BIOLOGIA CELULAR

1. BIOMOLÉCULASBIOMOLÉCULAS

3. Composición de las BiomoléculasComposición de las Biomoléculas
 Las biomoléculas son compuestos deLas biomoléculas son compuestos de
Carbono con una diversidad de gruposCarbono con una diversidad de grupos
funcionales. El Carbono representa másfuncionales. El Carbono representa más
de la mitad del peso seco de las células.de la mitad del peso seco de las células.
El Carbono puede formar enlaces simplesEl Carbono puede formar enlaces simples
con átomos de Hidrógeno y enlacescon átomos de Hidrógeno y enlaces
simples como dobles con átomos desimples como dobles con átomos de
Oxígeno y Nitrógeno. Además es de vitalOxígeno y Nitrógeno. Además es de vital
importancia biológica la capacidad de losimportancia biológica la capacidad de los
átomos de Carbono de formar enlacesátomos de Carbono de formar enlaces
simples Carbono-Carbono de gransimples Carbono-Carbono de gran
estabilidad.estabilidad.

4. BIOMOLÉCULAS (Componentes químicos de la Célula):BIOMOLÉCULAS (Componentes químicos de la Célula):
 1. Agua1. Agua
 2. Carbohidratos2. Carbohidratos
 3. Lípidos3. Lípidos
 4. Proteínas4. Proteínas
 5. Ácidos Nucleicos5. Ácidos Nucleicos
 Una célula viva está constituida básicamente por cuatro elementosUna célula viva está constituida básicamente por cuatro elementos
(C, H, O y N) los cuales combinados entre sí, dan origen a un gran(C, H, O y N) los cuales combinados entre sí, dan origen a un gran
número de compuestos. La sustancia más abundante en la célulanúmero de compuestos. La sustancia más abundante en la célula
viva es el agua y llega a representar más del 70% de su peso. Estaviva es el agua y llega a representar más del 70% de su peso. Esta
molécula es de gran importancia pues la mayor parte de lasmolécula es de gran importancia pues la mayor parte de las
reacciones intracelulares se llevan a cabo en ambiente acuoso yreacciones intracelulares se llevan a cabo en ambiente acuoso y
todos los organismos se han diseñado alrededor de lastodos los organismos se han diseñado alrededor de las
propiedades del agua, tales como su carácter polar, su capacidadpropiedades del agua, tales como su carácter polar, su capacidad
para formar enlaces de hidrógeno y su alta tensión superficial.para formar enlaces de hidrógeno y su alta tensión superficial.
 Si se deja de lado el agua, casi todas las moléculas en la célula sonSi se deja de lado el agua, casi todas las moléculas en la célula son
compuestos carbonados asociados a otros elementos, entre otroscompuestos carbonados asociados a otros elementos, entre otros
se consideran los carbohidratos, lípidos, proteínas y los ácidosse consideran los carbohidratos, lípidos, proteínas y los ácidos
nucleicos.nucleicos.

7.  Los átomos de carbono enlazadosLos átomos de carbono enlazados
covalentemente en las biomoléculascovalentemente en las biomoléculas
pueden formar cadenas lineales,pueden formar cadenas lineales,
ramificadas y estructuras circulares. Aramificadas y estructuras circulares. A
esos esqueletos de carbono se lesesos esqueletos de carbono se les
añaden grupos de otros átomos, llamadosañaden grupos de otros átomos, llamados
grupos funcionales, que confierengrupos funcionales, que confieren
propiedades químicas específicas a lapropiedades químicas específicas a la
molécula.molécula.
 El carbono es el elemento químico másEl carbono es el elemento químico más
versátil, por sus enlaces y gruposversátil, por sus enlaces y grupos
funcionales.funcionales.

8.  La mayor parte de las biomoléculas sonLa mayor parte de las biomoléculas son
derivados de los hidrocarburos, conderivados de los hidrocarburos, con
átomos de hidrógeno reemplazados porátomos de hidrógeno reemplazados por
grupos funcionales para dar lugar a lasgrupos funcionales para dar lugar a las
diferentes familias de compuestosdiferentes familias de compuestos
orgánicos. Las más comunes son losorgánicos. Las más comunes son los
alcoholes, con uno o más gruposalcoholes, con uno o más grupos
hidroxilo, las aminas, con grupos amino,hidroxilo, las aminas, con grupos amino,
los aldehidos y las cetonas, con gruposlos aldehidos y las cetonas, con grupos
carbonilo, y los ácidos carboxílicos, concarbonilo, y los ácidos carboxílicos, con
grupos carboxilo unidos.grupos carboxilo unidos.

11. Origen de las BiomoléculasOrigen de las Biomoléculas
 Las primeras biomoléculas aparecieronLas primeras biomoléculas aparecieron
por evolución química.por evolución química.
 En 1922, el bioquímico Aleksandr I.En 1922, el bioquímico Aleksandr I.
Oparin propuso una teoría para el origenOparin propuso una teoría para el origen
de la vida en la Tierra, postulando que lade la vida en la Tierra, postulando que la
atmósfera en un principio era rica enatmósfera en un principio era rica en
metano, amoníaco y agua, prácticamentemetano, amoníaco y agua, prácticamente
exenta de oxígeno.exenta de oxígeno.

12.  Según la teoría de Oparin, la energíaSegún la teoría de Oparin, la energía
eléctrica de las descargas de loseléctrica de las descargas de los
relámpagos o la energía caloríficarelámpagos o la energía calorífica
desprendida durante la actividaddesprendida durante la actividad
volcánica hicieron que el amoníaco, elvolcánica hicieron que el amoníaco, el
metano, el vapor de agua y otrosmetano, el vapor de agua y otros
componentes de la atmósfera primigeniacomponentes de la atmósfera primigenia
reaccionaran, dando lugar a compuestosreaccionaran, dando lugar a compuestos
orgánicos simples. Estos compuestos seorgánicos simples. Estos compuestos se
habrían disueltos en los mares primitivos.habrían disueltos en los mares primitivos.

13.  En esta disolución caliente (“sopa primordial”) yEn esta disolución caliente (“sopa primordial”) y
a lo largo de millones de años, éstosa lo largo de millones de años, éstos
compuestos llegaron a asociarsecompuestos llegaron a asociarse
espontáneamente para formar membranas yespontáneamente para formar membranas y
catalizadores (enzimas) que se reunieron paracatalizadores (enzimas) que se reunieron para
dar lugar a los precursores de las primerasdar lugar a los precursores de las primeras
células.células.
 En 1953 esto fue comprobado por unEn 1953 esto fue comprobado por un
experimento realizado por Stanley Miller, el cualexperimento realizado por Stanley Miller, el cual
obtuvo una fase gaseosa que contenía CO yobtuvo una fase gaseosa que contenía CO y
CO2 además de los gases iniciales, y una faseCO2 además de los gases iniciales, y una fase
acuosa que contenía una mezcla deacuosa que contenía una mezcla de
compuestos orgánicos entre los que se incluíancompuestos orgánicos entre los que se incluían
algunos aminoácidos, hidroxiácidos, aldehidos yalgunos aminoácidos, hidroxiácidos, aldehidos y
cianuro de hidrógeno.cianuro de hidrógeno.
 En otros experimentos se ha obtenido polímerosEn otros experimentos se ha obtenido polímeros
de RNA.de RNA.

16. COMPUESTOS ORGÁNICOSCOMPUESTOS ORGÁNICOS
 La química de la célula está basada en losLa química de la célula está basada en los
compuestos de carbono, elemento que ocupacompuestos de carbono, elemento que ocupa
una posición especial entre los demás. En launa posición especial entre los demás. En la
naturaleza, el carbono forma cerca de medionaturaleza, el carbono forma cerca de medio
millón de compuestos orgánicos, los cuales semillón de compuestos orgánicos, los cuales se
han analizado y caracterizado y algunos de elloshan analizado y caracterizado y algunos de ellos
se han sintetizado de manera exclusiva por losse han sintetizado de manera exclusiva por los
organismos vivos. La mayoría de losorganismos vivos. La mayoría de los
compuestos orgánicos contribuye a la estructuracompuestos orgánicos contribuye a la estructura
de las plantas y de los animales, o se usan ende las plantas y de los animales, o se usan en
su metabolismo ya que todos ellos contienensu metabolismo ya que todos ellos contienen
una reserva de energía potencial la cual puedenuna reserva de energía potencial la cual pueden
poner a disposición en sus reaccionesponer a disposición en sus reacciones
exotérmicas (exergónicas) y usarlas paraexotérmicas (exergónicas) y usarlas para
perpetuar el trabajo en los diferentes sistemasperpetuar el trabajo en los diferentes sistemas
biológicos.biológicos.

17.  El ciclo de degradación y resíntesis de lasEl ciclo de degradación y resíntesis de las
moléculas, con la liberación omoléculas, con la liberación o
almacenamiento de energía, se lleva aalmacenamiento de energía, se lleva a
cabo de acuerdo con las condiciones delcabo de acuerdo con las condiciones del
medio celular. Esto último depende de lamedio celular. Esto último depende de la
fuente externa para obtención de energíafuente externa para obtención de energía
y para el reemplazo de las moléculas quey para el reemplazo de las moléculas que
se han desintegrado completamente.se han desintegrado completamente.

18.  Los compuestos del carbono fabricados por losLos compuestos del carbono fabricados por los
organismos vivos están divididos en cuatro grandesorganismos vivos están divididos en cuatro grandes
grupos: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidosgrupos: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos
nucleicos. Estos son distintos en sus propiedades físicasnucleicos. Estos son distintos en sus propiedades físicas
y químicas, pero los tres primeros son similaresy químicas, pero los tres primeros son similares
metabólicamente, al menos, en el hecho de que sonmetabólicamente, al menos, en el hecho de que son
fuentes de energía para los organismos. El rompimientofuentes de energía para los organismos. El rompimiento
de las moléculas orgánicas complejas da comode las moléculas orgánicas complejas da como
resultado la liberación de energía. Por ejemplo, unaresultado la liberación de energía. Por ejemplo, una
cadena de seis átomos de carbono puede originarcadena de seis átomos de carbono puede originar
residuos de tres átomos de carbono, los cuales a su vezresiduos de tres átomos de carbono, los cuales a su vez
se pueden utilizar en la síntesis de nuevas moléculas dese pueden utilizar en la síntesis de nuevas moléculas de
seis átomos de carbono o aún en moléculas más largas.seis átomos de carbono o aún en moléculas más largas.
De esta manera los componentes de las moléculasDe esta manera los componentes de las moléculas
orgánicas se pueden usar en una gran variedad deorgánicas se pueden usar en una gran variedad de
combinaciones en los organismos vivos.combinaciones en los organismos vivos.

19.  CARBOHIDRATOSCARBOHIDRATOS

20.  LÍPIDOSLÍPIDOS

22.  PROTEINASPROTEINAS

23.  ÁCIDOS NUCLEICOSÁCIDOS NUCLEICOS

24. Interacción entre las BiomoléculasInteracción entre las Biomoléculas
y el Agua.y el Agua.
 El agua es un disolvente polar. DisuelveEl agua es un disolvente polar. Disuelve
fácilmente la mayoría de las biomoléculas,fácilmente la mayoría de las biomoléculas,
que generalmente son compuestosque generalmente son compuestos
cargados o polares; los compuestos quecargados o polares; los compuestos que
se disuelven fácilmente en el agua sonse disuelven fácilmente en el agua son
hidrofílicos y los que no se disuelven sony los que no se disuelven son
hidrofóbicos.

25. EL AGUAEL AGUA
 Es el compuesto líquido más importante paraEs el compuesto líquido más importante para
los seres vivos. La cantidad de agua varía entrelos seres vivos. La cantidad de agua varía entre
los diferentes organismos, así por ejemplo enlos diferentes organismos, así por ejemplo en
las medusas el 95% de su estructura es agua,las medusas el 95% de su estructura es agua,
mientras que en los tejidos humanos elmientras que en los tejidos humanos el
porcentaje de ese compuesto varía desde elporcentaje de ese compuesto varía desde el
20% en los huesos, hasta el 85% en las células20% en los huesos, hasta el 85% en las células
cerebrales. En los seres vivos el agua está encerebrales. En los seres vivos el agua está en
mayor proporción durante el desarrollomayor proporción durante el desarrollo
embrionario y en los estados juveniles; en elembrionario y en los estados juveniles; en el
envejecimiento ella disminuye y esto se reflejaenvejecimiento ella disminuye y esto se refleja
en el deterioro de las diferentes actividadesen el deterioro de las diferentes actividades
metabólicas.metabólicas.

26.  El agua está formada por dos átomos deEl agua está formada por dos átomos de
hidrógeno débilmente electronegativos unidos ahidrógeno débilmente electronegativos unidos a
un átomo de oxígeno fuertementeun átomo de oxígeno fuertemente
electronegativo ; por tanto, la molécula de aguaelectronegativo ; por tanto, la molécula de agua
presenta una distribución interna asimétrica depresenta una distribución interna asimétrica de
carga que le confiere un carácter polar ycarga que le confiere un carácter polar y
cohesivo para formar enlaces de hidrógeno concohesivo para formar enlaces de hidrógeno con
otras moléculas polares, así como interactuarotras moléculas polares, así como interactuar
con iones cargados positiva o negativamente.con iones cargados positiva o negativamente.
Como resultado de estas interacciones, losComo resultado de estas interacciones, los
iones y moléculas polares son fácilmenteiones y moléculas polares son fácilmente
solubles en agua (hidrofílicos).solubles en agua (hidrofílicos).

27.  Las moléculas de agua son fuertementeLas moléculas de agua son fuertemente
cohesivas debido a la presencia de puentes decohesivas debido a la presencia de puentes de
hidrógeno entre ellas. Las fuerzas de adhesiónhidrógeno entre ellas. Las fuerzas de adhesión
explican por qué el agua moja las cosas.explican por qué el agua moja las cosas.
Además tiene un alto grado de tensiónAdemás tiene un alto grado de tensión
superficial debido a la cohesión de sussuperficial debido a la cohesión de sus
moléculas. Así las moléculas de agua de lamoléculas. Así las moléculas de agua de la
superficie libre se agrupan, formando una fuertesuperficie libre se agrupan, formando una fuerte
capa por la atracción que ejercen sobre ellascapa por la atracción que ejercen sobre ellas
otras moléculas de agua situadas por debajo.otras moléculas de agua situadas por debajo.
Por otra parte, las fuerzas de adhesión yPor otra parte, las fuerzas de adhesión y
cohesión explican la tendencia del agua acohesión explican la tendencia del agua a
ascender por tubos de calibre muy pequeño,ascender por tubos de calibre muy pequeño,
fenómeno que recibe el nombre de capilaridad.fenómeno que recibe el nombre de capilaridad.

28. Figura 1. Molécula de agua Figura 2. Estado sólido y líquido del agua

29.  Dentro de las propiedades del agua, esDentro de las propiedades del agua, es
importante considerar su elevadoimportante considerar su elevado calorcalor
específicoespecífico: es decir, la cantidad de energía: es decir, la cantidad de energía
necesaria para elevar la temperatura del aguanecesaria para elevar la temperatura del agua
en un grado centígrado, esta se da comoen un grado centígrado, esta se da como
resultado de la presencia de puentes deresultado de la presencia de puentes de
hidrógeno entre sus moléculas lo cual favorecehidrógeno entre sus moléculas lo cual favorece
el hecho de que los océanos, los lagos, lasel hecho de que los océanos, los lagos, las
plantas y animales terrestres con alto contenidoplantas y animales terrestres con alto contenido
de agua puedan mantener su temperaturade agua puedan mantener su temperatura
relativamente constante.relativamente constante.

30.  Mientras que la mayoría de las sustancias seMientras que la mayoría de las sustancias se
hacen más densas al disminuir su temperatura,hacen más densas al disminuir su temperatura,
el agua tiene una densidad máxima a los 4ºC yel agua tiene una densidad máxima a los 4ºC y
comienza a expandirse conforme disminuye sucomienza a expandirse conforme disminuye su
temperatura, esto se debe a que los puentes detemperatura, esto se debe a que los puentes de
hidrógeno se vuelven más rígidos y ordenados.hidrógeno se vuelven más rígidos y ordenados.
Como consecuencia el agua congelada (hielo)Como consecuencia el agua congelada (hielo)
flota sobre el agua fría, que es más densa. Esflota sobre el agua fría, que es más densa. Es
de anotar que la expansión del agua sucedede anotar que la expansión del agua sucede
antes del congelamiento, razón por la cual lasantes del congelamiento, razón por la cual las
masas de agua se congelan de arriba haciamasas de agua se congelan de arriba hacia
abajo y permiten continuar la vida a losabajo y permiten continuar la vida a los
organismos que habitan en ella cuando elorganismos que habitan en ella cuando el
ambiente se enfría notablemente.ambiente se enfría notablemente.

31.  Como las moléculas de agua se mantienenComo las moléculas de agua se mantienen
juntas por puentes de hidrógeno, el agua tienejuntas por puentes de hidrógeno, el agua tiene
elevado calor de vaporización, de tal maneraelevado calor de vaporización, de tal manera
que para convertir un gramo de agua en unque para convertir un gramo de agua en un
gramo de vapor se necesitan más de 500gramo de vapor se necesitan más de 500
calorías. Debido a que el agua absorbe calor alcalorías. Debido a que el agua absorbe calor al
cambiar de su estado líquido a gas, el cuerpocambiar de su estado líquido a gas, el cuerpo
humano disipa el exceso de calor mediante lahumano disipa el exceso de calor mediante la
evaporación del sudor y las hojas de las plantasevaporación del sudor y las hojas de las plantas
se mantienen frescas a los rayos del sol por lase mantienen frescas a los rayos del sol por la
evaporación del agua en su superficie. Laevaporación del agua en su superficie. La
elevada conductividad calorífica del agua haceelevada conductividad calorífica del agua hace
posible la distribución uniforme del calor en todoposible la distribución uniforme del calor en todo
el cuerpo.el cuerpo.

32.  El agua disuelve las biomoléculasEl agua disuelve las biomoléculas
cargadas, compuestos con gruposcargadas, compuestos con grupos
funcionales tales como los ácidosfuncionales tales como los ácidos
carboxílicos ionizados (-COO-), lascarboxílicos ionizados (-COO-), las
aminas protonadas (-NH3+) y los ésteresaminas protonadas (-NH3+) y los ésteres
o anhídridos fosfóricos. El agua disuelveo anhídridos fosfóricos. El agua disuelve
fácilmente este tipo de compuestosfácilmente este tipo de compuestos
reemplazando puentes de hidrógenoreemplazando puentes de hidrógeno
soluto-soluto por puentes de hidrógenosoluto-soluto por puentes de hidrógeno
soluto-agua, apantallando así lassoluto-agua, apantallando así las
interacciones electrostáticas entreinteracciones electrostáticas entre
moléculas de soluto.moléculas de soluto.

39. Gracias !Gracias !