COMPONENTS COMPONENTS COMPONENTS COMPONENTS QUÍMICS QUÍMICS QUÍMICS QUÍMICS

dels ÉSSERS VIUSdels ÉSSERS VIUSdels ÉSSERS VIUSdels ÉSSERS VIUS

BIOLOGIA I GEOLOGIA

1r BATXILLERAT

1

1

UNITAT 1: L’ORGANITZACIÓ DELS ÉSSERS VIUS Característiques generals dels éssers vius. Composició química. Estructura cel·lular. La

classificació dels éssers vius.

INTRODUCCIÓ

Què és la vida? La naturalesa de la vida i dels processos vitals constituïx un tema de controvèrsia que arranca amb els començaments de la ciència moderna en el segle XVI. D'una banda, els pensadors coneguts com a mecanicistes o reduccionistes sostenen que els organismes vius no són diferents de la matèria inanimada. En el bàndol oposat, els vitalistes afirmen que els organismes vius presenten propietats que no apareixen en la matèria inerta i que el seu funcionament no pot reduir-se a simples explicacions fisicoquímiques. No obstant això, en l'actualitat l'opinió majoritària és que ambdues formes de pensament tenen un poc de raó i, al mateix temps, les dos s'equivoquen. Els mecanicistes tenen raó a l'hora d'afirmar que no hi ha un component metafísic de la vida i que, a nivell molecular, la vida es pot explicar segons els principis de la física i de la química. Els vitalistes tenen raó quan afirmen que els organismes no són com la matèria inerta, sinó que posseïxen moltes característiques que els identifiquen. La filosofia que pretén arreplegar aquestes dos propostes es coneix amb el nom d'organicisme i és el paradigma dominant en l'actualitat. CARACTERÍSTIQUES DIFERENCIALS DELS ÉSSERS VIUS

Comparar una porció de matèria viva amb la matèria inanimada permet distingir clarament les característiques diferencials dels éssers vius:

• Complexitat molecular . Encara que els éssers vius estan compostos per àtoms i molècules, igual com la matèria inerta, les principals substàncies responsables del desenvolupament i funcionament d'un organisme són macromolècules, com els àcids nucleics i les proteïnes, que no existixen en la naturalesa no viva.

• Nivells d'organitzaci ó. La matèria viva presenta una organització jeràrquica que, en ordre de complexitat creixent, inclou: macromolècules, cèl·lules, organismes, poblacions i comunitats. Cada nivell està integrat per tots els elements corresponents al nivell inferior; no obstant això, les propietats de cadascun no són simplement la suma de les dels seus components, sinó que sorgixen noves propietats de la interacció entre aquests components. Aquesta característica rep el nom d'emergència, i les noves propietats, propietats emergents.

• Automanteniment . Els éssers vius incorporen matèria i energia de l'exterior que utilitzen per a construir els seus propis components i realitzar els seus processos vitals. S'anomena metabolisme el conjunt de processos químics mitjançant els quals l'organisme utilitza la matèria que ha incorporat. Els residus produïts en el metabolisme són expulsats a l'exterior.

2

2

• Reproducció . La matèria viva té la capacitat de reproduir-se i originar còpies de si

mateixa. Els éssers vius no sorgixen de forma espontània; només poden procedir d'altres éssers vius a través d'un procés de reproducció. La capacitat reproductora es posa de manifest en els diferents nivells d'organització: les cèl·lules es dividixen per a donar noves cèl·lules i els organismes es reproduïxen, sexualment o asexualment, per a donar lloc a nous organismes.

El procés reproductor sol implicar un augment de nombre i porta associats dos fenòmens aparentment contradictoris: l'herència, que manté les característiques d'una generació a la següent, i la variació o aparició de diferències en els descendents. La interacció entre aquests dos fenòmens i la selecció natural o supervivència dels més ben adaptats al medi és la base de l'evolució biològica.

• Sensibilitat . Tots els organismes són sensibles i reaccionen davant dels canvis que es produïxen en el seu entorn, és a dir, presenten respostes davant d'estímuls ambientals. En els organismes unicel·lulars la resposta a aquestos estímuls és molt simple: per exemple, moure's cap a substàncies que els servixen d'aliment. En els animals, la resposta pot arribar a ser molt complexa, com les migracions dels ocells o d'alguns mamífers, o l'atenció de les cries. Aquesta possibilitat de resposta proporciona als organismes la capacitat d'autoregulació.

• Cicle vital . Els éssers vius presenten diferents etapes al llarg de la seua vida. En els organismes amb reproducció sexual, després de la formació del zigot o cèl·lula ou, hi ha diferents fases larvàries o embrionàries fins que arriben a l'estat adult. Fins i tot els organismes unicel·lulars més simples experimenten durant el seu desenvolupament un augment de mida i creen rèpliques de les seues estructures abans de tornar-se a dividir.

Les característiques anteriors permeten distingir clarament la matèria viva de la matèria inanimada. Un ésser viu és capaç de mantindre i perpetuar la seua composició a pesar dels canvis ambientals, fet que no es produïx mai en la matèria inanimada, i el més important és que les seues activitats estan controlades, almenys en part, per programes genètics que contenen informació adquirida al llarg del temps, cosa que tampoc no passa en la matèria inerta. La informació acumulada en aquestos programes és el resultat dels 3800 milions d'anys d'evolució transcorreguts des de l'origen de la vida fins als nostres dies.

3

3

BIOELEMENTS

Tots els éssers vius estan constituïts pels mateixos elements químics. No hi ha cap element exclusiu de la matèria viva, ja que els mateixos elements intervenen en la composició de la matèria inerta o mineral. De tots els elements presents a l’escorça terrestre, tan sols uns 25 formen part dels éssers vius, fet que confirma la idea que la vida es va desenvolupar a partir d’uns determinats elements químics que presenten unes propietats compatibles amb els processos químics que realitzen els éssers vius.

Els bioelements són els elements químics que formen part dels éssers vius. Fixa’t en la següent taula on s’indiquen les proporcions en la matèria inerta i en el

cos humà d’alguns bioelements. A quines conclusions pots arribar?

Element Número atòmic Matèria inerta (%) Cos humà (%) H 1 0,95 9,31 C 6 0,18 19,37 N 7 0,03 5,14 O 8 50,02 62,81 F 9 0,10 0,009 Na 11 2,36 0,26 Mg 12 2,28 0,04 Al 13 7,30 0,001 Si 14 25,80 Negligible

P 15 0,11 0,64 S 16 0,11 0,63 Cl 17 0,20 0,18 K 19 2,38 0,22 Ca 20 3,22 1,38 Mn 25 0,08 0,0001 Fe 26 4,18 0,005

Si ens fixem en l’abundància dels diferents bioelements, els podem agrupar en:

Bioelements primaris o principals: C, H, O i N.

Són els elements majoritaris dels éssers vius, tot constituint més del 95% de la seua massa total. Són indispensables per a la formació de les biomolècules orgàniques.

El carboni és l’element principal perquè constitueix l’esquelet de totes les molècules orgàniques. A ell s’uneixen la resta d’elements per a originar una gran varietat de molècules lineals, ramificades o cícliques.

Bioelements secundaris.

Són la resta de bioelements. No es troben en totes les biomolècules però realitzen funcions importants. Entre ells trobem: P, S, Ca, Mg, Na, K, Cl, Fe, I, Cu, Zn, Co, Mn,...

4

4

Funcions d’alguns bioelements secundaris: P: El trobem en els àcids nucleics (DNA i RNA), l’ATP, els fosfolípids i en la matèria mineral dels ossos. S: Important perquè el trobem en la majoria de proteïnes. Ca: Es troba en la matèria mineral dels ossos. També participa en processos com la coagulació de la sang i la contracció muscular. Na+, K+ i Cl -: Dissolts en forma d’ions regulen l’equilibri osmòtic de la cèl·lula i participen en la transmissió de l’impuls nerviós al llarg de les neurones.

Oligoelements.

Del grec oligo (escàs), són aquells bioelements secundaris que es troben en una proporció menor del 0'1 %. Malgrat la seva escassesa, són indispensables per a la vida, ja que molts d'ells fan una funció catalítica (acceleren les reaccions químiques del metabolisme cel·lular). La proporció en què es troba un bioelement no està relacionada, necessàriament, amb la seua importància biològica. La carència d’un oligoelement pot produir greus malalties. Són tòxics quan es consumeixen en excés. Funció d’alguns oligoelements F: Forma part de l'esmalt dentari i dels ossos. La seua carència està relacionada amb l'aparició de la càries. Fe: Forma part de l'hemoglobina, encarregada del transport de l'oxigen. Forma part dels citocroms, molècules responsables de la cadena respiratòria productora d'energia en forma d’ATP. La seua carència produeix anèmia. I: És necessari per a la formació en la glàndula tiroide de l'hormona tiroxina, reguladora del metabolisme energètic. La seua carència provoca l'aparició del goll (bocio en castellà). Mg: Forma part, junt amb el calci, de la matèria mineral dels ossos. En els vegetals és un component de la molècula de clorofil·la, gràcies a la qual és possible la fotosíntesi.

BIOMOLÈCULES

Els elements que formen la matèria viva no es troben lliures sinó que s'uneixen mitjançant enllaços químics i formen biomolècules, abans anomenades principis immediats. Les biomolècules són les mateixes per a tots els éssers vius i realitzen les mateixes funcions. És per això que es parla de la unitat de composició química dels éssers vius, cosa que constitueix una prova més del seu origen comú. Podem classificar les biomolècules en:

Biomolècules inorgàniques

Estan presents en la matèria viva i en la inerta, són petites, tenen una estructura senzilla i no presenten esquelets de carboni. Les classifiquem en:

5

5

• Gasos: O2 i CO2 • Aigua • Sals minerals

Biomolècules orgàniques

Exclusives de la matèria viva, son més grans i complexes que les inorgàniques i estan basades en el carboni, que constitueix l’esquelet de totes les molècules orgàniques. Per això a la química orgànica se l’anomena també química del carboni. Les classifiquem en quatre grups:

• Glúcids o carbohidrats (glucosa, lactosa, midó, cel·lulosa, etc.) • Lípids (olis, mantegues, ceres, vitamina A, colesterol, etc.) • Proteïnes (col·lagen, enzims, hemoglobina, anticossos, etc.) • Àcids nucleics (ADN i ARN)

6

6

L'AIGUA

L'aigua és el component més abundant de la matèria viva. La seua quantitat varia entre el 65 i el 95% del pes de la majoria dels éssers vius, cosa gens estranya ja que cobreix les 2/3 parts de la superfície del planeta.

Si ens fixem en la proporció d’aigua dels diferents òrgans d’un ésser viu ens adonarem que els òrgans més actius metabòlicament tenen una major proporció d’aigua: en els animals el cervell té el 80% d’aigua i el teixit ossi un 25%; en plantes les fulles tenen un 85% d’aigua i les llavors un 15%.

En la Terra es presenta en els tres estats físics: líquida (mars, oceans, llacs i rius), sòlida (glaceres i casquets polars) i en forma de vapor (atmosfera).

Tot i la seua abundància, l'aigua no és un compost químic corrent. Presenta unes propietats físiques i químiques molt especials que són les responsables de la seua importància biològica.

Estructura de l'aigua.

La molècula d'aigua està composta per un àtom d'oxigen unit covalentment amb dos àtoms d'hidrogen.

L’angle entre els enllaços H-O-H és de 104,5º. A més, l'àtom d'oxigen és més electronegatiu que el d'hidrogen i atrau amb més força els electrons compartits de cada enllaç covalent.

Tot això fa que aquesta molècula, tot i ser elèctricament neutra, tinga un fort caràcter dipolar: al voltant de l'oxigen hi ha una densitat

de càrrega elèctrica negativa, mentre que els àtoms d'hidrogen tenen una densitat de càrrega positiva.

Aquest marcat caràcter dipolar que presenten les molècules d'aigua fa que interaccionen entre sí i amb altres molècules polars mitjançant enllaços o ponts d'hidrogen , que són atraccions electrostàtiques dèbils entre l’àtom d’oxigen d’una molècula d’aigua amb un àtom d’hidrogen d’una altra molècula. Tot i ser enllaços molt febles, el fet que una molècula d'aigua puga formar quatre ponts d’hidrogen amb altres molècules, permet que es forme una estructura en forma de xarxa, responsable de les seues propietats.

Funcions biològiques de l'aigua 1. L'aigua com a dissolvent

L'aigua és el líquid que més substàncies dissol, i per això se li ha donat el qualificatiu de dissolvent quasi universal. Aquesta acció dissolvent és deguda a la seua capacitat per

7

7

formar ponts d'hidrogen amb altres substàncies polars (grups -OH d'alcohols i sucres, grups -NH2 d'aminoàcids, proteïnes i àcids nucleics, etc.).

Les molècules d’aigua també poden dissoldre substàncies salines, que es dissocien i formen dissolucions iòniques. En aquest cas els ions de les sals són atrets pels dipols d’aigua, tot quedant "atrapats" i recoberts de molècules d’aigua en forma d’ions hidratats.

Gràcies a la seua capacitat dissolvent, l’aigua és indispensable per a l’intercanvi de substàncies entre la cèl·lula i el medi, ja que només les substàncies dissoltes poden travessar la membrana plasmàtica, i actua com a vehicle de transport de diferents substàncies d’un lloc a altre de l’organisme.

A més, com en la cèl·lula la majoria de biomolècules estan dissoltes en aigua, aquesta és el medi on es produeixen la majoria de reaccions químiques del metabolisme cel·lular .

2. L'aigua com a reactiu químic

L’aigua presenta una gran reactivitat química deguda a la seua capacitat de dissociar-se en els ions H+ (que reacciona amb H2O i forma H3O

+) i OH-:

H2O H+ + OH-

H+ + H2O H3O+

Un exemple el constitueixen les reaccions d’hidròlisi, característiques de la digestió,

on es trenquen enllaços per acció de l’aigua i les molècules grans i complexes són transformades en molècules més petites i senzilles:

Substància A-B + H2O (H+; OH-) = Substància AH + Substància BOH Exemple: reacció d’hidròlisi del sucre de canya (sacarosa) Sacarosa + H2O = Glucosa + Fructosa

3. L’aigua com a reguladora de la temperatura

L’aigua té una elevada calor específica , és a dir, absorbeix més calories que qualsevol altre compost per a augmentar la seua temperatura i desprén més calor que altres substàncies per a baixar la seua temperatura (cal 1 caloria per a augmentar la temperatura d’un gram d’aigua un grau centígrad). Això li permet actuar com a regulador tèrmic perquè encara que les reaccions químiques de l’organisme alliberen calor, l’aigua absorbeix l’excés de calories que es produeixen i no augmenta la temperatura de l’organisme. Per la mateixa raó, la temperatura de l’aigua de la mar varia molt poc al llarg de l’any, mentre que en terra la temperatura pot variar molt d’unes estacions a altres.

8

8

L’aigua també intervé en la refrigeració de molts organismes mitjançant la seua evaporació en la superfície del cos (sudoració en els animals i transpiració en plantes) perquè té una elevada calor d’evaporació (540 cal/g). L’aigua, en evaporar-se, absorbeix calor que contribueix a rebaixar la temperatura del cos quan es realitza algun esforç físic o quan la temperatura de l’ambient és elevada.

LES SALS MINERALS

Aquestes biomolècules inorgàniques es poden presentar de dos maneres: En estat sòlid o precipitades

Formen estructures amb funció estructural, de protecció i sosteniment. Exemple:

CaCO3 de les closques de mol·luscos o de la matèria mineral dels ossos; Ca3(PO4)2 dels ossos; CaF2 de l’esmalt dentari, etc. Dissoltes

Les trobem així en el medi intra o extracel·lular, en forma d’ions:

Cations: Na+ , K+ , Ca2+ , Mg2+ Anions: Cl- , PO43- , CO3

2- , HCO3- , NO3

- Tenen funcions dinàmiques: Mantenen la pressió osmòtica, són reguladores del pH

o realitzen accions específiques: el Ca2+ participa en la contracció muscular o la coagulació de la sang; el Na+ i el K+ en la transmissió de l'impuls nerviós, etc.

Funcions de les sals minerals

1) Esquelètica:

Closques de Ca CO3 de les petxines i altres mol·luscs Esquelet intern dels vertebrats, la part mineral dels quals està formada per fosfats i

carbonats de calci; el CaF2 és present a l'esmalt dentari, al qual dóna duresa (l’esmalt dentari és la substància més dura del cos).

2) Regulació dels processos osmòtics. Quan dos dissolucions de diferent concentració estan separades per una membrana

semipermeable (que sols deixa passar el dissolvent però no les substàncies dissoltes), aquestes tendiran a igualar les concentracions per mitjà del pas de dissolvent (aigua) de la dissolució menys concentrada, anomenada dissolució hipotònica , a la més concentrada, anomenada dissolució hipertònica . Aquest procés s’anomena osmosi i continua fins que les dos dissolucions tenen la mateixa concentració, moment en què s’anomenen isotòniques .

9

9

Les membranes plasmàtiques de les cèl·lules es comporten com si foren

semipermeables, de manera que per tal de preservar la seua integritat les cèl·lules han d’estar en un medi que tinga la mateixa concentració que el citoplasma, és a dir, que siga isotònic.

No es comporten igual les cèl·lules animals i les vegetals:

Cèl·lules animals: Si el medi és hipotònic la cèl·lula absorbeix aigua, s’unfla, es posa turgent i pot arribar a explotar. Si el medi és hipertònic la cèl·lula es deshidrata i s’arruga.

Cèl·lules vegetals: La paret cel·lular impedeix que aquestes cèl·lules exploten quan

es troben en medis hipotònics. Aquestes absorbeixen aigua que penetra en el vacúol, aquest s’unfla i exerceix una pressió sobre la paret cel·lular anomenada pressió de turgència que contribueix al sosteniment del vegetal.

10

10

Per evitar els fenòmens osmòtics, els sèrums fisiològics que s’utilitzen per a evitar la deshidratació de les persones que han perdut molt de líquid, són dissolucions de sal al 0,9% perquè així són isotòniques respecte al plasma sanguini i als glòbuls rojos.

3) Regulació de l’equilibri àcid - base i sistemes tampó.

El pH és una mesura de l’acidesa d’una dissolució. Els valors usuals de pH varien entre 1 i 14. En l’aigua pura el pH és 7. En una dissolució àcida el pH és menor que 7 (una dissolució és més àcida quan menor és el seu pH). Una dissolució es considera bàsica quan el pH és major que 7 (és més bàsica quan major és el pH).

Els éssers vius tenen uns valors de pH pròxims a la neutralitat (pH = 7) i no suporten

variacions de pH superiors a unes dècimes d'unitat, perquè això alteraria la funció biològica de les proteïnes, cosa que provocaria una aturada del metabolisme cel·lular.

Es necessita, per tant, un mecanisme de control que mantinga constant el pH de les cèl·lules i del medi intern. Els organismes vius controlen les variacions de pH mitjançant els sistemes tampó , constituïts principalment per sals minerals dissoltes (bicarbonat, fosfat...), els quals tendeixen a impedir la variació del pH quan s'afegeixen quantitats moderades d'ions H+ o OH-.

Vegem, per exemple, l’acció del tampó àcid carbònic / bicarbonat quan hi ha una variació de la concentració d’ions H+:

11

11

GLÚCIDS o HIDRATS DE CARBONI

Els glúcids són biomolècules orgàniques constituïdes pels bioelements C, H i O. La fórmula empírica de molts glúcids és CnH2nOn o, el que és el mateix, Cn(H2O)n. Això va fer que es conegueren com a hidrats de carboni (la fórmula empírica semblava indicar que eren combinacions de C amb aigua), tot i que ara ja se sap que no és aquesta la seua estructura química. També reben vulgarment el nom de sucres , tot i que no tots presenten la propietat de ser dolços.

En tots els éssers vius tenen una funció energètica, encara que alguns tenen funcions estructurals. El seu equivalent calòric és d’unes 4 kcal/g.

Classificació estructural dels glúcids

• Oses o monosacàrids : són els carbohidrats més senzills. Formen les unitats o monòmers a partir dels quals s'originen els altres hidrats de carboni.

• Òsids : són els carbohidrats formats per la unió de monosacàrids mitjançant

enllaços glicosídics. Per hidròlisi es poden obtenir els monosacàrids que els constitueixen. Entre els òsids distingirem:

o els oligosacàrids , formats per la unió d’uns pocs monosacàrids (entre 2 i

10), entre els quals destaquem dels disacàrids , formats per la unió de dos monosacàrids, i

o els polisacàrids , formats per la unió de molts monosacàrids (normalment milers).

Monosacàrids

Són els glúcids més senzills i no es poden descompondre per hidròlisi en altres més simples (no són hidrolitzables). Quan s’uneixen entre si es formen els oligosacàrids i els polisacàrids.

També s'anomenen sucres pel seu sabor dolç, són de color blanc, solubles en aigua i tenen poder reductor (reaccionen amb el reactiu de Fehling i es forma un precipitat roig d’òxid de coure. Ho veurem en el laboratori).

La seua fórmula empírica és (CH2O)n. Químicament són molècules de 3 a 6 àtoms de carboni, que posseeixen grups hidroxil (-OH) en tots els seus àtoms de C llevat d'un, on hi ha un grup aldehid (-CHO) o cetona (-C=O). Són, per tant, polihidroxialdehids o polihidroxicetones .

Els monosacàrids es classifiquen en funció del nombre d’àtoms de carboni que

posseïsquen i de si tenen grup aldehid o cetona: • Segons el nombre de carbonis es classifiquen en trioses (3C), tetroses (4C),

pentoses (5 C) i hexoses (6 C). • Segons presenten grup aldehid o cetona s’anomenen aldoses o cetoses ,

respectivament.

12

12

Així, per exemple, un monosacàrid de cinc àtoms de carboni i grup aldehid és una aldopentosa.

Tot el que hem dit correspon a l’estructura lineal dels monosacàrids. En el seu estat natural, els monosacàrids de més de 5 C presenten preferentment una estructura cíclica formada pel tancament de l'estructura lineal que abans hem descrit. Aquestes molècules, quan estan dissoltes presenten un equilibri dinàmic entre les dos formes, on un 95% del total està en forma tancada o cíclica i un 5% en forma oberta o lineal.

Exemples de monosacàrids

Pentoses

De fórmula general C5H10O5, la ribosa i la desoxiribosa són components essencials dels àcids nucleics ARN i ADN, respectivament.

Hexoses

Responen a la fórmula general C6H12O6. Les més importants són: La glucosa és abundant al raïm i altres fruites, la mel, la sang (on es troba en una

concentració d'un gram per litre). La glucosa present a la nostra sang prové de la digestió dels glúcids que prenem en

menjar. Transportada posteriorment per la sang, arriba a totes les cèl·lules del nostre cos on actua com a combustible per a produir energia en forma d’ATP en un procés anomenat respiració cel·lular.

La galactosa , altra aldohexosa es troba a la llet, com a component del disacàrid lactosa.

La fructosa , que s’uneix a la glucosa per a formar la sacarosa o sucre de canya.

13

13

Disacàrids

Són molècules de sabor dolç, cristal·litzables, blancs i solubles en aigua, però alguns d’ells no tenen poder reductor.

Els disacàrids estan formats per la unió de dos monosacàrids mitjançant un enllaç anomenat O-glicosídic originat entre dos grups -OH. En aquesta unió s'allibera una molècula d'aigua.

La reacció contrària s’anomena hidròlisi, i en ella s’originen dos molècules de monosacàrid. Les reaccions d’hidròlisi tenen lloc al tub digestiu per l’acció dels enzims sacarasa (sacarosa + H2O = glucosa + fructosa), lactasa (lactosa + H2O = glucosa + galactosa) i maltasa (maltosa + H2O = glucosa + glucosa).

Exemples de disacàrids La maltosa està constituïda per la unió de dos molècules de glucosa. És el sucre de

la malta (cereal germinat). La lactosa o sucre de la llet està formada per la unió dels monosacàrids galactosa i

glucosa.

14

14

La sacarosa , el sucre de taula, és abundant en la canya de sucre i en la remolatxa. Està formada per la unió d'una molècula de glucosa i una de fructosa.

Polisacàrids

Són macromolècules formades per molts monosacàrids units per enllaços O-glicosídics.

Són molècules d'elevat pes molecular, insolubles o poc solubles en aigua però hidròfiles. No cristal·litzen i no tenen sabor dolç. Per hidròlisi es descomponen en disacàrids i, per últim, en monosacàrids. No tenen poder reductor.

Els principals polisacàrids són:

El midó és el polisacàrid principal de reserva d’energia de les cèl·lules vegetals. Està format per la unió de moltes molècules de glucosa. S’emmagatzema en forma de grànuls en el citoplasma cel·lular en uns orgànuls anomenats amiloplastos. És molt abundant en els tubercles, bulbs, llavors i fruits. Es una forma d’emmagatzemar la glucosa sintetitzada per la planta en la fotosíntesi.

És fàcil d’identificar perquè reacciona amb iode i dóna un compost de color blau fosc (en casa pots utilitzar betadine per a identificar els aliments que contenen midó).

El glicogen és el polisacàrid de reserva d’energia propi dels animals. S'emmagatzema preferentment en el fetge, en el cor i en els músculs. També és un polímer de glucosa i per això se l’anomena midó animal. Igual que el midó, proporciona unes 4 kcal per gram.

La cel·lulosa és un polímer lineal de molècules glucosa. És el component principal

de les parets cel·lulars de les cèl·lules vegetals a les quals dóna protecció. En la nutrició humana constitueix la part més important de la fibra alimentària. No la podem digerir però és important incorporar-la a la nostra dieta perquè facilita el trànsit intestinal. Els únics

15

15

organismes que poden digerir la cel·lulosa són bacteris i fongs, alguns dels quals viuen en simbiosi en l’aparell digestiu dels animals herbívors).

LÍPIDS

Els lípids estan formats per C, O i H, i en alguns podem trobar P, N o S. A diferència de glúcids i proteïnes, aquest grup de molècules no posseeixen cap grup funcional característic. Són molècules orgàniques prou heterogènies pel que fa a la seua estructura i funció, però presenten algunes propietats en comú:

- Són poc densos (floten en aigua). - Són untosos al tacte. - Són insolubles en aigua. - Són solubles en dissolvents orgànics (apolars) com el benzè, l'èter o el cloroform.

Realitzen diversos tipus de funcions en els éssers vius entre les quals destaquen la

de reserva energètica i l’estructural. Alguns tenen funcions reguladores: són vitamines i hormones.

A continuació estudiarem breument els principals tipus de lípids:

1. Triglicèrids o greixos.

Químicament són ésters de tres àcids grassos amb el polialcohol glicerina. Els àcids grassos estan formats per una

cadena hidrocarbonada lineal que té a un extrem un grup carboxil (-COOH). Es classifiquen en saturats (com l'àcid palmític), quan tots els enllaços entre els C són simples, i insaturats (àcid oleic), quan es presenta un doble enllaç. Si en tenen més reben el nom de poliinsaturats (àcid linoleic).

Un triacilglicèrid o greix es forma la unió d’una molècula de glicerina amb tres d'àcids grassos (iguals o diferents). En aquesta reacció intervenen els grups -OH de la glicerina i els grups -COOH dels àcids grassos. En ella es produeix la pèrdua de tres molècules d'aigua.

16

16

La reacció és reversible i aleshores s’anomena hidròlisi o saponificació. La saponificació és, doncs, la hidròlisi d’un greix per a formar glicerina i àcids grassos.

En la indústria la saponificació s’aconsegueix tractant, en calent, els greixos, amb una base com l’hidròxid sòdic (Na(OH)). S’obté glicerina i les sals sòdiques o potàsiques derivades dels àcids grassos que són els sabons:

En els sers vius, per a la digestió dels greixos té lloc una reacció semblant a la saponificació, però en aquest cas es produeix per acció de l’enzim lipasa: Al final no s’obtenen sabons, sinó àcids grassos.

Encara que els greixos són insolubles en aigua, quan es sacsegen en aigua es

divideixen en fines gotetes i formen una emulsió que és transitòria perquè les gotetes es reuneixen de nou i pugen a la superfície. L’addició de petites quantitats de sabó fa més estables les emulsions perquè les gotetes de greix queden envoltades d’una pel·lícula de sabó que impedeix que es tornen a unir. La bilis del nostre intestí actua de manera semblant al sabó, emulsionant els greixos en el procés digestiu perquè siguen més fàcilment atacats i hidrolitzats per l’enzim lipasa.

Classificació dels greixos

Els greixos es poden classificar, segons el seu punt de fusió, en olis, mantegues i sèus.

Els olis són aquells greixos líquids a temperatura ambient on predominen els àcids grassos insaturats, per exemple l’àcid oleic.

Els sèus i les mantegues són greixos sòlids a temperatura ambient i en ells predominen els àcids grassos saturats com l’àcid palmític o l’àcid esteàric.

Des del punt de vista de la nutrició humana és molt millor el consum d’olis,

especialment el d’oliva, rics en àcids grassos insaturats i poliinsaturats, que el consum de sèus o mantegues, ja siguen d’origen animal o vegetal, perquè l’excés d’àcids grassos saturats que posseeixen afavoreix l’aparició de problemes cardiovasculars com l’arteriosclerosi.

17

17

Funcions dels triglicèrids

La seua funció principal és la de reserva d'energia a llarg termini. Proporcionen unes 9 kcal/g, molta més que els glúcids i, per això, són molt més adequats per al magatzematge, ja que estalvien espai i pes.

En els animals s’emmagatzemen en el teixit adipós, en unes cèl·lules anomenades adipòcits. En vegetals són més abundants en les llavors, on constitueixen una excel·lent reserva d’energia per a la germinació de la futura planta.

Els éssers vius utilitzen com a font primera d’energia els glúcids i, quan aquestos s’han esgotat, consumeixen els greixos que tenen emmagatzemats. Com s’emmagatzemen sota la pell en el pannicle adipós, constitueixen un bon aïllant tèrmic en els animals que habiten en països freds. També serveixen per protegir determinats órgans (palmell de la mà, planta dels peus, ronyons, cor).

2. Ceres

Són lípids sòlids a temperatura ambient i fortament hidròfobs, raó per la qual tenen una funció impermeabilitzant i protectora, com per exemple la cera d’abella amb què les abelles construeixen les bresques, les ceres que cobreixen la superfície dels fruits o les fulles d’alguns vegetals, la cera que impermeabilitza el plomatge dels ocells aquàtics, etc.

3. Fosfolípids

Són molècules d'estructura semblant als greixos però contenen, a més, fòsfor i nitrogen.

Estan formats per una molècula de glicerina unida a 2 àcids grassos i a una molècula d'àcid fosfòric. L’àcid fosfòric s’uneix a una substància hidròfila (aminoalcohol).

Són molècules amfipàtiques ja que estan formades per dos parts: un cap hidròfil

(el fosfat i la substància hidròfila), amb afinitat per l’aigua i dos llargues cues hidròfobes (els dos àcids grassos), que repel·leixen l’aigua.

El seu contacte amb l'aigua

suposa la formació de bicapes lipídiques que constitueixen la base de les membranes biològiques. En aquestes bicapes, el cap polar es troba en contacte amb el medi aquós intern o extern de la cèl·lula mentre que les cues hidròfobes dels àcids grassos es

18

18

troben protegides de l'aigua a l'interior de les bicapes.

La majoria d'aquestes substàncies són components de les membranes cel·lulars.

4. Esteroides

És tracta d'una sèrie de lípids derivats d'una molècula tetracíclica anomenada esterà .

A partir d'aquesta estructura es formen els

esteroides. Alguns exemples són el colesterol , els àcids biliars , la vitamina D i la hormona sexual testosterona .

El colesterol és una molècula molt abundant en l'ésser humà i en general en tots els animals. Està present en les membranes de les cèl·lules a les quals dóna estabilitat. És precursor d'altres molècules com els àcids biliars i de moltes hormones.

L'excés de colesterol en sang dóna lloc a l'arteriosclerosi, quan precipita i es diposita en les parets internes de les artèries.

Els àcids biliars són molècules originades a partir de la degradació del colesterol en el fetge i formen part de la bilis.

Són molècules amfipàtiques, característica que els fa semblants als sabons i fa que puguen actuar emulsionant els greixos en el procés digestiu tot facilitant l’acció de les lipases que els transformaran en glicerina i àcids grassos.

Les hormones sexuals masculines (testosterona) i femenines (estrògens i progesterona) controlen la maduració sexual, el comportament i la capacitat reproductora.

19

19

Les hormones de l’escorça suprarenal regulen el metabolisme (cortisona) o

l’equilibri d’ions (aldosterona).

La vitamina D regula el metabolisme del calci i del fòsfor. La seua carència produeix raquitisme a causa d’una mala mineralització dels ossos.

5. Terpens o isoprenoides

Són molècules derivades d’un hidrocarbur anomenat isopré (2-metil-1,3-butadié). Algunes són vitamines , com per exemple la vitamina A que esta implicada en la

visió, la vitamina E amb funció antioxidant, o la vitamina K , imprescindible per a la coagulació de la sang.

D’altres són pigments vegetals que fan un paper important en la captació de llum durant la fotosíntesi o simplement donen color a determinades parts de la planta, com els carotens (veure a baix l’estructura del β-caroté), de color rogenc o ataronjat i les xantofil·les , de color groc.

Uns isoprenoides, anomenats olis essencials , donen aroma a les plantes: mentol,

geraniol, limoné, piné, etc. El cautxú és un isoprenoide que serveix per a la fabricació del làtex.

Resum de funcions dels lípids

Els lípids desenvolupen 3 tipus de funcions: 1. Funció de reserva energètica . Són la principal reserva energètica de l’organisme. Un gram de greix produeix 9'4 quilocalories en las reaccions metabòliques d’oxidació, mentre que proteïnes i glúcids produeixen 4'1 kcal/g. 2. Funció estructural . Formen les bicapes lipídiques de les membranes. Recobreixen òrgans i els donen consistència, o protegeixen mecànicament com és el cas del teixit adipós de peus, mans, cor o ronyons. 3. Funció reguladora : regulen algunes reacciones químiques dels éssers vius i coordinen diversos processos fisiològics. Compleixen aquesta funció les vitamines lipídiques, les hormones esteroides i las prostaglandines.

20

20

PROTEÏNES

1- Concepte

Les proteïnes són biomolècules d’elevat pes molecular (són macromolècules) formades per C, O, H i N; també sol presentar-se el S i amb menor freqüència altres elements.

Constitueixen aproximadament el 50% del pes sec de la cèl·lula i són les molècules fonamentals de l'organització cel·lular, no solament per la seua abundància, sinó per la gran varietat de funcions que realitzen.

Químicament són cadenes lineals d'unes unitats més senzilles anomenades aminoàcids .

2- Aminoàcids

Els aminoàcids són molècules que tenen un grup carboxil -COOH i un grup amino -NH2.

A les proteïnes hi són presents 20 aminoàcids diferents que es diferencien per una cadena lateral R que és diferent per a cada aminoàcid.

3. Formació de proteïnes a partir d'aminoàcids

La unió entre aminoàcids per formar les proteïnes es realitza mitjançant l'enllaç peptídic , entre un grup carboxil d'un aminoàcid i el grup amino del següent.

La molècula resultant s'anomena pèptid (oligopèptid , si està formada per uns pocs aminoàcids, i polipèptid , si es està formada per molts aminoàcids). Les proteïnes estan formades per una o diverses cadenes polipeptídiques.

21

21

4. Estructura de les proteïnes.

La seqüència dels aminoàcids d’una proteïna constitueix l’estructura primària de la proteïna. Aquesta estructura està determinada genèticament: la informació genètica que conté l’ADN consisteix en instruccions de com s’han d’unir els aminoàcids per a formar totes les proteïnes d’un ésser viu.

En condicions normals, l’estructura primària es plega espontàniament, tot adoptant

una forma anomenada estructura secundària . Aquesta estructura secundària pot tornar a plegar-se en l’espai i determinar un altre

nivell estructural, l’estructura terciària . Finalment, diverses cadenes de proteïnes es poden associar entre elles per a

desenvolupar millor la seua funció i formar així un altre nivell estructural anomenat estructura quaternària . Cada molècula integrada en l’estructura quaternària s’anomena subunitat. Les subunitats d’una proteïna amb estructura quaternària poden ser iguals o diferents.

La conformació , o estructura espacial de les proteïnes, és importantíssima per al

seu funcionament. La conformació d'una proteïna ve donada per la seua seqüència d'aminoàcids. Un petit canvi en la seqüència d’aminoàcids pot alterar la conformació de la proteïna i la seua funció biològica.

Hi ha dos tipus de proteïnes segons la seua conformació:

• Proteïnes fibroses: constituïdes per cadenes polipeptídiques ordenades al llarg d'un eix, tot formant fibres o làmines; es tracta de materials resistents, insolubles en aigua, i amb funcions estructurals: col·lagen dels tendons, queratina de la pell.

• Proteïnes globulars: constituïdes per cadenes polipeptídiques molt plegades que adopten formes esfèriques o globulars compactes; són solubles en aigua i desenvolupen en general funcions dinàmiques: miosina dels músculs, hemoglobina, enzims.

22

22

5. Desnaturalització de les proteïnes.

Les proteïnes únicament tenen funció biològica dins d'uns límits de temperatura i pH. Si aquestos límits se sobrepassen, la proteïna perd la seua activitat en perdre la seua estructura tridimensional característica (forma nativa).

Aquest procés es diu desnaturalització . Un exemple molt conegut d'aquest fenomen és el que li passa a la clara d’un ou en escalfar-se (perd la seua estructura globular, soluble, i adopta una forma fibrosa i insoluble).

De vegades la desnaturalització pot ser reversible (renaturalització) si desapareix l’agent que havia provocat la desnaturalització. En el cas de ou bullit, és clar que la renaturalització no és possible, però si que és possible en moltes proteïnes.

La desnaturalització radica en el trencament dels enllaços dèbils responsables del plegament de la proteïna, cosa que provoca la desestabilització de la seua estructura tridimensional. No es trenquen els enllaços peptídics i, per tant, la desnaturalització no afecta a l’estructura primària de la proteïna.

6. Especificitat de les proteïnes

Hi ha molècules, com la glucosa, que són iguals en tots els éssers vius. Però una proteïna com l’hemoglobina és diferent en persones, gossos i cavalls, encara que en tots ells fa la mateixa funció.

Per això es diu que les proteïnes són específiques : cada espècie té proteïnes diferents a les d’altres espècies i, fins i tot, dins de la mateixa espècie, cada individu té proteïnes exclusives que el diferencien de la resta.

Una mateixa proteïna, en individus diferents, pot tenir una seqüència d’aminoàcids diferent, i el grau de diferència depén del seu parentiu evolutiu: per exemple, l’hemoglobina humana és més semblant a la del ximpanzé que a la del gos.

L’especificitat de les proteïnes és la causa del rebuig en els trasplantaments

d’òrgans i en les transfusions de sang. Quan s’introdueix en un individu una proteïna d’un altre individu, l’organisme la reconeix com a estranya i produeix anticossos per a la seua destrucció. Únicament no es produeix rebuig si donant i receptor tenen les mateixes proteïnes perquè són genèticament idèntics, com és el cas dels bessons monozigòtics.

7. Funcions biològiques de les proteïnes

Les proteïnes constitueixen desenvolupen una gran varietat de funcions diferents.

1- Funció estructural (funció plàstica). Les proteïnes són el principal material de construcció dels éssers vius perquè formen

part de quasi totes les estructures.

23

23

El col·lagen i l'elastina són els components de les fibres de la substància intercel·lular del teixit conjuntiu al qual donen resistència i elasticitat, també els trobem en els tendons; la queratina forma estructures epidèrmiques com les ungles, pèls, plomes, escates, peülles i banyes, amb funció protectora i defensiva.

2- Funció de reserva Tot i que les proteïnes no són generalment utilitzades com a fonts energètiques, n'hi

ha algunes com l'albúmina de la clara d'ou o la caseïna de la llet, que són un magatzem d'aminoàcids a punt de ser utilitzats com a elements nutritius per l'embrió en el seu desenvolupament.

3- Funció de transport Les proteïnes transportadores de la membrana cel·lular realitzen funcions de

transport de substàncies entre l'exterior i l'interior cel·lular. Altres proteïnes extracel·lulars contribueixen al transport de diferents substàncies a

través de l'organisme: l’hemoglobina dels glòbuls rojos transporta oxigen per la sang dels vertebrats des de l’aparell respiratori fins els teixits.

Les lipoproteïnes LDL i HDL transporten el colesterol, els triglicèrids i altres lípids per la sang.

4- Funció defensiva El fibrinogen participa en el procés de coagulació de la sang. Els anticossos s’uneixen específicament a qualsevol substància estranya que

penetre dins del cos (antigen). Aquesta unió fa que l’antigen siga immobilitzat, destruït o eliminat.

5- Funció hormonal Les hormones són molècules orgàniques sintetitzades en glàndules de secreció

interna i que tenen una important funció reguladora de les funcions orgàniques dels éssers pluricel·lulars. Algunes d'aquestes hormones són de naturalesa proteica com la insulina i el glucagó que regulen la concentració de glucosa en la sang.

6- Funció homeostàtica Les proteïnes intracel·lulars i del medi intern intervenen en el manteniment de

l'equilibri osmòtic i actuen, juntament amb altres sistemes amortidors o tampons, per mantenir constant el valor del pH .

7- Funció motora El moviment dels organismes unicel·lulars i pluricel·lulars depén de diversos tipus

de proteïnes. Per exemple, l'actina i la miosina formen les miofibril·les responsables de la contracció muscular.

8- Funció enzimàtica Potser és la funció més important de totes les que fan les proteïnes. Els enzims

actuen com a catalitzadors de les reaccions metabòliques. Els processos vitals són, en últim terme, processos químics i totes les reaccions químiques dels éssers vius ocorren per la intervenció dels enzims.

Els enzims es caracteritzen per ser efectius en quantitats molt petites i la seua funció és augmentar la velocitat de les reaccions químiques en els éssers vius. Aquestes mateixes reaccions es produirien també sense la presència d’enzims, però a una velocitat tan petita que la vida no seria possible.

24

24

Propietats dels enzims

• La característica més destacada dels enzims és la seua elevada especificitat .

Aquesta propietat és deguda a un acoblament perfecte entre les molècules de l'enzim i el substrat sobre el qual actua. Per això , la unió de l'enzim amb el substrat es diu que segueix el model de la clau i el pany: cada enzim només es pot unir ("obrir-se") amb el seu corresponent substrat ("clau").

• Els enzims intervenen en les reaccions químiques en concentracions molt baixes , tot i que provoquen grans transformacions; així, per exemple, una molècula de l’enzim catalasa dissocia fins a un milió de molècules de H2O2 per segon.

• No es consumeixen quan reaccionen amb el substrat. Es recuperen intactes quan la reacció enzimàtica finalitza.

ÀCIDS NUCLEICS

Els àcids nucleics són macromolècules formades per C, O, H, N i P.

Estan formats per la unió d’unes molècules més petites anomenades nucleòtids .

Els nucleòtids són molècules complexes que resulten de

la unió d'una molècula d'àcid fosfòric amb una pentosa i una molècula cíclica anomenada base nitrogenada .

La pentosa pot ser la ribosa o la desoxiribosa:

Les bases nitrogenades són estructures cícliques que contenen àtoms de nitrogen i poden ser de dos tipus:

25

25

• Púriques , derivades de la purina, molècula constituïda per dos cicles o anells. Són l'adenina (A) i la guanina (G).

• Pirimidíniques , derivades de la pirimidina, molècula amb un únic anell. Són la timina (T), l’uracil (U), i la citosina (C).

Estructura de l'ADN

L'ADN està constituït per la unió de nucleòtids d'adenina, guanina, citosina i timina.

Presenta un gran pes molecular. Al medi aquós cel·lular els llargs filaments d'ADN

adopten una configuració espacial en la qual es poden descriure diversos nivells estructurals, de complexitat creixent. Cada nivell estructural depén de l'anterior i condiciona el següent: són les estructures primària, secundària i terciària.

Estructura primària

Es la seua seqüència de bases de la cadena, és a dir, l'ordre d'aquestes en la molècula. A l'igual que les proteïnes, les molècules d'ADN són específiques i cada organisme té un ADN que és idèntic per a totes les seues cèl·lules i que posseeix una seqüència específica on resideix la informació necessària per a la síntesi de proteïnes que seran les molècules encarregades de realitzar la major part de les funcions cel·lulars.

Estructura secundària

El següent model va ser proposat per Watson i Crick el 1953 i rep el nom de model de la doble hèlix .

• La molècula d'ADN està formada per dues cadenes de nucleòtids, encarades per les

seues bases nitrogenades i unides entre elles per ponts d'hidrogen.

26

26

• Aquestes cadenes es troben enrotllades formant una doble hèlix, una estructura semblant a una escala de caragol on els passamans corresponen als dos esquelets de polidesoxiribosa - fosfat i els escalons serien els parells de bases complementàries enfrontades entre si. Cada volta de la doble hèlix té 10 parells de bases.

• Les dues cadenes són antiparal·leles, això vol dir que estan orientades en sentits

oposats. • L'aparellament entre bases presenta una correspondència: l’adenina s'aparella

sempre amb la timina i la guanina amb la citosina . Les bases púriques, que són més grans, es troben encarades a les bases pirimidiniques, més xicotetes, cosa que permet que el diàmetre de la doble hèlix siga constant. Es pot considerar, doncs, que la seqüència d'una cadena determina la seqüència de bases de l'altra .

Estructura terciària

A les cèl·lules eucariòtiques l'ADN es

troba dins del nucli. Com que la longitud de l’ADN d’una cèl·lula és molt gran (2 m l’ADN d’una cèl·lula humana) i el nucli és molt xicotet (entre 3 i 5 micròmetres), aquesta gran molècula ha de sofrir una sèrie de plegaments per a poder cabre-hi.

Aquest plegament es realitza mitjançant la unió de l’ADN amb unes proteïnes anomenades histones. Els cromosomes que veiem en el nucli de les cèl·lules són, doncs, associacions entre ADN i proteïnes histones.

27

27

Estructura i tipus d'ARN.

L'ARN és una macromolècula formada per la unió de nucleòtids d'A, U, C i G. Les característiques químiques que diferencien l'ARN de l'ADN són les següents:

• Conté ribosa en lloc de desoxiribosa. • Pel que fa a les bases, tres de elles es troben en els dos

tipus d'àcids nucleics (A, G i C), però en l'ARN no hi ha timina sinó uracil .

• Les molècules d’ARN són molt més curtes que les d’ADN. • L'àcid ribonucleic en eucariotes és de cadena senzilla (no

doble com l’ADN), tot i que en alguns casos existeixen certes regions de la mateixa cadena amb un aparellament parcial. En aquest cas les bases complementàries són: A = U i C = G.

Hi ha tres tipus d'ARN : ARNm o missatger.

El podem trobar al nucli, on es forma, i al citoplasma, on realitza la seua funció en un procés anomenat transcripció. El podríem considerar com un “negatiu” de l’ADN que transporta la informació d’aquest des del nucli al citoplasma perquè se sintetitzen les proteïnes. Cada tres bases consecutives de l’ARNm constitueix una unitat d’informació anomenada triplet o codó . ARNr o ribosòmic.

Es forma en el nucli cel·lular, s’uneix amb proteïnes i forma uns orgànuls anomenats ribosomes que estan relacionats amb la síntesi de proteïnes. ARNt o de transferència.

Es forma al nucli, i en el citoplasma participa al procés de síntesi de proteïnes: és l’encarregat de transportar fins els ribosomes els aminoàcids que constituiran la proteïna. Hi ha almenys un ARNt diferent per a transportar cada aminoàcid.

Són molècules petites (80-100 nucleòtids) que tenen forma de fulla de trèvol.

En un dels braços tenen un triplet de bases anomenat anticodó que serà complementari d'un determinat codó de l'ARNm. Per l’altre extrem s’uneixen als aminoàcids (en funció del seu anticodó s’hi unirà un o altre aminoàcid).

28

28

FUNCIONS DELS ÀCIDS NUCLEICS

1- Autoduplicació

És gràcies a aquesta propietat que la informació genètica pot transmetre’s íntegra de generació en generació.

En la divisió cel·lular o mitosi es produeix un repartiment del material genètic (ADN) entre les dues cèl·lules filles. Com que aquestes han de tenir el mateix ADN que la cèl·lula mare, cal que prèviament la cèl·lula mare duplique el seu contingut d'ADN. Aquest procés, que té lloc al nucli, s'anomena replicació o autoduplicació de l'ADN.

La replicació de l'ADN és semiconservadora , ja que cadascuna de les dos molècules d’ADN que resulten de la replicació té un bri de la cadena original i el bri complementari de nova formació.

El fonament de la replicació es basa en el model de

Watson i Crick:

• Les dos cadenes que formen la doble hèlix se separen, es queden desaparellades les bases de cada cadena i actuen com a motlle per a la formació de les cadenes complementàries.

• Els nucleòtids que es troben lliures al nucli establiran ponts d'hidrogen amb les bases que han quedat desaparellades, segons el principi de complementarietat de bases.

• S'estableixen enllaços entre els nucleòtids acabats d'incorporar.

2. L’expressió dels gens: transcripció i traducció genètica

L’ADN es troba al nucli de la cèl·lula, als cromosomes, és el material de què estan fets els gens i conté les instruccions (la informació) per a la fabricació de totes les proteïnes d’un organisme viu. Els humans tenim uns 20000 gens, repartits entre 23 cromosomes.

Un gen es defineix com aquell fragment d’ADN que conté la informació per a la síntesi

d’una proteïna, és a dir, quants aminoàcids la formaran i l’ordre en què s’uniran. Com les proteïnes realitzen múltiples funcions en la cèl·lula (catalitzen reaccions químiques, regulen el metabolisme, transporten substàncies, defensen l’organisme, fan funcions estructurals, estan implicades en els moviments, regulen l’activitat dels propis gens...), l’ADN controla, de manera indirecta, tota la vida de la cèl·lula i, per extensió, el desenvolupament de qualsevol ésser viu.

L’ADN (el plànol o les instruccions per a fabricar proteïnes) es troba en el nucli de la

cèl·lula. Les proteïnes se sintetitzen en uns orgànuls anomenats ribosomes que es troben al citoplasma . Per tant, “algú” s’ha d’encarregar de portar les instruccions del nucli (ADN) al citoplasma (ribosomes). Aquest “algú” és una molècula d’ARN missatger (ARNm o mRNA), i el procés pel qual la informació passa de l’ADN a l’ARNm s’anomena

29

29

transcripció : l’ARNm arreplega la informació de l’ADN en el nucli, ix al citoplasma, s’uneix als ribosomes i executa les instruccions rebudes de l’ADN (fabrica les proteïnes) en un procés anomenat traducció . Anomenem expressió genètica al conjunt dels dos processos: transcripció i traducció.

Les instruccions de l’ADN estan escrites en un alfabet de quatre lletres , que corresponen a les quatre bases nitrogenades dels nucleòtids que el constitueixen: A, G, C i T.

Les paraules de l’alfabet de l’ADN tenen tres lletres i s’anomenen tripletes o codògens. Cada tripleta codifica un aminoàcid de la proteïna, de manera que la seqüència de tripletes d’un gen (de l’ADN) determinarà la seqüència d’aminoàcids de la proteïna i la seua funció (cal recordar que la funció d’una proteïna depén de la seua seqüència d’aminoàcids).

És fàcil calcular que amb quatre lletres es poden formar 64 tripletes o paraules diferents. Com tan sols hi ha 20 aminoàcids diferents per a formar totes les proteïnes, es dedueix que la majoria dels aminoàcids són codificats per més d’una tripleta. TRANSCRIPCIÓ

Anomenem transcripció al pas de la informació de l’ADN a l’ARN. Té lloc al nucli de la cèl·lula.

L’ARNm es forma en el nucli utilitzant com

a motle un bri dels dos que formen la doble cadena d’ADN corresponent a un gen i seguint les regles de la complementarietat de les bases. Sols cal tenir en compte que en l’ARN la base complementària de l’adenina no és la timina sinó l’uracil.

Ara, la informació de l’ADN ha passat a

l’ARNm. Cada triplet de l’ARNm, anomenat CODÓ, codificarà un aminoàcid de la proteïna.

TRADUCCIÓ

Anomenem traducció al procés de síntesi

de les proteïnes. Té lloc al citoplasma de la cèl·lula, als ribosomes.

L’ARNm ix del nucli i va al citoplasma, s’uneix a un ribosoma i ordena els aminoàcids segons les instruccions rebudes de l’ADN. Cada codó de l’ARNm codifica un aminoàcid.

Per tant, la seqüència de codons de l’ARNm determina la seqüència d’aminoàcids de la proteïna.

En la traducció intervenen també l’ARNr (ARN ribosòmic), que forma part dels ribosomes, i l’ARNt (de transferència), que transporta de manera específica els aminoàcids fins als ribosomes (hi ha un ARNt per a cada aminoàcid).

30

30

EL DOGMA CENTRAL

Els dos processos, transcripció i traducció es resumeixen en el que s’ha anomenat “el

dogma central de la biologia molecular ”: La seqüència de bases d’una molècula d’ADN es transcriu en la seqüència de bases d’una molècula d’ARNm que, al seu torn, es tradueix en la seqüència d’aminoàcids d’una proteïna.

ADN ARNm Proteïna

EL CODI GENÈTIC

Entenem per codi genètic la correspondència entre cada tripleta de l’ARNm i

l’aminoàcid per ella codificat.

Característiques del codi genètic

• Es universal (és idèntic en tots els éssers vius). • És degenerat (un aminoàcid pot ser codificat per diversos triplets). • No és ambigu (un triplet codifica sempre el mateix aminoàcid. • Hi ha una tripleta d’inici i tres tripletes d’acabament.

EL CODI GENÈTIC 2a posició 1a posició U C A G 3a

posició

U Phe Phe Leu Leu

Ser Ser Ser Ser

Tyr Tyr STOP STOP

Cys Cys STOP Trp

U C A G

C Leu Leu Leu Leu

Pro Pro Pro Pro

His His Gln Gln

Arg Arg Arg Arg

U C A G

A

Ile Ile Ile Met

Thr Thr Thr Thr

Asn Asn Lys Lys

Ser Ser Arg Arg

U C A G

G Val Val Val Val

Ala Ala Ala Ala

Asp Asp Glu Glu

Gly Gly Gly Gly

U C A G

31

31

Activitat

Un fragment d’una molècula d’ADN (un gen) conté la seqüència de bases que s’indica a continuació:

T A C A C A C C T G T T A A G T T T T T C A C T Qüestions: a. Esbrina la seqüència de bases de l’ARNm que es transcriurà a partir de la informació que es dóna. b. Esbrina, utilitzant el codi genètic, la seqüència d’aminoàcids de la proteïna en què es traduirà la informació de l’ARNm. c. Quins seran els anticodons dels ARNt que transporten els aminoàcids? d. Indica quina és la seqüència de la cadena complementària de l’ADN indicat.