Gu_a_N_2_BIOMOL_CULAS.pdf
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Colegio Montessori de Temuco – Tercero Electivo – Unidad 1 – Paola Castro. COMPOSICIÓN DE LOS SERES VIVOS. NOMBRE: ………………………………………………………………………………… FECHA: …………………… OBJETIVO: - Describir la composición de los seres vivos. Clasificar las biomoléculas en orgánicas e inorgánicas. Caracterizar a los glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, describiendo su composición, función, clasificación y propiedades principales. Los seres vivos están constituidos por elementos químicos denominados bioelementos. De los aproximadamente 100 elementos químicos que existen en la naturaleza, unos 70 se encuentran en los seres vivos. De éstos, sólo unos 22 se encuentran en todos en cierta abundancia y cumplen determinadas funciones. Clasificación: los bioelementos se clasifican según su abundancia en los seres vivos en: - Bioelementos primarios: C, H, O, N, P y S. Representan en su conjunto el 96 % del total. Bioelementos secundarios: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-. Constituyen aproximadamente el 3,9% de la materia viva. Aunque se encuentran en menor proporción que los primarios, son también imprescindibles para los seres vivos. En medio acuoso se encuentran siempre ionizados. Oligoelementos o elementos vestigiales: Son aquellos bioelementos que se encuentran en los seres vivos en un porcentaje menor del 0.1%. Algunos, los indispensables, se encuentran en todos los seres vivos, mientras que otros, variables, solamente los necesitan algunos organismos. Incluyen el hierro, cobre, zinc, flúor, yodo, etc. - Bioelementos primarios: El hecho de que los bioelementos primarios sean tan abundantes en los seres vivos se debe a que presentas ciertas características que los hacen idóneos para formar las moléculas de los seres vivos. Tabla nº1: Abundancia de elementos en la corteza terrestre y seres vivos. Sus compuestos presentan polaridad por lo que fácilmente se disuelven en el agua, lo que facilita su incorporación y eliminación. El C y el N presentan la misma afinidad para unirse al oxígeno o al hidrógeno, por lo que pasan con la misma facilidad del estado oxidado al reducido. Esto es de gran importancia, pues los procesos de oxidación-reducción son la base de muchos procesos químicos muy importantes y en particular de los relacionados con la obtención de energía como la fotosíntesis y la respiración celular. El C, el H, el O y el N son elementos de pequeña masa atómica y tienen variabilidad de valencias, por lo que pueden formar entre sí enlaces covalentes fuertes y estables. Debido a esto dan lugar a una gran variedad de moléculas y de gran tamaño. De todos ellos el carbono es el más importante. Este átomo es la base de la química orgánica y de la química de los seres vivos. Bioelementos secundarios: Son elementos que se encuentran en menor proporción en los seres vivos. Se presentan en forma iónica. Dentro de ellos: - El calcio puede encontrarse formando parte de los huesos, conchas, caparazones, o como elemento indispensable para la contracción muscular o la formación del tubo polínico. El sodio y el potasio son esenciales para la transmisión del impulso nervioso. El magnesio forma parte de la estructura de la molécula de la clorofila. Oligoelementos: Los oligoelementos también se denominan elementos traza, puesto que aparecen en muy baja proporción en la materia viva. Aún así, algunos desempeñan funciones tan importantes como es el caso del hierro, que se encuentra formando parte de la hemoglobina. Alguno de estos elementos no se manifiesta en ciertos seres. Sin embargo, como el caso del silicio, puede ser muy abundante en determinados seres vivos, como diatomeas o gramíneas. Colegio Montessori de Temuco – Tercero Electivo – Unidad 1 – Paola Castro. Las biomoléculas: Los bioelementos se unen entre sí para formar moléculas que llamaremos biomoléculas, es decir las moléculas que constituyen a los seres vivos (constituirán por lo tanto, las células). Las biomoléculas se clasifican de la siguiente forma: Inorgánicas Orgánicas Tabla nº2: Clasificación de las biomoléculas. Biomoléculas Inorgánicas: son aquellas que no tienen el elemento carbono en su estructura, o bien éste se encuentra en baja proporción. Corresponden al agua, las sales minerales y los gases. A) EL AGUA: Es el compuesto líquido más importante para los seres vivos. La cantidad de agua varía entre los diferentes organismos, así por ejemplo en las medusas el 95% de su estructura es agua, mientras que en los tejidos humanos el porcentaje de ese compuesto varía desde el 20% en los huesos, hasta el 85% en las células cerebrales. En los seres vivos el agua está en mayor proporción durante el desarrollo embrionario y en los estados juveniles; en el envejecimiento ella disminuye y esto se refleja en el deterioro de las diferentes actividades metabólicas. El agua está formada por dos átomos de hidrógeno débilmente electronegativos unidos a un átomo de oxígeno fuertemente electronegativo; por tanto, la molécula de agua presenta una distribución interna asimétrica de cargas que le confiere un carácter polar y cohesivo para formar enlaces de hidrógeno con otras moléculas polares, así como interactuar con iones cargados positiva o negativamente. Como resultado de estas interacciones, los iones y moléculas polares son Fig.1: Molécula de agua fácilmente solubles en agua (hidrofílicos). Las moléculas de agua son fuertemente cohesivas debido a la presencia de puentes de hidrógeno entre ellas. Las fuerzas de adhesión explican por qué el agua moja las cosas. Tiene un alto grado de tensión superficial debido a la cohesión de sus moléculas. Así las moléculas de agua de la superficie libre se agrupan, formando una fuerte capa por la atracción que ejercen sobre ellas otras moléculas de agua situadas por debajo. Por otra parte, las fuerzas de adhesión y cohesión explican la tendencia del agua a ascender por tubos de calibre muy pequeño, fenómeno que recibe el nombre de capilaridad. Fig.2: Tensión superficial del agua. Es importante considerar su elevado calor específico: es decir, la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura del agua en un grado centígrado. Esta se produce por la presencia de puentes de hidrógeno entre sus moléculas lo cual favorece el hecho de que los océanos, los lagos, las plantas y animales terrestres con alto contenido de agua puedan mantener su temperatura relativamente constante. Mientras que la mayoría de las sustancias se hacen más densas al disminuir su temperatura, el agua tiene una densidad máxima a los 4ºC y comienza a expandirse conforme disminuye su temperatura, esto se debe a que los puentes de hidrógeno se vuelven más rígidos y ordenados. Como consecuencia el agua congelada (hielo) flota sobre el agua fría, que es más densa. Es de destacar que la expansión del agua sucede antes del congelamiento, razón por la cual las masas de agua se congelan de arriba hacia abajo y permiten continuar la vida a los organismos que habitan en ella cuando el ambiente se enfría notablemente. Colegio Montessori de Temuco – Tercero Electivo – Unidad 1 – Paola Castro. Como las moléculas de agua se mantienen juntas por puentes de hidrógeno, el agua tiene elevado calor de vaporización, de tal manera que para convertir un gramo de agua en un gramo de vapor se necesitan más de 500 calorías. Debido a que el agua absorbe calor al cambiar de su estado líquido a gas, el cuerpo humano disipa el exceso de calor mediante la evaporación del sudor y las hojas de las plantas se mantienen frescas a los rayos del sol por la evaporación del agua en su superficie. La elevada conductividad calorífica del agua hace posible la distribución uniforme del calor en todo el cuerpo. B) SALES MINERALES: Las sales minerales son biomoléculas inorgánicas que aparecen en los seres vivos de forma precipitada, disuelta en forma de iones o asociada a otras moléculas. Las sales se forman por unión de un ácido con una base, liberando agua. En forma precipitada forman estructuras duras, que proporcionan estructura o protección al ser que las posee. Ejemplos son las conchas, los caparazones o los esqueletos. Las sales disueltas en agua manifiestan cargas positivas o negativas. Los cationes más abundantes en la composición de los seres vivos son Na+, K+, Ca2+, Mg2+. Los aniones más representativos en la composición de los seres vivos son Cl-, PO43-, CO32-. Las sales disueltas en agua pueden realizar funciones tales como mantener el grado de grado de salinidad, amortiguar cambios de pH, mediante el efecto tampón, controlar la contracción muscular, producir gradientes electroquímicos, estabilizar dispersiones coloidales, etc. Los iones pueden asociarse a moléculas, permitiendo realizar funciones que, por sí solos no podrían, y que tampoco realizaría la molécula a la que se asocia, si no tuviera el ión. La hemoglobina es capaz de transportar oxígeno por la sangre porque está unida a un ión Fe2+. Los citocromos actúan como transportadores de electrones porque poseen un ión Fe3+. La clorofila captura energía luminosa en el proceso de fotosíntesis por contener un ión Mg2+ en su estructura. C) GASES: Algunas moléculas que están presentes en los seres vivos son gases y pertenecen por lo tanto a las biomoléculas de tipo inorgánicas. Ejemplos son el oxígeno (O2) y el dióxido de carbono (CO2), que se encuentran implicados en los procesos de respiración. Biomoléculas Orgánicas: Son los compuestos de carbono. Esto es, aquellos en los que el átomo de carbono es un elemento esencial en la molécula y forma en ella la cadena básica a la que están unidos los demás elementos químicos. Son éstos los que caracterizan a la materia viva y la causa de las peculiares funciones que realiza. La gran variedad de compuestos orgánicos que contienen los seres vivos se clasifican a partir de criterios muy simples, tales como su solubilidad o no en agua, y otros. Siguiendo estos criterios, encontramos a los glúcidos (o hidratos de carbono), los lípidos, los prótidos (o proteínas) y ácidos nucleicos. Las funciones que cumplen estos compuestos en los seres vivos son muy variadas, así los glúcidos y lípidos tienen esencialmente funciones energéticas y estructurales; las proteínas tienen funciones enzimáticas y estructurales (entre otras) y los ácidos nucleicos son los responsables de la información genética. Algunas sustancias son de gran importancia para los seres vivos pero estos las necesitan en muy pequeña cantidad y nunca tienen funciones energéticas ni estructurales. Por esta razón reciben el nombre de biocatalizadores. Son biocatalizadores las vitaminas, las enzimas y las hormonas. Los átomos que forman las moléculas orgánicas están unidos mediante enlaces covalentes. Se trata de un enlace muy resistente cuando la molécula está en disolución acuosa, lo que es el caso de los seres vivos. Este tipo de enlace se forma cuando dos átomos comparten uno o más pares de electrones. Antes de comenzar a mencionar las características de cada biomolécula orgánica, es necesario tener claros los conceptos de “monómero” y “polímero”. Fig.3: Unión mediante enlaces covalentes de los diferentes átomos que constituyen una biomolécula. Frecuentemente los compuestos que constituyen los seres vivos están formados por la unión más o menos repetitiva de moléculas menores. Por ejemplo, el almidón y la celulosa están formados por la unión de miles de moléculas de glucosa. Las proteínas por decenas, centenares o miles de aminoácidos, y la unión de miles o millones de nucleótidos forma los ácidos nucleicos. Por lo tanto: Colegio Montessori de Temuco – Tercero Electivo – Unidad 1 – Paola Castro. Monómero Cada una de las unidades menores que forman estas grandes moléculas es un monómero y el compuesto que resulta de la unión se llama polímero. Los polímeros son, a su vez, macromoléculas, es decir moléculas de elevado peso molecular. Enlace de muchos monómeros Polímero (macromolécula) A) LOS GLÚCIDOS: también llamados carbohidratos o azúcares. Son compuestos orgánicos que contienen C, H y O, y muchos de ellos contienen estos elementos en la relación de Cn(H2O)n. Los azúcares más simples son los monosacáridos, en donde al Fig.4: La formación de un polímero. reemplazar “n” en la fórmula, éste es un número entero del 3 al 7. Si se unen dos monosacáridos forman un disacárido; si se unen de 3 a 20 monosacáridos resulta un oligosacárido y cuando se unen numerosas unidades de monosacáridos, constituyen un polisacárido como por ejemplo los almidones, celulosas, pectinas, quitinas, etc. Los carbohidratos como los azúcares y los almidones generalmente se utilizan por los organismos como fuentes de energía; mientras que los otros como las celulosas, pectinas y quitinas tienen función estructural en células individuales y aún en organismos completos como hongos, plantas, bacterias artrópodos, etc. Además, algunos polisacáridos y polímeros más cortos de azucares actúan como marcadores para una variedad de procesos de reconocimiento en las células, incluyendo la adhesión de ellas con sus vecinas y el transporte de proteínas a los destinos intracelulares apropiados y otros hacen parte de sustancias celulares importantes como son los ácidos nucleicos y como cofactores que contienen vitaminas. En cuanto a sus propiedades fisicoquímicas, los carbohidratos de peso molecular bajo son solubles en agua y tienen poder edulcorante (endulzante) alto, características que son opuestas en los carbohidratos de peso molecular alto en los cuales la solubilidad se reduce notablemente. o Los monosacáridos: son los azúcares más simples y su nombre incluye la terminación “osa”. En cuanto a sus propiedades físicas, son sólidos, cristalinos, incoloros o blancos, de sabor dulce. Contienen grupos hidroxilo (OH) los cuales son polares, por lo tanto los monosacáridos son muy solubles en agua, pues se establecen enlaces polares con las moléculas de agua. Tienen de 3 a 7 átomos de carbono en su estructura; de acuerdo a eso se llamarán: Nº de carbonos Nombre Ejemplos 3C 4C 5C Triosa Tetrosa Gliceraldehído Eritrosa Dihidroxicetona Eritrulosa 6C Pentosa Hexosa Ribosa Glucosa Desoxirribosa Fructosa 7C Heptosa No son muy conocidos Tabla nº3: Clasificación de los monsacáridos. A continuación, la fórmula y función de algunos monosacáridos de interés biológico: Glucosa: importante fuente de energía para las células tanto vegetales como animales. Forma parte de muchos disacáridos y polisacáridos. (Fórmula estructural de la glucosa). Fructosa: es una sustancia muy difundida entre las plantas, sobre todo en los frutos, y en la miel. En el hígado de los animales es transformada en glucosa. Al unirse a una molécula de glucosa forma un disacárido conocido como sacarosa. (Fórmula estructural de la fructosa). Colegio Montessori de Temuco – Tercero Electivo – Unidad 1 – Paola Castro. Ribosa: forma parte de muchas sustancias orgánicas de gran interés biológico como el ARN y el ATP. (Fórmula estructural de la ribosa). Desoxirribosa: derivada de la ribosa. Le falta un oxígeno en el carbono 2, de ahí su nombre. Es el azúcar de la molécula de ADN. (Fórmula estructural de la desoxirribosa). Galactosa: junto con la glucosa forman un disacárido llamado lactosa, el azúcar de la leche. (Fórmula estructural de la galactosa). o Los disacáridos: resultan de la unión de dos monosacáridos iguales o diferentes, mediante un enlace llamado glicosídico, con la liberación de una molécula de agua. Tienen un periodo de vida muy corto en el interior de la célula, ya que la mayoría de ellos se degradan por hidrólisis para liberar su energía química utilizada en las diferentes reacciones celulares, o de lo contrario, se unen formando moléculas más complejas como los polisacáridos. Los disacáridos a menudo se usan para guardar energía, en las plantas por ejemplo, por períodos cortos de tiempo; los más comunes son la sacarosa, la maltosa y la lactosa. A continuación conoceremos las fórmulas estructurales de estos disacáridos de importancia biológica: Sacarosa: Glucosa + Fructosa. Es el azúcar de mesa; se encuentra en la caña de azúcar y en la remolacha. Lactosa: Glucosa + Galactosa. Es el azúcar de la leche de los mamíferos. Maltosa: Glucosa + Glucosa. Se obtiene por hidrólisis del almidón y del glucógeno. Aparece en la germinación de la cebada empleada en la fabricación de cerveza. Tostada, se emplea como sucedáneo del café (malta). Colegio Montessori de Temuco – Tercero Electivo – Unidad 1 – Paola Castro. o Polisacáridos: Son los carbohidratos más abundantes, que resultan de la unión de más de 10 unidades de azúcares sencillos (generalmente la glucosa) mediante enlaces glucosídicos. Como ejemplos tenemos el almidón y la celulosa (en plantas) y el glucógeno (en animales). Los polisacáridos son sustancias insípidas, amorfas e insolubles en agua. Los polisacáridos son macromoléculas, moléculas de elevada masa molecular, miles o centenares de miles de Dalton (Da). Por ejemplo, cada molécula de celulosa, polisacárido vegetal, contiene de 300 a 3000 moléculas de glucosa y tiene un peso molecular que oscila entre 54000 y 540000 Da. Algunos polisacáridos presentan ramificaciones. Veamos a continuación ejemplos de polisacáridos de importancia biológica: Almidón: polisacárido con función energética, sintetizado por los vegetales. Está formado por miles de moléculas de glucosa. Glucógeno: polisacárido de reserva energética en animales. Se almacena en el hígado y en el músculo esquelético, donde al ser requerido se hidrolizará a glucosa para la obtención de energía. Su estructura es similar a la del almidón, aunque más ramificado y su masa molecular es mucho mayor. Celulosa: sintetizada por los vegetales, tiene función estructural, formando parte importante de la pared celular. Está formada por la unión de varios millares de moléculas de glucosa. Quitina: formada por un derivado nitrogenado de la glucosa, la N-acetilglucosamina. Constituye los exoesqueletos de los artrópodos y las paredes celulares de los hongos. También podemos encontrar en los seres vivos, polisacáridos más complejos, como por ejemplo: Pectinas: encontradas en las paredes celulósicas de los vegetales, formadas por la polimerización del ácido galacturónico, un derivado ácido de la galactosa. Peptidoglucanos: encontrados en las paredes de bacterias, formados por polisacáridos asociados a cadenas peptídicas. B) LOS LÍPIDOS: son un grupo amplio y heterogéneo de compuestos insolubles en agua, pero solubles en solventes orgánicos no polares como el éter, el cloroformo o el benceno. En su molécula ellos contienen carbono, hidrógeno y oxígeno, pero este último en menor proporción (respecto al carbono y al hidrógeno) que en los carbohidratos. Algunas de sus propiedades que los caracterizan son una menor densidad que el agua y una mala conducción del calor. En los organismos vivos cumplen diversas funciones como las que se citan a continuación: - - Son reservas energéticas y se utilizan como combustibles biológicos importantes, ya que pueden suministrar cerca de 9.3 calorías por gramo (el termino caloría se usa para medir el contenido energético de los alimentos), comparada con 4.1 calorías de azúcares y proteínas. Forman cubiertas aislantes en la superficie de plantas y de animales para evitar infecciones y mantener el equilibrio hídrico en ellos. Sirven como componentes estructurales de las membranas biológicas en donde contribuyen a la formación de compartimentos con respuestas bioquímicas específicas. Constituyen sistemas aislantes contra choques térmicos, eléctricos y químicos a nivel de la hipodermis o en cubiertas de órganos internos. Algunos actúan como hormonas que participan en el control de procesos metabólicos Otros sirven como precursores de otros compuestos complejos como lipoproteínas, glicoproteínas, vitaminas liposolubles etc. Los lípidos se clasifican en tres grupos principales, que son los lípidos simples, los complejos y los derivados. Analicemos cada uno de ellos: Colegio Montessori de Temuco – Tercero Electivo – Unidad 1 – Paola Castro. o Lípidos simples: incluyen grasas verdaderas saturadas (sólidas), aceites insaturados (líquidos) y ceras los cuales tienen estructura similar y en su molécula solamente poseen carbono, hidrógeno y oxígeno. El patrón más común de la estructura de las grasas verdaderas es una molécula de glicerol (glicerina) unida a cadenas de ácidos grasos. Los ácidos grasos son cadenas hidrocarbonadas apolares largas no ramificadas, con un grupo carboxilo ionizable en un extremo y el glicerol o glicerina (que es un polialcohol de tres átomos de carbono) que puede unir sus tres OH (hidroxilos) mediante enlaces éster con los grupos carboxilo (-COOH) de una, dos o tres moléculas de ácidos grasos para dar lugar a monoglicéridos, diglicéridos o triglicéridos respectivamente. Fig.5: Reacción de formación de un triacilglicérido o triglicérido. Generalmente los ácidos grasos sintetizados por las células poseen un número par de átomos de carbono y su longitud varía de 14 a 24 carbonos. En su cadena pueden estar presentes o ausentes dobles enlaces, así las moléculas de ácidos grasos que tienen dobles enlaces son insaturadas y las que carecen de ellos son saturadas. Estas características son de importancia en las propiedades fisicoquímicas de la molécula de grasa, de tal manera que aquellas conformadas por ácidos grasos saturados, como las que se encuentran en la hipodermis de mamíferos, son sólidas a temperatura ambiente. Mientras que las grasas con ácidos grasos insaturados, como los aceites vegetales (ejemplo, ácido linoleico) son líquidos a la misma temperatura. Fig.6: Tipos de ácidos grasos de acuerdo al Sin embargo, un aceite se puede convertir en grasa nº de dobles enlaces. saturada rompiendo los dobles enlaces entre los carbonos, reemplazándolos con enlaces simples, y añadiendo hidrógenos. Este es un "aceite hidrogenado" como los que se encuentran en las margarinas. Estos lípidos se almacenan en las células en forma de gotas de lípido, por lo que son almacenes de energía muy concentrada: en los animales el principal tejido de reserva es el adiposo, en células denominadas adipocitos. Mientras que en vegetales como maíz, sorgo, girasol y maní, de las cuales se extrae industrialmente aceite, se encuentra intracelularmente en plastidios para tal fin como son los oleoplastos. Industrialmente los triglicéridos se utilizan para la fabricación de jabones mediante el proceso químico de saponificación. Las ceras son lípidos similares a las grasas y a los aceites excepto en que los ácidos grasos que las conforman se unen a cadenas largas de alcoholes en lugar de unirse al glicerol. Son sólidas e insolubles en agua. Las ceras forman una cubierta impermeable sobre las hojas, frutos y tallos de plantas terrestres para impedir la pérdida de agua por exceso de evapotranspiración. Algunas estructuras cobertoras de los Fig.7: Cera de abejas. animales como son las plumas, los pelos, la piel poseen ceras con función impermeabilizante y lubricantes más no de importancia alimenticia. En casos excepcionales como en las abejas las utilizan para construir sus colmenas. o Lípidos complejos: comprenden los fosfolípidos o fosfoglicéridos, de estructura similar a las grasas pero además contienen fósforo y nitrógeno; los esfingolípidos (ceramidas, esfingomielinas, cerebrósidos y gangliósidos). A los cerebrosidos y gangliósidos también se les conoce como glicolípidos. Colegio Montessori de Temuco – Tercero Electivo – Unidad 1 – Paola Castro. Los fosfolípidos son semejantes a un aceite excepto en que uno de los ácidos grasos se reemplaza por un residuo de ácido fosfórico y a menudo este último se une a una molécula polar pequeña ionizable tal como la colina, serina, inositol, o etanolamina. De esta manera el fosfolípido adquiere una característica anfipática, es decir su molécula presenta una "cabeza" (de glicerol y base orgánica) polar o cargada (hidrosoluble) unida a una "cola" no polar (hidrofóbica) de ácidos grasos, condición que le facilita hacer parte estructural de las membranas celulares como bicapa lipídica y cumplir en ellas una función selectiva en el transporte puesto que al entrar en contacto con Fig.7: Estructura de un fosfolípido. el agua adquieren cierta configuración y los extremos hidrosolubles se orientan hacia fuera mientras los extremos hidrofóbicos se orientan en sentido opuesto. Los esfingolípidos son lípidos estructurales de membrana, menos abundantes y que están formados por una molécula denominada ceramida. La función de las ceramidas consiste en reforzar la cohesión de las células de la capa córnea de la epidermis, limitando la pérdida de péptidos hidrosolules y minimizan las alteraciones producidas por los rayos UV tanto en la piel como en el pelo. Las ceramidas están constituidas por un ácido graso y una esfingosina. Dependiendo de la molécula que se enlace con la ceramida, podemos encontrar fosfoesfingolípidos o glucoesfingolípidos (estos últimos, son moléculas abundantes en las membranas de las neuronas). Los glicolípidos son esfingolípidos compuestos por una ceramida (esfingosina + ácido graso) y un glúcido de cadena corta; carecen de grupo fosfato. Los glucolípidos forman parte de la bicapa lipídica de la membrana celular; la parte glucídica de la molécula está orientada hacia el exterior de la membrana plasmática y es un componente fundamental del glicocálix, donde actúa en el reconocimiento celular y como receptores antigénicos. o Glicolípidos Fig.8: Glicolípidos en la cara externa de la membrana, formando parte del glicocálix Lípidos derivados, incluyen los lípidos que no se clasifican en los anteriores grupos como la familia de los esteroides, carotenoides, las prostaglandinas y las vitaminas liposolubles. Son lípidos que no realizan la reacción de saponificación. Los esteroides presentan la estructura básica del compuesto anillado ciclopentano-perhidrofenantreno que corresponde a un conjunto de cuatro anillos entrelazados; tres de los cuales contienen seis átomos de carbono y el cuarto sólo tiene cinco (ver figura 9). La longitud y estructura de las cadenas caracteriza a cada uno de los esteroides derivados. Los esteroides Fig.9: Estructura del que tienen un grupo -OH se denominan esteroles, el ciclopentanoperhidrofenantreno ejemplo más conocido es el colesterol el cual en ciertas células animales llega a constituir más del 50% de los lípidos de membrana y es el más pequeño y menos anfipático de ellos. Debido a que la estructura cíclica del colesterol carece de flexibilidad, se cree que su función sea la de mantener la estabilidad de la membrana a pesar de leves aumentos de temperatura. Las membranas de las células vegetales contienen otros tipos de esteroles y carecen de colesterol. Otros ejemplos de esteroides son las sales biliares, las hormonas sexuales masculinas y femeninas y las hormonas de la corteza suprarrenal. Dentro de las hormonas de la corteza suprarrenal se consideran principalmente: mineralocorticoides (aldosterona) y glucocorticoides (cortisol). Estos últimos median las respuestas del cuerpo al estrés favoreciendo el uso de ácidos grasos y proteínas para la obtención de energía por parte de todas las células, excepto las musculares y nerviosas que se beneficiarán de la energía obtenida directamente de las fuentes de glucosa (glucógeno). Colegio Montessori de Temuco – Tercero Electivo – Unidad 1 – Paola Castro. Los carotenoides se clasifican con los lípidos por su insolubilidad en agua y su consistencia aceitosa, se distribuyen ampliamente en la naturaleza especialmente como pigmentos vegetales de color rojo y amarillo con una función importante en el proceso de fotosíntesis y el fototropismo u orientación de las plantas hacia las fuentes de luz. Las prostaglandinas son hormonas derivadas de ácidos grasos poliinsarturados. Su efecto radica en la regulación de la actividad de otras hormonas mediante estímulo o inhibición de la formación de AMP cíclico. Las prostaglandinas se sintetizan y liberan en diferentes tejidos del cuerpo como la vesícula seminal, los pulmones, el hígado y el aparato digestivo. Algunas prostaglandinas dilatan las vías bronquiales, inhíben la secreción gástrica, incrementan la motilidad intestinal, estimulan la contracción del útero, elevan o reducen la presión arterial, regulan el metabolismo y provocan inflamación. Las sintetizadas en el centro termorregulador del hipotálamo provocan fiebre. Los premios Nobel suecos Sune Bergtrom y Bengt Samuelson en 1982 las denominaron prostaglandinas debido a que inicialmente se aislaron del semen humano, al considerar que provenían de la próstata. Se consideran también lípidos derivados a las vitaminas liposulobles A, D, E y K. La vitamina E inhibe la oxidación de los ácidos grasos insaturados y de la vitamina A que forman las membranas celulares, se considera la vitamina de la fertilidad. Su deficiencia generalmente produce anemia e impide el crecimiento normal. La vitamina D o calciferol, promueve la absorción de calcio y fósforo en el aparato digestivo; esencial para el crecimiento normal y el mantenimiento de los huesos. Su deficiencia produce raquitismo en los niños y osteomalacia en los adultos. Su fuente principal es el colesterol que por acción de los rayos ultravioleta origina una molécula de Vitamina D. La vitamina K, la producen las bacterias intestinales y se encuentra en el hígado. Es esencial para la coagulación de la sangre. Como se sabe, las vitaminas son compuestos orgánicos que se necesitan en cantidades muy pequeñas para mantener las funciones normales. Es por esta razón, que los excesos en especial de las liposolubles A o D son dañinos. La sobredosis de vitamina A ocasiona trastornos en la piel, retraso en el crecimiento de los niños, hipertrofia del hígado y del bazo, e inflamaciones dolorosas de los huesos largos. El exceso de vitamina D da lugar a pérdida de peso, eliminación de los minerales de los huesos y calcificación de los tejidos blandos incluyendo el corazón y los vasos sanguíneos. Las dosis muy altas de vitamina D en mujeres embarazadas se relacionan con ciertas formas de retraso mental en los hijos. C) LAS PROTEÍNAS: Son las moléculas más diversas, complejas y de mayor tamaño presentes en la célula. Contienen C, H, O, N y usualmente S. En algunas proteínas pueden encontrarse unidos diferentes tipos de sustancias químicas llamadas grupos prostéticos, estos incluyen carbohidratos, lípidos, grupos fosfato, el grupo hem que contiene hierro e iones metálicos tales como el cobre y el zinc (presente en la hemoglobina de los glóbulos rojos). Las proteínas tienen formas tridimensionales que son necesarias para su función específica. Entre las funciones más importantes de las proteínas se encuentran: - Participan como catalizadores orgánicos (enzimas) de casi todas las reacciones de los sistemas biológicos. Algunas actúan como hormonas transmitiendo información entre células. Participan en el transporte y almacenamiento de otras moléculas pequeñas, por ejemplo el transporte de oxígeno por la hemoglobina. En el caso de los anticuerpos proporcionan defensa contra infecciones. Sirven como componentes estructurales en las células y tejidos. Son la molécula básica en los mecanismos de movimiento, como en el caso de las proteínas contráctiles actina y miosina. Son el último recurso para la obtención de energía cuando el organismo carece de otras reservas tales como lípidos y carbohidratos. Para entender esta variedad de funciones se debe estudiar la estructura de las proteínas y examinar las propiedades de los componentes y las características de los enlaces que ellos establecen para formarlas. Las proteínas son polímeros constituidos por monómeros denominados aminoácidos: cada uno de ellos posee un Fig.10: Estructura de un aminoácido. Colegio Montessori de Temuco – Tercero Electivo – Unidad 1 – Paola Castro. grupo amino -NH2 y un grupo carboxilo -COOH unidos al mismo átomo de carbono alfa; además unidos a este carbono se encuentran un hidrógeno y un radical R o cadena lateral, que es lo que diferencia a un aminoácido de otro. Las proteínas de los seres vivos sólo tienen unos 20 aminoácidos diferentes, por lo que habrá únicamente 20 radicales distintos. Es de destacar el hecho de que en todos los seres vivos sólo se encuentren los mismos 20 aminoácidos. En ciertos casos muy raros, por ejemplo en los venenos de algunas serpientes, podemos encontrar otros aminoácidos diferentes de estos 20 e incluso aminoácidos que no siguen la fórmula general. La mayoría de los aminoácidos pueden sintetizarse unos a partir de otros, pero existen aminoácidos que no pueden ser sintetizados y deben obtenerse en la dieta habitual; estos reciben el nombre de aminoácidos esenciales y son diferentes para cada especie, en la especie humana, por ejemplo, los aminoácidos esenciales son diez: Treonina, Lisina, Arginina, Histidina, Valina, Leucina, Isoleucina, Metionina, Fenilalanina y Triptófano. Los aminoácidos se agrupan en cuatro categorías según las propiedades de sus cadenas laterales de la siguiente forma: o No polares: poseen cadenas laterales hidrofóbicas que no interactúan con el agua, por lo tanto se localizan al interior de la molécula de la cual forman parte. Estos aminoácidos, si están en gran abundancia en una proteína, la hacen insoluble en agua. o Polares: son aminoácidos con cadenas laterales no cargadas pero polares o hidrofílicas (es decir no son ionizables). Debido a sus cadenas polares estos aminoácidos pueden formar puentes de hidrógeno con el agua y por su naturaleza hidrofílica tienden a ubicarse en la región externa de la molécula de la proteína que estén constituyendo. o Básicos o catiónicos: son aminoácidos con cadenas laterales que poseen grupos básicos cargados, carácter que los hace muy hidrofílicos. o Ácidos o aniónicos: tienen cadenas laterales ácidas que terminan en grupos carboxilos como el ácido aspártico y el ácido glutámico. Estos aminoácidos están cargados negativamente en la célula y son muy hidrofílicos, localizándose en la superficie de las proteínas. Los diferentes aminoácidos se polimerizan en el interior de las células para constituir péptidos y proteínas de acuerdo con la información genética, razón por la cual la polimerización se realiza con la participación de enzimas específicas y requiere del ARN y de los ribosomas para llevarse a cabo. Este proceso se inicia con una reacción de condensación entre el grupo carboxilo del primer aminoácido con el grupo amino del segundo para formar un enlace peptídico (ver fig.11) con la eliminación de una molécula de agua. El compuesto resultante es un dipéptido, el cual puede formar un segundo enlace peptídico entre su grupo carboxilo terminal y el grupo amino de un tercer aminoácido dando lugar de nuevo a una molécula de agua y originando un tripéptido. Enlace peptídico H2O Aminoácido 1 Aminoácido 2 Dipéptido Fig.11: Formación de un enlace peptídico. De esta manera se añaden nuevos aminoácidos siguiendo la secuencia predeterminada por la información genética, dando lugar a un oligopéptido (menos de 10 aminoácidos), a un polipéptido (hasta 100 aminoácidos) o una proteína con más de 100 aminoácidos. Incluso, si el número de aminoácidos es menor que cien, pero el peso molecular es mayor que 5.000 Daltons, la molécula sería una proteína. Ejemplos de péptidos metabólicamente importantes son la insulina, el glucagón, la oxitocina o la vasopresina. La molécula proteica puede estar constituida por uno o más polipéptidos plegados en una conformación tridimensional específica. La proteína responsable del transporte de oxígeno en los Colegio Montessori de Temuco – Tercero Electivo – Unidad 1 – Paola Castro. vertebrados y algunos invertebrados es la hemoglobina, la cual posee en su estructura cuatro cadenas peptídicas que se plegaron de manera independiente y que al unirse dan a la moléculas las propiedades específicas para cumplir su función. Para clasificar a las proteínas, existen varios factores; entre ellos tenemos: o Su composición: existen proteínas simples, formadas exclusivamente por aminoácidos y proteínas conjugadas, que presentan un componente no aminoacídico, en proporción considerable, el cual recibe el nombre de grupo prostético. Ejemplos de proteínas conjugadas son las glicoproteínas (inmunoglobulinas, proteínas del glicocálix, el colágeno, etc), las lipoproteínas (presentes en las membranas celulares), las nucleoproteínas (unidas a un ácido nucleico como en los cromosomas, ribosomas y virus) y las hemoproteínas (como la hemoglobina, que posee un grupo hem). o Según su morfología y solubilidad: pueden ser proteínas fibrosas insolubles en agua con forma molecular alargada (tienen función estructural como la elastina, colágeno, queratina, fibrina); proteínas globulares, más solubles en agua que las fibrosas, corresponden a la gran mayoría de proteínas conocidas dentro de las que se consideran todas las enzimas, las proteínas del plasma y las presentes en la membrana celular. o Según su función biológica: pueden ser proteínas estructurales que forman parte de las células y tejidos como el colágeno y la elastina, las queratinas de piel, pelo y uñas; de transporte como la hemoglobina y la mioglobina; de defensa, como los anticuerpos (inmunoglobulinas); hormonales, como la insulina; enzimáticas, como las lipasas, amilasas, fosfatasas; contráctiles (capaces de modificar su forma) como la actina y la miosina; receptoras, como las que captan señales en la membrana plasmática o las que se encuentran en el citoplasma actuando como receptores de hormonas; de transferencia de electrones (son proteínas integrales de membrana comunes en mitocondrias y cloroplastos, que transportan electrones desde un donador inicial hasta un aceptor final con liberación y aprovechamiento de energía) como los citocromos que participan en la cadena transportadora respiratoria. En la estructura de las proteínas se pueden considerar cuatro niveles de organización: primario, secundario, terciario y cuaternario. Cada uno de ellos resalta un aspecto diferente y depende de distintos tipos de interacciones. Mientras la estructura primaria es simplemente la secuencia lineal de aminoácidos de una cadena polipeptídica, las demás establecen su organización tridimensional de péptidos o conjunto de ellos. o Estructura primaria: es la secuencia lineal específica (sin ramificaciones) de aminoácidos de una cadena polipeptídica la cual es el resultado de la traducción de la información genética contenida en la secuencia de nucleótidos del ADN. La importancia desde el punto de vista químico de Fig.12: Estructura primaria de una proteína. la estructura primaria, radica en la secuencia de los grupos laterales de los aminoácidos (cadenas laterales, R) dado que es el componente variable de la molécula que proporciona la identidad a la cadena. Por otra parte, el significado biológico de esta secuencia se basa en el control que ella ejerce en la organización de los niveles de complejidad superiores de la estructura proteica ya que esta permitirá en última estancia la determinación de su actividad biológica, es decir, la secuencia de aminoácidos tiene la información necesaria para que la molécula adopte una conformación tridimensional adecuada. Es tan importante esta secuencia que el cambio en solo un aminoácido como resultado de una mutación, puede ser trágico para la vida de un organismo. Cabe resaltar que todas las proteínas, sin importar su nivel de organización, se originan de una estructura primaria que posteriormente adopta una conformación tridimensional específica. o Estructura secundaria: consiste en el enrollamiento de la cadena peptídica sobre su propio eje para formar una hélice o alguna otra estructura tridimensional específica. La estructura secundaria más común es alfa-hélice, la cual se caracteriza por formar una estructura Fig.13: Estructura secundaria tipo alfa hélice. Colegio Montessori de Temuco – Tercero Electivo – Unidad 1 – Paola Castro. geométrica en espiral, muy uniforme, en la que cada vuelta está constituida por 3,6 aminoácidos. La hélice se mantiene mediante puentes de hidrógeno entre el hidrógeno del grupo amino del enlace peptídico de un aminoácido y el grupo carboxilo del enlace peptídico de otro. Dentro de este grupo se pueden mencionar proteínas como el colágeno, la queratina, elastina. Otro tipo común de estructura secundaria es la hoja ß-plegada, que se caracteriza por presentarse de forma aplanada y extendida, con forma de zig-zag. La estructura laminar formada le confiere flexibilidad más no elasticidad. Un ejemplo de estas proteínas es la fibroína de la seda. Fig.14: Estructura secundaria tipo beta plegada. o Estructura terciaria: es raro para una proteína permanecer con la estructura de a-hélice u hoja ß-plegada. La mayoría de ellas adquieren formas tridimensionales complejas denominadas estructuras terciarias, la cual describe la conformación definitiva y específica de la proteína. Durante el enrollamiento de la cadena peptídica, para dar origen a la estructura terciaria, los puentes de hidrógeno y las interacciones iónicas e hidrofóbicas entre una parte de la cadena y otra, son las fuerzas que mantienen los pliegues en la posición espacial correcta. Por otra parte, los puentes disulfuro (-S-S-) que se forman entre los aminoácidos de cisteína pueden acercar partes que se hayen distantes en una proteína, de hecho algunos sitios activos de enzimas están constituidos por ellos. Además, en la proteína también se forman algunos otros enlaces covalentes para mantener su estructura terciaria que por lo general es globular. Fig.14: Estructura terciaria de una proteína. Ejemplos de proteínas con este nivel de organización terciaria son algunas enzimas como la lisozima, algunas proteínas estructurales de la membrana, etc. o Estructura cuaternaria: corresponde a la unión de varias proteínas entre sí. Cada proteína componente de la asociación, conserva su estructura terciaria. También se considera estructura cuaternaria a la unión de una o varias proteínas a otras moléculas no proteicas para formar edificios macromoléculares complejos. Esto es frecuente en proteínas con masas moleculares superiores a 50000 Da. La unión se realiza mediante gran número de enlaces débiles, como puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas. El ejemplo más conocido es la hemoglobina en donde las interacciones hidrofóbicas, los enlaces de hidrógeno y los enlaces iónicos ayudan a mantener las cuatro subunidades juntas para formar una molécula funcional. Fig.14: Estructura cuaternaria de la hemoglobina. Existen factores que afectan la estabilidad estructural de las proteínas. Hasta el momento se cree que la estructura primaria de una proteína induce a establecer las estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria ya que el ADN no sólo determinaría la estructura primaria sino también los niveles superiores de estructura. Sin embargo, la actividad biológica de la proteína depende en gran medida de su estructura terciaria específica mantenida por los enlaces mencionados anteriormente, de tal manera que cuando una proteína se somete a calor, determinadas sustancias químicas, cambios bruscos de pH, etc., su estructura terciaria se desorganiza y las cadenas peptídicas adquieren una conformación al azar que induce a la pérdida de su actividad biológica especialmente cuando actúa como enzima. Las temperaturas elevadas, rompen muy fácilmente los puentes débiles de hidrógeno y las interacciones hidrofóbicas a causa del aumento en la energía cinética de las moléculas. La alteración del pH puede cambiar el patrón de ionización de los grupos carboxilo y amino en las cadenas Colegio Montessori de Temuco – Tercero Electivo – Unidad 1 – Paola Castro. laterales de los aminoácidos desorganizando el patrón de atracciones y repulsiones iónicas que contribuyen a la estructura terciaria normal. La pérdida de la estructura terciaria se denomina desnaturalización, y siempre se acompaña de la alteración de las funciones biológicas normales de las proteínas. La desnaturalización se puede originar por calor o concentraciones altas de sustancias polares y solventes no polares. Generalmente la desnaturalización es irreversible, sin embargo, en algunos casos la desnaturalización es reversible, y una vez las condiciones del ambiente vuelvan a su estado normal, la proteína puede volver a su forma activa. En este caso se habla de renaturalización. D) ÁCIDOS NUCLEICOS: corresponden al ADN (ácido desoxirribonucleico) y al ARN (ácido desoxirribonucleico) son polímeros especializados en almacenar, transmitir y expresar la información genética en secuencias de aminoácidos, las cuales luego de algunos procesos conforman las proteínas de una célula. Los primeros estudios (1950) que permitieron comprobar la estructura de doble hélice del ADN fueron realizados por Rosalind Franklin y Maurice Wilkins quienes mediante técnicas de cristalografía y difracción de rayos X lograron diversas preparaciones de fibras de ADN uniformemente orientadas, con las que concluyeron que las bases de los nucleótidos del ADN, que son moléculas planas, están apiladas unas sobre otras. Por su parte Erwin Chargaff, junto con sus colegas en la universidad de Columbia encontraron que el ADN de muchas especies diferentes y de diferentes fuentes en un mismo organismo presentaba ciertas regularidades. En casi todos los ADN analizados se conservaron las siguientes características, conocidas como la regla de Chargaff: - La cantidad de adenina es igual a la cantidad de timina. La cantidad de guanina es igual a la cantidad de citocina. Por lo anterior, la cantidad total de purinas es igual a la cantidad total de pirimidinas. Con base en los resultados analíticos de Chargaff y los patrones de difracción de Franklin y Wilkins, los investigadores J. Watson y F. Crick propusieron en 1953 un modelo de la molécula de ADN. A partir de los trabajos anteriores se concluyó: - La molécula de ADN consta de una hélice constituida por dos bandas. Las bandas presentan un diámetro uniforme. La hélice se enrolla hacia la derecha, en el sentido de las manecillas del reloj. Las dos bandas corren en direcciones opuestas. Los enlaces fosfato-azúcar que constituyen el esqueleto de la cadena, están ubicados hacia fuera en la cadena, mientras que hacia el centro se presentan las purinas y pirimidinas sostenidas mediante puentes de hidrógenos que se forman entre ellas. Los ácidos nucleicos son grandes moléculas constituidas por la unión de monómeros, llamados nucleótidos. Los nucleótidos son moléculas que se pueden presentar libres en la naturaleza o polimerizadas, formando ácidos nucleicos. También pueden formar parte de otras moléculas que no son ácidos nucleicos, como moléculas portadoras de energía (como el ATP) o coenzimas. Fig.15: Estructura del ADN. Los nucleótidos se forman por la unión de una base nitrogenada, azúcar de cinco carbonos (pentosa) y un ácido fosfórico. La unión una pentosa y una base nitrogenada origina un nucleósido, y enlace se llama N-glucosídico. Por ello, también un nucleótido es nucleósido unido a ácido fosfórico. un de su un Las bases nitrogenadas pueden ser Púricas o Pirimidicas. Las bases púricas, son compuestos de doble anillo, y corresponden a Adenina Fig.16: Estructura de un nucléotido. Colegio Montessori de Temuco – Tercero Electivo – Unidad 1 – Paola Castro. (A) y Guanina (G), mientras que las bases pirimídicas, de un anillo, son la Citosina (C), la Timina (T) y el Uracilo (U). Fig.17: Bases nitrogenadas púricas y pirimídicas. Las pentosas (azúcar de 5 carbonos) pueden ser Ribosa, que forma parte del ARN y además constituye nucleótidos libres, y Desoxirribosa, que forma los nucleótidos componentes del ADN. La única diferencia entre estas pentosas, es que la desoxirribosa carece de un oxígeno en la posición de carbono 2, de ahí su nombre. Fig.18: Diferencias entre la ribosa y la desoxirribosa. Ribosa Desoxirribosa El ADN, es el polímero de mayor longitud que codifica la información hereditaria y la transmite de generación en generación a través de la reproducción. Mientras que el ARN copia la información de segmentos específicos del ADN (genes), que se traducen en proteínas por lo que corrientemente se considera al ARN como la fotocopia de un gen en el ADN. A su vez, como se observa en el siguiente cuadro, los dos tipos de ácidos nucleicos presentan diferencias con respecto a sus moléculas constituyentes. ADN Almacenamiento de la información, disponible en cualquier momento. Transmisión de la información de generación en generación. Presenta una mayor estabilidad que el ARN. Forma cadenas dobles (bicatenario) que adoptan una morfología de hélice similar a la de las proteínas. El azúcar que lo constituye es la pentosa desoxirribosa que carece de un oxígeno en el carbono 2, de ahí el nombre del ácido. Bases nitrogenadas Purinas: Adenina, Guanina. Pirimidinas:Timina, Citosina. ARN Considerado generalmente, como el intermediario entre la información almacenada en la secuencia de nucleótidos del ADN y las proteínas. En comparación con el ADN es muy fácilmente degradado por enzimas lo que le confiere poca estabilidad. Se encuentra en la célula monocatenario, es decir constituido por una sola cadena. El azúcar que lo constituye es la pentosa ribosa que posee un OH en el carbono 2 Bases Nitrogenadas Purinas: Adenina, Guanina. Pirimidinas: Uracilo, Citosina. Tabla nº4: Diferencias del ADN y ARN. Pese a las diferencias mencionadas, es común encontrar ambos tipos de ácidos en los organismos, siendo el aspecto más característico e importante de cada uno de ellos la combinación ordenada de los nucleótidos conformando una secuencia que permite almacenar información. Sin embargo, no es sorprendente encontrar algunos virus que tengan ARN en vez de ADN con esta función. - Localización: En células eucarióticas, los ácidos nucleicos en especial el ADN se localiza en el núcleo. En celulas procarióticas, aunque su material genético no se encuentra rodeado por una Colegio Montessori de Temuco – Tercero Electivo – Unidad 1 – Paola Castro. envoltura nuclear, gracias a diferentes técnicas se ha podido establecer una región en el citoplasma denominada nucleoide donde se concentra el ADN. Además se pueden encontrar ADN circulares accesorios en algunas bacterias, denominados plásmidos que les confiere ciertas características de resistencia a los antibióticos, mientras que en las células eucarióticas no se presentan estas estructuras, a excepción de las levaduras que poseen un plásmido llamado 2µ (por su tamaño) como material genético extranuclear. En la célula se presentan varios tipos de ARN de los cuales los más importantes son el ARN mensajero (ARNm), de cadenas largas sencillas, el ARN de transferencia (ARNt) representado por varias moléculas, cada una de ellas asociada a un aminoácido y el ARN ribosomal (ARNr), un constituyente esencial de los ribosomas. Por otra parte algunos organelos ecuarióticos poseen ADN, entre los cuales se encuentran: la mitocondrias, los cloroplastos y los centriolos. Tanto las mitocondrias como los cloroplastos poseen ADN circular similar al encontrado en células procarioticas, hecho que apoya la teoría de la endosimibiosis. Además poseen toda la maquinaria para síntesis de proteínas, como ribosomas propios y ARN codificados por su ADN. Además, algunas investigaciones parecen indicar que los centríolos también poseen ADN. A continuación estudiaremos cada ácido nucleico por separado: el ADN y el ARN. Fig.19: El ADN mitocondrial. o El ADN: es el tipo de molécula más compleja que se conoce. Su secuencia de nucleótidos contienen la información necesaria para poder controlar el metabolismo un ser vivo. El ADN es el lugar donde reside la información genética de un ser vivo. El estudio de su estructura se puede hacer a varios niveles, apareciendo estructuras, primaria, secundaria, terciaria, cuaternaria y niveles de empaquetamiento superiores. - Estructura primaria: el ADN está compuesto por una secuencia de nucleótidos formados por desoxirribosa. Las bases nitrogenadas que se hallan formando los nucleótidos de ADN son Adenina, Guanina, Citosina y Timina. No aparece Uracilo. Los nucleótidos se unen entre sí mediante el grupo fosfato del segundo nucleótido, que sirve de puente de unión entre el carbono 5' del primer nucleótido y el carbono 3' del siguiente nucleótido. Como el primer nucleótido tiene libre el carbono 5' y el siguiente nucleótido tiene libre el carbono 3', se dice que la secuencia de nucleótidos se ordena desde 5' a 3' (5' → 3'). - Estructura secundaria: La estructura secundaria del ADN fue propuesta por James Watson y Francis Crick, y la llamaron el modelo de doble hélice de ADN. Este modelo está formado por dos hebras de nucleótidos. Fig.20: Estructura primaria del ADN. Estas dos hebras se sitúan de forma antiparalela, es decir, una orientada en sentido 5' → 3' y la otra de 3' → 5'. Las dos están paralelas, formando puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas enfrentadas. Fig.21: Regla del apareamiento de las bases en el ADN. Cuando en una hebra encontramos Adenina, en la otra hebra hallamos Timina. Cuando en una hebra encontramos Guanina, en la otra hallamos Citosina. Estas bases enfrentadas son las que constituyen los puentes de Hidrógeno. Adenina forma dos puentes de Hidrógeno con Timina. Guanina forma tres puentes de Hidrógeno con la Citosina. Colegio Montessori de Temuco – Tercero Electivo – Unidad 1 – Paola Castro. Las dos hebras están enrolladas en torno a un eje imaginario, que gira en contra del sentido de las agujas de un reloj. Las vueltas de estas hélices se estabilizan mediante puentes de hidrógeno. Esta estructura permite que las hebras que se formen por duplicación de ADN sean copia complementaria de cada una de las hebras existentes. Fig.22: Estructura secundaria del ADN. - Estructura terciaria: el ADN es una molécula muy larga en algunas especies y, sin embargo, en las células eucariotas se encuentra alojado dentro del minúsculo núcleo. Cuando el ADN se une a proteínas básicas, la estructura se compacta mucho. Las proteínas básicas son Histonas o Protaminas. Fig.23: ADN unido a histonas. - o Estructura cuaternaria: corresponde al superenrrollamiento del ADN en estructuras llamadas solenoides. Los solenoides se enrollan formando la cromatina del núcleo interfásico de la célula eucariota. Cuando la célula entra en división, el ADN se compacta más, formando los cromosomas. El ARN: el Ácido RiboNucleico está Fig.24: Superenrrollamiento constituido por la unión de nucleótidos del ADN. formados por una pentosa llamada ribosa, bases nitrogenadas, que son Adenina, Guanina, Citosina y Uracilo. No aparece la Timina. Los nucleótidos se unen formando una cadena con una ordenación en la que el primer nucleótido tiene libre el carbono 5’ de la pentosa. El último nucleótido tiene libre el carbono 3’. Por ello, se dice que la ordenación de la secuencia de nucleótidos va desde 5’ a 3’. En la célula aparecen cuatro tipos de ARN, con distintas funciones, que son el ARN mensajero, el ARN ribosómico, el ARN de transferencia y el ARN heteronuclear. El ARN mensajero (ARNm) es lineal, y contiene la información copiada del ADN, para sintetizar una proteína. Se forma en el núcleo celular, a partir de una secuencia de ADN. Sale del núcleo y se asocia a ribosomas, donde se construye la proteína. A cada tres nucleótidos (codón) corresponde un aminoácido distinto. Así, la secuencia de aminoácidos de la proteína está configurada a partir de la secuencia de los nucleótidos del ARNm. El ARN ribosomal (ARNr), unido a proteínas de carácter básico, forma los ribosomas. Los ribosomas son las estructuras celulares donde se ensamblan aminoácidos para formar proteínas, a partir de la información que transmite el ARN mensajero. Hay dos tipos de ribosomas, el que se encuentra en células procariotas y en el interior de mitocondrias y cloroplastos, y el que se encuentra en el hialoplasma o en el retículo endoplásmico de células eucariotas. El ARN de transferencia (ARNt) o soluble es un ARN no lineal. En él se pueden observar tramos de doble hélice intracatenaria, es decir, entre las bases que son complementarias, dentro de la misma cadena. Esta estructura se estabiliza mediante puentes de hidrógeno. Colegio Montessori de Temuco – Tercero Electivo – Unidad 1 – Paola Castro. Además de los nucleótidos de Adenina, Guanina, Citosina y Uracilo, el ARN transferente presenta otros nucleótidos con bases modificadas. Estos nucleótidos no pueden emparejarse, y su existencia genera puntos de apertura en la hélice, produciendo bucles. En el ARNt se distinguen tres tramos (brazos). En uno de ellos (1 en la figura), aparece una secuencia de tres nucleótidos, denominada anticodón. Esta secuencia es complementaria con una secuencia del ARNm, el codón. En el brazo opuesto (2 en la figura), en el extremo 3' de la cadena, se une un aminoácido específico predeterminado por la secuencia de anticodón. La función del ARNt consiste en llevar un aminoácido específico al ribosoma. En él se une a la secuencia complementaria del ARNm, mediante el anticodón. A la vez, transfiere el aminoácido correspondiente a la secuencia de aminoácidos que está formándose en el ribosoma. Fig.25: El ARN de transferencia. Finalmente, el ARN heteronuclear, o heterogéneo nuclear, agrupa a todos los tipos de ARN que acaban de ser transcritos (pre-ARN). Son moléculas de diversos tamaños. Este ARN se encuentra en el núcleo de las células eucariotas. En células procariotas no aparece. Su función consiste en ser el precursor de los distintos tipos de ARN. 1. Una vez que hayas estudiado tu guía, construye un mapa conceptual que incluya los siguientes aspectos: clasificación de las biomoléculas, subtipos de cada una, elementos que la forman, función (es), características y/o propiedades, monómeros y polímeros, ejemplos de cada uno, y otras características que puedas agregar dependiendo de cada biomolécula. 2. ¿Cuál es el polímero de reserva de azúcar en los animales? Investiga dónde se almacena, cómo ocurre el proceso y que hormonas participan en su almacenamiento y posterior liberación. Realiza un esquema que resuma tu investigación. 3. ¿Qué funciones tienen los glúcidos y los lípidos? ¿En qué se diferencian estas moléculas? 4. ¿A qué se refiere el término “desnaturalización” de las proteínas? ¿De qué depende que este proceso sea reversible o irreversible? 5. ¿Todas las proteínas adquieren estructura cuaternaria? ¿Por qué? 6. ¿Cómo se llama el enlace que une a dos monosacáridos? ¿Y el que une a dos aminoácidos? 7. Clasifica a cada proteína con su función correspondiente: A. B. C. D. E. F. Estructura Movimiento Transporte Reserva Defensa Biocatalizadora __ Inmunoglubulina __ Amilasa salival __ Elastina __ Hemoglobina __ Actina __ Ovoalbúmina 8. Completa la siguiente tabla comparativa entre el ADN y el ARN: ADN Cadena de nucléotidos Localización Bases nitrogenadas Azúcar Función ARN Colegio Montessori de Temuco – Tercero Electivo – Unidad 1 – Paola Castro. 9. Relaciona cada tipo de ARN con su función: A. B. C. D. ARNm ARNt ARNr ARNhn __ ARN precursor __Copia de ADN que contiene la información para la síntesis de un polipéptido. __ Portador de aminoácidos __ Forma parte de los ribosomas. HORIZONTALES: 10. Completa el siguiente crucigrama: 1 1. Elemento que aparece en muy poca concentración en la materia viva y es imprescindible para la vida del ser que lo contiene. 2 3 3. Bioelemento primario. 4. Que se disuelve. 4 5. Átomo muy abundante en la corteza terrestre, que forma enlaces covalentes pero es poco abundante en la materia viva. 5 6. Bioelemento primario con capacidad para formar cuatro enlaces. 6 9. Bioelemento implicado en el transporte de oxígeno. 8 7 10. El bioelemento primario con menor radio atómico. VERTICALES: 9 2. Bioelemento secundario que forma parte de la clorofila. 10 6. Bioelemento secundario que se encuentra formando estructuras duras. 7. Enlace estable y que acumula mucha energía. 8. Átomo electropositivo que contribuye a la transmisión del impulso nervioso. 11. Relaciona los siguientes polisacáridos con su función respectiva: A. B. C. D. Almidón Glucógeno Celulosa Quitina __ Glúcido con función estructural en vegetales __ Glúcido con función estructural en animales __ Glúcido con función de reserva energética en vegetales __ Glúcido con función de reserva energética en animales
