TEMA 1: LA MATERIA VIVA

1.1 Los bioelementos y las moléculas

Los bioelementos son aquellos elementos que se encuentran formando parte de los seres vivos. Unos 70 elementos de la tabla periódica son los que pueden formar parte de los seres vivos. Estos se clasifican según su abundancia y según su abundancia y presencia. La primera (según su abundancia) los divide en elementos plásticos y oligoelementos. Los plásticos tienen una concentración superior al 0,01% y los oligoelementos se encuentran con una concentración inferior al 0,01%. Otra forma de clasificarlos es según su abundancia y presencia y hablamos de bioelementos primarios y de bioelementos secundarios. Los primarios siempre están presentes en los seres vivos y además en gran concentración (más del 96,5%). Los bioelementos secundarios se encuentran en una proporción menor (en torno al 3,5%), dentro de éstos hay dos categorías, indispensable, que se encuentran siempre y los variables que son aquellos que pueden estar o no en los seres vivos. Hay elementos que pueden tener una doble clasificación.

• Carbono: Se puede considerar uno de los bioelementos primarios más importante, ya que la vida se basa en la química del carbono. Además es la base de la mayor parte de nuestras moléculas ya que debido a su estructura, permite la formación de cadenas lineales suficientemente largas y estables pero al mismo tiempo flexibles con capacidades de rotación y que permiten la formación de estructuras tridimensionales. Esto es esencial para la formación de la estructura de los seres vivos y al mismo tiempo con capacidad de intercambio para permitir el metabolismo celular.
• Hidrógeno: Es ideal para combinarse con cualquiera otro debido a su pequeño tamaño y a su único electrón desapareado.
• Oxígeno: Su importancia se debe a su elevada electronegatividad, lo que permite capturar electrones de otros átomos, provocando la oxidación de los otros compuestos. Este proceso de oxidación es la base para la obtención en las reacciones metabólicas.
• Nitrógeno: Es esencial para la formación de moléculas como por ejemplo las proteínas, que están formadas por aminoácidos.
• Azufre: También esencial en algunos aminoácidos de las proteínas donde forma enlaces por puentes di sulfuro para el mantenimiento de la estructura de las proteínas.
• Fósforo: Es fundamental porque forma parte de la principal molécula para iniciar el intercambio energético, el ATP (adenosin trifosfato). Es imprescindible para la formación del ADN y del ARN. Además forma parte de los huesos de los vertebrados, ya que se encarga de dar dureza.

Dentro de los elementos secundarios indispensables destacan:

• Calcio: Tiene función estructural en forma de carbonato cálcico, que forma parte de caparazones, además interviene en la coagulación sanguínea, en la contracción muscular y en la permeabilidad de la membrana.
• Magnesio: Es importante porque es un componente esencial de muchas enzimas y de la clorofila. Además interviene en los procesos de síntesis del ATP, del ARN y del ADN.
• Sodio y potasio: son dos de los principales iones encargados del mantenimiento de la presión osmótica del interior celular. Intervienen en los procesos de paso de aniones, iones negativos hacia el interior celular, e intervienen en los procesos de transmisión del impulso nervioso. Por su parte el potasio actúa como factor de coagulación del plasma sanguíneo.
• Cloro: Es el principal anión de nuestra sangre, como en el caso anterior interviene en los procesos de mantenimiento de la presión osmótica.
• Hierro: Es un elemento secundario y a la vez un oligoelemento, sin embargo es esencial para los seres vivos porque forma parte de los cito cromos (proteínas de carácter informático) que intervienen en la respiración celular y porque interviene formando parte de la hemoglobina. Hay animales para los que no es esencial.
• Flúor: Es un bioelemento secundario de carácter variable. En los organismos en los que está presente tiene una función estructural formando parte del esmalte de los dientes.
• Manganeso: es un oligoelemento y su importancia se debe a que es un factor de crecimiento y también está presente en las moléculas responsables de la degradación de las proteínas.
• Cobalto: es un oligoelemento esencial para la formación de la vitamina B-12.
• Silicio: Es un bioelemento secundario variable que tiene función estructural en plantas y en algunos animales.
• Yodo: es un bioelemento secundario variable, pero es indispensable para la glándula tiroidea.

1.2 Biomoléculas. Definición y clasificación.

Las biomoléculas son compuestos formados por la unión de dos o más átomos que se encuentran presentes en los seres vivos. Las uniones entre los átomos se producen por enlaces iónicos o covalentes. Los primeros son mas propios de las biomoléculas inorgánicas y los segundos de las biomoléculas orgánicas. El enlace metálico es mucho menos frecuente en los seres vivos. Las biomoléculas las clasificamos en biomoléculas inorgánicas y en biomoléculas orgánicas. Las biomoléculas inorgánicas pueden estar presentes en los seres vivos y en los seres inertes y las biomoléculas orgánicas sólo pueden formar parte de los seres vivos.

• Agua: Es la molécula esencial para la vida, no se concibe la existencia de vida sin la existencia de agua en estado líquido y de hecho habitualmente su proporción en los seres vivos suele ser muy elevada. En concreto en torno al 65%. En el interior de nuestro cuerpo el agua se puede encontrar como agua circulante (10%), en la sangre, la orina... además como agua intersticial que es la que se encuentra en los instersticios (entre las células), también como agua intracelular (40%), formando parte del interior molecular. El agua presenta unas características que la hacen esencial para la vida, entre estas tenemos, elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas, esto se debe a la presencia de puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua, lo que le permite ser un líquido a temperatura ambiente al contrario de otros compuestos de similar peso molecular, que son gases ( CO2, O2, N2, CH4...).Esta fuerza es importante porque al ser un líquido, hace que sea incompresible, entonces sirve para mantener la forma de las moléculas. Al mismo tiempo, esta tensión permite los procesos de capilaridad. Otra propiedad es el elevado calor específico y de evaporización, el primero es la energía que hay que aplicar para aumentar 1ºC la temperatura del agua y el segundo la energía que tendríamos que aplicar para evaporar el agua. Para evaporar el agua es necesario romper los puentes de hidrógeno. Otra característica es su elevada constante dieléctrica, por ser una molécula polar con una elevada constante dieléctrica, el agua va a ser un gran disolvente de compuestos iónicos (como las sales) y de compuestos covalentes (como los lípidos). Otra característica es el bajo grado de ionización, sólo en 1 de 551 millones de moléculas de agua se encuentra disociado, lo que hace que el agua tenga un pH neutro=7 y que al añadirle pequeñas cantidades de ácidos o bases sea capaz de variar su pH. Otra propiedad es que tiene mayor densidad en estado líquido que en estado sólido, esto es muy importante para la vida en el medio acuático. La última característica es que el agua es transparente.
• Funciones que tiene el agua:
  • El agua tiene función transportadora ya que al ser un líquido circula bien , es ideal para el transporte de mercancías, además es el soporte para la vida.
  • Función bioquímica: Interviene en muchas reacciones metabólicas, no sólo está presente en ellas, sino que forma parte de ellas.
  • Función estructural: Al ser un líquido casi incompresible, es el responsable de la estructura de las células, de los tejidos y de los órganos.
  • Función termorreguladora: Actúa como un eficaz regulador de la temperatura de los organismos.
  • Función de disolvente: Es un gran disolvente de compuestos polares y de sales.
  • Función lubricante y amortiguadora: En las articulaciones por ejemplo, está en los cartílagos de los huesos.

Las sales minerales son biomoléculas inorgánicas que se pueden encontrar en los seres vivos de tres maneras distintas:

• Precipitadas: Formando estructuras sólidas con función esquelética, como es el caso del fosfato tricálcico o de los silicatos.
• Disueltas: Un ejemplo es el cloruro sódico, éstas ayudan a mantener el equilibrio osmótico en el interior de nuestras células.
• Asociadas a moléculas orgánicas: Muchos cationes se encuentran asociados a enzimas y son los que permiten que éstas se activen.

Una disolución está compuesta por dos partes que son el soluto y el disolvente. Estas disoluciones se suelen clasificar atendiendo a la naturaleza del soluto o bien atendiendo al tamaño del soluto. Si lo hacemos atendiendo a la naturaleza del soluto, hay dos tipos:

• Suspensiones: Cuando el soluto es un sólido.
• Emulsiones: Cuando el soluto es un líquido o un gas.

Pero si lo hacemos atendiendo al tamaño o peso molecular del soluto, tenemos:

• Disoluciones verdaderas: Cuando el soluto es de bajo peso molecular. Se le llama cristaloide ( sales minerales, azúcares...).
• Disoluciones coloidales: Cuando el soluto es de alto peso molecular. A estos se les llama coloides (proteínas).

PROPIEDADES DE LAS DISOLUCIONES VERDADERAS

• La difusión: Es el igual reparto de las partículas del soluto en el seno del disolvente.
• La ósmosis: Es el paso del disolvente a través de una membrana semipermeable que separa dos disoluciones con diferente concentración. La presión osmótica sería la presión necesaria para detener el flujo del disolvente a través de la membrana semipermeable.
• La capacidad tanponadora: Las disoluciones biológicas tienden a tener un pH constante.

PROPIEDADES DE LAS DISPERSIONES COLOIDES

• Capacidad de pasar de sol (líquido) a gel (semisólido) y de gel a sol: Esto permite a muchas células en ambientes secos pasar de gel a sol y así evitar su disecación. El paso de gel a sol siempre es posible pero no es así con el paso de sol a gel.
• Sedimentación: Es la capacidad de poder sedimentar los solutos de la dispersión cuando lo sometemos a fuertes campos gravitatorios.
• Efecto tyndall: La opacidad que muestran las dispersiones coloidales al ser iluminadas con un haz de luz sobre un fondo oscuro.
• Diálisis: Es la capacidad de separar los coloides de una dispersión coloidal al hacerlos pasar por una membrana semipermeable.
• Electroforesis: Es un método de separación de partículas, de los coloides, gracias a la electricidad. Los coloides se van a separar en función de su carga eléctrica y de su tamaño.

1.3 Biomoléculas orgánicas. Los glúcidos.

Los glúcidos, también mal llamados azúcares, son compuestos formados básicamente por carbono, hidrógeno y oxígeno en estas proporciones: Cn H2n On. Los glúcidos son en realidad átomos de carbono unidos a grupos alcohólicos o hidróxidos (OH) y a radicales hidrógeno, que tienen que llevar en su molécula un grupo funcional que va a ser el carbonato carbonilo, un carbono unido mediante un doble enlace con un oxígeno. Estos carbonos carbonilos pueden ser aldehídos si el carbono además se encuentra unido a un hidrógeno o grupo acetónico si no está unido a un hidrógeno. Los aldehídos forman polihidroxialdehídos y los cetonas forman polihidroxicetonas.

Clasificación de los glúcidos

Los glúcidos los clasificamos en monosacáridos o en ósidos y dentro de los ósidos, a su vez en heterósidos y holósidos y dentro de éstos, oligosacáridos y polisacáridos. Los monosacáridos son glúcidos formados por un único grupo funcional, pero los ósidos lleven dos o más grupos funcionales.

• Los monosacáridos: Son glúcidos sencillos formados por entre 3 y 7 carbonos y se nombran con el prefijo indicativo del número de carbonos (di, tri, tetra...) y acabado en osa. Si añadimos los aldehídos y las cetosas tendremos aldo...osas y ceto...osas. Todos son cristalinos y blancos y todos ellos son reductores porque tienen la capacidad de oxidarse.

• Las aldosas: Son todos los monosacáridos que llevan como grupo funcional un aldehído (aldotriosas, aldopentaosas...).Algunos aldehídos son:

• Las cetonas: Son los monosacáridos que llevan grupo funcional cetónico.

Los monosacáridos presentan en su molécula carbonos asimétricos, un carbono asimétrico es un carbono que tiene sus cuatro enlaces saturados por radicales distintos entre sí. La presencia de estos carbonos asimétricos, confiere capacidad de isomería a las moléculas que lo presentan. Esto significa que depende de como estén colocados los radicales de ese carbono la molécula presentará propiedades diferentes aunque tenga la misma fórmula química.

Las propiedades que ofrece la isomería son:

• La formación de esteroisómeros o isómeros espaciales: se dice que dos compuestos son esteroisómeros entre sí o isómeros espaciales cuando se diferencian en la posición del grupo hidroxilo de su último carbono asimétrico (el mas alejado del grupo funcional), si éste está a la derecha, se nombra con D-, mientras que si lo presenta a la izquierda se nombra con L-. La presencia de éstos carbonos asimétricos, confieren a todas las moléculas que lo posean actividad óptica, capacidad que poseen las disoluciones de éstos compuestos de desviar el rayo de luz polarizada. Decimos que un compuesto será levógiro cuando desvía el rayo de luz polarizada hacia la izquierda, se representa con el signo (-). Mientras que si desvía el rayo de luz polarizada hacia la derecha, se llama dextrógiro y se representa con el signo (+).

FORMAS TÍPICAS DE LOS MONOSACÁRIDOS

Los monosacáridos, a partir de cinco átomos de carbono si llevan grupo aldehído o de seis si llevan grupo cetona, van a ciclar su molécula formando un anillo de tipo pentagonal o hexagonal. Si es pentagonal, se dice que cicla según la forma del furano y si es hexagonal, en forma de pirano. En ambos casos, en uno de los vértices, llevan un átomo de oxígeno. Los que ciclan en forma pentagonal se nombran con el nombre del monosacárido del cual derivan, acabado en -uranosa, y los que lo hacen según el pirano, pues terminados en furanosa. Según la forma del furano ciclarán las aldopentosas y cetoesosas y según el pirano ciclarán las aldohexosas. Para formar el anillo, la unión se va a realizar mediante un enlace de tipo hemiacetal (el del oxígeno) que se realiza entre el carbono del grupo funcional y el OH del carbono asimétrico mas alejado del grupo funcional.

El carbono que llevaba el grupo funcional al romper su doble enlace con el oxígeno y formar el enlace para ciclar la molécula, se a convertido ahora en un nuevo carbono asimétrico y le denominamos carbono anomérico. Este nuevo carbono asimétrico permite la obtención de dos isómeros distintos, la configuración α cuando el OH del carbono anomérico y el CH2OH se encuentran en posición trans, es decir, distinto lado del plano y la configuración β, cuando el OH del carbono anomérico y el CH2OH se encuentran en el mismo lado del plano, se encuentra en posición cis. Este isómero es “cis” y es de configuración β. Se llama β-D-glucopiranosa.

Los disacáridos son glúcidos formados por la unión de dos monosacáridos, esta unión se realiza mediante un enlace de tipo O-Glicosídico. Este enlace puede ser a su vez de dos tipos, monocarbonílico o dicarbonílico. El monocarbonílico como su nombre indica, es aquel en el que sólo interviene uno de los carbonos carbonilos. Si la unión se produce entre los dos que llevan el grupo funcional, se llama monocarbonílico y dicarbonílico será aquel en el que intervienen los dos carbonos anoméricos. Los disacáridos con enlace monocarbonílico, son de tipo reductor, tienen capacidad reductora y los enlaces dicarbonílico, son de tipo no reductor. Los monosacáridos son todos reductores. Los polisacáridos, depende. La forma de nombrar a los disacáridos es, poniendo en primer lugar el nombre del primer monosacárido terminado en -osil, a continuación entre paréntesis se indica el número de los carbonos que intervienen en el enlace y después el nombre del último monosacárido terminado en -osa si es reductor, o bien igual que antes pero terminado en -ósido si el enlace es de tipo dicarbonílico.

Por ejemplo:

la maltosa es α-D-Glucopiranosil(1-4)α-D-Glucopiranosa.

Los polisacáridos son glúcidos formados por la unión de diez o más monosacáridos. Si los monosacáridos que forman la molécula son idénticos entre sí darán lugar a la formación de homopolisacáridos y si son diferentes, serán polisacáridos. Dependiendo de cómo se establezca el enlace tenemos polisacáridos estructurales y polisacáridos de tipo energético. Los polisacáridos estructurales se establecen mediante enlaces tipo β, en los que un monosacárido y el siguiente deben estar girados uno respecto al otro, este tipo de enlaces no son atacados por ninguna encima de los vertebrados, lo que hace que sean difícilmente hidrolizables porque los vertebrados carecemos de las encimas necesarias para su ruptura. Por lo tanto formarán polisacáridos con carácter estructural. Dentro de ellos tenemos la quitina en los animales y la celulosa en los vegetales. Los polisacáridos de carácter energético son glúcidos en los que el enlace es de tipo α, es decir, en los que los monosacáridos no tienen una molécula girada respecto a otra. Dentro de ellas tenemos como polisacáridos de reserva, el glucógeno para animales y el almidón para los vegetales.

Los glúcidos presentan dos funciones generales básicas, función energética y función estructural. Aproximadamente, 1gr de glucosa oxidado ≈ 4,5Kcal. Debido a que son saludables, son nuestras reservas de energía de utilización rápida, ya que son fácilmente transportables en sangre debido a su fácil hidrolización. También presentan función estructural, los polisacáridos de tipo β impiden la degradación y forman parte de estructuras animales y vegetales que pueden perdurar en el tiempo. A parte de éstas funciones, los glúcidos tienen otras propias:

• Función de antibiótico: como la estreptomicina
• Función anticoagulante: como la heparina
• Función inmunológica: las inmunoglobulinas (anticuerpos) tienen una parte glucídica que permite el reconocimiento del antígeno.
• Función de reconocimiento celular: el glucocalix de las membranas celulares está formado por glúcidos y el reconocimiento de las células se debe a estas moléculas.

Los lípidos

Son biomoléculas orgánicas compuestas básicamente por carbono e hidrógeno y también oxígeno aunque en mucha menor proporción. A parte de esto pueden tener nitrógeno, fósforo y azufre, aunque éstos no siempre están presentes. Podemos clasificar los lípidos en dos grandes grupos, saponificables y no saponificables. Los saponificables son los que llevan ácidos grasos y los no saponificables no llevan ácidos grasos.

Los ácidos grasos son moléculas hidrocarbonadas alifáticas, es decir, lineales, de cadena larga con más de cuatro átomos de carbono y siendo siempre número par. Además se caracterizan porque en uno de los extremos de la cadena presentan un grupo ácido o grupo carboxilo. Éstos ácidos pueden ser de dos tipos, saturados o insaturados. Los saturados llevan enlaces simples y los insaturados llevan al menos un doble enlace en la cadena. La presencia de éstos dobles enlaces hace que su punto de presión disminuya, por eso los ácidos grasos saturados de más de diez carbonos, son sólidos mientras que los insaturados son fluidos hasta un número de carbonos mayor. Como las grasas animales suelen llevar ácidos grasos saturados y los vegetales insaturados, a los primeros se les denomina sebos y a los vegetales se les denomina aceites.

Los ácidos grasos son moléculas de carácter anfipático, es decir, tienen una parte polar y una parte apolar. La parte polar o hidrófila es la cabeza del ácido graso,es decir, el grupo carboxilo.

Los ácidos grasos son capaces de realizar las reacciones de esterificación y de saponificación. La reacción de esterificación es aquella en la que el ácido reacciona con el alcohol para formar éster más agua. La saponificación es una reacción en la que el ácido se junta con una sal para dar lugar a la sal del ácido (jabón) más agua.

• Lípidos saponificables:
  • Simples: Son aquellos que están formados solo por carbono, hidrógeno y oxígeno, también se les llama ternarios. Hay varios:
    • Glicéridos: Son lípidos formados por la esterificación de la glicerina o propano-triol con uno, dos o tres ácidos grasos. Si lleva un ácido graso se llamará monoglicérido, si lleva dos diglicérido y si está esterificada con tres ácidos grasos se llama triglicérido. Los triglicéridos son las principales moléculas de reserva energética, ya que la oxidación de 1gr, aporta al organismo más del doble de un glúcido.
    • Los céridos: Se forman por la esterificación de un ácido graso con un alcohol de cadena larga. Las ceras suelen tener función protectora y estructural, por ejemplo de impermeabilidad.
  • Complejos: Son lípidos que además de carbono, hidrógeno y oxígeno, suelen estar presentes átomos distintos como el nitrógeno, el azufre...o bien llevan un glúcido. Tenemos dos grandes grupos:
    • Los fosfolípidos: Son lípidos complejos caracterizados por llevar en su estructura un grupo fosfato. Son los lípidos más abundantes de las membranas celulares, presentando una región polar y una apolar. Dentro de los fosfolípidos nos encontramos a los fosfoglicéridos y a los esfingolípidos.
    • Los glucolípidos: Son lípidos complejos en los que en su estructura tienen ácidos grasos y monosacáridos u oligosacáridos. Se encuentran e las membranas celulares y su función principal es el reconocimiento celular, también son importantes para las adaptaciones al frío.

• Lípidos no saponificables: Son los lípidos que no llevan ácidos grasos en su molécula. Hay tres tipos:
  • Terpenos o isoprenos: Son derivados del 2metil(1-3)butadieno (isopreno). Son moléculas lineales formadas por la repetición del isopreno dos, tres cuatro, seis, ocho o mas veces. Si llevan dos se llaman monoterpenos, si llevan cuatro diterpenos, si llevan diez pentatenos. Ésto da lugar a compuestos variados como por ejemplo esencias vegetales, vitaminas A, E y K y pigmentos vegetales. Un politerpeno sería el caucho.
  • Esteroides: Son compuestos derivados del ciclopentano perhidrofenantreno (esterano). La diferencia entre los esteroles y las hormonas esteroideas es que los esteroles en el carbono tres tienen un grupo OH y las hormonas esteroideas tienen un oxígeno unido mediante un doble enlace. Hay varios grupos:
    • Esteroles: Dentro de éstos tenemos el colesterol, la vitamina D. los ácidos biliares y algunas hormonas como por ejemplo el estradiol.
    • Hormonas esteroideas: Pueden ser las hormonas sexuales o las hormonas suprarrenales.
    • Prostaglandinas: Son derivados del prostanoato. Son un conjunto de lípidos con funciones muy diversas, entre ellas, intervienen en los procesos de coagulación sanguínea, de aumento de la temperatura corporal, también en los procesos de aumento de la capilaridad en las zonas golpeadas, donde se produce un hematoma. También son responsables de la presión ovárica y uterina.

Los lípidos tienen como función principal la reserva de materia energética, en concreto los triglicéridos son los principales lípidos que sirven para el almacenamiento de energía. El rendimiento de estas moléculas es más del doble de lo que produciría un glúcido o una proteína. 1Gr≈9,5Kcal. Además ocupa menos espacio ya que se acumula sin agua, al contrario que los glúcidos. Su forma de acumulación suele ser en forma de pequeñas gotas dentro de células especializadas y de tejidos especializados. Otra función importante de los lípidos es una función estructural, por ejemplo, los glucolípidos y los fosfolípidos forman parte de las membranas plasmáticas. Otra es la función protectora , los céridos tienen función protectora de manera impermeabilizante. Además las grasas tienen una función protectora de tipo térmico. Otra es la función vitaminica, como por ejemplo las de las vitaminas A, D, E y K. Otra es la función hormonal. También existen funciones específicas como por ejemplo la producción de aromas.

Las proteínas

Las proteínas son polímeros formados por la repetición de monómeros llamados aminoácidos o péptidos. Los aminoácidos son moléculas formadas por la unión de un carbono con un grupo ácido (carbono carboxilo), con un hidrógeno, con un grupo amino y con otro radical.

Dependiendo del tipo de radical al que vaya unido, tenemos distintos tipos de aminoácidos:

• Si el radical que se une es una cadena alifática, tendremos aminoácidos de tipo alifático (lineal), que a su vez podrán ser ácidos si llevan grupos ácidos (COOH), básicos si lleva grupos aminos (NH2) o neutro si no lleva ninguno.
• Aminoácidos aromáticos: Son aquellos aminoácidos en los que el radical es un anillo relacionado con el venteno.
• Aminoácidos heterocíclicos: Son aquellos en los que el radical es una cadena cerrada de tipo complejo, es decir, que lleva átomos distintos del carbono y del hidrógeno.

Para formar las proteínas, los aminos se deben unir entre el grupo ácido del primer aminoácido y el grupo amino del segundo aminoácido, formando un enlace peptídico con salida de una molécula de agua. Al compuesto así formado se le llama dipeptido, hasta diez oligopeptido, de once a cincuenta polipeptido y si tiene más de cincuenta y tiene actividad biológica, se considera que es una proteína.

Estructura de las proteínas

En la formación de una proteína podemos reconocer hasta cuatro niveles estructurales que serían los siguientes:

• Estructura primaria: No es más que la enumeración de los aminoácidos empezando por el que lleva el grupo amino libre y terminando por el que lleva el grupo ácido libre.
• Estructura secundaria: Es igual que la estructura primaria pero dispuesta en el espacio, los aminoácidos que forman la cadena van a establecer uniones por puentes de hidrógeno entre ellos, de manera que adquiere una forma tridimensional y básicamente puede tomar tress aspectos:
  • α-hélice: Es la cadena dispuesta en forma helicoidal dextrógira y con un paso de vuelta cada 3,6 aminoácidos. La molécula se estabiliza por puentes de hidrógeno cada tres aminoácidos.
  • Hélice de colágeno: Es dextrógira pero con las vueltas más separadas. No hay uniones por puentes de hidrógeno dentro de la cadena. Entonces para que la cadena se estabilice, en realidad se juntan tres para dar lugar a la super hélice de colágeno . Ahora en ésta si que hay puentes de hidrógeno.
  • Β-lámina o lámina plegada: En este caso las cadenas se disponen en forma de zig-zag y en paralelo unas a otras para formar una especie de lámina plegada.
  En realidad, pocas proteínas se van a encontrar en la naturaleza manteniendo esta estructura secundaria, tan sólo algunas proteínas de carácter fibroso como colágenos, fibroneptinas... mantienen esta estructura , el resto de proteínas suelen encontrarse con niveles estructurales superiores, estructura terciaria o cuaternaria.
• Estructura terciaria: Es igual que la estructura secundaria pero plegada sobre sí misma dando lugar a una estructura globular. Esta estructura terciaria se pliega sobre sí misma debido a puentes de hidrógeno, aunque aquí también pueden actuar enlaces iónicos, fuerzas de vanderwaal...
• Estructura cuaternaria: En ocasiones varias cadenas polipeptidicas pueden reunirse para formar una estructura de orden superior con actividad biológica que reciben el nombre de estructuras cuaternarias. Estas estructuras cuaternarias se suelen estabilizar por puentes de hidrógeno, pero sobre todo por puentes disulfuro, ya que son más fuertes. A cada una de las cadenas polipeptidicas que forman parte de estas proteínas con estructura cuaternaria, se las denomina protómeros.

La desnaturalización de las proteínas es la pérdida de las estructuras terciaria y cuaternaria como consecuencia de variaciones importantes del pH o de la temperatura.

Clasificación de las proteínas

Podemos clasificar las proteínas básicamente en dos grupos, las holoproteínas y las heteroproteínas. Las holoproteínas son proteínas formadas exclusivamente por aminoácidos, mientras que las heteroproteínas están formadas por un grupo proteico (parte aminoacídica) y un grupo prostético (parte no aminoacídica).

Podemos dividir las holoproteínas en:

• Filamentosas: en las que destaca un eje por ser el más largo
• Globulares: las que tienen forma globular

Las heteroproteínas, que están formadas por el grupo protético+grupo prostético, se dividen en función de como sea el grupo prostético en:

• Cromoproteínas: si la parte prostética es de color
• Glucoproteínas: si la parte prostética es glúcida
• Lipoproteínas: si la parte prostética es lipida
• Nucleoproteínas: si la parte prostética es un núcleo

Las funciones de las proteínas son diversas, pero entre ellas podemos destacar las siguientes:

• Función estructural: Se dice que las proteínas son el andamiaje de muchos tejidos, así como de muchos orgánulos. Forman por ejemplo el citoesqueleto, que da forma a la célula, además, las proteínas forman todas las fibras que dan consistencia a los tejidos. Forman parte de todas las membranas, de sus orgánulos etc...
• Función transportadora: Son moléculas que sirven para el transporte de sustancias, por ejemplo, en la sangre uniéndose a ellas. Pero además en las membranas forman los canales proteicos por los que penetran sustancias o bien forman proteínas transportadoras que actúan de forma activa. Por ejemplo, estas proteínas pueden transportar el oxígeno.
• Función enzimática: Todas las enzimas son proteínas y además son biomoléculas que actúan como catalizadores en las reacciones.
• Funciones hormonales: Muchas proteínas actúan como hormonas, que son catalizadores de reacciones.
• Función de reserva energética: 1gr proteínas≈ 4,2 Kcal. No es lo habitual, pero alguna proteína actúa como reserva de energía. Por ejemplo la albumina, proporciona la misma energía que un glúcido.
• Funciones específicas: Las proteínas cumplen varias funciones específicas como:
  • Función de anticuerpos: Todas las inmunoglobulinas son proteínas globulares de carácter inmunológico. Todos los anticuerpos son proteínas.
  • Función contráctil: Muchas proteínas actúan en estructuras de contracción.
  • Función lubricante: Las mucoproteínas forman parte de nuestras mucosas.
  • Función tóxica: Forman parte de muchas toxinas.

Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos, es decir, son moléculas formadas por la repetición de nucleótidos , éstos a su vez están formados por otros tres:

• Una pentosa (azúcar), que puede ser la ribosa o la desoxirribosa.
• Una base nitrogenada, que a su vez puede ser púrica o piridinídica.
• Ácido fosfórico, H3PO4.

Existen dos tipos de ácidos nucleicos ADN y ARN , en el ADN, todos los nucleótidos que lo forman, llevan como pentosa la desoxirribosa y ésta se podrá unir a cualquiera de las bases nitrogenadas salvo al uracilo. En el caso del ARN, la pentosa es siempre la ribosa y se puede unir a cualquier base nitrogenada excepto a la timina.

ADN. Estructura y funciones.

El ADN se denomina ácido desoxirribonucleico y es una molécula bicatenaria y en el caso de los humanos, lineal, dividida además en varios fragmentos que se encuentran siempre en los núcleos. Las dos cadenas del ADN, se disponen formando una hélice dextrógira en el que las cadenas se unen por complementariedad de sus bases nitrogenadas, siendo la complementariedad: A-T y C-G. Las cadenas se disponen además en sentido antiparalelo.

Los humanos tenemos en total 46 moléculas de ADN, es decir, 46 dobles cadenas, lo que representa un total de 23 moléculas distintas y otras 23 homólogas a las anteriores. Cada una de éstas 23 cadenas y su homóloga, son idénticas entre sí en cuanto a los genes que se encuentran situados dentro de la cadena, pero pueden ser diferentes en cuanto a la información, es decir, en cuanto a la secuencia de nucleótidos que forman esos determinados genes. Cada una de esas parejas de moléculas de ADN son las que por duplicación, después van a formar los cromosomas y una procede del padre y otra de la madre. La función del ADN es almacenar la información genética para la información y el funcionamiento del organismo.

ARN

El ARN es el ácido ribonucleico y son moléculas monocatenarias, lineales formadas por nucleótidos que llevan como pentosa la ribosa y como bases nitrogenada cualquiera menos la timina, hay varios tipos de ARN que son el ARNm , el ARNr, el ARNn y el ARNt.

El ARNt,es llamado ARN de transferencia, es de pequeño tamaño (70-90 nucleótidos), de carácter lineal pero con zonas bicatenarias en su cadena, lo que hace que presente un aspecto de trébol en el que se distinguen cinco regiones:

1. Brazo D
2. Brazo del codón: se denomina así porque tiene un conjunto de tres nucleótidos que forman lo que llamamos el anticodón y que se unirá por complementariedad al codón del ARNm en el proceso de lectura.
3. Brazo T: se denomina así porque lleva una base nitrogenada que es la timina (es una excepción del ARN).
4. Brazo aceptor: Es donde se encuentran el extremo 3' y 5' de la molécula y se llama brazo aceptor porque a él se va a unir un aminoácido al extremo 3' que vendrá determinado por la secuencia de nucleótidos del anticodón.
5. Brazo variable: Se llama así porque lleva nucleótidos con bases nitrogenadas metiladas.

El ARNt se forma en el núcleo celular y sale al citoplasma para unirse a los aminoácidos que transportará hasta los ribosomas, donde se encargará de leer el ARNm.

El ARNm es un ARN lineal aunque también presenta zonas de complementariedad, lo que da lugar a la formación de algunos lazos, se encuentra en el citoplasma nuclear porque se ha formado en el núcleo y es leído en el citoplasma. Cada ARNm lleva la información de un solo gen. La lectura se realiza los ribosomas, con ayuda del ARNt que irá leyendo secuencias de tres nucleótidos en tres nucleótidos que denominamos codones. La lectura se realiza empezando siempre por el extremo 5' y termina por el 3'.

El ARNr (ARN ribosomal) es un ARN que se va a juntar con proteínas para formar la estructura de los ribosomas, que son orgánulos que van a intervenir también en el proceso de lectura del ARNm.

Existen ARNr de diversos tipos y tamaños, pero todos se van a encontrar en los ribosomas.

El ARNn, es el ARN nucleolar, se denomina así porque se forma en el nucleolo. En realidad se trata de un precursor del ARNr que cuando sale del nucleolo se fragmenta y va a dar distintos tipos de ARNr

PREGUNTAS DEL EXAMEN FINAL

1) La estructura de la célula animal.

Las células de los animales, de las plantas o de un paramecio se denominan células eucarióticas y todas tienen en común:

-          La membrana. Es una fina capa que separa el contenido de la célula del medio que la rodea y regula la entrada y salida de sustancias.

-          El citoplasma. En él se encuentra las estructuras inmersas en una solución acuosa (hialoplasma). Las estructuras celulares están rodeadas por membrana y se denominan orgánulos.

-          El núcleo. Es la estructura más grande y visible.

Orgánulos de la célula animal:

-          Centriolos: Tienen forma de cilindros huecos, se encargan de dirigir el movimiento de los filamentos del citoesqueleto. Intervienen en la división celular.

-        Retículo endoplasmático: Conjunto de sacos y canales membranosos comunicados entre si. Pueden llevar adosados ribosomas. Función:

·         Rugoso: sintetizar proteínas

·         Liso: sintetizar lípidos

-          Aparato de Golgi: Formado por pilas de sacos membranosos aplanados rodeados de pequeñas bolsas. A estas bolsas se incorporan productos que fabrica el retículo.

-          Mitocondrias: Tienen forma ovalada y son los orgánulos encargados de obtener la energía para las funciones celulares.

-          Lisosomas: Son vesículas membranosas en cuyo interior se produce la digestión de las grandes moléculas orgánicas.

-          Citoesqueleto: Conjunto de filamentos que se distribuyen formando una red. Constituyen el “esqueleto” de la célula e intervienen en sus movimientos.

2) La estructura del núcleo.

El núcleo contiene la información que controla el funcionamiento de la célula y su aspecto es muy diferente según la fase del ciclo celular.

El núcleo en interfase suele tener una forma esférica y está situado en el centro de las células animales o desplazado en las vegetales. En él se distinguen:

-          Envoltura nuclear. Doble membrana unida por proteínas que separa el núcleo del citoplasma. Lleva unas perforaciones que permiten el intercambio de sustancias entre ambos.

-          La cromatina: Maraña de fibrillas que dan un aspecto grumoso al interior del grupo.

-          Nucleolo: Tiene forma esférica y destaca entre la cromatina por estar débilmente teñido. En ellos se fabrican los ribosomas.

El núcleo cambia de aspecto al iniciarse la división celular. Su membrana se desintegra y el contenido se dispersa por la célula, el nucléolo desaparece. Los filamentos de cromatina se condensan para formar los cromosomas. Éstos permanecen unidos por un estrechamiento denominado centrómero y están formados por cromátidas. Dependiendo de la posición del centrómero, estos cromosomas dobles tienen forma de X o de Y.

3) Meiosis.

La meiosis es un tipo de división celular necesaria para la reproducción sexual de los organismos, pues gracias a ella se originan los gametos, éstos son células haploides. La meiosis comprende dos divisiones celulares seguidas. La meiosis ha evolucionado a partir de la mitosis, por eso el mecanismo general es parecido en las dos divisiones. Al inicio de la primera mitosis los cromosomas homólogos se juntan e intercambian un fragmento de ADN (sobrecuzamiento). Después los cromosomas homólogos se separan y cada uno de ellos va a una célula diferente. Por tanto al finalizar la primera mitosis, cada cromosoma consta todavía de dos cromátidas.  Durante la segunda mitosis, las dos cromátidas de cada cromosoma se separan y se reparten entre las células hijas. Esta segunda división es una mitosis normal. Como consecuencia del reparto de los cromosomas, las células hijas (gametos) tienen una información genética parecida pero no idéntica.

     

4) Leyes de Mendel.

La primera ley de Mendel o ley de la uniformidad dice que si cruzamos dos individuos homocigóticos de la misma especie, en el cruce observamos que el color de todos los descendientes es el mismo, el dominante y además que ninguno es homocigótico, ya que debido al cruce, todos los descendientes resultan ser heterocigóticos.

La segunda ley de Mendel o ley de la segregación dice que los caracteres recesivos no se representan en la primera generación filial (F₁), pero reaparecen en la segunda generación filial (F₂) en la proporción de tres dominantes por un recesivo.

La tercera ley de Mendel o principio de la combinación independiente dice que en los heterocigóticos para dos o más caracteres, cada carácter se transmite a la siguiente generación filial independientemente de cualquier otro carácter. Por esta razón aparecen todas las combinaciones posibles para esos caracteres.

5) Transcripción y traducción.

La información genética se encuentra escrita en la secuencia u orden de nucleótidos del ADN. Esta información se traduce en las proteínas que sintetiza la célula. Para la expresión de esta información se requieren dos procesos:

- Transcripción: Este proceso consiste en que la información de un fragmento de ADN es copiada en una molécula de ARN mensajero, el cual se encarga de copiar la información y transportarla hasta los ribosomas.

 

- Traducción: Este proceso consiste en la síntesis de una proteína a partir del ARN mensajero. En este proceso, que tiene lugar en los ribosomas, intervienen otras moléculas de ARN como por ejemplo el ARN de transferencia, el cual se encarga de transportar los aminoácidos hasta los ribosomas para poder sintetizar una proteína.LALALA

La Traducción o Síntesis de Proteínas>

6) La evolución según Darwin.

En el largo viaje realizado por Darwin se sentaron las bases de lo que acabó por constituir su teoría sobre la evolución:

-          El estudio de la gran cantidad de seres vivos diferentes que observó y recolectó en su viaje le hizo poner en duda las ideas fijistas.

-          La lectura de sus contemporáneos le influyeron poderosamente y de uno de ellos cogió la idea de sucesión y cambio gradual que aplicó a los seres vivos y del otro extrajo la idea de la lucha por la supervivencia.

En su teoría El origen de las especies proponía un mecanismo semejante a la selección artificial debía actuar sobre las poblaciones naturales en su medio ambiente; a este mecanismo lo denominó selección natural. El darwinismo se puede resumir en los siguientes puntos:

-          Existen pequeñas diferencias o variaciones entre los individuos de una misma especie.

-          Se establece una lucha por la supervivencia. Los organismos tienden a producir el mayor número posible de descendientes.

-          Algunas variaciones tienen más éxito que otras. En la lucha por la supervivencia, algunos individuos tendrán más éxito que otros.

-          La especie cambia. Si las condiciones ambientales se mantienen. Las variaciones favorables irán siendo más abundantes cada generación y las menos favorables irán desapareciendo. Así, de forma continua y gradual, la especie cambia.

RESUMEN TEMA 8: CAMBIOS EN LOS ECOSISTEMAS

Cambios en las poblaciones

En el ecosistema, todas las especies existen como población. Las poblaciones posees características propias de las que carecen los individuos aislados. El principal factor que favorece el aumento de las poblaciones es el potencial biótico. Es decir, el número de descendientes. Otro factor que favorece el crecimiento de las poblaciones es la capacidad de los animales para migrar o de las semillas para dispersarse.

Hay dos tipos de estrategias de reproducción diferentes:

-          Tasa de natalidad elevada y alta mortalidad de las crías. Frecuente en los peces.

-          Tasa de natalidad pequeña y baja mortalidad de las crías. Común en muchos mamíferos.

Al representar el número de individuos de una población en función del tiempo y en un medio con recursos ilimitados, se obtiene una curva de crecimiento en forma de J. La población aumenta de forma exponencial. Cuando esto ocurre se dice que hay una explosión poblacional. El conjunto de factores bióticos y abióticos que limitan el aumento de las poblaciones se denomina resistencia ambiental.

Si se representa el crecimiento de una población en función del tiempo y en un medio con recursos limitados, se obtiene una curva de crecimiento en forma de S. Su crecimiento es progresivamente más rápido. De este modo, el aumento de la población se hace cada vez más lento hasta que se alcanza un tamaño máximo. Este límite se conoce con el nombre de capacidad de sostenimiento. La capacidad de sostenimiento (k) es la población máxima que un hábitat dado puede sostener sin degradarse a largo plazo.

El suelo como ecosistema

Una buena parte de las tierras emergidas se encuentra cubierta por suelo, en el que están enraizadas o pueden estar enraizadas las plantas.

El suelo está compuesto por:

-          Materia inorgánica, constituida por fragmentos de rocas y minerales y aire y agua.

-          Materia orgánica, constituida por multitud de organismos y humus, es decir, materia orgánica parcialmente descompuesta.

-          La formación del suelo es un proceso lento y complejo. En un suelo maduro, sus diferentes componentes se disponen en una serie de zonas denominadas horizontes del suelo o edáficos. Cada horizonte tiene una textura y composición características. Una vista en corte transversal de los horizontes de un suelo se conoce como perfil del suelo o edáfico.