UNIVERSIDAD NACIONAL AUT

RECINTO UNIVERSITARIO “RUBÉN DARÍO”FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIER

DEPAR

UNIDAD I:

Compilado por Docentes del Colectivo de Biología.

ASIGNATURA DE

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE NICARAGUA, MANAGUAUNAN- Managua

RECINTO UNIVERSITARIO “RUBÉN DARÍO” FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA

RTAMENTO DE BIOLOGÍA

FOLLETO #1

UNIDAD I: “LA VIDA”

Compilado por Docentes del Colectivo de Biología.

2014

ASIGNATURA DE INTRODUCCIÓN A LA BIOLOGÍA

, MANAGUA

Compilado por Docentes del Colectivo de Biología.

INTRODUCCIÓN A LA BIOLOGÍA

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Índice

1. GENERALIDADES ................................................................................................................. 3

1.1.Objeto de estudio de la Biología .................................................................................... 3

1.2. Epistemología de la Biología ......................................................................................... 3

1.3. La Biología como ciencia actual ....................................................................... 6

1.4. Ramas y aplicaciones de la Biología ................................................................ 7

2. CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS ......................................................................... 8

3. NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA VIDA ......................................................................... 9

3.1. Niveles de organización de la materia" ........................................................ 10

4. QUÍMICA DE LA VIDA ........................................................................................................ 12

4.1. GENERALIDADES DE LA QUÍMICA DE LA VIDA ............................................................. 12

4.2. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS ............................................................ 15

4.2.1. BIOELEMENTOS .................................................................................................... 15

4.2.2. LOS COMPUESTOS QUÍMICOS Y LOS SERES VIVOS ................................................ 19

4.2.2.1. BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS .......................................................................... 19

4.2.2.2. BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS ............................................................................. 24

BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................... 51

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1. GENERALIDADES

1.1. Objeto de estudio de la Biología

El objeto de estudio de las Ciencias Biológicas son los seres vivos, las relaciones que se establecen entre ellos y el medio circundante y los cambios en su morfología y su estructura, su ciclo de reproducción y la evolución de las especies vivas, las manifestaciones de la vida. Se considera por ellos que la Biología es el conjunto de ciencias que estudian la vida.

1.2. Epistemología de la Biología

Los primeros estudios biológicos se remontan a la Grecia Antigua, con Aristóteles, cuya principal contribución fue en materia de clasificación de los seres vivos, para lo cual utilizó un método basado en semejanzas y diferencias. El pensamiento directriz de la Biología aristotélica alcanzar la mayor perfección que le es posible. Aristóteles estableció una escala en la naturaleza, que empieza con los minerales, sigue con los vegetales, luego los animales y con ellos establece un sistema de clasificación a partir de la utilidad que estos representan para los humanos, según fueran comestibles y no comestibles, benéficos y perjudiciales; y superfluos. Clasificó las plantas por su tamaño y consistencia de tallo, en yerbas, arbustos y árboles, y los animales de acuerdo con el medio en que vivían, en acuáticos, terrestres y aéreos. En 1668 Francesco Redí, puso en duda el pensamiento Aristotélico, acerca del origen de los seres vivos y sed decidió probarlo mediante un experimento, el cual estaba referido a la aparición de las moscas, y por su medio demostró que éstas se originan a partir de huevecillos puestos por las moscas adultas. Con el establecimiento de que las moscas no se originan por generación espontánea, nació la concepción de la continuidad de la vida, es decir la vida proviene de la vida. Un suceso importante del siglo XVI, fue la utilización del microscopio, en el estudio de los fenómenos biológicos, el cual permitió explorar el mundo de lo minúsculo y no perceptible a simple vista. Uno de los primeros investigadores, fue el holandés, Antón Van Leeuwenhoek. Algunas de sus aportaciones fue la observación directa de los glóbulos de la sangre, de los espermatozoides y de las bacterias. El descubrimiento del microscopio y su posterior desarrolló han sido fundamentales para el progreso de la Biología. Luis Pasteur, químico y bacteriólogo, demostró la falsedad de la generación espontánea, estudio la fermentación láctica y alcohólica, y comprobó su origen microbiano. Desarrolló un método de esterilización, microorganismos y método para combatirlos: la vacunación.

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A principios del siglo XIX un botánico. Jean Baptiste – Dierre – Antoine de Honet, caballero de Lamarck, propuso la primera teoría evolutiva. Lamarck postuló que las especies derivaron de otras existentes en el pasado, debido a procesos de adaptación con su medio, Lamarck, estableció que la evolución ocurre cuando los organismos adquieren nuevas características, como consecuencia de su acción con el medio, las cuales son transmitidas a los descendientes. En 1859, Charles Darwin, demostró que la evolución de los organismos es el resultado de la selección natural y la lucha por la existencia. Darwin contribuyó también al avance de la Biología con un estudio acerca del origen y la variedad de las plantas cultivadas y de los animales domesticados. En 1871, publicó un trabajo titulado The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex, traducido también como El origen del hombre y la selección en relación al sexo, referidos a la evolución del hombre. En 1865, Gregorio Mendel, descubrió las leyes de la Herencia, experimentó con plantas de chícharos, a las cuales polinizó artificialmente. Estas leyes fueron olvidadas durante 34 años, en 1900, Correns, Tschermark y de Vries, las redescubrieron de manera independiente; en 1902, W. Bateson y L. Cuenot, comprobaron en animales las leyes de Mendel y fundamentando una nueva rama científica: la Genética. Robert Koch. En 1905 recibió el premio Nobel de Fisiología y Medicina por sus trabajos sobre la tuberculosis y por su teoría microbiana de la enfermedad, en la que establece los postulados necesarios para que un organismo sea el causante de una enfermedad. Thomas Morgan. En 1905 elaboró la teoría cromosómica de la herencia, que aportó una explicación citológica a los experimentos de Mendel. Fue el precursor del uso de la mosca del vinagre (drosophila melanogaster) en los estudios genéticos. En 1921 y 1928, el bioquímico soviético, Alexander Ivanovich Oparin y el biólogo Inglés J.B.S. Haldane, también de forma independiente, formularon que las moléculas de los seres vivos, se formó a partir del hidrógeno (H), metano (CH), amoniaco (NH3), dióxido de carbono (CO2), vapor de agua y la acción de la energía solar, las descargas eléctricas de las tormentas y las altas temperaturas. Frederick Griffith. En 1928 realizó un famoso experimento con la bacteria Streptococcus pneumoniae, a partir del cual dedujo que la información genética está contenida en un componente celular y que el material genético es un portador activo de la información genética aunque la célula que lo contiene no esté viva. Alexander Fleming. En 1928 descubrió el antibiótico penicilina. Beadle y Tatum. En 1948 enunciaron la teoría “un gen-una enzima”, según la cual cada gen lleva información para una enzima. James Watson y Francis CricK. En 1953 propusieron el modelo de doble hélice que detalla la estructura tridimensional del ADN. Watson describió también el proceso de replicación del ADN y Crick propuso (1970) el dogma central de la biología molecular.

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Severo Ochoa. Entre otras aportaciones en 1955 aisló la enzima polinucleótido fosforilasa, gracias a la cual consiguió sintetizar ARN in vitro, descubrimiento esencial para que unos años más tarde se consiguiera descifrar el código genético. En 1961, en la Universidad Johns Hopkins, Howard Dintzis descubre que el ARNm se traduce en sentido 5’ a 3’. En 1965 Robert William Holley (1922-1993) obtuvo en la Cornell University la secuencia de nucleótidos completa del ARNt de la Ala en las levaduras (77 nucleótidos), para lo que necesitó purificarlo a partir de 90 kg de Saccharomyces cerevisiae. A comienzos de la década de 1970 ya está más que claro que los problemas biológicos pueden y deben ser explicados desde un punto de vista molecular. En esta época se incorpora por fin al modo de pensar de todos los biólogos el método experimental que venía aplicándose a la biología molecular. En 1970 Günther Blobel (1936-*) demuestra la existencia de secuencias señal y receptores para estas secuencias, que regulan el tráfico de proteínas dentro de la célula. También en 1970 Hamilton Smith descubre las enzimas de restricción, purificando la primera, que fue HindII, a partir de Haemophilus influenzae. Lynn Margulis. En 1970 enunció la teoría endosimbiótica. En 1977 Richard John Roberts y Phillip Allen Sharp descubren, de forma independiente y gracias a su colaboración científica, que en los eucariotas, a diferencia de en los procariotas, los genes no son continuos. En 1983 Kary Banks Mullis describe una técnica revolucionaría la investigación en biología molecular. Se trata de la PCR (reacción en cadena de la polimerasa). En 1984, en la Universidad Británica de Leicester, sir Alec John Jeffreys desarrolla las huellas genómicas (genome fingerprintings), para caracterizar e identificar individuos.Al año siguiente ya se estaban usando para investigaciones criminales. En 1997 Ian Wilmut consigue el primer organismo superior clonado, la oveja Dolly, en el Instituto Roslin de Edimburgo; un año después, Dolly dio a luz a Bonnie, demostrando que los clones pueden dar a luz individuos perfectamente normales. Dolly murió en el 2003 a causa de un envejecimiento prematuro. En 1998 apareció la secuencia completa del primer animal, el gusano Caenorhabditis elegans. El primer cromosoma humano secuenciado se publicó en 1999 (se trataba del cromosoma 22), aunque en el 2000 se elaboró el primer borrador del genoma, construido por Venter en el TIGR y Francis Sellers Collins en la empresa Celera Genomics. Comienza la era postgenómica. Por último, podemos citar a French Anderson por conseguir la primera terapia génica en una niña de cuatro años con una enfermedad inmunitaria en 1990.

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1.3. La Biología como ciencia actual Los biólogos aplican los métodos de las ciencias para arribar a los conocimientos acerca de los organismos vivos. En el contexto de la Biología resulta útil considerar la vida como un fenómeno complejo que puede ser analizado con los métodos de la química y la física. Aunque dentro de los sistemas vivientes existen muchos fenómenos que parecen encontrarse fuera del alcance de este enfoque mecanicista, los mejores resultados de los biólogos en cuanto al conocimiento de la vida se han logrado en los procesos que implican transformaciones de materia y energía. Como a los biólogos no les alcanzaría la vida para estudiar en su totalidad el mundo biológico, lo que hacen es dividir la inmensidad de ese mundo en muchos tipos de organismos y confinar sus investigaciones a un tipo en particular, o bien dedicarse al estudio de aspectos particulares, de varios tipos de organismos y a la interacciones de estos últimos. Por lo que existen diferentes áreas de investigación dividen la Biología en sus disciplinas específicas, aunque tales límites se encuentran en constante estado de flujo. La Biología como objeto de estudio de los seres vivos utiliza el método experimental que incluye:

· Observación y descripción · Experimentación · Establecimiento de modelos.

En la época actual la Biología tiene un gran impacto en nuestras formas de vida, mediante la tecnología actual es posible producir diversidad de vacunas, antibióticos, trasplantar órganos, manipular los genes, existe en la actualidad una preocupación por aumentar la disponibilidad de alimentos a la población mundial y mejorar la calidad del ambiente, identificar los factores que influyen positivamente en la salud humana, así como el dominar las enfermedades mortales. Los biólogos manifiestan interés en el estudio de las interrelaciones de la distinta especie y la conservación de los ecosistemas de nuestro planeta. Los avances de la Bilogía son portentosos, como los que se han logrado en la biotecnología y en la ingeniería genética quedan grandes áreas que ocupan la atención de muchos científicos del mundo, quienes empeñan su esfuerzo en penetrar cada día más los secretos de la estructura y mecánica que encierran los seres vivos, por ejemplo, en la citología, en la inmunología, Biología molecular, genética, evolución, entre otras.

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1.4. Ramas y aplicaciones de la Biología La gran variedad de conocimientos obtenidos por la Biología y la diversidad de sus objetos de estudio, han obligado la división de esta ciencia en varias ramas, las cuales permiten a los investigadores enfocarse en determinados aspectos de los seres vivos y organizar de manera más eficiente la información obtenida.

Ramas de la Biología:

Zoología: estudio de los animales, sus funciones vitales y forma de vida.

Botánica: estudio de las plantas y sus interacciones.

Micología; estudio de los hongos y sus interacciones con los seres vivos y el ambiente.

Ecología: estudia las interrelaciones entre los organismos y el ambiente que los rodea.

Taxonomía: estudia la clasificación y nomenclatura de los seres vivos con base a sus características.

Microbiología: estudia a los organismos microscópicos.

Genética: estudia los fenómenos relacionados con la herencia y los genes.

Las ramas de la Biología guardan una estrecha relación entre sí, ya que es necesario el conocimiento de las otras para poder proporcionar una explicación integral de todos los fenómenos biológicos. La Biología tiene un sinnúmero de aplicaciones en la vida diaria; como por ejemplo en la medicina: en la fabricación de vacunas, nuevos antibióticos. En el área agropecuaria: refuerza y crea nuevos alimentos para el ganado, colabora con el control biológico de plagas, mejoramiento de cultivo, entre otros. Medio Ambiente: investiga los efectos de la degradación y contaminación ambiental, aporta propuestas para la mitigación y remediación de zonas contaminadas. Biotecnología: colabora en el manejo y perfeccionamiento de nuevas técnicas que lleven a la obtención de nuevos productos. Por lo anterior expuesto se pueden analizar algunas aplicaciones de la Biología; sin embargo, si observas a tu alrededor encontrarás muchas más.

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2. CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS

Un ser vivo puede definirse como una unidad compleja de materiales fisicoquímico, capaz de realizar los fenómenos de autorregulación, metabolismo y reproducción. Además un organismo vivo exhibe las capacidades de interactuar con su medio, de crecer, de moverse y de adaptarse. Para muchos biólogos, la vida es una fase arbitraria en la creciente complejidad de la materia, sin una línea divisoria precisa entre lo vivo y lo no vivo. La sustancia viva está compuesta por un conjunto perfectamente estructurado de macromoléculas: Proteínas, lípidos, ácidos nucleicos y polisacáridos, así como por moléculas orgánicas e inorgánicas más pequeñas. Un órgano vivo ha desarrollado mecanismos reguladores e interactúan con el medio para mantener su integridad estructural y funcional. Todas las reacciones que ocurren dentro de una unidad viviente particular constituyen su metabolismo. En la regulación de dichas reacciones internas y para la producción de nuevas unidades vivientes, estos organismos vivos exhiben en general las siguientes características:

Organización y complejidad: Todos los organismos vivos están compuestos por unidades básicas llamadas células y pro productos celulares. Dependiendo de la organización del ser vivo está dada su complejidad.

Metabolismo: Conjuntos de reacciones químicas que ocurren dentro de una unidad viviente particular; esenciales para la nutrición, el crecimiento y la reparación celular, así como la conversión de la energía en formas utilizables. En la regulación de dichas reacciones internas y para la producción de nuevas unidades vivientes, estos organismos emplean moléculas específicas que contienen información.

Homeostasis: Son mecanismos (homeostáticos) autorreguladores del proceso metabólico que mantienen el equilibrio entre las necesidades vitales de la célula la síntesis de sustancias y el consumo de energía. Son mecanismos sensibles y eficientes que mantienen el medio interno constante.

Movimiento: Se define como la capacidad que tienen los seres vivos de cambiar de un lugar o posición en el espacio. Todos los seres vivos se mueven, desde los conformados por una sola célula hasta los multicelulares, con el fin de transportarse, obtener alimentos o reproducirse. Hay organismos “plantas” que aparentemente no se mueven, sin embargo, lo hacen.

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Irritabilidad: Es la capacidad de los organismos para responder de un modo determinado a los cambios físicos o químicos, conocidos como estímulos, en su medio interno y externo. Los estímulos que provocan una reacción en la mayoría de los organismos son: cambios de color, intensidad o dirección de la luz, cambios de temperatura, presión o sonido, cambios en la composición química del suelo, aire o agua circundante. En los animales más complejos existen células especializadas para reaccionar a ciertos tipos de estímulos: las células de la retina del ojo reaccionan a la luz; los vegetales reaccionan a la luz y otros estimulos.

Crecimiento y desarrollo: El crecimiento es el aumento del tamaño en un organismo a consecuencia de la proliferación celular que conduce al desarrollo, es decir, una serie de cambios que experimenta un organismo en el transcurso de su vida, por asimilación de nuevos materiales extraídos del medio ambiente.

Adaptación: Es la tendencia de los organismos a sufrir cambios en sus estructuras, en sus funciones o en su comportamiento, que mejoren su capacidad de supervivencia en un ambiente determinado. Estos cambios pueden ser estructurales, fisiológicos, conductuales o una combinación de ellos.

Reproducción: Es la esencia misma de la vida. Es la capacidad de los organismos para producir nuevos individuos de su misma especie. Puede ser asexual y sexual.

3. NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA VIDA

El estudio de la evolución es particularmente útil para dividir los organismos en grupos porque revela como esos organismos están emparentados cronológicamente y morfológicamente entre sí. Los taxónomos utilizan las relaciones evolutivas para crear los grupos. Un esquema de clasificación ubica a los organismos en cinco reinos. El reino en la categoría taxonómica más general. Esos reinos son: Monera, Protistas, Fungí, Plantae y Animalia. El reino Monera está formado por organismos unicelulares que carecen de núcleo y de muchas de las estructuras celulares especializadas llamadas organelos. Se dice que tales organismos son procarióticos (pro= “antes”; karyon= “núcleo”) y se trata de las bacterias. Los demás reinos están integrados por seres eucarióticos (eu = “verdadero”; karyon= “núcleo”), cuyas células contienen núcleo y organelos.

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Los eucariotes unicelulares pertenecen al reino Protista el cual abarca los protozoarios y otros protista vegetaloides y fungoides. Los organismos pluricelulares que producen sus propios alimentos están agrupados dentro del reino plantas; las flores, los musgos, y los árboles. Son ejemplos los organismos vegetaloides unicelulares y pluricelulares que absorben alimentos de su medio pertenecen al reino Fungí, el cual incluye las levaduras y los mohos; los organismos pluricelulares que deben capturar su alimentos y digerirlo internamente se agrupan en el reino animalia.

3.1. Niveles de organización de la materia

Para entender mejor, el estudio de la vida se ha organizado esta en varios niveles de organización, en los cuales cada nivel es la base del siguiente, y va de lo simple a lo complejo. Dentro de los mismos se pueden diferenciar niveles abióticos (materia no viva) y niveles bióticos (materia viva). Entre los niveles abióticos se encuentran: Nivel subatómico: está integrado por las partículas subatómicas que forman los elementos químicos como son protones, neutrones y electrones. Nivel atómico: son los átomos que forman los seres vivos y que se denominan bioelementos. Del total de elementos químicos del sistema periódico, aproximadamente un 70% de los mismos los podemos encontrar en la materia orgánica. Estos bioelementos los podemos agrupar en tres categorías: bioelementos primarios, bioelementos secundarios y oligoelementos o bioelementos vestigiales. Nivel molecular: en él se incluyen las moléculas formadas por la agrupación de átomos (bioelementos). A las moléculas orgánicas se les denomina Bioelementos o principios inmediatos. Estos se pueden agrupar en dos categorías inorgánicas y orgánicas. En este nivel también podemos agrupar las macromoléculas y los virus. Las primeras resultan de la unión de monómeros (aminoácidos, nucleótido) y los segundos son la unión de proteínas con ácidos nucleicos. Entre los niveles bióticos se encuentran: Nivel celular: la más pequeña unidad estructural de los seres vivos capaz de funcionar independientemente. Cada célula tiene un sistema químico para adquirir energía; un soporte químico para la herencia (ADN); etc. Las moléculas, macromoléculas y complejos macromoleculares se asocian e integran estructurando organelos celulares (subunidades de la célula), por ejemplo: mitocondrias y núcleo, que funcionan armónicamente. Las células tienen una organización específica que se traduce en tamaños y formas características reconocibles. Los organismos unicelulares carecen de los niveles siguientes intermedios, sin embargo, en el nivel molecular son altamente organizados.

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Nivel pluricelular: constituidos por aquellos seres formados por más de una célula. Surge de la diferenciación y especialización celular. En él encontramos distintos niveles de complejidad como:

Tejidos: conjunto de células que realizan una determinada función. Órganos: Grupo de tejidos especializados, que realizan una determinada función. Por ejemplo una hoja, es un órgano que se encarga habitualmente de llevar a cabo la fotosíntesis, otros ejemplos son: hígado, riñones, ojo, entre otros

Aparato o sistema: Conjuntos de órganos que realizan una determinada función, por ejemplo: el sistema vascular en las plantas superiores o el sistema circulatorio en animales.

Nivel de organismo o individuo: Pueden ser unicelulares y pluricelulares. Los individuos pluricelulares están formados por un conjunto de aparatos y sistemas. Varios sistemas, trabajando juntos de una manera integrada, forman el organismo viviente. Los organismos más grandes requieren de una organización de partes que es proporcionalmente mayor que aquella requerida por organismos más pequeños. El daño o destrucción de un pequeño órgano traería incapacidad para trabajar apropiadamente y causar desorganización completa en todo el organismo. El nivel de organismo pudiera parecer la culminación de la jerarquización de los seres vivos, ya que es el nivel objeto de estudio de la Biología, sin embargo, a partir del nivel organismo, encontramos otros niveles, que son objeto de estudio de la Ecología, tales como: Nivel población Grupos de individuos similares que tienden a aparearse entre sí, en un área geográfica limitada. Esto puede ser tan sencillo como un campo con flores separado de otro por una colina sin flores. Nivel comunidad Es la relación entre grupos de diferentes especies. Por ejemplo, las comunidades del desierto pueden consistir en conejos, coyotes, víboras, ratones, aves y plantas como los cactus. Una comunidad puede ser alterada por sucesos o actividades tales como el fuego, la actividad humana y la sobrepoblación. Nivel ecosistema La relación entre grupos de organismos entre sí y con su medio ambiente. Los científicos a menudo hablan de la interrelación entre los organismos vivos. Dado que, de acuerdo a la teoría de Darwin los organismos se adaptan a su medio ambiente, también deben adaptarse a los otros organismos de ese ambiente.

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Nivel biosfera El conjunto de todos los seres vivos del planeta constituye la Biosfera. En esencia, el lugar donde ocurre la vida, desde las alturas de nuevas atmósfera hasta el fondo de los océanos.

4. QUÍMICA DE LA VIDA

4.1. GENERALIDADES DE LA QUÍMICA DE LA VIDA

Átomos Los átomos son las unidades más pequeñas de un elemento químico. Están constituidos por partículas subatómicas. Se han descrito casi cien tipos de partículas, pero la mayoría de ellas son de corta vida y realizan una función desconocida en la Biología. Un átomo puede ser dividido en pequeñas partes; sin embargo, al hacerlo pierde las, propiedades particulares del elemento representado. Los elementos tienen características especiales por las estructuras específicas de estos átomos intactos. Los tres tipos de partículas subatómicas estables que forman un átomo son los neutrones, los protones y los electrones. Los protones y los neutrones son semejantes en masa, son mucho más pesados que los electrones y forman la mayor parte de la masa del universo. Los protones tiene una carga eléctrica positiva (+) y los electrones una carga eléctrica negativa (-); los neutrones no tienen carga eléctrica (son eléctricamente neutros). Las cargas opuestas se atraen y las cargas iguales se repelen; así, los protones y los electrones se atraen entre sí a través de fuerzas electrostáticas.

Núcleo atómico

Formado por los neutrones y protones unidos por la fuerza nuclear.

Capas electrónicas Están formadas por los electrones orbitales dispuestos en capas. La capa electrónica interna “x” se completa con dos electrones, la capa “L” se completa con ocho electrones en cuatro pares, la capa “M” se completa con cuatro pares de electrones. Los átomos más ligeros, al igual que los elementos SPONCH, siempre completan su primera capa antes de llenar la segunda y luego siguen con la tercera. En el azufre los 16 elementos deben llenar las capas de tres capas con las reglas. Los átomos a través de enlaces químicos (iónicos y covalentes) conforman moléculas que son las unidades más pequeñas de una sustancia compuesta que conserva laspropiedades de esta. Las moléculas a su vez pueden unirse a través de puentes de hidrógeno y fuerzas de Van Der Waals, para formar las macromoléculas y los complejos supramoleculares.

Enlaces químicos Las fuerza de atracción e interacción entre dos o más átomoenlace químico, que representa una cierta cantidad de energía potencial y que mantienen a las moléculas juntas.

Enlace iónico Se define como un enlace formado por la atracción electrostática entre el ion con carga positiva y un ion con carga negativa. El enlace iónico se puede describir mejor con la formación de la sal común de mesa (cloruro deCualquier átomo o molécula cargados, como el sodio (Na+) y el cloruro (Clion. La atracción electrónica entre el ion cargado positivamente y el ion cargado negativamente forma el enlace iónico. De esta reacción se forma el cloruro de sodio, la sal de mesa.

Las fuerza de atracción e interacción entre dos o más átomos en una molécula se llama enlace químico, que representa una cierta cantidad de energía potencial y que

as moléculas juntas.

Se define como un enlace formado por la atracción electrostática entre el ion con carga positiva y un ion con carga negativa. El enlace iónico se puede describir mejor con la formación de la sal común de mesa (cloruro de sodio). Cualquier átomo o molécula cargados, como el sodio (Na+) y el cloruro (Clion. La atracción electrónica entre el ion cargado positivamente y el ion cargado negativamente forma el enlace iónico. De esta reacción se forma el cloruro de sodio, la

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en una molécula se llama enlace químico, que representa una cierta cantidad de energía potencial y que

Se define como un enlace formado por la atracción electrostática entre el ion con carga positiva y un ion con carga negativa. El enlace iónico se puede describir mejor con la

Cualquier átomo o molécula cargados, como el sodio (Na+) y el cloruro (Cl-) se llama ion. La atracción electrónica entre el ion cargado positivamente y el ion cargado negativamente forma el enlace iónico. De esta reacción se forma el cloruro de sodio, la

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Enlace covalente Este se da con el compartimiento de pares de electrones, esto ocurre cuando la electronegatividad de cualquier elemento no es lo suficientemente grande para permitirle capturar los electrones del otro. De esta manera dos átomos con electronegatividad parecida pueden satisfacer los requerimientos de su última capa compartiendo un par de electrones. Los dos átomos se mantienen juntos por el enlace covalente y de este modo forman una molécula. Consideremos la molécula más simple, con enlace covalente, el hidrógeno molecular (H2). Está compuesto por dos átomos de hidrógeno, cada uno contiene un núcleo con un protón y un simple electrón no apareado. Así tenemos una molécula de hidrógeno como puede verse en la figura. El enlace covalente a diferencia del iónico es un enlace poderoso, difícil de romper. El enlace covalente permite que sé que combine el carbono con muchos otros elementos y une al oxígeno con dos átomos de hidrógeno para formar el agua.

Fuerza de Van Der Waals o fuerzas intermoleculares Las fuerzas de Van Der Waals son fuerzas gravitatorias (de atracción) que hay entre las moléculas. Dichas atracciones no provocan cambios químicos, pero son importantes en la generación de las propiedades físicas de las sustancias moleculares, son más débiles que las fuerzas intramoleculares. Se describen tres tipos de fuerzas intermoleculares de las más intensas a las más débiles como: puentes de hidrogeno, fuerzas dipolares y fuerzas de dispersión.

Puente de hidrógeno Es un enlace más débil que los anteriores, en este un protón (H+) sirve de eslabón entre dos moléculas o entre dos partes de una misma molécula de gran tamaño. Aunque los puentes de hidrógeno son mucho más débiles que los enlaces covalentes y no producen nuevas combinaciones químicas. Los puentes de hidrógeno son importantes en la generación de las moléculas biológicas comunes, donde el hidrógeno se enlaza con el nitrógeno o con el oxígeno, como ocurre con las proteínas y los ácidos nucleicos.

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Reacciones químicas Las reacciones químicas son cambios químicos en los cuales las sustancias iníciales, reactivas; se transforman químicamente en sustancias nuevas los productos. Todas las reacciones químicas consisten en un reordenamiento de los enlaces. De tal manera que si escoge como reactivo: al sodio, un metal plateado que reacciona violentamente con el agua, y el cloro, que es un gas amarillo verdoso, picante y corrosivo, estos reactivos inician una reacción química en la cual el producto es el cloruro de sodio o bien sal de mesa. La ecuación química siguiente representa la reacción del cloro con el sodio, para formar cloruro de sodio.

4.2. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS

Todos los seres vivos, desde una bacteria, una flor, hasta la especie humana; están constituidos químicamente de manera semejante. Las sustancias químicas constitutivas de la materia viva son la base de los procesos biológicos. El análisis químico de los seres vivos revela que todos están constituidos a nivel químico, básicamente de los mismos elementos. La composición química de la materia viva se puede resumir en: Bioelementos y Biomoléculas (principios inmediatos).

4.2.1. BIOELEMENTOS

Son elementos químicos que forman parte de los seres vivos. Aproximadamente existen unos 70 bioelementos y se agrupan en las siguientes categorías:

· Elementos primarios o SPONCH, son los más abundantes y forman el 96% del peso de un organismo.

· Elementos secundarios, son aproximadamente el 3.9%

· Oligoelementos, son muy escasos conforman el 0.1% del peso de los organismos.

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Bioelementos Primarios o Los elementos “SPONCH” El análisis químico de los vegetales y animales muestra que se componen de elementos químicos diversos, que se encuentran en el ambiente. De todos los elementos solamente seis: Azufre, Fosforo, Oxígeno, Carbono, Nitrógeno e Hidrógeno (SPONCH) forman el 96% de la materia viviente. Cerca del 1% restante del tejido los forman otros elementos químicos como el potasio, sodio, cloro, magnesio, calcio, entre otros. A estos elementos se les denomina elementos biogenéticos por estar presente en la materia viva. Los elementos necesarios para la vida son imprescindibles para el desarrollo normal de los organismos independiente de la cantidad en que se encuentran. Por ejemplo, las plantas no pueden elaborar su alimento sin el magnesio y mientras que un árbol de pino pueden vivir con pequeñas cantidades de sodio, el hombre no podría vivir sin él. El sodio es importante para el funcionamiento de los nervios y músculos. La mayoría de los elementos restantes son raros en la naturaleza y son menos interesantes para el biólogo.

El carbono

El carbono, cuyo número atómico es seis, tiene en forma libre dos electrones en su capa interna y cuatro en su capa externa. El carbono comparte electrones para alcanzar estabilidad mediante cuatro enlaces covalentes sencillos. El átomo de carbono se une muy fácilmente entre sí, es el esqueleto básico de las biomoléculas orgánicas, conforma cadenas de carbono de diversas longitudes y formas, a las que por lo general se adhieren átomos de hidrogeno, oxígeno y nitrógeno. El carbono puede establecer enlaces dobles y hasta triples con otros átomos adyacentes lo que acrecienta la variedad y complejidad de los compuestos que puede conformar.

El nitrógeno

El nitrógeno es un componente esencial de las proteínas y de los ácidos nucleicos como el ácido desoxirribonucleico y el ácido ribonucleico, también se encuentra en algunos carbohidratos, algunos lípidos e innumerables moléculas biológicas. El nitrógeno es un elemento muy común (78% del aire es nitrógeno) pero difícil de aprovechar por los organismos dado que en la mayoría de los casos es muy estable y, por tanto, tiende a reaccionar con otros átomos u otras moléculas. El número atómico del nitrógeno es siete, con dos electrones en su capa interna y cinco en su capa externa; todos están balanceados con sus protones. Se necesitan tres electrones para completar la capa externa. Por lo general, el nitrógeno forma tres enlaces covalentes como en el caso del nitrógeno molecular (N2) y en el amoniaco (NH2). En algunas ocasiones puede formar cuatro enlaces covalentes, como sucede en el ion amoniaco (NH4+)

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El fosforo

En los sistemas biológicos el fosforo como fosfato siempre se combina con el oxigeno. Un fosfato puede ser un ion libre inorgánico o puede estar combinado con una larga molécula orgánica y formar un grupo fosfato. En los fluidos celulares y extracelulares de los organismos, los iones fosfato se encuentran como HPO4

­2 o como H2PO4­ (con uno

o dos átomos de hidrogeno y con dos o una carga negativa, respectivamente). Las uniones ricas en energía se encuentran principalmente en las moléculas conocidas como trifosfato de adenosín (ATP), y su producto menos energético, difosfato de adenosin (ADP). Los fosfatos también están en las sustancias grasas llamadas fosfolípidos, las cuales forman gran parte de la estructura de muchas membranas celulares tanto externas como internas. Finalmente un fosfato en particular, el fosfato de calcio, se utiliza para formar la materia dura de los huesos y dientes.

El azufre

Este se encuentra en algunos de los aminoácidos, como un grupo sulfhídrilo, donde un átomo de azufre se une por enlace covalente a un átomo de hidrogeno.

Bioelementos secundarios Mg, Ca, Na, K, Cl Forman parte de todos los seres vivos, y en una proporción del 3,9% de la masa corporal.

Magnesio Forma parte de la molécula de clorofila, y en forma iónica actúa como catalizador, junto con las enzimas, en muchas reacciones químicas del organismo.

Calcio Forma parte de los carbonatos de calcio de estructuras esqueléticas. En forma iónica interviene en la contracción muscular, coagulación sanguínea y transmisión del impulso nervioso.

Sodio Catión abundante en el medio extracelular; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular.

Potasio Catión más abundante en el interior de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular.

Cloro Anión más frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluído intersticial.

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Oligoelementos

Se denomina así al conjunto de elementos químicos que están presentes en los seres vivos, en forma vestigial (aproximadamente 0,1% la masa corporal), pero son indispensables para el desarrollo armónico del organismo. Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes para casi todos, y estos son: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, iodo, boro, silicio, vanadio, cromo, cobalto, selenio, molibdeno y estaño. Las funciones que desempeñan, quedan reflejadas en el siguiente cuadro:

Hierro Fundamental para la síntesis de clorofila, catalizador en reacciones químicas y forman parte de citocromos que intervienen en la respiración celular, y en la hemoglobina de la sangre que interviene en el transporte de oxígeno.

Manganeso Interviene en la fotolisis del agua, durante el proceso de fotosíntesis en las plantas.

Iodo Necesario para la síntesis de la tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo.

Flúor Forma parte del esmalte dentario y de los huesos.

Cobalto Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina.

Silicio Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, endurece tejidos vegetales como en las gramíneas.

Cromo Interviene junto a la insulina en la regulación de glucosa en sangre.

Zinc Actúa como catalizador en muchas reacciones del organismo.

Litio Actúa sobres neurotransmisores y la permeabilidad celular. En dosis adecuadas puede prevenir estados de depresiones.

Molibdeno Forma parte de las enzimas vegetales que actúan en la reducción de los nitratos por parte de las plantas.

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4.2.2. LOS COMPUESTOS QUÍMICOS Y LOS SERES VIVOS

En química, un compuesto es una sustancia formada por la unión de dos o más elementos de la tabla periódica, la mayoría de los elementos que constituyen a los seres vivos están enlazados, formando complejos sistemas de compuestos orgánicos e inorgánicos. Los límites entre un sistema muy complejo pero inanimado y una de las formas de vida más simples son un tanto arbitrarios. Sin embargo los seres vivos están constituidos por moléculas (compuestos químicos), a las cuales también se le denominan biomoléculas de las cuales se distinguen las siguientes:

Compuestos químicos o Biomoléculas inorgánicas

Los compuestos inorgánicos, más importantes para los seres vivos son: el agua y las sales minerales.

Compuestos químicos o Biomoléculas orgánicas

Los compuestos orgánicos se basan en la combinación de átomos de carbono con hidrogeno, además con átomos de oxígeno, nitrógeno y algunos otros elementos como el fosforo y el azufre. Se reconocen cuatro grandes subgrupos: carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos.

4.2.2.1. BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS

El Agua

Es el compuesto más importante y abundante para todas las formas de vida. La vida sería imposible sin agua. Donde hay vida hay agua, y en casi todo sitio donde hay agua hay vida. Todas las células contienen agua y sólo en un ambiente acuoso pueden funcionar. La mayoría de los organismos vivos contienen entre el 50 y 90% de agua. Las dos terceras partes de nuestro ser es agua. En promedio constituye un 75% del peso total del cuerpo, hay animales como la medusa que tiene el 95% agua y 5% de otros compuestos. Esta característica se refleja en la forma en que crecen y se desarrollan los organismos. En una escala más grande la mayoría de los biólogos aceptan que la vida empieza en el agua y que la asociación entre el agua y la vida ha perdurado. La mayoría de las reacciones químicas de la vida ocurren en las soluciones acuosas. En nuestro planeta el agua es abundante, tres cuartas partes de la superficie terrestre son agua y enormes volúmenes de este líquido esencial se están reciclando constantemente en la atmósfera. En el ciclo hidrológico las plantas, los animales y otras formas de vida utilizan el agua incorporándola en sus células en cuanto realizan sus actividades químicas. Finalmente toda esta agua retorna al ciclo de la atmósfera durante la respiración y después de la muerte de los organismos.

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Características físico-química del agua

La naturaleza polar del agua En cada molécula de agua hay dos átomos de hidrogeno covalentemente unidos a un átomo de oxígeno. Los dos hidrógenos comparten un par de electrones en dos de los cuatro orbitales para electrones en pares, de la capa externa del oxígeno (ver diagrama de la molécula de agua). La molécula de agua es polar, es decir, tiene lados cargados negativa y positivamente. Los dos átomos de hidrógeno del agua se presentan en dos ángulos del mismo tetraedro imaginario igual al que representa la molécula de metano. No importa cuales dos de los cuatro ángulos estén ocupados, la molécula es simétrica, específicamente si se trazara un par de líneas del centro del oxígeno hacia el centro de los dos hidrógenos formarían supuestamente un ángulo de 190°. El agua y los puentes de hidrógeno El agua tiene cargas terminales positivas y negativas: estas pueden interactuar entre sí, cada extremo negativo atrae al positivo de la siguiente molécula. Los puentes de hidrogeno están formados por atracciones eléctricas débiles entre las regiones de una molécula, los dos hidrógenos cargados positivamente y la región de la siguiente molécula, cargada negativamente, el oxígeno. Esta ligera atracción entre las cargas positivas y negativas de la molécula polar es lo que las mantiene unidas durante cierto tiempo, es un enlace temporal. El agua debe sus excelentes cualidades de solvente en gran parte a sus características polares. El agua y las moléculas apolares Si se vierte una taza de agua en un recipiente con aceite se notará que el agua forma rápidamente gotitas en suspensión que finalmente se unen y se aíslan del aceite. La explicación de este fenómeno es la fuerte atracción que existe entre las moléculas de agua. El agua tiene muy poca atracción por el aceite, el cual es un compuesto apolar que no puede formar puentes de hidrogeno. La fuerza de atracción de las moléculas de agua excluye al aceite; de manera que este queda completamente aislado. Las moléculas apolares se llaman hidrófobas y las moléculas polares que se mezclan con el agua se llaman hidrofílicas.

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Propiedades del agua:

El solvente universal El agua es un solvente casi universal, disolviendo muchas sustancias y permitiendo así reacciones químicas. Tiende a favorecer la ionización de sustancias en solución: Participa en forma activa en ciertas reacciones químicas, por ejemplo la hidrolisis.

Capacidad calórica El agua posee un calor específico muy elevado por lo que tiene alta capacidad calorífica, o sea, puede tener y ganar grandes cantidades de calor con poco cambio de su propia temperatura. Una caloría es precisamente la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura del agua a 1°C. Los altos valores del calor específico del agua se deben a los puentes de hidrógeno. El agua resiste la evaporación mejor que la mayoría de los líquidos. Se dice entonces que el agua tiene un “elevado calor de evaporación”. La evaporación del agua también es retardada por acción de los puentes de hidrógeno.

Densidad del agua El agua es más densa a 4 °C que a 0 °C; por esto, el hielo flota y hace que los lagos se congelen de la parte superior hacia abajo y ni de abajo hacia arriba, permitiendo que los organismos se protejan en aguas más profundas.

Capilaridad

El agua tiende a mantener húmedas las cosas, se debe a que forma puentes de hidrógeno con las moléculas de los objetos sólidos, excepto por supuesto, de objetos hechos con sustancias aceitosas o ceras. Esta propiedad humectante es resultado de la adhesión de los líquidos -una atracción entre sustancias diferentes-. La cohesión es la atracción entre sustancias similares, los puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua dan a está una cohesión considerable. La tendencia del agua a adherirse y dispersarse por las superficies sólidas es una de sus propiedades especiales. Si un capilar de vidrio se coloca en un recipiente con agua, el agua humedecerá el interior del tubo y se elevará una columna de agua en el tubo hasta una altura superior a la del agua que está en el recipiente. A esta característica del agua se le llama capilaridad. Un fenómeno semejante a la acción capilar pero en menor escala es la absorción. El movimiento del agua hacia el interior de las superficies porosas, como la madera o la gelatina se conoce como adsorción o adhesión a las superficies.

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Elevada tensión superficial Si colocamos cuidadosamente una aguja en forma horizontal en agua podemos observar que flota, este truco funciona gracias a la tensión superficial que es un aspecto de la cohesión entre las moléculas de agua, de modo que se forma una película elástica y resistente de moléculas de agua entrelazadas por puentes de hidrógeno. La tensión superficial es la responsable de la formación de gotas de lluvia.

Importancia biológica del agua La mayoría de las funciones como la nutrición, excreción, y respiración dependen de la presencia de agua. Es un buen disolvente de una gran variedad de moléculas inorgánicas y orgánicas, propiedad que permite el transporte de diferentes sustancias a través de la membrana celular. Así, los nutrientes son tomados por las células y los desechos son eliminados en forma de soluciones. Gracias a sus cualidades polares, favorece la disociación de muchas moléculas formadoras de iones, las cuales participan en la regulación de propiedades biológicas como la contracción muscular, la permeabilidad y la transmisión de impulsos nerviosos. La elevada tensión superficial del agua y la expansión cuando se congela se debe a la tendencia de sus moléculas al mantenerse unidas gracias a la constante formación de puentes de hidrógeno en ellas. Dada la transparencia del agua, ésta no interfiere en procesos como la fotosíntesis (a poca profundidad) y la visión, en la que es necesario el paso libre de la luz. Una de las más importantes cualidades del agua en relación con la vida es la estabilidad de su temperatura que contribuye a mantener constantemente la temperatura de los organismos. Se requieren grandes cantidades de calor para elevar considerablemente la temperatura del agua, pero una vez que esta ha absorbido el calor lo retiene tenazmente. El calor especifico elevado del agua, o sea que el agua necesita absorber una gran cantidad de calor para modificar su temperatura, propiedad que impide el calentamiento y el enfriamiento rápido del organismo. Es indispensable para la prevención de cambios bruscos de temperatura que podrían destruir la estructura de muchas macromoléculas dentro de la célula. El agua cuenta con un elevado calor latente de fusión, o sea que al pasar del estado líquido al solido emite cantidades relativamente grandes de calor. Por el contrario, el hielo absorbe grandes cantidades de calor al fundirse. Esta cualidad se traduce en resistencia a los cambios de temperatura en torno al punto de congelación. El elevado calor latente de evaporación del agua (calor absorbido durante la evaporación) nos sirve para que la superficie del cuerpo se deshaga de grandes cantidades de calor durante la transpiración de la superficie corporal del agua líquida (sudor) en vapor como dispositivo de enfriamiento. El funcionamiento de este mecanismo es muy simple y se basa en que las moléculas del agua en evaporación

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absorben una considerable cantidad de calor en cuanto escapan. Este mecanismo de eliminación de calor deja de funcionar cuando el aire se satura de agua, lo cual imposibilita la evaporación; esto explica la incomodidad que se siente en los días calurosos y húmedos. Por ejemplo, el calor específico del agua es aproximadamente dos veces mayor al calor específico del alcohol. En una escala mayor, durante el ciclo del agua dentro de la atmosfera se absorbe una enorme cantidad de calor y este es factor clave que convierte a la tierra en un lugar habitable. Además los grandes cuerpos de agua de la tierra son muy adecuados para la vida, ya que sus temperaturas varían solamente en forma ligera comparados con la temperatura de la superficie de la tierra. El agua sirve como lubricante para el cuerpo. Por ejemplo el mucus de los conductos nasales contiene gran cantidad de agua y lubrica esa zona. El enfriamiento del agua, revela igualmente otra de sus peculiaridades. Al enfriarse sus moléculas inicialmente se acercan, incrementan su densidad y alcanzan un máximo a los 4 °C. Los puentes de hidrogeno se vuelven más rígidos en este momento y la malla molecular se cierra. Así con la llegada del otoño en las regiones templadas se depositan capas de agua fría en las profundidades de los lagos, ayudando a crear un ciclo o rotación estacional que lleva oxígeno hacia abajo y nutrientes hacia arriba. Pero al alcanzar los 0°C el agua, la malla de agua se abre y las moléculas se separan, alcanzando la menor densidad cuando se forman los cristales de hielo. El hecho de que el agua alcance su menor densidad a los 0°C explica porque flotan los cubos de hielo.

Sales minerales

Las sales minerales forman parte de los compuestos inorgánicos, pueden hallarse en estado sólido y líquido, en función de su solubilidad, se clasifican en dos: precipitadas o sólidas y disueltas o liquidas.

En estado sólido o precipitadas forman estructuras duras como caparazones o esqueletos de invertebrados y vertebrados, con una función protectora o de sostén, entre estas sales encontramos los fosfatos y carbonatos de calcio.

Las liquidas o disueltas se encuentran disociadas en sus iones (cationes y aniones) y son responsables de las actividades biológicas, y funcionan como catalizadores, reguladores osmóticos y tamponadoras. Entre estas nos encontramos cobre, magnesio, manganeso, zinc, sodio, potasio, cloruro y carbonatos.

El cloruro de sodio es una sal inorgánica que se encuentra ampliamente distribuida en los organismos y participa en la regulación osmótica. El bicarbonato de sodio participa en la regulación del pH en el plasma y en el transporte de CO2 en los animales superiores. El ion potasio es esencial para el crecimiento.

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4.2.2.2. BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS

Los compuestos de carbono se denominan biomoléculas o macromoléculas orgánicas. Se trata de compuestos orgánicos que solo los seres vivos son capaces de sintetizar y degradar para obtener energía, regular sus funciones celulares y utilizar como componentes estructurales. Se reconocen cuatro grandes grupos: carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos.

Los Carbohidratos

Generalidades de los carbohidratos: A los carbohidratos los conocemos bien porque son los azúcares y los almidones de nuestra alimentación, la mayoría de los carbohidratos tienen la forma empírica (CH2O)n (aquí, la n significa que puede tener múltiplo de (CH2O). Los carbohidratos comúnes más sencillos son los monosacáridos (CH2O)3, o compuestos de tres carbonos. Los carbohidratos también se les conocen como hidratos de carbonos, glúcidos o azucares, constituyen una de las reservas energéticas de los organismos y son componentes de diversas estructuras, como, por ejemplo forman parte de la pared celular en los vegetales y el esqueleto externo de ciertos insectos.

Clasificación de los carbohidratos:

De acuerdo a su complejidad, los carbohidratos se clasifican en: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.

Los monosacáridos La unidad básica de los azúcares es un monosacárido o azúcar simple (mono, uno; sakcharon,azúcar). Este puede tener de tres a siete o más átomos de carbono y se conocen como hexosas. Una hexosa típica es la glucosa (C6H12O6). La glucosa no solo es fundamental para el metabolismo de la energía y la fotosíntesis, sino que también es el bloque de la construcción con el cual se constituyen todos los carbohidratos complejos. A la glucosa suele llamársele azúcar de la sangre, azúcar del maíz, azúcar de la uva, dependiendo del origen.

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Entre los monosacáridos de importancia biológica se encuentran: el gliceraldehído, que es un producto intermediario de la glucólisis y la fotosíntesis, la ribosa y la desoxirribosa que forman parte de los ácidos nucleicos, la glucosa que es la principal fuente de energía, la fructosa que se encuentra en frutas y miel; y la galactosa, que forma parte de glucolípidos o glucoproteínas de las membranas celulares.

Los disacáridos Los monosacáridos pueden unirse entre sí formando un enlace glucosídico, mediante un proceso denominado síntesis por condensación o deshidratación. En dicho proceso se unen dos monosacáridos para formar un disacárido y se libera una molécula de agua (tienen que desprenderse un –OH de uno de los monosacáridos y un –H del otro para que se forme el enlace C-O-C entre los monómeros o unidades básicas), requiere la presencia de proteínas con actividad biológica llamada enzima. Estas macromoléculas abundan en la célula y son los catalizadores –agentes activantes - de la mayoría de las reacciones químicas de la vida. El azúcar de mesa o sacarosa es el disacárido más conocido, que se forma por condensación de subunidades de glucosa y fructosa, originando un azúcar de doce carbonos compuestos por dos azúcares de seis carbonos.

En el intestino, la sacarosa es descompuesta en glucosa y fructosa por una hidrólisis, la cual es justamente lo contrario a la síntesis por deshidratación. Aquí, con la asistencia de una enzima, una molécula de agua se adiciona al enlace, fragmentando a la sacarosa en sus componentes. Este proceso es necesario porque el intestino no puede absorber muy eficientemente la sacarosa y las células del cuerpo no la pueden metabolizar. Otro disacárido de interés es la lactosa, llamada azúcar de la leche. La lactosa, en realidad no es tan dulce como la sacarosa y mientras que los bebes crecen con ella, muchos adultos (incluyendo a casi todos los adultos no caucásicos) consumidores de productos lácteos padecen intolerancia a la lactosa. Estas personas carecen de la enzima que descompone a la lactosa en sus dos subunidades la glucosa y la galactosa y por tanto, no pueden digerir la lactosa. En lugar de esto la lactosa, junto con otros azúcares de la leche, pasa al colon donde los atacan las bacterias formadores de gases, causando muchas veces una acumulación dolorosa de gas. Los principales disacáridos que se encuentran en los alimentos que consumimos habitualmente, son: la maltosa que está compuesta por dos moléculas de glucosa, se encuentra en los granos de cebada germinada; la lactosa se encuentra en la lecha y la sacarosa que se encuentra en la caña de azúcar y remolacha.

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Los polisacáridos

Los polisacáridos (poli, muchos), están formados por muchas subunidades de monosacáridos, por lo tanto son polímeros, unidos por enlaces glucosídicos. Los polisacáridos poseen muchas formas y cumplen un gran número de funciones, de acuerdo a su función se clasifican en: polisacáridos de reserva energética como el almidón y el glucógeno y en polisacárido estructurales como la celulosa y la quitina,

Funciones y ejemplos de polisacáridos:

Almidones vegetales

En las plantas, la principal forma de almacenamiento de glucosa es el almidón. Muchos alimentos conocidos (papas, harinas de trigo y maíz granos completos, semillas de vegetales y frutas) contienen grandes cantidades de polisacáridos en forma de almidones vegetales.

Los “alimentos chatarra” son de elevadas calorías, principalmente por su alto contenido de almidón y sacarosa. Los almidones son carbohidratos de almacenamiento de vital importancia, ya que son metabolizados rápidamente para obtener energía.

Los almidones existen en dos formas: amilosa y la amilopectina, que son reservas alimenticias importantes para las plantas superiores. Todos los almidones están compuestos completamente por subunidades de glucosa.

Amilosa y amilopectina

La amilosa es el almidón más sencillo, integrado por largas cadenas lineales sin ramificaciones de cientos de subunidades de glucosa, con enlaces por deshidratación. La amilopectina, forma ramificada cuyas bifucaraciones se deben a enlaces 1-4. Cerca del 20% del almidón de la papa es amilosa, el 80%restante es amilopectina.

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Glucógeno

Es el principal polisacárido presente en las especies de animales superiores muchas veces es llamado almidón animal.

El glucógeno es una cadena muy ramificada de unidades de glucosa que funciona como molécula de almacenamiento de calorías en los animales y se encuentra principalmente en el hígado y en los músculos. El glucógeno es una unidad de almacenamiento de corta duración en las células de los animales vertebrados. Por lo general es una molécula mucho mayor que la amilosa o la amilopectina.

La degradación de glucógeno depende de dos enzimas: una que rompe los enlaces 1-4 de las unidades de glucosa, llamada fosforilasa del glucógeno , y otra que rompe los enlaces 1-6, Ú(1-6) glucosidasa. El rompimiento de los enlaces se efectúa mediante una inversión del proceso de condensación de modo que vuelve a entrar agua a la molécula. Por consiguiente, se reponen los grupos –OH y =H y de esa manera se rompe el enlace este proceso de denomina hidrólisis.

La concentración de las enzimas que facilitan la síntesis de glucógeno a partir de glucosa aumenta en presencia de insulina, hormona secretada en el torrente sanguíneo cuando las concentraciones de glucosa en la sangre empiezan a elevarse. Las enzimas como las fosforilasas que es activada por las hormonas adrenalina (epinefrina y glucagón) degradan el glucógeno a sus moléculas constituyentes de glucosa.

Celulosa

La celulosa es el principal componente estructural de las paredes celulares de las plantas, es un polisacárido insoluble en el agua que forma largas cadenas de enlaces de 1-4 no ramificadas. Dichas paredes se unen para integrar las paredes celulares de las plantas.

Quitina

La quitina es un polímero estructural parecido a la celulosa, pero normalmente presente en los hongos para formar las paredes que envuelven sus células y en los exoesqueletos de los insectos y de otros artrópodos, incluyendo al langostino al cangrejo y la araña.

Otros polisacáridos estructurales se pueden encontrar (tales como algina, el agar, y la carragenina) en algunas algas marinas de las cuales se extraen y se usan en la industria alimenticia en forma secreta por ejemplo, para espesar las bebidas a partir de leche. También muchas bacterias secretan cubiertas mucoides protectoras formadas por polisacáridos.

Finalmente otro grupo importante de polisacáridos son los mucopolisacaridos que contienen nitrógeno y que son producidos por animales se pueden presentar en numerosos lugares como la sustancia gelatinosa que llena en ojo, el líquido lubricante de las articulaciones, el cordón umbilical y las sustancias que la mantiene la piel adherida al cuerpo.

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Los Lípidos

Generalidades de los Lípidos: Los lípidos son una clase de compuestos orgánicos que tienden a ser insolubles en agua o hidrofóbicos (temerosos del agua) y otros disolventes polares orgánicos como el cloroformo, aguarrás, gasolina, tolueno o éter tienen tendencia a ser liposolubles, en lugar de hidrosoluble y son generalmente apolares. Están formados casi por completo de carbono, hidrogeno y oxígeno, aunque pueden contener otros elementos. Los lípidos pueden ser moléculas pequeñas, moléculas grandes, monómeros, polímeros, moléculas para el almacenamiento de la energía, moléculas estructurales, hormonas, lubricantes, o partes de proteínas. Los triglicéridos y otros lípidos tienen mucha más energía asociada con su estructura de enlace que los carbohidratos y las proteínas. Un gramo de la mayoría de los carbohidratos produce aproximadamente 4.3 calorías al oxidarse y un gramo de proteína produce 4.6 calorías mientras 1 gramo de triglicéridos produce más de 9 calorías. Por otra parte las grasas como sustancias de almacenamiento de energía ocupan mucho menos espacio y pesan menos que los carbohidratos. Esto se debe a que los carbohidratos absorben agua durante su almacenamiento, en tanto que las grasas no necesitan agua ni en su forma final de almacenamiento, ni durante las transformaciones intermedias que producen las moléculas de almacenamiento. Aparte de servir como medios de almacenamiento de energía, ciertos lípidos protegen los órganos internos del cuerpo, mientras que otros en forma de una capa situada inmediatamente por debajo de la piel de muchos mamíferos brindan aislamiento contra las bajas temperaturas ambientales.

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Clasificación de los Lípidos: Los lípidos son un grupo muy heterogéneo por lo cual existen diferentes formas de clasificarlos según su diversidad y funciones que desempeñan se pueden clasificar a como se muestra en el siguiente esquema.

Lípidos saponificables: Se les conoce con este nombre debido a que forman jabones cuando reaccionan a sustancias alcalinas como hidróxido de potasio, hidróxido de sodio (KOH y NaOH). Los lípidos saponificables incluyen ceras, grasas o triacigliceroles (grasas saturadas e insaturadas), ésteres se glicerol (fosfolípidos y plasmalógeneos), ceramidas o ésteres de esfingosina (esfingomielinas y cerebrósidos). Ceras: son los compuestos más simples. Se trata de lípidos insolubles en agua, con función impermeabilizante y consistencia firme, son ésteres de ácido graso, sin embargo el alcohol que participa no es glicerol sino uno de cadena larga con un grupo hidroxilo sencillo.

o Se encuentran en la superficie de las plantas donde forman una delgada capa llamada cutina que evita la deshidratación de la planta y que los organismos la parasiten. De igual modo se encuentran en los panales de abejas formando las ceras y en el cerumen de los oídos de los mamíferos.

Pueden ser

Comprenden Se encuentran

Se dividen en

de origen de origen

Pueden ser

se dividen en

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Triacilgliceroles o triglicéridos: son los más abundantes, están formado por tres cadenas de ácidos grasos unidos a los tres grupos hidroxilos (-OH) de triple alcohol glicerol (molécula de glicerol). Las síntesis de un triglicérido se da por una reacción de deshidratación mediante el cual se forman tres moléculas de agua por cada triglicérido producido. Estos son completamente apolares, ya que los grupos carboxilos de los ácidos grasos están unidos mediantes enlaces a losgrupos hidroxilo del glicerol. Los ácidos grasos pueden ser saturado o insaturados:

o Saturados: son aquellos que carecen de enlaces dobles en los ácidos grasos. A temperatura ambiente son sólidos y por ejemplo están los ácidos láuricos, palmítico, mirístico y esteárico. Se encuentran en abundancia en las grasas de origen animal como en la mantequilla, manteca de cerdo, tocino y el cebo. Algunos son de origen vegetal como el aceite o manteca de coco.

o Insaturados: presentan uno (monoinsaturados) o más (poliinsaturados) enlaces dobles en sus ácidos grasos, a temperatura ambiente estos lípidos son líquidos, y también se les denominan aceites vegetales. Los lípidos monoinsaturados son exclusivamente de origen vegetal como el aceite de oliva, de maíz, de girasol, de ajonjolí y de aguacate. Los lípidos poliinsaturados pueden ser tanto de origen vegetal (aceite de linaza, de mostaza, de soya y nuez) como animal (salmón, atún, trucha y bacalao).

Ésteres de glicerol: se dividen en fosfolípidos o fosfoglicéridos y plasmalógenos.

o Fosfolípidos resultan de la unión de una molécula de glicerol, con dos moléculas de ácido graso y una de fosfato. Son moléculas anfipáticas ya que tiene porciones polares y apolares. Junto con la proteínas son los componentes estructurales de las membranas celulares, por lo que se consideran los más abundantes.

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o Plasmalógenos: su estructura es con base en glicerol y se presentan en grandes cantidades en las membranas de las células nerviosas y musculares.

Ceramidas o ésteres de esfingosina: formadas por un ácido graso y una esfingosina (aminoalcohol de cadena larga) en lugar de un glicerol, es decir un ácido graso unido al grupo amino. Son una segunda clase de componentes de las membranas celulares pues se intercalan entre los fosfolípidos otorgándole rigidez a la matriz fosfolípidica.

o Esfingomielina: la esfingosina más un grupo hidroxilo en el carbono uno de la cadena forma esfingolípidos. Uno muy importante es la esfingomielina sustancia formadora de las vainas de mielina y fibras mielínicas (recubren los axones de algunas neuronas).

o Cerebrósidos: están formados por una molécula de monosacáridos que puede ser una glucosa o una galactosa unida a una ceramida. Se les denomina glucolípidos, es decir, lípidos con una unidad de azúcar y muchos grupos –OH, que les proporciona un sitio fuertemente polar. Son compuestos que se encuentran en las membranas del cerebro y las neuronas.

Lípidos no saponificables: Son los que carecen de grupos que pueden hidrolizarse. Incluyen los esteroides (como el colesterol y muchas hormonas sexuales) y los terpenos. Esteroides: compuestos alifáticos (constituidos de carbono e hidrogeno que forman cadenas abiertas lineales o ramificables). Incluye el colesterol, las hormonas esteroideas y las sales biliares.

o Colesterol es el origen biosintético de todas las hormonas esteroideas elaboradas por las gonadas y la corteza suprarrenal, más la placenta en los mamíferos. Estas hormonas esteroideas controlan el metabolismo en el nivel de los genes. Las principales hormonas son:

- progestágenos (progesterona), regulan los fenómenos producidos durante el embarazo.

- Glucocorticoides (cortisol y corticosterona), estimulan la gluconeogénesis y en dosis farmacológicas, suprimen las reaccione inflamatorias.

- Mineralocorticoides (aldotestorona), que regulan el equilibrio de las sustancias del riñon.

- Andrógenos (androstenedriona y testosterona), que favorecen el desarrollo sexual masculino y mantienen los caracteres sexuales masculinos

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- Estrógenos (estrona y estradiol), y hormonas sexuales femeninas, que mantienen las características sexuales femeninas.

El colesterol es parte importante en la formación de membranas celulares ya que les confiere estabilidad. Así mismo, es precursor de las vitaminas A, D, E y K. llega al organismo por medio de los alimentos, alrededor de 800 mg por día se sintetizan en el hígado.

o Sales biliares, se forman a partir del ácido biliar que proviene del colesterol. Son sustancias detergentes que se sintetizan en el hígado y se almacenan en la vesicular biliar de los mamíferos; son esenciales para la digestión y absorción de los lípidos a través de las paredes del intestino. Su acción detergente les permite emulsionar las grasas en el intestino delgado.

Terpenos: son lípidos no saponificables que se forman a partir de unidades de cinco carbonos derivados del isopreno. Incluyen a los esteroides, ácidos biliares, vitaminas liposolubles y giberelinas (hormonas para el crecimiento de las plantas), hormonas en los insectos en estados juveniles y muchos otros compuestos indispensables en el desarrollo de los seres vivos. Se encuentran en los aceites esenciales de las plantas como los retinoides (vitamina A), carotenoides (pro vitamina A) y tocoferoles (vitamina E).

Importancia Biológica de los Lípidos Los lípidos desempeñan diversas funciones de gran importancia, ya que constituyen la principal reserva energética, forman parte estructural de la célula y regulan diversas actividades y los podemos encontrar en las grasas, algunas vitaminas y hormonas.

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Las Proteínas

Generalidades de las proteínas:

Las proteínas son una clase de compuestos formados por aminoácidos, que casi exclusivamente están compuestos por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Las proteínas desempeñan muchas funciones; esta diversidad de funciones es posible gracias a la variedad de estructuras proteínicas. Las células contienen cientos de enzimas diferentes, que son proteínas importantes que dirigen casi todas las reacciones químicas que se efectúan dentro de las células. Otros tipos de proteínas se utilizan para fines estructurales, como la elastina, que da elasticidad a la piel; la queratina, que es la principal proteína de las uñas, el pelo, las plumas y los cuernos de los animales; y la seda de las telarañas y los capullos de los gusanos de seda. Incluso otras proteínas brindan una fuente de aminoácidos para el desarrollo de animales jóvenes como la albúmina de la clara de huevo y la caseína de la leche. La hemoglobina transporta el oxígeno en la sangre; mientras que las proteínas contráctiles en los músculos permiten el movimiento tanto de células individuales como del cuerpo completo de los animales. Algunas hormonas, como la insulina y la hormona del crecimiento, son proteínas; los anticuerpos (que ayudan a combatir enfermedades e infecciones), y muchos venenos (como el de la serpiente de cascabel) producidos por animales también son proteínas.

Las proteínas son moléculas compuestas por una o más cadenas de aminoácidos.

Los aminoácidos

Existenmás de 20 aminoácidos en la naturaleza; sin embargo los necesarios para formar proteínas son 20 y reciben el nombre de aminoácidos proteicos.

De estos 20 aminoácidos proteicos 10 son aminoácidos esenciales los cuales no se sintetizan en el ser humano, por lo cual se debe consumir en la ingesta diaria y 10 son aminoácidos, los cuales se explican a continuación:

· Esenciales valina, histidina, arginina, treonina, fenilamina, leucina, triptófano, metionina, isoleucina y licina (histidina y arginina son esenciales durante la lactancia y las primeras etapas de la niñez).

· No esenciales: serina, prolina, alanina, tirosina, glutamina, asparangina, acido aspártico, acido glutámico, cisteína, y glicina.

Estructura de los aminoácidos

Cada aminoácido incluye una cadena carbonada, un grupo amino (NH2), el cual es básico; un grupo carboxilo (COOH), el cual es acido; unidos al mismo carbono llamado carbono alfa; por tanto el se denomina α-aminoácido. La Rcualquiera de una variedad de grupos sustituyentes, los cuales diferencian a los 20 aminoácidos Ciertas propiedades de cada proteína como su solubilidad en agua o su carga, se deben agrupos R presentes en los aminoácidos que la constituyen. El otro componente es un grupo de hidrogeno simple.

Los aminoácidos se pueden clasificar de la siguiente manera según sus propiedades químicas:

.

Estructura de los aminoácidos

Cada aminoácido incluye una cadena carbonada, un ), el cual es básico; un grupo

carboxilo (COOH), el cual es acido; unidos al mismo carbono llamado carbono alfa; por tanto el aminoácido

aminoácido. La R (radical) simboliza cualquiera de una variedad de grupos sustituyentes, los cuales diferencian a los 20 aminoácidos protéicos. Ciertas propiedades de cada proteína como su solubilidad en agua o su carga, se deben al tipo de grupos R presentes en los aminoácidos que la constituyen. El otro componente es un grupo de

pueden clasificar de la siguiente manera según sus propiedades

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pueden clasificar de la siguiente manera según sus propiedades

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Los aminoácidos se ligan entre sí expulsando una molécula de agua (enlace por deshidratación).

Se desprende un –OH del grupo carboxilo del primer aminoácido y un –H del grupo amino del siguiente.

El enlace formado entre los átomos C y N de los grupos carboxilos y amino se llaman enlaces peptídicos; el compuesto así integrado es un dipéptido.

El dipéptido puede unirse a otro aminoácido para formar un segundo enlace pepitico, con lo cual se genera un tripéptido.

Si se unen muchos aminoácidos mediante el proceso de condensación, explicado anteriormente, el resultado es un polipéptido; tales cadena pueden tener desde menos de 100 aminoácidos (residuos) hasta 1000 de ellos.

Las proteínas son polímeros de aminoácidos, cuya secuencia está dada por el código genético. Existen proteínas que son únicas en cada organismo, lo que origina que no todos los órganos trasplantados sean compatibles. Sin embargo, hay otras que entre organismos de la misma especie son iguales, ejemplo el colágeno y la queratina.

Estructura de las proteínas

Lo que distingue una proteína de otra es el orden secuencial de aminoácidos. En estas características recae la forma tridimensional que adquiere las proteínas y de su conformación depende su funcionamiento. En las proteínas se reconocen cuatro estructuras.

Estructura primaria

El orden lineal, número y tipos de aminoácidos unidos por los enlaces peptídicos dentro de la proteína se conocen como estructura primaria de estas, y se representa como una cadena lineal de aminoácidos donde en los extremos se encuentra un grupo amino terminal y un grupo carboxilo terminal. Dicha estructura primaria es codificada por el código genético que se conserva y se transmite de padres a hijos con el ADN. Cualquier cambio en el orden y la composición de los aminoácidos de la cadena ocasiona la alteración de su estructura y por consecuencia de su función.

Estructura secundaria

Las interacciones de los aminoácidos de la estructura primaria pueden ocasionar plegamiento, dobleces o hasta cadena de aminoácidos se enrolla formando lo que en sentido ascendente por el lado derecho).

El enrollamiento es mantenido por numerosos pueforman entre el oxígeno del grupo carboxilo de cada aminoácidos y el hidrogeno del grupo amino que se encuentra cuatro aminoácidos de hidrógeno individuales son débiles, pero son tantos que la hélice alfa es muy estable. Otra estructura secundaria común es el plegamiento aplanado en zigzag llamado lámina β- plegada, el nivel final de organización para muchas proteínas estructurales.

Estructura secundaria a-hélice

Estructura terciaria

Esta organización se presenta cuando la a su vez se pliega una vez más enrollándose sobre sí misma en formas específicas. Esta conformación es importante en particular para la estructura de las proteínas globulares, como las enzimas y la albúmina (la proteína huevo). El plegamiento y enrollamiento terciario se mantiene gracias a varios tipos de interacciones entre los grupos R de los aminoácidos. En estos se incluyen puentes disulfuro (Scovalentes que se forman entre las moaminoácido cisteína, el cual contiene azufre. Por esta razón la cisteína es de gran importancia en la alimentación de la mayoría de los organismos.

Las interacciones de los aminoácidos de la estructura primaria pueden ocasionar plegamiento, dobleces o hasta la formación de láminas en la cadena protcadena de aminoácidos se enrolla formando lo que se llama una α-hélice (espiralen sentido ascendente por el lado derecho).

El enrollamiento es mantenido por numerosos puentes de hidrógeno débiles que sedel grupo carboxilo de cada aminoácidos y el hidrogeno del

e encuentra cuatro aminoácidos delante de la cadena. Los enlaces geno individuales son débiles, pero son tantos que la hélice alfa es muy Otra estructura secundaria común es el plegamiento aplanado en zigzag

plegada, el nivel final de organización para muchas proteínas

hélice Estructura secundaria b- plegada

Esta organización se presenta cuando la α-hélice a su vez se pliega una vez más enrollándose sobre sí misma en formas específicas. Esta

formación es importante en particular para la estructura de las proteínas globulares, como las

(la proteína blanca del l plegamiento y enrollamiento terciario se

mantiene gracias a varios tipos de interacciones entre los grupos R de los aminoácidos. En estos

sulfuro (S-S) enlaces covalentes que se forman entre las moléculas del

, el cual contiene azufre. Por es de gran importancia en la

alimentación de la mayoría de los organismos.

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Las interacciones de los aminoácidos de la estructura primaria pueden ocasionar formación de láminas en la cadena protéica. La

hélice (espiralizada

geno débiles que se del grupo carboxilo de cada aminoácidos y el hidrogeno del

la cadena. Los enlaces geno individuales son débiles, pero son tantos que la hélice alfa es muy Otra estructura secundaria común es el plegamiento aplanado en zigzag

plegada, el nivel final de organización para muchas proteínas

plegada

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Estructura cuaternaria

Algunas de las proteínas globulares alcanzan un cuarto nivel, o estructura cuaternaria de organización. En este nivel se unen 2 o más polipéptidos para formar las proteínas terminadas funcionales. Obviamente, las proteínas cuaternarias son gigantes. Entre estas se encuentran la hemoglobina, proteína de la sangre que se encarga del transporte del oxígeno. Esta proteína está formada por dos pares de polipéptidos que interactúan atrayéndose con fuerzas semejantes a las que mantienen el nivel terciario. La hemoglobina posee también cuatro grupos hemos muy especiales, los cuales contienen hierro y son los sitios reales para transportar el oxígeno.

Desnaturalización de la proteína:

Las agresiones ambientales, debidas al calor o los cambios apreciables en el pH, pueden ocasionar alteraciones en las estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias de las proteínas, desnaturalizándolas.

Las proteínas desnaturalizadas suelen perder tanto sus formas como sus propiedades fisicoquímicas y con ello su función biológica.

La desnaturalización puede ser reversible o irreversible. Es reversible o temporal cuando las condiciones que la provocan no son graves y duran poco; entonces las proteínas se renaturalizan, es decir vuelve a su configuración y función original.

Los factores que desnaturalizan las proteínas son los siguientes:

· Temperatura (calentamiento por enzimas de su límite) puede ser muy alta o muy baja, donde las temperaturas elevadas fragmentan las cadenas polipeptídicas al romper los enlaces covalentes y al volver a la temperatura original la proteína no se renaturaliza. Ejemplo, la clara del huevo.

· Sustancias químicas existen sustancias químicas como la urea, el alcohol, las sales o los venenos que alteran la configuración espacial de las proteínas.

· Cambios de pH los cambios de pH fuertemente ácidos o básicos ocasionan la desnaturalización ya que cambian en las cadenas polipeptídicas el patrón de ionización de los grupos carboxilos y aminos, los que desorganiza la proteína.

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Clasificación de las Proteínas Las proteínas son un grupo muy heterogéneo por lo se pueden clasificar de varias maneras una de ellas es por su forma se clasifican en proteínas fibrosas, proteínas globulares y proteínas mixtas; también pueden ser clasificadas por su composición química en: proteínas simples o homoproteínas y proteínas conjugadas o heteroproteínas.

Holoproteínas: Formadas solamente por aminoácidos y pueden ser:

· Globulares como: Prolaminas:Zeína (maíza),gliadina (trigo), hordeína (cebada) Gluteninas: Glutenina (trigo), orizanina (arroz). Albúminas:Seroalbúmina (sangre), ovoalbúmina (huevo), lactoalbúmina (leche) Hormonas: Insulina, hormona del crecimiento, prolactina, tirotropina Enzimas: Hidrolasas, Oxidasas, Ligasas, Liasas, Transferasas, entre otras.

· Fibrosas como: Colágenos: en tejidos conjuntivos, cartilaginosos, Queratinas: En formaciones epidérmicas: pelos, uñas, plumas, cuernos. Elastinas: En tendones y vasos sanguíneos, Fibroínas: En hilos de seda, (arañas, insectos) entre otras.

Heteroproteínas: Formadas por una fracción proteínica y por un grupo no proteínico, que se denomina "grupo prostético y pueden ser:

· Glucoproteínas como: Ribonucleasa, Mucoproteínas, Anticuerpos, Hormona luteinizante entre otras.

· Lipoproteínas como: De alta, baja y muy baja densidad, que transportan lípidos en la sangre.

· Nucleoproteínas como: Nucleosomas de la cromatina, Ribosomas, entre otras. · Cromoproteínas como: Hemoglobina, hemocianina, mioglobina, que transportan

oxígeno, Citocromos, que transportan electrones, entre otras.

Funciones y ejemplos de proteínas

Proteínas conjugadas Una proteína compuesta solo por aminoácidos, en uno o más polipéptidos, se llama proteína simple. Las proteínas conjugadas poseen un componente extra, unido covalentemente a los grupos laterales de los aminoácidos o bien unido de otra manera a los polipéptidos. Se trata del grupo prostético. Entre las proteínas conjugadas están las glucoproteínas (en las cuales el grupo prostético es un carbohidrato), las cromoproteínas (como se refiere al color, así que el grupo prostético es un pigmento) y las lipoproteínas (en las cuales el grupo prostético es liposoluble). La molécula de hemoglobina es una proteína conjugada porque cada sub-unidad contiene un grupo hemos, el cual, a su vez, contiene un átomo de hierro. Dado que el grupo hemo es de un color intenso, la

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hemoglobina es una cromoproteína, aunque el color no tiene relación con su función. La sangre “nació” para ser roja.

Proteínas de unión Las proteínas también llevan a cabo una gran diversidad de funciones no enzimáticas y no estructurales. Muchas de estas están relacionadas con la característica peculiar de una proteína que le permite tener una forma y una estructura específica y a su vez unirse a otras sustancias. La hemoglobina, por ejemplo, es una proteína acarreadora; “atrapa” oxígeno en los pulmones y lo libera donde el cuerpo lo necesita, igualmente se une al dióxido de carbono en los tejidos y la circulación, tales como la transferrina, la cual se une al hierro, y como la haptoglobina, la cual se une a la hemoglobina.

Proteínas estructurales Las proteínas estructurales son importantes para mantener la forma física de un organismo. Pueden ser intracelulares (dentro de las células). En los animales con esqueleto interno (vertebrados), las proteínas comunes incluyen al colágeno, la elastina y la queratina. Estas son moléculas largas y fibrosas que se agregan para formar fibras grandes.

Colágeno: el principal componente del tejido conectivo, como los tendones, los ligamentos y las envolturas musculares, constituye alrededor de 26% de la proteína en los humanos. Elastina: La elastina debe su nombre a su sorprendente capacidad de alargarse. Las fibras de elastina le dan elasticidad al tejido conectivo, incluyendo el de las orejas y piel. Las orejas son muy ricas en elastina, de manera que si se le hala y estira la oreja a alguien, regresara inmediatamente a su forma original. También se pueden usar los pellizcos como una prueba de la edad. Si alguien se pellizca el dorso de la mano y regresa inmediatamente a su lugar, es que es joven; si se mantiene un pliegue temporal, es que no es joven. Esto se debe a que, con la edad, la elastina pierde sus propiedades elásticas. El mismo fenómeno es el responsable de las bolsas que se forman bajo los ojos, alrededor de la cara y cuello. Queratina: La queratina es la proteína del cabello y de la capa externa de la piel, también se encuentra en las plumas, las garras, las uñas, los cuernos y las escamas. A diferencia de la elastina y el colágeno, la queratina es una proteína básicamente intracelular. Las células se llenan a sí mismas con queratina, se depositan, se secan y mueren, dejando la queratina en el lugar adecuado.

Importancia biológica de las proteínas Las proteínas son importantes para los seres vivos como unidades estructurales básicas y una de las funciones más importantes que realizan las proteínas en los seres vivos es como biocatalizadores.

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Los Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos son biomoléculas formadas por carbono, nitrógeno, hidrogeno, oxígeno y fosforo. De acuerdo con la composición química hay dos tipos de ácidos nucleicos: acido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN). El estudio de estas moléculas permitió el conocimiento del código genético, la determinación, función, e importancia de la síntesis de proteínas y el proceso de la transmisión de la información genética de la célula madre a las hijas en el proceso de división celular. Estas biomoléculas, son polímeros formados de una larga cadena nucleótidos. Cada nucleótido está formado a su vez por tres partes:

1. Una pentosa (azúcar), que puede ser: a. Ribosa b. Desoxirribosa

2. Ácido fosfórico (grupo fosfato)

3. Una base nitrogenada, que puede ser una de estas cinco: a. Adenina (A) b. Guanina (G) c. Citosina (C) d. Timina (T) e. Uracilo (U)

Nucleótido

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El Ácido Desoxirribonucleico (ADN): EL ADN es una molécula que contiene toda la información genética, lo que permite a cada célula mantener las características de la especies. Tiene la capacidad de replicarse es decir hacer copias de sí mismo. La unión de las bases nitrogenadas Adenina (A), Timina (T), Guanina (G) y Citosina (C) contiene la información genética, mientras el grupo fosfato y el azúcar tienen función estructural.

Estructura del Ácido Desoxirribonucleico: EL ADN consta de dos cadenas formando una doble hélice que se desplaza en sentido contrario, es decir, son antiparalelas. Los bioquímicos siguen el rastro de los átomos de una molécula compleja asignándoles números. En el caso de un nucleótido, los átomos que forman las “esquinas” de la base son numerados del 1 al 6 para la citosina y timina de un solo anillo, o del 1 al 9 para la adenina y guanina de dos anillos. Los átomos de carbono del azúcar se numeran del 1’ al 5’. El símbolo primo (’) se emplea para distinguir los átomos del azúcar de los

que están en la base. Los carbonos del azúcar se nombran del “1-primo” al “5-primo” (FIGURA E9-4). El azúcar de un nucleótido tiene dos “extremos” que pueden participar en la síntesis del esqueleto de azúcar-fosfato en una cadena de ADN: un extremo 3’ que tiene un —OH (grupo hidroxilo) adherido al carbono 3’, y un extremo 5’ que tiene un grupo fosfato adherido al carbono 5’. Cuando se sintetiza una cadena de ADN, el fosfato de un nucleótido se enlaza con el grupo hidroxilo del nucleótido siguiente (FIGURA E9-5).

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Esto, por supuesto, deja todavía un grupo hidroxilo libre en el carbono 3’ de un nucleótido, y un grupo fosfato libre en el carbono 5’ del otro nucleótido. Este patrón continúa sin importar cuántos nucleótidos estén unidos. Los esqueletos de azúcar-fosfato de las dos cadenas de una doble hélice son antiparalelos. Así, en un extremo de la doble hélice, una cadena tiene un grupo azúcar libre, o extremo 3’, mientras que la otra cadena tiene un grupo fosfato libre, o extremo 5’. En el otro extremo de la doble hélice, los extremos de la cadena se invierten (FIGURA E9-6).

Duplicación del ADN La duplicación del ADN implica tres pasos principales (FIGURAE 9-7). Primero, la doble hélice del ADN debe abrirse de forma que pueda “leerse” la secuencia de las bases. Después, deben sintetizarse las nuevas cadenas del ADN con las secuencias de las bases complementarias respecto de las bases de las dos cadenas parentales. En las células eucarióticas, una de las nuevas cadenas de ADN es sintetizada en fragmentos. Así que el tercer paso de la duplicación del ADN consiste en unir los fragmentos para formar una cadena continua de ADN. Un conjunto específico de enzimas se encarga de realizar cada paso. La ADN helicasa separa las cadenas de ADN parentales junto con diversas enzimas, actuando para romper los puentes de hidrógeno entre los pares de bases complementarias, que mantienen juntas las dos cadenas de ADN parentales. Esta acción separa y desenrolla la doble hélice parental y forma una “burbuja” de duplicación (figura E9-7a, b). Dentro de esta burbuja de duplicación, las bases de nucleótidos de estas cadenas de ADN parentales ya no forman pares entre sí. Cada burbuja de duplicación contiene dos “horquillas” de duplicación donde las dos cadenas de ADN parentales dejan sus nucleótidos expuestos que van a servir de molde para la síntesis de las nuevas cadenas hijas de ADN. La enzima ADN polimerasa sintetiza nuevas cadenas de ADN. Las burbujas de duplicación son esenciales porque permiten a una segunda enzima, la ADN polimerasa, tener acceso a las bases de cada cadena de ADN (figura E9-7c). En cada horquilla de duplicación, un complejo de ADN polimerasa y otras proteínas se enlazan a cada cadena parental. Por consiguiente, habrá dos complejos de ADN polimerasa, uno en cada cadena parental. La enzima ADN polimerasa reconoce una base no apareada en la cadena parental y la combina con una base complementaria de un nucleótido libre.

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Por ejemplo, la ADN polimerasa aparea un nucleótido libre de timina a la base expuesta de adenina de la cadena parental. Luego, la ADN polimerasa cataliza la formación de nuevos enlaces covalentes, uniendo el fosfato del nucleótido libre entrante (el extremo 5’) con el azúcar del nucleótido que se agregó recientemente (el extremo 3’) de la cadena hija en crecimiento. De esta forma, la ADN polimerasa cataliza la unión en el esqueleto de azúcar-fosfato de la cadena hija. La ADN polimerasa siempre se aleja del extremo 3’ de una cadena ADN parental (el extremo con un grupo azúcar libre) y va hacia el extremo 5’ (con un grupo fosfato libre); los nuevos nucleótidos siempre se agregan al extremo 3’ de la cadena hija. En otras palabras, la ADN polimerasa se mueve de 3’ a 5’ en una cadena parental y de forma simultánea de 5’ a 3’ en la cadena hija. Finalmente, puesto que las dos cadenas de ADN parentales de doble hélice están orientadas en sentido contrario, las moléculas de ADN polimerasa se mueven en sentidos opuestos en las dos cadenas parentales (figura E9 7c). Los segmentos de ADN se unen por la enzima ADN ligasa, la ADN helicasa “aterriza” en la doble hélice y se desplaza a lo largo de ella para desenrollarla y separarla en cadenas. Como las dos cadenas de ADN van en sentidos opuestos, conforme se mueve la enzima ADN helicasa hacia el extremo 5’ de una cadena parental, se mueve de forma simultánea hacia el extremo 3’ de la otra cadena parental. Una ADN polimerasa (llamada polimerasa número 1) sigue detrás de la helicasa hacia el extremo 5’ de la cadena parental y puede sintetizar una cadena ADN hija, completa y continua, llamada cadena guía. Sin embargo, en la otra cadena parental la ADN polimerasa número 2 se aleja de la helicasa, por lo que sólo puede catalizar la síntesis de un fragmento de la nueva cadena de ADN, llamada cadena rezagada, la cual se sintetiza de manera discontinua. Conforme la helicasa continúa desenrollando más la doble hélice, ADN polimerasas adicionales (números 3, 4, y así sucesivamente), deben “aterrizar” en esta cadena y sintetizar más fragmentos de ADN. A estos segmentos de ADN que se sintetizan en la cadena rezagada se les conoce como fragmentos de Okazaki. De esta forma, múltiples ADN polimerasas catalizan la síntesis de fragmentos de ADN de diversas longitudes. Dentro de cada burbuja hay una cadena guía, de decenas a cientos de miles de pares de nucleótidos de longitud, y de docenas a miles de fragmentos de Okazaki en las cadenas rezagadas, cada uno quizá con 100 a 200 pares de nucleótidos de longitud.

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De esta forma, una célula sintetiza millones de fragmentos de ADN mientras duplica un solo cromosoma. La unión de los fragmentos se efectúan por una tercera enzima importante, la ADN ligasa (“la enzima que liga elADN”; figura E9-7e). Muchas de estas enzimas unen los fragmentos de ADN hasta que cada cadena hija contenga un polímero ADN largo y continuo.

FIGURA E9-7 Duplicación del ADN a) Las enzimas ADN helicasas separan las cadenas parentales de un cromosoma para formar burbujas de duplicación. b) Cada burbuja de duplicación consiste en dos horquillas de duplicación, con cadenas de ADN “desenrolladas” entre horquillas. c) La ADN polimerasa cataliza la síntesis de nuevos segmentos de ADN. d) La ADN helicasa y la ADN polimerasa se desplazan a lo largo de la burbuja de duplicación. e) La ADN ligasa une los fragmentos de Okazaki pequeños de ADN en una sola cadena hija.

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El Ácido Ribonucleico ARN:

Se trata de una molécula formada por nucleótidos, que presenta una sola cadena que suele llamarse cadena monocatenaria. El ARN es de menor tamaño que el ADN, y sus bases nitrogenadas son: Adenina (A), Citosina (C), Guanina (G) y Uracilo (U). Existen tres tipos de ARN cada uno con una función distinta pero importante ácido ribonucleico mensajero (ARNm), ácido ribonucleico de transferencia (ARNt) y ácido ribonucleico ribosomal (ARNr). La función del ARNm es copiar la información genética del ADN y trasportarla a los ribosomas para hacer la síntesis de proteínas. El ARNt es el encargado de unirse y transportar los aminoácidos desde el citoplasma hasta el ribosoma, de acuerdo a la información del ARNm. La función del ARNr es el constituyente principal con las proteínas que conforman el ribosoma y tiene la función de la síntesis de proteínas.

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Síntesis de proteínas Una función celular importante es la síntesis de proteínas, que permite la formación de todas las proteínas que requiere la célula. El ADN se encarga de proporcionar las instrucciones para que se fabrique una proteína, ya que su síntesis está dictada por el código genético; por ello cada proteína es la encargada específica de una actividad biológica concreta de la célula. La síntesis de proteínas se lleva a cabo en dos etapas: transcripción y traducción.

Transcripción: Se define como Transcripción al proceso en el que un gen determinado (parte de la información genética) es copiado por el ARNm y llevado al ribosoma para formar la proteína requerida. Puesto que transcribir es pasar datos de un formato a otro, en este caso se trata de pasar el código de ADN, al lenguaje del ARN. Cuando la célula requiere cierta proteína pide a la enzima de ARN polimerasa que copie la información del ADN, pues este no puede salir del núcleo. Entonces la enzima ARN polimerasa localiza el gen que debe copiarse. La ARN polimerasa copia en su código el gen, tras determinar el orden en el que se unirán los aminoácidos que formaran la proteína requerida. En el ADN la información esta codificada en tripletes (unión de tres bases nitrogenadas, AGC, AAA y sus posibles combinaciones), por lo que una vez hecho lo anterior la cadena de ADN vuelve a cerrarse y el ARN mensajero trae consigo la información de lo tripletes, ahora llamados codones. En la terminación se copia el gen hasta el punto en que se encuentra una señal de alto en él. El ARNm recién transcrito está formado por secciones constituidas por secuencias de nucleótidos llamadas intrones y exones, unidades que se muestran alternadas: exón-intrón-exón-intrón. Antes de salir del núcleo, el ARNm presentara modificaciones que consisten en el retiro de los intrones y la unión de todos los exones, formando así el ARNm maduro. Este ARNm maduro sale del núcleo a través de los poros de la membrana nuclear y va al citoplasma en busca de un ribosoma para empezar la traducción. El ARNr y el ARNt son transcritos de manera similar.

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Traducción: Es el proceso por el que se cambia del código del ARNm al de los aminoácidos. El organelo principal donde se lleva a cabo la traducción es el ribosoma, el cual está constituido por dos subunidades separadas, una pequeña y una grande, que se ensamblan cuando existe un ARNm. La subunidad consta de tres sitios importantes: el sitio A (de aminoácidos), donde se colocan los aminoácidos que trae el ARNt, el sitio P (de polipéptido), donde se van colocando ordenadamente los aminoácidos unidos, y el sitio C ó sitio catalítico, donde se forma la unión de los aminoácidos. La traducción comienza cuando llega el ARNm a la subunidad pequeña del ribosoma (que lleva en el extremo 5´una metilguanosín-trifosfato para que el ribosoma lo reconozca), la cual se encuentra libre en el citoplasma; entonces se coloca en él para leerlo. El ARNt ya está preparado con el aminoácido de inicio, que es siempre AUG=metionina, con el empiezan todas las proteínas. La serie de tres bases en el ARNt se conoce como anticodón. Los anticodones del ARNt se unen a los codones del ARNm. El ARNt coloca el aminoácido metionina en el codón que le corresponde del ARNm, lee el siguiente codón y trae un nuevo ARNt con su aminoácido respectivo, que se encuentra en el citoplasma, para colocarlo en la subunidad grande del ribosoma, en el sitio A, específicamente. La metionina y el siguiente aminoácido quedan unidos entre sí, en el sitio C, el nuevo ARNt, su aminoácido y la metionina se colocan el sitio P. El ARNt que se va leyendo sale de la subunidad pequeña, mientras en el sitio P se va formando la cadena de aminoácidos para la nueva proteína. Llega entonces el ARNt con el siguiente aminoácido y lo coloca en el sitio A, en tanto que los que estaban en el sitio C y luego pasan los tres al sitio P, y así sucesivamente. Existen tres codones que no codifican para aminoácidos, sino que tienen la instrucción de terminación o “alto” (UAA, UAG, UGA), por lo que permiten la terminación de la cadena de aminoácidos. Cuando aparece uno de ellos significa que se ha terminado de formar la proteína; en ese momento la cadena de aminoácidos sale del ribosoma y se tiene así la proteína requerida. Se separan entonces las dos subunidades del ribosoma, con lo que concluye la biosíntesis. Es preciso aclarar que al término de esta etapa la proteína recién formada, que se exportara o quedara en la membrana citoplasmática, deberá pasar todavía por un proceso de maduración a través del complejo de Golgi.

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El Código Genético.

El código genético traduce la secuencia de bases de los ácidos nucleicos en la secuencia de aminoácidos de las proteínas. Recordemos que tanto el ADN como el ARN contienen cuatro diferentes bases: A, T, (o U en el ARN), G y C. Sin embargo las proteínas se componen de 20 aminoácidos (aa) diferentes. Por consiguiente, una sola base no puede ser el código de un único aminoácido, simplemente porque no hay suficientes bases distintas. Por lo tanto el código genético depende de una secuencia corta de base para codificar cada aminoácido. Si una secuencia de dos bases fuera el código de un aminoácido, habría 16 combinaciones posible, que tampoco son suficientes para representar los 20 aminoácidos, en cambio una secuencia de tres bases da 64 combinaciones posibles, es suficiente, puesto que hay 20 aa en la conformación de las proteínas, dando la posibilidad de codificar un mismo aa con varios codones distintos.

Los biólogos formularon la hipótesis de que el código genético debe ser un código de tripletes: tres bases especifican un solo aminoácido. La asignación de un aminoácido a cada codón o bien el desciframiento de la clave genética se llevó acabo fundamentalmente gracias al esfuerzo de tres grupos de investigadores, cada uno encabezado por los científicos: Marshall W. Nirenber, Severo Ochoa y Har Gobin Khorana; a partir de las características del código genético establecidas por Francis Crick, Sydney Brenner y colaboradores en 1961.

Los tres grupos de investigadores realizaron experimentos para descifrar el código genético, el cual consiste en la sintesis ARNm para utilizarlo como mensajero artificial, en un sistema acelular de traducción “in vitro”, lo que les permitió controlar cuáles aminoácidos se incorporaban en las proteínas resultantes. Por ejemplo, una cadena de ARNm compuesta en su totalidad de uracilo (UUUUUUUU...) hacía que la mezcla sintetizará una proteína compuesta exclusivamente del aminoácido fenilalanina. Por lo tanto, el triplete UUU debe especificar la fenilalanina.

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Puesto que el código genético se descifró usando estos ARNm artificiales, el código suele escribirse en términos de tripletes de bases del ARNm (y no en términos del ADN) que codifican cada aminoácido (tabla 10-3). Estos tripletes de ARNm se llaman codones. Donde la metionina se especifica mediante el codón AUG, que se conoce como el codón de inicio. Tres codones—UAG, UAA y UGA— son codones de terminación o de “alto”.

Los experimentos realizados hasta la fechas indican que el código genético nuclear es universal, de manera que un determinado codón lleva información para el mismo aminoácido en diferentes especies.

Existen tres tripletes sin sentido o codones de terminación (alto), que no codifican aa. La mayoría de aa están determinados por más de un triplete, excepto la metionina (AUG) y el triptófano (UGG), que son los únicos que poseen un solo codón.

Tabla 10-3

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BIBLIOGRAFÍA 1. Folleto unidad “I”. preparado por el Lic. Silvio Soler Sánchez. Miembro del

colectivo de profesores de Biología del departamento de Biología de UNAN-Managua.

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3. Robert A. Wallace, Jack L. King. Gerald P. Sanders., Biologic molecular y herencia.

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Editorial Pearson Educación de México, 2008.