celulosa

Guía N° 2 2012
UNIDAD 1: LA CÉLULA
SUB-UNIDAD 1: COMPOSICIÓN DE LA MATERIA VIVA
Biología Común
En esta sesión tú podrás:
- Asociar la importancia de componentes no orgánicos para los orgánicos y apreciarlos
como parte de la conformación de la vida.
- Comprender la universalidad de las principales moléculas que componen la célula.
- Conocer sus propiedades estructurales y energéticas de las moléculas de la vida.
- Comprender por qué la célula es la unidad básica de la vida, su importancia funcional y
estructural.
- Apreciar el descubrimiento de la célula, entendiendo el contexto histórico y la
relevancia en aquella época para el desarrollo de las ciencias biológicas.
ORIGEN DE LAS CÉLULAS
Las estructuras moleculares de las células pueden asociarse entre sí y auto-organizarse
en formas cada vez más complejas. Las células forman sistemas abiertos, o sea,
interaccionan con el medio ambiente, pero siempre mantiene algún grado de
independencia del medio respecto a su funcionamiento.
De acuerdo a esto es importante establecer a partir de qué y en qué momento de la
historia la organización molecular evolucionó hasta lo que hoy se conoce como células
procariotas y eucariotas.
Si bien no se sabe cómo se generaron las primeras células, se ha establecido que los
procariotas precedieron a los eucariotas apareciendo hace 3.5 x 109 años atrás.
Pero antes de eso, antes de que apareciera la primera célula, fue necesario que
aparecieran las primeras moléculas de la vida, que constituyeran a esta célula, materia
Autor: Alejandra Moller D. / Edición: Katherine Brante C.
Consultas: biologí[email protected] / www.preusm.cl
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Monomero: Estructura básica y mínima que compone algo (polímero)
Polimero: Estructura más compleja construida en base a estructuras básicas repetitivas (monómero)
orgánica que contiene como base estructural al carbono, esto son: aminoácidos,
hidratos de carbono, ácidos nucleicos y lípidos, su autopolimerización (capacidad de
ensamblar nuevos monomeros al polímero) y ensamblaje en estructuras cada vez más
complejas, hasta lograr la autorreproducirse.
Para entender como ocurrió este paso de moléculas inorgánicas, a orgánicas y
finalmente a una célula, o sea, a la existencia de vida, debemos primero
contextualizarnos a cómo era La Tierra en aquella época.
La atmósfera no tenía oxígeno, en vez de eso se podía encontrar hidrógeno, nitrógeno,
amoníaco, metano, monóxido y dióxido de carbono y agua. Debido a que en ese
entonces no había capa de ozono, estas moléculas pudieron reaccionar entre sí gracias
a los rayos ultravioleta y las descargas eléctricas de los rayos formando moléculas cada
vez más reactivas y complejas como aceltaldehído, cianuro, formaldehído.
En 1920 Oparin y Haldane postularon que la reacción de estas moléculas pudo dar
origen a las moléculas de la vida.
En 1953 Miller realizó un experimento en donde trato de generar condiciones similares
a las del período prebiótico: juntó todas estas moléculas en un recipiente y produjo
descargar eléctricas. En el agua pudo obtener animoácidos como ácidos aspártico y
glútamico, alanina y glicina, a esto se le llamó la “sopa primitiva”.
En este “caldo primitivo” es que se generaron las condiciones para que los aminoácidos
pudieran polimerizarse y generar proteínas más complejas hasta el autoensamblaje y
actividad enzimática.
Las moléculas fueron capaces de evolucionar a estructuras más complejas llamadas
proteinoides o coaservados, los que tenían una pared similar a una membrana y líquido
en su interior con una pequeña actividad metabólica, pero incapaces de perpetuarse ya
que no poseían ADN. EL ARN debió ser el primer ácido nucleico dentro de la célula.
Las primeras células procariotas fueron heterotróficas (obtiene materia orgánica a
partir de otros), posteriormente aparecieron los primeros autótrofos, capaces de
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realizar fotosíntesis. Este último proceso modifica por completo las características
atmosféricas, el oxígeno que antes no había ahora se comienza a acumular, lo que
permitió la aparición de las primeras células procariotas aeróbicas y posteriormente de
las células eucariontes.
Teoría Celular
Se habla que un organismo está vivo cuando se relaciona con el medio externo,
intercambia materia y energía con él, pero mantiene su metabolismo interno de
manera independiente, siendo además capaz de autoperpetuarse en el tiempo. La
célula es el nivel de organización más pequeño que mantiene esas dos condiciones y
que se encuentra presente en todo organismo vivo del planeta.
La célula se define como la unidad estructural, funcional y de origen. Esta frase puede
resumir la teoría celular, pero no es suficiente.
Formular la teoría celular no fue trabajo sencillo. Sólo se pudo avanzar en ella a partir
de la creación de los primeros microscopios (aproximadamente en el siglo XVI). Los
científicos que contribuyeron fueron: Robert Hooke, René Dutrochet, Theodor
Schwann, Mathias Schleiden y Rudolph Virchow.
El trabajo de cada uno de ellos fue el siguiente:
- Robert Hooke (1665), introdujo el uso de la palabra "célula". Realizó observaciones
microscópicas en un trozo de corcho. Hooke no vio células tal como
las conocemos actualmente, sino que observó que el corcho estaba formado por
celdillas, recordando las celdas de una colmena, de ahí que utilizara el término
“células”.
Figura 1. Imagen observada por Robert Hooke
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- René Dutrochet (1824), estableció que la célula era la unidad básica de la
estructura de los organismos.
- Mathias Schleiden (1838), llegó a la conclusión que todos los organismos vegetales
estaba formados por células. Theodor Schwann, postuló que esto
también podía ocurrir en los organismos animales y en cualquier forma de vida.
- Rudolf Virchow (1858), mientras hacía estudios de división celular en tejidos
cancerosos, llego a la siguiente conclusión: "ommni cellula e cellula", que quiere decir
"las células surgen de otras células preexistentes"
Actualmente la Teoría Celular tiene los siguientes postulados:
1. Es la unidad estructural de la vida. Todos los organismos vivos están compuestos de
células.
2. Es la unidad fisiológica de la vida. Las funciones vitales de un organismo ocurren
dentro de una célula o cerca de ella.
3. Todas las células vienen de una prexistente. La célula es el origen de todos los
organismos vivos del planeta.
4. Es la unidad genética. Todas las células tiene en su interior la información genética
para llevar a cabo el control de su propio ciclo vital y traspasarla a la siguiente
generación celular.
BIOMOLÉCULAS
La célula es producto de un conjunto de moléculas dispuestas en forma organizada. La
comprensión de las estructuras moleculares en fundamental para entender las
estructuras más complejas que siguen en los niveles de organización.
Los componentes químicos de la célula se clasifican en:
-Inorgánicos: agua y minerales
-Orgánicos: proteínas, hidratos de carbono, ácidos nucleicos, lípidos.
Una célula es entre el 75-80% agua, hasta el 3% son sales minerales y el resto son
compuestos orgánicos, éstos últimos también son conocidos como las moléculas de la
vida. Las moléculas de la vida se caracterizan por formar grandes estructuras llamadas
macromoléculas a partir de unidades básicas monómeros.
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El Agua
El agua es la molécula más abundante en los seres vivos, todas las reacciones químicas
que permiten la vida ocurren en un ambiente acuoso (Fig.2).
Figura 2. La molécula de agua se compone de dos
átomos de hidrogéno unidos covalentemente a un
oxígeno, separadas por un ángulo de 104.5°.
En general, las células poseen entre un 70 a 90% de agua en su citoplasma, pero esta
cantidad varía de acuerdo al tipo de función que realizan las distintas células, por
ejemplo, en el ser humano hay tejidos con bajo porcentaje de agua (20% en tejido óseo)
y otros que la poseen en gran cantidad (85% en tejido neuronal).
El contenido de agua dentro del organismo humano está en relación con la edad y la
actividad metabólica, representando hasta un 95% en el embrión, 70% en la vida
adulta, lo que continúa disminuyendo a medida que se envejece.
El agua dentro de la célula se presenta bajo dos formas: el agua libre, siendo el mayor
porcentaje (95%) lo que permite ser utilizada como solvente dentro de la célula. La otra
forma es el agua ligada, es aquella que se encuentra unida a proteínas por puentes de
hidrógeno y otras fuerzas.
Propiedades Fisicoquímicas del Agua
• Posee gran cohesión entre sus moléculas. La alta cohesión entre las moléculas de
agua también genera una fuerte tensión superficial. Que es una medida del grado de
dificultad para romper la estructura en la superficie de un líquido.
• Alta capacidad de adhesión a otras moléculas o materiales polares. Así se explica que
el agua ascienda por pequeños tubos de vidrio (capilaridad) y por papel absorbente.
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• Gran poder disolvente. El agua es el solvente por excelencia en los sistemas vivos.
Esto se debe a que las características y distribución química del agua tiene un carácter
polar. En palabras simples el agua formada por un oxígeno (negativo) hacia un lado y
por dos hidrógenos (positivos) hacia el otro, tiene dos polos uno positivo y otro
negativo, esto lo vuelve un compuesto polar. Y la mayoría de las sustancia también son
polares. Por regla lo polar disuelve a lo polar, y lo apolar (sin estos polos marcados
dentro de su estructura) como el aceite, disuelve a lo apolar; por esta razón agua y
aceite jamás se mezclan.
Esto le permite solubilizar sales cristalizadas, iones y otros compuestos polares. Los
compuestos que se disuelven en agua se llaman hidrofílicos (afinidad por el agua), en
contraste con los apolares que son hidrofóbicos. Si lo miramos desde el otro lado,
desde el de los apolares, las sustancias que se disuelven en aceite serían lipofílicas
(afinidad por los lípidos), y las que no se disuelven en aceite lipofóbicas. Si que las
sustancias que se disuelven en agua son hidrofílicas y lipofóbicas.
• El agua posee alto calor específico. El calor específico es la cantidad
de calor necesario para subir en un C° la temperatura de gramo de sustancia. Esto hace
que el agua varíe muy poco y lentamente su temperatura, en comparación con otras
sustancias que reciben la misma cantidad de calor, por ejemplo una estructura metálica
que se calienta con mucha más rapidez a la misma temperatura. Como la célula tiene
un gran contenido de agua esto permite que los seres vivos unicelulares o pluricelulares
mantengan temperaturas constantes, y no adquieran o pierdan calor con rapidez.
• Alto calor de vaporización. La cantidad de calor que se necesita para que 1 gr de agua
pase del estado líquido al gaseoso es de aproximadamente 580 calorías, más del doble
de lo que se necesita para evaporar la misma cantidad de alcohol, por ejemplo. Esto
permite que cuando el agua se evapora la superficie del líquido que queda se enfría.
Este es uno de los mecanismos más utilizados por los organismos para mantener su
temperatura constante cuando la temperatura de su entorno es más alta, y de esta
manera refrescarse. En general esta propiedad del agua ayuda a mantener la
temperatura global del planeta dentro de un rango constante.
• Baja densidad en estado sólido.
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Funciones del Agua
Entre las funciones más importantes del agua se encuentra la eliminación de sustancias
de desecho desde la célula y la absorción de calor, lo que evita cambios drásticos de
temperatura dentro de la célula y del organismo. Además puede ionizarse en una
molécula de Hidroxilo (OH-) y un ión hidrogéno (H+) lo que regula la relación ácido/base
del organismo.
Además participa de otros procesos:
-Durante los procesos de respiración el agua humedece el aire que inspiramos y
exhalamos. A la vez que permite regular la temperatura, eliminando calor.
- El agua actúa como un solvente en el organismo y permite el transporte de sustancias
y elimina soluciones nocivas a través de la orina.
-Protege células y órganos del estrés mecánico, ya que puede “actuar como una
almohada”, amortigua las fuerzas de presión en la matriz extracelular y articulaciones.
Sales Inorgánicas
Las sales inorgánicas tienen un importante rol en el metabolismo celular y se
encuentran asociadas a diversas funciones, como por ejemplo mantener el equilibrio
osmótico, son cofactores enzimáticos y ayudan a mantener el equilibrio ácido-base
dentro y fuera de la célula, pueden actuar como segundos mensajeros, en el
movimiento y comunicación celular.
Las sales que se encuentran como aniones, tales como Cl-, Na+ y K+, son capaces de
arrastrar moléculas de agua dentro o fuera de la célula, por lo participan en la
mantención de la presión osmótica de la célula.
EL magnesio Mg+2 es indispensable como cofactor enzimático. El fosfato inorgánico, es
parte de fosfolípidos, fosfoproteínas y azúcares, además de compuestos como el
trifosfato de adenosina conocido como ATP, principal fuente energética celular.
Mientras que el K+ y Mg+2 tiene una alta concentración dentro de la célula, el Na+ y Cllo están fuera. En el interior celular también hay una alta presencia de fosfato y
bicarbonato, los que tienen un rol fundamental en el equilibrio ácido-base. El calcio
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(Ca+2) tiene un papel importante como segundo mensajero intracelular y participa de
los mecanismos de señalización encargados del movimiento celular,
El siguiente cuadro, es un resumen de las principales sales del organismo y su función.
Figura 3. Minerales y sus funciones
Moléculas Orgánicas
Las células y los organismos vivos han de desarrollar trabajo para mantenerse vivos,
reproducirse y crecer. La capacidad de aprovechar la energía de ciertas moléculas y
canalizarla en trabajo es una característica fundamental de los seres vivos.
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Carbohidratos
Son un grupo de sustancias cuyas unidades fundamentales son los azúcares simples. La
principal función es el almacenaje de energía química y su utilidad como material de
construcción para estructuras biológicas durables. Para casi todos los azúcares simples
su fórmula química es (CH2O)n. En el caso de los azúcares más imporantes para el
metabolismo celular el n varia entre 3 y 7.
Estructura de los carbohidratos
Las moléculas de azúcar poseen un esqueleto lineal de átomos de carbono unidos por
enlaces simples (Fig. 4). Cada átomo de carbono se une a un grupo hidroxilo (formado
por un átomo de hidrógeno y uno de oxígeno) y un hidrógeno. Algunos átomos de
carbono pueden estar unidos a grupo carbonilo, (C=O), si este grupo se ubica dentro de
la cadena de carbono forma una cetona y el ázucar se conoce como cetosa, pero si se
ubica en un extremo, forma un grupo aldehído y la ázucar sera una aldosa.
Figura 4. Estructura lineal de la
glucosa.(proyección de Fischer).
Las moléculas de azúcar se unen entre sí por enlaces glucosídicos (son enlaces
covalentes) para generar moléculas grandes de azúcar en un proceso que es conocido
como polimerización.
Dos moléculas de azúcar generan un disacárido. Los disacáridos sirven principalmente
como almacenaje de energía de rápida disposición. La sucrosa, por ejemplo conocida
también como azúcar de mesa es una de las principales fuentes de energía para las
plantas. La lactosa, presente en la leche de los mamíferos entrega energía para el
crecimiento de los recién nacidos.
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Clasificación de los carbohidratos
Los carbohidratos de acuerdo a su estructura se clasifican en:
a) Monosacáridos: Son los azúcares más simples, no pueden descomponerse en
unidades más pequeñas. Pueden tener entre tres a siete átomos de carbono, con
tres átomos de carbono se denominan triosas, con cuatro carbonos son tetrosas,
con cinco carbonos son pentosas, con seis son hexosas y con siete son heptosas.
Ejemplo: glucosa, fructosa, galactosa.
b) Disacáridos: Compuestos por dos unidades de monosacáridos. Ejemplo: sacarosa,
maltosa, lactosa.
c) Oligosacáridos: Son cadenas de carbohidratos formada por varias unidades de
monosacáridos (hasta veinte). Junto a lípidos y proteínas forman glucolípidos o
glucoproteínas, que ubicados en la membrana celular juegan un papel importante
en los mecanismos de señalización celular.
d) Polisacáridos: Son cadenas largas o polímeros de unidades de azúcar unidas por
enlaces glucosídicos, ejemplo de ellos son el glucógeno y almidón. El glucógeno es
un polímero formado por unidades de glucosa, unidas por enlace glucosídico α (1>4). Cada diez unidades de glucosa hay puntos de ramificación, en donde el ázucar
está unido a tres unidades vecinas en vez de dos, como en los segmentos no
ramificados. Esta unidades vecina esta unida por un enlace glucosídico α (1->6). El
glucógeno es una fuente de energía química, se almacena principalmente en las
células hépaticas y musculares del organismo humano. Otros polisacáridos son el
almidón y la quitina.
El siguiente cuadro es un resumen de la clasificación de los carbohidratos:
Tipos
Hexosas
Pentosas
Carbohidratos
Monosacáridos
Glucosa
Fructosa
Galactosa
Ribosa
Xilosa
Arabinosa
Disacáridos
Sacarosa: glucosa +fructosa
Maltosa: glucosa+ glucosa
Lactosa: glucosa+ galactosa
Donde encontrarlos
Frutos secos
Frutas y verduras.
Remolacha y caña de ázucar
Sobrecocción de almidón
Ázúcar de la leche
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Polisacáridos
Digeribles: glucógeno yAlmidón
Medianamente digeribles:
manosanos, inulina, galactósidos.
No digeribles celulosa
Cereales y legumbres
Plantas, cereales
algas
El almidón es un polímero de glucosa al igual que el glucógeno pero utilizado por las
plantas. Es una mezcla de dos polímeros diferentes: la amilosa y amilopectina. Se
almacena en forma de granos incluidos en la membrana que rodea a los orgánulos
dentro de la célula vegetal. Pese a que los animales no sintetizan este polímero poseen
una enzima (la amilasa) que permite su hidrólisis y posterior asimilación.
Si bien existen polisacáridos cuya función es el almacenaje de energía como el
glucógeno y el almidón, también pueden constituir material estructural ya que son
resistentes y durables. Dentro de este grupo se encuentran la celulosa, quitina y
glucosaminoglicanos.
La celulosa, polímero estructural de la pared de las células vegetales, es el componente
principal del almidón y el lino. La celulosa se ordena en forma de cordones
moleculares, ideales para resistir fuerzas de tensión. Su principal molécula es la
glucosa. Sus propiedades se deben a que las unidades de glucosa están unidas por un
enlace β(1->4) en vez de α (1->4).
La quitina es un polímero no ramificado del azúcar N-acetilglucosamina, parecido
estructuralmente a la glucosa. La quitina se encuentra en animales invertebrados, como
parte de la cubierta externa de crustáceos, insectos y arañas.
Lípidos
Son un grupo variado de diversas moléculas cuya única propiedad en común es su
incapacidad de disolverse en agua y su cualidad de disolverse en solventes orgánicos
como el éter, cloroformo y benzeno, lo que explica sus funciones biológicas únicas.
Los lípidos más importantes en el funcionamiento celular son: grasas, esteroides y
fosfolípidos.
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Grasas
Las grasas están formadas por una molécula de glicerol unido mediante un enlace éster
a tres ácidos grasos, formando un triacilglicerol. Los ácidos grasos son hidrocarburos
de cada larga no ramificada que poseen un grupo carboxilo (COOH) en uno de sus
extremos.
Esta característica entrega propiedades totalmente diferentes a ambos extremos de la
cadena del ácido graso. La cadena de hidrocarburo es hidrofóbica, mientras que el
extremo con el grupo carboxilo es hidrofílica, lo que la define como una molécula
anfipática, la parte hidrofóbica puede integrase a otras grasas, mientras que la parte
hidrofílica puede interaccionar con moléculas de agua.
El siguiente dibujo es un esquema de un ácido graso:
Figura 5. Esquema de un ácido graso.
Los ácidos grasos también son diferentes según la presencia de dobles enlaces en la
misma. Si carecen de doble enlace se denominan saturados y no saturados o
insaturados (fig. 6) cuando poseen dobles enlaces. La presencia de doble enlace
entrega características importantes, mientras más dobles enlaces existan en la cadena,
más bajo será el punto de fusión del ácido graso, y más puntos de inflexión se tendrán a
lo largo de la cadena.
Por ejemplo, el ácido triestereato, componente de la grasa de animales no tiene enlaces
dobles por lo que se mantiene en estado sólido aún en temperaturas muy elevadas por
sobre la temperatura ambiental. Por otro lado, las grasas vegetales son ricas en enlaces
dobles, lo que explica su estado líquido, son los comúnmente llamados aceites. Las
grasas son ricas en energía química, por ejemplo, un gramo de grasa contiene el doble
de energía que un gramo de carbohidratos, pero a diferencia de estas últimas las
grasas son una fuente de energía a largo plazo.
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Figura 6. Esquema que muestra
estructura de ácidos grasos
saturados e insaturados
Gracias a la ausencia de grupos polares, las grasas son insolubles en agua, siendo
almacenadas dentro de la célula en forma de gotas de lípidos, formando una fuente de
energía altamente concentrada.
Esteroides
Son lípidos cuya estructura básica está formada por un esqueleto principal de cuatro
anillos de hidrocarburos. Lo que define a cada esteroide en particular son los diferentes
grupos radicales presentes en cada uno de ello. El esteroide más importante es el
colesterol, componente importante de la membrana celular animal y a partir él se
sintetizan otros esteroides, como las hormonas sexuales esteroidales: estrógenos,
progesterona y testosterona.
El siguiente esquema se muestra
al colesterol como componente de
la membrana y las principales
hormonas sexuales esteroidales:
Figura 7. Dibujo, que presenta la
ubicación del colesterol en la
bicapa lípidica y la estructura de
las principales hormonas sexuales
esteroidales, puede apreciarse la
similitud estructural entre ellas.
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El colesterol no está presente en las células vegetales, razón por la cual se dice que los
aceites de origen vegetal son libres de colesterol.
Fosfolípidos
La estructura de un fosfolípido común está compuesta por un esqueleto de glicerol
donde un grupo hidroxilo se encuentra unido en forma covalente a un grupo fosfato,
que a su vez se mantiene unido a un grupo polar colina. Los otros dos grupos del
glicerol se encuentran unidos a dos cadenas de ácido grasos, formando un
dialcilglicerol. El extremo que cuenta con la presencia del grupo fosfato es altamente
hidrofílica, mientras que el extremo con los dos ácidos grasos es hidrofóbico.
La siguiente imagen es un esquema de la estructura de un fosfolípido:
Figura 8. Esquema de un
fosfolípido.
Los fosfolípidos tienen como única función formar parte de la membrana celular, ya que
pueden pueden organizarse, su parte hidrofílica queda en el exterior, en contacto con
el medio soluble, y la parte hidrofóbica queda dentro, y al formar una doble capa
como en la membrana, siempre las partes hidrofilicas quedan “mirando” hacia afuera,
de esta manera se generan dos ambientes, uno externo y el otro interno, en donde se
ubica el citoplasma y el resto de la célula.
Como propiedad general a las grasas, estas son capaces de formar complejos
denominados micelas (pequeñas gotas de grasas), lo que permite disolverlas
(mecanismo en el cual se basa el jabón), ya que así serán dispersables por el agua.
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Proteínas
Las proteínas son moléculas multifuncionales, tienen asociadas más de 20 funciones
diferentes y una célula puede tener hasta 10.000 proteínas en diferentes disposiciones
y funciones.
Trabajan como enzimas, fibras estructurales dentro y fuera de la célula, hormonas,
factores de crecimiento, receptores y transportadores de membrana, anticuerpos,
tienen actividades reguladoras del genoma, participan en la movilidad y reconocimiento
celular y transporte de sustancias en el organismo.
Esta característica de multifuncionalidad está dada por el amplio número de formas que
pueden tomar las proteínas y por la especificidad que tiene cada proteína en particular,
lo que permite mantener el orden y complejidad única de cada sistema viviente.
Aminoácidos
El monómero estructural de las proteínas son los aminoácidos. La especificidad y
características químicas y funcionales de cada proteína se deben a la secuencia única
de aminoácidos que la compone. Todas las proteínas de los seres de este planeta,
desde una bacteria al ser humano se componen por el mismo grupo de 20 aminoácidos.
Cada aminoácido se compone por un átomo de carbono principal, denominado α o
quiral, el que posee un grupo amino, un grupo carboxilo, un hidrogeno, y un grupo R o
radical, que es distinto para cada aminácido. Así cada cabono α de los aminoácidos se
enlaza a cuatro grupos diferentes, a excepción de la glicina (cuyo grupo R es un
hidrógeno). El grupo radical al ser distinto en todos los aminoácidos entrega la
especificidad a cada uno de ellos y permite las interacciones intermoleculares.
Los aminoácidos se unen a través de enlaces peptídicos (es un enlace covalente), los
que se forman por la unión del grupo carboxilo de un aminoácido con el grupo amino
del aminoácido siguiente.
Figura 9. Esquema básico de la estructura de
un aminácido. H: nitrógeno, H: Hidrógeno, C:
carbono. O: oxígeno, R. grupo radical.
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Organización de las proteínas
En las proteínas se reconocen cuatro niveles de organización:
-Estructura primaria: Formada por la secuencia de aminoácidos que forman la cadena
proteica y determina las características de los niveles restantes. Alteraciones genéticas
pueden provocan cambios en la secuencia de estos aminoácidos generando serios
problemas en la estructura de la proteína.
-Estructura secundaria: Es una configuración espacial que se produce por la interacción
de los aminoácidos dentro de la cadena primaria. Las proteínas pueden adquirir una
forma de cilíndro o hélice α, la que se mantiene por puentes de hidrógeno entre los
grupos aminos y carboxilos de los aminoácidos. La otra forma es conocida como hoja
plegada β, en donde la proteína adquiere una forma de papel plegado, esta se da por
puentes de hidrogéno entre los aminoácidos de las cadenas laterales.
-Estructura terciaria: Se produce por el plegamiento de las estructuras secundarias, los
aminoácidos localizados en diferentes lugares de la cadena reaccionan entre sí.
-Estructura cuaternaria: Es la combinación de dos o más proteínas. El ejemplo clásico es
la hemoglobina que está compuesta por dos proteínas hélice α y dos hoja plegada β.
Figura 10. Esquema que muestra los niveles de organización de una proteína.
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Los distintos niveles de organización proteica se deben a los diferentes tipos de uniones
que establecen los átomos de los aminoácidos. Es importante recordar, que pese a que
indivualmente las interacciones covalentes son débiles, cuando son numerosas pueden
generar estructuras altamente estables, por lo que para romper estas uniones se
necesita de altos niveles de energía calórica o química, ésta última, dada por el ácido
clorhídrico, es la que utilizamos para romper estos enlaces en la digestión.
Se habla de desnaturalización de una proteína cuando bajo condiciones no fisiológicas,
como pH o temperatura extrema se pierden algunos enlaces dentro de la estructura lo
que puede provocar la pérdida de su actividad biológica.
Sabías que…
El correcto orden y plegamiento de una proteína es de suma importancia. Así, por
ejemplo, la anemia falciforme, una enfermedad genética en donde el ácido glutámico es
sustituido por una valina en la hemoglobina, genera una deformidad en la proteína, lo
que hace que a menor presión de oxígeno el glóbulo se deforme, adquiriendo la forma
de una hoz que dificulta su paso por los vasos sanguíneos, y hace más fácil que éste
se rompa, produciendo los graves problemas de salud típicos de esta enfermedad.
Ácidos nucleicos
Constituye el depósito de la información genética de todos los seres vivientes del
planeta. Existen dos formas: el ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido
ribonucleico).
La mayor parte del ADN se encuentra en el núcleo, pero un pequeña parte puede
encontrarse en el citoplasma, en mitocondrias y cloroplastos de las células. El ARN
también se encuentra en el núcleo y citoplasma celular.
Las unidades básicas de los ácidos nucleicos son los nucleótidos. Estos están formados
por un azúcar, una base nitrogenada y un ácido fosfórico.
El ADN es una molécula lineal de nucléotidos los cuales se encuentra unidos por
uniones fosfodiéster. Este enlace se produce por la unión entre el carbono 3’ de la
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pentosa de un nucléotido con el carbono 5’ de la pentosa del nucléotido siguiente.
De esta forma el esqueleto de un ácido nucleico está formado por azúcares y fosfatos,
y las bases nitrogenadas están dentro del él (fig. 12). Las bases nitrogenadas de los
ácidos nucleicos pueden ser de dos tipos: purinas y pirimidinas.
Las pirimidinas tienen un anillo heterocíclico y son la timina (T) y al adenina (A),
mientras que las purinas tiene dos anillos heterocíclicos y son la citosina (C) y guanina
(G). En el ARN la timina es reemplazada por un quinto tipo de base nitrogenada
conocida como uracilo (U).
Adenina
Guanina
Timina
Uracilo
Citocina
Figura 11. Estructura de las bases nitrogenadas presentes en el ADN y ARN.
Entre el ADN Y ARN hay importantes diferencias (ver cuadro siguiente). ADN tiene una
azucar hexosa, la desoxirribosa y la base nitrogenada timina. El ARN tiene como ázucar
una pentosa, la ribosa y la base nitrogenda uracilo (U).
Una base nitrogenada junto con una pentosa forman un nucleósido. Así, por ejemplo,
tenemos que la adenina es el nucleótido y la adenosina es su nucléosido. Por otro lado,
la adenosina trifosfato (ATP), la adenosina difosfato (ADP) y la adenosina
monofosfato (AMP) constituyen nucleótidos. Estos últimos ejemplos, clarifican que los
nucleótidos también pueden ser una importante fuente energética, siendo el ATP
fuente energética por excelencia para el metabolismo celular.
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Cuadro comparativo de la estructura de los acidos nucleicos
Molécula
Azucar Pentosa
Bases Nitrogenadas:
- Purinas
- Pirimidinas
Ácido Fosfórico
ADN
Desoxirribosa
ARN
Ribosa
Adenina y Guanina
Citosina y Timina
PO4H3
Adenina y Guanina
Citosina y Uracilo
PO4H3
La cantidad de adeninas es igual a las de timinas, como las citosinas lo son a las
guaninas. Esto se debe a la relación que hay entre las bases, mientras las adeninas solo
se unen a las timinas con un doble enlace (A=T), las citosinas se unen a las guaninas
con un triple enlace (C=T), la presencia de un triple enlace en este par de bases, las
hace una estructura más estable.
El ADN está formado por dos cadenas helicoidales formando una doble hélice, cuyas
dos cadenas son antiparalelas, esto quiere decir que siguen direcciones opuestas:
mientras una cadena va 3’-5’, la otra lo hace en sentido contrario 5’-3’. El ARN, en
cambio es tan sólo de una sola hebra (Fig. 12).
Figura 12. Esquema del modelo de la doble hélice
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Guía N° 2 2012
Actividad en clase
Analiza y completa los siguientes esquemas de biomoléculas e identifica de qué molécula
se trata. Hazlo mientras el profesor expone las biomoléculas:
Biomolécula:
Nombra la parte señalada:
Características:
Nombra la parte señalada:
Características:
Nombra la parte señalada:
Características:
Nombra la parte señalada:
Características:
Biomolécula:
¿A qué nivel organizacional corresponde?
Características de este nivel:
Nombra el enlace correspondiente:
¿Qué nivel organizacional le precede?
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Guía N° 2 2012
¡Prepárate para la PSU!
Analiza y resuelve las siguientes preguntas tipo PSU. Recuerda siempre leer atentamente:
1. Un investigador extrae células hepáticas del hígado de una rata de experimentación,
las cultiva en un medio apropiado y al cabo de un cierto tiempo, encuentra millones de
estas células en el medio de cultivo. ¿Cuál(es) de los
postulados de la teoría celular está(n) representado(s) en esta situación?
I. Todos los seres vivos están formados por células.
II. Las células se originan de otras preexistentes.
III. La célula puede vivir aisladamente en condiciones adecuadas.
IV. La célula es la unidad funcional de los seres vivos.
A) Sólo I
B) Sólo III
C) II y III
D) III y IV
E) I, II, III y IV
2. Al distinguir la estructura secundaria del ADN animal usted esperaría encontrar
la siguiente estructura:
A) La secuencia de nucleótidos.
B) La hélice α.
C) Collar de cuentas.
D) Cromatina.
E) Cromosoma.
3. Son pirimidinas, excepto:
A) Citosina.
B) Uracilo.
C) Adenina.
D) Timina.
E) Todas las anteriores son pirimidinas.
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4. Un investigador está tratando de identificar una macromolécula que aisló de un
organismo unicelular. Algunos de los resultados de su investigación se muestran a
continuación:
I. La molécula es soluble en agua.
II. Por degradación completa de ella sólo se obtuvo glucosa.
III. También se ha encontrado en tejidos vegetales.
Del análisis de estos resultados, es posible inferir correctamente que la molécula:
A) Glicógeno.
B) Colesterol.
C) Una proteína.
D) Almidón.
E) Celulosa.
5. Un organismo puede absorber grandes cantidades de calor, sin que esto aumente
excesivamente su temperatura. La característica señalada corresponde a
una propiedad de:
A) Las enzimas.
B) El ATP.
C) El agua.
D) La bomba sodio – potasio.
E) La hormona antidiurética.
6. En un experimento se marcaron radiactivamente varios aminoácidos, los que fueron
administrados a un cultivo celular. Luego de un tiempo, se encontrará
marca en:
I. La membrana plasmática.
II. Los cromosomas.
III. El retículo endoplásmico liso.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo I y II
D) Sólo I y III
E) I, II y III
7. La(s) diferencia(s) entre glucosa y almidón radica en:
I. La cantidad de unidades constituyentes en cada caso.
II. El origen que tiene cada una en los seres vivos.
III. La función que desarrollan a nivel celular.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) Sólo I y II
E) I, II y III
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8. La microscopía permitió el descubrimiento de:
A) La naturaleza particulada de la materia.
B) Las células y sus estructuras internas.
C) La estructura de las proteínas.
D) Las reacciones químicas del metabolismo.
E) La función de los diferentes tejidos.
9. Un azúcar simple o monosacárido y un polisacárido difieren en su:
I. Actividad osmótica.
II. Solubilidad en agua.
III. Composición atómica.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo I y II
D) Sólo I y III
E) Sólo II y III
10. Respecto de las funciones desempeñadas por las biomoléculas orgánicas es
correcto que:
A) El glucógeno es la molécula en que las plantas almacenan glucosa.
B) Los fosfolípidos son las moléculas que estructuran las membranas celulares.
C) Los receptores de membrana son lípidos esteroides.
D) Las proteínas son las principales reservas de energía de un organismo.
E) El ATP es un aminoácido con tres grupos fosfatos que guardan, en sus enlaces,
energía para los trabajos celulares.
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11. Del análisis de la siguiente tabla de los componentes de diferentes órganos del
cuerpo más sus conocimientos se puede inferir correctamente que:
I. Es necesario en una dieta la presencia de compuestos orgánicos e inorgánicos.
II. El compuesto que se encuentra con menores porcentajes en los diferentes
órganos son los azúcares.
III. Las proteínas son los compuestos más abundantes en los distintos órganos.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo I y II
D) Sólo I y III
E) Sólo II y III
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