Biología: la ciencia de la vida

Mg. Máximo Sabino Garro Ayala BIOLOGÍA GENERAL I Y II
BIOLOGÍ
A
GENERA
L
1

I Y II
Mg. MÁXIMO SABINO GARRO AYALA
CHIMBOTE – PERU
2008
2

© Copyright 2206 SISTEMA DE EDUCACIÓN ABIERTA -ULADECH
Elaborador por:
© Mg. Máximo Sabino Garro Ayala
Edición:
© Lic. Manuel Antonio Cardoza Sernaque
Universidad Los Ángeles de Chimbote
Leoncio Prado 453
Chimbote (Perú) www.uladech.edu.pe
PRESENTACIÓN
El propósito del presente texto de BIOLOGÍA GENERAL I Y II, es proporcionar
a los estudiantes y todo lector interesado, los nuevos conocimientos del mundo
viviente incluyendo al hombre y el ambiente en que vivimos.
En la selección de los temas, se ha tenido en cuenta un modelo alternativo operativo
en la enseñanza de BIOLOGÍA GENERAL I Y II basado en la integración
curricular con otras ciencias, teniendo en cuenta las últimas investigaciones en
Biología Molecular, Genética y Biotecnología.
Para estar en acorde con la investigación científica se han introducido nuevos
capítulos y términos biológicos que no se encuentran en otros textos de Biología,
además normas ambientales necesarios para difundir la Defensa de nuestro Medio
Ambiente de tanto daño ecológico que se le hace. El contenido abarca treinta y dos
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sesiones de aprendizaje, que se puede desarrollar en dos ciclos. Los esquemas son
inéditos.
Se sugiere complementar la lectura de los diferentes sesiones con textos que se
ocupan del tema de manera más amplia, que se encuentra en la Bibliografía, así
mismo, el estudiante tendrá que recurrir a toda información del día: periódicos,
revistas especializadas, TV, Páginas Web, etc.
Finalmente, el presente texto de BIOLOGÍA GENERAL I Y II es la continuación
y ampliación de los otros libros de biología, el primero se publicó en 1984, el
segundo en 1987, el tercero en 1991, el cuarto en 200 y el quinto 2004. En todas las
ediciones los textos de Biología ha tenido gran acogida, cuyas ediciones y
reimpresiones han marcado enorme demanda. Del mismo modo esperamos plasmar
los objetivos de los estudiantes y de todo lector que desea buscar la verdad científica
y actualizada del mundo viviente desde su nivel molecular hasta su nivel ambiental.
Chimbote, Enero 2008.
Mg. Máximo Sabino Garro Ayala
ÍNDICE GENERAL
Pág.
Sesión de Aprendizaje Nº 1: Biología General 5
Sesión de Aprendizaje Nº 2: Biología Molecular 14
Sesión de Aprendizaje Nº 3: Proteínas y Ambiente 27
Sesión de Aprendizaje Nº 4:Acidos Nucleicos 35
Sesión de Aprendizaje Nº 5: Enzimas 42
Sesión de Aprendizaje Nº 6: Bionergética 50
Sesión de Aprendizaje Nº 7: Vitaminas 54
Sesión de Aprendizaje Nº 8: Biología Celular 60
Sesión de Aprendizaje Nº 9: Fisiología Celular 84
Sesión de Aprendizaje Nº 10: Microbiología 99
Sesión de Aprendizaje Nº 11: Cinoabacterias 106
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Sesión de Aprendizaje Nº 12: Virus 109
Sesión de Aprendizaje Nº 13: Inmunología 113
Sesión de AprendizajeNº 14: Biología Tisular 120
Sesión de Aprendizaje Nº 15: Biología Taxómica 131
Sesión de Aprendizaje Nº 16: Reino Hongo 137
Sesión de Aprendizaje Nº 17: Reino Plantas 141
Sesión de Aprendizaje Nº 18: Reino Animal 143
Sesión de Aprendizaje Nº 19: Biología Humana 148
Sesión de Aprendizaje Nº 20: Cuerpo Humano 151
Sesión de Aprendizaje Nº 21: Aparato locumotor 154
Sesión de Aprendizaje Nº 22: Sistema Nervioso y Sensorial 157
Sesión de Aprendizaje Nº 23: Sistema Endocrino 161
Sesión de Aprendizaje Nº 24: Sistema Cardiovascular 163
Sesión de Aprendizaje Nº 25: Sistema Respiratorio 167
Sesión de Aprendizaje Nº 26: Sistema Reproductor y Embriogénesis 170
Sesión de Aprendizaje Nº 27: Genética 176
Sesión de Aprendizaje Nº 28: Principios Genéticos 183
Sesión de Aprtendizaje Nº 29: Biotecnología 195
Sesión de Aprendizaje Nº 30: Clonación y bioética 201
Sesión de Aprendizaje Nº 31: Ecología 211
Sesión de Aprendizaje Nº 32: Legilación Ambiental 238
Bibliografía 243
SESION DE APRENDIZAJE Nº1
BIOLOGÍA GENERAL
Biología:
La biología es la ciencia sobre la vida en general.
Ciencia que estudia la vida en general. Estudia la forma, tamaño, estructura. Fenómenos físico –
químicos que ocurren en las máquinas vivientes; su origen, desarrollo, evolución a través del tiempo
y sus relaciones ambientales.
El DICCIONARIO ENCICLOPÉDICO SALVAT. (1985: 524) define a la Biología como: “Ciencia
de la vida o más exactamente, ciencia que estudia los fenómenos vitales (génesis, nutrición,
desarrollo, reproducción, patogenia, etc.) y la estructura y la dinámica funcional comunes a todos
los seres vivos con el fin de establecer las leyes generales que rigen la vida orgánica y los principios
explicativos fundamentales de esta”.
Para CLAUDE A. VILLEE (1985: 2), “La Biología estudia las múltiples formas que pueden
adoptar los seres vivos así como su estructura, función, evolución, crecimiento y relaciones con el
medio”.
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DESARROLLO HISTÓRICO DE LA BIOLOGÍA:
La biología es una ciencia muy antigua, puesto que el hombre siempre ha deseado saber más acerca
de lo que tenemos y de todo ser vivo que nos rodea, por razones didácticas estamos dividiendo en
etapas:
Etapa Milenaria:
En la China antigua, entre el IV y III milenio a.C y a se cultivaba el gusano productor de la seda
China también ya tenían tratados de medicina naturista y de acumputura.
La antigua civilización Indu, curaba sus pacientes basados en el pensamiento racional, en la fuerza
de la mente.
La cultura milenaria Egipcia, desarrollaron la agricultura basado en la mejora de la semilla y de la
producción, además conocían la Anatomía humana y las técnica de embalsamamiento de cadáveres.
En el III Milenio a.C los egipcios ya tenían jardines botánicos y zoológicos para el deleite de sus
reyes y sus princesas.
Etapa Helénica:
Los pueblos de la Grecia antigua por su ubicación geográfica tenían mucha relación con el cercano
y medio oriente a demás con Egipto y la Costa Mediterránea de Europa. En el siglo IV a.C
Anaximandro estableció el origen común de los organismos, el agua. Alcneón de Crotona (S. VI
a.C) fundó la primera Escuela de Medicina siendo su figura más relevante Hipócrates (S. V a.C),
quien escribió varios tratados de Medicina y de Bioética que se hace mención con el “Juramento
Hipocrático.” Anaximandro estableció el origen común de los organismos, el agua. Alcneón de
Crotona (S. VI a.C) fundó la primera Escuela de Medicina siendo su figura más relevante
Hipócrates (S. V a.C), quien escribió varios tratados de Medicina y de Bioética que se hace
mención con el “Juramento Hipocrático.”
Anaximandro (610 – 546 a.C) Hipócrates ( 460 - ¿? a.C)
La investigación formal se inicia con Aristóteles (384-322 a.C.), quién estudió algunos sistemas
anatómicos y clasificó a las plantas y animales que abundaban en aquellos tiempos, quién escribió
su libro Historia de los Animales.
Se escribieron mucho, en Alejandría, ciudad Egipcia que floreció entre los años 300 y 30 a.C.,
encontraron los romanos abundantes escritos de partes y estructuras anatómicas realizadas con
disecciones de cadáveres, sin duda fue una investigación seria. Lamentablemente los romanos una
vez establecidos en Alejandría mediante “Decretos” prohibieron toda investigación directa
utilizando el cuerpo humano.
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Aristóteles (384 – 322 a.C) Galeno (131 – 200 d.C)
Los atenienses tenían en esos tiempos las mejores escuelas, uno de sus hijos Galeno (131 – 200
d.C.) fue el primer fisiólogo experimental, sus descripciones perduraron más de 1300 años, por su
puesto se le encontró muchos errores posteriormente.
Etapa Moderna:
Con la creación de las Universidades en España, Italia, Francia a partir del siglo XIV, los nuevos
estudiantes de medicina se vieron obligados a realizar disecciones de cadáveres, se fundaron los
anfiteatros en las Facultades de Medicina, de donde surgieron destacados anatomistas y fisiólogos:
Leonardo de Vinci (1452–1519), Vesalio (1514–1564)
Vesalio y sus dibujos
Servet (1511–1553), Fallopio (1523–1562) Fabricius (1537–1619), Harvey (1578–1657).Con el
invento del microscopio a principios del siglo XVII, se pudieron estudiar células y tejidos
de plantas y animales, así como también los microbios, destacan: Robert Hooke (1635 - 1703),
quien observó y grafico las cédulas (1665), Malpighi (1628 – 1694), Graaf (1641 – 1673),
Leeuwenhoek (1632 – 1723).
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Robert Hooke Marcelo Malpighi Anton Van Leeuwenhoek
Así mismo destacan Swammerdan (1637 – 1680) realizó observaciones microscópicas de
estructuras de animales, Grew (1641 – 1712) estudió las estructuras de las plantas. El naturalista
sueco Carlos Linneo (1707 - 1778)proporcionó las técnicas de clasificación de plantas y animales,
llamo el sistema binomial escrito en latín clasico. También tenemos al biólogo francés Georges
Cuvier (1769 - 1832), quien se dedicó a la Taxonomia y paleontología.
Kart Von Linne Georges Cuvier
Después de unos 150 años de que Hooke, publicará su libro Micrographia, Bichat (1771 – 1802)
llegó a la conclusión de que las células forman los tejidos y los tejidos a las estructuras
macroscópicas. Hizo una lista de 21 tipos de tejidos en animales y en el hombre. Así mismo Mirbel
en 1802 y Dutrochert en 1824 confirmaron que los tejidos vegetales tienen base en sus propias
células. El naturalista francés Juan Bautista Lamarck (1744 - 1829), en su obra Hidrogeología
(1802) y G.R Treviranus(1776 - 1837) en su obra Biologie Oder Philophie der leveden Natur (1802)
introdujeron independientemente la palabra Biología.
Juan Bautista Lamarck G.R Treviranus
El escocés botánico Robert Broun (1773 - 1858), identificó al núcleo celular en 1831y también el
movimiento browniano.
El zoologo alemán Theodor Schuwann (1810 - 1882), y el botanico aleman Mattias Schleiden (1804
- 1881) enunciaron la teoria celular.
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Robert Brouwn Theodor Schuwann Mattias Schleiden
El médico alemán Rudolf Virchow (1821 - 1902) publicó su libro Célular Patholog (1858), donde
propuso que toda celula viene de otra celula (ovnis cellula e cellula). Decubrió la enfermedad del
cáncer.
Rudolf Virchow Carlos Darwin
En 1859 el médico naturista inglés Carlos Darwin (1809 - 1882) publicó su libro el Origen de las
Especies, donde defendía la teoría de la evolución 1859 el médico naturista inglés Carlos Darwin
(1809 - 1882) publicó su libro el Origen de las Especies, donde defendía la teoría de la Evolución.
En el año 1865 el monje y naturalista austiaco Gregor Mendel (1882 - 1884) describió las leyes que
rigen la herencia biológica. En 1879 el citogenético alemán Walter Fleming (1843 - 1905) identificó
los comosomas y descubrió las fases de la mitosis celular.
Gregor Mendel Walter Fleming Dibujo de Walter
Etapa de la Biotecnología:
Actualmente a principios del siglo XXI, la Biología está desempeñando un papel fundamental en la
vida moderna.
Después del descubrimiento de la estructura del ADN por Watson y Crick en 1953 ha surgido la
Biología molecular, Biotecnología e Ingeniería Genética.
En el año 1985 se inició el Proyecto Genoma Humano con el objetivo de responder:
¿Cuáles son cada uno de los 40 mil genes de la especie humana?
¿A dónde se encuentra cada uno de los 40 mil genes?
¿Qué rol cumplen cada uno de los 40 mil genes?
En el año 2000 ya se había culminado con el borrador del Proyecto. Estos días (2007) ya todo está
culminado inclusive se está trabajando con el genoma de los animales.
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Los científicos han encontrado que el 99,99% de los genes son idénticos para todos los seres
humanos, la variación de una persona y otra es de solo 0,01%. Es por esa razón para que en la
prueba biológica del ADN, es positivo cuando la relación entre los dos individuos pasa del 99,99%.
El 98% de los genes del Chimpancé, por ejemplo son idénticos a los seres humanos, pero nadie
duda que un mono y una persona son diferentes. Así mismo el 30% de los genes de las ratas son
idénticos a los genes humanos.
No somos nada especial, compartimos numeroso material genético no sólo con el resto de los
mamíferos sino con organismos, con insectos, con lombrices de tierra, pero la mayor diferencia está
en el modo en que otros genes interactúan. Es lo que está trabajando el Proyecto Genoma Humano.
Recientemente la aplicación de la Biología en otras ciencias ha llegado a modificar las estructuras
de dichas ciencias, por ejemplo en el Perú con la aplicación de la prueba biológica (ADN) ley No.
27048, ha influido decisivamente en el Derecho Civil, y ya es tiempo que incluyan los legisladores
nuevas normas en el Código Civil acerca de:
La fecundación en laboratorio o In vitro.
La inseminación artificial humana homóloga y heteróloga
La fecundación e inseminación post morten.
El alquiler de vientre uterino.
El congelamiento de espermatozoides, óvulos y embriones.
La determinación de la maternidad y de la paternidad en los casos de fecundación asistida.
La clonación humana y si el clon es descendiente o copia.
Los abortos.
Los trasplantes de órganos y donación en vida.
También es necesario una revisión del Código Penal, en lo que concierne a los Delitos Ecológicos
ya que contamos con nuevos atentados contra la naturaleza y acelerando la pérdida del equilibrio
ecológico global. De igual manera fue promulgado el año 2005la ley Nº 28611: “Ley General del
Ambiente”que contiene la politica ambiental, gestion ambiental, aprovechamiento sostenido de los
recursos naturales, responsabilidad ambiental entre otros.
Actualmente los estudiantes de las diferentes carreras profesionales de nivel universitario tienen en
sus currículas el Curso de Biología, por múltiples razones, que se harán mención durante el
desarrollo del curso.
¿PORQUE SE ESTUDIA LA BIOLOGÍA?: Existen múltiples razones:
Para conocernos mejor a nosotros mismos.
Para conocer mejor las leyes biológicas y sus aplicaciones.
Para conocer mejor el ambiente en que vivimos.
Por sus múltiples aplicaciones del saber biológico en la medicina, jurisprudencia, salud pública,
agricultura, zootecnia, estudios sociales y antropológicos y legislación ambiental.
DIVISIÓN DE LA BIOLOGÍA: Comprende muchas ciencias que de una u otra manera estudian los
seres vivientes.
Biología General: Es una ciencia inductiva, que llega a establecer las características generales de
los seres vivientes y las leyes que las rigen. Comprende: Bioquímica, Biofísica, Bioestática,
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Biodinámica, Biogenia: Ontogenia y Filogenia, Genética, Biotaxía, Biogeografía, Biometría,
Ecología, Biotecnología.
Biología Especial: Es una ciencia altamente especializada, que estudia la sistemática y los niveles
de organización específica. Comprende:
Bacteriología, Microbiología, Micología, Parasitología, Botánica, Zoología, Paleontología,
Citología, Histología, Macalogía, Ictiología, Herpetología, Entomología, Ornitología, Mamología,
Antropología.
Biología Aplicada: Es la ciencia que estudia las relaciones de los seres vivientes con otras ciencias
como la Medicina, Agricultura, Zootecnia, Farmacología, Ingeniería (Ingeniería Genética),
Sociología, Sicología. Derecho (Biología Forense).¿ QUÉ ES LA VIDA?
El DICCIONARIO ENCICLOPÉDICO SALVAT (1985: 3686), define a la vida como: “Conjunto
de intercambios físicos, químicos y actitudes de un ser que tiene lugar como consecuencia del
metabolismo y de las relaciones de éste con el medio ambiente (hábitat, condiciones climatológicas
del hábitat), de individuos de la misma o distinta población, etc.”.
Mientras tanto El DICCIONARIO ENCICLOPÉDICO ILUSTRADO VISOR (1998: 1049), señala
así: “La vida es el estado de actividad de los seres humanos”.
La vida (del latin vita) se define como la estructura molecular capaz de establecer un soporte
material de transferencia energetica,homeostatica que tiene retroalimentacion sostenible que da
lugar a cada ciclo vital.
Así como estas definiciones podemos agregar, “La vida es la respuesta a los estímulos”.
La muerte (del latin mortus, necros), la muerte es lo contrario de la vida. Y el hecho contreto es
simple: es dificil de enfrentra la transformaion del movimineto en quietud permanente y presenciada
el cambio de actividad vital de un organismo cuya tempretarura se enfria progresivamente
(constantemente)y del que ya no podewmos obtener respuestas, sensaciones o impulsos fisiologicos
en resumen se a perdido la comunicación por completo.
¿Cómo se originó la vida?
El hombree siempre ha tratado de explicar como se originó la vida sobre el planeta, de tal manera
que aparecen diversas teorías acerca de este mecanismo y como se fueron poblando los diferentes
espacios de la Tierra. La ENCICLOPEDIA TEMÁTICA ESCOLAR VISOR (1999: 45) explica así:
“Durante millones de años no existieron las condiciones propicias para la vida en nuestro planeta.
En la atmósfera primitiva el oxígeno estaba libre, también existía agua en forma de vapor, dióxido y
monóxido de carbono, metano, nitrógeno, gas sulfuroso y amoniaco”.
Al enfriarse la corteza terrestre, el vapor de agua se condensó en forma de lluvia; las aguas
acumuladas cubrieron la superficie del globo y dieron origen a los océanos, inclusive se encuentra
indicado en la Biblia (Génesis 1: 9-10), que dice así: “Júntense las aguas que están debajo de los
cielos en un lugar (mares), y descúbrase lo seco (tierra)”.
En las aguas primitivas dieron lugar a los elementos y moléculas existentes, donde se produjeron las
primeras manifestaciones de vida. ¡La vida se originó en el agua!.
Con el tiempo, millones de años, ciertas formas vivas se propagaron a tierras emergidas, libres de
aguas permanentes, y allí se inició otro largo proceso de adaptación.
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La explicación en mención se refiere a la teoría QUIMIOSINTETICA de Oparín, existen otras
como la VITALISTA de Aristóteles y la COSMOGÓNICA del científico Arrhenius.
SER VIVO
¿Qué son los seres vivos?
“Los seres vivos son porciones limitadas de materia, que presentan una organización compleja. Son
sistemas abiertos, que realizan un constante intercambio de materia y energía con su entorno, con
metabolismo, reacciones químicas muy veloces que les permiten autoconservarse, capacidad de
reproducción y evolución, es decir capacidad de transformar a través del tiempo (COMPENDIO
ACADÉMICO DE BIOLOGÍA Y ANATOMÍA DE ADUNI, 2003: 12)”.
Mientras tanto la ENCICLOPEDIA ESCOLAR PLANETA (2002: 10), define a los seres vivos
como: “Los organismos que tienen capacidad de extraer y transformar la materia y la energía de su
entorno a partir de materias primas sencillas y emplearlas para construir y mantener en el tiempo y
en el espacio sus estructuras y poder desarrollar sus funciones”.
A estas dos definiciones agregamos: “Un ser vivo es una porción de materia viva con una
organización y función compleja”.
CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS
Composición Química: Los seres vivientes entre unos y otros tienen alrededor de 40 elementos
químicos de los 100 y tantos que tenemos en la naturaleza. Los más abundantes:
Oxígeno (O) Hierro (Fe)
Carbono (C) Calcio (Ca)
Hidrógeno (H) Magnesio (Mg)
Nitrógeno (N) Sodio (Na)
Fósforo (P) Cloro (Cl)
Azufre (S) Flúor (F)
Potasio (K) Yodo (I) .....
Metabolismo: Conjunto de reacciones que se llevan a cabo dentro de las células. Tiene dos fases:
anabolismo (síntesis de sustancias nuevas) y catabolismo (descomposición de sustancias complejas
en sustancias cada vez más simples).
Fases del Metabolismo
Irritabilidad: Es la respuesta a la acción de un estímulo, que es un agente externo que provoca una
reacción en los seres vivientes. Para Spencer (1820 – 1903), la vida es la respuesta a los estímulos.
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Dependencia energética: Los cuerpos vivos representan sistemas abiertos para la admisión de
energía. La energía es la capacidad que tienen las células y los organismos para realizar un trabajo.
La energía reside en las ergomoléculas (ATP)
Reproducción: Es un proceso biológico que permite mantener la continuidad de las células y de las
especies. La base de la reproducción reside en el ADN. La reproducción es una función biológica
íntimamente ligado con los factores hereditarios.
Crecimiento: Es el incremento constante del número de células o de individuos hasta alcanzar los
límites genéticos o ecológicos.
Desarrollo: Es el cambio regular dirigido e irreversible que se da en los seres vivientes que puede
ser individual o de especie.
Herencia: Consiste en la capacidad de los seres vivientes de transmitir sus factores hereditarios de
generación en generación. La herencia está condicionada por el ADN.
Mutabilidad: Es el cambio en la matriz hereditaria (ADN), para dar origen a otros factores
hereditarios. La mutación crea un material variado para la selección natural, que permite el
surgimiento de nuevas formas de vida y nuevas especies.
Discreción: Se refiere a un conjunto de partes aisladas unas de otras en su ámbito espacial
interrelacionadas unas con otras tanto estructuralmente y funcionalmente.
Organización: Es el incremento constante de complejidad estructural y funcional que tienen los
seres vivientes desde las biomoléculas hasta la biosfera. Se denominan niveles de organización de
los seres vivientes.
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Ritmicidad: Es la coordinación de las funciones orgánicas con relación al tiempo y a los cambios
ambientales. Diremos que todos los organismos tienen su reloj biológico. Los ritmos biológicos son
tan numerosos: ritmo cardiaco, horas del sueño y vigilia, horario laboral, de alimentación, de siesta,
el ciclo menstrual, las vacaciones, la primavera, etc.
Autorregulación: Es la capacidad de los seres vivientes de mantener constante su homeostasis e
intensidad de los procesos biológicos según las exigencias de vida y ambiente.
Adaptación: Es la capacidad de los seres vivientes de adquirir formas y funciones de vida que
permiten continuar viviendo en nuevas condiciones ambientales. Los organismos que no se adaptan
sucumben por la misma ley natural.
SESION DE APRENDIZAJE Nº 2
BIOLOGÍA MOLECULAR
La Biología Molecular es el estudio de la vida a un nivel molecular. Esta área se solapa con otros
campos de la Biología y la Química, particularmente Genética y Bioquímica. La biología molecular
concierne principalmente al entendimiento de las interacciones de los diferentes sistemas de la
célula, lo que incluye muchísimas relaciones, entre ellas las del ADN con el ARN, la síntesis de
proteínas, el metabolismo, y el cómo todas esas interacciones son reguladas para conseguir un
afinado funcionamiento de la célula.
Al estudiar el comportamiento biológico de las moléculas que componen las células vivas, la
Biología molecular roza otras ciencias que abordan temas similares: así, p. ej., juntamente con la
Genética se interesa por la estructura y funcionamiento de los genes y por la regulación (inducción
y represión) de la síntesis intracelular de enzimas (v.) y de otras proteínas. Con la Citología, se
ocupa de la estructura de los corpúsculos subcelulares (núcleo, nucléolo, mitocondrias, ribosomas,
lisosomas, cte.) y sus funciones dentro de la célula. Con la Bioquímica estudia la composición y
cinética de las enzimas, interesándose por los tipos de catálisis enzimática, activaciones,
inhibiciones competitivas o alostéricas, etc. También colabora con la Filogenética al estudiar la
composición detallada de determinadas moléculas en las distintas especies de seres vivos, aportando
valiosos datos para el conocimiento de la evolución.
Sin embargo, difiere de todas estas ciencias enumeradas tanto en los objetivos concretos como en
los métodos utilizados para lograrlos. Así como la Bioquímica investiga detalladamente los ciclos
metabólicos y la integración y desintegración de las moléculas que componen los seres vivos, la
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Biología molecular pretende fijarse con preferencia en el comportamiento biológico de las
macromoléculas (ADN, ARN, enzimas, hormonas, etc.) dentro de la célula y explicar las funciones
biológicas del ser vivo por estas propiedades a nivel molecular.
MATERIA VIVA
Concepto: Es una mezcla extraordinaria de diversas sustancias inorgánicas y orgánicas en
porcentaje indeterminado que forman el protoplasma celular.
El CEPRE DE LA UNMSM (2002: 15, Biología), define así: La materia viva está representado en
moléculas que pueden alcanzar un alto grado de complejidad presentando propiedades que no posee
la materia inerte.
La primera materia viva se formó hace cuatro mil millones de años, en forma de un coacervado, del
que se originaron las primeras bacterias hace unos tres mil millones de años y posteriormente todas
las células por agregación de más biomoléculas.
Principios Inmediatos:
Son los elementos constitutivos de la materia viva que se encuentran en los seres vivos combinados
en forma de molécula a veces muy grandes y complejos. Los principios inmediatos son inorgánicos,
el agua y las sales minerales; y “Los principios inmediatos orgánicos son los glúcidos, los lípidos,
las proteínas y los ácidos nucleicos. Éstas moléculas son características de la materia viva, puesto
que en la actualidad solo encontramos en los seres vivos o en las materias de origen orgánico como
la leche, la madera. Sin embargo muchas de ellas pueden obtenerse en el laboratorio y en los
procesos de síntesis industrial”. (ENCICLOPEDIA TEMÁTICA ILUSTRADA GRIJALBO, 2003:
45. Tomo 2: Biología).
Agua:
Sustancia inorgánica vital para la vida. Es el constituyente importante del protoplasma en quién se
encuentra en forma libre y combinada.
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DIBUJO: MOLECULA DE AGUA
Propiedades Biológicas:
Es una molécula bipolar, el cual le permite entrar activamente en múltiples reacciones dentro del
protoplasma y fuera de ella.
Sus moléculas provocan la disociación de una serie de sustancias solubles en agua, en cationes y
aniones. Como resultado, los iones entran rápidamente en reacciones químicas.
Es un gran disolvente para una enorme cantidad de sustancias inorgánicas y orgánicas. Lo cuál
permite la ósmosis: endósmosis y exósmosis de sustancias a través de la membrana citoplasmática.
Como resultado de la catálisis, entra en reacciones de hidrólisis:
H20 H+
+ OH
-
El agua posee una buena conductibilidad térmica y una gran capacidad calórica.
En estado líquido forma macromoléculas, lo cual es importante para la estabilidad coloidal dentro
del protoplasma.
Da flexibilidad y elasticidad al protoplasma.
Sin el agua la vida se extingue. Una persona no debe perder más del 20% de su agua corporal, que
podría ser fatal para alguna función orgánica.
Los organismos vivientes tienen como promedio 70% de agua al igual que el protoplasma. Lo cual
varía en ciertas especies o circunstancias.
La vida se originó en el agua.
Sales Minerales:
Son sustancias y iones que están presentes en cantidades pequeñas en los organismos asegurando
las actividades vitales.
En la materia viviente podemos encontrar los iones en forma de cationes (+) y aniones (-):
Un catión es un ion (sea átomo o molécula) con carga eléctrica positiva, esto es, con defecto de
electrones. Los cationes se describen con un estado de oxidación positivo.
Las sales típicamente están formadas por cationes y aniones (aunque el enlace nunca es puramente
iónico, siempre hay una contribución covalente).
Cationes importantes
Hidronio o protón hidratado : H+
Metales alcalinos y alcalinotérreos: Fe++, Cu++, Mo++, Ni++, Zn++, Cd++
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sodio: Na+
potasio: K+
magnesio: Mg++
calcio: Ca++
Metales de transición:
Amonio: NH4+
Un anión es un ion (sea átomo o molécula) con carga eléctrica negativa, esto es, con exceso de
electrones. Los aniones se describen con un estado de oxidación negativo.
Las sales típicamente están formadas por cationes y aniones (aunque el enlace nunca es puramente
iónico, siempre hay una contribución covalente).
Aniones importantes
Hidróxido: OH-
Halogenuros:
Fluoruro: F-
Cloruro: Cl-
Bromuro : Br-
Yoduro: I-
Formas básicas de oxoácidos:
Nitrito: NO2
-
Nitrato: NO3 PO4
Fosfato: PO4
---
Sulfato: SO4
--
Acetato: CH3 - COO-
El ADN es un anión
Muchas proteínas son aniónicas a pH fisiológico
Propiedades Biológicas
La concentración de los iones varía en los tejidos y células.
Mantiene el equilibrio osmótico y ácido base de los organismos.
Regula el intercambio de agua, el volumen del plasma y los líquidos extracelulares.
Constituyen las formaciones esqueléticas y dentarias (huesos y dientes).
CA3 (PO4)2, Mg3 (P04)2, CaCO3, CaF2
El Fósforo inorgánico (Pi) interviene en los procesos metabólicos de la respiración celular con la
ulterior formación del ATP por medio de la fosforilación oxidativa.
El Yodo influye en la función de la glándula tiroidea.
El Hierro permite la formación de la hemoglobina y mioglobina.
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El Cobre en la formación de la hemocianina de la sangre de los invertebrados.
El Flúor protege al esmalte dentario.
El Calcio, Potasio y Sodio son importantes en la irritabilidad, excitabilidad y conducción del
impulso nervioso.
Permite la formación del jugo gástrico: HCl.
La concentración de las sales en los organismos depende de su correspondiente “amortiguador”. Se
llama “amortiguador” (tampón) la capacidad de la célula de mantener a un nivel constante, la
reacción ligeramente alcalina de su contenido. El líquido extracelular y la sangre desempeñan el
papel de “amortiguador”.
Glúcidos o Carbohidratos:
Definición:
A los carbohidratos se les definía como compuestos de carbono, hidrógeno y oxigeno con la
formula general Cn (H2O)n. con el tiempo al tenerse un mayor número de datos la definición tuvo
que ser modificada y ampliada. Ahora puede definirse como derivados aldehído o cetona de los
alcoholes polihidroxilados (más de un grupo OH) o como compuestos que producen estos derivados
en la hidrólisis.
G
L
Ú
C
I
D
O
S
MONOSACÁRIDOS
Triosas C3H603 Gliceroaldehido
Terrosas C4H804 Eritrosa
Pentosa C5H1005
Ribosa, Xilosa
Arabinosa
C5H1004 Desoxirribosa
Hesoxas C6H1206
Glucosa, Fructosa,
Galactosa, Manosa
DISACÁRIDOS C12H22011
Sacarosa, Lactosa,
Maltosa, Celobiosa
POLISACÁRIDOS (C6H1005)n
Almidón, Glucó-geno,
Celulosa, Insulina.
HETEROSIDOS Quintina, Pectina
Propiedades:
18

Están ampliamente distribuidos en vegetales y animales donde desempeñan funciones estructurales
y funcionales.
Todos los azúcares poseen al mismo tiempo dos grupos o más –
OH (alcoholicos) y un grupo de –
CHO (aldehídos) en azúcares denominados aldosas o un grupo =CO (cetona, en los azúcares
llamados cetosas).
Tiene isomería, la misma formula estructural, pero que modifican la configuración espacial.
Clasificación:
Monosacáridos:
Son aquellos carbohidratos que no pueden ser hidrolizados en moléculas mas semillas.
NOMBRE FÓRMULA ALDOSA CETOSA
Triosas (C3 H6 H3) Glicerosa Dihidroxiacetona
Terrosa (C4 H8 O4) Eritrosa Eritrulosa
Pentosa (C5 H10 O5) Ribosa Ribulosa
Hexosa (C6 H12 O6) Glucosa Fructosa
Hexosas:
Son sólidos blancos, cristalinos, solubles en agua de sabor dulce.
Presentan esterioisomerias
Desvían el plano de la luz polarizada a la derecha (dextrógira) o a la izquierda (levógira).
Son sustancias de funciones mixtas:
Alcohol – aldehído (Aldosas)
Alcohol – cetona (Cetosas)
Son reductores fácilmente se oxidan.
Se hidrogenan con finalidad:
C6H12O6 2CH3-CH2OH + 2CO2
Glucosa:
C6H12O6 (sinonimia: dextrosa, hexanopentolal, α - D – Glucopiranosa, β - D – Glucopiranosa
azúcar de uva).
Esterioisómeros
19

Hexanopentolal α - D – Glucosa (Glucopiranosa)
(Cadena abierta)
Obtención:
Por hidrólisis de ciertos holósidos
C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6
Sacarosa glucosa levulosa
C12H22O11 + H2O 2C6H12O6 glucosa
Maltosa
Propiedades:
La glucosa se presenta en cristales blancos inodoros y de sabor dulce, algo menos intenso que el
azúcar de caña, es poco endulcorante.
Es muy soluble en agua.
Presenta muta-rrotación, sucede cuando se disuelven en agua los isómeros α β los cuales cambian
gradualmente con el tiempo, la capacidad de rotación óptica para alcanzar u equilibrio final de las
formas α y β - dextro-glucosa (1/3 α D-glucosa y 2/3 β-D-glucosa)
Reduce el licor de Fehlin caliente, precipitando oxido cuproso de color rojo.
Las soluciones de glucosa fermentan con la levadura de cerveza (Saccharomyces cerevisiae)
La glucosa es el carbohidrato más importante, la mayor cantidad del carbohidrato dietético pasa al
torrente sanguíneo en forma de glucosa o es convertida en el hígado a partir de ella, pueden
formarse los demás carbohidratos del cuerpo.
La glucosa en el organismo es convertida a otros carbohidratos que tienen funciones altamente
específicas por ejemplo: glucógeno.
Usos:
Como endulcorante en jarabes.
Constituye el “azúcar” del organismo. Es el azúcar que transporta la sangre y el que principalmente
usan los tejidos.
Fructosa o levulosa:
C6H12O6 (sinonimia: α - D – fructosa. Levulosa, hexanopentalona, α - D – fructopiranosa, α - D –
fructofuranosa, azúcar de miel.
Obtención:
20

Se obtiene de las frutas y sobretodo de la miel de abeja.
Por hidrólisis del azúcar de caña y de la inulina
Estereoisómeros:
CH2OH
CHOH
CHOH
CHOH
CO
CH2OH
α - D fructosa α - D fructofuranosa
Propiedades:
Es sólida, difícilmente cristalizable y muy soluble en agua; las disoluciones acuosas son
fuertemente levógiras de allí su nombre.
Usos:
El hígado y el intestino pueden convertirla en glucosa y en esta forma la usa el organismo.
Disacáridos
Son azúcares compuestos de dos residuos de monosacáridos unidos por un enlace glucosídico,
siendo los más importantes: sacarosa, maltosa, lactosa y trehalosa.
Sacarosa:
C12H22O11 (sinonimia azúcar de caño, azúcar de remolacha)
Formula:
Sacarosa, la mitad de la molécula de la izquierda es hemiacetalica piramósica y corresponde a la
glucosa mientras la mitad de la derecha es hemiacetálica furanosa y corresponde a la fructosa.
Propiedades:
La sacarosa se presenta en cristales blancos, dulces solubles en agua fría, se funde a 160°C
desprendiendo de un olor característico y una masa compacta llamada caramelo.
Las disoluciones se de sacarosa son fuertemente dextrogiras
21

Los ácidos diluidos, la levadura de cerveza y otros fermentos desdoblan en glucosa y levulosa.
C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6
Sacarosa glucosa levulosa
Usos:
Es el endulcorante universal.
Es fábricas de jarabes y bebidas refrescantes.
Propiedades:
Esta formado por al unión de un residuo de azúcar D-galactosa con otro de D-glucosa.
Por hidrólisis:
C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6
lactosa galactosa glucosa
Polisacáridos:
Los polisacáridos como su nombre lo indica están formados por varios o un gran numero de
monosacáridos y llegan a tomar de acuerdo con el numero de unidades que las forman, un peso
molecular elevado.
Propiedades:
Son insolubles en agua, insípidos, no son reductores.
Por hidrólisis (por acción de ácidos diluidos o diestásicas) van disminuyendo su numero de unidades
de monosacáridos hasta llegar principalmente a glucosa.
Se dividen en homopolisacáridos y heteropolisacáridos, según estén formados por un solo tipo de
monosacáridos (como el almidón) o por diferentes tipos (como la celulosa).
Almidón:
Propiedades
Sustancia blanca amorfa, insoluble en agua fría, alcohol eter. Con el agua caliente se hincha, forma
engrudo.
22

Glúcido polisacárido de formula (C6H10O5), formados por cadenas de amilasa (cadenas lineales de
maltosa) y por amilopectina (cadenas ramificadas de matosa). Estas últimas son más responsables
de la insolubilidad del almidón en agua.
Con el yodo colorea en azul intenso.
El almidón puede ser hidrolizado por acción de los ácidos, o enzimaticamente, por dos enzimas: la
α-amilasa y la β-amilasa, para la amilasa y 1-6 glucosidasa para la amilopectina, que finalmente se
degrada en maltosa y glucosa.
Usos:
En alimento diario como pan, tubérculos, cereales, granos.
En la fabricación de glucosa y alcohol.
Glucogeno:
Propiedades:
Es un polvo blanco y amorfo.
Es una estructura mucho mas ramificada que la amilopectina.
Con el yodo se tiñe de color negrovioláceo.
Se desdoble por acción de los ácidos diluidos y α y β amilasa en maltosa y glucosa.
Celulosa:
La celulosa, es el componente orgánico más importante y difundido de las fibras y tejidos vegetales.
Cumple una función estructural.
La mayoría de los glúcidos, son utilizados en la alimentación de los animales y del hombre. Se
consideran alimentos energéticos.
Quitina:
La quitina es el componente estructural más importante del esqueleto externo de los artrópodos y
hongos.
LIPIDOS
Los lípidos son un grupo de componentes emparentados, real o potencialmente, con los ácidos
grasos.
L
Í
P
S
I
M
P
L
E
S
GRASAS NEUTRAS
Tributirina
Tripalmitina
Triestearina
Trioleina
CERAS
De hojas de caucho
De abeja
FOSFOLÍPIDOS
Lecitina
23

I
D
O
S
C
O
M
P
U
E
S
T
O
S
Cefalina
GLUCOLÍPIDOS
Esfingomielina
Cerebrosidos
Gangliosidos
ESTEROIDES
Ácidos biliares
Corticoides
Estrógenos
Andrógenos
Colesterol
Vitaminas lisposo-
lubles: “A”, “D”, “E”,
“K”.
Propiedades:
Son blancos o amarillentos, untuosos al tacto, inodoro e insípido.
Son insolubles en agua y en alcohol frío, muy solubles en cambio en el éter, sulfuro de carbono,
benceno e hidrocarburos líquidos.
Manchan el papel dejándolo translúcido, y esta mancha no desaparece por el calor.
Su consistencia a la temperatura ordinaria puede ser liquido o sólido, si es líquida se llama aceite y
si es sólida grasa animal.
Fácilmente se funden pero si la temperatura es elevada se desaparecen y la glicerina separada se
deshidrata transformándose en aldehído de olor desagradable, es una rancia.
Algunos lípidos se comportan como anfipático, por tanto parte de la molécula es hidrófoba, o
insoluble en agua y en parte es hidrófila o soluble en agua.
En las interfaces aceite-agua se orientan con el grupo polar en la fase acuosa y el no polar en la fase
oleosa como ocurre en una lipoproteína plasmática típica.
Forman miscelas cuando se halla una concentración crítica de lípidos polares en un medio acuoso.
Forman emulsiones, son particulares muchos más grandes, usualmente formadas por lípidos no
polares en un medio acuoso.
Acidos grasos:
Los ácidos grasos son ácidos carboxílicos alifáticos obtenido principalmente de la hidrólisis de
grasas y aceites naturales.
Acido Formula Estado natural
Butírico
Valérico
Caproico
CH2- CH2- CH2-COOH
CH3-(CH2)3-COOH
CH3-(CH2)4-COOH
Existen en pequeñas cantidades en
ciertas grasas (especialmente en la
mantequilla).
24

Cáprílico
Caprico
Laúrico
Miristico
Palimítico
Esteárico
Araquídico
Oléico
Linoleico
CH3-(CH2)6-COOH
CH3-(CH2)8-COOH
CH3-(CH2)10-COOH
CH3-(CH2)12-COOH
CH3-(CH2)14-COOH
CH3-(CH2)16-COOH
CH3-(CH2)18-COOH
CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH
CH3-(CH2)4-CH=CH-(CH2)4-CH]=
CH-(CH2)4-COOH
Existen en pequeñas cantidades en
las grasas de origen vegetal.
Existe en aceite de almendra y coco.
Aceite de mirto y coco.
Comunes en todas las grasas
animales y vegetales.
Aceite de cacahuate (araquis)
Comunes en todas las grasas
animales y vegetales.
Aceite de linaza, maíz, semilla de
algodón, de soya y numerosos
aceites vegetales.
Ácidos grasos modificados: Prostaglandinas (PG)
Son compuestos que tienen actividad funcional parecida a las hormonas. Son sintetizados por el
organismo a partir del ácido araquidónico (ácido prostanoico)
Las prostaglandinas, así llamadas por haber sido descubiertas en el liquido seminal. Ahora se sabe
que las prostaglandinas se hallan, en pequeñas cantidades casi en todos los tejidos de los mamíferos
y de otros animales.
Triacilgliceroles (glicéridos)
Los Triacilgliceroles (Triglicéridos), llamadas grasas neutras son ésteres de alcohol glicerol y
ácidos grasos.
Los Triacilgliceroles constituyen un material de depósito en las plantas y animales; cuando tienen
consistencia sólida a temperatura del ambiente se llaman grasas y cuando están en forma liquida se
llaman aceites.
Fosfolípidos:
Los fosfolípidos o fosfálidos que contiene fósforo y que por hidrólisis proporciona ácidos grasos,
glicerol y un compuesto nitrogenado.
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Representación de la Molécula de Fosfolípido
Glucolipidos:
Se encuentran en el tejido nervioso especialmente en el cerebro.
Biomédica:
Galactosilceramida Se encuentra en el cerebro y otros tejidos
nerviosos.
Glucosilceramida Predomina en los tejidos extraneurales y en
pequeñas cantidades en el cerebro.
Esteroides:
Son compuestos que tienen un núcleo cíclico semejante al fenantreno al cual se une un anillo de
ciclopentano (ciclopentanoperhidrofinantreno)
Bajo esta denominación se agrupa a las hormonas sexuales, las corticosuprarrenales, los glucósidos
cardiotónicos, los ácidos biliares, los esteroles (colesterol, sitoesterol, vitamina D), los venenos de
batracios, las saponinas.
26

AMINOACIDOS Y PROTEINAS
AMINOÁCIDOS
Son compuestos orgánicos caracterizados por la presencia de la molécula, al mismo tiempo, del
grupo amino – NH2 (básico) y del grupo carboxilo – COOH (ácido).
Los aminoácidos son las unidades fundamentales de las proteínas.
Actualmente se conocen unos 300 aminoácidos de los cuales solamente 20, llamados alfa
aminoácidos forman la estructura molecular de las proteínas entre una y otra, haciendo que existan
millones de proteínas diferentes en la naturaleza viviente.
Formula general:
Los aminoácidos restantes a pesar de tener alguna función biológica, ya sea en estado libre o
combinado, nunca forman parte de las proteínas.
Propiedades:
Los aminoácidos son todos sólidos y moderadamente solubles en agua y solventes polares, en
cambio insolubles en solventes apolares (éter dietílico, benceno, etc).
Para reconocerlos se usa la ninhidrina, que reacciona con ellos dando una coloración azul – violeta.
La reactividad química se relaciona estrechamente a la de los grupos funcionales, de manera que
pueden dar, por ejemplo, ésteres y aminoalcoholes.
Buen número de aminoácidos son anfóticos, es decir reaccionan como bases y como ácidos.
Los aminoácidos que se obtienen de las proteínas presentan girorotación, es decir desvían la luz
polarizada hacia la derecha: dextrorotatorios (+), y hacia la izquierda: levorrotatorios (-).
Estructura y Clasificación de los aminoácidos:
En esta grupo se encuadran los aminoácidos cuya cadena lateral es alifática, es decir una cadena
hidrocarbonada.
27

Glicina, Gly, G
Alanina, Ala, A Valina, Val, V Leucina, Leu, L Isoleucina, Ile, I
Aminoácidos aromáticos
La prolina también tiene una cadena lateral de naturaleza alifática, pero difiere de los demás
aminoácidos en que su cadena lateral está unida tanto al carbono alfa como al nitrógeno del
grupo amino.
En está grupo se encuadran los aminoácidos cuya cadena lateral posee un anillo
aromático. La fenialalanina es una alanina que lleva unida un grupo fenílico. La tirosina es
como la fenilalanina con un hidroxila en su anillo aromático, lo que lo hace menos
hidrofóbico y mas reactivo. El triptófano tiene un grupo indol.
Prolina, Pro, P
Fenilalanina, Phe,
F Tirosina, Tyr, Y Triptófano, Trp, W
Aminocidos azufrado
Aminoácidos hidroxilados
Hay dos aminoácidos cuyas cadenas
laterales poseen átomos de azufre, son la
cisteína, que posee un grupo sulfhidrilo, y
la metionina, que posee un enlace tioéster.
Otros dos aminoácidos tienen cadenas alifáticas
hodroxiladas, la serina y la treonina. El grupo
hidroxilo hace de estos aminoácidos mucha más
hidrofílicos y reactivos.
Cisteina, Cys, C
Metionina, Met, M
Serina, Ser, S Treonina, Thr, T
Aminoácidos básicos
28

Dentro de los aminoácidos con cadenas laterales muy polares encontramos tres aminoácidos básicos:
lisina, arginina e histidina.
Lisina, Lys, K
Arginina, Arg, R
Histidina, His, H
Péptidos:
Los péptidos son dos o más residuos de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos con más de 10
residuos de aminoácidos se denominan Polipéptidos.
Los Polipéptidos se encuentran entre los aminoácidos y las proteínas tanto por el número de
aminoácidos, así como también en su paso de síntesis y catabolismo entre ellos tenemos a la
insulina.
La estructura primaria de los péptidos o polipéptidos es lineal y la secuencia de sus aminoácidos
previamente fueron diseñados por el ADN, de quien sus bases nitrogenadas de cada peldaño
equivale a un determinado aminoácido, que esta explicado en el código genético.
PROTEÍNAS
Las proteínas son compuestos orgánicos presentes en la célula.
Las proteínas son polipéptidos de peso molecular (PM) levado, por lo tanto la base de su estructura
molecular son los aminoácidos. Además si son proteínas simples solo contienen aminoácidos y si
Aminoácidos ácidos y sus amidas
En este grupo encontramos dos aminoácidos con cadenas laterales de naturaleza ácida y sus
amidas correspondientes. Estos son el ácido aspártico y el ácido glutámico (a estos aminoácidos
se les denomina normalmente aspartato y glutamato par resaltar que sus cadenas laterales están
cargadas negativamente a pH fisiológico). Los derivados sin carga de estos dos aminoácidos son
la asparragina y la glutamina que contienen un grupo amida terminal en lugar del carboxilo libre.
Ácido aspártico,
Asp, D Asparragina, Asn, N Ácido glutámico, Glu,
E
Glutamina, Gln, Q
29

son proteínas complejas contienen además otros materiales orgánicos o inorgánicos como el Fe, I,
S.
Así como en los polipéptidos la secuencia de los aminoácidos en la proteína esta determinada por
el ADN, del que se transcribe según el código genético.
Propiedades de las proteínas
Es abundante en los tejidos y humores casi el 16% en los organismos animales y en menor
proporción en los tejidos vegetales.
Tiene elevado peso molecular, más de 6000 u.m.a.
Las proteínas puras son, en general, sustancias sólidas incoloras, habiéndose conseguido en algunos
casos hacerlas cristalizar (albúminas, insulina, hemoglobina, globulinas vegetales), como la
hemoglobina de la sangre (roja) y la hemocianina de la sangre de los insectos (azulina)
Existen proteínas que son solubles en agua (las albúminas, la caseina) y otros completamente
insolubles en agua (colágeno de los huesos y cartílagos, la queratina de pelos y uñas).
Las proteínas sin generalmente inodoras e insípidas.
No son volátiles, el color descompone las proteínas secas. Se hinchan carbonizan y despiden olor a
cuerno o cabello quemado.
Las proteínas solubles dan, en realidad soluciones coloidales (hidrosolubles), cuyas miscelas no
pueden atravesar las membranas animales y el pergamino o el celofán de los dializadores. Por esto
no atraviesan las paredes de las células en las que están contenidas.
Se coagulan por el color, o en la intemperie, la clara de huevo, el humor vitrio del globo ocular, el
semen. También los ácidos coagulan, entre ellos el ácido nítrico, ácido tricloroacetico, ácido
metafosfórico, ácido sulfosalicílico, etc. Además algunas proteínas como la caseína de la leche se
“cortan” por acción de bacterias acidófilos.
Las proteínas se precipitan.
Las proteínas producen reacciones en el organismo una vez inoculadas.
Químicamente se comportan como sustancias anfóteras (se comportan como ácidos o como
básicos)
PROTEINA PESO MOLECULAR
Insulina 12000
Ovalbumina 34000
Pepsina 39000
Sueroalbúmina 69000
Hemoglobina 68000
Caseína 98000
Hemo cianina de langosta 414000
Virus de la fiebre amarilla 2500000
Hemocianina de Helix 6600000
Virus papiloma del conejo 47100000
30

Proteinas más importantes:
Insulina.
Esta formada por dos cadenas polipeptídicas ligadas covalentemente por enlaces de disulfuro.
Ambas cadenas son sintetizadas como una cadena polipeptídica única, la proinsulina regula el
metabolismo de la glucosa.
Modelo de la molécula de la Insulina
Miosina:
Forma parte de los filamentos gruesos de las miofibrillas
Fibroina:
Forma la seda de los capullos y telas de araña.
Albúminas:
Son proteínas en agua, coagulan por el calor y precipitan por el sulfato de amonio. Ejem:
Ovoalbúmina, de la clara de huevo de las aves, sueroalbúmina de la sangre y linfa de los
vertebrados y factoalbúmina de la leche.
Globulinas:
Estas proteínas son insolubles en agua, pero se disuelven cuando existen pequeñas cantidades de
sales, coagulan por le calor y precipitan por el sulfato de amonio ejem: fibrinógeno del suero
sanguíneo
Escleroproteínas:
Son proteínas que resisten a los agentes mecánicos físicos y químicos (además a enzimas), son
sustancias protectoras y de sostén, ejem: Colágeno de los huesos, cartílagos y ligamentos, queratina
de la epidermis, pelos, lanas, plumas, uñas, cuernos, pezuñas.
Mioglobina
Es una proteína del tejido muscular rojo. Consta de una sola unidad polipeptídica asociada a un
grupo hemo. Su peso molecular es alrededor de 18000. almacena oxígeno.
Hemoglobina (Hb)
Es una proteína de la sangre de los vertebrados, es decir en los
eritrocitos en forma soluble. Es una macromolécula, constituida de
cuatro gruposfirrólicos (porfirina) unidos a un átomo de Fe, y cuatro
unidades polipeptídicas formadas por dos pares de cadenas idénticas
(dos alfa, dos beta). La Hb. Tiene un peso molecular aproximado de
68000. trasporta el oxígeno en la sangre.
31

Hemocionina (Hc)
Proteina de la sangre de algunos invertebrados también se encarga de tranportar el oxigeno y el gas
carbonico
Clasificación de las proteínas:
SEGÚN SU ESTRUCTURA:
Estructura de las Proteínas
Se refiere a la disposición de los polipéptidos en el espacio:
Estructura Primaria: Sucesión de aminoácidos en la cadena polipeptídica, como las cuentas de
collar. Ejemplo: La hormona insulina.
Estructura Secundaria: Las cadenas polipeptídicas forman estructuras enrolladas o dobladas en
rizos que se conservan unidas mediante puentes de hidrógeno o de disulfuro. Ejemplo: en las
proteínas de las fibras musculares, ligamentos y tendones.
Estructura Terciaria: Es el plegamiento de los epirales polipeptídicos en forma de glóbulos sobre
si mismo de manera precisa, mediante fuerzas interatómicas débiles como enlaces de hidrógeno o
fuerzas de Van Der Waals. Ejemplo: las proteínas globulares.
Estructura Cuaternaria: Representa la unión funcional de varias (dos, tres o más) moléculas de
proteínas con la organización terciaria. Ejemplo: La hemoglobina, su molécula consta de cuatro
moléculas unidas entre sí.
El esquema representa la estructura terciaria y cuaternaria de la hemoglobina. Esta proteína está
compuesta por cuatro grupos hem, y cuatro globinas, que una con otra forma un dímero.
SEGÚN SU COMPOCISIÓN:
P
R
O
T
E
Í
N
A
S
SIMPLES O HOLOPROTEÍNAS
Albuminas
ovoalbumina, seroalbumina
Globulinas
ovoglobulina, seroglobulina
Prolaminas
gliadina (trigo), hordeina (cebada),
zeina (máiz).
Glutelinas
glutenina (trigo), oricenina (maíz).
Protaminas esperminas.
CONJUGADAS O
HETEROPRO-TEINAS
Cromoproteínas
hemoglobina, mioglobina,
hemocianina.
Fosfoproteínas caseína, vitelina
Glucoproteínas
mucina, mucoide, cuerpo vítreo.
Nucleoproteínas
del timo, de la levadura
Lipoproteínas
de membranas citoplasmática.
Proporciona los materiales necesarios para restituir el tejido gastado.
32

En la contracción : miosina, actina.
En las estructuras: colágeno, elastina, queratinas.
Transporte: hemoglobina, licitoproteínas, albúminas (de bilirrubina).
Coordinación química: hormonas (insulina, somatotropina).
Biocatalizador: enzimas proteínicas.
Regulación del gen: histonas (proteínas nucleares).
Es fundamental para la defensa: inmunoglobinas, interferon, fibrinas.
Ninguna forma de vida puede existir sin las proteínas.
LECTURA N° 1
PROYECTO PORTEOMA HUMANO (EL FUTURO)
Una vez secuenciado el genoma, comienza la tarea de desentrañar lo que hacen los genes, es decir,
para que sirven las proteínas que fabrican, por ejemplo. Hay fundadas esperanzas de que a partir de
ahora podamos saber cuales son los genes cuyo mal funcionamiento origina algunas enfermedades,
para poder reemplazarlos por otros corregidos. Es lo que se llama terapia génica. Pero para poder
combatir estas y otras patologías, se precisa saber cómo funcionan las proteínas que produce un gen
determinado. Comienza la era post genómica. La historia asistirá al relevo del genoma por el
PROTEOMA HUMANO.
¿QUÉ ES UN PROTEOMA?:
Es el conjunto de todas las proteínas que intervienen en los procesos biológicos de una especie la
que son elaborados según el Código Genético de cada individuo.
El Proyecto Proteoma Humano permitirá determinar composición, estructura y funciones de cada
uno de las proteínas, que serían la clave para mejorar numerosos tratamientos terapéuticos, ya que
muchas enfermedades temibles, son provocadas simples y sencillamente por una proteína.
Un gen es un almacén de información para elaborar una proteína. Cada proteína es una máquina
diminuta a la que está encomendada el cumplimiento de una función dentro de la célula, desde
obtener energía quemado glucosa hasta dirigir la batalla contra una infección.
Hay que llegar a descifrar la estructura de la proteína para entender su misión dentro de la célula.
Todavía resulta bastante lento y tedioso, dada la complejidad de las mismas, su número y las
posibles combinaciones.
A partir de ahora, las palabras Proteoma, bioinformación, biochips serán de uso corriente y
aparecerán en los diarios y revistas con asiduidad. Estamos ya en el futuro.
La siguiente etapa constituye en su mayor parte el estudio de los ARN mensajeros (ARNm) y las
proteínas Comparativamente» si el ADN es el anteproyecto que la célula utiliza para construir las
proteínas, el ARNm sería el plano parcial que el contratista lleva a la obra cada día. El ADN
permanece en el núcleo de la célula; los ARNm transcritos desde los genes activos lo abandonan
para ocuparse de la fabricación proteica. Muchos de los ADN no se activan, es decir, no se copian
en ARNm. Los hay que se activan y desactivan en determinados momentos o procesos. Una célula
beta del páncreas suele estar repleta de instrucciones de ARNm, necesarias para fabricar insulina;
33

cosa que no sucede en una célula del cerebro, por ejemplo. Se pensaba que un gen correspondía con
un ARNm y una proteína.
Hoy se sabe que esto es bastante más complicado. Los genes pueden leerse por partes, se cortan, se
empalman, etc. los investigadores han de prestar atención, también, al transcriptoma (el conjunto de
ARNm que una célula produce en un momento dado)
34

ACIDOS NUCLEICOS
Ácidos Nucleicos
Son sustancias ácidas complejas que constituyen los grupos prostéticos de las nucleoproteínas.
La historia de los ácidos nucleicos se remonta al siglo IV antes de nuestra era. Aristóteles planteó
una hipótesis que se aceptó por más de dos mil años: los factores biológicos se heredaban a través
de la sangre. Esta teoría influyó mucho en la mentalidad, inclusive de los juristas, aún hablamos de
líneas de sangre y de parientes consanguíneos.
En el siglo XVII se descubrieron los óvulos y los espermatozoides, aunque no se llegó a entender
bien cuáles eran sus funciones. Recién en el siglo XVIII se revelaron que el espermatozoide se une
al óvulo para formar un embrión, sin explicar la naturaleza de la herencia.
El esclarecimiento no se produjo sino hasta 1866, cuando un monje austriaco, Gregor Mendel,
publicó la primera teoría correcta de la herencia.
En el año 1869, F. Meischer fue el primero en aislar del núcleo celular una sustancia ácida, al que
llamó nucleína. En el año 1889 R. Altman introdujo el término de ácido nucleico, siendo analizado
por A. Kossel, que dio como resultado:
Ácido fosfórico
Cuatro bases nitrogenadas
Dos glúcidos
En el año 1900 A. Levine reconoció dichos glúcidos: a los que denominó desoxirribosa y ribosa,
sobre la base de dichos glúcidos nombró ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico
(ARN) a los dos ácidos nucleicos.
En el año 1910 T. Morgan descubrió que los genes se hallan en los cromosomas, estructuras
celulares formadas principalmente por proteínas y ADN. Por años se suponían que las proteínas
cromosómicas transmitían la información genética. Más tarde, en 1944 O.T. Avery y sus
colaboradores demostraron que el ADN contenía la información genética de las células, descartando
que los genes estuvieran formados por proteínas.
En el año 1950 J. L. Pauling, sugirió que la estructura de la molécula de ADN podría ser un espiral.
En el año 1953, J.L. Watson y F. Crick crearon el modelo de la estructura macromolecular del
ADN.
Ácido desoxirribonucleico (ADN):
Es una molécula compleja de dos extensas cadenas polinucleotídicas enrrolladas mutuamente una
alrededor de la otra.
Dentro de cada célula hay un núcleo, centro de mando de la célula. Este contiene cromosomas,
formados por moléculas de ADN estrechamente enroscados y por proteínas.
También las mitocondrias y los cloroplastos contienen ADN, que se denominan ADN mitocondrial,
ADN plastidal. Así mismo algunos virus tienen ADN y se llaman ADN virales.
35

Clases de ADN:
ADN desnudo,
ADN desprovisto de cubierta proteica o lipidica.
ADN recombinante,
Molienda de ADN formado por recombinación de fragmentos de ADN de orígenes diferentes. La (o
las) proteína que codifica es una proteína recombinante.
ADN mitocondrial
El ADN mitocondrial es el material genético de las mitocondrias, los orgánulos que generan
energía para la célula, se reproducen por sí mismos semi-autonómicamente cuando la célula
eucariota que ellos ocupan se divide.
ADN polimerasa
La ADN polimerasa es una enzima que cataliza la síntesis de ADN a partir de
desoxirribonucleótidos y de una molécula de ADN plantilla o molde que es la que será
"copiada".
Tras la acción de la ADN polimerasa I y una vez que se han eliminado y añadido alrededor
de unas 10 bases, interviene la enzima ADN ligasa, que une los extremos libres del
fragmento recién formado con el resto de la cadena, recuperando así el ADN su estructura
normal.
ADN fósil
El estudio del ADN fósil, se usa en paleogenética, utiliza la reacción en cadena de la polimerasa
PCR, permitiendo estudiar registros moleculares de ADN que sean lo suficientemente antiguos,
pudiendo realizar secuenciaciones y estudiar su composición. Los restos de ADN del fósil más
antiguo que se conoce (que han podido ser recuperados y leídos) pertenecen a los neandertales no
sobrepasando los 50.000 años.
Uno de sus usos ha sido los análisis comparativos de ADN que concluyen que en nuestro genoma
no hay herencia neandertal.
El ADN de la momia Juanita que se halló en el nevado de Ampato (Arequipa), indica que la mayor
caracteristica genetico hereditaria de ella es parecido al habitante coreano actual y no tanto al
habitante peruano actual, quiere decir que mantenía su linaje hereditario proveniente de lso hombres
que habían llegado de Asia en la época Pre-Colombina.
ADN complementario
El ADN complementario o ADNc es un ADN de cadena sencilla. Se sintetiza a partir de una hebra
simple de ARNm maduro. Se suele utilizar para la clonación de genes propios de células eucariotas
en células procariotas, debido a que, dada la naturaleza de su síntesis, carece de intrones
ADN superenrollado
El ADN superenrollado es una molécula de ADN bicatenario que está retorcida o girada sobre sí
misma, de tal modo que el eje de la doble hélice propia del ADN no sigue una curva plana sino que
forma otra hélice, una superhélice.
El concepto de ADN superenrollado aparece como resultado del análisis topológico de la molécula
de ADN. Una molécula con la misma secuencia puede estar en estado relajado o en diferentes
estados de enrollamiento. Estas moléculas se conocen como topoisómeros, ya que son idénticas
excepto en lo relativo a su topología.
Las moléculas pueden sufrir superenrollamiento tanto positivo como negativo, dependiendo del
sentido de la torsión. Para que el superenrollamiento se mantenga, la molécula debe estar
topológicamente restringida; así ocurre con un ADN bicatenario circular cerrado covalentemente.
36

Un ADN bicatenario lineal puede estar restringido cuando está unido a proteínas o debido a la
elevada longitud de su cadena.
Receptores en la Transcripción de Genes
Los receptores celulares, son componentes de la célula que son capaces de identificar substancias,
sean neurotransmisores u hormonas. Hay receptores extracelulares que se encuentran en la
superficie celular ya que su ligando no es capaz de traspasar la bicapa lipídica y otros denominados
receptores intracelulares ya que se encuentra en el citosol y sus ligandos son capaces de traspasar
la bicapa lipídica. Tanto los receptores extracelulares como intracelulares desencadenan una
cascada de reacciones que participan en la transcripción génica.
Composición Química del ADN
A
D
N
Ácido fosfórico
Desoxirribosa
Bases Nitrogenadas Púricas Adenina
Guanina
Pirimídicas Citosina
Timina
Propiedades Biológicas del ADN
Duplicación, es un mecanismo que permite producir dos moléculas de ADN de una existente.
La duplicación del ADN se lleva a cabo en tres etapas:
El ADN en toda su extensión se encuentra con sus dos “hebras” enroscadas una en torno de la otra,
semejante a una escalera de caracol o una escalera de travesaños retorcidas. Ambas hebras se
conectan por sus bases nitrogenadas. Cuando las condiciones están dadas se van separando las dos
hebras.
Luego, de acuerdo con estrictas reglas de formación de pares de bases, las bases libres (disponibles)
del protoplasma se unen con sus correspondientes bases de las dos hebras originales.
Por último, se elaboran dos duplicados del código. De este modo cuando la célula se divide, cada
una de las células nuevas tendrá el mismo código de ADN.
37

El ADN,
lleva y
transmite
la
información hereditaria de una generación a la siguiente y así sucesivamente muchas generaciones,
de acuerdo al plan maestro de las unidades familiares, razas, especies, géneros, familias, órdenes,
clases, subreinos y reinos.
Forma la estructura de los cromosomas y de los genes (proporciones de ADN).
Programa la forma y las funciones generales y específicas de las células principalmente a través de
la sintesis proteica. El ADN ejerce este control de la siguiente manera:
Permite resolver problemas penales y civiles con la aplicación de la prueba del ADN, Ley No. 27048.
En Ingeniería genética y biotecnología.
En el Proyecto Genoma Humano.
Toda la molécula de ADN se denomina Genoma, pero de este genoma apenas el 2% son genes, el
resto es simplemente materia química.
Los científicos ya lo tienen el Mapa del Genoma (se dio conocer en Junio del 2000 en Londres)
debidamente secuenciados los 40 mil genes con un total de tres mil millones de combinaciones
moleculares, lo que significa igual número de información hereditarias específicas.
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El Mapa del Genoma Humano es un hito histórico que presenta grandes posibilidades y grandes
peligros. Con su aplicación se cambiará la historia de la medicina y permitirá desarrollar
tratamientos para enfermedades hasta ahora incurables, como la diabetes, el cáncer, el parkinson,
mal de Alzheimer, sordera, enfermedad de Huntington, fibrosis quística, anemia de célula
falciforme, hemofilia, daltonismo, gota, etc.
Mediante el Proyecto Genoma Humano se pretende reprogramar muchas funciones celulares a
favor de una vida sana y saludable para el ser humano, a lo que los alquimistas lo llamaron en el
siglo XVI elixer de la vida.
Descodificación
Redacción Central de EFE, 26 junio 2000.- El desciframiento del “libro de la vida”, formado por
más de 3.000 millones de pares de letras químicas, abrirá las puertas de una revolución médica y
permitirá a la Humanidad dirigir su propia evolución y la de otras especies.
La utilización oficial del Mapa del Genoma Humano marcará, en opinión, de muchos científicos y
especialistas, el comienzo de una nueva era en la historia de nuestra especie.
Para la ciencia médica, el ADN cromosómico encierra las claves para entender y combatir una gran
parte de las enfermedades, entre ellas el cáncer, la diabetes, la obesidad, el envejecimiento, los
trastornos del sistema inmunológico y las degeneraciones nerviosas y cerebrales como el mal de
Parkinson de Alzheimer.
Los más de 3.000 millones de pares de “letras químicas” se juntan a su vez para formar palabras, se
calcula que entre 35.000 y 40.000, que son en realidad los genes, responsables de codificar la
estructura de los verdaderos engranajes de la vida orgánica: las proteínas.
Con el conocimiento que la ciencia acaba de proporcionar al hombre, será posible a partir de ahora,
y en un período de tiempo de pocos años o décadas, desarrollar medicamentos que modifiquen las
funciones incorrectas de las proteínas, la verdadera causa de las enfermedades.
En el ADN –código de la vida– están contenidas las características físicas, psíquicas, intelectuales,
culturales y sensitivas así como las instrucciones para
que el organismo se desarrolle, crezca, viva y muera como también todas las instrucciones
necesarias para su posible replicación –crear un ser humano– y su manipulación; abriendo las
puertas de la revolución Biotecnológica, Médica y la Ingeniería Genética, y a todos las aplicaciones
que deriven del uso de la información genética.
Se considera ya posible que en un plazo de veinte años cada persona pueda tener su “mapa genético
individualizado”, de tal manera que sabrá sus puntos débiles constitucionales y su propensión a
padecer ciertas enfermedades.
El siguiente paso lógico será el diseño de fármacos específicos para cada persona, y luego, hacia el
año 2030, los genetistas creen que podrán manipularse los genes responsables del envejecimiento,
hasta lograr aumentar la esperanza media de vida hasta cien años o más.
Semejantes avances modelarán un tipo de sociedad notablemente diferente de la que ahora
conocemos, y ello es ya motivo de preocupación para políticos, sociológicos y juristas, que tratan de
intuir hasta dónde llegarán los cambios y cómo establecer límites éticos.
Las cada vez más frecuentes y exitosas clonaciones han suscitado las primeras voces de alerta, pero
fue hace ya diez años, cuando proliferaron los ensayos genéticos prácticos, que el mundo supo con
asombro que es posible intercambiar genes entre especies diferentes.
Fue de esa manera como se obtuvieron resultados tan chocantes como llantas que brillan en la
oscuridad con la fosforescencia “prestada” por las luciérnagas, o el crecimiento de una oreja
humana en el lomo de un ratón.
Acido Ribonucleico (ARN): Es un polímero de ribonucleótidos de una sóla hebra.
El ARN normalmente es una sola hebra, pero es capaz de replegarse sobre sí mismo formando asas
ahorquilladas con porciones de hebras en la molécula individual. En los virus el ARN tiene dos
hebras.
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El ARN se localiza en los cromosomas, en el jugo nuclear, citoplasma, ribosomas y en la mayoría
de los virus.
Composición Química del ARN
Clases de ARN:
En todas las células existen tres clases de moléculas de ARN:
1 ARN mensajero (ARNm),
2 ARN de transferancia (ARNt),
3 ARN ribosómico (ARNr)
Cada clase difiere de las otras en su tamaño, función y
estabilidad general.
ARNm. Se sintetiza en el núcleo celular durante el proceso llamado transcripción, en el cual uno de
los polinucleótidos del ADN actúa como patrón dando lugar un solo ARNm. El ARNm recién
formado se separa del ADN y abandona el núcleo, llevando las instrucciones codificadas del ADN
en el cual se establecen las características de la estructura de cada proteína de la célula.
ARNt: Son moléculas pequeñas que permanecen disueltos en el citoplasma, se componen de 80 a
100 nucleótidos.
El ARN de transferencia tiene dos extremos importantes: Uno reconoce el código del ARN
mensajero y el otro porta los aminoácidos correctos.
El ARN de transferencia cumple las siguientes funciones:
Captura un aminoácido que se une por unos momentos al primer codón.
Captura un segundo aminoácido, que se une al segundo codón.
Ambos aminoácidos están tan cerca el uno del otro que entre ellos se forma un enlace peptídico.
Este mecanismo se repite en cada codón, hasta llegar a un codón terminal, es decir ya es un
polipéptido.
ARNr: Son moléculas que junto con las proteínas ribosómicas forman los ribosomas y polisomas;
se encuentra flotando en el citoplasma, adherido al retículo endoplasmático e inclusive en el interior
de las mitocondrias y cloroplastos.
Durante la síntesis de la proteína el ribosoma se mueve a lo largo del ARMm, al progresar el
ribosoma a lo largo del ARNm, se forma una cadena de aminoácidos, lo que vendría a ser un
polipéptido o una proteína requerida por el ADN, luego el ribosoma libera la cadena.
A
R
N
Ácido fosfórico
Ribosa
Bases Nitrogenadas
Púricas Adenina
Guanina
Pirimídicas Citosina
Uracilo
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Si la proteína recién formada es celular, se que queda en la misma célula, y sí es proteína de
exportación llegará hasta los tejidos y órganos que lo requieren mediante los fluidos extracelulares y
corporales
Propiedades Biológicas del ARN
1 En la síntesis de polipétidos y proteínas.
2 En la síntesis de ADN por medio de enzimas retrotranscriptasa. Sólo es posible en los virus
que tienen de genoma ARN.
DIFERENCIAS ENTRE ADN Y ARN
ACIDOS ESTRUCTURALES COMPOCISION FUNCIÓN
ADN Dos cadenas: doble
hélice
Pentosa: Desoxirribosa
Base pirimidicas:
Timina
Almacena
Conserva
Transmite la
información genetica
ARN Monocatenaria
Lineal (ARN m)
Cruciforme (ARN t y
ARN r)
Pentosa: Ribosa
Base pirimidica:
Uracilo
Articula la infoermación
genetica del ADN en la
síntesis de polipectidos
y proteínas
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ENZIMAS
Concepto:
Las enzimas son catalizadores proteínicos altamente específicos de las reacciones, todas las
reacciones bioquímicos son catalizados por enzimas.
Propiedades:
Las enzimas hacen posible la vida en la tierra.
Catalizan reacciones específicas.
Las enzimas reconocen a los sustratos específicos y actúan sobre ellos y no sobre otros tipos de
sustancias.
Su extraordinaria capacidad catalizadora hace posible que en el organismo tengan lugar reacciones
químicas que de no ser así requerirían elevadas temperaturas o condiciones particulares de PH y
presión incompatibles con la vida.
Las enzimas analógicamente a los catalizadores comunes influencian la velocidad de una reacción
en ambos sentido sin alterar el equilibrio. La dirección en que se verifica una reacción está siempre
determinada por la ley de acción de masas y por la energía libre. Por tanto que, en un enzima es
capaz de acelerar la descomposición de una determinada sustancia, así mismo es capaz de acelerar
la síntesis de la misma.
Naturaleza química y mecanismo de acción
La mayor parte de las enzimas están constituidos por proteínas puros o por metaloproteínas.
Algunas enzimas, además de contener una parte proteica (aproenzima), constan de un grupo no
proteico (coenzima) que deriva corrientemente de un factor vitamínico. Al conjunto de ambas partes
se denomina holoenzima.
Se ha constatado que invitro el coenzima podría por si solo efectuar, en algunos casos, la reacción
catalizada por el holoenzima, pero la velocidad de la reacción sería enormemente inferior a la
obtenida por el enzima completo. Esto viene a señalar que el coenzima es en parte responsable de la
especificidad de la reacción catalizada por el enzima, debiéndose fundamentalmente al apoenzima
la capacidad de reducir la energía de activación del sustato. A todo enzima se le atribuye la
posesión de un sitio catalítico, también se le llama sitio activo o centro activo, que para las enzimas
provistos de coenzima coincide generalmente con un grupo químico de dicho coenzima.
Es a este sitio catalítico al que deben unirse los sustratos durante periodos de tiempo
extraordinariamente breves pero suficientes , para que el enzima modifique su estructura ,
convirtiéndose de ese modo en los productos de la reacción. Es posible atribuir el sitio catalítico
una configuración típica, a la que solo el sustrato específico puede adaptarse como una llave a su
propia cerradura (chapa o candado). Es decir las enzimas son específicas. Cada quien para quien.
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Características del sitio catabólico
El sitio catabólico representa únicamente una pequeña porción de la totalidad de la enzima, la
mayoría de residuos de aminoácidos que forma la enzima no quedan en contacto con el sustrato.
El sitio catalítico es “elástico”, es decir se adecua a la molécula o materia sobre quien actúa.
Inclusive con pequeños cambios en sus aminoácidos para “quedar bien”.
El sitio catalítico se “une” al sustrato por medio de fuerzas relativamente débiles.
El sitio catalítico mantiene su conformación una vez que dejó de actuar, inclusive tiene “memoria”
para los nuevos sustratos.
Ecuación de Michaeliz –Menten.
Una reacción catalizada enzimáticamente consta de tres
pasos:
Formación de un complejo enzima – sustrato.
E + S [ES]
Catálisis, Que convierte el sustrato en producto.
[ES] [EP]
Liberación Del producto: [ES] E + PA + PB.
Sitio activo o catalítico de la enzima
Factores que modifican la actividad enzimática
Temperatura. Dentro de sus límites máximo y mínimo de las enzimas, la velocidad de una
reacción catalizada es proporcional a su temperatura:
43
Velocidad
de reacción
Temperatura

Las enzimas conservan la vida en temperaturas extremas, los peces que habitan en le punto de
congelación del agua (mar Ártico) no se congelan porque tienen enzimas que les permiten vivir a
esas temperaturas 0°C.
Asimismo microorganismos, plantas ya nimales pueden vivir en las aguas termales más de 80°C
sinq ue sean perturbados, tal como hemos visto en años del Inca (Cajamarca), Yura (Arequipa),
Gonoy (Huanuco), Monterrey y Chancos (Ancash). En estos casos la temperatura óptima del
enzima está cerca del punto de congelación (aguas heladas) o cerca del punto de ebullición (aguas
calientes).
pH. Los cambios moderados de pH afectan el estado iónico de la enzima y con frecuencia también
del sustrato. Las enzimas tienen pH óptimo de 5 a 9 pH, es decir ligeramente ácido, neutro y
ligeramente básico.
Las enzimas se desnaturalizan cuando su PH baja o sube de los límites indicados.
44
Velocidad
de reacción
Temperatura
Velocidad
de reacción
pH
pH óptima
3 5 7 9 11

Concentración de los reactantes. A concentraciones altas de los reactivos, tanto el número de
moléculas como energía suficientes para reaccionar como su frecuencia de colisiones serán altas.
La velocidad de reacción es, por tanto, proporcional a las concentraciones de las moléculas
reaccionantes.
Concentración de la enzima. Se refiere a la mayor o menor cantidad de enzimas y a su vez
concentración espacial.
La velocidad de reacción es proporcional a la cantidad de enzima presente.
Concentración de sustrato. Se refiere que el sustrato debe estar bien concentrado para reaccionar.
La velocidad de reacción crece al aumentar la concentración del sustrato por le punto donde se dice
que la enzima está “saturada” con el sustrato.
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Velocidad
de reacción
Concentración
Velocidad
de reacción
Cantidad de enzima
Baja concentración Media concentración Alfa concentración

Inhibidores enzimáticos. El estudio de los inhibidores enzimáticos ha servido para obtener
información sobre el mecanismo de la catálisis enzimática, especificidad del sustrato, la naturaleza
de los grupos funcionales en el sitio catalítico y la participación de ciertos grupos en el
mantenimiento de la conformación de la molécula enzimática.
Existen tres tipos de inhibición enzimática, la competitiva y no competitiva.
Los inhibidores enzimáticos son de enorme importancia en terapia, por ejemplo, para evitar la
formación de más células malignas en el cáncer se utilizan inhibidores específicos, así ya no hay
formación de más células malignos:
E + I EI E = Enzima
I = Inhibidor
EI = Complejo enzima inhibidor
En el caso del VIH (SIDA), se están utilizando retrovirales para evitar que la enzima
retrotranscriptasa actúe libremente produciendo más virus VIH en las células.
¿CÓMO ACTÚAN LOS ENZIMAS?
La interacción enzima – sustrato se realiza en un área del enzima llamado centro activador, que es
particularmente sensible a los cambios químicos. Entre el enzima y el sustrato se forman varias
uniones débiles, produciendo
un complejo relativamente estable como en la llave a su cerradura.
El sustrato es químicamente modificado y convertido en uno o más productos, conforme nos
muestra la ecuación:
E + S = [ E S ] = E + P1 + P2
En donde E, enzima : ES, enzima – sustrato;
S, Sustrato; P, productos.
Clasificación:
La comisión para las enzimas de la unión Internacional de Bioquímica, estableció en 1961 una
clasificación oficial de las enzimas, basado en el tipo de reacción que catalizan:
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Velocidad
de reacción
Concentración de sustrato
Velocidad máxima

Oxidorreductoras. Son las enzimas responsables de los procesos de oxido-reducción de los cuales
procede la energía necesaria para la vida.
Transferiosas. Transfieren grupos específicos (grupos metilo, amino, fosfato, etc) de un sustrato
(donador) a otros (aceptador)
A – G + B A + B - G
Estas enzimas ejercen una función primaria en la génesis, en las transferencias y en el
almacenamiento de la energía.
Hidrolasas. Son las enzimas que escinden hidrolíticamente los respectivos sustratos, es decir con
introducción de una molécula de agua.
A – B + H2O A – OH + B - H
Las enzimas de este grupo son numerosísimos: pertenecen a las enzimas digestivos.
Liasas. Comprende las enzimas que catalizan la escisión de sus sustratos sin incorporación de
agua:
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A – B A + B
Ejemplo, los descarboxilasas, aquellas que intervienen en la respiración celular.
Isomerasas. Son enzimas que catalizan la isomerización de sus sustratos.
Ligasas o sintetasas. Comprende las enzimas encargadas de la síntesis de algunos metabolitos o
factores biológicos particulares.
Enzimas alostericas:
A la enzima que actúa en la primera secuencia de eventos, la cual es inhibida por el producto final,
se le conoce como enzima alostérica.Las enzimas alostéricas tienen un elevado peso molecular,
además son aligoméricas, o sea que consisten en dos o más subunidades polipeptídicas son más
complejas que las enzimas ordinarias.
Las enzimas alostéricas poseen además del sitio catalítico, común a todas las enzimas, otro sitio en
el cual actúa un modulador específico que puede unirse a la enzima en forma reversible, es decir, en
unión no covalente, sin establecer enlace químico firme.
En general el sitio alostérico es tan específico en su capacidad de unirse con el modulador, como lo
es el sitio catalítico para unirse al sustrato.
Los enzimas hacen posible la vida en la Tierra.
Aceleran o inhiben las reacciones químicas que se llevan a cabo en las células u órganos.
En condiciones normales mantiene el metabolismo estándar, en condiciones anormales aumenta la
actividad metabólica produciendo la fiebre, su inverso es la hipotermia. Ambos casos son fatales.
Mantiene la homeostasis, tendencia a la uniformidad o estabilidad del equilibrio físico químico del
medio interno en cada organismo.
En el tratamiento de ciertas enfermedades hereditarias, muchas se deben a anormalidades en la
síntesis de enzimas, determinados por su propio ADN.
En la fabricación de medicamentos. Es posible que algunas enzimas “sintéticas” pueden ser agentes
terapéuticos poderosos.
La inhibición enzimática favorece la vida en los extremos térmicos de sobrevivencia, por ejemplo
existen peces del Artico que viven a 1ºC, sin que sus tejidos se congelen, así mismo, los
organismos llamados termófilos que viven en las aguas termales entre 50 y 80ºC sin afectar a sus
tejidos del permanente calor natural de sus aguas.
Para detener el envejecimiento. Los investigadores han revelado que las células humanas normales
son mortales, puesto que se dividen solo en número limitado de veces y después dejan de hacerlo.
Una teoría sostiene que la clave del envejecimiento se halla en los extremos de cada hebra de ADN,
sección llamada telómero. Los científicos han observado que, cada vez que ciertas células se
dividen, los telómeros se acortan como una mecha que arde. Al parecer, con el tiempo se acortan
tanto que la célula deja de multiplicarse. Ahora bien, los telómeros no se reducen cuando está
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presente cierta enzima, por lo que según la teoría, esta podría aportar a la célula el poder de
continuar multiplicándose indefinidamente.
Para detener enfermedades cancerosas, mediante enzimas inhibidoras de la división celular. En
otras palabras inversa a la anterior propiedad.
En la síntesis del ADN a partir del ARN, solamente ocurre en forma natural en los retrovirus,
ejemplo: VIH.
En análisis enzimático. Facilita la determinación de sustancias a concentraciones que no podrían
ponerse de manifiesto con los métodos químicos usuales.
En el diagnóstico de ciertas enfermedades. El análisis de la actividad de determinados enzimas en
los líquidos biológicos, en las secreciones y en los tejidos puede poner de manifiesto anomalías y
síntomas bioquímicos patognómicos de una enfermedad.
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BIOENERGETICA
Concepto:
La bioenergética o termodinámica bioquímica, es el estudio de los cambios de energía que
acompañan a las reacciones bioquímicas.
Los sistemas no biológicos utilizan mayormente la energía calorífica para realizar trabajo, en
cambio los sistemas biológicos, como son isotérmicos, emplean la energía química para todo su
trabajo o proceso vital.
Flujo de energía
Toda forma de energía que tenemos tiene su origen en el sol.
Las plantas utilizan en primer lugar para llevar acabo la fotosíntesis, cuya energía se va acumulando
en las plantas como energía química, que es consumido por los animales quienes van perdiendo es
energía química en diferentes formas, al final dicha energía se desperdicia como calor.
Energía libre y las leyes de la termodinámica
El cambio en la energía libre (∆G) es esa porción del cambio de la energía total de un sistema que
está disponible para realizar trabajo, es decir la energía útil, conocida también en dos sistemas
químicos como potencial químico.
La primera ley de la termodinámica establece que la “energía total de un sistema, más de la de su
entorno, permanece constante”. Esta es también la ley de la conservación de la energía. El principio
dice: “la energía no se crea no se destruye, sólo se transforma”
La segunda ley de la termodinámica establece que “si un proceso ocurre espontáneamente, la
entropía total de su sistema debe aumentar”. La entropía representa la extensión de desorden o lo
fortuito del sistema y se torna máxima en un sistema cuando éste se aproxima al equilibrio
verdadero.
Es condición de temperatura y presión constantes, la relación entre el cambio de energía libre (∆G)
de un sistema en reacción y el cambio de la entropía (∆S) esta dada por al siguiente ecuación que
combina las dos leyes de la termodinámica.
50
SO
L
PLANTA ANIMAL
E. Luminosa
E. Eléctrica
E. Química + calor
E. Mecánica
E. Calórica
Energía
luminosa
Energía
química

∆G = ∆ H – T ∆ S
Donde ∆ H es el cambio de la entalpía (calor) y T es la temperatura absoluta (Kelvin).
Bajo las condiciones de las reacciones bioquímicas, debido a que ∆H es aproximadamente igual a
∆ Е, que es el cambio total en la energía interna de la reacción, la reacción anterior puede
expresarse asi:
∆G = ∆ E – T ∆ S
Si ∆ G es negativo la reacción es exergónica, es decir pierde energía libre, si ∆G es positiva, la
reacción es endergónica, es decir gana energía, acumula, si ∆G vale cero, el sistema está en
equilibrio y ningún cambio neto tiene lugar.
Calor
Energía
Química
A + C B + D + CALOR
Papel de los fosfatos de alta energía en bioenergética y en la captación de la energía.
Para mantener los procesos de la vida, todos los organismos deben obtener suministro de energía
libre a partir de su entorno.
Los organismos autótrofos (plantas) utilizan la energía libre de la luz solar, y los organismos
heterótrofos (animales) obtienen la energía libre durante su metabolismo por la rotura de moléculas
orgánicas complejas que vienen de su entorno. En todo estos procesos, el ATP (adenina) desempeña
un papel en la transferencia de la energía libre de las reacciones exergónicas a las endergónicas.
Proceso endergonico
1 Síntesis
2 Contracciones musculares
3 Excitación nervio
4 Transporte activo
51
A
D
BC
E
REACCIONES
EXERGONICAS

Molécula de ATP
El adenosin trifosfato esta formado por un nucleótido ( La ademina), un azúcar (la ribosa) y sus
residuos de ácido fosfórico de los cuales el más inmediato a la molécula del nucleósido (base y
azúcar) está esterificado al grupo oxhídrico en la posición 5 de la ribosa.
MOLECULA DE ATP
Los derivados del ATP son el ADP, adenosin difosfato y el AMP, adenosin monofosfato.
ATP ADP + Pi
ATP AMP + 2 Pi
ATP Adenosina + 2 Pi + Pi Pi= Fósforo inorgánico
APP + AMP 2 ADP
La cantidad de energía (∆G°) liberada por la hidrólisis de cualquiera de las dos uniones fosfato anhídrido del ATP esta
cerca de los -8kcal/mol.
   - Adenosina
52

Pi +   - Adenosina
2 Pi +  - Adenosina
La energía del ATP es utilizada en:
Trabajo mecánico, Trabajo eléctrico, Sistema de transporte activo, Bioluminiscencia,
Calor, Anabolismo
Gracias a los enlaces ricos en energía de las moléculas de ATP, las células pueden almacenar gran
cantidad de energía en un espacio muy pequeño y consumirla a medida que se va necesitando.
Sin ATP la vida se extingue.
En la termodinámica de la vida.
Primera ley de la termodinámica establece: “La energía total de un sistema, más de su entorno
permanece constante”. Esta es también de la conservación de la energía.
Segunda ley de la termodinámica establece: “Sí un proceso ocurre espontáneamente, la entropía
total de un sistema debe aumentar”.
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VITAMINAS Y HORMONAS
VITAMINAS:
Son sustancias orgánicas de estructura variable que los organismos necesitan incorporar en
cantidades pequeñas para poder mantener su metabolismo.
El término vitamina fue propuesto por Funk (1912) creyendo que contenían aminas para la vida.
Características:
Son compuestos orgánicos relativamente sencillos.
Las vitaminas proceden principalmente de las plantas algunos animales y el hombre pueden fabricar
en forma de provitaminas. Actualmente se está descubriendo más vitaminas con diversas funciones,
que pueden inclusive ser útil en la prolongación de la vida y en la curación del temido cáncer.
La falta de vitaminas específicas en el organismo provoca estados carenciales o hipovitaminosis.
Son indispensables para el mantenimiento de la vida, actuando como coenzimas en gran cantidad de
reacciones bioquímicas.
Son sustancias hábiles, ya que se alteran con facilidad o resisten poco los cambios de temperatura y
los almacenamientos prolongados.
Clasificación
Vitaminas liposolubles: Son los que se disuelven en grasas, éter y gasolina. Se acumulan en los
tejidos y constituyen la reserva que el mismo organismo utiliza con lentitud.
Las vitaminas liposolubles son: A,D,E,K.
Vitaminas hidrosolubles: Se disuelven fácilmente en agua y alcohol. Abandonan rápidamente el
organismo, que deben ser respuestas todos los días.
Son vitaminas hidrosolubles: complejo B y la vitamina C.
CUADRO DE VITAMINAS
Vitamina Funciones Enfermedad carencial
A
Retinol
Axerotol
Caroteno activado
Mantiene la integridad de los epitelios.
Favorece el metabolismo del colesterol y de
las purinas.
Interviene en la regeneración de la rodopsina.
Estimula el crecimiento.
Atrofia de los epitelios
Xeroftalmia,
Queratomalacia
Descamación epitelial
Encarecimiento
Resfrío y bronquitis
Hemeralopia y nictalopia.
Raquitismo.
B1
Tiamina
Aneurina
Participa en el metabolismo de los glúcidos.
Favorece la absorción del oxígeno por el
cerebro.
Insensibilid
ad en piel y
piernas con
54

Antiberibe-rina
Orizamina
Antineurítica
Impide la acumulación de los ácidos láctico y
pirúvico.
hinchazón,
marcha
rígida y
lesiones
nerviosas y
cerebrales.
B2
Riboflavina
Lactoflavina
Hepatofla-vina
Vitamina G
Constituye el grupo prostético de varias
enzimas.
Interviene con la vitami-na A, en la activación
del nervio óptico.
Labios agrietados
Dermatitis húmeda
Neuritis
Anemia
B3
Niacina
Acido nicotínico
Nicotinamida
Reacciones de trans-ferencias de electro-nes
realizadas por enzimas deshidroge-nasas.
Pelagra (piel colorea-da)
Dermatitis
Diarrea
Anemia
B5
Ácido pantoténico
Reacciones de trans-ferencia de acilos e las
que intervienen la CoA.
Molestias en piel
Cefalea
Trastornos gastrointes-tinales.
B6
Piridoxina
Adernina
Actúa en forma de fosfato como coencima de
transami-nasas, disulfhidrasas y
descarboxilasas.
Actúa en la formación de la carotina.
Estimula la actividad fagocitaria de los
leucocitos.
Glositis
Dermatitis húmeda
Anemia
Adelgazamiento
Estomatitis
B9
Ácido fólico
Reacciones de trans-ferencia de un carbono. Disminución de leuco-citos.
Daños en la médula ósea.
Glositis, Alteraciones gastrointestinales.
B12
Cianocobalina
Cobamina
Participa en el proceso de algunas reacciones
enzimáticas.
Participa en el metabolismo de los ácidos
nucleicos.
Anemia y daño medular.
Anemia megaloblásticas
Glositis
Anorexia
Alteraciones gástricas.
Neuropatía periférica.
Vitamina Funciones Enfermedad carencial
C
Ácido ascórbico.
Activa diversas enzimas.
Acción antitóxica y antiinfecciosa.
Broncodilatador.
Biosíntesis de colágeno.
Escorbuto
Inflamación de la mu-cosa bucal.
Caída de dientes.
Hemorragias.
Anorexia.
Fatiga
Trastorno óseo.
D2
Calciferol
Favorece la absorción, retención y utilización
del calcio y el fósforo por los huesos y dientes.
Participa en el metabolismo del ácido cítrico.
Deformaciones óseas (niños).
Osteomalacia (adultos)
Trastornos del crecimiento.
Provitamina D
Ergosterol
7 – Deshidro-colesterol
Se convierte en vitamina D por acción de la
radiación ultravioleta.
Raquitismo (niños)
Osteomalacia (adultos)
E
Tocoferoles
Participa como antioxidante.
Favorece la acción fisiológica de la vitamina
A.
Anemia en niños.
Síndrome: distrofia muscular en adultos.
Degeneración del
epitelio seminífero.
K
Filoquinona
Antihemorrágica
V. de la coagulación.
Activa los factores de la coagulación san-
guínea: II, VII, IX y X.
Trastornos de coagulación.
Hemorragias cutáneas y gingivales.
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No cumplen una función plástica ni energética, ni tampoco sufren combustión, pero son reguladoras
en múltiples procesos metabólicos donde el organismo es capaz de transformar y aprovechar los
otros nutrientes que se incorporan con la alimentación. Su principal vía de adquisición son los
alimentos.
Cumplen funciones determinadas en el organismo y su falta o deficiencia en el régimen alimentario
provoca estados carenciales o hipovitaminosis.
En la prolongación de la vida y en la curación del temido cáncer.
Hormonas
Son sustancias secretadas por células de una parte del organismos que pasa a otra parte, donde actúa
en muy pequeña concentración regulando el crecimiento y la actividad de las células.
El término hormona (yo excito) fue propuesto por el fisiólogo inglés Starling (1905).
Fitohormonas: Son reguladores naturales de las plantas, generalmente producidos por tejidos
embrionarios de rápido crecimiento, donde quiera que se encuentren o igualmente en las células
más antiguas.
Principales fitohormonas:
Auxinas. Facilita el desarrollo de los embriones no maduros y activo, la división celular, acelerando
la curación de las heridas, el crecimiento foliar y el enraizado; interviene también en los fenómenos
de abscición de los frutos, inhibición de los frutos, inhibición de las yemas y determinación de la
forma típica de la planta. Más que sustancia es un grupo complejo.
Giberelina. Promociona la división celular, alargamiento de los tallos, floración. Se presenta
naturalmente en casi 30 variantes moleculares.
Citocinina: Estimula la división celular en el tejido meristemático.
Rizocalina: Estimula el enraizamiento.
Traumatina: Se forma en el lugar de lesión del tejido de la planta, estimulando la división celular y
por consiguiente la cicatrización de la lesión.
Hormonas de los animales y del hombre:
En los animales y en el hombre todas sus partes funcionan integrados y coordinados dentro de un
sistema llamado ENDOCRINO.
Las hormonas son producidas en las células endocrinas, de donde vierten sus productos a los tejidos
circulatorios (sangre y linfa) llegando así a las células blanco de determinados tejidos. Los
neurohumores pueden pasar por un axón, y las postaglandinas son transferidas con el líquido
seminal.
Según su naturaleza química, las hormonas pueden dividirse en:
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Hormonas esteroides; estradiol, testosterona, progesterona, glucocorticoides, mineralocorticoides.
Hormonas derivados de aminoácidos: adrenalina, noradrenalina, tiroxina.
Fitohormonas A = Auxinas
C = Citocininas
G = Giberelinas
R = Rizocalina
T = Traumatina
Hormonas peptidicas: oxitocina, hormona antidiurética, melanotropa, insulina, glucagon,
secretina, parathormona.
Hormonas proteicas: somatotropa, tirotropa, gonadotropas.
Las hormonas realizan funciones específicas como:
Influyen sobre la actividad de los genes.
Activan o inhiben determinados procesos enzimáticos.
Modifican la permeabilidad de las membranas tanto extracelulares como intracelulares.
El mantenimiento del estado normal del organismo depende de las hormonas que se secretan de
acuerdo a las distintas necesidades.
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HORMONAS DE LOS VERTEBRADOS
Hormonas Efectos principales
ADENOHIPOFISIS
Somatotropa (GA)
Tirotropa (TSH)
Adrenocorticotropa (ACTH)
Folículo estimulante (FSH)
Luteinizante (LH)
Prolactina o Luteotropa (PRL)
Molanotropa (Intermedina)
Estimula el crecimiento.
Estimula la secreción de la tiroides.
Estimula la producción hormonas de la corteza suprarrenal.
Estimula la formación del folículo de Graaf del ovario.
Regula la producción y liberación de estrógenos y progesterona
por el ovario y testosterona por el testículo.
Estimula la producción leche; influye en el instinto materno.
Estimula la dispersión de pigmentos en los cromatóforos
HIPOTALAMO – NEUROHIPOFISIS
Oxitocina
Vasopresina (antidiurética)
Estimula las contracciones uterinas y la expulsión de la leche.
Regula la expresión del agua. Aumenta la presión arterial.
TIROIDES
Tiroxina Regula el metabolismo
PARATIROIDES
Paratiroidea Regula el metabolismo del C.a y P.
PANCREAS
Insulina
Glucagon
Metabolismo de los carbohidratos.
Estimula la glucogenólisis.
SUPRARRENALES
Corticosteronas
Adrenalina
Noradrenalina
Interviene en el metabolismo del agua, de las sales y de la
glucosa.
Vasodilatadora.
Vasoconstrictora
Las feromonas son la forma más antigua de comunicación animal.
Con ayuda de las feromonas las hormigas organizan sus complejos sistemas estatales.
Las hormigas expelen varias feromonas, como las de huella y rastreo de ataque de alarma y de huir
ante una amenaza.
La chinche asesina, produce pseudo feromona de las hormigas, tal es así que engaña a las hormigas
con su feromona de huella y rastreo falso, luego se los come a las hormigas que siguen esas señales.
Las feromonas de la abeja reina, inhibe el desarrollo de otras reinas.
En su orina, los perros dan la información exacta sobre su sexo, raza, edad, exigencias territoriales.
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