generación a la siguiente y dirigir la síntesis de proteínas específicas. Tanto la molécula de ARN como la molécula de ADN tienen una estructura de forma helicoidal. Químicamente, estos ácidos están formados, como dijimos, por unidades llamadas nucleótidos: cada nucleótido a su vez, está formado por tres tipos de compuestos:
  • 11. 1. Una pentosa o azúcar de cinco carbonos: se conocen dos tipos de pentosas que forman parte de los nucleótidos, la ribosa y la desoxirribosa, esta última se diferencia de la primera por que le falta un oxígeno y de allí su nombre. El ADN sólo tiene desoxirribosa y el ARN tiene sólo ribosa, y de la pentosa que llevan se ha derivado su nombre, ácido desoxirribonucleico y ácido ribonucleico, respectivamente. 2. Una base nitrogenada: que son compuestos anillados que contienen nitrógeno. Se pueden identificar cinco de ellas: adenina, guanina, citosina, uracilo y timina. 3. Un radical fosfato: es derivado del ácido fosfórico (H3PO4 - ). La secuencia de los nucleótidos determina el código de cada ácido nucleico particular. A su vez, este código indica a la célula cómo reproducir un duplicado de sí misma o las proteínas que necesita para su supervivencia.
  • 12. DIFERENCIAS ENTRE EL ADN Y EL ARN El ADN y el ARN se diferencian porque: - el peso molecular del ADN es generalmente mayor que el del ARN - el azúcar del ARN es ribosa, y el del ADN es desoxirribosa - el ARN contiene la base nitrogenada uracilo, mientras que el ADN presenta timina La configuración espacial del ADN es la de un doble helicoide, mientras que el ARN es un polinucleótido lineal, que ocasionalmente puede presentar apareamientos intracatenarios Ácido Desoxirribonucleico (ADN) El Ácido Desoxirribonucleico o ADN (en inglés DNA) contiene la información genética de todos los seres vivos. Cada especie viviente tiene su propio ADN y en los humanos es esta cadena la que determina las características individuales, desde el color de los ojos y el talento musical hasta la propensión a determinadas enfermedades. Es como el código de barra de todos los organismos vivos que existen en la tierra, que está formado por segmentos llamados genes. La combinación de genes es específica para cada organismo y permite individualizarnos. Estos genes provienen de la herencia de nuestros padres y por ello se utiliza los tests de ADN para determinar el parentesco de alguna persona. Además, se utiliza el ADN para identificar a sospechosos en crímenes (siempre y cuando se cuente con una muestra que los relacione).
  • 13. Actualmente se ha determinado la composición del genoma humano que permite identificar y hacer terapias para las enfermedades que se trasmiten genéticamente como: enanismo, albinismo, hemofilia, daltonismo, sordera, fibrosis quística, etc. Agentes mutagénicos y las diferentes alteraciones que pueden producir en el ADN Las mutaciones pueden surgir de forma espontánea (mutaciones naturales) o ser inducidas de manera artificial (mutaciones inducidas) mediante radiaciones y determinadas sustancias químicas a las que llamamos agentes mutágenos. Estos agentes aumentan significativamente la frecuencia normal de mutación. Así pues, distinguimos: 1) Radiaciones, que, según sus efectos, pueden ser: a) No ionizantes, como los rayos ultravioleta (UV) que son muy absorbidas por el ADN y favorecen la formación de enlaces covalentes entre pirimidinas contiguas (dímeros de timina, por ejemplo) y la aparición de formas tautómeras que originan mutaciones génicas. b) Ionizantes, como los rayos X y los rayos gamma, que son mucho más energéticos que los UV; pueden originar formas tautoméricas, romper los anillos de las bases nitrogenadas o los enlaces fosfodiéster con la correspondiente rotura del ADN y, por consiguiente, de los cromosomas. 2) Sustancias químicas que reaccionan con el ADN y que pueden provocar las alteraciones siguientes: a) Modificación de bases nitrogenadas. Así, el HNO2 las desamina, la hidroxilamina les adiciona grupos hidroxilo, el gas mostaza añade grupos metilo, etilo, ... b) Sustitución de una base por otra análoga. Esto provoca emparejamientos entre bases distintas de las complementarias. c) Intercalación de moléculas. Se trata de moléculas parecidas a un par de bases enlazadas, capaces de alojarse entre los pares de bases del ADN. Cuando se produce la duplicación pueden surgir inserciones o deleciones de un par de bases con el correspondiente desplazamiento en la pauta de lectura.
  • 14. Ácido Ribonucleico (ARN): El “ayudante” del ADN Ácido nucleico formado por nucleótidos en los que el azúcar es ribosa, y las bases nitrogenadas son adenina, uracilo, citosina y guanina. Actúa como intermediario y complemento de las instrucciones genéticas codificadas en el ADN. La información genética está, de alguna manera, escrita en la molécula del ADN, por ello se le conoce como “material genético”. Por esto, junto con el ácido ribonucleico (ARN) son indispensables para los seres vivos. El ARN hace de ayudante del ADN en la utilización de esta información. Por eso en una célula eucariótica (que contiene membrana nuclear) al ADN se lo encuentra sólo en el núcleo, ya sea formando a los genes, en cambio, al ARN se lo puede encontrar tanto en el núcleo como en el citoplasma. Transcripción o síntesis a ARN Básicamente, la relación entre el ADN, el ARN y las proteínas se desarrolla como un flujo de actividad celular. Dicho flujo, que hoy constituye el dogma central de la biología molecular, podríamos graficarlo así: ADN --------> ARN ----------------> PROTEINAS replicación --> transcripción --> traducción Descriptivamente, diremos que el ADN dirige su propia replicación y su transcripción o síntesis a ARN (reacción anabólica), el cual a su vez dirige su traducción (reacción anabólica) a proteínas. De lo anterior se desprende que la transcripción (o trascripción) es el proceso a través del cual se forma el ARN a partir de la información del ADN con la finalidad de sintetizar proteínas (traducción). Para mayor comprensión, el proceso de síntesis de ARN o transcripción, consiste en hacer una copia complementaria de un trozo de ADN. El ARN se diferencia estructuralmente del ADN en el azúcar, que es la ribosa y en una base, el uracilo, que reemplaza a la timina. Además el ARN es una cadena sencilla.
  • 15. El ADN, por tanto, sería la "copia maestra" de la información genética, que permanece en "reserva" dentro del núcleo. El ARN, en cambio, sería la "copia de trabajo" de la información genética. Este ARN que lleva las instrucciones (traducción) para la síntesis de proteínas se denomina ARN mensajero(ARNm). La replicación y la transcripción difieren en un aspecto muy importante, durante la replicación se copia el cromosoma de ADN completo, pero la transcripción es selectiva, se puede regular. El ARNm ARN mensajero: molécula de ARN que representa una copia en negativo de las secuencias de aminoácidos de un gen. Las secuencias no codificantes (intrones) han sido ya extraídas. El ARNm es un completo reflejo de las bases del ADN, es muy heterogéneo con respecto al tamaño, ya que las proteínas varían mucho en sus pesos moleculares. Es capaz de asociarse con ribosomas para la síntesis de proteínas y poseen una alta velocidad de recambio. El ARN mensajero es una cadena simple, muy similar a la del ADN, pero difiere en que el azúcar que la constituye es ligeramente diferente (se llama Ribosa, mientras que la que integra el ADN es Desoxi Ribosa). Una de las bases nitrogenadas difiere en el ARN y se llama Uracilo, sustituyendo a la Timina. Tipos de ARN Los productos de la transcripción no son sólo ARNm. Existen varios tipos diferentes de ARN, relacionados con la síntesis de proteínas. Así, existe ARN mensajero (ARNm), ARN ribosómico (ARNr), ARN traductor (ARNt) y un ARN heterogéneo nuclear (ARN Hn). Dentro del ADN hay genes que codifican para ARNt y ARNr. ARNHn ARN heterogéneo nuclear = ARNm primario: localizado en el núcleo y de tamaño variable. Precursor del ARN mensajero, se transforma en él tras la eliminación de los intrones, las secuencias que no codifican genes. ARNm
  • 16. Con pocas excepciones el ARNm posee una secuencia de cerca de 200 adeninas (cola de poli A), unida a su extremo 3' que no es codificada por el ADN. Codones y aminoácidos La información para la síntesis de aminoácidos está codificada en forma de tripletes, cada tres bases constituyen un codón que determina un aminoácido. Las reglas de correspondencia entre codones y aminoácidos constituyen el código genético. La síntesis de proteínas o traducción tiene lugar en los ribosomas del citoplasma. Los aminoácidos son transportados por el ARN de transferencia, específico para cada uno de ellos, y son llevados hasta el ARN mensajero, dónde se aparean el codón de éste y el anticodón del ARN de transferencia, por complementariedad de bases, y de ésta forma se sitúan en la posición que les corresponde. Una vez finalizada la síntesis de una proteína, el ARN mensajero queda libre y puede ser leído de nuevo. De hecho, es muy frecuente que antes de que finalice una proteína ya está comenzando otra, con lo cual, una misma molécula de ARN mensajero, está siendo utilizada por varios ribosomas simultáneamente.