E portafolio parte 3 sergio

ARN – ÁCIDO RIBONUCLEÍCO
El ácido ribonucleíco se forma por la
polimerización de ribonucleótidos. Estos a
su vez se forman por la unión de:
 a) un grupo fosfato.
 b) ribosa, una aldopentosa cíclica y
 c) una base nitrogenada unida al carbono
1’ de la ribosa, que puede ser citocina,
guanina, adenina y uracilo. Esta última es
una base similar a la timina.

 En general los ribonucleótidos se unen entre
sí, formando una cadena simple, excepto en
algunos virus, donde se encuentran
formando cadenas dobles.
 La cadena simple de ARN puede plegarse y
presentar regiones con bases apareadas, de
este modo se forman estructuras
secundarias del ARN, que tienen muchas
veces importancia funcional, como por
ejemplo en los ARNt (ARN de transferencia).

Se conocen tres tipos principales de
ARN y todos ellos participan de una
u otra manera en la síntesis de las
proteínas. Ellos son:
 ARN mensajero (ARNm)
 ARN ribosomal (ARNr)
 ARN de transferencia (ARNt).

ARN MENSAJERO
(ARNm)
 Consiste en una molécula lineal de
nucleótidos (monocatenaria), cuya secuencia
de bases es complementaria a una porción de
la secuencia de bases del ADN.
 El ARNm dicta con exactitud la secuencia de
aminoácidos en una cadena polipeptídica en
particular. Las instrucciones residen en
tripletes de bases a las que llamamos
codones. Son los ARN más largos y pueden
tener entre 1000 y 10000 nucleótidos

ARN RIBOSOMAL (ARNr)
 Este tipo de ARN una vez transcripto,
pasa al nucleolo donde se une a
proteínas. De esta manera se forman
las subunidades de los ribosomas.
Aproximadamente dos terceras partes
de los ribosomas corresponde a sus
ARNr.

ARN DE TRANSFERENCIA
(ARNt)
 Este es el más pequeño de todos, tiene
aproximadamente 75 nucleótidos en su
cadena, además se pliega adquiriendo lo que
se conoce con forma de hoja de trébol
plegada. El ARNt se encarga de transportar
los aminoácidos libres del citoplasma al lugar
de síntesis proteica. En su estructura presenta
un triplete de bases complementario de un
codón determinado, lo que permitirá al ARNt
reconocerlo con exactitud y dejar el
aminoácido en el sitio correcto. A este triplete
lo llamamos anticodón.

El ADN y el ARN se diferencian:
 el peso molecular del ADN es generalmente
mayor que el del ARN
 el azúcar del ARN es ribosa, y el del ADN es
desoxirribosa
 el ARN contiene la base nitrogenada uracilo,
mientras que el ADN presenta timina
 la configuración espacial del ADN es la de un
doble helicoide, mientras que el ARN es un
polinucleótido lineal monocatenario, que
ocasionalmente puede presentar
apareamientos intracatenarios

Diferencias estructurales entre el DNA y el RNA
pentosa bases nitrogenadas estructura
DNA
RNA

La base nitrogenada esta unida a la posición 1 del anillo de
la pentosa por medio de un enlace glucosídico a la posición N1
de las pirimidinas o a la N9 de las purinas.

 Cuando el ADN o el ARN son rotos en sus nucleótidos
constituyentes, la ruptura puede llevarse a cabo en cualquiera
de los lados de los enlaces fosfodiester. Dependiendo de las
circunstancias, los nucleótidos tienen su grupo fosfato unido
a cualquiera de las posiciones 5´ ó 3´ de la pentosa:

 Todos los nucleótidos pueden existir en una
forma en la cual hay más de un grupo
fosfato unido a la posición 5´

Nucleótidos
 Los nucleótidos son los ésteres fosfóricos de los
nucleósidos. Están formados por la unión de un
grupo fosfato al carbono 5’ de una pentosa.
 A su vez la pentosa lleva unida al carbono 1’
una base nitrogenada. Se forman cuando se une
ácido fosfórico a un nucleósido en forma de ión
fosfato (PO43-) mediante un enlace éster en
alguno de los grupos -OH del monosacárido.

 Se nombra como el nucleósido del que proceden
eliminando la a final y añadiendo la terminación 5´-
fosfato, o bien monofosfato; por ejemplo, adenosín-5´-
fosfato o adenosín-5´-monofosfato (AMP).
 Los nucleótidos pueden formarse con cualquier
nucleósido, con una nomenclatura idéntica.
 Veamos a continuación, a modo de ejemplo, los
nucleótidos de Adenosina:

Adenosina Monofosfatos
Nombre sistemático Abreviatura
 Adenosina-5'-monofosfato 5'-AMP, AMP
 Adenosina-3'-monofosfato 3'-AMP
 Adenosina-2'-monofosfato 2'-AMP
 Adenosina Polifosfatos
 Adenosina-5'-monofosfato AMP
 Adenosina-5'-difosfato ADP
 Adenosina-5'-trifosfato ATP

 Molécula de ATP (adenosín trifosfato):
Es el portador primario de energía de la
célula.
 El fosfato puede aparecer esterificado a
dos grupos simultáneamente. Tal es el
caso de los llamados Nucleótidos
Cíclicos.
 Veremos de ejemplo los nucleótidos de
las cuatro bases que forman parte del
DNA:

Desoxinucleótidos
 Desoxiadenosina-5'-monofosfato dAMP
 Desoxiguanosina-5'-monofosfato dGMP
 Desoxicitidina-5'-monofosfato dCMP
 Timidina-5'-monofosfato TMP

Aparte de su carácter como monómeros de
ácidos nucleicos, la estructura de nucleótido
está generalizada entre las biomoléculas, y
particularmente como coenzimas.
 Niacina adenina dinucleótido (forma
reducida, NADH).
 Flavina Adenina dinucleótido (FAD).
 Coenzima A (forma acetilada, Acetil-CoA).
 Uridina difosfato glucosa (UDPG).

 Cada nucleótido es un ensamblado de tres
componentes.
 Bases nitrogenadas: derivan de los
compuestos heterocíclicos aromáticos purina y pirimid
ina.
 Bases nitrogenadas purínicas: son la adenina (A) y
la guanina (G). Ambas forman parte del ADN y del ARN.
 Bases nitrogenadas pirimidínicas: son la timina (T),
la citosina (C) y el uracilo (U). La timina y la citosina
intervienen en la formación del ADN. En el ARN aparecen la
citosina y el uracilo.
 Bases nitrogenadas isoaloxacínicas: la flavina (F). No forma
parte del ADN o del ARN, pero sí de algunos compuestos
importantes como el FAD.

 Pentosa: el azúcar de cinco átomos de
carbono; puede ser ribosa (ARN)
o desoxirribosa (ADN). La diferencia entre
ambos es que el ARN sí posee un grupo OH
en el segundo carbono.
 Ácido fosfórico: de fórmula H3PO4. Cada
nucleótido puede contener uno (nucleótidos-
monofosfato, como el AMP), dos
(nucleótidos-difosfato, como el ADP) o tres
(nucleótidos-trifosfato, como el ATP)
grupos fosfato.

Composición de los ácidos
nucleicos: nucleótidos
Existen dos tipos de ácidos nucleicos, el ácido
desoxirribonucleico o ADN y el ácido
ribonucleico o ARN, que se diferencian en:
 El azúcar (pentosa) que contienen: la
desoxirribosa en el ADN y la ribosa en el
ARN.

Las bases nitrogenadas que contienen:
adenina, guanina, citosina y timina en el
ADN; y adenina, guanina, citosina
y uraciloen el ARN.

 La unión formada por la pentosa y la
base nitrogenada se denomina
"nucleósido" y la unión del nucleósido
con un grupo fosfórico se denomina
"nucleótido".

 Los nucleótidos se unen entre sí para
formar el polinucleótido por uniones
fosfodiester entre el carbono 5' de un
nucleótido y el carbono 3' del
siguiente:

Formación
 Los nucleótidos resultan de la unión mediante
enlace éster de la pentosa de un nucleósido con una
molécula de ácido fosfórico. Esta unión, en la que
se libera una molécula de agua, puede producirse
en cualquiera de los grupos hidroxilo libres de la
pentosa.

 También es habitual nombrar a los
nucleótidos como fosfatos de los
correspondientes nucleósidos; por ejemplo, el
ATP es el trifosfato de adenosina o adenosín-
trifosfato.

FUNCIONES DE LOS
NUCLEÓTIDOS.
 Además de ser los sillares estructurales de los
ácidos nucleicos, los nucleótidos desempeñan
en las células otras funciones no menos
importantes.
 En concreto, el trifosfato de adenosina (ATP)
actúa universalmente en todas las células
transportando energía, en forma de energía de
enlace de su grupo fosfato terminal, desde los
procesos metabólicos que la liberan hasta
aquellos que la requieren.

 En algunas reacciones del metabolismo, otros
nucleótidos trifosfato como el GTP, CTP y UTP,
pueden sustituir al ATP en este papel.

METABOLISMO
 Actividad celular altamente coordinada
en la que múltiples sistemas
enzimáticos (vías metabólicas) trabajan
en conjunto para realizar 4 funciones:
 1) Obtener energía química ya sea
capturando energía solar o bien,
degradando nutrientes del medio
ambiente, ricos en energía

METABOLISMO
2) Convirtiendo las moléculas de los nutrientes
en las moléculas propias de cada célula,
incluyendo los precursores de las
macromoléculas.
3) Polimerizar precursores monoméricos en
macromoléculas: proteínas, ácidos nucléicos y
polisacáridos.
4) Sintetizar y degradar biomoléculas requeridas
en funciones especializadas (ejemplo: lípidos de
membranas, mensajeros celulares y pigmentos).

Definiciones
 Los organismos vivos se dividen en dos grupos
dependiendo de la forma química que utilizan para
obtener carbono del medio ambiente:
Autótrofos: utilizan CO2 de la atmósfera como única fuente
de carbono para sintetizar todas sus moléculas (Ej: bacterias
fotosintéticas, plantas superiores). Algunos autótrofos pueden
utilizar también el nitrógeno atmosférico para generar todos
sus compuestos nitrogenados (Ej: cianobacterias).
Heterótrofos: No pueden utilizar CO2 atmosférico. Obtienen
C del medio ambiente en forma de moléculas orgánicas
complejas, como glucosa (Ej: animales superiores y la
mayoría de microorganismos).

PRINCIPIOS DE
BIOENERGETICA
 DEFINICION: es el estudio cuantitativo
de las transducciones de energía que
ocurren en las células vivas y de la
naturaleza y función de los procesos
químicos que fundamentan dichas
transducciones.

PRINCIPIOS DE
BIOENERGETICA
 Transducción: conversión de una forma
de energía en otra.
 Toda célula u organismo vivo debe
realizar trabajo para mantenerse con
vida, crecer y reproducirse.
 Para ello, deben transformar energía del
medio ambiente para producir trabajo
biológico.

PRINCIPIOS DE
BIOENERGETICA
 Los organismos vivos usan la energía
química como combustible para
sintetizar moléculas complejas, para
construir gradientes de concentración,
gradientes eléctricos, en movimiento,
calor y hasta en luz.
 Los organismos fotosintéticos
transducen la energía lumínica en todas
las formas de energía mencionadas
anteriormente.

PRINCIPIOS DE
BIOENERGETICA
 Las transducciones biológicas de
energía obedecen las mismas leyes
físicas que gobiernan todos los demás
procesos en la naturaleza.

LEYES DE LA TERMODINÁMICA
APLICADA A LOS SISTEMAS
BIOLÓGICOS
 La termodinámica se refiere al estudio
de la transferencia de energía que se
produce entre moléculas o conjuntos de
moléculas, el elemento o conjunto
particular de elementos de interés (que
podría ser algo tan pequeño como una
célula o tan grande como un
ecosistema) se llama sistema, mientras
que todo lo que no está incluido en el
sistema que hemos definido se
llama entorno

LEYES DE LA TERMODINÁMICA
APLICADA A LOS SISTEMAS
BIOLÓGICOS
 Hay tres tipos de sistemas en la
termodinámica:
 Sistema abierto
 Sistema cerrado
 Sistema aislado

Sistema abierto:
 Puede intercambiar energía y materia
con su entorno.

Sistema cerrado:
 Por el contrario, solo puede intercambiar
energía con sus alrededores, no
materia.

Sistema aislado:
 Es aquel que no puede intercambiar ni
materia ni energía con su entorno. Es
difícil encontrarse con sistema aislado
perfecto. Los elementos en el interior
pueden intercambiar energía entre sí

La primera ley de la
termodinámica
 Se refiere a la cantidad total de energía
en el universo, y en particular declara
que esta cantidad total no cambia.

La segunda ley de la
termodinámica
 Según la primera ley de la
termodinámica la energía no puede ser
creada ni destruida, pero puede cambiar
de formas más útiles a formas menos
útiles.

La entropía y la segunda ley
de la termodinámica
 El grado de aleatoriedad o desorden en
un sistema se llama entropía.

La entropía en los sistemas
biológicos
 Una de las implicaciones de la segunda
ley de la termodinámica es que, para
que el proceso se lleve a cabo, de algún
modo debe aumentar la entropía del
universo.

REACCIONES BIOQUÍMICAS
COMUNES
 Una reacción química es un proceso
que forma y rompe enlaces químicos
que mantienen unidos a los átomos.
 Las reacciones químicas convierten un
grupo de sustancias, los cuales son; los
reactivos, en otro grupo, los productos.
 Las reacciones químicas pueden ser:
exergonicas
endergónicas

Reacción exergónica
 El termino exergónica proviene del
griego y significa sale energía, se le
llama aquella reacción en la que los
reactivos contienen más energía que los
productos.
 Por ejemplo la glucosa que los cuerpos
de los corredores utilizan como
combustible, contiene más energía que
el dióxido de carbono y el agua que se
produce cuando ese azúcar se
descompone.

Reacción Endergónicas
 El término endergónicas significa entra
energía
 Es aquella en la que los productos
contienen más energía que los
reactivos.
 Según la segunda ley de la
termodinámica las reacciones
endergónicas, requieren un aporte de
energía, de alguna fuente externa.

Entropía
 En química hay tres grandes conceptos
basados en la idea de la entropía:
 Estados Intramoleculares (Grados de
libertad)
 Estructuras Intermoleculares
 Número de posibilidades

Diagrama A Diagrama B
- La energía libre de los productos es menor
que la de los reactantes.
- Al ser Gproductos menor que Greactivos, ΔG menor
que cero (de valor negativo).
- El proceso es espontáneo en el sentido
directo.
- La energía libre de los productos es mayor que la
de los reactantes.
- Al ser Gproductos mayor que Greactivos, ΔG mayor
que cero (de valor positivo).
- El proceso no es espontáneo en sentido directo.
Pudiendo deducir al analizar los diagramas que:

COMPUESTOS DE ALTA
ENERGÍA CELULAR ATP
 Compuestos de alta energía: se
caracterizan por tener uno o más
enlaces que liberan un gran volumen de
energía libre a través del catabolismo.
 Adenosintrifosfato: El ATP es uno
de los compuestos llamados
nucleótidos.

Razones químicas de la
tendencia a la hidrólisis del
ATP
 Energía de estabilización por
resonancia
 Tensión eléctrica entre las cargas
negativas vecinas existente en el ATP
 Solvatación: la tendencia natural es
hacia una mayor solvatación. La energía
de solvatación es mayor en los
productos de hidrólisis que en el ATP.

Fosfoenolpiruvato
 Posee un enlace fosfato de alta energía
implicado en la glucólisis y
gluconeogénesis.
 En la glicolisis, transfiere su grupo
fosfato, por acción de la piruvatokinasa,
generando piruvato y adenosíntrifosfato
(ATP) mediante el proceso de
fosforilación a nivel de sustrato.

Derivados de coenzima A
 El tioéster se forma cuando un
sulfhidrilo (cuya forma general se
escribe con un grupo orgánico, R, unido
con el azufre y el hidrógeno, es decir R-
SH) se le añade un ácido carboxílico
(R'-COOH).

1,3 Di Fosfatoglicerido
 Es una molécula que contiene enlaces
de altamente energéticos, el 1,3
difosfatoglicerido, es utilizada como
fuente de energía en la glicolisis y en el
ciclo de krebs.

Fosfocreatina
 La fosfocreatina es un compuesto
químico con un enlace de fosfato de alta
energía, siendo su representación
química: Creatina PO3.

REACCIONES DE ÓXIDO REDUCCIÓN BIOLÓGICA
Y ACOPLAMIENTO DE REACCIONES EN LOS
SISTEMAS BIOLÓGICOS
 “Las reacciones de oxidación-reducción
llamadas también redox; son aquellas
en las que tienen lugar una
transferencia de electrones desde un
dador electrónico o agente reductor,
hasta un aceptor electrónico o el agente
oxidante.

REACCIONES DE ÓXIDO REDUCCIÓN BIOLÓGICA
Y ACOPLAMIENTO DE REACCIONES EN LOS
SISTEMAS BIOLÓGICOS
Ejemplos de reacciones:
 La oxidación del sodio y la reducción del
cloro.
 Otra reacción de oxidación-reducción;
oxidación parcial del metano (CH4).

Quimiótrofos
 Ejemplos de rutas bioenergéticas, en las
que existen reacciones redox:
 Glucólisis
 Fermentación
 Ciclo de Krebs
 Cadena respiratoria
 Fosforilación oxidativa
 Ciclo de Calvin
 Fotosíntesis

RUTAS CATABÓLICAS,
ANABÓLICAS Y
ANAPLETÓRICAS Entre los distintos tipos de biomoléculas
orgánicas que forman parte de las células
vivas hay que distinguir por un lado a las
proteínas y los ácidos nucleicos, cuya misión
fundamental es el almacenamiento,
transmisión y expresión de la información
genética ("biomoléculas informativas"), y por
otro a los glúcidos y lípidos ("biomoléculas
energéticas") cuya principal misión es la de
proporcionar energía para los distintos
procesos celulares y que por lo tanto están
llamados a ser los grandes protagonistas del
catabolismo.

Catabolismo de azúcares
 Los monosacáridos diferentes de la
glucosa, que en ocasiones pueden
proceder de la hidrólisis de distintos
tipos de oligosacáridos, se transforman
en glucosa o en algunos de los
intermediarios de su degradación,
mediante reacciones de isomerización.

Cadena respiratoria
 Los electrones de los coenzimas reducidos
NADH y FADH2 procedentes de las
anteriores etapas del catabolismo de los
azúcares pueden ser ahora cedidos a una
de los varios miles de cadenas de
transportadores de electrones que se
encuentran distribuidas por toda la
superficie de la membrana mitocondrial
interna y que reciben el nombre de
cadenas respiratorias.

Catabolismo de lípidos.
 Dado que los lípidos que con más
frecuencia degradan las células para
obtener energía son los triacilglicéridos
o grasas neutras, analizaremos sus
rutas degradativas como modelo del
catabolismo de los lípidos en general.

Catabolismo de proteínas.
 Por lo general las células no utilizan las
proteínas como combustible metabólico
más que en casos de extrema
necesidad.
 Sin embargo, las células están
renovando constantemente sus
proteínas.

Catabolismo de los ácidos
nucleicos
 a) Pentosas.- mediante la ruta de
las pentosas.
 b) Ácido fosfórico.- se excreta
como tal por la orina
 c) Bases nitrogenadas.- se
degradan siguiendo complejas rutas que
dan lugar

Anabolismo
 Es el conjunto de procesos del
metabolismo que tienen como resultado
la síntesis de componentes celulares a
partir de precursores de baja masa
molecular por lo que también recibe el
nombre de biosíntesis.

Anapletóricos
 Las reacciones anapleróticas son
aquellas que proporcionan
intermediarios del ciclo de los ácidos
tricarboxílicos (TCA, del inglés) o ciclo
del ácido cítrico o ciclo de Krebs.

PRINCIPIOS DE
REGULACIÓN METABÓLICA
 Ciertas vías metabólicas son comunes a
todas las células de un organismo, son
las rutas centrales del metabolismo
(como la glucólisis).

PRINCIPIOS DE
REGULACIÓN METABÓLICA
 Hígado: La actividad metabólica del
hígado es esencial para suministrar
combustible al cerebro, al músculo y al
resto de los tejidos del cuerpo.
 Cerebro: La glucosa es prácticamente
el único combustible utilizado por el
cerebro humano, excepto durante el
ayuno prolongado.

Regulación de actividad
enzimática
 La cantidad de una enzima se puede
controlar regulando la velocidad de su
síntesis o de su degradación.
 Las enzimas reguladoras se pueden
clasificar por el método de su modulación:
modulación alostérica no covalente o
modificación covalente.
 Un inhibidor o activador alostérico, que
también se llama modulador alostérico o
efector alostérico, se une al sitio regulador
y causa un cambio de conformación en la
enzima reguladora.

Inhibición
 Los inhibidores son moléculas o iones
que interactúan con la enzima y
disminuyen su actividad catalítica.

Inhibición competitiva.
 La característica más importante de
este tipo de inhibición es que el sustrato
y el inhibidor son mutuamente
excluyentes, por lo que no se forma el
complejo ternario IES.

Inhibición no competitiva
 En la inhibición no competitiva clásica,
además de formarse los complejos
binarios entre la enzima y el inhibidor
(EI) y la enzima y el sustrato (ES), se
puede también formar el complejo
ternario entre enzima, inhibidor y
sustrato (EIS).

Inhibición acompetitiva
 En la inhibición de tipo acompetitiva, el
inhibidor no interactúa con la enzima
libre, pero si con el complejo enzima-
sustrato (ES).

Inhibidores irreversibles
 Los inhibidores irreversibles se unen por
medio de enlaces covalentes a los
grupos funcionales de la enzima, por lo
que la actividad de ésta se pierde de
manera permanente.

Modificación covalente
 La modificación covalente de las
enzimas reguladas es reversible, pero
suele requerir enzimas modificadoras
adicionales para su activación e
inactivación.

Concentración de
enzimas
 La concentración de enzimas es otro de
los factores que afecta la velocidad,
cuanto mayor cantidad de enzima este
presente, mayor será la velocidad que
se alcanzará, debido a que necesito
más cantidad de sustrato para alcanzar
la saturación.

Regulación a nivel DNA
 La regulación en la dosis del producto
de un gen es uno de los mecanismos
que actúan a nivel del ADN.

Regulación a nivel DNA
 INDUCCIÓN: capacidad que tienen los
organismos para sintetizar ciertas enzimas
solo cuando las necesitan. El termino
inducción se refiere también a la activación
de la trascripción de un gen como
consecuencia de un inductor que
interactiva con una proteína reguladora.
 REPRESOR: proteína que se une a la
secuencia del operador de un gen,
evitando así la trascripción de dicho gen.

CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES
 La glucólisis y el ciclo del ácido cítrico
generan una cantidad relativamente baja
de energía en forma de ATP.
 Sin embargo se tiene que en la glucólisis,
en la reacción de la piruvato
deshidrogenasa y en el ciclo del ácido
cítrico ocurren seis pasos de
deshidrogenación reduciendo 10 moles de
NAD+ a NADH y 2 moles de FAD a FADH2
por mol de glucosa.

 NADH y FADH2, se reoxidan mediante las
proteínas de transporte electrónico unidas a la
membrana mitocondrial interna.
 Estas proteínas se ensamblan en cinco complejos
multiproteicos, denominados I, II, III, IV y V.
 Los complejos I, II, III y IV aceptan electrones
desde un transportador electrónico relativamente
móvil y pasan los electrones a otro transportador
móvil.
 La energía liberada por las acciones de los
complejos I, III y IV impulsa la síntesis de ATP por
el complejo V.

Complejo I
 El NADH se oxida en el primer paso del
transporte electrónico por el complejo I, o
NADH deshidrogenasa.

 Este complejo contiene el mononucleótido
de flavina (FMN) como grupo
complementario estrechamente unido.
 También tiene algunos centros hierro-
azufre, que transfieren los electrones
desde la flavina reducida a otro
transportador respiratorio, la coenzima Q.

Complejo II
 El complejo II, también llamado succinato
deshidrogenasa, recibe electrones de la
oxidación del succinato.

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