BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS • ELEMENTOS BIOGÉNCOS Ningún Elemento químico es exclusivo de los seres vivos y todos se encuentran también en la Naturaleza. Sin embargo, hay sólo 27 que forman parte permanente de la vida y otros 60 pueden aparecer ocasionalmente. Estos elementos se denominan elementos biogénicos o biolementos. Según su importancia y abundancia se clasifican en: • Elementos plásticos primarios: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Representan algo más del 96% del peso de cualquier organismo. Son elementos imprescindibles para la creación de materia orgánica • Elementos secundarios indispensables: fósforo, azufre, sodio, potasio, calcio, magnesio y cloro. Constituyen el 3% en peso aproximadamente. Son bioelementos necesarios para la vida de la célula. • Oligoelementos o elementos traza: Además de los señalados existen otros que son necesarios para el funcionamiento celular y que en conjunto representan menos del 1%. No todos forman parte de los seres vivos. Cabe citar por ejemplo el hierro, cinc, bromo, yodo y silicio. Al contrario que en los seres inertes, donde el silicio es la base, en los seres vivos se utiliza la química del carbono por varias razones: • Al tener peso atómico bajo permite enlaces covalentes estables, pero no tanto para impedir las reacciones metabólicas. • La estructura del átomo de carbono permite conseguir largas cadenas ramificadas que pueden romperse con facilidad. • Los átomos de carbono se unen con facilidad al nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y azufre, facilitando así la unión de diferentes grupos funcionales. • Función de los bioelementos primarios y secundarios El carbono y el hidrógeno constituyen la estructura básica de las moléculas orgánicas y, junto al oxígeno, son los principales componentes. El nitrógeno participa en la construcción de proteínas y ácidos nucleicos. El fósforo forma parte de los ácidos nucleicos y sus enlaces son utilizados en la obtención de energía. El azufre constituye parte de la mayoría de las proteínas. El resto de bioelementos secundarios se encuentran en el interior de la célula disociados como iones. El sodio potasio y cloro participan en mantener el grado de salinidad así como en el impulso nervioso. El calcio actúa como constitutivo de estructuras esqueléticas, en el mecanismo de contracción muscular y en la coagulación entre otros procesos. El magnesio es imprescindible para la acción catalítica de muchas enzimas. • Función de los oligoelementos Son necesarios para el funcionamiento de la célula y suelen asociarse a enzimas. El hierro participa en los procesos redox de la cadena respiratoria y forma parte de la hemoglobina. El cobre forma parte de múltiples enzimas de oxidación. El cobalto y el molibdeno forman parte de coenzimas. El yodo es fundamental para la hormona del tiroides y el flúor en la formación de los dientes. 1 • LAS BIOMOLÉCULAS Los átomos de los diferentes bioelementos se combinan para formar las moléculas constituyentes de la vida que se dividen en inorgánicas (agua y sales minerales) y orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos) Muchos de estos compuestos orgánicos son macromoléculas formadas por otras moléculas más sencillas. La unidad estructural aislada se llama monómero y la macromolécula recibe el nombre de polímero. • EL AGUA EN LOS SERES VIVOS El agua constituye el 75 % en peso de la materia viva. Cuanto más joven es el individuo, más porcentaje de agua tiene en su organismo, que va perdiendo con el paso del tiempo. Según su situación se clasifica en: • Agua circulante: que se desplaza a través del organismo y es utilizada como transporte de sustancias. • Agua de imbibición: Se encuentra empapando los materiales citoplasmáticos, unida débilmente a los materiales biológicos de los que se separa por desecación a los 100 ºC • Agua ligada: retenida en combinaciones diversas en el interior de las células, no desaparece por desecación. • Propiedades del agua La diferencia de atracción de electrones hace que el átomo del agua sea un dipolo eléctrico con lo que las moléculas tienden a asociarse por puentes de hidrógeno. Se forman grupos de hasta nueve moléculas, pero se deshacen al momento. • Elevada capacidad disolvente y dispersante: Es el disolvente universal y tanto las sales cristalizadas, los iones y los compuestos orgánicos se disuelven con facilidad en ella. Así mismo dispersa sustancias anfipáticas, que contienen grupos hidrófobos e hidrófilos. • Elevada tensión superficial: es decir, que al contacto con otro medio forma una película bastante resistente. • Alto calor específico: el agua necesita una caloría para elevar un gramo 1 ºC, un valor relativamente alto que permite que el agua absorba o libere cantidades de calor sin sufrir variaciones en su temperatura. • Alta conductividad: facilita la distribución del calor por toda la masa de agua. • Alto calor de vaporización: necesita mucho calor para pasar a estado gaseoso. • Funciones biológicas del agua • Vehículo de transporte de sustancias: debido a su poder disolvente y dispersante transporta sustancias de un punto a otro del organismo. Por otra parte, resulta indispensable para el intercambio de materia entre célula y medio. • Medio de reacción: gracias al poder disolvente, la mayoría de las biomoléculas están disueltas en agua y de ese modo reaccionan entre sí. • Reactivo químico: participa en las reacciones por su capacidad de disociarse en iones H+ y OH−, como ocurre en la hidrólisis, rotura de enlaces introduciendo agua. • Agente regulador de la temperatura: ya que su alto calor específico le convierte en un excelente amortiguador de los cambios térmicos. • LAS SALES MINERALES EN LOS SERES VIVOS En todos los seres vivos, tanto animales como vegetales se encuentran: 2 En estado sólido, formando parte de estructuras esqueléticas, como el calcio en los huesos o la sílice en los caparazones de algas. En su mayoría en disolución, en forma iónica. Su metabolismo se diferencia del de los demás componentes de la materia viva en que no pueden ser ni producidas ni degradas. Las funciones principales de las sales son la regulación de los procesos osmóticos, la regulación del pH y la acción específica de los cationes • Regulación de los procesos osmóticos Si dos sustancias se ponen en contacto por difusión, el soluto pasa de la más concentrada a la más diluida hasta igualar concentraciones. Sin embargo, si dichas disoluciones se separan por una membrana impermeable (solo deja pasar el disolvente), únicamente pasará el disolvente de la más diluida, o hipotónica, a la más concentrada, o hipertónica. Este proceso se denomina ósmosis. La presión osmótica, que es la que se ejerce contra la membrana plasmática, es capaz de hacer ascender la disolución en contra de la gravedad. En la ósmosis se produce el fenómeno de plasmólisis, en el que la célula que desprende agua para igualar la concentración se arruga y el contrario, de turgencia, en el que la célula se dilata tanto que puede llegar a reventar. La membrana plasmática es la que actúa como membrana semipermeable. • Regulación del pH Para su buen funcionamiento, las células requieren un pH próximo a la neutralidad. Sin embargo, como resultado de las reacciones metabólicas, continuamente se están produciendo sustancias ácidas o básicas que alteran el pH. Para evitarlo, el organismo dispone de ciertos sistemas químicos, denominados amortiguadores o tampón que evitan el cambio de pH constituidos por un ácido débil y una sal del mismo ácido. El más importante es el formado por ácido carbónico y carbonato sódico. • Acción específica de los cationes Los cationes ejercen diversas acciones que dependen del tipo de catión y no pueden ser sustituidos por otro. Algunos de ellos son antagónicos, es decir, uno estimula una acción y otro la inhibe. Los cationes de Na y K son los que paralizan el corazón en la diástole, mientras que el Ca lo hace en la sístole, complementándose Teniendo todo esto en cuenta, podemos afirmar que para la vida, los líquidos han de guardar las siguientes relaciones: • Ser isotónico con las células (misma concentración) • Tener un pH apropiado, cercano a la neutralidad • Composición catiónica equilibrada, en determinada proporción • ESTADOS FISICOS DE LA MATERIA • Estado sólido. Así se encuentran las sustancias que forman estructuras esqueléticas y de protección. Son inorgánicas (calcio) u orgánicas (celulosa) • Estado gaseoso. Son los gases que intervienen el metabolismo celular (oxígeno y dióxido de carbono) y los que son inertes (nitrógeno) • Estado líquido. Sustancias disueltas en agua. • Estudio de las disoluciones coloidales Los solutos de elevado peso molecular se denominan partículas coloidales o coloides. Sus 3 propiedades son: ♦ Capacidad de presentarse en estado de sol o de gel, es decir, en un estado más fluido o más viscoso. Ese paso de un estado a otro lo determina la cantidad de agua. El citoplasma interior está en estado de sol mientras que en la periferia se encuentra en estado de gel. ♦ Elevada viscosidad, oponen gran resistencia al desplazamiento relativo de sus moléculas. ♦ Gran poder adsorbente, poseen la capacidad de unir a su superficie gran cantidad de moléculas. Cuanto menos sea el tamaño de las partículas, mayor es su adherencia. ♦ Presentan el efecto Tyndall. Al atravesarlas la luz presentan un aspecto turbio, por la reflexión y la refracción de la luz. ♦ No se pueden sedimentar. Son estables y no sedimentan, al contrario que las suspensiones. Sin embargo, puede conseguirse mediante ultra centrifugación. ♦ Se pueden purificar por diálisis, es decir, separar las partículas coloidales de las no coloidales mediante una membrana. ♦ Se pueden separar por electroforesis, es decir, mediante la acción de una carga eléctrica. LOS GLÚCIDOS • CONCEPTO DE GLÚCIDO, FUNCIONES Y CLASIFICACIÓN Los glúcidos son los aldehídos o cetonas de alcoholes polivalentes y sus derivados formados por oxidación, reducción, sustitución y polimerización. Se encuentran en todos los seres vivos donde desempeñan una función energética, si bien algunos tienen función estructural, sobre todo en vegetales. Las unidades básicas de los glúcidos son las osas o monosacáridos, compuestos hidrolizables de tres a siete átomos de carbono. Los ósidos nos compuestos formados por la unión de varios monosacáridos con pérdida de una molécula de agua en cada enlace. Se subdividen en: Holósidos: constituidos únicamente por varios monosacáridos. Si se unen de 2 a 10 se originan los oligosacáridos. Si son más de 10, se forman polisacáridos. Heterósidos: formados por una parte glucídica y otra, llamada aglucón, de carácter proteico (glucoproteinas) o lipídico (glucolípidos). • MONOSACÁRIDOS • Composición, propiedades y nomenclatura Son sustancias no hidrolizables, cristalizables, blancas, solubles en agua y de sabor dulce, por lo que se les denomina azúcares. Químicamente, son compuestos de 3 a 7 átomos de carbono en el que uno de los átomos está unido por doble enlace a un átomo de oxígeno y el resto está unido a un grupo hidroxilo. Según el número de carbonos pueden ser desde triosas hasta heptosas y se reúnen en dos grandes grupos según la naturaleza de su grupo carbonilo: aldosas si es un aldehído, que ha de localizarse en el primer carbono, y cetosas si el grupo es una cetona en el segundo carbono. • Estereoisomería y actividad óptica Se denominan isómeros estructurales a aquellas sustancias que tienen la misma fórmula empírica pero 4 cuyos átomos están unidos de distinta forma. • Estereoisomería de los monosacáridos Se debe a la existencia de carbonos asimétricos, que son aquellos cuyas valencias están unidas a cuatro sustituyentes distintos. Esto da pie a que las moléculas con la misma fórmula estructural tengan diferentes configuraciones espaciales. Dichas moléculas son estereoisómeros o isómeros geométricos. Los monosacáridos presentan esta isomería por la posición espacial de los grupos alcohólicos de sus carbonos asimétricos. La forma D es la que tiene el grupo OH hacia la derecha, y la forma L a la izquierda. Una forma D es el enantiómero o imagen especular de su forma L. El número de isomerías viene dado por 2n donde n es el número de carbonos asimétricos. Los monosacáridos que se diferencian en la configuración de un solo carbono asimétrico se denominan epímeros. • Actividad óptica Hay una gran diferencia para diferenciar enantiómeros por la similitud de sus características físicas. No obstante, se distinguen por su actividad óptica. Esta propiedad consiste en que las disoluciones de los monosacáridos hacen girar el plano de polarización de la luz polarizada en cierto ángulo. Si el ángulo es hacia la derecha, se denominan dextrógiros, y si es a la izquierda levógiros. Se representan con + y − respectivamente y no corresponden a la forma D y L respectivamente aunque en muchos casos suele coincidir. • Formas cíclicas de los monosacáridos En el caso de monosacáridos de 5 o más átomos de carbono, un grupo carbonilo es capaz de formar enlace con un grupo alcohólico dando lugar a los hemiacetales. En las hexosas, el grupo carbonilo reacciona con uno de los grupos alcohólicos de la molécula (el 4 o 5 para las aldosas y el 5 o 6 para las cetosas) resultando un anillo de 5 o 6 eslabones. Cuando el anillo tiene 5 eslabones se denomina furanosa y cuando tiene 6, piranosa. Al formarse este anillo, el carbono carbonílico se convierte en asimétrico, dando lugar a dos nuevos isómeros, el (OH a la derecha) y el (OH a la izquierda). Para construir una forma cíclica se siguen las siguientes normas: ♦ Los grupos −OH y −H, que en la fórmula lineal estén situados hacia la derecha, quedan hacia abajo, excepto el carbono unido al puente oxídico. ♦ Con trazos gruesos se representan los enlaces que se encuentran por delante y por encima del papel y con trazos finos los que se encuentran por detrás y por debajo. El anillo quedaría perpendicular al plano del papel. ♦ En la forma el grupo hidroxilo está hacia la derecha y por tanto se dispone abajo y en la forma está hacia la izquierda, por lo que se dispone hacia arriba. • DISACÁRIDOS • Composición, propiedades y nomenclatura Son sustancias blancas, cristalizables, solubles en agua y de sabor dulce, por lo que también se llaman azúcares. Químicamente resultan de la unión de dos monosacáridos, con liberación de una molécula 5 de agua. Los disacáridos más importantes están formados por dos hexosas y su enlace se denomina O−glucosídico. ♦ Enlace monocarbonílico: se establece entre el grupo carbonílico de uno de los monosacáridos y un grupo alcohólico del otro monosacárido. ♦ Enlace dicarbonílico: se establece entre los carbonos carbonílicos de los dos monosacáridos. ♦ Disacáridos naturales y su distribución ◊ Maltosa: está formada por dos moléculas de D−glucopiranosa unidas por enlace (14). ◊ Celobiosa: está constituida por dos moléculas de D−glucopiranosa unidas por enlace (14) ◊ Lactosa: está formada por una molécula de D−galactopiranosa y otra de D−glucopiranosa unidas mediante un enlace (14). ◊ Sacarosa: consta de una molécula de D−glucopiranosa y otra de fructofuranosa unidas por un enlace (12). ♦ POLISACÁRIDOS ♦ Concepto, propiedades, clasificación y función Los polisacáridos son sustancias de elevado peso molecular no cristalizables, insípidas y poco solubles en agua. Se forman por la unión de n moléculas de monosacárido con separación de n−1 moléculas de agua siendo n>10. Por lo tanto, son polímeros hidrolizables y su hidrólisis origina monosacáridos. Si son del mismo tipo, es un homopolisacárido y si son de distinto heteropolisacárido. Según sus funciones biológicas se clasifican en: ◊ Polisacáridos de reserva: actúan como reserva de energía a corto plazo. ◊ Polisacáridos estructurales: se utilizan como materiales de construcción de paredes celulares, exoesqueletos, etc... ◊ Polisacáridos de reserva Se localizan fundamentalmente en forma de grandes gránulos en el citoplasma celular. Los más importante son el almidón, el glucógeno y los dextranos. ⋅ Almidón: es un homopolímero de la D−glucopiranosa integrado por dos constituyentes distintos: la amilosa y la amilopectina. Es el polisacárido de reserva de los vegetales. ⋅ Glucógeno: es un homopolímero de D−glucopiranosas. Es el polisacárido de reserva de los animales, abunda en el hígado y en los músculos. ⋅ Dextranos: son los polisacáridos de reserva de bacterias y levaduras y están constituidos por homopolímeros de la D−glucopiranosa. ⋅ Polisacáridos estructurales Son especialmente importantes en los vegetales. • Celulosa: es un homopolímero de la D−glucopiranosa. Constituye el principal componente de las paredes celulares vegetales. Forma parte de la fibra alimentaria, restos de alimentos no digeridos que ayudan a la digestión • Quitina: es un homopolímero de la N−acetil−D−glucosamina. Es el principal componente estructural del exoesqueleto de los insectos. 6 LOS LÍPIDOS ⋅ CONCEPTO DE LÍPIDO, FUNCIONES Y CLASIFICACIÓN Son un conjunto de sustancias orgánicas muy heterogéneas pero todos están formados por largas cadenas hidrocarburadas que pueden estar sustituidas o no por diferentes grupos funcionales. Son compuestos ternarios, contienen C H y O. La característica que los reúne es que son insolubles en agua pero solubles en disolventes orgánicos. Es debido a que carecen de polaridad y por tanto son hidrófobas. Desempeñan dos funciones principales: depósito de energía a largo plazo y componentes estructurales de las células. También ejercen funciones reguladoras, sirven como cubiertas protectoras o de aislante térmico. ⋅ Los ácidos grasos Uno de los componentes importantes de muchos lípidos, pero no de todos, son los ácidos grasos, que son ácidos orgánicos o carboxílicos con un número par de átomos de carbono, desde 4 hasta 30. estructuralmente adoptan forma de zigzag. Pueden ser de dos tipos, que determinan su geometría: • Saturados: sin dobles enlaces en la cadena. • Insaturados: con uno o más dobles enlaces. Los ácidos grasos se obtienen mediante síntesis metabólica o en la dieta. Hay algunos, denominados esenciales, que sólo pueden obtenerse mediante ingestión directa. En los humanos son el linoleico y el linolénico. ⋅ Propiedades de los ácidos grasos • Físicas: • Se pueden ionizar. A pH neutro el −COOH se transforma en −COO− • Pueden ser sólidos o líquidos. El punto de fusión aumenta con el tamaño del ácido graso y disminuye con el grado de instauración. • Se orientan en el agua. Poseen una cabeza hidrófila y una cola hidrófoba. ♦ Monocapas: son películas superficiales sobre el agua donde las colas se sitúan ♦ Micelas: son agrupaciones esféricas en las que la cabeza esta hacia el exterior y la cola hacia el interior ♦ Bicapas: son agrupaciones que separan dos medios acuosos. • Químicas: • Forman ésteres mediante una reacción de esterificación. Un ácido graso se une a un alcohol para formar un éster con desprendimiento de un H2O. • Forman sales mediante una reacción de saponificación en la que los ácidos grasos reaccionan con los álcalis dando lugar a los jabones 7 • Clasificación de los lípidos Los ácidos grasos no aparecen casi nunca sin combinar, sino que se hallan presentes en diferentes clases de lípidos que se clasifican así: ♦ Saponificables: por hidrólisis dan ácidos grasos y por calentamiento dan jabón. Son ésteres. ♦ Insaponificables: no contienen ácidos grasos y por tanto no pueden dar jabón. Comprenden terpenos y esteroides • LÍPIDOS SIMPLES SAPONIFICABLES • Glicéridos o acilglicéridos Son ésteres del alcohol glicerina (propanotriol) con ácidos grasos. En la mayoría de los casos, los tres grupos hidroxilos están esterificados y reciben el nombre de triglicéridos; pero también hay diglicéridos y monoglicéridos. Los triglicéridos en que los tres grupos alcohólicos de la glicerina están esterificados por el mismo ácido graso se denominan triglicéridos simples y se designan según el ácido graso cambiando la terminación −ico por −ina. Los triglicéridos que contienen dos o tres ácidos grasos diferentes son los mixtos y se designan según cual sea el ácido graso y la posición en la que se encuentre cambiando −ico por −oil. Ejemplo: 1 palmitoil − 2 estearoil − 3 oleoil glicérido. Los glicéridos comprenden las grasas y los aceites, que se diferencian en que las grasas son sólidas a temperatura ambiente y predominan en los animales mientras que los aceites son líquidos y predominan en los vegetales. Los glicéridos tienen función de reserva de energía, ya que en al oxidarse se obtiene gran cantidad de energía. Son las principales fuentes a largo plazo. Los glicéridos tienen mayor capacidad de almacenamiento que los glúcidos. • Céridos o ceras Son ésteres de ácidos grasos de cadena larga > 10 C con un alcohol monohidroxílico de cadena larga también. 8 Dado su consistencia y solubilidad están muy difundidos para proteger tanto la superficie de hojas y frutos contra la evaporación como el cuerpo de los animales como refrigeración. Por tanto, tienen función protectora. • LÍPIDOS COMPLEJOS SAPONIFICABLES Son compuestos de carácter anfipático que forman parte de las membranas celulares, por lo que también se conocen como lípidos de membrana junto con el colesterol. Contienen ácidos grasos, por lo que pueden formar jabones • Fosfoglicéridos o glicerofosfolípidos Son ésteres de la glicerina con ácidos grasos y ácido fosfórico, unido éste, a su vez, a un alcohol. Los fosfoglicéridos son moléculas anfipáticas, en las que se distinguen una cabeza hidrófila y una cola hidrófoba. Tienen función estructural. • Esfingolípidos También son componentes de las membranas, es decir, función estructural. A diferencia de los fosfoglicéridos, tienen esfingosina en vez de glicerina. Tienen dos colas hidrófobas, una formada por la esfingosina y otra por un ácido graso, unidas por un enlace amida. La molécula resultante es la ceramida, a la que se unen diversos compuestos para formar esfingomielinas y glucolípidos • Fosfoesfingolípidos Son lípidos formados por la unión de la ceramida con el ácido fosfórico y un aminoalcohol. La cabeza resultante es hidrófila. • Glucoesfingolípidos Son lípidos formados por la unión de la ceramida a una o varias unidades glucídicas. Se dividen en cerebrósidos (una unidad de galactosa o glucosa) y gangliósidos (cabezas polares con varias unidades glucídicas). • LÍPIDOS INSAPONIFICABLES (sin ácidos grasos) • Terpenos Son lípidos que resultan de la polimerización de varias unidades de hidrocarburo isopreno (2−metil, 1−3 butadieno). Los más importantes son los carotenoides, formados por ocho isoprenos, entre los que destacan: ♦ Carotenos: Pigmentos muy abundantes en vegetales, a los que dan el color rojo. Químicamente son hidrocarburos. 9 ♦ Xantofilas: Pigmentos responsables de la mayor parte de los colores amarillentos de las plantas. Son derivados alcohólicos de los carotenos. Otro terpeno de gran importancia es la vitamina A. • Esteroides Son lípidos derivados del hidrocarburo esterano. ♦ Esteroles: son los más abundantes. En plantas predomina el estigmasterol y en los animales el colesterol. Tienen función estructural y son precursores de muy diversas sustancias. ♦ Ácidos biliares: son esteroides procedentes de la degradación del colesterol. Componen parte de la bilis y su función es emulsionar las grasas. ♦ Hormonas esteroideas: pertenecen a este grupo las hormonas sexuales, como la testosterona y el estradiol y las de las cápsulas suprarrenales, como la aldosterona y el cortisol. ♦ Vitamina D o antirraquítica: regula el metabolismo del calcio y su absorción intestinal. Su carencia causa el raquitismo • LIPOPROTEÍNAS Son asociaciones de lípidos y proteínas de las cuales existen dos tipos: los sistemas de membranas, que participan en la constitución de las membranas celulares, y las lipoproteínas de transporte del plasma sanguíneo. Un exceso de lipoproteínas de alta densidad causa una concentración excesiva de colesterol. LAS PROTEÍNAS • CONCEPTO DE PROTEÍNA, FUNCIONES Y CLASIFICACIÓN Son biomoléculas orgánicas integradas por al menos cuatro elementos: carbono, hidrógeno, oxigeno y nitrógeno, que se considera característico de este grupo. Químicamente son polímeros de moléculas relativamente sencillas denominadas aminoácidos. Los aa se unen entre sí originando oligopéptidos o polipéptidos. Cuando el número de aa supera los 50 o el peso molecular es mayor de 5000, se habla propiamente de proteínas, que se clasifican en holoproteínas, formadas únicamente por aminoácidos o heteroproteinas si contienen componentes no proteicos. Las proteínas son los compuestos orgánicos más abundantes de la materia viva, constituyendo alrededor del 50%. Las funciones 10 principales de las proteínas son: ♦ Función estructural: las proteínas son el principal material de construcción de los seres vivos. Está presente en todas las membranas. ♦ Función enzimática: el conjunto de reacciones químicas que se llevan a cabo en las células está regidas por un tipo de proteínas: Las enzimas. ♦ Función de transporte y almacenamiento: muchos iones y moléculas pequeñas son transportados por proteínas como la hemoglobina. ♦ Función hormonal: varias hormonas como la insulina y la somatropina (hormona del crecimiento) son proteicas. ♦ Función contráctil: las proteínas como la actina y la miosina son parte esencial de los sistemas contráctiles. ♦ Función de defensa y protección: los anticuerpos más importantes, las inmunoglobulinas, son proteínas. ♦ Función de reserva: algunas proteínas sirven de reserva proteica de aminoácidos, no de energía, como la ovalbúmina. ♦ Función de recepción y transmisión de señales: como la que realizan las proteínas que captan estímulos externos y los transmiten al interior. ♦ Función de control del crecimiento y diferenciación celular: es decir, controlan la parte del ADN que ha de expresarse en cada momento. ♦ Funciones muy variadas como la función anticongelante. • AMINOÁCIDOS • Concepto Los aminoácidos son ácidos orgánicos que tienen un grupo amino en el carbono C−2, al que se unen un hidrógeno y un grupo radical distintivo. Todas las proteínas están formadas con tan sólo 20 aminoácidos. • Propiedades de los aminoácidos Son sustancias incoloras, cristalizables, no hidrolizables y de sabor variado. Suelen disolverse bien en disolventes polares y no polares. ♦ Comportamiento ácido−base. La presencia de un grupo carboxílico les dota de carácter ácido mientras que el amino les confiere carácter básico. ♦ Estereoisomería y actividad óptica: Poseen al igual que los monosacáridos actividad óptica, con isómeros dextrógiros y levógiros. La isomería geométrica depende de la posición del grupo amino: forma D o L. • ENLACE PEPTÍDICO Y PÉPTIDOS Los aminoácidos se unen entre sí mediante enlace peptídico, que se establece por reacción entre el grupo carboxilo de un aminoácido de uno y el grupo amino del otro, liberándose una molécula de agua. 11 El dipéptido ocasionado presenta un grupo amino y un grupo carboxilo libres, los cuales pueden unirse a otros aminoácidos. • COMPOSICIÓN Y FORMA DE LAS PROTEÍNAS Las proteínas están compuestas por una o varias cadenas polipeptídicas, y aunque sólo existen 20 aminoácidos, las combinaciones pueden ser infinitas. Las cadenas polipeptídicas, resultantes de la unión de los aminoácidos no son moléculas lineales, sino que se pliegan en el espacio, dividiéndose en: ♦ Proteínas fibrosas: se hayan en forma de hebras. Función estructural. ♦ Proteínas globulares: plegadas en forma esférica. Función dinámica... ♦ Estructura de las proteínas La forma de las proteínas es consecuencia de su organización tridimensional y se organiza en cuatro niveles: ◊ Estructura primaria: corresponde a la secuencia de aminoácidos, nos dice que aminoácidos forman la proteína ◊ Estructura secundaria: se da como resultado del plegamiento de las cadenas. Las más importantes son la alfa hélice, en la que los se establecen enlaces de hidrógeno intracadenarios produciendo una hélice, y la estructura de hoja plegada, donde los puentes de hidrógeno son intercadenarios y forman las aristas de la cadena. ◊ Estructura terciaria: aquí se determinan como las cadenas se pliegan para dar forma a la estructura globular. Las proteínas fibrosas no tienen este tipo de estructura propiamente dicho. Los enlaces son muy variados. ◊ Estructura cuaternaria: se trata simplemente de una asociación de las cadenas polipeptídicas. Esta estructura solo la presentan las proteínas oligoméricas, es decir, formadas por dos o más cadenas polipeptídicas. ♦ PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS ◊ Solubilidad. El grado de solubilidad depende de diversos factores. En general las proteínas fibrosas son insolubles en agua mientras que las globulares son solubles, aunque presentan gran variabilidad. Al ser sustancias de gran peso molecular dan lugar a coloides, por lo que la mayoría de las membranas son impermeables a las proteínas. ◊ Especificidad de las proteínas. Cada proteína es distinta en cada especie aunque realice la misma 12 función en todas ellas. Incluso dentro de una misma especie, cada individuo se diferencia por las proteínas que poseen. ◊ Capacidad amortiguadora. Las proteínas tienen carácter anfótero, por ello se comportan como ácidos o bases liberando o tomando protones en función del pH que se desee obtener en la célula. ◊ Desnaturalización. Fácilmente pueden perder su configuración espacial característica. No se rompe el enlace peptídico (la estructura primaria) pero la proteína pierde sus estructuras secundaria y terciaria. En algunos pasos es posible volver al estado inicial restableciendo las propiedades iniciales, entonces se produce la renaturalizacion. ♦ PRINCIPALES TIPOS DE PROTEÍNAS ♦ Holoproteínas (proteínas simples) ◊ Globulares: Son solubles en agua y realizan funciones dinámicas: ⋅ Protaminas: Se encuentran en ácidos nucleicos. ⋅ Histonas: Se encuentran en ácidos nucleicos. ⋅ Albúminas: reserva proteica y transporte de sustancias ⋅ Globulinas: coagulación e inmunidad. ⋅ Gluteninas: función de reserva. Abundan en vegetales. ◊ Fibrosas: son insolubles en agua y se presentan esencialmente en los animales, desempeñando función estructural y de protección. ⋅ Colágeno: proteína estructural de los tejidos conectivos. ⋅ Queratina: proteínas resistentes a los agentes químicos y por ello utilizado como cubierta. ⋅ Elastinas: muy elásticas. Se encuentran en vasos sanguíneos, tendones y pulmones. ⋅ Fibroínas: proteínas resistentes y flexibles, utilizadas en telas de araña, capullos, nidos... ◊ Heteroproteínas (proteínas conjugadas o compuestas) ⋅ Glucoproteínas: el grupo prostético está formado por glúcidos. Destacan: • Mucinas: tienen papel protector. Son las mucosas. • Hormonas gonadotróficas • Peptidoglucanos: forman las paredes bacterianas • Inmunoglobulinas: función defensiva frente a antígenos. ⋅ Fosfoproteínas: el grupo prostético es ácido fosfórico. Es importante la caseína de la 13 leche, que tiene función de reserva nutritiva. ⋅ Lipoproteínas: el grupo prostético es un lípido. Destacan las estructurales y las transportadoras de plasma. ⋅ Nucleoproteínas: el grupo prostético son los ácidos nucleicos. ⋅ Cromoproteínas: el grupo les dota de una coloración característica. • Porfirínicas: el grupo prostético es un anillo de porfirina. Aquí se incluyen las hemoglobinas, las mioglobinas, los citocromos y las coloplastinas (clorofila como grupo prostético). • No porfirínicas: incluye las hemocianinas, flavoproteínas y carotenoproteínas. LOS ÁCIDOS NUCLEICOS ◊ CONCEPTO, TIPOS Y FUNCIONES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos son biomoléculas formadas por C H O N y P. Se trata de moléculas de gran tamaño formadas por la polimerización de los nucleótidos. Todos los organismos tienen ADN y ARN excepto los virus que sólo poseen uno. El ADN es el material genético y cumple las siguientes funciones: ⋅ Almacenar la información genética: El ADN contiene las instrucciones precisas para sintetizar todas las proteínas. ⋅ Transmitir la información genética, es decir, copiarse exactamente en cada generación mediante la replicación o duplicación. La función del ARN es expresar la información genética, es decir, ejercer las órdenes contenidas en el ADN y sintetizar las proteínas. ◊ NUCLEÓSIDOS Y NUCLEÓTIDOS Los nucleótidos contienen tres componentes característicos: ácido fosfórico, una base nitrogenada y una pentosa que puede ser ribosa o desoxirribosa. Las bases nitrogenadas son derivados de la purina y la pirimidina. Las bases púricas son la Adenina y la Guanina, 14 presentes en ADN y ARN. Las bases pirimidínicas son Citosina (presente en ADN y ARN), Timina (presente sólo en ADN) y Uracilo (presente sólo en el ARN) Una molécula de base nitrogenada se une a una pentosa originando un nucleósido Los nucleótidos son ésteres fosfóricos de los nucleósidos en los que el ácido fosfórico esterifica a uno de los grupos hidroxilo libres de la pentosa. ◊ Funciones de los nucleótidos ⋅ Precursores de los ácidos nucleicos, es decir, son sus constituyentes. ⋅ Coenzimas, entre las que destacan adenosín fosfatos (ATP y ADP), piridín nucleótidos (NAD y NADP), flavin−nucleótidos (FMN y FAD) y coenzima A. ⋅ Mensajeros químicos: desencadenan respuestas metabólicas. ◊ POLINUCLEÓTIDOS Son la unión de los nucleótidos mediante enlaces fosfodiéster. El ADN es un polinucleótido formado por desoxirribonucleótidos de adenina guanina, citosina y timina. El ARN es un polinucleótido formado por ribonucleótidos de adenina, guanina citosina y uracilo. ◊ ESTRUCTURA DEL ADN: MODELO DE WATSON Y CRICK ⋅ Estructura primaria: viene dada por la secuencia de nucleótidos de una cadena de polinucleótidos. ⋅ Estructura secundaria: es la conformación espacial de las cadenas como consecuencia del plegamiento de las mismas. Según este modelo, cada molécula de ADN está compuesta por dos largas cadenas de polinucleótidos, complementarias, antiparalelas y enrolladas alrededor de un eje imaginario central, formando una doble hélice. Se mantienen unidas mediante puentes de hidrógeno establecidos entre las bases nitrogenadas de una y otra. Entre A y T se establecen dos puentes de hidrógeno y entre C y G tres. La suma de las bases púricas es igual a la de las bases pirimidínicas según la ley de 15 Chargaff. Dado que lo único que puede variar en los ADNs de distintas especies es la secuencia de nucleótidos, la información genética radica en el orden de estos. ◊ Superenrollamiento y empaquetamiento del ADN En los ADNs circulares se produce una continuidad de la hélice de modo que el principio se une al final. En las células eucariotas, el empaquetamiento del ADN se hace mediante la asociación con proteínas, normalmente histonas. Así se forma la fibra cromosómica, que presenta unos engrosamientos llamados nucleosomas donde la doble hélice envuelve a la proteína. ◊ Tipos de ADN ⋅ En las células eucariotas es bicatenario lineal, asociado con proteínas. ⋅ En las bacterias es bicatenario circular y superenrrollado, normalmente no asociado a proteínas. ⋅ En los virus, es monocatenario o bicatenario, lineal o circular. Puede estar asociado con proteínas ◊ ESTRUCTURA DEL ARN El ARN está constituido por una sola cadena de polinucleótidos, excepto en algunos virus, que es bicatenario. Presenta una estructura primaria que en ocasiones se pliega enfrentando bases, e incluso a veces se retuerce y se asocia a proteínas. Sin embargo, su estructura normal no es la helicoidal. ◊ Tipos de ARN ⋅ El ARNm (mensajero) es lineal, sin zonas bicatenarias. Su función es transmitir la información genética desde el núcleo al citoplasma. Se une a una de las dos cadenas del ADN y cuando acaba su función desaparece. Cada grupo de tres bases del ARNm que especifica un aminoácido se denomina triplete o codón. ⋅ El ARNt (transcripción) adopta una estructura de hoja de trébol. En uno de sus brazos presenta un triplete de bases, denominado anticodón, por donde se fija el ARNm. El ARNt debe reconocer a los 16 aminoácidos de forma específica y transportarlos hasta el ribosoma, y reconocer los codones del ARNm. ⋅ El ARNr (ribosómico) constituye el 80% del total. Se encuentra asociado a proteínas, y esta asociación forma los ribosomas. ◊ EL CÓDIGO GENÉTICO Se denomina gen estructural o cistrón a cada fragmento de ADN que dirige la síntesis de una cadena polipeptídica. La correspondencia que existe entre los nucleótidos del ADN y los aminoácidos de las proteínas se denomina código genético. El código genético es un código de triplete, de manera que se puede decir que a un gen con un determinado orden de tripletes le corresponde una cadena polipeptídica con un determinado orden de aminoácidos. De los 64 codones, o tripletes de bases que codifican a un aminoácido, 61 corresponden a aminoácidos, y tres a codones de iniciación y terminación. El código genético está degenerado, lo que significa que cada aminoácido puede ser codificado por más de un triplete distinto. El código genético es universal, es decir, un mismo triplete codifica el mismo aminoácido en todas las especies, con alguna excepción. LAS ENZIMAS ◊ CONCEPTO DE CATÁLISIS Y DE ENZIMA La energía necesaria para que se den las reacciones químicas se denomina energía de activación. Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción, no se gasta durante la misma y se necesita en pequeñas cantidades. La energía de activación puede vencerse mediante calor, pero esto tiene consecuencias en las células. Por ello se utilizan biocatalizadores denominados enzimas. La molécula sobre la que actúa se denomina sustrato. Las enzimas son catalizadores orgánicos coloidales capaces de actuar fuera de la célula que los produce y que en su mayoría, químicamente son proteínas. 17 ◊ Propiedades de las enzimas ⋅ Especificidad de la catálisis enzimática: La especificidad de acción indica la capacidad de la enzima por seleccionar una de las diversas reacciones posibles. La especificidad de sustrato indica el sustrato que actúa sobre la enzima. Algunas enzimas actúan únicamente sobre un sustrato determinado (especificidad absoluta). Otras enzimas actúan sobre compuestos con una característica estructural común (especificidad de grupo). Por último, algunas enzimas actúan sobre un tipo de enlace, independientemente del tipo de moléculas (especificidad de clase). ⋅ Reversibilidad Una enzima actúa del mismo modo en una reacción independientemente del sentido en el que se dé esta. ⋅ Eficacia Una sola molécula de enzima puede catalizar la reacción de miles de moléculas de sustrato. La enzima no se consume, recupera su estado inicial al final del proceso. ⋅ Gran poder catalítico Multiplican la velocidad de las reacciones por un millón o más. Las enzimas pueden estar presentes en todas las células (respiratorias) o solo en algunas (gástricas). Dentro de las células, su distribución no es uniforme, son que la mayor parte de ellos se localizan en organismos concretos y determinan las funciones de los mismos. ◊ CLASIFICACIÓN Y NOMENCLATURA DE LAS ENZIMAS ⋅ Oxidorreductasas: catalizan reacciones de oxidación reducción. ⋅ Transferasas: catalizan la transferencia de distintos grupos atómicos. ⋅ Hidrolasas: catalizan reacciones de hidrólisis. ⋅ Liasas: rompen enlaces por vía no hidrolítica. ⋅ Isomerasas: catalizan reacciones de isomerización ⋅ Ligasas o sintetasas: catalizan la formación de enlaces mediante ATP. ◊ COFACTORES ENZIMÁTICOS 18 Son conjuntos no proteicos que colaboran con la enzima. La enzima recibe el nombre de apoenzima y el conjunto de enzima y cofactor se denomina holoenzima. ⋅ Activadores inorgánicos: iones metálicos. ⋅ Coenzima: pueden actuar como cofactor de muchas enzimas distintas. Algunos están unidos solo funcionalmente y otros íntimamente. ◊ CENTRO ACTIVO Y MECANISMO DE ACCIÓN DE LAS ENZIMAS El centro activo es la parte del enzima que se pone en contacto directo con el sustrato. Aquí se deben localizar aminoácidos de fijación y aminoácidos catalizadores. El resto de la proteína enzimática consta de aminoácidos estructurales. El enzima se adapta al sustrato al modo que un guante lo haría a una mano. Ya tiene una forma más o menos prefijada pero el ajuste total se adquiere al contacto. ◊ Reacción enzimática y su cinética La reacción enzimática se realiza mediante la unión de la enzima y el sustrato para formar un complejo. A continuación el complejo ES se escinde liberando la enzima sin alterar y los productos de la reacción. La velocidad de una reacción se define como la cantidad de materia transformada en función del tiempo. ◊ Factores que influyen en la velocidad de las reacciones ⋅ Concentración de la enzima: la actividad enzimática es directamente proporcional a la concentración de la enzima siempre que haya un exceso de sustrato, la velocidad crece proporcionalmente con la cantidad de enzima. ⋅ Concentración del sustrato y producto: la actividad enzimática crece hasta llegar a un valor máximo que se produce cuando la concentración de sustrato o de producto se iguala a la de la enzima (inhibición) ⋅ Temperatura: existe una temperatura óptima en la que se acelera la ecuación química pero en la que aún no se ha desnaturalizado la enzima. 19 ⋅ El pH: la enzima desarrolla su actividad entre dos valores límites y alcanza su máximo grado de acción en un pH normalmente cercano a la neutralidad. ◊ INHIBICIÓN ENZIMÁTICA Un inhibidor es la sustancia capaz de disminuir la velocidad de reacción de una reacción enzimática. Existen reversibles (se pueden desprender de la enzima) e irreversibles (la destruyen o desactivan). ◊ Inhibición competitiva El inhibidor tiene una forma muy parecida a la del sustrato y por tanto tiene afinidad por la enzima. Si consigue unirse a la enzima, se paraliza la reacción. ◊ Inhibición no competitiva El inhibidor se sitúa en una parte distinta de la enzima y conforma el conjunto ESI que se descompone mucho mas lentamente. ◊ CONTROL DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA ◊ Regulación alostérica Esto se produce en las enzimas alostéricas, que adoptan dos formas: T o de alta afinidad y R o de baja afinidad por un metabolito regulador que recibe el nombre de efector o modulador. Cuando este modulador se une a la forma T, esta aumenta su actividad, y cuando se une a la R, esta la reduce. ◊ Regulación por modificaciones covalentes Se trata de interconversiones enzimáticas por medio de otras enzimas de una forma inactiva a otra activa y puede ser irreversible o reversible. ◊ Regulación del metabolismo El ADN, mediante la represión metabólica puede paralizar la síntesis de enzimas Por otra parte, unas enzimas pueden producir productos que sirvan como inhibidores de la primera enzima de la cadena, de modo que toda la cadena queda desactivada. FORMAS ACELULARES Y CELULAS ◊ FORMAS ACELULARES 20 Son partículas de un tamaño menor y más sencillas que las células. No realizan funciones de nutrición y relación, y la reproducción sólo se lleva a cabo mediante células huésped. ◊ Composición y estructura de los virus Cada partícula vírica está formada por un bloque de ácido nucleico o genoma vírico, rodeado por una cubierta proteica o cápsida. La unión de estos dos recibe el nombre de nucleocápsida. El genoma vírico está constituido por una o más moléculas de ADN o ARN, pero nunca los dos tipos simultáneamente. La cápsida puede estar desnuda o rodeada por una envoltura lipoproteica constituida por una bicapa lipídica. Según sea esta se distinguen: ⋅ Viriones helicoidales: los capsómeros se disponen en forma de hélice. ⋅ Viriones icosaédricos: tienen forma de poliedro regular de 20 caras triangulares en cuyo interior se apelotono el ácido nucleico. ⋅ Viriones complejos: entre ellos están la mayoría de los bacteriófagos. Constan de cabeza (cápsida icosaédrica), cola ( a través de la cual pasa el ácido nucleico a la célula a infectar) y placa basal, que es por donde se ancla a la célula parasitada. ⋅ Replicación de los virus La reproducción se produce por multiplicación por síntesis y posterior reunión de sus componentes dentro de una célula huésped. Consta de las siguientes fases: • Adsorción: fijación de los viriones a la membrana mediante enlaces químicos. • Penetración: entrada en el citoplasma del ácido nucleico o del virión completo. • Multiplicación: el ácido nucleico domina el metabolismo celular replicándose y dirigiendo la síntesis de proteínas. • Ensamblaje: los componentes sintetizados se reúnen bien espontáneamente o bien por 21 intervención de enzimas codificadas por genes víricos. • Liberación: los viriones salen de la célula produciéndose a menudo su rotura. • Ciclo biológico de un bacteriófago • Ciclo lítico: es el más frecuente y conduce a la destrucción celular. ♦ Adsorción: las fibras caudales se unen químicamente a ciertas moléculas de la pared bacteriana. A continuación, clava las espinas basales, por lo que también quedan unidos mecánicamente. ♦ Penetración: el fago perfora la pared celular mediante enzimas y la cola se contrae, inyectando el ADN en el citoplasma. ♦ Eclipse: el ácido nucleico se replica y el metabolismo de la bacteria comienza a producir genes víricos. ♦ Ensamblaje: las proteínas se reorganizan. ♦ Lisis: por acción enzimática, la bacteria se rompe y se liberan los fagos. ♦ Ciclo lisogénico. El ADN vírico se incorpora al de la bacteria y así al replicarse esta las bacterias hijas contienen este ADN. Mediante estímulos externos se puede activar el ADN vírico produciendo la formación de viriones. ♦ LA ORGANIZACIÓN CELULAR Las células son las asociaciones más simples de biomoléculas capaces de mantenerse frente al medio. Todas las células presentan los siguientes rasgos: ◊ Membrana 22 plasmática: separa pero no aísla el interior y el exterior celular. Regula el intercambio entre célula y medio. ◊ Citoplasma: líquido donde se realizan las reacciones metabólicas. ◊ Material genético: representado por el ADN. ♦ LA ORGANIZACIÓN PROCARIOTA ♦ Características generales La membrana plasmática está rodeada de una cubierta rígida o pared celular, con composición química diferente de la de las eucariotas. El citoplasma contiene ribosomas mas pequeños que los eucariotas. El material genético está constituido por una sola molécula de ADN que recibe el nombre de cromosoma procariota y que no está encerrado en un núcleo definido. ♦ Morfología de las bacterias: según su forma se dividen en: ◊ Cocos: bacterias redondeadas que pueden presentarse aisladas o agrupadas en pares (diplococos) en cadenas (estreptococos), en racimos (estafilococos) o en masas cúbicas (sarcinas). ◊ Bacilos: bacterias con forma cilíndrica, alargadas y rectas. 23 ◊ Espirilos: bacterias largas y onduladas ◊ Vibrios: bacterias con forma de coma ◊ Estructura de la célula bacteriana ◊ Pared celular. Mantiene la forma y regula la presión osmótica. ◊ Membrana plasmática. Regula el intercambio celular y origina unos complejos mesosomas que aumentan la capacidad de absorción. ◊ Citoplasma. Semejante a la de las eucariotas. Carece de la mayor parte de los orgánulos y contiene gran cantidad de ribosomas 70S. ◊ Material genético. Está formado por una molécula de ADN bicatenario fuertemente plegado. Además pueden presentarse pequeños anillos de ADN denominados plásmidos, que no son estrictamente necesarios. ◊ Apéndices bacterianos. Destacan los flagelos, filamentos que proporcionan movilidad. Los pelos intervienen en el proceso de conjugación. La función de las fimbrias se desconoce. 24 ◊ Fisiología de las bacterias La nutrición de las bacterias se desarrolla de todas las maneras existentes. Su reproducción es asexual y se realiza por división simple, aunque poseen mecanismos de transferencia de ADN entre unas u otras, llamados procesos parasexuales. ◊ LA ORGANIZACIÓN EUCARIOTA Se diferencian de las procariotas en la estructura celular, la organización del material genético y el mecanismo de división. ◊ Estructura general de las células eucariotas La característica fundamental es la existencia de un conjunto de endomembranas, que dan lugar a los orgánulos, así como la presencia de un núcleo definido. ◊ Organización del material genético Tienen varios cromosomas cuyo número es fijo para cada especie y cada 25 uno de ellos está constituido por una molécula lineal de ADN unido a histonas. ◊ Mecanismo de división celular Se reproducen por división mitótica, en contra de la bipartición procariota. ◊ Diferencias entre células vegetales y animales: ⋅ Las vegetales suelen ser de mayor tamaño y presentan una cubierta rígida de celulosa denominada pared celular. ⋅ En las vegetales están muy desarrolladas las vacuolas y existen plastos que tienen función de almacenamiento y síntesis de algunas sustancias. ⋅ Las células animales contienen unos orgánulos denominados centriolos, relacionados con la 26 organización de los cilios y flagelos. ESTRUCTURAS DE LA CÉLULA EUCARIOTA ◊ PARED CELULAR ◊ Composición química y estructura La pared celular es una cubierta, gruesa y rígida, que rodea la membrana plasmática de las células vegetales. Está formada mayoritariamente por polisacáridos, fundamentalmente celulosa. Estructuralmente está compuesto por una masa fundamental o matriz en la que se hallan intercaladas fibras de celulosa. Estas fibras están formadas por macrofibrillas, a su vez constituidas por microfibrillas enrolladas entre sí. Cada microfibrilla está compuesta por micelas celulósicas, polimerización de cien celobiosas. ⋅ Pared primaria: se presenta en todas las células vegetales, delimitándolas externamente. 27 Permite el crecimiento de la superficie de la célula. ⋅ Pared secundaria: aparece una vez finalizado el crecimiento y se sitúa entre la membrana plasmática y la pared primaria y dota a la célula de rigidez. ⋅ Diferenciaciones de la pared celular Las punteaduras y los plasmodesmos permiten el paso de sustancias al interior de la célula. Las punteaduras son interrupciones en la membrana plasmática que suelen coincidir entre células próximas. Los plasmodesomos son finos conductos que ponen en contacto dos células 28 contiguas. ⋅ Funciones de la pared celular La pared celular constituye una especie de exoesqueleto que determina la forma de la célula, teniendo funciones de protección y de sostén. Evitan la rotura celular por choque osmótico. ⋅ MEMBRANA PLASMÁTICA La membrana plasmática es una delgada envoltura que recubre el citoplasma, permitiendo que el contenido celular tenga una composición distinta a la del medio. La membrana plasmática regula el intercambio 29 célula−medio. ⋅ Composición química ⋅ Lípidos de membrana. Existen fosfolípidos, algunos glucolípidos, y en células animales, colesterol. Todos ellos son anfipáticos, por lo que se orientan en presencia de agua. ⋅ Proteínas de membrana Al igual que los lípidos, son anfipáticas: las regiones polares sobresalen en la superficie de la membrana mientras que las regiones polares se orientan hacia el interior. Según su grado de asociación con los lípidos se clasifican en: 30 • Proteínas intrínsecas o integrales: pueden formar glucoproteín Para aislarlas de los lípidos es necesario destruir la membrana. • Proteínas extrínsecas o periféricas: están débilmente asociadas a los lípidos, por lo que se pueden aislar con facilidad. • Glúcidos de membrana Todos ellos están unidos a lípidos oa proteínas y se encuentran sobresaliendo en la 31 superficie externa, formando una capa periférica llamada glucocálix. • Estructura y funciones • Organizació de los lípidos Debido a su carácter anfipático, los lípidos de las membranas se ordenan en forma de bicapa lipídica, caracterizada por ser impermeable a la mayoría de las biomoléculas y por ser fluida, es decir, que las moléculas pueden 32 desplazarse libremente dentro de la bicapa en difusión lateral, rotación, flexión y flip−flop. • Organizació de las proteínas: el mosaico fluido Las membranas están formadas por una bicapa lipídica fluida en la que las proteínas intrínsecas se encuentran dispersas, atravesando total o parcialmente la bicapa, con una disposición en mosaico. Las 33 proteínas extrínsecas están dispuestas en el exterior de la membrana. Por tanto, la bicapa lipídica constituye el armazón mientras que son las proteínas las que desarrollan todas las funciones específicas. • CITOPLAS Es el contenido celular entre la membrana plasmática y nuclear. Se compone de: • Citosol Es un 34 líquido acuoso que contiene gran cantidad de sustancias disueltas: glucosa, sales minerales, etc... su consistencia puede pasar de fluida (sol) a viscosa (gel). Muchas de las proteínas disueltas son enzimas, por lo que en el citosol se llevan a cabo multitud de reacciones metabólicas. Además en el citosol pueden almacenarse sustancias 35 en forma de gránulos denominadas inclusiones. • Citoesquelet Es una red de filamentos proteicos que constituyen el soporte interno celular. Determina la forma de la célula, su organización interna y su movimiento. Está constituido por tres tipos de filamentos: • Microfilame son filamentos de actina que intervienen en procesos relacionados con la 36 movilidad celular como la contracción muscular, la emisión de pseudópodos o la formación del anillo contráctil. • Filamentos intermedios: desempeñan funciones de tipo estructural. • Microtúbulo cilindros que se organizan a partir de un centro y cuyas funciones son mantener la forma de la célula, el transporte intracelular de orgánulos, movimiento de cromosomas y organización 37 del citoesqueleto • ORGÁNUL MICROTUB • Centríolos Son la unión de nueve grupos de tres microtúbulos cada uno. Están rodeados por un material denso denominado material pericentriola y de una irradiación de microtúbulos denominado éster. El conjunto de denomina centrosoma. Su función es la organización de cilios y flagelos y del huso mitótico. 38 • Cilios y flagelos Son apéndices móviles. Los cilios son cortos y numerosos mientras que los flagelos son largos y escasos. Se distinguen los siguientes componentes ♦ Tallo está cons por nuev pares de micr perif y dos micr senc centr ♦ Zona de trans base del cilio ♦ Corp basa está inclu en 39 el citop y tiene la mism estru que un centr • RIBOSOMA Son pequeños gránulos donde se realiza la fase de traducción de la síntesis proteica. Están compuestos por varias moléculas de ARNr asociadas a proteínas. Estructuralm están constituidos por dos subunidades. Se presentan en el citosol, el retículo endoplasmát rugoso y 40 mitocondrias Normalment están unidos en largas cadenas formando polirribosom o polisomas. Las proteínas sintetizadas en el citosol quedan libres mientras que las sintetizadas junto al retículo endoplasmát rugoso son depositadas en la luz del mismo. • SISTEMA DE ENDOMEM Es un complejo sistema de vesículas y sacos aplanados, revestidos por 41 membranas y extensamente comunicados entre sí que ocupa parte del citoplasma. • Retículo endoplasmá (RE) Está constituido por una serie de cavidades membranosa de forma irregular. ♦ RE rugo se local cerca del núcle y prese ribos adhe ♦ RE liso: en gene más aleja del núcle y carec de ribos Entre 42 las funciones del RE destacan: ♦ Sopo mecá prop un sosté adici al citop ♦ Siste de tran ♦ Sínte de lípid a cargo de enzim local en las mem del REL Se sinte fosfo coles y horm ester ♦ Acum y tran de prot a cargo del RER que recib las prote de los 43 ribos adhe ♦ Dest el REL es capa de meta susta tóxic ♦ Apa de Golg (AG Está cons por un conju de unid llam dicti que son un conju de vesíc aplan y apila El AG reali las func de form de lisos y secre ♦ OTR ORG MEM ♦ Liso Son 44 vesíc rode por una mem prese en todas las célul euca y cuyo inter conti gran canti de enzim hidro capa de diger la mayo de las macr bioló ♦ Pero Son grán que conti enzim oxid utiliz para oxid susta nociv para su mejo elim ♦ Mito ♦ Mor y func 45 Son alarg y suele prese unifo por todo el citop Su func es prod la fase aerob de la respi celul y oxid amin ♦ Ultra mito Están cons por una mem exter lisa y perm una cáma exter situa entre las dos mem y con comp simil a la del 46 citos una mem inter que prese crest mito que aume su supe de abso y una cáma inter ocup por la matr mito muy rica en prote ♦ Plas o plást Son orgá mem exclu de las célul vege con capa de sinte y alma difer susta Pued ser leuco (acum 47 susta de reser como el almi crom (con pigm rojos y cloro (sint y acum cloro enca de la fotos ♦ Ultra estru de los cloro Pose una envo form por una mem exter perm y una inter meno perm Un estro regió rode por la mem inter dond se obse 48 molé de ADN y ribos Los tilac están inme en el estro Son sácu aplas cons por una mem que rode un espa tilaco ♦ Vacu Son cavid intra much más desa en las célul vege proc de vesíc del RE y del AG. Sus func son alma agua y susta 49 de reser o aisla susta tóxic ♦ EL NÚC INT ♦ Cara gene es dond se alma el ADN y por tanto el que rige toda la activ celul ♦ Mem nucl está form por dos mem conc sepa por un espa perin La mem se inter en poro que perm el inter de 50 susta ♦ Nucl matr comp fund por enzim ♦ Crom ♦ Com es la asoc de ADN y prote Las prote son de dos tipos histo (func estru y no histó (func muy diver Cada molé de ADN con sus prote asoc es un crom ♦ Ultra la cade de ADN se enro en torno a 51 un grup histó y se plieg hasta cond y llega a los crom ♦ Nucl son los grán intra dond se fabri las subu cons de los ribos Tien una zona fibril y otra gran FUN DE AUT ♦ FUN CEL DE REL El objet de estas func es la supe 52 del indiv posib su aclim a los camb ambi Las reacc motr pued ser mov locom que supo el desp de la célul (ame y vibrá y los mov no locom que supo el mov de algun parte de la célul (con ♦ VISI GLO DE LA NUT CEL Med la 53 nutri la célul toma mate y energ del exter y las trans con dos objet fabri de nuev mate y obten de energ ♦ Inge y dige La inges es la pene de susta en la célul mien que la diges se reali por enzim hidro ♦ Meta Es el 54 conju de reacc quím enzim que sufre los nutri en el inter de la célul con los dos objet antes indic Com dos aspe 55 ♦ PAP DE LA MEM EN LOS INT CEL ♦ Inter de molé pequ Se debe a la perm de la mem que debe ser altam selec ♦ Difu a travé de 56 la bicap lipíd La mem perm el paso de molé no polar pero no de iones ♦ Tran medi por prote Se divid en difus simp por medi de prote de cana difus facil por medi de perm y trans activ medi bom este últim proc requ un apor de 57 energ por reali en contr de grad ♦ Inter de mac ♦ Endo es el conju de proc por medi de los cuale la célul incor molé de gran tama y partí sólid Pued ser de tres tipos fago (la partí se une a recep espe hasta que la mem rode la partí 58 pino (intro inesp de líqui extra y endo medi por recep (intro altam espe de líqui extra ♦ Exoc es el conju de proc por los cuale la célul elim al exter molé de gran tama ♦ MET Y ENE ♦ Imp del ATP Por cada mol de ATP degr se obtie unas 7 59 Kcal por lo que el ATP es la mon de energ Las reacc bioló que liber energ van unid a la sínte de ATP ♦ Mec gene de obte del ATP El ATP pued obten por fosfo oxid (AD que es el méto más comú de regen en las célul aerob 60 Tam pued obten medi fosfo a nivel de sustr cons en añad el fósfo de un comp fosfa al ADO Es una fuen de ARP en todas las célul tanto en las aerob como en las ferm ♦ Célu autó y hete Toda las célul nece susta orgá energ para elabo 61 sus prop mate y obten energ en form de ATP ♦ Célu heter se nutre tanto de susta orgá como inorg tomá del medi que las rode ♦ Célu heter se nutre exclu de mate inorg porq son capa de reali proc anab espe Segú qué tipo de energ ambi utilic hay dos 62 clase ♦ RUT MET 63 ♦ Ruta cata El catab es la parte degr del meta en que las susta orgá se degr medi reacc escal obten prod más senc y liber energ la mayo parte en form de ATP En el catab aerob exist tres fases princ 64 65 Por tanto pode decir que las ruta cata son conv ya que a parti de prod muy varia obten unos poco prod final comu ♦ Ruta anab Es la parte cons del meta y tamb 66 cons de tres parte Com ejem están las prote en la fase I, se prod los ácido orgá En la fase II, los amin y en la fase tres las prote Por tanto las ruta anab son dive ya que a parti de unas poca molé precu senc se sinte una 67 gran varie de macr FOT Y QUI ♦ VISI GLO DE LA FOT La fotos es un proc medi el cual la mate inorg se trans en orgá y, paral se abso energ lumi que se trans en energ quím la cual qued alma en las susta orgá obten 68 ♦ Pigm fotos Toda las célul fotos conti uno o más tipos de cloro Adem de cloro las célul fotos conti otros pigm acce princ carot que actúa como recep de luz suple Los pigm fotos se halla agru en conju llam fotos ♦ Mec gene de la fotos 69 H2D + A + ADP + Pi AH2 + D + ATP 70 CO2 + AH2 + ATP A + 1/n (CH + ADP + Pi ♦ Tipo de fotos 71 ♦ FAS LUM DE LA FOT OXI ♦ Con de los fotos La capta d energ lumi es func de las cloro y carot que se encu en la mem de los tilaco 72 y se agru en dos fotos En cada fotos la molé enca de trans la energ lumi en quím se deno cent de reac fotoq En el PSI este se deno P700 por alcan su máxi excit a esta long de onda y en el PIS se llam P680 Las otras 73 molé recib el nom de colec y abso la energ para trans al centr La ecua de cada fotos es: 2 H2O + 2 NAD Luz 2 NAD + 2 H+ + O2 ♦ El flujo de elect esqu Z Este esqu expli como el centr activ del PSI, tras 74 la influ de la energ lumi pierd dos elect y se oxid Esto elect se recup tras la oxid del centr del PIS, que recup los suyo medi la fotol del agua Para desp los elect cues arrib se nece un apor energ obten de la sínte del ATP en la 75 fosfo ♦ Foto Es el proc medi el cual se sinte ATP a parti de ADP + Pi, acop al flujo de elect en la fase lumi por lo que la energ prov de la luz. ♦ Hipó quim segú esto, los proc redo de trans elect están ligad a la 76 sínte de ATP medi la creac de un grad de proto a travé de una mem ♦ Foto acícl y cíclic la prim se da en la fase lumi cuan los elect elim de la cloro son reem por elect proc del agua La segu se da en la fase oscu y en 77 ella los elect desp por la cloro vuelv a ella en circu cerra ♦ FAS OSC DE LA FOT Se reali en el estro de los cloro y su objet es la fijac del CO2 y su poste trans en susta orgá Este proc el Ciclo de Calv ♦ Ciclo de Calv 78 se subd en tres fases ♦ Fase de fijac del CO2 El CO2 reacc con la ribul (RuB dand lugar a un comp de seis carbo ce se disoc en dos molé de ácido 3−fo ♦ Fase redu Med el cons de ATP y NAD se fosfo el ácido 3−fo cons 79 ácido 1,3− Se redu poste el grup carbo a aldeh obten 3−fo ♦ Fase rege Se inici a parti de la anter mezc de trios y tiene dos objet obten de diver susta orgá senc y regen de la ribul cons En la obten de gluco dos trios se unen 80 para sinte la gluco y las 10 trios resta regen las 6 molé de ribul pues en juego ♦ Obte fotos de com nitro y azuf En el ciclo de Calv las célul fabri difer comp por redu del CO2 que actúa como fuen de carbo pero no hay incor de 81 nitró ni de azufr que son apor por las sales mine La obten de estos comp conll la redu de los nitra y los sulfa que apor el N y el S. ♦ Bala glob del proc fotos (par una gluc Fase Lum 12H + 12NA + 18AD 6O2 + 12NA 82 + 18AT Fase Oscu : 6CO C6H ♦ FOT Y EVO En la evolu bióti fue cruci la apari de orga fotos y la fotos oxig conll la trans de una atmó redu a otra oxid con las sigui cons 83 ♦ QUI Es un proc por el cual la mate inorg es trans en mate orgá utiliz para ello la energ libre proc de reacc exerg Las bacte quim oxid ciert comp para liber energ y utiliz esta para redu el 84 CO2 los nitra y los sulfa a susta orgá Entre ellas están las nitrif las sulfo y las ferro Por otra parte los orga fijad de nitró repre una impo fuen de dicho elem para la biosf ya que son capa de redu el nitró mole e incor a susta 85 orgá OTR PRO ANA ♦ ANA DE GLÚ ♦ Bios de mon gluc Las célul heter pued obten polis medi hidró o fabri a parti de molé proc del meta Este proc es la gluco obten de gluco a parti de precu no glucí Med la vía gluco el ácido 86 pirúv se conv en gluco y los precu no glucí más utiliz son el ácido láctic algun amin y la glice Es un proc muy costo energ para fabri una molé de gluco a parti de dos de pirúv se cons 6 ATP por las 2 de la glucó ♦ Bios de 87 polis En los anim desta la guco a parti de gluco Este polis cons una form de alma de energ a corto plazo En las célul vege se fa la amil Este proc se fa sobre todo en el músc esqu y en el hígad El glucó del músc cons 88 una reser de gluco que se degr para la contr musc El glicó hepá actúa como reser de gluco que pasa a la sang para abas a los tejid ♦ ANA DE LÍPI Los trigli cons una reser de energ a largo plazo ♦ Bios de glice y de ácid gras 89 Las célul pued obten glice a parti de la hidró de los trigli o de la dihid proc de la glucó Por su parte los ácido graso pued prov de los trigli o del proc de biosí de ácido graso que tiene lugar en el citos a parti del aceti 90 ♦ Bios de trigl Este proc cons en la ester de los dos prim grup de la glice y la poste hidró del grup fosfa para proc a la ester de este terce grup obten un trigli ♦ ANA DE ÁCI NUC Depe de los nucle que se quier form En 91 los ribon se distin entre los de purin y los de pirim Los deso prov de reacc de redu de sus corre ribon ♦ ANA DE PRO ♦ Bios de amin Las rutas meta para la obten de amin no esen es decir los que no pued inger direc tiene dos aspe 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209