TEMA 1. BASE MOLECULAR DE LA VIDA.

 

 BIOQUÍMICA

Tarea 0. Haz la portada de la asignatura y del tema 1 en tu libreta. Sigue las instrucciones dadas en clase..

1. INTRODUCCIÓN. 

• Características comunes a todos los seres vivos.

Todos los seres vivos tienen en común tres características que los diferencias de la materia no viva o inerte. Estos son:

1. Una composición química similar - bioelemetos - biomoléculas (las veremos).
2. Realizan las tres funciones vitales; nutrición, relación y reproducción.
3. Todos los seres vivos son (unicelulares) o están formados por células (pluricelulares).

Tarea 1. Define o indica en qué consiste cada una de las funciones vitales. (se indican en clase)

• Niveles de organización de la vida.

Los niveles de organización son cada uno de los grados en los que se estructura u organiza la materia viva. Pero estos no son un simple conjunto del nivel anterior, sino que presenta nuevas propiedades respecto a este.

Se pueden clasificar los niveles de organización de la materia viva en abióticos y bióticos. Observa atentamente las siguientes imágenes.

El siguiente vídeo resume lo aprendido.

Tarea 2. Indica un ejemplo, ordenado de menor a mayor, desde nivel subatómico hasta nivel Biosfera.

• Bioelementos. Concepto y clasificación. Importancia del carbono.

Nivel atómico. El átomo es la parte más pequeña de un elemento químico que puede intervenir en una reacción química y posee las características de ese elemento. Los átomos que forman parte de la materia viva se llaman bioelementos. Se clasifican según su el porcentaje presente en los seres vivos:

De los 118 elementos químicos conocidos, sólo 25 

forman parte de los seres vivo. Pincha en tabla periódica.

1. BIOELEMENTOS PRIMARIOS: suponen, aproximadamente, el 96% de la materia viva. Son, pues, los más importantes, destacando el primero. Concretamente son el carbono (C), el hidrógeno (H), el oxígeno (O), el nitrógeno (N), el azufre (S) y el fósforo (P). Son los más importantes por cuatro motivos: 1. Relativamente abundantes en corteza terrestres, 2. Fácilmente asimilables, 3. Su masa atómica es baja (ligeros) y 4. Pueden formar enlaces covalentes estables. 
2. BIOELEMENTOS SECUNDARIOS: suponen, aproximadamente, el 4% de la materia viva. Llevan a cabo funciones fisiológicas muy importantes. Destacamos el Na, K, Mg, Ca y Cl.
3. OLIGOELEMENTOS: presentes en proporciones muy bajas, un 0'1% aproximadamente. No por ello son menos importantes, pueden jugar un papel esencial en los seres vivo. Destacamos el Fe, Co, I, Li, F y Zn.

Tarea 3. ¿por qué los bioelementos primarios, y no otros, son elementos idóneos para la vida? Escoge un bioelemento secundario y un oligoelemento diferente al de tu compañero y busca su función en seres humanos.

IMPORTANCIA DEL CARBONO.

Es el esqueleto básico de todas las biomoléculas orgánicas y marca la diferencia entre la materia orgánica e inorgánica. (Es el más importante, pero no el más abundante ¿Cuál es el más abundante? Observa en la tabla anterior.

La importancia del carbono radica en su TETRAVALENCIA, además de las generales que presentan los bioelementos primarios. Lo justificamos:

Se puede unir a 4 átomos;  mediante enlaces covalentes simples, dobles o triples

1. Se puede unir a 4 átomos  mediante enlaces covalentes simples, dobles o triples. Estos enlaces son muy estables y acumulan gran cantidad de energía.

2. Como puedes ver en la imagen, pueden formar estructuras en las tres dimensiones del espacio.

3. Pueden formar largas cadenas lineales, ramificadas o helicoidales. Dichas cadenas pueden presentar insaturaciones (dobles o triples enlaces) o pueden ser saturadas (sólo enlaces simples).

4. Químicamente, pueden formar gran cantidad de grupos funcionales.

Tarea 4. Busca y representa la molécula de Glucosa en su forma lineal y cíclica. Además, representa una cadena hidrocarbonada insaturada de 8 átomos de carbono. 

2. BIOMOLÉCULAS:

Las moléculas están formadas por la unión, mediante enlaces químicos, de dos o más átomos. Las moléculas que forman parte de la materia viva se llaman biomoléculas, que pueden ser:

• Biomoléculas inorgánicas: agua (H2O), sales minerales (como el carbonato cálcico (CaCO3) y gases como el oxígeno (O2), etc.
• Biomoléculas orgánicas: están constituidas, principalmente, por átomos de carbono unidos por enlace covalente. Los glúcidos como la glucosa (C6H12O6), los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos serían biomoléculas orgánicas.

Tarea 5. Diferencia entre biomolécula inorgánica y orgánica. En clase.

2.1 INORGÁNICAS 

• EL AGUA.

El agua (H2O) es cuantitativamente es el compuesto más importante (75 % en peso de media). Esta cantidad varía en función del organismo, la edad y la actividad fisiológica (cuanta mayor sea su

actividad, mayor es la cantidad relativa de agua).

En los humanos, el agua se puede encontrar: circulante supone el 8 % de su peso, el agua intersticial el 15 %, y el agua intracelular el 40 %.

ESTRUCTURA QUÍMICA DEL AGUA Y PROPIEDADES DERIVADAS.

Dada la diferencia de electronegatividad entre los dos elementos, los enlaces entre el H y O se encuentran polarizados (el O tiende a atraer hacia sí el par de electrones compartidos) y, como los dos enlaces forman un ángulo de algo más de 104º, la molécula actúa como un dipolo eléctrico (+ el H y – el O). Esto permite el establecimiento de unos enlaces intramoleculares denominados puentes de hidrógeno.

Esta estructura molecular permite que el agua pueda desarrollar importantísimas funciones como las siguientes:

• - El agua, a temperatura ambiente, es líquida, aunque esto no sería lo esperado, si tenemos en cuenta que otras moléculas de peso molecular similar, como el SO2, el CO2, el NO2, etc., son gases. 

• - Su carácter dipolar le permite formar enlaces por puentes de hidrógeno con otras moléculas. Ello hace que sea el disolvente universal de la materia viva y, por tanto, su medio interno (donde se producen las reacciones metabólicas) y el medio de transporte sustancias disueltas. (nutrientes, anticuerpos...)
• - Los puentes de hidrógeno intermoleculares implican una elevada capacidad calorífica (alto calor de vaporización y alto calor específico), que convierten al agua en un eficaz termorregulador, manteniendo la temperatura dentro de unos límites, a pesar de las variaciones térmicas del medio.
• - En estado sólido (hielo) el agua tiene menor densidad debido a la dilatación o mantenimiento de los enlaces de hidrógeno. Ello permite que el hielo flote. Esto es de gran importancia para la vida pues el hielo hace de termoaislante permitiendo la vida acuática en ambientes fríos.
• - El agua presenta una elevada fuerza de cohesión que la hace prácticamente incompresible permitiéndole: 1. actuar de esqueleto hidrostático (gusanos) y evitar la deformación de estructuras (presión sobre PC plantas)

Tarea 6. Enumera las principales funciones biológicas del agua derivadas de sus propiedades indicando la propiedad de la que deriva. Observa la las palabras en rojo del texto anterior.

LAS SALES MINERALES

Las sales minerales son moléculas inorgánicas con gran variedad de funciones. Se pueden encontrar en los seres vivos de tres formas:

• Precipitadas o insolubles. Como el fosfato cálcico y carbonato cálcico que forman parte de los huesos (esqueleto), conchas de moluscos o el exoesqueleto de artrópodos. O los silicatos (diatomeas)
• Disueltas o solubles. Las más importantes. Estas pueden ser Cationes ( Na+, K+, Ca2+ y Mg2+) o Aniones ( Cl-, SO42-, PO42-, HCO3-, CO32- y NO3- ) que intervienen en funciones tan importantes como son;  la transmisión de impulso eléctrico o nervioso en neuronas y músculos, regulación del pH (acidez - basicidad), salinidad y de la presión osmótica.
• Asociadas a sustancias orgánicas. Por ejemplo el Hierro (Fe2+) asociado a la hemoglobina permite el transporte de oxígeno en sangre.

Tarea 7. Investiga. Frecuentemente se usa sal para eliminar las malas hiervas o para curar el jamón. Explica con pocas palabras ambos procesos. Palabras clave: difusión y ósmosis.

         

2.2 ORGÁNICAS

A. GLÚCIDOS O HIDRATOS DE CARBONO.

Los glúcidos son biomoléculas formadas básicamente por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O), en una proporción semejante a CnH2nOn, es decir Cn(H2O)n , de ahí que se también se denominen  hidratos de carbono o carbohidratos, aunque este nombre es poco apropiado, ya que no se trata de átomos de carbono hidratados, enlazados a moléculas de agua, sino de átomos de carbono unidos a grupos alcohol (-OH), llamados también radicales hidroxilo, y a radicales hidrógeno (-H). El nombre glúcido deriva de la palabra “glucosa”, del griego glykys, que significa “dulce”, aunque no todos los son.

Clasificación:

1. Monosacáridos: 

2. Oligosacáridos - veremos los Disacáridos.

3. Polisacáridos: polímeros formados por la unión de numerosos monosacáridos, formando así largas cadenas. Almidón, Glucógeno, Celulosa y Quitina.

Su función puede ser energética (fuente de energía para las células, como los monosacáridos), de reserva energética (acumulan monosacáridos y por tanto energía; son los disacáridos, el almidón y el glucógeno) o estructural (celulosa en la pared celular vegetal y quitina, en la pared celular de hongos y en el exoesqueleto de artrópodos).

• MONOSACÁRIDOS:

Son los más sencillos. Todos son de sabor dulce, solubles en agua y cristalizan. Además, no son hidrolizables (no se pueden descomponer por hidrólisis en otros glúcidos más simples). Constituyen los monómeros o unidades a partir de los cuales se forman el resto de los glúcidos. Sus funciones son muy variadas; de reserva energética (glucosa) estructurales (ribosa y desoxirribosa - ARN y ADN). Los más importantes son la Glucosa, la Fructosa y la Ribosa. Se caracterizan por:

- Poseen de 3 a 7 átomos de carbono unidos entre si.

- A partir de 5 átomos de carbono pueden ciclar en disolución (formar estructuras cerradas). Estas pueden ser de 5C (pentosa o furanosa) o de 6C (hexosa o piranosa).

- Todos los átomos de carbono están unidos a un grupo funcional hidroxilo (-OH alcohol) o un grupo químicamente funcional llamado grupo carbonilo, es decir, un carbono unido a un oxígeno mediante un doble enlace. Este grupo carbonilo puede ser:

                                  Un grupo cetónico (-CO).                 Un grupo aldehído (-CHO). 

Por tanto, según el grupo carbonilo, los glúcidos pueden definirse como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. Son polialcoholes con un grupo aldehído o cetona.

NOMENCLATURA.

Nomenclatura: atendemos grupo funcional (prefijo aldo- o ceto-)al número de C (prefijo tri, tetra, penta...),  terminados en -osa. Nombra a estos tres monosacáridos, pincha aquí. ver

A la hora de nombrar las biomoléculas se ha de tener en cuenta las ISOMERÍAS, es decir, si son sustancias químicas diferentes pero con igual fórmula química. Hay dos tipos:

• Isomería estructural. Se refiere a los mismo átomos constituyen diferentes moléculas ya sea por diferente posición en la cadena = isómeros de cadena o por ser isómeros funcionales formados por los mismos átomos en distinta posición (ej aldehídos y cetonas)
• Isomería espacial o estereoisomería. Grupos con distinta orientación forman estructuras 3D diferentes (las enzimas pueden discernir entre ellas). Destacamos la isomería cis/trans (grupos hacia el mismo lado - cis. Grupos hacia lado diferentes - trans) e isomería óptica = imágenes especulares (no superponibles) -  se les denomina formas D - (dextrógira) o L- (Levógira).

• DISACÁRIDOS:

Son glúcidos sencillos formados por la unión de dos monosacáridos por enlace covalente

 O-glucosídico 

liberando una molécula de agua. También son de sabor dulce, solubles en agua y cristalizan. Destacamos la Sacarosa, Lactosa y Maltosa.

enlace O-glucosídico entre dos grupos hidroxilo con liberación

 de una moléculas de agua y viceversa.

Tarea 8. Busca en al web los dos monómeros o monosacáridos que se unen por enlace O-glucosídico para formar la Sacarosa, Lactosa y Maltosa. Además, indica en cada caso dónde podemos encontrar estos disacáridos.

¿alfa o beta? según posición del grupo -OH del C1.

• POLISACÁRIDOS:

Son glúcidos complejos formados por cientos o miles de monosacáridos unidos por enlace O-Glucosídico. Se caracterizan por no tener sabor dulce. Pueden ser insolubles, como la celulosa, o formar dispersiones coloidales como el almidón. Sus funciones son estructurales o de reserva energética.

Distinguiremos dos tipos de polisacáridos: Homopolisacáridos: polímeros de un solo tipo de monosacárido y Heteropolisacáridos: polímero con más de un tipo de monosacárido.

Los Homopolisacáridos de mayor interés biológico son la Celulosa (biomolécula más abundante), el almidón y el glucógeno. Ampliamos información:

• Celulosa. Polisacárido más abundante e importante. Su función es estructural - forma la pared celular de los vegetales. Su estructura es lineal formada por cadenas de glucosas. Dichas cadenas se enlazan por puentes de hidrógeno formando estructuras fibrosas. (papel a microscopio)
• Almidón. Polisacárido de reserva energética más importante en vegetales. Su función es de reserva energética. Está formado por dos tipos de moléculas, ambas polímeros de glucosas, la amilosa y la amilopectina. Su estructura es ramificada (amilopectina) y helicoidal (amilosa).
• Glucógeno. Como el almidón pero en animales, es decir, polímero de glucosas cuya función es la de reserva energética en animales. MUY Ramificado. Se almacena en el hígado y los músculos.

No todos los polisacáridos son de reserva energética, algunos son estructurales. Por ejemplo aquellos que forman las membranas celulares combinados con proteínas o lípidos - glucoproteínas  y glucolípidos (macromoléculas)

Tarea 9. Busca en al web o en el blog la función de los siguientes glúcidos: glucosa, almidón, glucógeno, celulosa, ribosa y desoxirribosa.

B. LÍPIDOS Y GRASAS.

Grupo de biomoléculas más amplio y diverso. Todas ellas se caracterizan:

- Por ser insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos como éter o cloroformo.
- Por estar formados por C, H y O (en ocasiones P - membranas celulares) en su estructura básica. 

Se clasifican según la presencia de ácidos grasos:

• SAPONIFICABLES. La mayoría. Son ácido grasos. Son TAG, fosfolípidos, glucolípidos y ceras
• INSAPONIFICABLES. No tienen ácidos grasos - terpenos y esteroides.

Destacamos los siguientes grupos:

• Triglicéridos. Son las grasas más comunes. Están formados por glicerina y tres ácidos grasos. Almacenan gran cantidad de energía (el doble, por gramo, que los glúcidos). También protegen a órganos internos como corazón y riñón y funcionan como aislante térmico (ej focas, ballenas...)
• Ceras. Repelen el agua. Sirven como aislante y protección frente al agua o humedad tanto en animales (Aves y abejas) como en plantas (frutas)
• Fosfolípidos. Contienen ácido fosfórico (parte hidrófila) unido a glicerol y dos ácidos grasos (parte hidrófoba). Forman las membranas celulares, por tanto, función estructural. Micelas.
• Terpernos. Grupo muy variado. Destacamos las de función reguladora (vitaminas A, E y K) o los pigmentos que participan en la fotosíntesis (xantofilas y carotenos)
• Esteroides. También variado. Destacan el colesterol (estructural - MP), vitamina D (reguladores - metabolismo del Calcio) y hormonas sexuales.

Los ÁCIDOS GRASOS son las unidades básicas de los lípidos saponificables, y se caracterizan por: 

1. Estar  formadas por una larga cadena hidrocarbonada (...-CH2-CH2-CH2-...), con un número par de átomos de carbono (entre 8 y 24), 
2. En el extremo de la cadena hay un átomo de carbono que constituye un grupo carboxilo (-COOH), también llamado grupo ácido.
3. Las cadenas pueden estar formadas sólo por enlaces simples - ácidos grasos saturados. O pueden contener uno o más dobles enlaces - ácidos grasos insaturados (en la naturaleza suelen curvar la cadena - isomería Cis, aunque en ocasiones - isomería trans - se mantiene lineal con en los saturados)

Tarea 10. Enumera, previa búsqueda en la web o blog, las función principales de los lípidos. Indica una aplicación práctica de las micelas y la importancia del colesterol para la vida.

C. PROTEÍNAS.

Consideraciones generales (intro):

1. Las proteínas constituyen el grupo de biomoléculas más abundante (después del agua) de los seres vivos, ya que suponen el 50% del peso seco, por término medio (calcula tu % suponiendo que somos 70% agua)
2. Están formados por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, aunque en ocasiones aparecen fósforo y azufre, y algunos elementos metálicos, como hierro y cobre.
3. Las proteínas son polímeros de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Según el número de aminoácidos que componen el polímero, distinguimos entre péptidos y proteínas.

Los Aminoácidos

Son moléculas pequeñas, monómeros de los péptidos y las proteínas. Son cristalinos, casi todos dulces y presentan isomería, ya que poseen un carbono asimétrico unido a cuatro radicales distintos (excepto en el caso de la glicina o glicocola). Estos radicales son:

1. Un grupo carboxilo (-COOH), ácido. Siempre está en un extremo.
2. Un grupo amino (-NH2), básico. Puede ocupar distintas posiciones - isomerías. Se distinguen así α, β, γ,… aminoácidos, en función de la situación del grupo amino respecto al carbono del grupo carboxilo. En la naturaleza, tanto el grupo amino como el carboxilo, se unen al mismo carbono, por lo que son aminoácidos de tipo α o α-aminoácidos (grupo amino a la izquierda).
3. Un hidrógeno.
4. Un radical, característico de cada aminoácido, y que le confiere características propias. Sirven como criterio de clasificación de los aminoácidos.

Los aa presentan comportamiento anfótero, es decir, se pueden comportar como ácidos o como bases.

Las proteínas son polímeros de α-aminoácidos, que pueden ser liberados por hidrólisis. Aunque se conocen unos 200 aminoácidos, sólo veinte forman parte de las proteínas. (Prueba de un origen común de la vida - sólo 20 aa y todos α)

ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS.

Las proteínas están formadas por una o varias cadenas polipeptídicas y, aunque sólo están compuestas por 22 aa diferentes, en cada célula existen miles de proteínas distintas con funciones características.

Las proteínas adquieren una estructura que, a veces, resulta muy compleja, ya que no son moléculas lineales, sino que se pliegan en el espacio adquiriendo una forma característica (estructura terciaria) que determina su función biológica.

Por su complejidad, se distinguen cuatro niveles estructurales conocidos como:

A. Estructura primaria. Es secuencia lineal de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos.

Tarea 11 - clase. Redacta, basándote en la imagen y explicaciones del profe, como se forma el enlace peptídico.

El enlace peptídico es un enlace covalente y se establece entre el grupo carboxilo (-COOH) de un aminoácido y el grupo amino (-NH2) del aminoácido contiguo inmediato, con el consiguiente desprendimiento de una molécula de agua.

B. Estructura secundaria. Es el plegamiento en el espacio de la cadena polipeptídica (estructura primaria) gracias a interacciones entre los aa.

• α hélice: la cadena de aa se enrolla con un giro dextrógiro (hélice hacia la derecha). Se forman enlaces o puentes de hidrógeno entre el O del –C=O de un aa y el H del NH del cuarto aa que le sigue.
• β-Laminar y hoja plegada: La cadena peptídica adopta forma de zigzag, sin la presencia de enlaces de hidrógeno entre aa de la misma cadena. Si esta cadena peptídica se repliega, pueden aparecer enlaces de hidrógeno entre aa formándose una lámina plegada.

Nota: Estas estructuras no son funcionales, son de transito hasta la funcional.

C. Estructura terciaria. Es la disposición que adopta en el espacio la estructura secundaria cuando se pliega sobre sí misma y origina una conformación globular (esférica) funcional y soluble en agua. Se origina gracias a interacciones (enlaces) entre los grupos R (radicales) de los aa (puentes di-sulfuro, interacciones hidrofóbicas, iónicas...).

D. Estructura cuaternaria. Se presenta cuando la proteína está formada por dos o más cadenas polipeptídicas, tengan estructura terciaria o no. Muchas proteínas no alcanzan este nivel.

Las variaciones de temperatura y de pH pueden producir la DESNATURALIZACIÓN de las proteínas, rompiendo los enlaces que originan la estructura terciaria y cuaternaria, e incluso, en ocasiones, la estructura secundaria. Si se produce la desnaturalización, la proteína adquiere una conformación filamentosa y se produce la precipitación de dicha proteína perdiendo su funcionalidad.

FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS.

Las proteínas realizan multitud de funciones en los seres vivos. Destacamos:

• Función de reserva. Algunas proteínas almacenan aa que son utilizados como elementos nutritivos y unidades estructurales por el embrión en desarrollo, crecimiento muscular, etc. Por ejemplo, la ovoalbúmina de la clara de huevo o la caseína de la leche.

• Función estructural. Las proteínas construyen la mayoría de las estructuras celulares y orgánicas. Por ejemplo: 

- Las glucoproteínas forman las membranas celulares, donde desempeñan funciones como el transporte de sustancias entre el exterior y el interior, receptores de los neurotransmisores o de las hormonas, etc.

- Las histonas forman parte de la estructura de los cromosomas en las células eucariotas, realizando funciones de regulación de la actividad de los genes.

- El colágeno, que se encuentra en el tejido conjuntivo, forma los tendones, huesos, etc.

- La queratina, en las células epidérmicas, formando las escamas de los reptiles, la capa córnea de la epidermis, las garras, uñas, pelos y púas de los mamíferos, las plumas de las aves, etc.

• Transportar de moléculas e iones. Lo hacen tanto a través de la membrana plasmática como a otras regiones del organismo. Ejemplos:

- Hemoglobina. Transporta oxígeno desde el aparato respiratorio hasta las células en la sangre de los vertebrados.

- Seroalbúmina. Transporta ácidos grasos entre el tejido adiposo y otros órganos.

• Función defensiva. La más importante son las inmunoglobulinas de la sangre o anticuerpos, que se encargan de reaccionar contra sustancias extrañas al organismo (antígenos). Destacamos, también, a la trombina y el fibrinógeno, que intervienen en la coagulación, impidiendo la pérdida de sangre en las heridas.

• Función hormonal. Algunas hormonas están constituidas por uno o más fragmentos polipeptídicos, como, por ejemplo, la insulina y el glucagón sintetizadas por el páncreas, que regulan el metabolismo de los glúcidos, las hormonas segregadas por la hipófisis (hormona del crecimiento), etc.

• Función contráctil. Permiten el movimiento a los organismos unicelulares y pluricelulares. Por ejemplo. Destacamos la actina y la miosina, que son filamentos proteicos que intervienen en la contracción de los músculos.

• Destacamos, sobre las anteriores, a la función enzimática de las proteínas.

FUNCIÓN CATALÍTICA -  ENZIMAS.

Las enzimas son proteínas que catalizan, es decir, aumentan la velocidad de las reacciones químicas metabólicas. Las sustancias que intervienen en las reacciones químicas son muy estables haciendo necesario un gran aporte de energía y tiempo para que se lleven a cabo sin catalizadores, ello sería inviable en la naturaleza. Este problema lo solucionan las enzimas.

Todas las enzimas, a pesar de su gran diversidad, tienen en común:

1. Son CATALIZADORAS que actúan en pequeñas cantidades y no se consumen, ni transforman en el proceso.
2. Son muy ESPECÍFICAS - actúan sobre uno o varios sustratos diferenciando entre isómeros.

Las enzimas son pues biocatalizadores específicos que disminuyen la energía de activación y aumentan la velocidad de las reacciones metabólicas, uniéndose específicamente (complejo enzima-sustrato) a la molécula que se va a transformar, el sustrato, para formar una nueva sustancia, el producto.

Tarea 12. Busca en la web dos ejemplos de enzima e indica la reacción química que cataliza (S y P)

D. LOS ÁCIDOS NUCLEICOS.

Los ácidos nucleicos son grandes polímeros formados por la repetición de monómeros denominados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster. Existen dos tipos básicos, el ADN y el ARN. Son macromoléculas encargadas de almacenar y transmitir la información genética.

Los nucleótidos están formados por

• Un ácido fosfórico (H3PO4) unido a una  
• Pentosa (ribosa - formará ribonucleóticos -ARN o a una desoxirribosa que formará desoxirribonucleóticos - ADN), y ésta a una 
• Base nitrogenada (que pueden ser: Bases púricas: Adenina, Guanina. O Bases pirimidínicas: Citosina, Timina y Uracilo). El ADN está formado por A-T y G-C y el ARN por A-U y G-C (se sustituye T por U)

¿Cómo se forma un NUCLEÓTIDO?

Los nucleótidos se forman por la unión de una base nitrogenada, una pentosa y uno o más ácidos fosfóricos (Ej ATP tiene tres). La unión de una pentosa y una base nitrogenada origina un nucleósido, y su enlace se llama N - glucosídico. Por ello, también un nucleótido es un nucleósido unido a uno o más ácidos fosfóricos unidos por enlaces fosfoéster.

¿Cómo se forman los ÁCIDOS NUCLEICOS?

Existen dos tipos de ácidos nucleicos, según el tipo de pentosa que poseen:

• El ácido desoxirribonucleico (ADN).
• El ácido ribonucleico (ARN).

Los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster, La unión de los nucleótidos se produce mediante;

Un enlace éster entre un grupo - OH del fosfato de un nucleótido y el grupo -OH de la pentosa del siguiente nucleótido. Por tanto, dos enlaces éster, uno con la pentosa de un nucleótido y otro con la pentosa del siguiente nucleótido.

Estructura del ADN

El ADN es un polímero de nucleótidos de adenina, guanina, citosina y timina, unidos por enlaces fosfodiéster, en el que un grupo fosfato queda unido por dos enlaces éster a dos nucleótidos sucesivos.

El ADN tiene distintos niveles de complejidad:

• La estructura primaria del ADN es la secuencia de nucleótidos (unidos por enlaces fosfodiéster) de una sola cadena o hebra (simple)
• La estructura secundaria del ADN es la disposición en el espacio de dos cadenas o hebras de nucleótidos en doble hélice, con las bases nitrogenadas enfrentadas y unidas mediante puentes de hidrógeno. Esta estructura se caracteriza por:

- Las cadenas son antiparalelas, es decir, tienen sentido opuesto 5`-3' y 3`-5'.

- Las cadenas se enfrentan por sus bases nitrogenadas uniéndose por puentes de hidrógeno (enlaces débiles). Siempre entre una base púrica y otra pirimidínica complementarias (A=T 2 y G=C 3).

- La doble cadena se enrolla de forma de hélice dextrógira, es decir, gira hacia la derecha.

- Las bases nitrogenadas se sitúan hacia el interior de la hélice (peldaños), las pentosas y fosfatos forman la estructura (pasamanos)

• La estructura terciaria y cuaternaria que tiene que ver con el empaquetamiento del ADN combinándose con proteínas para formar la cromatina y cromosomas respectivamente.

Tarea 13. Conteste las siguientes cuestiones:

a) Identifique a qué tipo de macromolécula pertenecen los esquemas A y B. 

b) Identifique las moléculas señaladas con los números 1, 2, 3, 4 y 5) Indique de manera razonada una característica que permita diferenciar entre A y B. 

c) Indique todos los compartimentos de la célula procariota y de la célula eucariota donde se localiza la molécula “B”. 

d) ¿Qué representan las líneas punteadas de la macromolécula “B”? 

e) ¿Qué tipo de enlace es el señalado como 6? 

Tarea 14. Descubrimiento de la molécula de ADN. Busca información sobre su descubrimiento. Debes nombrar a Rosalind Franklin, Watson y Crick.

Estructura del ARN

El ácido ribonucleico o ARN está formado por nucleótidos de ribosa (D-Ribosa), con las bases nitrogenadas adenina, guanina, citosina y uracilo. No tiene, pues, timina como el ADN. La unión de los ribonucleótidos se realiza mediante enlaces fosfodiéster.

Su estructura se caracteriza por:

• Es monocatenario (una sola cadena), excepto en algunos virus (retrovirus).
• Tamaño mucho menor que el del ADN.
• Además de localizarse en el núcleo, también se localiza en el citoplasma.
• Puede plegarse formando estructuras 3D. Las vemos a continuación:

Tipos de ARN.

• El ARN mensajero (ARNm). Transporta la información desde el ADN (gen) del núcleo hasta el citoplasma (para su traducción a proteínas).
• El ARN ribosómico (ARNr). Se asocia a proteínas para formar los Ribosomas.
• El ARN transferente (ARNt). Transporta los aa a los ribosomas colocándolos según indica el ARNm para sintetizar proteínas. Presenta una estructura secundaria en forma de hoja de trébol.

DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR.

REPLICACIÓN.

Proceso por el cual una molécula de ADN (cromosoma) se DUPLICA, generando dos copias exactamente iguales. Proceso que se lleva a cabo antes de la división celular. Pasos:

1. En un determinado punto, la doble hélice se abre y las dos cadenas se separan. Esto zona se llama horquilla de replicación.
2. Cada cadena sirve de molde para la fabricación de la nueva complementaria. Por tanto, la replicación es semiconservativa (el resultado será una molécula de ADN nueva y otra antigua).
3. La enzima encargada de añadir los nuevos nucleóticos (A-T y G-C) de forma complementaria se llama ADN Polimerasa.

TRANSCRIPCIÓN.

Proceso por el que un fragmento de ADN llamado GEN (contiene información para un carácter hereditario, de una proteína) se copia en forma de una molécula de ARNm.

La transcripción tiene lugar en el núcleo de la célula eucariota gracias a una enzima llamada ARN Polimerasa que añade los nucleótidos complementarios (donde A-U, T-A, G-C, C-G) a medida que lee la secuencia genética/gen/ADN formando el ARNm.

OJO. En la transcripción, una cadena molde de ADN va siendo transcripta por una ARN polimerasa en la dirección 3'→5',​ comenzando a nivel de la región promotora, esta ARN polimerasa. La polimerasa de ARN va añadiendo nucleótidos y construye el transcripto primario en la dirección 5'→3

TRADUCCIÓN O SINTESIS DE PROTEÍNAS.

Proceso por el cual se sintetiza una proteína con una determinada secuencia de aa, a partir de la información contenida en un ARNm (por tanto, de una determinada secuencia de ADN, de un GEN).

La traducción tiene lugar en el citoplasma y RER mediante los RIBOSOMAS, que son capaces de leer la información del ARNm codificada en tripletes de nucleótidos = codones y unir los aa (enlace peptídico aa1-aa2-...) según la complementariedad de los codones de ARNm con los anticodones ARNt. Cada ARNt lleva un aa específico.

De este manera, el ribosoma, transforma la secuencia de nucleótidos del ARNm en una secuencia de aa, es decir, de una proteína según dicte el código genético.

CÓDIGO GENÉTICO

Es el conjunto de instrucciones que contiene el ADN para poder sintetizar proteínas. Este se caracteriza por:

1. Es un código de tres letras. Cada secuencia de tres nucleótidos = triplete o CODÓN codifica para un aminoácido. Hay 61 triplete para 20 aa.
2. Incluye un triplete o codón de inicio (AUG) y tres de terminación (UAA, UAG, UGA) que no codifican, lógicamente, para un aminoácido. Por tanto, hay 64 tripletes en total.
3. El código es degenerado, es decir, todos los aminoácidos, excepto la metionina, están codificados por más de un triplete.
4. Es UNIVERSAL, todos los seres vivos lo comparten.

Severo Ochoa y Margarita Salas - El código genético.

Tarea 15. Los ácidos nucleicos son vitales para el funcionamiento de la célula, y por lo tanto para la vida.

a.- ¿Cuál es la composición química de los nucleótidos?

b.- ¿Cómo se llama el enlace entre nucleótidos en el ADN?

c.- Nombra las funciones de los tres tipos de ARN.

Tarea 16. El esquema representa uno de los mecanismos básicos de la Biología Molecular.

a.- ¿Cómo se denominan los pasos A y B señalados por las flechas?

b.- ¿Qué tipo de ARN participa y está presente en el esquema?

c.- Indica la secuencia de la hebra 5´→3´del ADN.

d.- Indique la secuencia de la molécula de ARN.

Tarea 17. En relación con la siguiente figura contesta a las siguientes preguntas:

a) ¿A qué moléculas corresponden los dibujos indicados con 1, 2 y 3?

b) ¿Qué procesos se representan en esta figura y dónde tienen lugar dentro de la célula?

Tarea 18. Es habitual que se te plantee en el examen un ejercicio en el que, a partir de una cadena de ADN, tengas que deducir el ARN generado en el proceso de transcripción y la cadena de aminoácidos que se produzca en la traducción haciendo uso del código genético.

Si la hebra codificante (la que copia la ARN Pol) de un oligonucleótido de DNA es la siguiente:

5´- ATTAGCCGAATGATT - 3´

a) Escriba la secuencia de la hebra molde (complementaria) del DNA.

b) Escriba la secuencia del mRNA.

c) ¿Cuántos aminoácidos codifica dicha hebra? Indica el nombre y secuencia de los mismos haciendo uso del código genético.

Solución

• Repite el ejercicio anterior con la siguiente secuencia de ADN que copia la ARN Polimerasa para construir el ARNm.

5'- ACGGGTTACTATATATATGGCGACT - 3'

• Utilice el código genético para indicar la cadena peptídica originada a partir del siguiente ARN mensajero: 5’- A U G G U A C C C A A G - 3'

• Por último:

Las fronteras de la vida: virus, viroides y priones.

Existen entidades biológicas carentes de estructura celular, no se alimentan, ni crecen, ni se reproducen por si solas (necesitan parasitar una célula). Son pues, formas acelulares que se encuentran en la frontera entre los vivo y lo inerte. Estos son los virus, viroides y priones.

• LOS VIRUS.

Son agentes infecciosos y parásitos intracelulares obligados.

Formados por ácidos nucleicos (ADN o ARN de cadena simple o doble) y proteínas (forman una cubierta = cápsida que protege al genoma. Algunos pueden presentar membrana lipídica que rodea la cápsida, caso del VIH.

Los virus están allí donde hay seres vivos. Existen virus que parasitan a todos los seres de los distintos reinos (bacteria, se denominan bacteriófagos - estructura)

• LOS VIROIDES.

Son agentes patógenos que infectan a plantas.

Son más sencillos que los virus ya que no poseen cápsida ni envoltura lipídica. Solo están formados por ARN de cadena simple circular cerrada con forma de bastón. VER

• PRIONES.

Son agentes infecciosos formados únicamente por una proteína que presenta alteraciones en su estructura 3D. Modifica el plegamiento de la estructura de la proteína nativa o normal que se transforma en prion. Se forman pues agregados de proteínas no funcionales que causan la enfermedad (por ejemplo, la enfermedad de las vacas locas - encefalopatías espongiformes de mamíferos).

Tarea 19. Responde a las siguientes preguntas sobre formas acelulares.

• ¿Qué son los virus? ¿Qué nivel de organización crees que alcanza?
• ¿Qué componentes forman parte de la estructura de un virus?
• ¿Qué diferencia hay entre virus y viroides?
• ¿Qué son los priones? 

PRÁCTICA por determinar.