Unidad No. 2: LA QUÌMICA DE LA VIDA

BIOELEMENTOS Y BIOCOMPUESTOS

BIOELEMENTOS

Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hallan en la corteza terrestre, sólo unos 25 son componentes de los seres vivos. Se denominan elementos biogénicos o bioelementos a aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos.

BIOCOMPUESTOS INORGÀNICOS: EL AGUA

El agua es una molécula formada por dos átomos de Hidrógeno y uno de Oxígeno. La unión de esos elementos con diferente electronegatividad proporciona estas características poco frecuentes:

• 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 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: 1. Acción disolvente: El agua es el líquido que

más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares (alcoholes, azúcares con grupos R-OH, aminoácidos y proteínas). con grupos que presentan cargas + y - , lo que da lugar a disoluciones moleculares.

2.-Elevada fuerza de cohesión y adhesión: Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos.

2.-Elevada fuerza de cohesión y adhesión: Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos.

3. Gran calor específico: También esta propiedad está en relación con los puentes de hidrógeno que se forman entre las moléculas de agua. El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los p.d. h. por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Esto permite que el citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante.

BIOCOMPUESTOS ORGÀNICOS

MONOSACÀRIDOS: GLUCOSA,GALACTOSA, FRUCTUOSA

DISACÀRIDOS: MALTOSA, SACAROSA Y LACTOSA

HIDRÓLISIS EN DISACÁRIDOS: Los disacáridos y los polisacáridos deben

ser hidrolizados hasta monosacáridos para poder pasar la pared intestinal para llegar al torrente sanguíneo y poder ingresar al interior de las células para su utilización.

HIDRÒLISIS EN DISACÀRIDOS

HIDRÓLISIS EN DISACÁRIDOS: Los disacáridos y los polisacáridos deben

ser hidrolizados hasta monosacáridos para poder pasar la pared intestinal para llegar al torrente sanguíneo y poder ingresar al interior de las células para su utilización.

CONDENSACIÓN EN MONOSACÁRIDOS

CONDENSACIÓN EN POLISACÁRIDOS: ALMIDÓN

CONDENSACIÓN EN AMINOÁCIDO-DIPÉPTIDO

FORMACIÓN DE PROTEÍNAS

FUNCIONES DE LOS LÌPIDOS:

-Reserva energética en situaciones difíciles.

-Aislamiento térmico – producción de calor, para largos periodos de hibernación.

-Reserva de agua para animales del desierto.

USO DE GLÙCIDOS Y LÌPIDOS: Glucosa: Biomolécula combustible más

importante por su aporte de energía en animales, y en plantas el almidón.

Lípidos: Constituyente principal en células

que almacenan grasa en animales y vegetales, reserva alimenticia en ambos.

ÁCIDOS NUCLEICOS: ADN

COMPONENTES DEL ADN

El ácido desoxirribonucleico, frecuentemente abreviado como ADN, es un tipo de ácido nucleico, una macromolécula que forma parte de todas las células. Contiene la información genética usada en el desarrollo y el funcionamiento de los organismos vivos conocidos y de algunos virus, y es responsable de su transmisión hereditaria.

Estructura de soporte: La estructura de soporte

de una hebra de ADN está formada por unidades alternas de grupos fosfato, azúcar y bases nitrogenadas:

El grupo fosfato formado por el ácido fosfórico ( fórmula química H3PO4). Cada nucleótido puede contener uno (monofosfato: AMP), dos (difosfato: ADP) o tres (trifosfato: ATP) grupos de ácido fosfórico.

El azúcar es un monosacárido de 5 átomos de carbono (una pentosa desoxirribosa)) derivado de la ribosa, que forma parte de la estructura de nucleótidos del ADN. Su fórmula es C5H10O4.

Las cuatro bases nitrogenadas mayoritarias que se encuentran en el ADN son la adenina (A), la citosina (C), la guanina (G) y la timina (T). Las bases, se clasifican en dos grupos: las purinas (adenina y guanina), formadas por dos anillos unidos entre sí, y las pirimidinas (citosina y timina), con un solo anillo.

Lo que distingue a un vagón (nucleótido) de otro

es entonces, la base nitrogenada, y por ello la secuencia del ADN se especifica nombrando sólo la secuencia de sus bases. La disposición secuencial de estas cuatro bases a lo largo de la cadena (el ordenamiento de los cuatro tipos de vagones a lo largo de todo el tren) es la que codifica la información genética: por ejemplo, una secuencia de ADN puede ser ATGCTAGCTACG...

En los organismos vivos, el ADN se presenta

como una doble cadena de nucleótidos, en la que las dos hebras están unidas entre sí por unas conexiones denominadas puentes de hidrógeno (entre las bases nitrogenadas).

La base nitrogenada y el azúcar se unen a través

de enlaces covalentes, igualmente entre el azúcar desoxirribosa y el grupo fosfato.

FORMACIÓN DOBLE HÉLICE ADN El ADN (ácido desoxirribonucleico) es una

molécula de doble cadena que se dobla en una hélice como una escalera en espiral. Cada cadena está compuesta de una columna de azúcar-fosfato y bases nitrogenadas. Las cuatro bases que conforman los escalones en la escalera en espiral son adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G).

Estas escaleras actúan como las "letras" de un alfabeto genético, combinándose en secuencias complejas para formar palabras, oraciones y párrafos que actúan como instrucciones para guiar la formación y funcionamiento de la célula.

Los datos históricos del ADN contribuyeron a ir aportando luces sobre su composición y estructura. Pero ninguno de ellos era realmente concluyente, hasta que Watson y Crick, (1.944) recogiendo estos datos y otros relativos a las características moleculares de las bases nitrogenadas, proponen lo que se conoce como modelo de la doble hélice.

REPLICACIÓN DEL ADN Una de las características más notables del ADN

es su capacidad de replicarse. Vale decir que el ADN es capaz de formar copias de sí mismo. El proceso de autoduplicación del ADN se lleva a cabo en el período S del ciclo celular. Esta etapa es un paso previo obligado para realizar la división celular en la etapa M del ciclo. Los genes deben poseer tres funciones principales, como portadores del material hereditario:

- Deben ser capaces, por medio de una replicación fiel, de transmitir la información genética de generación en generación.

-Deben contener la información necesaria para sintetizar todas las proteínas fundamentales para permitir el normal desarrollo de la célula.

-Deben aceptar cambios ocasionales como forma de evolución, es decir, deber aceptar la capacidad de mutar.

La replicación permite que el ADN sea capaz de cumplir con las funciones anteriormente mencionadas. La réplica del material hereditario es un producto directo de este proceso; la información para la síntesis de las proteínas está asegurada por medio de la replicación y los errores en la replicación posibilitan y generan cambios que pueden llevar a la evolución.

La replicación del ADN es Semiconservativa, puesto que las dos cadenas del ADN sirven de patrón para la síntesis de las nuevas cadenas. Cada doble hélice hija, producto del proceso de autoduplicación, tendrá una cadena recién sintetizada (nueva) y otra cadena que, con anterioridad, formaba parte de la molécula parental.

ENZIMAS RESPONSABLES DE LA REPLICACIÓN

ADN polimerasa: Es la principal enzima de este proceso. Ella es capaz de sintetizar nuevas cadenas de ADN, a partir de una hebra patrón y las unidades estructurales correspondientes (desoxirribonucleótidos).

Helicasas: Son las enzimas encargadas de separar las dos hebras del ADN, son responsables de la ruptura de las uniones puentes de Hidrógeno que se establecen entre las bases de las dos cadenas del ADN. Para poder separar las dos hebras del ADN se necesitará energía, que es obtenida de la hidrólisis del ATP. Por cada dos pares de bases que separan, se gastan dos moléculas de ATP.

ESTRUCTURA DEL ARN

El Acido Ribonucleico (ARN) fue descubierto después del ADN. Recordemos que el ADN se encuentra restringido al núcleo de los eucariotas (como excepción también se encuentra presente en cloroplastos y mitocondrias) y a la región nuclear de los procariotas.

ESTRUCTURA DEL ARN

El Acido Ribonucleico (ARN) fue descubierto después del ADN. Recordemos que el ADN se encuentra restringido al núcleo de los eucariotas (como excepción también se encuentra presente en cloroplastos y mitocondrias) y a la región nuclear de los procariotas.

TRANSCRIPCIÓN Y TRADUCCIÓN DEL ARN: Ocurre en el núcleo, una vez que se conforman

las dos cadenas nuevas de ADN, lo que sigue es pasar la información contenida en estas cadenas a una cadena de ARN, proceso que se conoce como transcripción. Aquí la enzima responsable es la ARN polimerasa, la cual se une a una secuencia específica en el ADN denominada promotor y sintetiza ARN a partir de ADN.

La transcripción de genes puede dar lugar a ARN mensajero (ARNm, molécula que sirve como molde de la traducción), ARN ribosomal (ARNr, que forma parte de los ribosomas, un complejo compuesto por proteínas, donde se realiza el proceso de traducción) y ARN de transferencia (ARNt, moléculas que funcionan como adaptadores en el proceso de traducción para formar proteínas).

La traducción ocurre en el citoplasma, y es la construcción de una secuencia de aminoácidos (polipéptido o proteína) con la información proporcionada por la molécula de ARN.

El ARN mensajero (ARNm) es el molde para la construcción de la proteína. El ARN ribosómico (ARNr) se encuentra en el sitio donde se construye la proteína: el ribosoma. El ARN de transferencia (tARN) es el transportador que coloca el aminoácido apropiado en el sitio correspondiente.

EL CÓDIGO GENÉTICO:

El código genético consiste en 61 codones para aminoácidos y 3 codones de terminación, que detienen el proceso de traducción.

Cada triplete constituye un codón: existen en total 64 codones, 61 de los cuales sirven para cifrar aminoácidos y 3 para marcar el cese de la traducción. Tal cantidad deriva de una relación matemática simple: los cuatro nucleótidos (A, U, C y G) se combinan de a tres, por lo que pueden generarse 64.

Dado que existen más codones, (61) que tipos de aminoácidos (20), casi todos pueden ser reconocidos por más de un codón, por lo que algunos tripletes son como "sinónimos". Solamente el triptófano y la metionina -dos de los aminoácidos menos frecuentes en las proteínas - son codificados, cada uno, por un solo codón.

Por ejemplo: Al codón "AUG" se le acopla el anticódon "UAC" del ARNt, y de esta forma se añade la metionina (que antes estaba unida al ARNm) a la nueva proteína. Luego el ARNt vuelve al citoplasma para buscar unirse a otra metionina.

Cada nucleótido tiene un solo complemento, "A" y "U" son complementos, y también "G" y "C". De esta forma cada codón tiene un solo anticodón, y cada anticodón tiene un solo codón.

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS: La información genética para sintetizar proteínas

originalmente se encuentra en el ADN, en forma de una secuencia de nucleótidos (adenina, guanina, timina y citosina). Esa secuencia es copiada en forma de ARN (donde la timina es remplazada por uracilo), denominado ARN mensajero o simplemente ARNm. En esa secuencia, cada serie de tres nucleótidos denominada codón indica que en ese sitio debe codificarse un aminoácido específico en la proteína.

Luego, las moléculas de ARN de transferencia (o ARNt) transportan los aminoácidos hacia el ribosoma (orgánulo donde se sintetizan las proteínas). En ese momento al codón del ARNm se le acopla el anticodón del ARNt correspondiente, añadiendo el aminoácido que estaba unido al ARNt a la proteína que está sintetizándose.