Universidad veracruzana

Facultad de ciencias biológicas agropecuarias

Experiencia educativa:

Bioquímica

Equipo 3

Fecha de entrega:

12/03/08

INDICE

HOJA DE PRESENTACION…………………………. 1

INDICE…………………………………… 2

INTRODUCCION.....................................4

TEMA: 1 LA LOGICA MOLECULAR DE LOS SERES VIVOS.………….. 5

1.1: bioquímica del estado vital………….. 6

1.2: biomoleculas………….. 6

1.3: transformaciones energeticas en las celulas vivas………….. 8

1.4: reacciones químicas en las celulas vivas………….. 9

1.5: el principio de la complementariedad estructural………….. 10

1.6: autorregulación de las reacciones celulares………….. 10

1.7: auto replica de los organismos vivos………….. 11

TEMA 2: ORGANIZACIÓN del mundo en niveles de complejidad………….. 12

2.1: medida de complejidad………….. 13

2.2: nivel molecular………….. 16

2.3: nivel macromolecular………….. 17

2.4: nivel celular………….. 17

TEMA 3: TIPOS DE CELULAS………….. 18

3: Tipos de celulas ………….. 18

3.1: Celulas procariotas………….. 20

3.2: Celulas eucariotas …………..20

TEMA 4: DIFERENCIA ENTRE CÉLULA ANIMAL Y VEGETAL ………….. 20

TEMA 5: LA BIOQUÍMICA COMO CIENCIA………….. 23

5.1: Diferencia entre química orgánica e inorgánica………….. 23

5.2: Fuerzas intermoleculares………….. 24

5.3: Jerarquía de la organización de las moléculas en la célula………….. 25

TEMA 6: PANORAMA GENERAL DE BIOELEMENTOS ………….. 26

6.1: Los bioelementos el agua y las sales minerales………….. 26

6.2: Biomoleculas………….. 29

INTRODUCCION A LA BIOQUIMICA

La bioquímica estudia la base molecular de la vida. En los procesos vitales interaccionan un gran número de substancias de alto peso molecular o macromoléculas con compuestos de menor tamaño, dando por resultado un número muy grande de reacciones coordinadas que producen la energía que necesita la célula para vivir, la síntesis de todos los componentes de los organismos vivos y la reproducción celular.

Al conjunto de reacciones que suceden dentro de los seres vivos se le llama metabolismo.

Actualmente se conoce a detalle la estructura tridimensional de las macromoléculas de mayor importancia biológica, los ácidos nucleicos y las proteínas, lo que ha permitido entender a nivel molecular sus funciones biológicas.

Gracias al conocimiento de la estructura de los ácidos nucleicos, se esclarecieron los mecanismos de transmisión de la información genética de generación a generación, y también los mecanismos de expresión de esa información, la cual determina las propiedades y funciones de las células, los tejidos, los órganos y los organismos completos.

Conocer a detalle la estructura de varias proteínas ha sido muy útil en la elucidación de los mecanismos de las reacciones enzimáticas. Prácticamente todas las reacciones que integran el metabolismo son reacciones enzimáticas.

El tipo de especie química y los mecanismos de acción que intervienen en el almacenamiento, replicación y transferencia de la información genética, así como las reacciones que forman el metabolismo son prácticamente idénticas, desde las bacterias hasta los organismos superiores. No todas las células contienen y expresan la misma información, pero las reacciones que sí llevan a cabo, utilizan enzimas practicamente idénticas. De hecho las diferencias y similitudes entre ellas se han utilizado para establecer la secuencia de aparición de las especies. Los virus tienen algunas variantes, por ejemplo; los cromosomas de los retrovirus están constituidos por moléculas de ARN y en algunos fagos (virus que atacan a las bacterias) tienen ADN de una sola cadena. Los virus no cuentan con un metabolismo que les permita vivir en forma autónoma, sólo se pueden reproducir y expresarse dentro de las células que invaden.

Las reacciones que constituyen el metabolismo están localizadas en determinadas estructuras celulares que forman unidades discretas que se llaman organelos. Las reacciones se llevan a cabo en los lugares en donde se encuentran las enzimas que las catalizan. La célula no es un saco sin estructura, sino que es un sistema muy complejo y altamente organizado. En la subsección 1.1.2, denominada Citología, se encontrará la descripción de las estructuras celulares.

En seguida vamos a presentar la información más relevante, para la toxicología, sobre las macromoléculas biológicas en lo que se refiere a su estructura y función. Frecuentemente se mencionará la localización dentro de la célula de los sitios donde se sintetizan y actúan.

TEMA 1

LA LOGICA MOLECULAR DE LOS ORGANISMOS VIVOS

Los seres vivos están integrados por moléculas inanimadas que se ajustan a todas las leyes físicas y químicas que rigen el comportamiento de la materia inerte. Los organismos vivos poseen unos atributos que no se encuentran en la materia inanimada como son:

• Complejidad y organización:

Poseen estructuras internas complejas formadas por numerosas moléculas complejas.

• Cada una de las partes que componen la materia viva cumple un rol específico:

Esto se cumple no sólo para las estructuras intracelulares, sino también para los compuestos químicos de la célula (lípidos, proteínas y ácidos nucleicos).

• Son capaces de extraer y transformar la energía de su entorno:

El ser vivo utiliza materias primas sencillas para producir o transformar energía, la cual es utilizada para edificar y mantener sus propias e intrincadas estructuras.

• Posee la capacidad de duplicarse:

El ser vivo posee la capacidad de reproducirse, elaborando copias exactas de si mismo, logrando así la persistencia del ser vivo en nuestro planeta.

BIOQUIMICA DEL ESTADO VITAL

¿A qué se debe que moléculas inanimadas den origen a seres vivos?

Los filósofos medievales hubieran apelado al vitalismo, doctrina superticiosa sin basamento científico. La bioquímica actual estudia de que modo el conjunto de materias inanimadas que constituyen los organismos vivos se influyen mutuamente para mantener y perpetuar el estado de vida. Como los seres vivos están constituidos por moléculas que ejercen entre sí interacciones específicas, debemos considerar el concepto de que la biología es química. La biología es una superquímica que comprende pero al mismo tiempo trasciende, los campos tradicionales de la química.

Las moléculas que integran los organismos vivos no solamente se rigen por todos los principios físicos y químicos familiares que gobiernan el comportamiento de la materia inanimada, sino que, además ejercen acciones mutuas de acuerdo con otro modo colectivo como la lógica molecular de la vida.

Existe un conjunto de “Reglas Fundamentales” que gobiernan la naturaleza, la función y las interacciones de los tipos específicos de las moléculas presentes en los organismos vivos, y les dotan de la capacidad de organizarse y replicarse por si mismos.

BIOMOLECULAS:

La composición química de los seres vivos es, cualitativamente, muy diferente de la del entorno físico en que viven.

La mayor parte de los componentes químicos de los organismos son compuestos orgánicos de carbono en los que el elemento se halla relativamente reducido o hidrogenado. Muchas biomoléculas orgánicas contienen también nitrógeno. Por el contrario, los elementos nitrógeno y carbono no son abundantes en la materia inerte y se encuentran en la atmósfera y en la corteza terrestre en formas inorgánicas sencillas, tales como, dióxido de carbono, nitrógeno molecular, carbonatos y nitratos.

Los compuestos orgánicos presentes en la materia viva muestran enorme variedad y la mayor parte de ellos son extraordinariamente complejos; las mas sencillas de las células, las bacterias contienen gran número de distintas moléculas orgánicas. Las proteínas y los ácidos nucleicos son moléculas complejas y solamente se conoce la estructura de unas pocas.

Si consideramos ahora organismos mayores y más complejos como son los animales y las plantas superiores hallaremos que también contienen proteínas y ácidos nucleicos y en mucha mayor variedad; cada especie de organismos posee su propio conjunto de moléculas proteicas y de ácidos nucleicos químicamente diferentes.

Parecería una empresa sin esperanza que los bioquímicos intentaran aislar, identificar y sintetizar todas las diferentes moléculas orgánicas presentes en la materia viva. Constituye una paradoja, sin embargo, que la inmensa diversidad de moléculas orgánicas de los organismos vivos se puede reducir en último término, a una casi absurda complicidad.

Sabemos ahora que las macromoléculas de la célula se hallan formadas por muchas moléculas sencillas, pequeñas unidades estructurales que se hallan ligadas constituyendo largas cadenas.

En las proteínas sólo se encuentran 20 tipos de aminoácidos diferentes, pero están ordenados en muchas secuencias distintas, de modo que forman numerosos tipos de proteínas.

Además, los 20 aminoácidos distintos constituyentes de las proteínas y los cinco nucleotidos diferentes que integran los ácidos nucleicos son idénticos en todas las especies vivientes. El reducido número de moléculas sencillas, sillares estructurales con que están construidas todas las macromoléculas, poseen otra sorprendente característica cada una de ellas desempeña diversas funciones en las células vivientes y algunas son extremadamente versátiles que realizan buen número de funciones. Los aminoácidos no sólo actúan como sillares de construcción de las moléculas proteicas, sino también como precursores de las hormonas, los alcaloides, las porfirinas, los pigmentos y otras muchas biomoléculas. Las mononucleotidos no sólo constituyen las unidades fundamentales de los ácidos nucleicos sino que actúan también como coenzimas y moléculas transportadoras de energía. Podemos ver que en la organización molecular de la célula existe una simplicidad fundamental: Los millares de macromoléculas diferentes que la forma están construidas con sólo unas pocas moléculas sencillas, que son las sillares de su estructura. Podemos ver que la identidad de cada una de las especies de organismos está preservada por su posesión de un conjunto distintivos de ácidos nucleicos y de proteínas.

TRANSFORMACIONES ENERGETICAS EN LAS CELULAS VIVAS

La complejidad molecular y la ordenación estructural de los organismos vivos, en contraposición al azar que reina en la materia inerte, tiene unas implicaciones profundas para el físico científico. La segunda ley de la termodinámica establece que los procesos físicos y químicos tienden a aumentar el desorden o el caos, en el mundo es decir su entropía.

La primera Ley de la Termodinámica establece que la energía no puede crearse ni destruirse. Los organismos vivos absorben una forma de energía que le es útil en las condiciones especiales de temperatura y presión en que viven y entonces devuelven al ambiente una cantidad equivalente de energía. La energía útil que toman las células se denomina energía libre y se define como el tipo de energía capaz de realizar trabajos a temperatura y presión constante.

Los organismos vivos crean y mantienen su ordenación, esencial a expensas de su entorno, al que transforman haciéndolo cada vez más desordenado y caótico. Utilizando el lenguaje termodinámico, los organismos vivos son sistemas abiertos porque intercambian materia y energía con su entorno. La característica de los sistemas abiertos es que no se hallan en equilibrio con su entorno.

Los organismos vivos se hallan en estado estacionario que es cuando un sistema abierto la velocidad de transferencia de materia y energía desde el entorno al sistema se halla compensado por la velocidad de transferencia de materia y energía hacia el exterior del sistema.

Las células vivas son muy eficaces en la manipulación de la energía y de la materia.

La maquinaria de transformación de energía de las células vivas está construida por entero con moléculas orgánicas relativamente frágiles e inestables, incapaces de resistir temperaturas elevadas, corrientes eléctricas intensas o concentraciones extremas de ácidos o de bases. La célula viva es por tanto, esencialmente isotérmica, en un instante determinado todas sus partes tienen prácticamente la misma temperatura. La célula viva es una máquina química isotérmica.

REACCIONES QUIMICAS EN LAS CELULAS VIVAS

Las células pueden actuar como máquinas químicas, porque poseen enzimas, catalizadoras capaces de aumentar mucho la velocidad de reacciones químicas específicas. Las enzimas son moléculas proteicas muy especializadas elaboradas por las células a partir de aminoácidos sencillos. Cada enzima solamente puede catalizar un tipo específico de reacción química. En milésimas de segundo pueden catalizar secuencias de reacciones muy complejas, las cuales requerirían días, semanas o meses de funcionamiento en el laboratorio químico.

Las reacciones catalizadas enzimaticamente tienen lugar con un rendimiento del 100% y no hay subproductos.

Los organismos vivos pueden llevar a cabo de modo simultáneo, muchas reacciones individuales diferentes sin perderse en un mar de subproductos inútiles.

EL PRINCIPIO DE LA COMPLEMENTARIDAD ESTRUCTURAL

Las moléculas enzimáticas tienen que combinarse con sus sustratos durante el ciclo catalítico, y el centro activo de la molécula de la enzima solamente aceptará como sustratos aquellas moléculas que se adapten a él, con una complementariedad casi perfecta. Los centenares de reacciones químicas, catalizadas enzimaticamente no se realizan de modo independiente unas de otras sino que están relacionadas entre sí y constituyen muchas secuencias diferentes de reacciones consecutivas que poseen intermediarios comunes, de modo que el producto de la primera reacción se convierte en el sustrato o reactante de la segunda y así sucesivamente. Esta ordenación determina diversas consecuencias biológicas importantes.

Una de ellas consiste en que tales sistemas de reacciones químicas se canalicen por rutas específicas; otra es que las reacciones secuenciales hacen posible la transferencia de energía química en condiciones isotérmicas.

Las células vivas pueden dividirse en dos grandes clases según el tipo de energía que obtienen de su entorno. Las células fotosintéticas utilizan la luz solar como principal fuente de energía: la energía radiante es absorbida por el pigmento clorofila y transformada en energía química. Las células heterotróficas aprovechan la energía de las moléculas orgánicas muy reducidas, ricas en energía, que obtienen de su entorno, como la glucosa.

El trifosfato de adenosina o A.T.P.; el cual actúa como el transportador de energía más importante en las células de todas las especies vivientes. La función biológica específica del sistema A.T.P.-A.D.P. como nexo de unión entre dos grandes redes de reacciones enzimáticas en la célula, es posible gracias a una serie consecutiva de reacciones químicas.

AUTORREGULACION DE LAS REACCIONES CELULARES

La conexión de reacciones catalizadas por enzimas, en secuencias de reacciones consecutivas, hace posible canalizar ordenadamente los millones de reacciones químicas que se suceden en las células, de modo que las biomóleculas específicas necesarias para la estructura y función celulares tengan lugar en cantidades y velocidades adecuadas para mantener el estado estacionario normal. La velocidad de una reacción específica en una porción de la compleja red de reacciones enzimáticas de la célula puede ser controlada o modulada por las velocidades de las reacciones de otra parte de la red. Algunas enzimas de la célula, especialmente las que se hallan al comienzo de una secuencia de reacciones o en un punto de ramificación de la secuencia, actúan como enzimas “reguladores”; son inhibidas por el producto final de la secuencia reaccional.

Las células vivas poseen, además, la capacidad de regular la síntesis de sus propios catalizadores.

Tales propiedades de autoajuste y autoregulación son fundamentales para mantener el estado estacionario de la célula viva y son esenciales para su eficacia en la transformación de la energía.

AUTOREPLICA DE LOS ORGANISMOS VIVOS

La propiedad más notable de las células vivas es su capacidad de reproducirse con fidelidad casi perfecta, no solamente una o diversas, lo que ya sería bastante notable sino por centenares y millares de generación. Los símbolos en que está codificada la información poseen las dimensiones de partes de simples moléculas de A.D.N.

La notable capacidad de las células vivas para preservar su información genética es el resultado de la complementariedad estructural.

Una hebra de A.D.N. actúa como patrón par ala réplica enzimática de otra hebra de A.D.N. estructuralmente complementaria.

La molécula de A.D.N. puede escindirse con frecuencia, pero es reparada con rapidez y automáticamente. No es frecuente que se produzcan errores o mutaciones.

La información unidimensional del A.D.N. es transferida a la información tridimensional inherente a los componentes macromoleculares de los organismos, gracias a la traslación de la estructura del A.D.N. a la estructura proteica. Una célula es un sistema abierto isotérmico que se ensambla, ajusta y perpetua por si misma. El sistema está constituido por muchas reacciones orgánicas consecutivas y ligadas, promovidas por unos catalizadores orgánicos producidos por la célula; opera según el principio de máxima economía y procesos.

TEMA 2

Organización del mundo en niveles de complejidad

La complejidad biológicahace referencia a la vida entendida como sistema complejo. Se establecen así distintos niveles de complejidad para cada organismo o estructura biológica. A diferencia del creacionismo, que establece que la complejidad biológica comienza ya en todos los niveles, las teorías evolutivas nos dicen que en la historia de la vida en la Tierra ésta empezó en el nivel más simple y fue progresando de forma escalonada y no gradual: cada escalón enmarca un salto de complejidady viene seguido de un largo periodo de estabilidad en el que el nuevo nivel se afianza y alcanza la supremacía. Existe siempre, eso sí, una superioridad a nivel cuantitativo de los niveles inferiores. La superioridad cualitativa es más relativa, ya que depende de los factores externos que inducen a la selección natural. No hay razón, a priori, para pensar que un organismo de un nivel inferior esté peor adaptado a un entorno o a un cambio del medio que otro organismo en teoría superior. Lo que sí es seguro es que en caso de desaparecer la vida el proceso se produciría en orden inverso a su surgimiento, es decir, que los últimos niveles en desaparecer serían los más simples, que, a su vez, son los más resistentes en términos generales.

La conclusión es que si bien organismo a organismo no se puede establecer una prevalencia adaptativa, sí se puede afirmar que los niveles más frágiles son los superiores, que sucumben rápidamente tras hecatombes tales como impactos de meteoritos kilométricos. Los niveles inferiores son, por el contrario, los más robustos y son, a su vez, la base de la cadena trófica. Actúan, también, como refugio seguro para la supervivencia de la vida en tiempos difíciles, crisis biológicas tras grandes extinciones. Estudios más recientes acerca de las formas de vida más simples han revelado una resistencia superior a la esperada en entornos duros y extremos. Se especula que pudiesen quedar reductos biológicos en planetas como Marte e incluso que dichas estructuras biológicas o formas de vida fuesen capaces de desplazarse por el espacio diseminando vida en todos aquellos mundos capaces de soportarla.

Espiral de complejidad

Medida de complejidad

La complejidad se define como la cantidad de información necesaria para describir un sistema. Así, cuanto más complejo es un ser vivo más información hay contenida en él. A su vez, un ser complejo que contenga mucha información será altamente no-entrópico u ordenado. Cuanto más orden, más información para establecer dicho orden. El orden no son más que enlaces, interrelaciones entre las diferentes partes del sistema vivo siguiendo algún tipo de jerarquía y estructura definidas. O, dicho de otra forma, información no es sólo cómo hacer las células de nuestro cuerpo, sino también las relaciones e interacciones que mantendrán entre ellas (o cualquier otra unidad que se considere, p.ej. proteínas o genes). Y eso es mucho más de lo que podemos ver a simple vista. Pero hace falta un buen criterio que se pueda usar para comparar y juzgar cuán complejo es un organismo respecto al otro. Para la complejidad de los sistemas no vivos, moléculas, macromoléculas y estructuras macromoleculares, basta con hacer uso de los criterios para medir la entropía en la química. Se considera, pues, que cuanto más rebuscada y grande sea una molécula menor entropía tendrá.

Sin embargo, en los sistemas vivos se necesitan otros criterios para comparar su complejidad:

Criterio cuantitativo:El tamaño. A igual nivel de complejidad un organismo más grande supone mayor información por un simple hecho cuantitativo. Así, una célula procariota tiene un tamaño medio de 1 a 10 micrómetros mientras que una eucariota comprende valores entre los 10 y 100 micrómetros. Evidentemente, el tamaño no basta para decidir si un organismo es más complejo que otro. La información podría hallarse "comprimida" a modo de estructuras más intrincadas, pero, por lo general, mayor tamaño en las mismas condiciones implicará más información.

Criterio cualitativo:El segundo aspecto sería su estructura. Para comparar el nivel de complejidad de una célula y otra hay que observar los orgánulos en el caso celular. Parece claro que un individuo eucariota contiene estructuras mucho más complicadas que las de uno procariota, tales como centrómeros, el núcleo, una membrana más avanzada, dispositivos motrices como cilios o flagelos etc. Pero no sólo eso: algunos orgánulos imprescindibles para la vida de las células, los que procesan la energía de la célula (mitocondrias para la respiración celular y cloroplastos para la fotosíntesis) provienen de antiguas bacterias endosimbiontes. Éstas han degenerado, ciertamente, pues se han tornado dependientes de una estructura mayor. Por todo esto, para reproducir una célula de ese tipo hace falta mayor información genética. Es aquí donde encontramos un perfecto medidor de la cantidad de información de un organismo. La longitud total de sus cadenas de ADN nos ha de dar la clave, pues hasta el más mínimo detalle de la célula se halla contenido en él. Se podría enunciar que un organismo es tanto más complejo cuanto más larga sea su secuencia de ADN, pero este enunciado adolece de un punto débil: se sabe que gran cantidad del código genético es ADN "basura", es decir, genes que no se usan pero que son huellas fósiles de nuestros antepasados evolutivos. Estos genes siguen siendo útiles, pues podrían ser reutilizados por algunos descendientes, algo muy común a lo largo de la historia evolutiva que se conoce. En cualquier caso, un organismo cuanto más evolucionado, más ADN "basura" debería haber acumulado, con lo cual la idea anterior posiblemente no dejaría de tener validez. Aun así esta apreciación es altamente subjetiva. Organismos que "a priori" pueden considerarse menos complejos según estas características pueden contener mucho más ADN que aun no codificando para proteínas directamente. En cuanto a la cantidad de ADN "basura" es algo muy muy relativo ya que muchas funciones de la información genética aun se desconocen. Siguen creciendo las funciones "reguladoras" de estructuras basadas en el RNA, por poner un ejemplo.

Niveles de complejidad

La vida se agrupa en diversos niveles estructurales bien jerarquizados. Así se sabe que la unión de células puden dar lugar a un tejido y la unión de éstos dan lugar a un órgano que cumple una función específica y particular, como el caso del corazón o el estómago. De esta forma los diversos niveles de jerarquización de la vida se agrupan hasta formar un organismo o ser vivo, éstos al agruparse siendo de una misma especie forman una población y el conjunto de poblaciones de diversas especies que habitan en un biotopo dado forman una comunidad.

A continuación se detallan los diferentes niveles de complejidad yendo del más simple al más complejo. Los dos primeros niveles pertenecen aún a lo inerte mientras que el resto se refieren ya a formas de vida completas. Existe una gran variedad de definiciones de vida. En este apartado, haciendo uso de la definición termodinámica de la vida (sistemas en los que se produce un continuo incremento del orden) consideraremos en términos generales a la entropía como medidor estándar de la complejidad de cada nivel. Así, cuanto más complejo sea un nivel, menos entropía poseerá.

Nivel molecular

Éste es el nivel más simple. En él se encuentran las piezas e ingredientes fundamentales de la vida. Aminoácidos, Ácidos nucleicos, Ácidos grasos e Hidratos de carbono. La vida en la Tierra se basa en la química del carbono, por lo que a nivel molecular encontramos estructuras simples pertenecientes a la química orgánica. Se desconoce la posibilidad de que exista vida basada en otras químicas diferentes. Muchos biólogos creen que la vida implica a la química orgánica de una u otra forma, aunque no han faltado especulaciones en direcciones más radicales

estructura básica de aminoácidos

Nivel mocromolecular

Este nivel sigue considerándose inerte. A pesar de todo, en él ya es posible distinguir estructuras más o menos pertenecientes a los seres vivos. Surge de la asociación de moléculas más simples que pasan a formar cadenas moleculares las cuales, a su vez, pueden asociarse entre sí para formar estructuras mayores.

Pertenecen a esta categoría las proteínas y las cadenas de ADN o ARN. Estas estructuras no sólo se caracterizan por la secuencia, sino también por la conformación de su estructura en el espacio. Esta forma es de especial importancia en las proteínas cuya funcionalidad puede depender de que encajen mejor o peor con un receptor complementario (otra proteína). Se pueden encontrar dentro o fuera de las células.

proteína de tumores p53 encajada a secuencia de adn

Nivel celular

Éste es el nivel más elemental para una forma de vida. El de los seres unicelulares. Se distinguen tres grandes grupos: Eubacteria, Archaea y Eukarya. Los dos primeros son organismos procariotas, carentes de núcleo, mientras que en el tercero se encuadran los organismos eucariotas. A este nivel pertenecen los extremófilos, organismos capaces de sobrevivir en condiciones extremas. La definición de extremófilo es relativa, ya que a nivel unicelular encontramos una amplia gama de organismos adapatados a todo tipo de entornos. Pero es el medio más abundante el que dicta qué organismos prevalecerán y cuáles quedarán marginados en reductos donde se den las particulares condiciones que requieren. Se puede decir que a nivel celular existe una amplia variedad metabólica, pero no morfológica, ya que todas las células tienen formas y estructuras semejantes. Aun así, se pueden considerar "unidades de la vida" asimismo a los genes (consultar la "teoria del gen egoísta", p.ej.)

En el nivel unicelular hay, pues, dos niveles de complejidad claramente diferenciados: el de los procariotas y el de los eucariotas, el primero más simple que el segundo. Si de la asociación de estructuras macromoleculares surge la célula mediante un proceso desconocido al que llamamos abiogénesis, de la asociación de varias de estas células simples surge la célula eucariota en un proceso llamado endosimbiosis o simbiogénesis.

bacteria ECHERICHIA pertenece al primer nivel de complejidad unicelular

TEMA 3

TIPOS DE CELULAS

Existen dos tipos básicos de células: procariotas y eucariotas.

• Las células procariotas: son estructuralmente simples. No poseen nucleo verdadero. Sólo se encuentran formando bacterias. Las células procariotas forman las Archaea y las Eubacteria. Las células procariotas poseen el material genético disperso en toda su estructura. Las cromosomas de las células Procariotas están compuestas solo por el ADN.
• Las células eucariotas: son más complejas que las procariotas y poseen un núcleo. contienen organelas u orgánulos rodeadas de membranas. Existen organismos formados por células eucariotas. Las cromosomas de las células Eucariotas están compuestas por ADN y proteínas.

TEMA 4

Diferencias entre la célula animal y la célula vegetal:

En líneas generales podemos decir que la principal diferencia entre estos dos tipos de células es que las animales carecen de pared celular mientras que este es el componente fundamental que otorga rigidez a las células vegetales (¿alguna vez notaste que, aunque las plantas mueran, al principio igual se quedan "armaditas"? Sólo después de un cierto tiempo -y des componedores de por medio- pierden la rigidez que les otorga esta pared celular).

Durante el práctico encontramos otras diferencias en el material observado (pero no son una regla de las células animales y vegetales). Estas son:

• las células de epitelio bucal son de menor tamaño que las células de tomate;
• hay pigmentos cromoplastos en el citoplasma de las células del tomate pero no detectamos pigmentos en el citoplasma de las células de epitelio bucal. Pero ¡atención! a no confundirse: algunas células animales tienen pigmentos sólo que su estructura es diferente de los que encontraríamos en una célula vegetal.
• si observaron los glóbulos rojos habrán notado que no tienen núcleo. Esta es una característica particular de estas células animales en su estado maduro que les permite almacenar mayor cantidad de oxígeno en el "espacio vacante" y lograr una máxima compresión para pasar a través de los angostísisimos capilares. De ninguna manera implica que todas las células animales carezcan de núcleo ¿dónde, si no, estaría su información genética?...

Célula vegetal (noten la pared celular, la membrana plasmática, el citoplasma y el núcleo, que es lo que nos interesa por ahora…

1) Pared celular

Los vegetales tienen una pared celular rígida además de sus membranas celulares. Las células animales carecen de esta pared siendo ésta la principal diferencia entre las células vegetales y las animales.

 

2) Membrana plasmática

Es un complejo formado por lípidos, proteínas e hidratos de carbono.

Contiene sistemas de señales y transporte ya que, al ser semi-permeable, permite el paso diferencial de distintos compuestos del medio externo y subproductos celulares desde y hacia el interior de la célula.

Tiene la función de proveer una barrera (la única en el caso de las células animales) que proteja del medio externo.

3) Citoplasma.

Es el contenido celular que se encuentra por fuera del núcleo. Es un gel (por eso se dice que es semi-líquido) que representa el 55% del volumen celular, donde se hallan inmersos el citoesqueleto y las organelas de la célula.

4) Núcleo

En él se encuentra almacenada la información genética de la célula en forma de ADN. Está protegido por una doble membrana rodeando los cromosomas y el nucleolo que recibe el nombre de membrana nuclear. Unos poros permiten una comunicación especifica con el citoplasma. El nucleolo es un sitio de síntesis de ARN, formando el ribosoma.

5) Organelas:

Son los "órganos" internos de la célula y, al igual que en nuestro cuerpo, cada "órgano" y aparato tiene una función específica. La célula es, entonces, como un organismo en miniatura.

Las organelas que componen la célula son: mitocondria, cloroplastos, retículo endoplasmático liso y rugoso, aparato de golgi, lisosomas, peroxisomas y vacuolas.

 

En este práctico en particular no observaremos las organelas sino que nos centraremos en distinguir la pared celular, la membrana plasmática, el núcleo y el citoplasma, y en entender sus funciones.

TEMA 5

BIOQUÍMICA COMO CIENCIA

Bioquímica:ciencia que estudia todas las reacciones que se dan en los seres vivos. Se divide en:

• Bioquímica estructural: estudia la forma de los compuestos químicos.
• Bioquímica del metabolismo: estudia el metabolismo.
• Bioquímica molecular: estudia la estructura y función de moléculas que contienen información genética.

La célula está compuesta por 22 elementos químicos, de los cuales el 99% del peso de la célula corresponde a C, H, O, N (otros: P, K, Mg, S, Fe...).

La sustancia más abundante en la célula es el agua; la vida empezó en el agua, y forma parte de la mayoría de seres vivos.

El siguiente compuesto más abundante es el carbono, elemento fundamental en la química orgánica, ya que puede formar cuatro enlaces covalentes, largas cadenas y estructuras en anillo.

El átomo de carbono está constituido por un núcleo con protones y neutrones, y una corteza con electrones. El número atómico de un elemento es el número de protones que hay en el núcleo, que es el mismoque el de electrones. El del átomo de carbono es 6, por tanto tiene 6p y 6e^-(también 6n).

Los electrones se distribuyen en la corteza en diferentes niveles. Dentro de cada nivel se forman unos orbitales, en cada uno de los cuales hay 1 o 2e^-(si hay 2 tienen spin contrario: giran en sentido contrario). Según niveles y orbitales podemos encontrar:

Podemos encontrar enlace covalente, donde se comparten e^-, o enlace iónico, donde se ceden.

Iones: átomos que tienen carga eléctrica:

- Aniones: carga negativa, tienen un e^-de más.

- Cationes: carga positiva, tienen un e^- de menos.

Diferencia entre química orgánica e inorgánica.

	Química orgánica	Química inorgánica
Nº de elementos	Pocos.	Toda la tabla periódica.
Enlace	Covalente.	Iónico.
Velocidad de reacción	Lenta. Contiene enzimas que aceleran las reacciones.	Rápida. No contiene enzimas.

Fuerzas intermoleculares.

Fuerzas electrostáticas: fuerzas de atracción entre moléculas con cargas de signo contrario, aniones y cationes. A menos distancia, más atracción.

• Puentes de Hidrógeno: aparecen entre oxígeno (carga negativa) e hidrógeno (carga positiva). Se encuentran entre moléculas de agua. Son fuerzas más débiles que los enlaces covalentes, pero aumentan cuantos más hay.

• Fuerzas de Van der Waals: son débiles en una distancia mínima, que si se sobrepasa se repelen.

• Interacciones hidrofóbicas: se producen entre moléculas apolares o sin carga, que se agrupan en medio acuoso.

• Fuerzas polares: más débiles que las electrostáticas, se producen entre moléculas con cargas parciales que se atraen.

Jerarquía de la organización de las moléculas en la celula.

Los primeros elementos son simples; H₂O, CO₂, N₂, y a partir de ellos se forman unos compuestos intermediarios de peso molecular medio. Luego se forman unos compuestos con más peso molecular, mononucleótidos, aminoácidos, azúcares simples, ácidos grasos y glicerina. Por último se forman ácidos nucleicos a partir de los mononucleótidos, proteínas a partir de los aminoácidos, polisacáridos a partir de los azúcares y lípidos a partir de los ácidos grasos y la glicerina. Tras esto, se forman asociaciones supramoleculares como los compuestous enzimáticos, ribosomas, sistemas contáctiles, fibras... y finalmente la célula.

Los ácidos nucleicos son sustancias que contienen la información genética y que la transmiten para sintetizar proteínas. Los polisacáridos y los lípidos, no contienen información genética, son componentes estructurales y de almacenamiento de energía. Las proteínas forman los encimas, no ya con enlaces covalente, si no con más débiles.

TEMA 6

PANORAMA GENERAL DE LOS BIOELEMENTOS

      Los bioelementos son los elementos químicos que aparecen en los seres vivos. Pueden aparecer aislados o formando moléculas. Se clasifican en bioelementos primarios o plásticos y bioelementos secundarios.

• Los bioelementos primarios o plásticos constituyen aproximadamente el 96% de la masa de los seres vivos. Son el carbono (C), el oxígeno (O), el hidrógeno (H), el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el azufre (S).
• Los bioelementos secundarios sólo constituyen el 4% de la masa de los seres vivos. El calcio es un ejemplo de bioelemento secundario. Si el porcentaje con el que aparece un bioelemento es menor del 0,1% recibe el nombre de oligoelemento. El magnesio es un ejemplo de oligoelemento. A pesar de aparecer en pequeñísimas cantidades, los oligoelementos son imprescindibles para los seres vivos. Son el calcio (Ca), el sodio (Na), el potasio (K), el magnesio (Mg), el cloro (CI) y el hierro (Fe).

Los principios inmediatos o biomoléculas son las moléculas que aparecen en los seres vivos. Se clasifican en simples y compuestos.

• Los principios inmediatos simples son los que están formados por un solo tipo de átomos, como, por ejemplo, la molécula de oxígeno (O₂), que sólo tiene dos átomos del bioelemento oxígeno. Además del oxígeno, también es un principio inmediato simple el nitrógeno (N₂).

Los principios inmediatos compuestos son los que poseen varios tiposde átomos. Se dividen en orgánicos e inorgánicos. Los orgánicos, o que poseen un elevado porcentaje de carbono, son: los glúcidos o glucosa (C₆H₁₂O₆), los lípidos, los prótidos y los ácidosnucleicos. Los inorgánicos, o que no poseen carbono o lo poseen en un porcentaje muy bajo, son: el agua (H₂O), el dióxido de   carbono (CO₂) y las sales minerales.

Bioelementos:Los elementos de la vidaTodos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hallan en la corteza terrestre, sólo unos 25 son componentes de los seres vivos . Esto confirma la idea de que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos concretos que poseen unas propiedades físico-químicas idóneas acordes con los procesos químicos que se desarrollan en los seres vivos.
Se denominan elementos biogénicos o bioelementos a aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos.

Bioelementos: Bioelementos Primarios: C, H, O, N

También denominados Bioelementos Principales, son los elementos mayoritarios de la materia viva, constituyendo el 95% de la masa total de todos los seres vivientes.
Las propiedades físico-químicas que los hacen idóneos son las siguientes:

1.- Forman entre ellos enlaces covalentes, compartiendo electrones

2.- El carbono, nitrógeno y oxígeno, pueden compartir más de un par de electrones, formando enlaces dobles y triples, lo cual les dota de una gran versatilidad para elenlace químico

3.- Son los elementos más ligeros con capacidad de formar enlace covalente, por lo que dichos enlaces son muy estables.

4.- A causa de la configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionalesdiferentes.

Esta conformación espacial es responsable de la actividad biológica.

5.- Las combinaciones del carbono con otros elementos, como el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno, etc.permiten la aparición de una gran variedad de grupos funcionalesque dan lugar a las diferentes familias de sustancias orgánicas. Estos presentan características físicas y químicas diferentes, y dan a las moléculas orgánicas propiedades específicas, lo que aumenta las posibilidades de creación de nuevas moléculas orgánicas por reacción entre los diferentes grupos.

LOS BIOELEMENTOS, EL AGUA Y LAS SALES MINERALES

La biología moderna no puede comprenderse sin cierto conocimiento de química. En este apartado se introducen algunos conceptos básicos, como el enlace químico, los elementos químicos que forman la materia viva (bioelementos), los principios inmediatos o biomoléculas, las propiedades del agua, que han hecho posible la vida en la Tierra, y cómo se comportan estos bioelementos en disolución.

BIOMOLECULAS

Las biomoléculasson los principios inmediatos o sustancias que componen la materia viva.

Bioelementos primarios,indispensables para la formación de las biomoléculas orgánicas: oxígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno, fósforo y azufre.

Biomoléculas inorgánicas, como el agua y las sales minerales.

Biomoléculas orgánicas,formadas por átomos de carbono y de hidrógeno (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos), intervienen en la constitución de todos los seres vivos y sólo son producidas por ellos.

El agua

Es la sustancia química más abundantede la materia viva y, por tanto, todas las reacciones químicas que experimentan los seres vivos se realizan en medio acuoso.

Su carácter de dipolopermite establecer enlaces de hidrógeno formando grupos de moléculas, alcanzando pesos moleculares elevados y comportándose como un líquido.

Características fundamentales del agua:

• Elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas debido a los puentes de hidrógeno, lo que explica que sea un líquido incompresible, que tenga una alta tensión superficial y que se produzca el fenómeno de capilaridad.
• Elevado calor específico: hace falta mucho calor para elevar su temperatura, convirtiéndola en un estabilizador térmico del organismo.
• Elevado calor de vaporización: es necesario romper todos lo enlaces de hidrógeno para pasar de líquido a gas.
• Mayor densidad en estado líquido que en estado sólido: al flotar el hielo en el agua se forma un capa superficial termo aislante que permite la vida bajo ella.

Sales minerales

Las sustancias minerales se pueden encontrar en los seres vivos de tres formas:

• Precipitadas: constituyen estructuras sólidas, insolubles, con función esquelética.
• Disueltas: los cristales en disolución se disocian en aniones y cationes. Estos iones mantienen el grado de salinidad constante dentro del organismo y ayudan a mantener su pH.
• Asociadas a moléculas orgánicas: un ejemplo son las fosfoproteínas o los fosfolípidos.

Las disoluciones

En los seres vivos, el estado líquido está compuesto por muchos tipos de moléculas o solutos dispersos en una única fase disolvente, que es el agua.

Los solutos se denominan cristaloides cuando son de bajo peso molecular y forman disoluciones verdaderas. Cuando el peso molecular de los solutos es elevado, se denominan coloides y forman dispersiones coloidales.

Propiedades de las disoluciones verdaderas.

Difusión: es la repartición homogénea de las partículas de un fluido en el seno de otro cuando se ponen en contacto, debido al constante movimiento de las partículas.

• Ósmosis: es el paso del disolvente entre dos soluciones de diferente concentración a través de una membrana semipermeable, como lo es la membrana plasmática. El disolvente se mueve desde la disolución más diluida a la más concentrada.
• Estabilidad del grado de acidez o pH: valora cuantitativamente el grado de acidez y se define como pH= -log[H₃O⁺]. Los valores de pH oscilan entre 0 y 14, siendo el pH = 7 el valor medio (pH >7, solución básica; pH<7, solución ácida).

Las disoluciones tampón o amortiguadoras permiten mantener constante el pH de los seres vivos, lo que resulta de enorme importancia para la vida. Las sales minerales disueltas en los líquidos biológicos pueden ionizarse, dando lugar a H₃O⁺o a OH^-que contrarrestan el efecto de ácidos o bases añadidos.

Propiedades de las dispersiones coloidales:

• Capacidad de presentarse en estado de gel: las dispersiones coloidales pueden presentarse en forma de sol (estado líquido) o de gel (estado semisólido).
• Elevada viscosidad: resistencia interna que presenta un líquido al movimiento relativo de sus moléculas.
• Elevado poder adsorbente: atracción que ejerce la superficie de un sólido sobre las moléculas de un líquido o un gas.
• Efecto Tyndall: se observa cierta opalescencia al iluminar lateralmente las dispersiones coloidales sobre un fondo oscuro.
• Sedimentación: si se someten a fuertes campos gravitatorios se sedimentan sus partículas.
• Diálisis: separación de coloides de los cristaloides gracias a una membrana semipermeable que sólo permite pasar a las moléculas pequeñas.
• Electroforesis: transporte de partículas coloidales a través de un gel debido a la acción de un campo eléctrico.

BIBLIOGRAFIA

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