BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS

Ningún Elemento químico es exclusivo de los seres vivos y todos se encuentran también en la Naturaleza. Sin embargo, hay sólo 27 que forman parte permanente de la vida y otros 60 pueden aparecer ocasionalmente. Estos elementos se denominan elementos biogénicos o biolementos. Según su importancia y abundancia se clasifican en:

• Elementos plásticos primarios: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Representan algo más del 96% del peso de cualquier organismo. Son elementos imprescindibles para la creación de materia orgánica

• Elementos secundarios indispensables: fósforo, azufre, sodio, potasio, calcio, magnesio y cloro. Constituyen el 3% en peso aproximadamente. Son bioelementos necesarios para la vida de la célula.

• Oligoelementos o elementos traza: Además de los señalados existen otros que son necesarios para el funcionamiento celular y que en conjunto representan menos del 1%. No todos forman parte de los seres vivos. Cabe citar por ejemplo el hierro, cinc, bromo, yodo y silicio.

Al contrario que en los seres inertes, donde el silicio es la base, en los seres vivos se utiliza la química del carbono por varias razones:

• Al tener peso atómico bajo permite enlaces covalentes estables, pero no tanto para impedir las reacciones metabólicas.

• La estructura del átomo de carbono permite conseguir largas cadenas ramificadas que pueden romperse con facilidad.

• Los átomos de carbono se unen con facilidad al nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y azufre, facilitando así la unión de diferentes grupos funcionales.

El carbono y el hidrógeno constituyen la estructura básica de las moléculas orgánicas y, junto al oxígeno, son los principales componentes. El nitrógeno participa en la construcción de proteínas y ácidos nucleicos.

El fósforo forma parte de los ácidos nucleicos y sus enlaces son utilizados en la obtención de energía. El azufre constituye parte de la mayoría de las proteínas.

El resto de bioelementos secundarios se encuentran en el interior de la célula disociados como iones. El sodio potasio y cloro participan en mantener el grado de salinidad así como en el impulso nervioso.

El calcio actúa como constitutivo de estructuras esqueléticas, en el mecanismo de contracción muscular y en la coagulación entre otros procesos. El magnesio es imprescindible para la acción catalítica de muchas enzimas.

Son necesarios para el funcionamiento de la célula y suelen asociarse a enzimas.

El hierro participa en los procesos redox de la cadena respiratoria y forma parte de la hemoglobina. El cobre forma parte de múltiples enzimas de oxidación. El cobalto y el molibdeno forman parte de coenzimas. El yodo es fundamental para la hormona del tiroides y el flúor en la formación de los dientes.

Los átomos de los diferentes bioelementos se combinan para formar las moléculas constituyentes de la vida que se dividen en inorgánicas (agua y sales minerales) y orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos)

Muchos de estos compuestos orgánicos son macromoléculas formadas por otras moléculas más sencillas. La unidad estructural aislada se llama monómero y la macromolécula recibe el nombre de polímero.

El agua constituye el 75 % en peso de la materia viva. Cuanto más joven es el individuo, más porcentaje de agua tiene en su organismo, que va perdiendo con el paso del tiempo. Según su situación se clasifica en:

• Agua circulante: que se desplaza a través del organismo y es utilizada como transporte de sustancias.

• Agua de imbibición: Se encuentra empapando los materiales citoplasmáticos, unida débilmente a los materiales biológicos de los que se separa por desecación a los 100 ºC

• Agua ligada: retenida en combinaciones diversas en el interior de las células, no desaparece por desecación.

La diferencia de atracción de electrones hace que el átomo del agua sea un dipolo eléctrico con lo que las moléculas tienden a asociarse por puentes de hidrógeno. Se forman grupos de hasta nueve moléculas, pero se deshacen al momento.

• Elevada capacidad disolvente y dispersante: Es el disolvente universal y tanto las sales cristalizadas, los iones y los compuestos orgánicos se disuelven con facilidad en ella. Así mismo dispersa sustancias anfipáticas, que contienen grupos hidrófobos e hidrófilos.

• Elevada tensión superficial: es decir, que al contacto con otro medio forma una película bastante resistente.

• Alto calor específico: el agua necesita una caloría para elevar un gramo 1 ºC, un valor relativamente alto que permite que el agua absorba o libere cantidades de calor sin sufrir variaciones en su temperatura.

• Alta conductividad: facilita la distribución del calor por toda la masa de agua.

• Alto calor de vaporización: necesita mucho calor para pasar a estado gaseoso.

• Vehículo de transporte de sustancias: debido a su poder disolvente y dispersante transporta sustancias de un punto a otro del organismo. Por otra parte, resulta indispensable para el intercambio de materia entre célula y medio.

• Medio de reacción: gracias al poder disolvente, la mayoría de las biomoléculas están disueltas en agua y de ese modo reaccionan entre sí.

• Reactivo químico: participa en las reacciones por su capacidad de disociarse en iones H+ y OH-, como ocurre en la hidrólisis, rotura de enlaces introduciendo agua.

• Agente regulador de la temperatura: ya que su alto calor específico le convierte en un excelente amortiguador de los cambios térmicos.

En todos los seres vivos, tanto animales como vegetales se encuentran:

En estado sólido, formando parte de estructuras esqueléticas, como el calcio en los huesos o la sílice en los caparazones de algas.

En su mayoría en disolución, en forma iónica. Su metabolismo se diferencia del de los demás componentes de la materia viva en que no pueden ser ni producidas ni degradas. Las funciones principales de las sales son la regulación de los procesos osmóticos, la regulación del pH y la acción específica de los cationes

Si dos sustancias se ponen en contacto por difusión, el soluto pasa de la más concentrada a la más diluida hasta igualar concentraciones. Sin embargo, si dichas disoluciones se separan por una membrana impermeable (solo deja pasar el disolvente), únicamente pasará el disolvente de la más diluida, o hipotónica, a la más concentrada, o hipertónica. Este proceso se denomina ósmosis.

La presión osmótica, que es la que se ejerce contra la membrana plasmática, es capaz de hacer ascender la disolución en contra de la gravedad.

En la ósmosis se produce el fenómeno de plasmólisis, en el que la célula que desprende agua para igualar la concentración se arruga y el contrario, de turgencia, en el que la célula se dilata tanto que puede llegar a reventar. La membrana plasmática es la que actúa como membrana semipermeable.

Para su buen funcionamiento, las células requieren un pH próximo a la neutralidad. Sin embargo, como resultado de las reacciones metabólicas, continuamente se están produciendo sustancias ácidas o básicas que alteran el pH. Para evitarlo, el organismo dispone de ciertos sistemas químicos, denominados amortiguadores o tampón que evitan el cambio de pH constituidos por un ácido débil y una sal del mismo ácido. El más importante es el formado por ácido carbónico y carbonato sódico.

Los cationes ejercen diversas acciones que dependen del tipo de catión y no pueden ser sustituidos por otro. Algunos de ellos son antagónicos, es decir, uno estimula una acción y otro la inhibe. Los cationes de Na y K son los que paralizan el corazón en la diástole, mientras que el Ca lo hace en la sístole, complementándose

Teniendo todo esto en cuenta, podemos afirmar que para la vida, los líquidos han de guardar las siguientes relaciones:

• Ser isotónico con las células (misma concentración)

• Tener un pH apropiado, cercano a la neutralidad

• Composición catiónica equilibrada, en determinada proporción

• Estado sólido. Así se encuentran las sustancias que forman estructuras esqueléticas y de protección. Son inorgánicas (calcio) u orgánicas (celulosa)

• Estado gaseoso. Son los gases que intervienen el metabolismo celular (oxígeno y dióxido de carbono) y los que son inertes (nitrógeno)

• Estado líquido. Sustancias disueltas en agua.

• Estudio de las disoluciones coloidales

Los solutos de elevado peso molecular se denominan partículas coloidales o coloides. Sus propiedades son:

• Capacidad de presentarse en estado de sol o de gel, es decir, en un estado más fluido o más viscoso. Ese paso de un estado a otro lo determina la cantidad de agua. El citoplasma interior está en estado de sol mientras que en la periferia se encuentra en estado de gel.

• Elevada viscosidad, oponen gran resistencia al desplazamiento relativo de sus moléculas.

• Gran poder adsorbente, poseen la capacidad de unir a su superficie gran cantidad de moléculas. Cuanto menos sea el tamaño de las partículas, mayor es su adherencia.

• Presentan el efecto Tyndall. Al atravesarlas la luz presentan un aspecto turbio, por la reflexión y la refracción de la luz.

• No se pueden sedimentar. Son estables y no sedimentan, al contrario que las suspensiones. Sin embargo, puede conseguirse mediante ultra centrifugación.

• Se pueden purificar por diálisis, es decir, separar las partículas coloidales de las no coloidales mediante una membrana.

• Se pueden separar por electroforesis, es decir, mediante la acción de una carga eléctrica.

LOS GLÚCIDOS

• CONCEPTO DE GLÚCIDO, FUNCIONES Y CLASIFICACIÓN

Los glúcidos son los aldehídos o cetonas de alcoholes polivalentes y sus derivados formados por oxidación, reducción, sustitución y polimerización.

Se encuentran en todos los seres vivos donde desempeñan una función energética, si bien algunos tienen función estructural, sobre todo en vegetales.

Las unidades básicas de los glúcidos son las osas o monosacáridos, compuestos hidrolizables de tres a siete átomos de carbono.

Los ósidos nos compuestos formados por la unión de varios monosacáridos con pérdida de una molécula de agua en cada enlace. Se subdividen en:

Holósidos: constituidos únicamente por varios monosacáridos. Si se unen de 2 a 10 se originan los oligosacáridos. Si son más de 10, se forman polisacáridos.

Heterósidos: formados por una parte glucídica y otra, llamada aglucón, de carácter proteico (glucoproteinas) o lipídico (glucolípidos).

• MONOSACÁRIDOS

• Composición, propiedades y nomenclatura

Son sustancias no hidrolizables, cristalizables, blancas, solubles en agua y de sabor dulce, por lo que se les denomina azúcares. Químicamente, son compuestos de 3 a 7 átomos de carbono en el que uno de los átomos está unido por doble enlace a un átomo de oxígeno y el resto está unido a un grupo hidroxilo.

Según el número de carbonos pueden ser desde triosas hasta heptosas y se reúnen en dos grandes grupos según la naturaleza de su grupo carbonilo: aldosas si es un aldehído, que ha de localizarse en el primer carbono, y cetosas si el grupo es una cetona en el segundo carbono.

• Estereoisomería y actividad óptica

Se denominan isómeros estructurales a aquellas sustancias que tienen la misma fórmula empírica pero cuyos átomos están unidos de distinta forma.

• Estereoisomería de los monosacáridos

Se debe a la existencia de carbonos asimétricos, que son aquellos cuyas valencias están unidas a cuatro sustituyentes distintos. Esto da pie a que las moléculas con la misma fórmula estructural tengan diferentes configuraciones espaciales. Dichas moléculas son estereoisómeros o isómeros geométricos.

Los monosacáridos presentan esta isomería por la posición espacial de los grupos alcohólicos de sus carbonos asimétricos. La forma D es la que tiene el grupo OH hacia la derecha, y la forma L a la izquierda. Una forma D es el enantiómero o imagen especular de su forma L. El número de isomerías viene dado por 2n donde n es el número de carbonos asimétricos.

Los monosacáridos que se diferencian en la configuración de un solo carbono asimétrico se denominan epímeros.

• Actividad óptica

Hay una gran diferencia para diferenciar enantiómeros por la similitud de sus características físicas. No obstante, se distinguen por su actividad óptica.

Esta propiedad consiste en que las disoluciones de los monosacáridos hacen girar el plano de polarización de la luz polarizada en cierto ángulo. Si el ángulo es hacia la derecha, se denominan dextrógiros, y si es a la izquierda levógiros. Se representan con + y - respectivamente y no corresponden a la forma D y L respectivamente aunque en muchos casos suele coincidir.

• Formas cíclicas de los monosacáridos

En el caso de monosacáridos de 5 o más átomos de carbono, un grupo carbonilo es capaz de formar enlace con un grupo alcohólico dando lugar a los hemiacetales.

En las hexosas, el grupo carbonilo reacciona con uno de los grupos alcohólicos de la molécula (el 4 o 5 para las aldosas y el 5 o 6 para las cetosas) resultando un anillo de 5 o 6 eslabones. Cuando el anillo tiene 5 eslabones se denomina furanosa y cuando tiene 6, piranosa.

Al formarse este anillo, el carbono carbonílico se convierte en asimétrico, dando lugar a dos nuevos isómeros, el  (OH a la derecha) y el  (OH a la izquierda).

Para construir una forma cíclica se siguen las siguientes normas:

• Los grupos -OH y -H, que en la fórmula lineal estén situados hacia la derecha, quedan hacia abajo, excepto el carbono unido al puente oxídico.

• Con trazos gruesos se representan los enlaces que se encuentran por delante y por encima del papel y con trazos finos los que se encuentran por detrás y por debajo. El anillo quedaría perpendicular al plano del papel.

• En la forma  el grupo hidroxilo está hacia la derecha y por tanto se dispone abajo y en la forma  está hacia la izquierda, por lo que se dispone hacia arriba.

• DISACÁRIDOS

• Composición, propiedades y nomenclatura

Son sustancias blancas, cristalizables, solubles en agua y de sabor dulce, por lo que también se llaman azúcares. Químicamente resultan de la unión de dos monosacáridos, con liberación de una molécula de agua. Los disacáridos más importantes están formados por dos hexosas y su enlace se denomina O-glucosídico.

• Enlace monocarbonílico: se establece entre el grupo carbonílico de uno de los monosacáridos y un grupo alcohólico del otro monosacárido.

• Enlace dicarbonílico: se establece entre los carbonos carbonílicos de los dos monosacáridos.

• Disacáridos naturales y su distribución

• Maltosa: está formada por dos moléculas de D-glucopiranosa unidas por enlace  (14).

• Celobiosa: está constituida por dos moléculas de D-glucopiranosa unidas por enlace  (14)

• Lactosa: está formada por una molécula de D-galactopiranosa y otra de D-glucopiranosa unidas mediante un enlace  (14).

• Sacarosa: consta de una molécula de D-glucopiranosa y otra de fructofuranosa unidas por un enlace  (12).

• POLISACÁRIDOS

• Concepto, propiedades, clasificación y función

Los polisacáridos son sustancias de elevado peso molecular no cristalizables, insípidas y poco solubles en agua. Se forman por la unión de n moléculas de monosacárido con separación de n-1 moléculas de agua siendo n>10.

Por lo tanto, son polímeros hidrolizables y su hidrólisis origina monosacáridos. Si son del mismo tipo, es un homopolisacárido y si son de distinto heteropolisacárido.

Según sus funciones biológicas se clasifican en:

• Polisacáridos de reserva: actúan como reserva de energía a corto plazo.

• Polisacáridos estructurales: se utilizan como materiales de construcción de paredes celulares, exoesqueletos, etc...

• Polisacáridos de reserva

Se localizan fundamentalmente en forma de grandes gránulos en el citoplasma celular. Los más importante son el almidón, el glucógeno y los dextranos.

• Almidón: es un homopolímero de la D-glucopiranosa integrado por dos constituyentes distintos: la amilosa y la amilopectina. Es el polisacárido de reserva de los vegetales.

• Glucógeno: es un homopolímero de D-glucopiranosas. Es el polisacárido de reserva de los animales, abunda en el hígado y en los músculos.

• Dextranos: son los polisacáridos de reserva de bacterias y levaduras y están constituidos por homopolímeros de la D-glucopiranosa.

• Polisacáridos estructurales

Son especialmente importantes en los vegetales.

• Celulosa: es un homopolímero de la D-glucopiranosa. Constituye el principal componente de las paredes celulares vegetales. Forma parte de la fibra alimentaria, restos de alimentos no digeridos que ayudan a la digestión

• Quitina: es un homopolímero de la N-acetil-D-glucosamina. Es el principal componente estructural del exoesqueleto de los insectos.

LOS LÍPIDOS

• CONCEPTO DE LÍPIDO, FUNCIONES Y CLASIFICACIÓN

Son un conjunto de sustancias orgánicas muy heterogéneas pero todos están formados por largas cadenas hidrocarburadas que pueden estar sustituidas o no por diferentes grupos funcionales. Son compuestos ternarios, contienen C H y O.

La característica que los reúne es que son insolubles en agua pero solubles en disolventes orgánicos. Es debido a que carecen de polaridad y por tanto son hidrófobas.

Desempeñan dos funciones principales: depósito de energía a largo plazo y componentes estructurales de las células. También ejercen funciones reguladoras, sirven como cubiertas protectoras o de aislante térmico.

• Los ácidos grasos

Uno de los componentes importantes de muchos lípidos, pero no de todos, son los ácidos grasos, que son ácidos orgánicos o carboxílicos con un número par de átomos de carbono, desde 4 hasta 30. estructuralmente adoptan forma de zigzag.

Pueden ser de dos tipos, que determinan su geometría:

• Saturados: sin dobles enlaces en la cadena.

• Insaturados: con uno o más dobles enlaces.

Los ácidos grasos se obtienen mediante síntesis metabólica o en la dieta. Hay algunos, denominados esenciales, que sólo pueden obtenerse mediante ingestión directa. En los humanos son el linoleico y el linolénico.

• Propiedades de los ácidos grasos

• Físicas:

• Se pueden ionizar. A pH neutro el -COOH se transforma en -COO-

• Pueden ser sólidos o líquidos. El punto de fusión aumenta con el tamaño del ácido graso y disminuye con el grado de instauración.

• Se orientan en el agua. Poseen una cabeza hidrófila y una cola hidrófoba.

• Monocapas: son películas superficiales sobre el agua donde las colas se sitúan

• Micelas: son agrupaciones esféricas en las que la cabeza esta hacia el exterior y la cola hacia el interior

• Bicapas: son agrupaciones que separan dos medios acuosos.

• Químicas:

• Forman ésteres mediante una reacción de esterificación. Un ácido graso se une a un alcohol para formar un éster con desprendimiento de un H2O.

• Forman sales mediante una reacción de saponificación en la que los ácidos grasos reaccionan con los álcalis dando lugar a los jabones

• Clasificación de los lípidos

Los ácidos grasos no aparecen casi nunca sin combinar, sino que se hallan presentes en diferentes clases de lípidos que se clasifican así:

• Saponificables: por hidrólisis dan ácidos grasos y por calentamiento dan jabón. Son ésteres.

• 
  Insaponificables: no contienen ácidos grasos y por tanto no pueden dar jabón. Comprenden terpenos y esteroides

• LÍPIDOS SIMPLES SAPONIFICABLES

• Glicéridos o acilglicéridos

Son ésteres del alcohol glicerina (propanotriol) con ácidos grasos. En la mayoría de los casos, los tres grupos hidroxilos están esterificados y reciben el nombre de triglicéridos; pero también hay diglicéridos y monoglicéridos.

Los triglicéridos en que los tres grupos alcohólicos de la glicerina están esterificados por el mismo ácido graso se denominan triglicéridos simples y se designan según el ácido graso cambiando la terminación -ico por -ina.

Los triglicéridos que contienen dos o tres ácidos grasos diferentes son los mixtos y se designan según cual sea el ácido graso y la posición en la que se encuentre cambiando -ico por -oil. Ejemplo: 1 palmitoil - 2 estearoil - 3 oleoil glicérido.

Los glicéridos comprenden las grasas y los aceites, que se diferencian en que las grasas son sólidas a temperatura ambiente y predominan en los animales mientras que los aceites son líquidos y predominan en los vegetales.

Los glicéridos tienen función de reserva de energía, ya que en al oxidarse se obtiene gran cantidad de energía. Son las principales fuentes a largo plazo. Los glicéridos tienen mayor capacidad de almacenamiento que los glúcidos.

• Céridos o ceras

Son ésteres de ácidos grasos de cadena larga > 10 C con un alcohol monohidroxílico de cadena larga también.

Dado su consistencia y solubilidad están muy difundidos para proteger tanto la superficie de hojas y frutos contra la evaporación como el cuerpo de los animales como refrigeración. Por tanto, tienen función protectora.

• LÍPIDOS COMPLEJOS SAPONIFICABLES

Son compuestos de carácter anfipático que forman parte de las membranas celulares, por lo que también se conocen como lípidos de membrana junto con el colesterol. Contienen ácidos grasos, por lo que pueden formar jabones

• Fosfoglicéridos o glicerofosfolípidos

Son ésteres de la glicerina con ácidos grasos y ácido fosfórico, unido éste, a su vez, a un alcohol. Los fosfoglicéridos son moléculas anfipáticas, en las que se distinguen una cabeza hidrófila y una cola hidrófoba. Tienen función estructural.

• Esfingolípidos

También son componentes de las membranas, es decir, función estructural. A diferencia de los fosfoglicéridos, tienen esfingosina en vez de glicerina.

Tienen dos colas hidrófobas, una formada por la esfingosina y otra por un ácido graso, unidas por un enlace amida. La molécula resultante es la ceramida, a la que se unen diversos compuestos para formar esfingomielinas y glucolípidos

• Fosfoesfingolípidos

Son lípidos formados por la unión de la ceramida con el ácido fosfórico y un aminoalcohol. La cabeza resultante es hidrófila.

• Glucoesfingolípidos

Son lípidos formados por la unión de la ceramida a una o varias unidades glucídicas. Se dividen en cerebrósidos (una unidad de galactosa o glucosa) y gangliósidos (cabezas polares con varias unidades glucídicas).

• LÍPIDOS INSAPONIFICABLES (sin ácidos grasos)

• Terpenos

Son lípidos que resultan de la polimerización de varias unidades de hidrocarburo isopreno (2-metil, 1-3 butadieno). Los más importantes son los carotenoides, formados por ocho isoprenos, entre los que destacan:

• Carotenos: Pigmentos muy abundantes en vegetales, a los que dan el color rojo. Químicamente son hidrocarburos.

• Xantofilas: Pigmentos responsables de la mayor parte de los colores amarillentos de las plantas. Son derivados alcohólicos de los carotenos.

Otro terpeno de gran importancia es la vitamina A.

• Esteroides

Son lípidos derivados del hidrocarburo esterano.

• Esteroles: son los más abundantes. En plantas predomina el estigmasterol y en los animales el colesterol. Tienen función estructural y son precursores de muy diversas sustancias.

• Ácidos biliares: son esteroides procedentes de la degradación del colesterol. Componen parte de la bilis y su función es emulsionar las grasas.

• Hormonas esteroideas: pertenecen a este grupo las hormonas sexuales, como la testosterona y el estradiol y las de las cápsulas suprarrenales, como la aldosterona y el cortisol.

• Vitamina D o antirraquítica: regula el metabolismo del calcio y su absorción intestinal. Su carencia causa el raquitismo

• LIPOPROTEÍNAS

Son asociaciones de lípidos y proteínas de las cuales existen dos tipos: los sistemas de membranas, que participan en la constitución de las membranas celulares, y las lipoproteínas de transporte del plasma sanguíneo.

Un exceso de lipoproteínas de alta densidad causa una concentración excesiva de colesterol.

LAS PROTEÍNAS

• CONCEPTO DE PROTEÍNA, FUNCIONES Y CLASIFICACIÓN

Son biomoléculas orgánicas integradas por al menos cuatro elementos: carbono, hidrógeno, oxigeno y nitrógeno, que se considera característico de este grupo.

Químicamente son polímeros de moléculas relativamente sencillas denominadas aminoácidos. Los aa se unen entre sí originando oligopéptidos o polipéptidos.

Cuando el número de aa supera los 50 o el peso molecular es mayor de 5000, se habla propiamente de proteínas, que se clasifican en holoproteínas, formadas únicamente por aminoácidos o heteroproteinas si contienen componentes no proteicos.

Las proteínas son los compuestos orgánicos más abundantes de la materia viva, constituyendo alrededor del 50%. Las funciones principales de las proteínas son:

• Función estructural: las proteínas son el principal material de construcción de los seres vivos. Está presente en todas las membranas.

• Función enzimática: el conjunto de reacciones químicas que se llevan a cabo en las células está regidas por un tipo de proteínas: Las enzimas.

• Función de transporte y almacenamiento: muchos iones y moléculas pequeñas son transportados por proteínas como la hemoglobina.

• Función hormonal: varias hormonas como la insulina y la somatropina (hormona del crecimiento) son proteicas.

• Función contráctil: las proteínas como la actina y la miosina son parte esencial de los sistemas contráctiles.

• Función de defensa y protección: los anticuerpos más importantes, las inmunoglobulinas, son proteínas.

• Función de reserva: algunas proteínas sirven de reserva proteica de aminoácidos, no de energía, como la ovalbúmina.

• Función de recepción y transmisión de señales: como la que realizan las proteínas que captan estímulos externos y los transmiten al interior.

• Función de control del crecimiento y diferenciación celular: es decir, controlan la parte del ADN que ha de expresarse en cada momento.

• Funciones muy variadas como la función anticongelante.

• AMINOÁCIDOS

• Concepto

Los aminoácidos son ácidos orgánicos que tienen un grupo amino en el carbono C-2, al que se unen un hidrógeno y un grupo radical distintivo.

Todas las proteínas están formadas con tan sólo 20 aminoácidos.

• Propiedades de los aminoácidos

Son sustancias incoloras, cristalizables, no hidrolizables y de sabor variado. Suelen disolverse bien en disolventes polares y no polares.

• Comportamiento ácido-base. La presencia de un grupo carboxílico les dota de carácter ácido mientras que el amino les confiere carácter básico.

• Estereoisomería y actividad óptica: Poseen al igual que los monosacáridos actividad óptica, con isómeros dextrógiros y levógiros. La isomería geométrica depende de la posición del grupo amino: forma D o L.

• ENLACE PEPTÍDICO Y PÉPTIDOS

Los aminoácidos se unen entre sí mediante enlace peptídico, que se establece por reacción entre el grupo carboxilo de un aminoácido de uno y el grupo amino del otro, liberándose una molécula de agua.

El dipéptido ocasionado presenta un grupo amino y un grupo carboxilo libres, los cuales pueden unirse a otros aminoácidos.

• COMPOSICIÓN Y FORMA DE LAS PROTEÍNAS

Las proteínas están compuestas por una o varias cadenas polipeptídicas, y aunque sólo existen 20 aminoácidos, las combinaciones pueden ser infinitas.

Las cadenas polipeptídicas, resultantes de la unión de los aminoácidos no son moléculas lineales, sino que se pliegan en el espacio, dividiéndose en:

• Proteínas fibrosas: se hayan en forma de hebras. Función estructural.

• Proteínas globulares: plegadas en forma esférica. Función dinámica...

• Estructura de las proteínas

La forma de las proteínas es consecuencia de su organización tridimensional y se organiza en cuatro niveles:

• Estructura primaria: corresponde a la secuencia de aminoácidos, nos dice que aminoácidos forman la proteína

• Estructura secundaria: se da como resultado del plegamiento de las cadenas. Las más importantes son la alfa hélice, en la que los se establecen enlaces de hidrógeno intracadenarios produciendo una hélice, y la estructura de hoja plegada, donde los puentes de hidrógeno son intercadenarios y forman las aristas de la cadena.

• Estructura terciaria: aquí se determinan como las cadenas se pliegan para dar forma a la estructura globular. Las proteínas fibrosas no tienen este tipo de estructura propiamente dicho. Los enlaces son muy variados.

• Estructura cuaternaria: se trata simplemente de una asociación de las cadenas polipeptídicas. Esta estructura solo la presentan las proteínas oligoméricas, es decir, formadas por dos o más cadenas polipeptídicas.

• PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS

• Solubilidad. El grado de solubilidad depende de diversos factores. En general las proteínas fibrosas son insolubles en agua mientras que las globulares son solubles, aunque presentan gran variabilidad. Al ser sustancias de gran peso molecular dan lugar a coloides, por lo que la mayoría de las membranas son impermeables a las proteínas.

• Especificidad de las proteínas. Cada proteína es distinta en cada especie aunque realice la misma función en todas ellas. Incluso dentro de una misma especie, cada individuo se diferencia por las proteínas que poseen.

• Capacidad amortiguadora. Las proteínas tienen carácter anfótero, por ello se comportan como ácidos o bases liberando o tomando protones en función del pH que se desee obtener en la célula.

• Desnaturalización. Fácilmente pueden perder su configuración espacial característica. No se rompe el enlace peptídico (la estructura primaria) pero la proteína pierde sus estructuras secundaria y terciaria. En algunos pasos es posible volver al estado inicial restableciendo las propiedades iniciales, entonces se produce la renaturalizacion.

• PRINCIPALES TIPOS DE PROTEÍNAS

• Holoproteínas (proteínas simples)

• Globulares: Son solubles en agua y realizan funciones dinámicas:

• Protaminas: Se encuentran en ácidos nucleicos.

• Histonas: Se encuentran en ácidos nucleicos.

• Albúminas: reserva proteica y transporte de sustancias

• Globulinas: coagulación e inmunidad.

• Gluteninas: función de reserva. Abundan en vegetales.

• Fibrosas: son insolubles en agua y se presentan esencialmente en los animales, desempeñando función estructural y de protección.

• Colágeno: proteína estructural de los tejidos conectivos.

• Queratina: proteínas resistentes a los agentes químicos y por ello utilizado como cubierta.

• Elastinas: muy elásticas. Se encuentran en vasos sanguíneos, tendones y pulmones.

• Fibroínas: proteínas resistentes y flexibles, utilizadas en telas de araña, capullos, nidos...

• Heteroproteínas (proteínas conjugadas o compuestas)

• Glucoproteínas: el grupo prostético está formado por glúcidos. Destacan:

• Mucinas: tienen papel protector. Son las mucosas.

• Hormonas gonadotróficas

• Peptidoglucanos: forman las paredes bacterianas

• Inmunoglobulinas: función defensiva frente a antígenos.

• Fosfoproteínas: el grupo prostético es ácido fosfórico. Es importante la caseína de la leche, que tiene función de reserva nutritiva.

• Lipoproteínas: el grupo prostético es un lípido. Destacan las estructurales y las transportadoras de plasma.

• Nucleoproteínas: el grupo prostético son los ácidos nucleicos.

• Cromoproteínas: el grupo les dota de una coloración característica.

• Porfirínicas: el grupo prostético es un anillo de porfirina. Aquí se incluyen las hemoglobinas, las mioglobinas, los citocromos y las coloplastinas (clorofila como grupo prostético).

• No porfirínicas: incluye las hemocianinas, flavoproteínas y carotenoproteínas.

LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

• CONCEPTO, TIPOS Y FUNCIONES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

Los ácidos nucleicos son biomoléculas formadas por C H O N y P. Se trata de moléculas de gran tamaño formadas por la polimerización de los nucleótidos.

Todos los organismos tienen ADN y ARN excepto los virus que sólo poseen uno.

El ADN es el material genético y cumple las siguientes funciones:

• Almacenar la información genética: El ADN contiene las instrucciones precisas para sintetizar todas las proteínas.

• Transmitir la información genética, es decir, copiarse exactamente en cada generación mediante la replicación o duplicación.

La función del ARN es expresar la información genética, es decir, ejercer las órdenes contenidas en el ADN y sintetizar las proteínas.

• NUCLEÓSIDOS Y NUCLEÓTIDOS

Los nucleótidos contienen tres componentes característicos: ácido fosfórico, una base nitrogenada y una pentosa que puede ser ribosa o desoxirribosa.

Las bases nitrogenadas son derivados de la purina y la pirimidina.

Las bases púricas son la Adenina y la Guanina, presentes en ADN y ARN.

Las bases pirimidínicas son Citosina (presente en ADN y ARN), Timina (presente sólo en ADN) y Uracilo (presente sólo en el ARN)

Una molécula de base nitrogenada se une a una pentosa originando un nucleósido

Los nucleótidos son ésteres fosfóricos de los nucleósidos en los que el ácido fosfórico esterifica a uno de los grupos hidroxilo libres de la pentosa.

• Funciones de los nucleótidos

• Precursores de los ácidos nucleicos, es decir, son sus constituyentes.

• Coenzimas, entre las que destacan adenosín fosfatos (ATP y ADP), piridín nucleótidos (NAD y NADP), flavin-nucleótidos (FMN y FAD) y coenzima A.

• Mensajeros químicos: desencadenan respuestas metabólicas.

• POLINUCLEÓTIDOS

Son la unión de los nucleótidos mediante enlaces fosfodiéster.

El ADN es un polinucleótido formado por desoxirribonucleótidos de adenina guanina, citosina y timina. El ARN es un polinucleótido formado por ribonucleótidos de adenina, guanina citosina y uracilo.

• ESTRUCTURA DEL ADN: MODELO DE WATSON Y CRICK

• Estructura primaria: viene dada por la secuencia de nucleótidos de una cadena de polinucleótidos.

• Estructura secundaria: es la conformación espacial de las cadenas como consecuencia del plegamiento de las mismas.

Según este modelo, cada molécula de ADN está compuesta por dos largas cadenas de polinucleótidos, complementarias, antiparalelas y enrolladas alrededor de un eje imaginario central, formando una doble hélice. Se mantienen unidas mediante puentes de hidrógeno establecidos entre las bases nitrogenadas de una y otra.

Entre A y T se establecen dos puentes de hidrógeno y entre C y G tres. La suma de las bases púricas es igual a la de las bases pirimidínicas según la ley de Chargaff.

Dado que lo único que puede variar en los ADNs de distintas especies es la secuencia de nucleótidos, la información genética radica en el orden de estos.

• Superenrollamiento y empaquetamiento del ADN

En los ADNs circulares se produce una continuidad de la hélice de modo que el principio se une al final.

En las células eucariotas, el empaquetamiento del ADN se hace mediante la asociación con proteínas, normalmente histonas. Así se forma la fibra cromosómica, que presenta unos engrosamientos llamados nucleosomas donde la doble hélice envuelve a la proteína.

• Tipos de ADN

• En las células eucariotas es bicatenario lineal, asociado con proteínas.

• En las bacterias es bicatenario circular y superenrrollado, normalmente no asociado a proteínas.

• En los virus, es monocatenario o bicatenario, lineal o circular. Puede estar asociado con proteínas

• ESTRUCTURA DEL ARN

El ARN está constituido por una sola cadena de polinucleótidos, excepto en algunos virus, que es bicatenario.

Presenta una estructura primaria que en ocasiones se pliega enfrentando bases, e incluso a veces se retuerce y se asocia a proteínas. Sin embargo, su estructura normal no es la helicoidal.

• Tipos de ARN

• El ARNm (mensajero) es lineal, sin zonas bicatenarias. Su función es transmitir la información genética desde el núcleo al citoplasma. Se une a una de las dos cadenas del ADN y cuando acaba su función desaparece. Cada grupo de tres bases del ARNm que especifica un aminoácido se denomina triplete o codón.

• El ARNt (transcripción) adopta una estructura de hoja de trébol. En uno de sus brazos presenta un triplete de bases, denominado anticodón, por donde se fija el ARNm. El ARNt debe reconocer a los aminoácidos de forma específica y transportarlos hasta el ribosoma, y reconocer los codones del ARNm.

• El ARNr (ribosómico) constituye el 80% del total. Se encuentra asociado a proteínas, y esta asociación forma los ribosomas.

• EL CÓDIGO GENÉTICO

Se denomina gen estructural o cistrón a cada fragmento de ADN que dirige la síntesis de una cadena polipeptídica. La correspondencia que existe entre los nucleótidos del ADN y los aminoácidos de las proteínas se denomina código genético.

El código genético es un código de triplete, de manera que se puede decir que a un gen con un determinado orden de tripletes le corresponde una cadena polipeptídica con un determinado orden de aminoácidos.

De los 64 codones, o tripletes de bases que codifican a un aminoácido, 61 corresponden a aminoácidos, y tres a codones de iniciación y terminación.

El código genético está degenerado, lo que significa que cada aminoácido puede ser codificado por más de un triplete distinto.

El código genético es universal, es decir, un mismo triplete codifica el mismo aminoácido en todas las especies, con alguna excepción.

LAS ENZIMAS

• CONCEPTO DE CATÁLISIS Y DE ENZIMA

La energía necesaria para que se den las reacciones químicas se denomina energía de activación. Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción, no se gasta durante la misma y se necesita en pequeñas cantidades.

La energía de activación puede vencerse mediante calor, pero esto tiene consecuencias en las células. Por ello se utilizan biocatalizadores denominados enzimas. La molécula sobre la que actúa se denomina sustrato.

Las enzimas son catalizadores orgánicos coloidales capaces de actuar fuera de la célula que los produce y que en su mayoría, químicamente son proteínas.

• Propiedades de las enzimas

• Especificidad de la catálisis enzimática:

La especificidad de acción indica la capacidad de la enzima por seleccionar una de las diversas reacciones posibles. La especificidad de sustrato indica el sustrato que actúa sobre la enzima.

Algunas enzimas actúan únicamente sobre un sustrato determinado (especificidad absoluta). Otras enzimas actúan sobre compuestos con una característica estructural común (especificidad de grupo). Por último, algunas enzimas actúan sobre un tipo de enlace, independientemente del tipo de moléculas (especificidad de clase).

• Reversibilidad

Una enzima actúa del mismo modo en una reacción independientemente del sentido en el que se dé esta.

• Eficacia

Una sola molécula de enzima puede catalizar la reacción de miles de moléculas de sustrato. La enzima no se consume, recupera su estado inicial al final del proceso.

• Gran poder catalítico

Multiplican la velocidad de las reacciones por un millón o más.

Las enzimas pueden estar presentes en todas las células (respiratorias) o solo en algunas (gástricas). Dentro de las células, su distribución no es uniforme, son que la mayor parte de ellos se localizan en organismos concretos y determinan las funciones de los mismos.

• CLASIFICACIÓN Y NOMENCLATURA DE LAS ENZIMAS

• Oxidorreductasas: catalizan reacciones de oxidación reducción.

• Transferasas: catalizan la transferencia de distintos grupos atómicos.

• Hidrolasas: catalizan reacciones de hidrólisis.

• Liasas: rompen enlaces por vía no hidrolítica.

• Isomerasas: catalizan reacciones de isomerización

• Ligasas o sintetasas: catalizan la formación de enlaces mediante ATP.

• COFACTORES ENZIMÁTICOS

Son conjuntos no proteicos que colaboran con la enzima. La enzima recibe el nombre de apoenzima y el conjunto de enzima y cofactor se denomina holoenzima.

• Activadores inorgánicos: iones metálicos.

• Coenzima: pueden actuar como cofactor de muchas enzimas distintas. Algunos están unidos solo funcionalmente y otros íntimamente.

• CENTRO ACTIVO Y MECANISMO DE ACCIÓN DE LAS ENZIMAS

El centro activo es la parte del enzima que se pone en contacto directo con el sustrato. Aquí se deben localizar aminoácidos de fijación y aminoácidos catalizadores. El resto de la proteína enzimática consta de aminoácidos estructurales.

El enzima se adapta al sustrato al modo que un guante lo haría a una mano. Ya tiene una forma más o menos prefijada pero el ajuste total se adquiere al contacto.

• Reacción enzimática y su cinética

La reacción enzimática se realiza mediante la unión de la enzima y el sustrato para formar un complejo. A continuación el complejo ES se escinde liberando la enzima sin alterar y los productos de la reacción.

La velocidad de una reacción se define como la cantidad de materia transformada en función del tiempo.

• Factores que influyen en la velocidad de las reacciones

• Concentración de la enzima: la actividad enzimática es directamente proporcional a la concentración de la enzima siempre que haya un exceso de sustrato, la velocidad crece proporcionalmente con la cantidad de enzima.

• Concentración del sustrato y producto: la actividad enzimática crece hasta llegar a un valor máximo que se produce cuando la concentración de sustrato o de producto se iguala a la de la enzima (inhibición)

• Temperatura: existe una temperatura óptima en la que se acelera la ecuación química pero en la que aún no se ha desnaturalizado la enzima.

• El pH: la enzima desarrolla su actividad entre dos valores límites y alcanza su máximo grado de acción en un pH normalmente cercano a la neutralidad.

• INHIBICIÓN ENZIMÁTICA

Un inhibidor es la sustancia capaz de disminuir la velocidad de reacción de una reacción enzimática. Existen reversibles (se pueden desprender de la enzima) e irreversibles (la destruyen o desactivan).

• Inhibición competitiva

El inhibidor tiene una forma muy parecida a la del sustrato y por tanto tiene afinidad por la enzima. Si consigue unirse a la enzima, se paraliza la reacción.

• Inhibición no competitiva

El inhibidor se sitúa en una parte distinta de la enzima y conforma el conjunto ESI que se descompone mucho mas lentamente.

• CONTROL DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

• Regulación alostérica

Esto se produce en las enzimas alostéricas, que adoptan dos formas: T o de alta afinidad y R o de baja afinidad por un metabolito regulador que recibe el nombre de efector o modulador. Cuando este modulador se une a la forma T, esta aumenta su actividad, y cuando se une a la R, esta la reduce.

• Regulación por modificaciones covalentes

Se trata de interconversiones enzimáticas por medio de otras enzimas de una forma inactiva a otra activa y puede ser irreversible o reversible.

• Regulación del metabolismo

El ADN, mediante la represión metabólica puede paralizar la síntesis de enzimas

Por otra parte, unas enzimas pueden producir productos que sirvan como inhibidores de la primera enzima de la cadena, de modo que toda la cadena queda desactivada.

FORMAS ACELULARES Y CELULAS

• FORMAS ACELULARES

Son partículas de un tamaño menor y más sencillas que las células. No realizan funciones de nutrición y relación, y la reproducción sólo se lleva a cabo mediante células huésped.

• Composición y estructura de los virus

Cada partícula vírica está formada por un bloque de ácido nucleico o genoma vírico, rodeado por una cubierta proteica o cápsida. La unión de estos dos recibe el nombre de nucleocápsida.

El genoma vírico está constituido por una o más moléculas de ADN o ARN, pero nunca los dos tipos simultáneamente.

La cápsida puede estar desnuda o rodeada por una envoltura lipoproteica constituida por una bicapa lipídica. Según sea esta se distinguen:

• Viriones helicoidales: los capsómeros se disponen en forma de hélice.

• Viriones icosaédricos: tienen forma de poliedro regular de 20 caras triangulares en cuyo interior se apelotono el ácido nucleico.

• Viriones complejos: entre ellos están la mayoría de los bacteriófagos. Constan de cabeza (cápsida icosaédrica), cola ( a través de la cual pasa el ácido nucleico a la célula a infectar) y placa basal, que es por donde se ancla a la célula parasitada.

• Replicación de los virus

La reproducción se produce por multiplicación por síntesis y posterior reunión de sus componentes dentro de una célula huésped. Consta de las siguientes fases:

• Adsorción: fijación de los viriones a la membrana mediante enlaces químicos.

• Penetración: entrada en el citoplasma del ácido nucleico o del virión completo.

• Multiplicación: el ácido nucleico domina el metabolismo celular replicándose y dirigiendo la síntesis de proteínas.

• Ensamblaje: los componentes sintetizados se reúnen bien espontáneamente o bien por intervención de enzimas codificadas por genes víricos.

• Liberación: los viriones salen de la célula produciéndose a menudo su rotura.

• Ciclo biológico de un bacteriófago

• Ciclo lítico: es el más frecuente y conduce a la destrucción celular.

• Adsorción: las fibras caudales se unen químicamente a ciertas moléculas de la pared bacteriana. A continuación, clava las espinas basales, por lo que también quedan unidos mecánicamente.

• Penetración: el fago perfora la pared celular mediante enzimas y la cola se contrae, inyectando el ADN en el citoplasma.

• Eclipse: el ácido nucleico se replica y el metabolismo de la bacteria comienza a producir genes víricos.

• Ensamblaje: las proteínas se reorganizan.

• Lisis: por acción enzimática, la bacteria se rompe y se liberan los fagos.

• Ciclo lisogénico.

El ADN vírico se incorpora al de la bacteria y así al replicarse esta las bacterias hijas contienen este ADN. Mediante estímulos externos se puede activar el ADN vírico produciendo la formación de viriones.

• LA ORGANIZACIÓN CELULAR

Las células son las asociaciones más simples de biomoléculas capaces de mantenerse frente al medio. Todas las células presentan los siguientes rasgos:

• Membrana plasmática: separa pero no aísla el interior y el exterior celular. Regula el intercambio entre célula y medio.

• Citoplasma: líquido donde se realizan las reacciones metabólicas.

• Material genético: representado por el ADN.

• LA ORGANIZACIÓN PROCARIOTA

• Características generales

La membrana plasmática está rodeada de una cubierta rígida o pared celular, con composición química diferente de la de las eucariotas. El citoplasma contiene ribosomas mas pequeños que los eucariotas. El material genético está constituido por una sola molécula de ADN que recibe el nombre de cromosoma procariota y que no está encerrado en un núcleo definido.

• Morfología de las bacterias: según su forma se dividen en:

• Cocos: bacterias redondeadas que pueden presentarse aisladas o agrupadas en pares (diplococos) en cadenas (estreptococos), en racimos (estafilococos) o en masas cúbicas (sarcinas).

• Bacilos: bacterias con forma cilíndrica, alargadas y rectas.

• Espirilos: bacterias largas y onduladas

• Vibrios: bacterias con forma de coma

• Estructura de la célula bacteriana

• Pared celular. Mantiene la forma y regula la presión osmótica.

• Membrana plasmática. Regula el intercambio celular y origina unos complejos mesosomas que aumentan la capacidad de absorción.

• Citoplasma. Semejante a la de las eucariotas. Carece de la mayor parte de los orgánulos y contiene gran cantidad de ribosomas 70S.

• Material genético. Está formado por una molécula de ADN bicatenario fuertemente plegado. Además pueden presentarse pequeños anillos de ADN denominados plásmidos, que no son estrictamente necesarios.

• Apéndices bacterianos. Destacan los flagelos, filamentos que proporcionan movilidad. Los pelos intervienen en el proceso de conjugación. La función de las fimbrias se desconoce.

• Fisiología de las bacterias

La nutrición de las bacterias se desarrolla de todas las maneras existentes. Su reproducción es asexual y se realiza por división simple, aunque poseen mecanismos de transferencia de ADN entre unas u otras, llamados procesos parasexuales.

• LA ORGANIZACIÓN EUCARIOTA

Se diferencian de las procariotas en la estructura celular, la organización del material genético y el mecanismo de división.

• Estructura general de las células eucariotas

La característica fundamental es la existencia de un conjunto de endomembranas, que dan lugar a los orgánulos, así como la presencia de un núcleo definido.

• Organización del material genético

Tienen varios cromosomas cuyo número es fijo para cada especie y cada uno de ellos está constituido por una molécula lineal de ADN unido a histonas.

• Mecanismo de división celular

Se reproducen por división mitótica, en contra de la bipartición procariota.

• Diferencias entre células vegetales y animales:

• Las vegetales suelen ser de mayor tamaño y presentan una cubierta rígida de celulosa denominada pared celular.

• En las vegetales están muy desarrolladas las vacuolas y existen plastos que tienen función de almacenamiento y síntesis de algunas sustancias.

• Las células animales contienen unos orgánulos denominados centriolos, relacionados con la organización de los cilios y flagelos.

ESTRUCTURAS DE LA CÉLULA EUCARIOTA

• PARED CELULAR

• Composición química y estructura

La pared celular es una cubierta, gruesa y rígida, que rodea la membrana plasmática de las células vegetales. Está formada mayoritariamente por polisacáridos, fundamentalmente celulosa.

Estructuralmente está compuesto por una masa fundamental o matriz en la que se hallan intercaladas fibras de celulosa. Estas fibras están formadas por macrofibrillas, a su vez constituidas por microfibrillas enrolladas entre sí. Cada microfibrilla está compuesta por micelas celulósicas, polimerización de cien celobiosas.

• Pared primaria: se presenta en todas las células vegetales, delimitándolas externamente. Permite el crecimiento de la superficie de la célula.

• Pared secundaria: aparece una vez finalizado el crecimiento y se sitúa entre la membrana plasmática y la pared primaria y dota a la célula de rigidez.

• Diferenciaciones de la pared celular

Las punteaduras y los plasmodesmos permiten el paso de sustancias al interior de la célula. Las punteaduras son interrupciones en la membrana plasmática que suelen coincidir entre células próximas. Los plasmodesomos son finos conductos que ponen en contacto dos células contiguas.

• Funciones de la pared celular

La pared celular constituye una especie de exoesqueleto que determina la forma de la célula, teniendo funciones de protección y de sostén. Evitan la rotura celular por choque osmótico.

• MEMBRANA PLASMÁTICA

La membrana plasmática es una delgada envoltura que recubre el citoplasma, permitiendo que el contenido celular tenga una composición distinta a la del medio. La membrana plasmática regula el intercambio célula-medio.

• Composición química

• Lípidos de membrana.

Existen fosfolípidos, algunos glucolípidos, y en células animales, colesterol. Todos ellos son anfipáticos, por lo que se orientan en presencia de agua.

• Proteínas de membrana

Al igual que los lípidos, son anfipáticas: las regiones polares sobresalen en la superficie de la membrana mientras que las regiones polares se orientan hacia el interior. Según su grado de asociación con los lípidos se clasifican en:

• Proteínas intrínsecas o integrales: pueden formar glucoproteínas. Para aislarlas de los lípidos es necesario destruir la membrana.

• Proteínas extrínsecas o periféricas: están débilmente asociadas a los lípidos, por lo que se pueden aislar con facilidad.

• Glúcidos de membrana

Todos ellos están unidos a lípidos o a proteínas y se encuentran sobresaliendo en la superficie externa, formando una capa periférica llamada glucocálix.

• Estructura y funciones

• Organización de los lípidos

Debido a su carácter anfipático, los lípidos de las membranas se ordenan en forma de bicapa lipídica, caracterizada por ser impermeable a la mayoría de las biomoléculas y por ser fluida, es decir, que las moléculas pueden desplazarse libremente dentro de la bicapa en difusión lateral, rotación, flexión y flip-flop.

• Organización de las proteínas: el mosaico fluido

Las membranas están formadas por una bicapa lipídica fluida en la que las proteínas intrínsecas se encuentran dispersas, atravesando total o parcialmente la bicapa, con una disposición en mosaico. Las proteínas extrínsecas están dispuestas en el exterior de la membrana.

Por tanto, la bicapa lipídica constituye el armazón mientras que son las proteínas las que desarrollan todas las funciones específicas.

• CITOPLASMA

Es el contenido celular entre la membrana plasmática y nuclear. Se compone de:

• Citosol

Es un líquido acuoso que contiene gran cantidad de sustancias disueltas: glucosa, sales minerales, etc... su consistencia puede pasar de fluida (sol) a viscosa (gel).

Muchas de las proteínas disueltas son enzimas, por lo que en el citosol se llevan a cabo multitud de reacciones metabólicas. Además en el citosol pueden almacenarse sustancias en forma de gránulos denominadas inclusiones.

• Citoesqueleto

Es una red de filamentos proteicos que constituyen el soporte interno celular. Determina la forma de la célula, su organización interna y su movimiento. Está constituido por tres tipos de filamentos:

• Microfilamentos: son filamentos de actina que intervienen en procesos relacionados con la movilidad celular como la contracción muscular, la emisión de pseudópodos o la formación del anillo contráctil.

• Filamentos intermedios: desempeñan funciones de tipo estructural.

• Microtúbulos: cilindros que se organizan a partir de un centro y cuyas funciones son mantener la forma de la célula, el transporte intracelular de orgánulos, movimiento de cromosomas y organización del citoesqueleto.

• ORGÁNULOS MICROTUBULARES

• Centríolos

Son la unión de nueve grupos de tres microtúbulos cada uno. Están rodeados por un material denso denominado material pericentriolar y de una irradiación de microtúbulos denominado éster. El conjunto de denomina centrosoma. Su función es la organización de cilios y flagelos y del huso mitótico.

• Cilios y flagelos

Son apéndices móviles. Los cilios son cortos y numerosos mientras que los flagelos son largos y escasos. Se distinguen los siguientes componentes:

• Tallo: está constituido por nueve pares de microtúbulos periféricos y dos microtúbulos sencillos centrales.

• Zona de transición: base del cilio.

• Corpúsculo basal: está incluido en el citoplasma y tiene la misma estructura que un centríolo.

• RIBOSOMAS

Son pequeños gránulos donde se realiza la fase de traducción de la síntesis proteica. Están compuestos por varias moléculas de ARNr asociadas a proteínas. Estructuralmente están constituidos por dos subunidades. Se presentan en el citosol, el retículo endoplasmático rugoso y mitocondrias. Normalmente están unidos en largas cadenas formando polirribosomas o polisomas.

Las proteínas sintetizadas en el citosol quedan libres mientras que las sintetizadas junto al retículo endoplasmático rugoso son depositadas en la luz del mismo.

• SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS

Es un complejo sistema de vesículas y sacos aplanados, revestidos por membranas y extensamente comunicados entre sí que ocupa parte del citoplasma.

• Retículo endoplasmático (RE)

Está constituido por una serie de cavidades membranosas de forma irregular.

• RE rugoso: se localiza cerca del núcleo y presenta ribosomas adheridos.

• RE liso: en general más alejado del núcleo y carece de ribosomas.

Entre las funciones del RE destacan:

• Soporte mecánico: proporciona un sostén adicional al citoplasma.

• Sistema de transporte

• Síntesis de lípidos: a cargo de enzimas localizados en las membranas del REL. Se sintetizan fosfolípidos, colesterol y hormonas esteroideas.

• Acumulación y transformación de proteínas: a cargo del RER que recibe las proteínas de los ribosomas adheridos.

• Destoxificación: el REL es capaz de metabolizar sustancias tóxicas.

• Aparato de Golgi (AG)

Está constituido por un conjunto de unidades llamadas dictiosomas que son un conjunto de vesículas aplanadas y apiladas. El AG realiza las funciones de formación de lisosomas y secreción.

• OTROS ORGÁNULOS MEMBRANOSOS

• Lisosomas

Son vesículas rodeadas por una membrana presentes en todas las células eucariotas y cuyo interior contiene gran cantidad de enzimas hidrolíticas capaces de digerir la mayoría de las macromoléculas biológicas.

• Peroxisomas

Son gránulos que contienen enzimas oxidativas utilizadas para oxidar sustancias nocivas para su mejor eliminación.

• Mitocondrias

• Morfología y función

Son alargadas y suelen presentarse uniformemente por todo el citoplasma. Su función es producir la fase aerobia de la respiración celular y oxidar aminoácidos.

• Ultraestructura mitocondrial

Están constituidos por una membrana externa, lisa y permeable, una cámara externa, situada entre las dos membranas y con composición similar a la del citosol, una membrana interna, que presenta crestas mitocondriales que aumentan su superficie de absorción y una cámara interna ocupara por la matriz mitocondrial, muy rica en proteínas.

• Plastos o plástidos

Son orgánulos membranosos, exclusivos de las células vegetales con capacidad de sintetizar y almacenar diferentes sustancias. Pueden ser leucoplastos (acumulan sustancias de reserva como el almidón), cromoplastos (contienen pigmentos rojos) y cloroplastos (sintetizan y acumulan clorofila, encargados de la fotosíntesis).

• Ultra estructura de los cloroplastos

Poseen una envoltura formada por una membrana externa permeable y una interna menos permeable. Un estroma, región rodeada por la membrana interna donde se observan moléculas de ADN y ribosomas. Los tilacoides están inmersos en el estroma. Son sáculos aplastados constituidos por una membrana que rodea un espacio tilacoidal.

• Vacuolas

Son cavidades intracitoplasmáticas, mucho más desarrolladas en las células vegetales procedentes de vesículas del RE y del AG. Sus funciones son almacenar agua y sustancias de reserva o aislar sustancias tóxicas.

• EL NÚCLEO INTERFÁSICO

• Características generales: es donde se almacena el ADN y por tanto, el que rige toda la actividad celular.

• Membrana nuclear: está formada por dos membranas concéntricas separadas por un espacio perinuclear. La membrana se interrumpe en poros que permiten el intercambio de sustancias.

• Nucleoplasma: matriz compuesta fundamentalmente por enzimas

• Cromatina:

• Composición: es la asociación de ADN y proteínas. Las proteínas son de dos tipos, histonas (función estructural) y no histónicas (funciones muy diversas). Cada molécula de ADN con sus proteínas asociadas es un cromosoma

• Ultraestructura: la cadena de ADN se enrolla en torno a un grupo histónico y se pliega hasta condensarse y llegar a los cromosomas.

• Nucleólos: son los gránulos intranucleares donde se fabrican las subunidades constituyentes de los ribosomas. Tienen una zona fibrilar y otra granular.

FUNCIONES DE AUTOCONSERVACIÓN

• FUNCIONES CELULARES DE RELACIÓN

El objetivo de estas funciones es la supervivencia del individuo, posibilitando su aclimatación a los cambios ambientales. Las reacciones motrices pueden ser movimientos locomotores, que suponen el desplazamiento de la célula (ameboide y vibrátil) y los movimientos no locomotores, que suponen el movimiento de algunas partes de la célula (contráctil).

• VISIÓN GLOBAL DE LA NUTRICIÓN CELULAR

Mediante la nutrición, la célula toma materia y energía del exterior y las transforma con dos objetivos: fabricación de nuevos materiales y obtención de energía.

• Ingestión y digestión

La ingestión es la penetración de sustancias en la célula, mientras que la digestión se realiza por enzimas hidrolíticas.

• Metabolismo

Es el conjunto de reacciones químicas enzimáticas que sufren los nutrientes, en el interior de la célula con los dos objetivos antes indicados. Comprende dos aspectos:

• Anabolismo: conjunto de reacciones por las cuales a partir de los productos iniciales se originan otros más complejos y energéticos. Por tanto, la célula consume energía.

• Catabolismo: conjunto de reacciones por las cuales los sustratos iniciales se transforman en productos más sencillos, por lo que se libera energía.

• PAPEL DE LA MEMBRANA EN LOS INTERCAMBIOS CELULARES

• Intercambio de moléculas pequeñas

Se debe a la permeabilidad de la membrana, que debe ser altamente selectiva:

• Difusión a través de la bicapa lipídica

La membrana permite el paso de moléculas no polares, pero no de iones.

• Transporte mediado por proteínas

Se divide en difusión simple por medio de proteínas de canal, difusión facilitada por medio de permeasas y transporte activo mediante bombas; este último proceso requiere un aporte de energía por realizarse en contra de gradiente.

• Intercambio de macromoléculas

• Endocitosis: es el conjunto de procesos por medio de los cuales la célula incorpora moléculas de gran tamaño y partículas sólidas. Pueden ser de tres tipos: fagocitosis (la partícula se une a receptores específicos hasta que la membrana rodea la partícula), pinocitosis (introducción inespecífica de líquido extracelular) y endocitosis mediada por receptor (introducción altamente específica de líquido extracelular).

• Exocitosis: es el conjunto de procesos por los cuales la célula elimina al exterior moléculas de gran tamaño

• METABOLISMO Y ENERGÍA

• Importancia del ATP

Por cada mol de ATP degradado se obtienen unas 7 Kcal. por lo que el ATP es la moneda de energía. Las reacciones biológicas que liberan energía van unidas a la síntesis de ATP.

• Mecanismos generales de obtención del ATP

El ATP puede obtenerse por fosforilación oxidativa (ADP+Pi+EnergíaATP+H2O), que es el método más común de regeneración en las células aerobias.

También puede obtenerse mediante fosforilación a nivel de sustrato, consistente en añadir el fósforo de un compuesto fosfatado al ADO. Es una fuente de ARP en todas las células, tanto en las aerobias como en las fermentadoras.

• Células autótrofas y heterótrofas

Todas las células necesitan sustancias orgánicas energéticas para elaborar sus propios materiales y obtener energía en forma de ATP.

• Células heterótrofas: se nutren tanto de sustancias orgánicas como inorgánicas, tomándolas del medio que las rodea

• Células heterótrofas: se nutren exclusivamente de materia inorgánica porque son capaces de realizar procesos anabólicos especiales. Según qué tipo de energía ambiental utilicen hay dos clases:

• Quimiosintéticas: obtienen la energía de reacciones químicas exotérmicas que provocan en su medio.

• Fotosintéticas: procede de la luz solar y la obtención de ATP se lleva a cabo mediante la fosforilación fotosintética o fotofosforilación, mediante una serie de procesos redox impulsados por la energía proporcionada por la luz solar

• RUTAS METABÓLICAS

• Rutas catabólicas

El catabolismo es la parte degradativa del metabolismo, en que las sustancias orgánicas se degradan, mediante reacciones escalonadas, obteniéndose productos más sencillos y liberándose energía la mayor parte en forma de ATP.

En el catabolismo aerobio existen tres fases principales:

• Durante la fase I, las macromoléculas se hidrolizan hasta llegar a moléculas más sencillas.

• En la fase II, todas las moléculas se descomponen hasta llegar a un compuesto de dos carbonos, el acetil-CoA, que constituye una encrucijada metabólica, ya que todos los compuestos llegan a degradarse en él.

• En la fase III, el grupo acetilo del acetil-CoA se incorpora al ciclo de Krebs en el que se oxida totalmente dando lugar a CO2 y H2O

Por tanto, podemos decir que las rutas catabólicas son convergentes, ya que a partir de productos muy variados obtenemos unos pocos productos finales comunes.

• Rutas anabólicas

Es la parte constructiva del metabolismo y también consta de tres partes. Como ejemplo están las proteínas: en la fase I, se producen los ácidos orgánicos. En la fase II, los aminoácidos y en la fase tres las proteínas.

Por tanto, las rutas anabólicas son divergentes, ya que a partir de unas pocas moléculas precursoras sencillas se sintetiza una gran variedad de macromoléculas.

FOTOSÍNTESIS Y QUIMIOSÍNTESIS

• VISIÓN GLOBAL DE LA FOTOSÍNTESIS

La fotosíntesis es un proceso mediante el cual la materia inorgánica se transforma en orgánica y, paralelamente, se absorbe energía luminosa que se transforma en energía química, la cual queda almacenada en las sustancias orgánicas obtenidas.

• Pigmentos fotosintéticos

Todas las células fotosintéticas contienen uno o más tipos de clorofila. Además de clorofila, las células fotosintéticas contienen otros pigmentos accesorios, principalmente carotenoides, que actúan como receptores de luz suplementarios. Los pigmentos fotosintéticos se hallan agrupados en conjuntos llamados fotosistemas.

• Mecanismo general de la fotosíntesis

• Fase luminosa: conjunto de reacciones dependientes de la luz, cuyo objetivo es la absorción de energía luminosa y su transformación en energía química.

H2D + A + ADP + Pi AH2 + D + ATP

• Fase oscura: conjunto de reacciones independientes de la luz. Su objetivo es la captación de CO2 y su reducción para formar fundamentalmente glucosa.

CO2 + AH2 + ATP A + 1/n (CH2O)n + ADP + Pi

• Tipos de fotosíntesis:

• Fotosíntesis oxigénica: el donador de electrones es el H2O, por lo que en el proceso se desprende O2, mientras que el aceptor es el NADP+.

• Fotosíntesis anoxigénica: el donador de electrones es una sustancia distinta del agua por lo que en el proceso no se desprende O2. el aceptor es NAD+

• FASE LUMINOSA DE LA FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICA

• Constitución de los fotosistemas

La captación d energía luminosa es función de las clorofilas y carotenos, que se encuentran en la membrana de los tilacoides y se agrupan en dos fotosistemas.

En cada fotosistemas la molécula encargada de transformar la energía luminosa en química se denomina centro de reacción fotoquímico. En el PSI este se denomina P700 por alcanzar su máxima excitación a esta longitud de onda y en el PIS se llama P680. Las otras moléculas reciben el nombre de colectoras y absorben la energía para transmitirla al centro. La ecuación de cada fotosistema es:

2 H2O + 2 NADP+ Luz 2 NADPH + 2 H+ + O2

• El flujo de electrones: esquema Z

Este esquema explica como el centro activo del PSI, tras la influencia de la energía luminosa, pierden dos electrones y se oxidan. Estos electrones se recuperan tras la oxidación del centro del PIS, que recupera los suyos mediante la fotolisis del agua.

Para desplazar los electrones “cuesta arriba” se necesita un aporte energético obtenido de la síntesis del ATP en la fosforilación.

• Fotofosforilación

Es el proceso mediante el cual se sintetiza ATP, a partir de ADP + Pi, acoplado al flujo de electrones en la fase luminosa, por lo que la energía proviene de la luz.

• Hipótesis quimiosintética: según esto, los procesos redox de transporte electrónico están ligados a la síntesis de ATP mediante la creación de un gradiente de protones a través de una membrana.

• Fotofosforilación acíclica y cíclica: la primera se da en la fase luminosa, cuando los electrones eliminados de la clorofila son reemplazados por electrones procedentes del agua. La segunda se da en la fase oscura y en ella los electrones desprendidos por la clorofila vuelven a ella en circuito cerrado.

• FASE OSCURA DE LA FOTOSÍNTESIS

Se realiza en el estroma de los cloroplastos y su objetivo es la fijación del CO2 y su posterior transformación en sustancias orgánicas. Este proceso el Ciclo de Calvin.

• Ciclo de Calvin: se subdivide en tres fases.

• Fase de fijación del CO2

El CO2 reacciona con la ribulosa-1,5-difosfato (RuBP) dando lugar a un compuesto de seis carbonos ce se disocia en dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérido.

• Fase reductiva

Mediante el consumo de ATP y NADPH se fosforila el ácido 3-fosfoglicérico consiguiendo ácido 1,3-difosfoglicérico. Se reduce posteriormente el grupo carboxilo a aldehído obteniéndose 3-fosfogliceraldehído.

• Fase regenerativa

Se inicia a partir de la anterior mezcla de triosas y tiene dos objetivos: obtención de diversas sustancias orgánicas sencillas y regeneración de la ribulosa-difosfato consumida.

En la obtención de glucosa, dos triosas se unen para sintetizar la glucosa y las 10 triosas restantes regenera las 6 moléculas de ribulosa puestas en juego.

• Obtención fotosintética de compuestos nitrogenados y azufrados

En el ciclo de Calvin, las células fabrican diferentes compuestos por reducción del CO2 que actúa como fuente de carbono, pero no hay incorporación de nitrógeno ni de azufre, que son aportados por las sales minerales. La obtención de estos compuestos conlleva la reducción de los nitratos y los sulfatos que aportan el N y el S.

• Balance global del proceso fotosintético (para una glucosa)

Fase Luminosa: 12H2O + 12NADP+ + 18ADP+Pi 6O2 + 12NADPH+H+ + 18ATP

Fase Oscura : 6CO2+18ATP+12NADPH+H+ C6H12O6+6H2O+18ADP+Pi+12NADP

• FOTOSÍNTESIS Y EVOLUCIÓN

En la evolución biótica fue crucial la aparición de organismos fotosintéticos, y la fotosíntesis oxigénica conllevó la transformación de una atmósfera reductora a otra oxidante, con las siguientes consecuencias:

• Finalización de la síntesis abiótica de materia orgánica.

• Aparición de los seres aerobios

• Formación de la capa de ozono

• QUIMIOSÍNTESIS

Es un proceso por el cual la materia inorgánica es transformada en materia orgánica utilizando para ello la energía libre procedente de reacciones exergónicas.

Las bacterias quimiolitótrofas oxidan ciertos compuestos para liberar energía y utilizar esta para reducir el CO2, los nitratos y los sulfatos a sustancias orgánicas.

Entre ellas están las nitrificantes las sulfobacterias y las ferrobacterias.

Por otra parte, los organismos fijadores de nitrógeno representan una importante fuente de dicho elemento para la biosfera, ya que son capaces de reducir el nitrógeno molecular e incorporarlo a sustancias orgánicas.

OTROS PROCESOS ANABÓLICOS

• ANABOLISMO DE GLÚCIDOS

• Biosíntesis de monosacáridos: gluconeogénesis

Las células heterótrofas pueden obtener polisacáridos mediante hidrólisis o fabricarlos a partir de moléculas procedentes del metabolismo. Este procedimiento es la gluconeogénesis: obtención de glucosa a partir de precursores no glucídicos.

Mediante la vía gluconeogénica, el ácido pirúviCo se convierte en glucosa y los precursores no glucídicos más utilizados son el ácido láctico algunos aminoácidos y la glicerina. Es un proceso muy costoso energéticamente, para fabricar una molécula de glucosa a partir de dos de pirúvico se consumen 6 ATP, por las 2 de la glucólisis.

• Biosíntesis de polisacáridos

En los animales destaca la gucogenogénesis a partir de glucosa. Este polisacárido constituye una forma de almacenamiento de energía a corto plazo. En las células vegetales se fa la amilogénesis.

Este proceso se fa sobre todo en el músculo esquelético y en el hígado. El glucógeno del músculo constituye una reserva de glucosa que se degrada para la contracción muscular. El glicógeno hepático actúa como reserva de glucosa que pasa a la sangre para abastecer a los tejidos.

• ANABOLISMO DE LÍPIDOS

Los triglicéridos constituyen una reserva de energía a largo plazo.

• Biosíntesis de glicerina y de ácidos grasos

Las células pueden obtener glicerina a partir de la hidrólisis de los triglicéridos o de la dihidroxiacetona procedente de la glucólisis.

Por su parte, los ácidos grasos pueden provenir de los triglicéridos o del proceso de biosíntesis de ácidos grasos, que tiene lugar en el citosol a partir del acetil-CoA.

• Biosíntesis de triglicéridos

Este proceso consiste en la esterificación de los dos primeros grupos de la glicerina-3-fosfato y la posterior hidrólisis del grupo fosfato, para proceder a la esterificación de este tercer grupo, obteniéndose un triglicérido

• ANABOLISMO DE ÁCIDOS NUCLEICOS

Depende de los nucleótidos que se quieran formar. En los ribonucleótidos, se distinguen entre los de purina y los de pirimidina. Los desoxirribonucleótidos provienen de reacciones de reducción de sus correspondientes ribonucleótidos.

• ANABOLISMO DE PROTEÍNAS

• Biosíntesis de aminoácidos

Las rutas metabólicas para la obtención de aminoácidos no esenciales, es decir, los que no pueden ingerirse directamente, tienen dos aspectos:

• El origen del esqueleto carbonatado: suele ser un ácido orgánico que se obtiene de la glucólisis o del ciclo de Krebs.

• El origen del grupo amino procede del amoniaco, cuyo origen varia desde la fijación del nitrógeno atmosférico, de la reducción de los nitratos o de otro aminoácido, mecanismo utilizado por los animales

• Biosíntesis de proteínas

Es el proceso mediante el cual se expresa la información genética y, en esencia, consiste en fabricar cadenas peptídicas con un orden concreto de aminoácidos, determinado por el orden de tripletes de ADN. Consta de transcripción y traducción.

• TRANSCRIPCIÓN

Mediante este proceso se sintetizan los diversos tipos de ARN a partir de la información contenida en el ADN. En estas reacciones intervienen unas enzimas, las ARN-polimerasas, que catalizan la unión de los ribonucleótidos y utilizan como sustrato los ribonucleótidos 5-fosfato.

Sus fases son:

• Iniciación: unión de la ARN-polimerasa al promotor y separación de las dos cadenas del ADN, formándose una “burbuja” que avanza.

• Elongación: crecimiento de la molécula de ARN.

• Terminación: reconocimiento de la señal de terminación por parte del ARN-polimerasa, lo que desencadena la separación de la molécula de enzima, del ADN y del ARN transcrito.

• Maduración: transformaciones del ARN trascrito. En procariontes sólo maduran los trascritos correspondientes a los ARNr y ARNt, mientras que en eucariontes, además se procesa el ARNm.

• TRADUCCIÓN

La traducción consiste en la unión de aminoácidos en un orden concreto, determinado por el orden de tripletes o codones del ARNm. Es el proceso de síntesis de proteínas propiamente dicho y tiene lugar en los ribosomas, que se unen a un ARNm para formar un polirribosoma.

La traducción tiene lugar en cinco etapas:

• Activación de los aminoácidos o unión de los mismos a sus ARNt correspondientes

• Iniciación de la cadena peptídica, por unión del primer aminoacil-ARNt al centro P del ribosoma, donde se sitúa el codón iniciador del mensajero

• Elongación de la cadena por unión de los aminoacil-ARNt al centro A y translocación ribosomal, de modo que los aminoácidos se van uniendo, uno a uno, a la cadena peptídica en formación

• Etapa de terminación, al llegar al ribosoma a un triplete sin sentido, con lo que la cadena peptídica se libera al citosol

• Etapa de plegamiento y transformación, por la cual la cadena peptídica alcanza su conformación tridimensional definitiva, biológicamente activa.

CATABOLISMO

• IDEAS BÁSICAS SOBRE CATABOLISMO

Los procesos catabólicos son semejantes en todos los seres vivos y se consideran como tales aquellos en que partiendo de moléculas orgánicas se obtienen otras más sencillas, ya sean inorgánicas u orgánicas.

La degradación por oxidación de las moléculas orgánicas constituye el proceso denominado respiración celular, que ocurre en todo tipo de células y cuyo objetivo es la obtención de ATP con que realizar los trabajos celulares. La respiración celular es un proceso redox. Según esto hay tres tipos de respiración:

• Aerobia: el aceptor final de electrones es el O2. El sustrato se oxida totalmente y los productos son inorgánicos. Es el tipo de respiración que más energía libera y el más frecuente en los seres vivos.

• Anaerobia: el aceptor final de electrones es n compuesto inorgánico distinto del O2, como el nitrato o el sulfato. Es muy poco frecuente.

• Fermentación: el aceptor final de electrones es un compuesto orgánico.

• CATABOLISMO DE GLÚCIDOS

Se distinguen el catabolismo de polisacáridos y el de monosacáridos.

Los principales glúcidos de reserva son el glucógeno y el almidón. A partir de ellos se liberan moléculas de glucosa mediante hidrólisis.

Con respecto al catabolismo de los monosacáridos algunos pueden incorporarse como tales a la vía glucolítica y otros se convierten en glucosa. En cualquier caso, los monosacáridos son degradados mediante procesos catabólicos oxidativos.

• RESPIRACIÓN CELULAR AEROBIA

Consiste en una transferencia de electrones desde las moléculas orgánicas al oxígeno, el sustrato más utilizado es la glucosa y la ecuación global es:

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 696 kcal/mol

En esta ecuación sólo se presentan los productos iniciales y finales, pero se trata de en proceso muy complejo en el que se pueden distinguir dos partes:

• Glucólisis: es una fase anaerobia, puede realizarse en ausencia de O2.

• Fase aerobia: necesita la presencia de O2 y es propiamente dicha la respiración celular.

• Glucólisis

Es una ruta catabólica que consiste en una serie de reacciones por medio de las cuales cada molécula de glucosa es desdoblada en dos de ácido pirúvico.

EN condiciones aerobias el ácido pirúvico es oxidado hasta obtener CO2 y agua, mientras que en condiciones anaerobias siguen otros caminos hasta llegar a las fermentaciones. Se distinguen dos etapas: fase preparatoria y producción de energía.

• Fase preparatoria

Su objetivo es transformar las hexosas en un producto común, dos gliceraldehído-3-fosfato. Por cada molécula inicial de glucosa se consumen dos ATP.

• Fase de producción de energía

Consiste en la transformación del gliceraldehído en ácido pirúvico mediante la oxidación de la molécula, liberándose dos hidrógenos. Posteriormente se realiza la transferencia del grupo fosfato con la obtención de dos moléculas de ATP.

• Fase aerobia

Consiste en la oxidación del pirúvico, obteniéndose finalmente CO2 y agua. Se diferencian en tres procesos: oxidación, ciclo de Krebs y transporte de electrones.

• Oxidación del ácido pirúvico

Es un proceso en el que el ácido pirúvico sufre una descarboxilación activa que hace que se transforme en acetil-CoA, con desprendimiento de una molécula de CO2.

• Ciclo de Krebs

Comienza y termina con la formación de una molécula de ácido cítrico. Su objetivo es deshidrogenar el acetilo, con lo que se libera CO2 y átomos de hidrógeno.

El acetil-CoA se incorpora al ciclo de Krebs al unirse con una molécula de ácido oxoalacético (C4), separándose el CoA y obteniéndose una molécula de ácido cítrico (C6). A continuación tiene lugar una serie de reacciones encadenadas, en las que unos ácidos orgánicos se transforman en otros, regenerándose finalmente el ácido oxoalacético con lo que el proceso puede continuar.

Los resultados de una vuelta completa del ciclo son:

• Destrucción de un grupo acetilo y producción de dos moléculas de CO2 que junto con la originada en la oxidación del pirúvico, abandonan la célula. Como la glucosa produce dos ácidos pirúvicos, en total se desprenden 6 CO2.

• Liberación de 8 átomos de H, que son aceptados por NAD+ y FAD, obteniéndose 3 (NADH + H+) y 1 FADH2. Se multiplica por 2.

• Obtención de un ATP (x2)

En conjunto se obtienen 6 CO2 y 24 H en las siguientes formas: 2 FADH2 del ciclo de Krebs y 10 (NADH + H+), de las cuales 2 proceden de la glucólisis, otras 2 de la oxidación del ácido pirúvico y las 6 restantes del ciclo de Krebs.

• Transporte electrónico

Todos los átomos de hidrógeno liberados en el proceso respiratorio, que se encuentran en el NADH y el FADH2, van a unirse finalmente con el oxígeno formándose agua. En esta reacción de oxidación los electrones fluyen a través de una cadena respiratoria, cuyos componentes se reducen y se oxidan alternativamente, de modo que la energía se libera progresivamente.

		Producción de moléculas en:
Proceso		Citosol	Matriz mitocondrial	Transporte electrónico
Glucólisis		2 ATP 2 NADH		6 ATP	2 ATP 6 ATP
Fase aerobia de la respiración	Ácido pirúvico a acetil-CoA		2 x (1 NADH)	2 x (3 ATP)	6 ATP
		Ciclo de Krebs		2 x (1 ATP) 2 x (3 NADH) 2 x (1 FADH2)	2 x (9 ATP) 2 x (2 ATP)	2 ATP 18 ATP 4 ATP
					38 ATP

• Balance energético de la respiración aerobia

• FERMENTACIÓN

La fermentación es un proceso de oxidación de la materia orgánica, cuya finalidad es la obtención de energía en forma de ATP. El tipo de fermentación depende de las sustancias orgánicas obtenidas.

• Principales tipos de fermentación

Cuando el sustrato de la fermentación es la glucosa, la primera etapa del proceso es la glucólisis. En una segunda fase, el ácido pirúvico es transformado en diferentes productos finales. Entre las clases de fermentación destacan

• Fermentación láctica

Consiste en la degradación de la glucosa a ácido láctico. La ecuación global es:

Glucosa (C6) + 2 (ADP + Pi) 2 Ácido láctico + 2 ATP

• Fermentación alcohólica

Consiste en la degradación de glucosa a etanol. La ecuación global es:

Glucosa (C6) + 2 (ADP + Pi) 2 Etanol (C2) + 2 CO2 + ATP

• Balance energético de las fermentaciones

La eficacia está cercana al 30% y el resto se desprende en forma de calor, por lo que la fermentación es menos eficaz que la respiración aerobia, cercana al 40%.

• CATABOLISMO DE LÍPIDOS

• Catabolismo de los triglicéridos

Consiste en la hidrólisis de la molécula, gracias a enzimas lipasa, que da glicerina y ácidos grasos. La glicerina se transforma en 3-P-gliceraldehído y se incorpora a la vía glucolítica, mientras que los ácidos grasos se catabolizan por beta-oxidación.

• Beta-oxidación de los ácidos grasos

Consiste en una serie de reacciones mediante las cuales la molécula de ácido graso se va partiendo cada dos carbonos, liberándose sucesivamente fragmentos de dos átomos de carbono, en forma de acetil-CoA.

• Activación del ácido graso a partir de la unión del CoA.

• Captación de dos protones por el FAD, generándose FADH2-

• Incorporación de una molécula de agua.

• Nueva deshidrogenación por medio de la NAD+, con obtención de NADH+H+.

• Reacción del ácido graso con otro CoA, produciendo la escisión del mismo.

Los productos son, por tanto, un ácido graso activado con 2 carbonos menos, 1 acetil-CoA, que se incorpora al Ciclo de Krebs, 1 FADH2 y 1 NADH+H+.

• Rendimiento energético de la oxidación de los ácidos grasos

En el catabolismo de un ácido graso de 16 C, se ha de dar 7 vueltas al ciclo, con lo que se obtienen 8 acetil-COA (1 por vuelta + final) 7 FADH2 y 7 (NADH + H+).

8 acetil CoA x 12 ATP 96 ATP

7 FADH2 x 2 ATP 14 ATP

7 NADH+H+ x 3 ATP 21 ATP

Activación inicial -1 ATP

130 ATP

• CATABOLISMO DE COMPUESTOS NITROGENADOS

• Catabolismo de proteínas y ácidos grasos

Consta de desminación o pérdida del grupo amino, cuyo resultado es la obtención de un esqueleto carbonado y de amoníaco; transformación metabólica de los esqueletos carbonados; y excreción del nitrógeno amínico.Los ácidos nucleicos se hidrolizan hasta llegar a ácidos fosfóricos, que pueden excretarse o reutilizarse para la síntesis de otros compuestos; pentosas y bases nitrogenadas, que pueden utilizarse para fabricar nucleótidos o excretarse.

FUNCIONES CELULARES DE REPRODUCCIÓN

• DIVISIÓN CELULAR

• División de las células procariotas

Se realiza por división simple, y consta de duplicación de ADN, unión de cada una de las réplicas a un mesosoma distinto de la membrana e invaginación de la mebrana y segmentación de la célula.

• División de las células eucariotas

Se duplica por división celular mitótica, que comprende dos fases: mitosis o cariocinesis, proceso de divisicón del núcleo, cuya finalidad es que los cromosomas queden repartidos igualmente entre células hijas; y citocinesis, o división del citoplasma. En algunas células se produce la meiosis, cuya finalidad es posibilitar la reproducción sexual.

• El ciclo celular

Consta de dos periodos fundamentales: la interfase y la división. Dentro de la interfase se distinguen tres fases:

• Fase G1: crece el tamaño celular y aumenta la cantidad de biomoléculas. Los centriolos comienzan a separarse.

• Fase S: se inicia con la síntesis del ADN y termina con ella. Se sintetizan nuevas proteínas y los centriolos comienzan a duplicarse

• Fase G2: finaliza la duplicación centriolar. Los filamentos de cromatina comienzan a plegarse y se sintetizan algunas proteínas para la división.

La mitosis se inicia cuando los cromosomas empiezan a hacerse visibles al microscopio óptico y finaliza con la formación de dos núcleos hijos.

• REPLICACIÓN DEL ADN

• Hipótesis semiconservadora

Como cada cadena sirve de molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria, el resultado es la formación de dos moléculas de ADN hijas, exactamente iguales entre sí e iguales a la molécula progenitora.

Este modelo implica que, en cada molécula hija, una cadena procede de la molécula progenitora y otra es de nueva síntesis, la duplicación es semiconservadora.

Otras hipótesis son la conservadora, que considera que una de las moléculas hijas conservaría las dos cadenas mientras que la otra estaría formada por dos hebras de nuevas síntesis; y la dispersora, que sostiene que en cada molécula hija habría fragmentos del ADN progenitor y de nueva síntesis, mezclados entre sí.

• Mecanismo de replicación del ADN

La duplicación del ADN se realiza mediante el desenrollamiento y separación de las dos cadenas, y formación de dos nuevas cadenas paralelas a aquéllas.

Las dos hebras se separan mediante enzimas por los tripletes de iniciación y proteínas las mantienen separadas, mientras que las ARN-polimerasa se encargan de adicionar nucleótidos a la hebra. Las dos horquillas de replicación avanzan en sentido bidireccional.

• EL NÚCLEO EN DIVISIÓN: LOS CROMOSOMAS

• Estructura de los cromosomas

La ultra estructura consta del enrollamiento de la doble hélice del ADN en torno a las proteínas histónicas, que a su vez se empaquetan formando la fibra cromatínica. Está fibra se dispone en forma de bucles, que se condensan múltiples veces hasta adoptar la forma cromosómica.

• Morfología y tipos de cromosomas

En los cromosomas se distinguen las siguientes partes:

• Brazos del cromosoma: dos segmentos cromosómicos, con distinta dirección.

• Centrómero: la zona más estrecha que divide al cromosoma en sus dos brazos. A la cromatina centromérica se adhiere una proteína llamada cinetocoro, donde se une el huso mitótico.

• Telómeros: son los extremos de los cromosomas, que aseguran su integridad.

• Constricciones secundarias: resultan útiles para identificar un cromosoma.

• Satélite: está presente en ciertos cromosomas y se trata de una zona redondeada, unida a los cromosomas por una constricción secundaria.

Según la posición de los brazos, se distinguen cuatro tipos de cromosomas:

• Metacéntricos: centrómero central y brazos iguales. Forma de V

• Submetacéntricos: un brazo algo más largo que el otro. Forma de L.

• Acrocéntricos: un brazo muy corto y otro muy largo. Forma cilíndrica.

• Telocéntricos: el centrómero situado en uno de los telómeros.

• Células diploides y haploides

Las células diploides son aquellas en las que sus cromosomas constituyen dos series gemelas. Los de una pareja son homólogos. El número diploide es 2n.

Las células haploides presentan una serie de cromosomas todos diferentes entre sí. El número es n.

En una célula diploide los cromosomas están en parejas y hay dos genes para cada carácter, mientras que en una haploide todos los cromosomas son distintos y hay un solo gen para cada carácter.

• Cariotipo y sexo

El cariotipo es la serie de características que permiten la identificación de un conjunto de cromosomas, como su número, su tamaño, la posición centrómerica, etc...

La observación de los cariotipos ha permitido establecer las bases cromosómicas de la determinación del sexo. El cariotipo está formado por dos tipos de cromosomas:

Los autosomas son los ordinarios, iguales en individuos masculinos y femeninos.

Los cromosomas sexuales o heterocromosomas son diferentes según el sexo del individuo. Uno de los heterocromosomas es igual a los del otro sexo, pero su pareja es diferente y distinto a cualquier otro cromosoma. El cromosoma igual en ambos sexos de denomina X y el diferente y característico Y.

• DIVISIÓN CELULAR MITÓTICA

• Importancia biológica

La división mitótica es un proceso de división celular por el cual, a partir de una célula madre se originan dos células hijas que tienen exactamente el mismo número y el mismo tipo de cromosomas que la madre. En organismos unicelulares supone la formación de nuevos individuos, y en pluricelulares, nuevas células para el crecimiento y desarrollo del individuo y regenerar las células muertas.

• Mitosis o cariocinesis

Aunque es un proceso continuo se divide en cuatro fases:

• Profase

Comienza cuando los cromosomas empiezan a hacerse visibles. Se organiza el huso mitótico: los centriolos se separan y organizan los microtúbulos polares del huso. Los cromosomas siguen condensándose y se adhiere el cinetocoro al centrómero. Finalmente la membrana nuclear se fragmenta y desaparece como tal, quedando los cromosomas en contacto con el citoplasma. A partir del cinetocoro se originan los microtúbulos cinetocóricos, que se imbrican en las fibras del huso. El resultado es que los cromosomas se van separando y se orientan, cada cromática hacia un polo.

• Metafase

Las fibras del huso tiran de los cromosomas, que se disponen en el plano ecuatorial, orientados radialmente. Esta forma recibe el nombre de placa ecuatorial.

• Anafase

Las dos cromátidas se separan, formando cromosomas hijos que se desplazan hacia cada polo, donde se agrupan formando una masa.

• Telofase

Los cromosomas se van desenrollando y se reconstituye una envoltura nuclear y se forman los nucleolos, formando dos núcleos hijos.

• Citocinesis

En células animales ocurre por estrangulación mediante la aparición de un anillo contráctil que va estrechándose.

En células vegetales se provoca por la aparición de una placa celular formada por vesículas obtenidas del Aparato de Golgi. Esta placa origina membranas plasmáticas nuevas.

• DIVISIÓN CELULAR MEIÓTICA

• Concepto de meiosis

La meiosis es un mecanismo especial de división celular por el cual, a partir de una célula madre diploide, se originan cuatro células hijas haploides. Se trata de una división reduccional que consta de cuatro etapas: interfase premeiótica, primera división meiótica, interfase de la meiosis y segunda división meiótica.

• Primera división meiótica

Es el periodo más largo de la meiosis y consta de las mismas fases que la mitosis.

En la profase I los cromosomas homólogos se aparean y entre ellos se produce in intercambio de material genético. Se consideran los siguiente períodos:

• Leptoteno: los cromosomas se hacen más visibles.

• Cigoteno: cada cromosoma se aparea con su homólogo (sinapsis) gen a gen. Se extiende a modo de cremallera y el resultado es la formación de cromosomas bivalentes, con cuatro cromátidas y dos centrómeros.

• Paquiteno: se acentúa la condensación de los cromosomas. Entonces ocurre el entrecruzamiento y la recombinación genética. Los cromosomas se unen en los quiasmas.

• Diploteno: los dos cromosomas homólogos se separan, proceso conocido como desnapsis, pero aún permanecen unidos por el quiasma.

• Diacinesis: desaparecen nucléolo y membrana a modo de una mitosis. Los cromosomas homólogos siguen unidos por el quiasma, aún son bivalentes.

En la metafase I los cromosomas bivalentes se disponen en la placa metafásica y a continuación se separan (anafase I) continua el proceso reconstituyéndose los dos núcleos hijos (telofase II) y dividiéndose el citoplasma (citocinesis II).

Al final de la meiosis I, se han originado dos células hijas n con la mitad de cromosomas que la madre, aunque el ADN esté duplicado y cada cromosoma está formado por dos cromátidas.

En la segunda división meiótica se produce una división mitótica típica y la estructura metafásica es igual a la I. El resultado global de la meiosis son cuatro células n con material genético recombinado de las células madres.

GENÉTICA MOLECULAR

• PRUEBAS DE QUE EL ADN ES EL DEPOSITARIO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA

• Estudios de genética en bacterias

Las bacterias son estudiadas por su velocidad de reproducción y el contenido menor de material genético. Se estudian tanto los caracteres morfológicos de sus células y bacterias como los fisiológicos. Aunque las bacterias no tienen reproducción sexual, realizan procesos de intercambio de ADN llamados parasexuales.

• Transformación

Es el proceso de transferencia de ADN de una bacteria a otra sin que medie contacto físico ni agente transportador, originando cambios genotípicos y fenotípicos en la bacteria receptora.

• Conjugación

Es el proceso de transferencia de ADN de una célula donante a otra receptora mediante contacto físico entre ambas. El mecanismo puede ser por sexducción o por recombinación. En ambos casos, la bacteria donante traspasa parte de su material genético a la receptora a través de unas finas prolongaciones tubulares.

• Transducción

Se conoce como transducción la transferencia de ADN de una bacteria a otra mediante un virus bacteriófago portador.

• CÓMO SE EXPRESAN LOS GENES: TEORÍA UN GEN, “UNA ENZIMA”

Un gen se puede describir como el conjunto de nucleótidos que determinan la síntesis de una proteína. La síntesis proteica es tan sólo un conjunto de reacciones enzimáticas que transforman los aminoácidos en cadenas polipeptídicas, por lo que se puede decir que en realidad los genes son los encargados de sintetizar las enzimas que van a metabolizar las reacciones de síntesis de proteínas.

Por tanto, la ausencia de un aminoácido puede causar una enfermedad derivada de la ausencia de una proteína específica.

El concepto de gen como unidad funcional solo se cumplía cuando las enzimas estaban formadas por un solo polipéptido. Entonces se determino el concepto de cistrón, un fragmento de ADN que codifica una cadena polipeptídica, quedando el concepto de gen con un sentido más amplio.

• REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA

No todas las enzimas sintetizadas por una misma célula son las mismas en cada momento, por ejemplo, la médula ósea contiene células que forman hemoglobina, dando lugar a glóbulos blancos, y otras que no, formando glóbulos rojos.

A estos mecanismos de bloqueo de unos genes y expresión de otros se les denomina procesos de regulación de la expresión génica

• Regulación en procariotas:

• Señales de iniciación y terminación

Consiste en la síntesis de aminoácidos específicos que determinan su interacción con el ARN-polimerasa actuando como señales de iniciación y terminación.

• Inducción y represión enzimática

Para explicar esto se dividen las enzimas en tres grupos: constitutivas (responsables de procesos vitales fundamentales y siempre presentes); inducibles (formadas en determinadas condiciones para poder obtener los mismos productos a partir de distintos reactivos) y reprimibles (se dejan de producir cuando los compuestos formados no son necesarios o están en exceso).

Para explicar por qué una sustancia provoca la síntesis de una enzima y por qué otra provoca el cese de la producción de esta enzima, se explicó el teorema del operón, un conjunto de genes regulado por uno de ellos llamado operador.

El operón consta de un gen promotor al que se une el ARN-polimerasa, un gen operador, por donde se une el conjunto represor y un conjunto de genes estructurales, que son los que provocan la síntesis de enzimas.

Si el represor está activo, este se une al operador impidiendo el avance de la ARN-polimerasa y la consecuente síntesis de enzimas.

El fenómeno de inducción consiste en añadir una proteína que, al unirse con el represor, le confiere un carácter inactivo y su afinidad por el operador se anula, permitiendo el paso del ARN-polimerasa.

La represión por su parte consiste en unir al represor inactivo una proteína que le confiera el carácter activo y la afinidad por el operador, anulando la síntesis.

• Regulación por proteínas específicas secundarias

Se habla de este mecanismo cuando existe una proteína reguladora específica que al unirse con el ARN-polimerasa facilita su adhesión a la cadena del ADN. Para ello, la proteína ha de unirse primero con un inductor.

• Regulación en eucariotas

• La condensación cromosómica

Esta teoría se basa en que el ARN-polimerasa sólo puede entrar a formar parte del ADN en las zonas menos condensadas del núcleo, es decir, en la eucromatina, donde al no estar los cromosomas, la condensación es menor.

• Mecanismos de regulación hormonal

Las hormonas de naturaleza lipídica por su carácter lipófilo atraviesan la membrana y se unen a un receptor. Al unirse este complejo activo al ADN se activa la transcripción.

Las hormonas proteicas no pasan al interior pero se unen a una proteína de membrana estimulando la formación de ciertos compuestos que al unirse con las proteínas activan la transcripción.

• LAS MUTACIONES

Una mutación es cualquier cambio del material genético que es detectable y heredable. Dependiendo a qué nivel se producen los cambios hay tres tipos:

• Mutaciones genómicas. Son las producidas por la alteración del número de cromosomas del cariotipo de una especie:

• Euploidías, cuando el número de cromosomas resultante en la mutación es múltiplo del número de cromosomas anterior. Así podemos encontrar los poliploides (3n, 4n...) o los monoploides (n frente a 2n).

• Aneuploidías, si el número de cromosomas resultante afecta a una pareja de homólogos , originado monosmías, nulisomías, trisomías, tetrasomías...

• Mutaciones cromosómicas. Cambios en la disposición de los genes.

• Deleciones: Pérdida de material hereditario.

• Inversiones: Cambio de sentido de un segmento dentro del propio cromosoma

• Translocaciones: Cambio de situación de un segmento del cromosoma

• Duplicaciones: Repetición de un segmento cromosómico.

• Mutaciones génicas: afectan a la secuencia de nucleótidos. Si afectan a una sola base pueden ser debidas a sustitución, supresión o adición.

• Causas de las mutaciones: se pueden dar de forma natural, mutaciones espontáneas provocadas por errores en la replicación del ADN, o por la acción de un agente mutágeno.

• Sistemas de correción de las mutaciones génicas: son la fotorreactivación, los sistemas de reparación con escisión del ADN y los sistemas reguladores SOS.

• Consecuencias de las mutaciones: son la base de el origen y la evolución de las especies, de la variabilidad genética dentro de cada especie y de la aparición de enfermedades hereditarias.

INGENIERIA GENÉTICA

• BIOLOGÍA APLICADA: BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA

La biotecnología se define como la aplicación de procedimientos genéticos para crear nuevos organismos capaces de sintetizar productos específicos de alto valor comercial. Esta ciencia depende de la ingeniería genética, ciencia que se ocupa de la maniulación de genes y de sus productos. Sus métodos de trabajo son también conocidos como técnicas del ADN recombinante.

• OBTENCIÓN DE FRAGMENTOS DE ADN

• Por enzimas de restricción: los fragmentos de ADN se cortan gracias a estas enzimas, que actúan en sitios específicos, secuencias de reconocimiento, y que cortan al ADN en extremos adherentes o cohesivos, por donde se pueden unir a otros fragmentos de ADN cortados por la misma enzima. los fragmentos pueden ser separados por tamaños mediante electroforesis.

• Por retrotranscriptasas: consiste en sintetizar “in vitro” el ARNm y mediante la retrotranscriptasa o transcriptasa inversa, sintetizar el ADN correspondiente.

• OBTENCIÓN DE MÑULTIPLES COPIAS DE ADN

• La clonación molecular: consiste en la formación de multiples copias de un determinado fragmento de ADN, mediante el poder replicativo de los organismos vivos. Para ello es necesario unir el fragmento de ADN obtenido mediante restrictasa a un vector de clonación e introducir el ADN en células hospedadoras donde se replica formando nuevas copias. Los vectores de clonación son plásmidos, bacteriófagos y cósmidos, y han de ser cortados por la misma enzima que el ADN al que se unen.

• Reacción en cadena de la polimerasa (PCR): es una tñecnica que consiste en la introducción del fragmento a replicar en una disolución con ARN-polimerasa y basses + ácido fosfórico. Al calentarla, las hebras del ADN se separan. Al enfriarse, los cebadores se unen a las bases, con lo cual el ARN-polimerasa reacciona formando los nucleótidos complementarios de las cadenas. Este proceso puede repetirse.

• LOCALIZACIÓN DE SEGMENTOS DE ADN

Si el ADN está en un plásmido, se hace un cultivo con antibióticos a los que sólo ese plásmido es resistente, con lo cual, sólo las colonias con el plásmido crecerán. Si es en virus, habrá que buscar las capas de lisis.

• DETERMINACIÓN DE LA SECUENCIA DE NUCLEÓTIDOS

Según el método de Sanger, se añaden en la misma proporción desoxirribonucleótidos y didesoxirribonucleótidos de cada base, el ARN-polimersa frenará la transcripción al llegar aun didesoxirribonubleótido. Si se hacen cuatro disoluciones, una con cada didesoxirribonucleótido de cada base, se obtienen distintos fragmentos que, separados por tamaño, nos dan una sucesión de bandas.

• APLICACIONES PRÁCTICAS DE LA INGENIERÍA GENÉTICA

• Aplicaciones en medicina

La ingeniería genética puede ayudar a producir sustancias con efectos terapéuticos, como hormonas, proteínas enzimáticas, vacunas o anticuerpos. Así mismo, es útil en la diagnosis de enfermedades hereditarias, la identificación de genes humanos específicos y la terapia génica.

• Aplicaciones en agricultura

Puede ayudar mediante los cultivos celulares veegetales, la transfección de ADN a células vegetales o las plantas transgénicas, que pueden llegar a ser reistentes a herbicidas, a insectos y a enfermedades microbianas, pueden aumentar el rendimiento fotosintético, mejorar la calidad y obtener productos de interés comercial.

• Animales transgénicos

Se realiza con los objetivos de favorecer la investigación biomédica, mejorar la productividad o la resistencia a las enfermedades y la producción de proteínas de alto valor farmacológico.

LOS MICROORGANISMOS

• CONCEPTO DE MICROORGANISMO

Son el conjunto de seres vivos que se caracterizan por tener un tamaño pequeño, de modo que, la mayoría de ellos, no son visibles a simple vista, teniendo una gran sencillez en su estructura y su organización.

		Macroorganismos		Microorganismos
Organización celular	PROCARIOTAS	-		Anaerobios en su mayoría		ARCHAEA (Arquibacterias)
								Aerobios o anaerobios		BACTERIA (Eubacterias)
			EUCARIOTAS	EUKARYA		EUKARYA
				Autótrofos	PLANTAS Y ALGAS	Con pared celular	Con clorofila	ALGAS
										Sin clorofila	HONGOS
				Heterótrofos	METAZOOS Y HONGOS	Sin pared celular		PROTOZOOS

• LOS VIRUS

Son los únicos microorganismos que carecen de organización celular. Se clasifican en: Virus de las bacterias, de vegetales, de insectos y de animales superiores.

• DIVISIÓN ARCHAEA

Los organismos de este grupo son unicelulares procariotas con estructura similar a las células bacterianas. Difieren de ellas en tres características: la secuencia de nucleótidos del ARN, la presencia en la pared de pseudopeptidoglicano, y que los lípidos de su membrana no llevan ácidos grasos sino cadenas hidrofóbicas.

Se clasifican en:

• Halofíticas: viven en ambientes de elevada salinidad.

• Metanógenas: utilizan el hidrógeno como fuente de enrgía.

• Hipertermófilas: viven en aguas geotérmicas a temperaturas muy elevadas.

• DIVISIÓN BACTERIA

Son los microorganismos de estructura celular procariota caracterizadas por que su pared celular está formada por peptidoglicano y que los lípidos de membrana son ácidos grasos. Se dividen en cianobacterias (tienen clorofila y realizan la fotosíntesis oxigénica), fototróficas anoxigénicas (realizan fotosíntesis anoxigénica), ricketsias (parásitos intracelulares obligados) y actinomicetos (similares a los hongos).

• DIVISIÓN EUKARYA: MICROORGANISMOS EUCARIOTAS

Tipo de célula	Caracteres		Grupo
Célula eucariota animal	Nutrición heterótrofa		PROTOZOOS
Célula eucariota vegetal, con pared celular	Con clorofila a; autótrofos		ALGAS
		Sin clorofila	Pluricelulares, con hifas	MOHOS (Hongos)
				Unicelulares	LEVADURAS (Hongos)

• Protozoos

Son microorganismos formados por una sola célula eucariota animal, con nutrición heterótrofa. Pueden ser uninucleados (plasmodromos) o con dos núcleos diferentes (cilióforos). Viven en todo tipo de medios hídricos y su reproducción puede ser tanto sexual (por fusión de núcleos) como asexual (división, gemación y politomía).

• Algas

Son organismos eucariotas talofitas, es decir, sin tejidos conductores, con nutrición autótrofa y que viven en medios acuáticos. Se clasifican en:

• Euglenófitos: con clorofilas a y b y carotenoides. Unicelulares de agua dulce.

• Crisófitos: con clorofilas a, c y e y carotenoides y xantofilas. Unicelulares de agua dulce y salada.

• Dinoflagelados: con clorofilas a y c y carotenoides. Unicelulares marinos.

• Clorófitos: clorofila a y c y carotenoides. Algas verdes, unicelulares, coloniales y pluricelulares.

• Feófitos: clorofila a y c, carotenoides y ficoxantina. Algas pardas, pluricelulares y marinas en su mayoría.

• Rodófitos: clorofila a y d, carotenoides y ficoeritrina. Algas rojas, pluricelulares y marinas en su mayoría.

• Hongos: Mohos y levaduras

Los hongos son organismos eucariotas heterótrofos con pared celular.

Los mohos son hongos que se caracterizan por su pequeño porte y que no llegan a formar cuerpos fructíferos de gran tamaño. Sus células se asocian formando filamentos llamados hifas, cuyo conjunto constituye el micelo.

Las levaduras son hongos ascomicetos, cuya forma dominante es unicelular.

INMUNOLOGÍA E INMUNIDAD

• MECANISMO DE DEFENSA FRENTE A LAS INFECCIONES

Se denomina infección a la penetración y posterior proliferación de un germen nocivo en el interior de un organismo. Frente a esto, se organiza la defensa en:

• Mecanismos inespecíficos y no inducibles, que no dependen de la naturaleza o identidad del agente infectante.

• Mecanismos específicos e inducibles, que sí dependen de esta naturaleza.

• Mecanismos inespecíficos

• Barreras mecánicas y químicas. Son las constituidas por el revestimiento exterior del cuerpo (piel) y de las entradas a conductos como las vías respiratorias (protegidas por mucosas), cavidad digestiva (protegida por el elevado pH) o el tracto génito-urinario (protegido por la orina y el pH ácido)

• Defensas celulares inespecíficas. Los gérmenes pueden ser fagocitados por los macrófagos, los leucocitos polimorfonucleares y las células NK.

• Respuesta inflamatoria. Cuando la piel se rompe y los gérmenes llegan a las células internas, éstas liberan unas sustancias mediadoras responsables de la respuesta inflamatoria.

• Defensa inespecífica humoral. Corre a cargo del interferón (proteínas que inducen a la síntesis de enzimas antivíricas) y el complemento.

• Mecanismos específicos e inducibles

Corren a cargo de los leucocitos específicos, los linfocitos, que reconocen al germen y elaboran una respuesta específica.

• ELEMENTOS DE LAS REACCIONES INMUNOLÓGICAS

• Antígenos

Antígeno es toda sustancia que es reconocida como extraña por el sistema inmunológico e induce a la reacción de éste, desencadenando la inmunidad celular o la síntesis de anticuerpos, conocida como inmunidad humoral.

Si los antígenos pueden unirse a varias moléculas de anticuerpo, son polivalentes.

Según su procedencia se clasifican en:

• Xenoantígenos: proceden de otras especies distintas a la del receptor.

• Aloantígenos: proceden de individuos de la misma especia.

• Autoantígenos: pertenecen al mismo individuo, pero son anormales.

Los haptenos son sustancias que no desencadenan reacciones inmunológicas por sí mismos pero sí asociados a proteínas.

• Células inmunocompetentes

Los linfocitos son leucocitos o glóbulos blancos originados en la médula ósea a partir de la célula madre común para todos los elementos formes de la sangre.

• Los linfocitos B son los encargados de producir anticuerpos, por tanto son los encargados de la inmunidad humoral. Se clasifican en células plasmáticas, encargadas de sintetizar anticuerpos para desaparecer posteriormente, y células de memoria, que guardan la información recibida, de modo que la posterior respuesta sea más rápida.

• Los linfocitos T son responsables de la inmunidad celular. Según su función hay tres clases: los colaboradores y los supresores por una parte, responsables de la regulación de la respuesta inmune y los citotóxicos que actúan contra las células extrañas.

Las células accesorias son, principalmente lor macrófagos, leucocitos que fagocitan antígenos, los procesan y depositan fragmentos estimulando los linfocitos T.

• Los anticuerpos o inmunoglobulinas

Son proteínas liberadas a la sangre por los linfocitos B tras haber actuado sobre ellos un antígeno y que tienen la peculiaridad de unirse a los antígenos. Químicamente están formados por cuatro cadenas polipeptídicas unidas por puentes disulfuro con forma de Y. De estas cadenas, dos son más largas y pesadas (cadenas H) y otras dos más cortas y ligeras (cadenas L)

Hay una zona común para todos ellos en las cuatro cadenas. El final de estas zonas es responsable de la especificidad, ya que poseen estructura tridimensional complementaria al antígeno. Sus funciones son:

• Provocan la aglutinación de los antígenos facilitando la fagocitosis.

• Precipitan los antígenos formando un complejo que tiene menos solubilidad.

• Neutralizan alguna actividad vital como el bloqueo del virus a la membrana.

• Fijan el complemento al complejo, lisando y destruyendo los antígenos.

• Citocinas

Son sustancias proteicas sintetizadas y liberadas por leucocitos que tienen la función de amplificar y coordinar la respuesta contra los antígenos.

• Sistema HLA (Human Leucocyte Antigen)

Antígenos localizados en un principio en los leucocitos y que posteriormente se ha visto que existe en la membrana de todas las células.

• REACCIONES INMUNOLÓGICAS

• Reacciones inmunológicas humorales

• Reacción humoral de los linfocitos B. Cuando a los anticuerpos de estas moléculas se les une el antígeno, la célula crece y estimula la síntesis de anticuerpos. Se divide y origina células especializadas en ese anticuerpo.

• Reacción humoral de los linfocitos T cooperadores. Un macrófago fagocita el antígeno y manda su información al sistema HLA. Los linfocitos reconocen esta información y se activa, provocando la respuesta.

• Reacciones inmunológicas celulares

• Con intervención de linfocitos T citotóxicos. Los linfocitos reconocen las células infectadas por el virus y atacan y lisan las membranas de estas células, al mismo tiempo que atraen a los macrófagos, que ingieren los restos.

• Con intervención de linfocitos T cooperadores. Es similar a la anterior salvo que la reacción se ejerce mediante secreciones de interferón y activadores de macrófagos.

• Respuestas primaria y secundara

La respuesta inmune primaria es aquella que se origina cuando es la primera vez que dicho antígeno penetra en el organismo e induce a la síntesis de anticuerpos por primera vez.

Si existe un segundo contagio, se produce una respuesta inmune secundaria, donde la producción de anticuerpos es mayor y más rápido debido a las células de memoria.