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LA COMPLEJIDAD DE LA VIDA Compilado por Luis Álvarez

Este artículo está pensado para personas con conocimientos elementales o medios en biología y bioquímica. Pretende ser un

sencillo resumen de bioquímica, una simple introducción,

presentación para captar claramente, como dice el título, que los

seres vivos estamos formados por estructuras muy complejas. Así

podremos comprender mejor las dificultades para explicar el origen

de la vida, la herencia o la teoría de la evolución. Y de paso

podremos entender mejor algunos artículos de esta área de Ciencias.

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/cont

enidos15.htm

LOS BIOELEMENTOS

La materia viva presenta unas características y propiedades distintas a las de la materia inerte. Estas características y propiedades encuentran su

origen en los átomos que conforman la materia viva. Los átomos que

componen la materia viva se llaman bioelementos.

De los 92 átomos naturales, nada más que 27 son bioelementos. Estos

átomos se separan en grupos, atendiendo a la proporción en la que se

presentan en los seres vivos.

Bioelementos

% en la

materia viva

Átomos

Primarios 96% C, H, O, N, P, S

Secundarios 3,9% Ca, Na, K, Cl, I, Mg, Fe

Oligoelementos 0,1% Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Ni,

Si...

C= Carbono H= Hidrógeno O= Oxígeno N = Nitrógeno P= Fósforo S=

Azufre Ca= Calcio Na= Sodio K= Potasio Cl= Cloro I = Iodo Mg= Magnesio

Fe= Hierro

Cu =Cobre Zn= Cinc Mn= Manganeso Co= Cobalto Mo= Molibdeno

Ni= Niquel…

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Bioelementos primarios

Son los elementos más abundantes en los seres vivos.

La mayor parte de las moléculas que componen los seres vivos tienen una base de carbono. Este elemento presenta una serie de propiedades que

hacen que sea el idóneo para formar estas moléculas. Estas propiedades

son las siguientes:

1. Forma enlaces covalentes1, que son estables y acumulan mucha

energía.

2. Puede formar enlaces, hasta con cuatro elementos distintos, lo que da variabilidad molecular.

3. Puede formar enlaces sencillos, dobles o triples.

4. Se puede unir a otros carbonos, formando largas cadenas.

5. Los compuestos, siendo estables, a la vez, pueden ser

transformados por reacciones químicas.

6. El carbono unido al oxígeno forma compuestos 7. Todas estas propiedades derivan de su pequeño radio atómico y a

la presencia de 4 electrones en su última capa.

8. El Hidrógeno, el Oxígeno y el Nitrógeno también son capaces de

unirse mediante enlaces covalentes estables. Forman parte de las cadenas de carbono que componen las moléculas de los seres vivos.

Bioelementos secundarios

9. Son elementos que se encuentran en menor proporción en los seres

vivos. Se presentan en forma iónica2. 10.El Calcio puede encontrarse formando parte de los huesos, conchas,

caparazones, o como elemento indispensable para la contracción

muscular o la formación del tubo polínico.

1 Enlace covalente: son las fuerzas que mantienen unidos entre sí los átomos no metálicos

(los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -C, O, F, Cl, ...).Esos átomos no ceden electrones sino que los comparten produciendo así fuertes uniones entre los átomos. 2 Ion es un átomo o grupo atómico que ha perdido o ganado electrones adquiriendo carga positiva o negativa.

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11.El Sodio y el Potasio son esenciales para la transmisión del impulso

nervioso. Junto con el Cloro y el Iodo, contribuyen al mantenimiento

de la cantidad de agua en los seres vivos.

12.El Magnesio forma parte de la estructura de la molécula de la

clorofila y el Hierro forma parte de la estructura de proteína transportadoras.

13.Oligoelementos Los oligoelementos aparecen en muy baja proporción en la materia viva . Alguno de estos elementos no se manifiesta en ciertos seres. Sin embargo, como el caso del Silicio, puede ser muy abundante en determinados seres vivos, como diatomeas,

Gramíneas o Equisetos.

LAS BIOMOLÉCULAS

Los bioelementos se combinan entre sí para formar las moléculas que componen la materia viva. Estas moléculas reciben el nombre de

Biomoléculas o Principios Inmediatos.

Las biomoléculas, para poder ser estudiadas, deben ser extraídas de los

seres vivos mediante procedimientos físicos, nunca químicos, ya que si

así fuera, su estructura molecular se alteraría.

Las biomoléculas se clasifican atendiendo a su composición. Las

biomoléculas inorgánicas son las que no están formadas por cadenas de carbono, como son el agua, las sales minerales o los gases. Las

moléculas orgánicas están formadas por cadenas de carbono y se

denominan Glúcidos, Lípidos, Prótidos y Ácidos nucleicos.

EL AGUA

El agua es una biomolécula inorgánica. Se trata de la biomolécula más

abundante en los seres vivos. En las medusas, puede alcanzar el 98% del

volumen del animal y en la lechuga, el 97% del volumen de la planta.

Estructuras como el líquido interno de animales o plantas, embriones o

tejidos conjuntivos suelen contener gran cantidad de agua. Otras

estructuras, como semillas, huesos, pelo, escamas o dientes poseen poca cantidad de agua en su composición.

Estructura

El agua es una molécula formada por dos átomos de Hidrógeno y uno de Oxígeno. La unión de esos elementos con diferente electronegatividad3

proporciona unas características poco frecuentes. Estas características son:

La molécula de agua forma un ángulo de 104,5º.

La molécula de agua es neutra.

La molécula de agua, aun siendo neutra, forma un dipolo, aparece

una zona con un diferencial de carga positivo en la región de los

3 La electronegatividad de un elemento mide su tendencia a atraer hacia sí

electrones, cuando está químicamente combinado con otro átomo. Cuanto mayor sea, mayor será su capacidad para atraerlos.

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Hidrógenos, y una zona con diferencial de carga negativo, en la

región del Oxígeno.

El dipolo facilita la unión entre moléculas, formando puentes de

hidrógeno, que unen la parte electropositiva de una molécula con la

electronegativa de otra.

Propiedades del agua

El agua tiene propiedades especiales, derivadas de su singular estructura. Estas

propiedades son:

Alto calor específico: para aumentar la temperatura del agua un grado centígrado es

necesario comunicarle mucha energía para

poder romper los puentes de Hidrógeno que

se generan entre las moléculas. Alto calor de vaporización: el agua

absorbe mucha energía cuando pasa de

estado líquido a gaseoso.

Alta tensión superficial: las moléculas de agua están muy cohesionadas por acción de

los puentes de Hidrógeno4. Esto produce

una película de agua en la zona de contacto

del agua con el aire. Como las moléculas de

agua están tan juntas el agua es incompresible.

Capilaridad: el agua tiene capacidad de

ascender por las paredes de un capilar debido

a la elevada cohesión molecular. Alta constante dieléctrica: la mayor parte

de las moléculas de agua forman un dipolo,

con un diferencial de carga negativo y un

diferencial de carga positivo. Bajo grado de ionización: la mayor parte

de las moléculas de agua no están

disociadas. Sólo un reducido número de

moléculas sufre disociación, generando iones

positivos (H+) e iones negativos (OH-). En el agua pura, a 25ºC, sólo una molécula de

cada 10.000.000 está disociada, por lo que la

concentración de H+ es de 10-7. Por esto, el

pH del agua pura es igual a 7.

La densidad del agua: en estado líquido, el agua es más densa que en estado sólido. Por ello, el hielo flota en el agua. Esto es debido a que los puentes de Hidrógeno formados a temperaturas bajo cero unen a las moléculas de agua ocupando mayor volumen.

4 El enlace puente de hidrógeno es una atracción que existe entre un átomo de

hidrógeno (carga positiva) con un átomo de O , N, Cl… que posee un par de electrones libres (carga negativa).

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Importancia biológica del agua

Las propiedades del agua permiten aprovechar esta molécula para algunas

funciones para los seres vivos. Estas funciones son las siguientes:

Disolvente polar universal: el agua,

debido a su elevada constante dieléctrica, es el mejor disolvente para

todas aquellas moléculas polares. Sin

embargo, moléculas apolares no se

disuelven en el agua.

Lugar donde se realizan reacciones

químicas: debido a ser un buen

disolvente, por su elevada constante dieléctrica, y debido a su bajo grado de

ionización.

Función estructural: por su elevada

cohesión molecular, el agua confiere

estructura, volumen y resistencia.

Función de transporte: por ser un buen disolvente, debido a su elevada

constante dieléctrica, y por poder

ascender por las paredes de un capilar,

gracias a la elevada cohesión entre sus

moléculas, los seres vivos utilizan el

agua como medio de transporte por su interior.

Función amortiguadora: debido a su elevada

cohesión molecular, el agua sirve como lubricante entre estructuras que friccionan y evita el rozamiento.

Función termorreguladora: al tener un alto calor

específico y un alto calor de vaporización el agua es un material idóneo para mantener constante la temperatura, absorbiendo el exceso de calor o cediendo energía si es necesario.

LAS SALES MINERALES

Las sales minerales son biomoléculas inorgánicas que aparecen en los

seres vivos de forma precipitada, disuelta en forma de iones o asociada

a otras moléculas.

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Precipitadas

Las sales se forman por unión de un ácido con una base

5, liberando agua. En forma precipitada forman

estructuras duras, que proporcionan estructura o protección al ser que las posee. Ejemplos son las

conchas, los caparazones o los esqueletos.

Disueltas

Las sales disueltas en agua manifiestan cargas positivas o negativas. Los cationes más abundantes en la composición de los seres vivos son Na+, K+,

Ca2+, Mg2+... Los aniones más representativos en la composición de los

seres vivos son Cl-, PO43-, CO3

2-... Las sales disueltas en agua pueden

realizar funciones tales como:

Mantener el grado de grado de salinidad.

Amortiguar cambios de pH6, mediante el efecto tampón. Controlar la contracción muscular

Producir gradientes electroquímicos

Estabilizar dispersiones coloidales.

Asociadas a otras moléculas

Los iones pueden asociarse a moléculas, permitiendo realizar funciones que,

por sí solos no podrían, y que tampoco realizaría la molécula a la que se

asocia, si no tuviera el ión. La hemoglobina es capaz de transportar

oxígeno por la sangre porque está unida a un ión Fe++. Los citocromos

actúan como transportadores de electrones porque poseen un ión

Fe+++. La clorofila captura energía luminosa en el proceso de fotosíntesis

por contener un ión Mg++ en su estructura.

Las biomoléculas orgánicas, atendiendo a la longitud y complejidad de su

cadena, se pueden clasificar como monómeros o polímeros. Los

monómeros son moléculas pequeñas, unidades moleculares que forman

parte de una molécula mayor. Los polímeros son agrupaciones de

monómeros, iguales o distintos, que componen una molécula de mayor

tamaño.

PRÓTIDOS

http://www.aula21.net/Nutriweb/pagmarco.htm

Los Prótidos son biomoléculas orgánicas. Están formados por Carbono,

Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno. En ocasiones aparecen Fósforo y

Azufre.

5 Base: sustancia química contraria al ácido. La soda cáustica es una base 6 El pH es una medida utilizada por la química para evaluar la acidez o alcalinidad

de una sustancia por lo general en su estado líquido

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Este grupo está compuesto por tres tipos de moléculas, que se clasifican

atendiendo a su tamaño. Son los aminoácidos, los péptidos y las

proteínas.

Las proteínas son los materiales que desempeñan un mayor número de

funciones en las células de todos los seres vivos. Por un lado, forman parte de la estructura básica de los tejidos (músculos, tendones, piel, uñas, etc.)

y, por otro, desempeñan funciones metabólicas y reguladoras (asimilación

de nutrientes, transporte de oxígeno y de grasas en la sangre, inactivación

de materiales tóxicos o peligrosos, etc.). También son los elementos que

definen la identidad de cada ser vivo, ya que son la base de la estructura

del código genético (ADN) y de los sistemas de reconocimiento de

organismos extraños en el sistema inmunitario.

Son macromoléculas orgánicas, constituidas básicamente por carbono (C),

hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N); aunque pueden contener

también azufre (S) y fósforo (P) y, en menor proporción, hierro (Fe), cobre

(Cu), magnesio (Mg), yodo (I), etc.

Estos elementos químicos se agrupan para formar unidades estructurales

llamados AMINOÁCIDOS, a los cuales podríamos considerar como los "ladrillos de los edificios moleculares proteicos".

Se clasifican, de forma general, en Holoproteinas y Heteroproteinas

según estén formadas respectivamente sólo por aminoácidos o bien por

aminoácidos más otras moléculas o elementos adicionales no aminoacídicos.

Aminoácidos

Son moléculas pequeñas, monómeros de los péptidos y las proteínas.

Son cristalinos, casi todos dulces y presentan isomería, ya que poseen un carbono unido a cuatro radicales distintos (excepto en el caso de la

Glicocola). Por ello, es un carbono asimétrico. Uno de esos radicales

siempre es un grupo ácido (carboxilo) y el otro es básico (amina). El tercer

grupo es un Hidrógeno y el cuarto es un radical, característico de cada

aminoácido.

Los radicales confieren al aminoácido unas características propias. Por ello, estos radicales se utilizan como criterio de clasificación de los aminoácidos.

Formando parte de las proteínas existen 20 aminoácidos, que son -

aminoácidos. Existen otros muchos tipos de aminoácidos, pero no se

asocian formando macromoléculas.

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Los Ocho AMINOACIDOS (8) Esenciales

L - Isoleucina: Función: Junto con la L-

Leucina y la Hormona del Crecimiento intervienen en la

formación y reparación del tejido

muscular.

L - Leucina: Función: Junto con la L-

Isoleucina y la Hormona del

Crecimiento (HGH) interviene con la formación y reparación del tejido

muscular.

L - Lisina: Función: Es uno de los más

importantes aminoácidos porque, en

asociación con varios aminoácidos más, interviene en diversas

funciones, incluyendo el crecimiento, reparación de tejidos,

anticuerpos del sistema inmunológico y síntesis de hormonas.

L - Metionina: Función: Colabora en la síntesis de proteínas y constituye el

principal limitante en las proteínas de la dieta. El aminoácido limitante

determina el porcentaje de alimento que va a utilizarse a nivel celular.

L - Fenilalanina: Función: Interviene en la producción del Colágeno,

fundamentalmente en la estructura de la piel y el tejido conectivo, y

también en la formación de diversas neurohormonas.

L - Triptófano: Función: Está implicado en el crecimiento y en la

producción hormonal, especialmente en la función de las glándulas de

secreción adrenal. También interviene en la síntesis de la serotonina,

neurohormona involucrada en la relajación y el sueño.

L - Treonina: Función: Junto con la con la L-Metionina y el ácido L-

Aspártico ayuda al hígado en sus funciones generales de desintoxicación.

Los aminoácidos son las unidades elementales constitutivas de las

moléculas denominadas Proteínas. Son pues, y en un muy elemental símil,

los "ladrillos" con los cuales el organismo reconstituye

permanentemente sus proteínas específicas consumidas por

la sola acción de vivir. Los alimentos que ingerimos nos

proveen proteínas. Pero tales proteínas no se absorben normalmente en tal constitución sino que, luego de su

desdoblamiento ("hidrólisis" o rotura), causado por el

proceso de digestión, atraviesan la pared intestinal en forma

de aminoácidos y cadenas cortas de péptidos. Esas

sustancias se incorporan inicialmente al torrente sanguíneo y, desde allí,

son distribuidas hacia los tejidos que las necesitan para formar las proteínas, consumidas durante el ciclo vital.

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Se sabe que de los 20 aminoácidos proteicos conocidos, 8 resultan

indispensables (o esenciales) para la vida humana y 2 resultan

"semiindispensables". Son estos 10 aminoácidos los que requieren ser

incorporados al organismo en su cotidiana alimentación y, con más razón,

en los momentos en que el organismo más los necesita: en la disfunción o

enfermedad. Los aminoácidos esenciales más problemáticos son el

triptófano, la lisina y la metionina. Es típica su carencia en poblaciones en

las que los cereales o los tubérculos constituyen la base de la alimentación.

Los déficit de aminoácidos esenciales afectan mucho más a los niños que a

los adultos.

Hay que destacar que, si falta uno solo de ellos (aminoácido esenciales) no

será posible sintetizar ninguna de las proteínas en la que sea requerido

dicho aminoácido. Esto puede dar lugar a diferentes tipos de desnutrición,

según cual sea el aminoácido limitante.

Las proteínas

Las proteínas son moléculas formadas por aminoácidos unidos por enlace

peptídico. El número de aminoácidos suele ser mayor que cien y el peso

molecular excede de los 5.000 Daltons7.

La alternancia entre los enlaces rígidos (enlaces peptídicos) y los enlaces

móviles (enlaces intraaminoácido) hace que estas moléculas adquieran una

estructura bastante compleja.

Estas moléculas cumplen muchas y variadas funciones en los seres vivos.

Funciones de las proteínas

FUNCIONES

Las proteínas desempeñan distintas funciones en los seres vivos, como se

observa en la tabla siguiente:

Tipos Ejemplos Localización o función

Enzimas Ácido-graso-

sintetosa

Cataliza la síntesis de

ácidos grasos.

7En bioquímica, la unidad de masa atómica se denomina dalton (Da o D ). Una Unidad de masa atómica o uma, o Dalton nombrada en honor del químico John Dalton, es la más pequeña unidad de masa usada para expresar masas atómicas y masas moleculares . Equivale a una doceava parte de la masa del núcleo del isótopo más abundante del carbono: el 12C. Se corresponde aproximadamente con la masa de un protón (o un átomo de hidrógeno).

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Reserva Ovoalbúmina Clara de huevo.

Transportadoras Hemoglobina Transporta el oxígeno

en la sangre.

Protectoras en la sangre

Anticuerpos Bloquean a sustancias extrañas.

Hormonas Insulina Regula el metabolismo

de la glucosa.

Estructurales Colágeno Tendones, cartílagos,

pelos.

Contráctiles Miosina Constituyente de las

fibras musculares

El mayor grupo lo constituyen las enzimas, que son los biocatalizadores de

todos los procesos químicos que tienen lugar en los seres vivos. Las

enzimas, en su gran mayoría, son específicas para cada reacción.

Función estructural: forman estructuras

capaces de soportar gran tensión

continuada, como un tendón o el

armazón proteico de un hueso o un

cartílago. También pueden soportar

tensión de forma intermitente, como la

elastina de la piel o de un pulmón.

Además, forman estructuras celulares,

como la membrana plasmática o los

ribosomas.

Movimiento y contracción: la actina y la

miosina forman estructuras que producen

movimiento. Mueven los músculos

estriados y lisos. La actina genera

movimiento de contracción en muchos

tipos de células animales.

Transporte: algunas proteínas tienen la

capacidad de transportar sustancias, como

oxígeno o lípidos, o electrones.

Reserva energética: proteínas grandes,

generalmente con grupos fosfato, sirven

para acumular y producir energía, si se

necesita.

Función homeostática: consiste en

regular las constantes del medio interno,

tales como pH o cantidad de agua.

Función defensiva: las inmunoglobulinas

son proteínas producidas por linfocitos B, e

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implicadas en la defensa del organismo.

Función hormonal: algunas proteínas

funcionan como mensajeros de señales

hormonales, generando una respuesta en los órganos blanco.

Función enzimática: las enzimas

funcionan como biocatalizadores, ya que

controlan las reacciones metabólicas,

disminuyendo la energía de activación de

estas reacciones.

ESTRUCTURA DE LAS PROTEINAS

Estructura primaria

La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos de la proteína. Nos

indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica y el orden en que

dichos aminoácidos se encuentran. La función de una proteína depende de

su secuencia y de la forma que ésta adopte.

Estructura Secundaria.

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La estructura secundaria es la disposición de la secuencia de aminoácidos

en el espacio. Los aminoácidos, a medida que van siendo enlazados durante

la síntesis de proteínas y gracias a la capacidad de giro de sus

enlaces, adquieren una disposición espacial estable, la estructura

secundaria.

Existen dos tipos de estructura secundaria:

1. La a(alfa)-hélice

2. La conformación beta

Estructura terciaria

La estructura terciaria informa sobre la disposición de la estructura

secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí misma originando una

conformación globular.

En definitiva, es la estructura primaria la que determina cuál será la

secundaria y por tanto la terciaria..

Esta conformación globular facilita la solubilidad en agua y así realizar

funciones de transporte , enzimáticas , hormonales, etc.

Esta conformación globular se mantiene estable gracias a la existencia de

enlaces entre los radicales R de los aminoácidos. Aparecen varios tipos de

enlaces:

el puente disulfuro entre los radicales de aminoácidos que tiene azufre.

los puentes de hidrógeno.

los puentes eléctricos.

Estructura Cuaternaria

Esta estructura informa de la unión , mediante enlaces débiles ( no

covalentes) de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciaria, para

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formar un complejo proteico. Cada una de estas cadenas polipeptídicas

recibe el nombre de protómero.

LAS ENZIMAS

En todos los organismos es preciso sintetizar macromoléculas a partir de

moléculas sencillas, y para establecer los enlaces entre éstas se necesita energía. Esta energía se consigue rompiendo los enlaces químicos internos

de otras macromoléculas, sustancias de reserva o alimentos. Todo ello

comporta una serie de reacciones coordinadas cuyo conjunto se denomina

metabolismo.

Dado que las sustancias que intervienen en estas reacciones son,

generalmente, muy estables, se requeriría una gran cantidad de energía

para que reaccionaran entre sí, ya que, si no, la velocidad de reacción sería nula o demasiado lenta. Para acelerar la reacción en un laboratorio bastaría

con aumentar la temperatura o bien con añadir un catalizador, es decir, una

sustancia que aumente la velocidad de la reacción. En los seres vivos, un

aumento de temperatura puede provocar la muerte, por lo que se opta por

la otra posibilidad, es decir, el concurso de catalizadores biológicos o

biocatalizadores. Las moléculas que desempeñan esta función son las enzimas. Las enzimas son, proteínas globulares capaces de catalizar las

reacciones metabólicas.

Son solubles en agua y se difunden bien en los líquidos orgánicos. Pueden

actuar a nivel intracelular, es decir, en el interior de la célula donde se han

formado, o a nivel extracelular, en la zona donde se segregan.

Las enzimas cumplen las dos leyes comunes a todos los catalizadores: la primera es que durante la reacción no se alteran, y la segunda es que no

desplazan la constante de equilibrio para que se obtenga más producto,

sino que simplemente favorecen que la misma cantidad de producto se

obtenga en menos tiempo. Las enzimas, a diferencia de los catalizadores no

biológicos, presentan una gran especificidad, actúan a temperatura

ambiente y consiguen un aumento de la velocidad de reacción de

un millón a un trillón de veces.

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LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

Los ácidos nucleicos son grandes moléculas constituidas por la unión de

monómeros, llamados nucleótidos. Los ácidos nucleicos son el ADN y el

ARN.

Nucleótidos

Los nucleótidos son moléculas que se pueden presentar libres en la Naturaleza o polimerizadas, formando ácidos nucleicos. También pueden formar parte de otras moléculas que no son ácidos nucleicos, como moléculas portadoras de energía o coenzimas.

Los nucleótidos se forman por la unión de una base nitrogenada, una pentosa y uno o más ácidos fosfóricos. La unión de una pentosa y una base nitrogenada origina un nucleósido, y su enlace se llama N - glucosídico. Por ello, también un nucleótido es un nucleósido unido a uno o más ácidos fosfóricos.

Las bases nitrogenadas pueden ser Púricas o Pirimidínicas.

Las pentosas pueden ser Ribosa, que forma nucleótidos libres y los

nucleótidos componentes del ARN, y Desoxirribosa, que forma los

nucleótidos componentes del ADN. Los carbonos que constituyen las pentosas se renumeran, denominándolos con números prima (5' por

ejemplo), para no confundirlos en nomenclatura con los carbonos de la base

nitrogenada.

La nomenclatura de los nucleótidos es compleja, pero sigue una

estructuración. Los nucleótidos de bases púricas se denominan:

Adenosin, (mono, di o tri fosfato), para la base nitrogenada

Adenina. Guanosin, (mono, di o tri fosfato), para la base nitrogenada

Guanina. Llevan el prefijo desoxi-, en el caso de estar formadas por

la pentosa desoxirribosa.

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Los nucleótidos de bases pirimidínicas se llaman:

Citidin, (mono, di o tri fosfato), para la base nitrogenada Citosina.

Timidin, (mono, di o tri fosfato), para la base nitrogenada Timina.

Uridin, (mono, di o tri fosfato), para la base nitrogenada Uracilo.

Llevan el prefijo desoxi-, en el caso de estar formadas por la pentosa desoxirribosa.

EL ADN

El ADN es el Ácido DesoxirriboNucleico. Es el tipo de molécula más

compleja que se conoce. Su secuencia de nucleótidos contiene la información necesaria para poder controlar el metabolismo un ser vivo. El

ADN es el lugar donde reside la información genética de un ser vivo. El estudio de su estructura se puede hacer a varios niveles, apareciendo

estructuras, primaria, secundaria, terciaria, cuaternaria y niveles de empaquetamiento superiores.

Estructura primaria

El ADN está compuesto por una secuencia de nucleótidos formados por

desoxirribosa. Las bases nitrogenadas que se hallan formando los

nucleótidos de ADN son Adenina, Guanina, Citosina y Timina. No

aparece Uracilo. Los nucleótidos se unen entre sí mediante el grupo fosfato

del segundo nucleótido, que sirve de puente de unión entre el carbono 5' del primer nucleótido y el carbono 3' de siguiente nucleótido.

Como el primer nucleótido tiene libre el carbono 5' y el siguiente nucleótido

tiene libre el carbono 3', se dice que la secuencia de nucleótidos se ordena desde 5' a 3' (5' → 3').

Estructura secundaria

La estructura secundaria del ADN fue propuesta por James Watson y

Francis Crick, y la llamaron el modelo de doble hélice de ADN.

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Este modelo está formado por dos hebras de nucleótidos. Estas dos hebras se sitúan de forma antiparalela, es decir, una orientada en sentido 5' → 3' y la otra de 3' → 5'. Las dos están paralelas, formando puentes de Hidrógeno

entre las bases nitrogenadas enfrentadas.

Cuando en una hebra encontramos Adenina,

en la otra hebra hallamos Timina. Cuando en una hebra encontramos Guanina, en la otra

hallamos Citosina. Estas bases enfrentadas son

las que constituyen los puentes de Hidrógeno.

Adenina forma dos puentes de Hidrógeno con

Timina. Guanina forma tres puentes de

Hidrógeno con la Citosina.

Las dos hebras están enrolladas en torno a un

eje imaginario, que gira en contra del sentido

de las agujas de un reloj. Las vueltas de estas

hélices se estabilizan mediante puentes de

Hidrógeno.

Esta estructura permite que las hebras que se

formen por duplicación de ADN sean copia complementaria de cada una de las hebras

existentes.

Estructura terciaria

El ADN es una molécula muy larga en algunas especies y, sin

embargo, en las células eucariotas se encuentra alojado dentro del

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minúsculo núcleo. Cuando el ADN se une a proteínas básicas, la

estructura se compacta mucho.

Las proteínas básicas son Histonas o Protaminas.

La unión con Histonas genera la estructura denominada nucleo-soma.

Cada nucleosoma está compuesto por

una estructura voluminosa, denominada

core, seguida por un eslabón o "Linker".

El core está compuesto por un octámero

de proteínas, Histonas, denominadas H2A, H2B, H3 y H4. Cada tipo de histona

se presenta en número par. Esta

estructura está rodeada por un tramo de

ADN que da una vuelta y 3/4 en torno al

octámero. El Linker está formado por un

tramo de ADN que une un nucleosoma con otro y una histona H1.

El conjunto de la estructura se denomina

fibra de cromatina de 100Å. Tiene un

aspecto repetitivo en forma de collar de

perlas, donde las perlas serían los

nucleosomas, unidos por los linker.

El ADN debe encontrarse más compacto en el núcleo de los espermatozoides. En

este caso, el ADN se une a proteínas de

carácter más básico, denominadas

Protaminas. El ADN se enrolla sobre

estas proteínas, formando una estructura

muy compacta, denominada estructura cristalina del ADN.

Estructura cuaternaria

La cromatina en el núcleo tiene un grosor de 300Å. La fibra de cromatina de

100Å se empaqueta formando una fibra de cromatina de 300Å. El

enrollamiento que sufre el conjunto de nucleosomas recibe el nombre de

solenoide.

Los solenoides se enrollan formando la cromatina del núcleo interfásico de la célula eucariota. Cuando la célula entra en división, el ADN se compacta

más, formando los cromosomas.

EL ARN

El Ácido RiboNucleico está constituido por la unión de nucleótidos formados

por una pentosa, la Ribosa, un bases nitrogenadas, que son Adenina, Guanina, Citosina y Uracilo. No aparece la Timina.

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Los nucleótidos se unen formando una cadena con una ordenación en la que

el primer nucleótido tiene libre el carbono 5’ de la pentosa. El último

nucleótido tiene libre el carbono 3’. Por ello, se dice que la ordenación de

la secuencia de nucleótidos va desde 5’ a 3’ .

En la célula aparecen cuatro tipos de ARN, con distintas funciones, que son el ARN mensajero, el ARN ribosómico, el ARN transferente y el ARN

heteronuclear.

ARN mensajero (ARNm)

ARN lineal, que contiene la información,

copiada del ADN, para sintetizar una proteína. Se forma en el núcleo celular, a

partir de una secuencia de ADN. Sale del

núcleo y se asocia a ribosomas, donde se

construye la proteína. A cada tres

nucleótidos (codon) corresponde un

aminoácido distinto. Así, la secuencia de aminoácidos de la proteína está configurada

a partir de la secuencia de los nucleótidos

del ARNm.

ARN ribosómico (ARNr)

El ARN ribosómico, o ribosomal, unido a

proteínas de carácter básico, forma los

ribosomas. Los ribosomas son las estructuras celulares donde se ensamblan

aminoácidos para formar proteínas, a partir

de la información que transmite el ARN

mensajero. Hay dos tipos de ribosomas,

el que se encuentra en células procariotas y

en el interior de mitocondrias y cloroplastos, y el que se encuentra en el hialoplasma o en

el retículo endoplásmico de células

eucariotas.

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ARN transferente (ARNt)

El ARN transferente o soluble es un ARN

no lineal. En él se pueden observar tramos

de doble hélice intracatenaria, es decir,

entre las bases que son complementarias,

dentro de la misma cadena. Esta

estructura se estabiliza mediante puentes de Hidrógeno.

Además de los nucleótidos de Adenina,

Guanina, Citosina y Uracilo, el ARN

transferente presenta otros nucleótidos

con bases modificadas. Estos

nucleótidos no pueden emparejarse, y su existencia genera puntos de apertura en la

hélice, produciendo bucles.

En el ARNt se distinguen tres tramos

(brazos). En uno de ellos (1 en la figura),

aparece una secuencia de tres nucleótidos,

denominada anticodon. Esta secuencia es

complementaria con una secuencia del

ARNm, el codon. En el brazo opuesto (2

en la figura), en el extremo 3' de la

cadena, se une un aminoácido

específico predeterminado por la

secuencia de anticodon.

La función del ARNt consiste en llevar un

aminoácido específico al ribosoma. En él

se une a la secuencia complementaria del

ARNm, mediante el anticodon. A la vez,

transfiere el aminoácido

correspondiente a la secuencia de

aminoácidos que está formándose en el

ribosoma.

ARN heteronuclear (ARNhn)

El ARN heteronuclear, o heterogéneo nuclear, agrupa a todos los tipos de

ARN que acaban de ser transcritos (pre-ARN). Son moléculas de diversos tamaños.

Este ARN se encuentra en el núcleo de las células eucariotas. En células

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procariotas no aparece.

Su función consiste en ser el precursor de los distintos tipos de ARN.

LA ESTRUCTURA Y EL FUNCIONAMIENTO DE LA CÉLULA

La célula es la unidad estructural y funcional de vida. En ella se

realizan todos los procesos que hacen posible la constitución de las

transformaciones vitales. Es una unidad que se repite en todos los

seres vivos. Consta de una serie de orgánulos que, con sus

estructuras definidas, son capaces de realizar complejas reacciones químicas que transforman energía en materia y materia en energía:

metabolismo celular.

Estas unidades de vida abarcan la totalidad de los seres que

comprenden los cinco reinos de la naturaleza, bien en estado

independiente y solitario (seres unicelulares) o bien agregadas y

unidas, organizadas y con reparto de funciones (seres pluricelulares).

Las formas, tamaños y composición o cantidad de determinados

orgánulos en las células varía de unos tipos celulares a otros, si

bien la estructura general se mantiene constante e invariable.

A lo largo de este tema recorreremos la célula de fuera hacia

dentro y captaremos la estructura, composición y función de cada

pieza básica de esta "unidad de vida".

FORMA, TAMAÑO Y ESTRUCTURA GENERAL DE LA CÉLULA:

La célula es una estructura constituida por tres elementos básicos: membrana

plasmática, citoplasma y material genético (ADN). Posee la capacidad de realizar

tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción. La célula es la unidad más simple conocida, lleva a cabo esas tres funciones

vitales por sí misma, es decir, sin necesidad de otros seres vivos.

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Los virus, aunque considerados por algunos autores como

seres vivos, precisan invadir a una célula viva para

conseguir la reproducción, por lo tanto no son la forma

más simple de vida autónoma. Deben ser considerados

como materia viva, pero son una forma de vida acelular.

Las células presentan una gran variabilidad de formas, e incluso,

algunas no ofrecen una forma fija. Pueden ser: fusiformes (forma de

huso), estrelladas, prismáticas, aplanadas, elípticas, globosas o

redondeadas, etc. Algunas no tienen una pared rígida y otras sí, lo que

les permite deformar la membrana y emitir prolongaciones citoplasmáticas (pseudópodos) para desplazarse o conseguir alimento.

Hay células libres que no muestran esas estructuras de desplazamiento

pero poseen cilios o flagelos que son estructuras derivadas de un

orgánulo celular (centriolo) el cual dota a estas células de movimiento.

Las células pueden estar unidas, formando tejidos, y pueden no poseer

una pared rígida que las envuelva. En este sentido, las uniones entre células generan un tipo de tensiones que condiciona la forma final del

tejido resultante.

Los tejidos formados por células que sí poseen esta rígida pared celular

por el contrario presentan una forma mucho más estable.

La función que realice la célula determina la forma de la misma. Así encontramos diferentes tipos de células: células contráctiles que suelen

ser alargadas. Las del tejido nervioso irregulares y con prolongaciones que

permiten la transmisión del impulso nervioso. Las del intestino suelen

tener pliegues en una de sus caras (microvellosidades) que amplían la

superficie de contacto y de intercambio de sustancias. Y, finalmente, las

epiteliales que suelen ser cúbicas o prismáticas.

El tamaño es extremadamente variable. Existen bacterias con 1 y 2

micras de longitud. Las células humanas presentan mucha variabilidad:

glóbulos rojos de 7 micras, células del hígado con 20 micras,

espermatozoides de 53 micras y oocitos de 150 micras.

En los vegetales los granos de polen pueden llegar a medir de 200 a 300

micras y algunos oocitos de aves pueden medir entre 1 (codorniz) y 7

centímetros (avestruz) de diámetro. En cualquier caso, para la viabilidad de la célula y su correcto

funcionamiento siempre se debe tener en cuenta la relación superficie-

volumen. Puede aumentar considerablemente el volumen de la célula y

no así su superficie de intercambio de membrana lo que dificultaría el nivel

y regulación de los intercambios de sustancias vitales para la célula.

También es importante la relación entre volumen citoplasmático y

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volumen nuclear. El mismo número de cromosomas no puede controlar

un aumento de volumen desproporcionado, puesto que no regularía y ni controlaría adecuadamente las funciones de toda la célula.

Dentro de la estructura general de una célula debemos señalar las

partes que poseen todas las células de forma común: membrana

plasmática, citoplasma y ADN o material genético y los orgánulos o

estructuras que las hacen diferentes según sean procariotas,

eucariotas, animales y vegetales.

Las células procariotas son propias del

reino moneras (bacterias y cianobacterias).

Tienen en común con el resto de las células

de otros organismos vivos una membrana

plasmática, citoplasma y material genético,

pero además muestran, por fuera de la

membrana plasmática, una gruesa pared celular. En su interior son mucho más simples

que las eucariotas y sólo existen ribosomas y

unas pequeñas invaginaciones de la membrana, llamadas mesosomas.

No presentan núcleo y su ADN se encuentra más o menos condensado en

una porción del citoplasma llamada nucleoide.

Las células eucariotas son

propias del resto de los reinos

de la naturaleza (protoctista,

hongos, animal y vegetal).

Presentan membrana

plasmática, citoplasma (más

complicado que en procariotas) que contiene un complejo

sistema endomembranoso

(retículos, aparato de Golgi,

vesículas, vacuolas, etc.), unos

orgánulos transductores de

energía (mitocondrias y cloroplastos) y estructuras

carentes de membrana (centríolos, ribosomas, microtúbulos y

microfilamentos). El núcleo de estas células está independiente del resto

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del citoplasma por una membrana nuclear con numerosos poros. Este

núcleo contiene el ADN de la célula condensado en cromosomas o

descondensado en cromatina, según el momento del ciclo celular .

ORGÁNULOS CELULARES.

Las células eucariotas presentan un complejo sistema de membranas internas que llega a ocupar la mitad de la célula. Es el sistema

endomembranoso que

divide la célula en

diversos

compartimentos (ap.

Golgi, retículo

endoplasmático, vesículas, lisosomas,

etc.). En cada uno de

ellos se realiza una

función específica, una

reacción bioquímica

vital para el correcto funcionamiento de la

célula. Muchos de los

orgánulos celulares

están interrelacionados

y complementan su

función. Existen dos tipos de compartimentos, además de los del sistema endomembranoso que muestran una doble membrana y son orgánulos

productores de energía: mitocondrias y cloroplastos.

Los Ribosomas.

Los ribosomas son estructuras globulares, carentes de membrana.

Están formados químicamente por varias proteínas asociadas a ARN

ribosomico procedente del nucléolo. Pueden encontrarse libres en el citoplasma o adheridos a las membranas del retículo endoplasmático.

Unas proteínas (riboforinas) sirven de nexo entre ambas estructuras.

Su estructura es sencilla: dos subunidades (una mayor o otra menor)

de diferente coeficiente de sedimentación.

Su función consiste únicamente en ser el orgánulo lector del ARN

mensajero, con órdenes de ensamblar los aminoácidos que formarán la

proteína. Son orgánulos sintetizadores de proteínas.

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Retículo Endoplasmático.

El retículo endoplasmático es un sistema membranoso cuya

estructura consiste en una red de sáculos aplanados o cisternas,

sáculos globosos o vesículas y túbulos sinuosos que se extienden por

todo el citoplasma y comunican con la membrana nuclear externa. Dentro de esos sacos aplanados existe un espacio llamado lúmen que

almacena las sustancias. Existen dos clases de retículo endoplasmático:

R.E. rugoso (con ribosomas adheridos) y R.E. liso (libres de ribosomas

asociados).

Su función primordial es la síntesis de proteínas, la síntesis de lípidos

constituyentes de membrana y la participación en procesos de detoxificación de la célula.

Aparato de Golgi.

El aparato de Golgi forma parte del sistema membranoso celular. Está formado por una estructura de sacos aplanados o cisternas (dictiosoma) acompañados de vesículas de secreción. Se sitúa próximo al núcleo y en células animales rodeando al centríolo. Las cisternas poseen una cara cis y otra trans, con orientaciones diferentes. La cara cis se orienta hacia el RER y la trans hacia la membrana citoplasmática. Las conexiones entre cisternas se realizan por vesículas de transición.

Las funciones del Ap. De Golgi son diversas: desempeña un papel organizador dentro de la célula, participa en el transporte, maduración,

clasificación y distribución de proteínas, termina la glucosilación de

lípidos y proteínas y sintetiza mucopolisacáridos de la matriz extracelular

de células animales y sustancias como pectina, celulosa y hemicelulosa

que forman la pared de las vegetales.

Lisosomas.

Los lisosomas son vesículas procedentes del Ap. De Golgi que contienen

enzimas digestivas como hidrolasas ácidas.

Tienen una estructura muy sencilla, basada fundamentalmente en una

membrana plasmática que almacena en su interior las proteínas. La cara interior de la membrana está muy glucosilada para impedir el ataque de

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las propias enzimas de su contenido interno.

Su función consiste en realizar la digestión de la materia orgánica,

rompiendo enlaces fosfoestéricos y liberando grupos fosfato con su

enzima principal la fosfatasa ácida. Necesitan un Ph de entre 3-6 por lo

tanto meten protones hacia su interior gastando ATP.

Vacuolas e inclusiones.

Las vacuolas son vesículas constituidas por una membrana plasmática en cuyo interior existe fundamentalmente agua. Cuando además de agua

existen otras sustancias de forma predominante se llaman inclusiones.

Se forman a partir del retículo endoplasmático, del aparato de Golgi o de

invaginaciones de la membrana plasmática. En animales suelen ser

pequeñas y se llaman vesículas. En vegetales son muy grandes y se

llaman tonoplastos que pueden llegar a formar hasta un 50-90% del

volumen celular.

Sus funciones son: acumular agua aumentando el volumen de la célula

sin aumentar el tamaño del citoplasma ni su salinidad; almacenar

sustancias energéticas, tóxicas, venenos, sustancias de desecho, etc.

Constituyen el medio de transporte de sustancias entre orgánulos del

sistema endomembranoso. En células animales existen además vacuolas

fagocíticas, pinnocíticas y pulsátiles. Entre las inclusiones, las funciones más importantes son almacenar

resinas o látex.

Mitocondrias.

Las mitocondrias son orgánulos celulares que se encargan de la

obtención de la energía mediante la respiración celular, proceso de

oxidación en el que intervienen las ATP sintetasas. La energía obtenida se

guarda en forma de ATP. Es un orgánulo común a células animales y vegetales.

Estructura: son orgánulos polimorfos, esféricos o como bastoncillos.

Poseen una doble membrana (externa e interna), separada por un espacio

intermembranoso. La membrana interior se pliega y produce unas crestas

mitocondriales. En el interior de la mitocondria existe un gel llamado

matriz mitocondrial. En la membrana interna, en las crestas mitocondriales, se sitúan las ATP sintetasas. En su interior posee un

cromosoma independiente de el que posee el núcleo celular.

Funciones: realizan la respiración celular o mitocondrial; en la matriz se

efectúa el ciclo de Krebs, la oxidación de los ácidos grasos, la biosíntesis

de proteínas en los ribosomas y la duplicación del ADN mitocondrial

Cloroplastos.

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Los cloroplastos son orgánulos típicos y exclusivos de las células

vegetales que poseen clorofila. Por ellos las plantas son capaces de

realizar el proceso de fotosíntesis, proceso que transforma la energía

luminosa en energía química contenida en las moléculas de ATP. Como las

mitocondrias, también producen energía.

Estructura: son polimorfos y de color verde por la acumulación de

clorofila. Su forma más frecuente es lenticular, ovoide o esférico. También

presenta una doble membrana (externa e interna) y entre ellas un espacio

intermembranoso. El interior se rellena por un gel llamado estroma.

Presenta un ADN independiente del núcleo y plastorribosomas. Inmersos

en el estroma existen unos sacos aplanados llamados tilacoides o lamelas

cuyo interior se llama lúmen. Los tilacoides pueden extenderse por todo el estroma o apilarse formando paquetes llamados grana. En la membrana

de los grana o tilacoides se ubican los sistemas enzimáticos que captan la

energía del sol y efectúan el transporte de electrones para formar ATP.

Función: la más importante es la realización de la fotosíntesis en la que,

aparte de la transformación energética, existe una transformación de materia inorgánica a orgánica, utilizando el ATP sintetizado a partir de la

luz solar. En el cloroplasto se produce la fase luminosa y oscura de la

fotosíntesis además de la biosíntesis de proteínas y la duplicación de su

propio ADN

EL NÚCLEO:

El núcleo es una estructura constituida por una doble membrana,

denominada envoltura nuclear que rodea al ADN de la célula

separándolo del citoplasma. El medio interno se denomina

nucleoplasma y en él están sumergidas, más o menos condensadas, las

fibras de ADN que se llaman cromatina y corpúsculos formados por ARN

conocidos como nucléolos.

Envoltura nuclear.

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La envoltura nuclear presenta una estructura basada en una doble

membrana. Entre la membrana externa e interna de esa envoltura existe

un espacio intermembranal, llamado espacio perinuclear. Bajo la

membrana interna existe una capa de proteínas fibrilares llamada lámina

fibrosa. El origen de la membrana nuclear es el retículo endoplasmático. Presenta una serie de poros que comunican ambos sistemas. Estos poros

tienen una compleja estructura basada en la organización de una serie

de proteínas que forman el complejo del poro nuclear.

Las funciones de esta envoltura son: separar al citoplasma del

nucleoplasma, y mantener separados los procesos metabólicos de ambos

medios. Además regula el intercambio de sustancias a través de los

poros y la lámina nuclear permite la unión con las fibras de ADN para formar los cromosomas.