Fatouh - 3er Ano - Biomoleculas 2009

Prof. Alejandro Fatouh 3ro 3ra Y 3ro 5ta TM Composición Química De La Materia Viva Introducción: Todo lo que hay a nuestro alrededor está formado por grupos de átomos unidos que forman conjuntos llamados moléculas. Los átomos que se encuentra en una molécula se mantienen unidos debido a que comparten o intercambian electrones. Las moléculas están hechas de átomos de uno o más elementos. Algunas moléculas están hechas de un sólo tipo de átomo. Por ejemplo, dos átomos de oxígeno (O) se unen para formar una molécula de O2, la parte del aire que necesitamos para respirar y vivir. Otras moléculas son muy grandes y complejas. Por ejemplo, las moléculas de proteína contienen cientos de átomos. Aún las moléculas muy grandes son tan pequeñas que no seríamos capaces de verlas. Pero cuando cientos de moléculas se encuentran juntas, podrían estar en forma de un vaso de agua, el árbol de un bosque, la pantalla de la computadora; dependiendo del tipo de moléculas que sean. Aún cuando una pelota de fútbol esté inmóvil, las moléculas en ella se están moviendo constantemente. Quizás sean muy pequeñas para poder verlas, pero las moléculas están en constante movimiento, y se moverán más rápidamente a medida que la temperatura aumente.

Fig. - Una representación de las moléculas de agua. Las pelotitas más pequeñas son los átomos de hidrógeno, y las más grandes, son los átomos de oxígeno. Átomos y moléculas La materia, incluso la que constituye los organismos más complejos, está constituida por combinaciones de elementos. En la Tierra, existen unos 92 elementos. Muchos son muy conocidos, como el carbono, que se encuentra en forma pura en el diamante y en el grafito; el oxígeno, abundante en el aire que respiramos; el calcio, que utilizan muchos organismos para construir conchas, cáscaras de huevo, huesos y dientes, y el hierro, que es el metal responsable del color rojo de nuestra sangre. La partícula más pequeña de un elemento es el átomo. Los átomos, a su vez, están constituidos por partículas más pequeñas: protones, neutrones y electrones.

Fig. – Modelo de un Átomo de Oxígeno. Se pueden observar protones y neutrones en el núcleo y electrones girando en orbitas a su alrededor. En la actualidad, los físicos explican la estructura del átomo por medio del modelo orbital. Los átomos son las piezas fundamentales de toda la materia viva y no viva. Aun así, son muy pequeños y constituyen un espacio eminentemente vacío. Los electrones se mueven alrededor del núcleo a una gran velocidad. 1

Las partículas formadas por dos o más átomos se conocen como moléculas que se mantienen juntas por medio de enlaces químicos. Dos tipos comunes son los enlaces iónicos y los enlaces covalentes. Las reacciones químicas involucran el intercambio de electrones entre los átomos y pueden representarse con ecuaciones químicas. Tres tipos generales de reacciones químicas son: a. la combinación de dos o más sustancias para formar una sustancia diferente, b. la disociación de una sustancia en dos o más, y c. el intercambio de átomos entre dos o más sustancias. Las sustancias formadas por átomos de dos o más elementos diferentes, en proporciones definidas y constantes, se conocen como compuestos químicos. Los seres vivos están constituidos por los mismos componentes químicos y físicos que las cosas sin vida, y obedecen a las mismas leyes físicas y químicas. Seis elementos (C, H, N, O, P y S) constituyen el 99% de toda la materia viva. Los átomos de estos elementos son pequeños y forman enlaces covalentes estables y fuertes. Con excepción del hidrógeno, todos pueden formar enlaces covalentes con dos o más átomos, dando lugar a las moléculas complejas que caracterizan a los sistemas vivos. En los seres vivos la materia se ordena en los llamados niveles de organización biológica. Cada nivel, desde el subatómico hasta el de la biosfera, tiene propiedades particulares -o emergentes- que surgen de la interacción entre sus componentes. Los Átomos El núcleo de un átomo contiene protones cargados positivamente y -a excepción del hidrógeno, (1H)neutrones, que no tienen carga. El número atómico es igual al número de protones en el núcleo de un átomo. El peso atómico de un átomo es, aproximadamente, la suma del número de protones y neutrones existentes en su núcleo. Las propiedades químicas de un átomo están determinadas por sus electrones (partículas pequeñas, cargadas negativamente), que se encuentran fuera del núcleo. El número de electrones en un átomo es igual al número de protones y determina el número atómico.

Fig. – Diferentes elementos que forman la tabla periódica Todos los átomos de un elemento determinado tienen el mismo número de protones en su núcleo. En algunas ocasiones, sin embargo, diferentes átomos del mismo elemento contienen diferentes números de neutrones. Estos átomos que, por lo tanto, difieren entre sí en sus pesos atómicos, pero no en sus números atómicos, se conocen como isótopos del elemento. Los núcleos de los diferentes isótopos de un mismo elemento contienen el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones. Así, los isótopos de un elemento tienen el mismo número atómico, pero difieren en sus pesos atómicos. Enlaces y moléculas Cuando los átomos entran en interacción mutua, se forman partículas nuevas más grandes. Estas partículas constituidas por dos o más átomos se conocen como moléculas y las fuerzas que las mantienen unidas se conocen como enlaces. Hay dos tipos principales de enlaces: iónico y covalente. Los enlaces iónicos se forman por la atracción mutua de partículas de carga eléctrica opuesta; esas partículas, formadas cuando un electrón salta de un átomo a otro, se conocen como iones. Este es el caso de la interacción 2

del sodio (Na) con el cloro (Cl) que forma cloruro de sodio a través de un enlace iónico. Estos enlaces pueden ser bastante fuertes pero muchas sustancias iónicas se separan fácilmente en agua, produciendo iones libres.

Fig. – Molécula de NaCl (cloruro de sodio) mostrando el enlace iónico. Muchos iones constituyen un porcentaje ínfimo del peso vivo, pero desempeñan papeles centrales. El ion potasio (K+) es el principal ion con carga positiva en la mayoría de los organismos, y en su presencia puede ocurrir la mayoría de los procesos biológicos esenciales. Los iones calcio (Ca2+), potasio (K+) y sodio (Na+) están implicados todos en la producción y propagación del impulso nervioso. Además, el Ca2+ es necesario para la contracción de los músculos y para el mantenimiento de un latido cardíaco normal. El ion magnesio (Mg2+) forma parte de la molécula de clorofila, la cual atrapa la energía radiante del Sol en algunas algas y en las plantas verdes. Los enlaces covalentes están formados por pares de electrones compartidos. En los enlaces covalentes, el par de electrones compartidos forma un orbital nuevo. En un enlace de este tipo, cada electrón pasa parte de su tiempo alrededor de un núcleo y el resto alrededor del otro.

Fig. – Molécula de CO2 (Dióxido de Carbono) formada a partir de enlaces covalentes La capacidad de los átomos de carbono para formar enlaces covalentes es de extraordinaria importancia en los sistemas vivos. Un átomo de carbono tiene cuatro electrones en su nivel energético exterior. Puede compartir cada uno de estos electrones con otro átomo, formando enlaces covalentes hasta con cuatro átomos. Los enlaces covalentes formados por un átomo de carbono pueden hacerse con cuatro átomos diferentes (los más frecuentes son hidrógeno, oxígeno y nitrógeno) o con otros átomos de carbono. Elementos Biológicamente Importantes Los elementos son, por definición, sustancias que no pueden ser desintegradas en otras sustancias por medios químicos ordinarios. De los 92 elementos naturales de la Tierra, sólo seis constituyen aproximadamente el 99% de todos los tejidos vivos. Estos seis elementos son el carbono, el hidrógeno, el nitrógeno, el oxígeno, el fósforo y el azufre, a los cuales se los conoce con la sigla CHONPS. Sin embargo, no son los elementos más abundantes en la superficie de la Tierra. ¿Por qué, cuando la vida se organizó y evolucionó, fueron estos elementos tan importantes? Una clave es que los átomos de todos estos elementos, generalmente forman enlaces covalentes, produciendo moléculas muy estables. Más aun, con excepción del hidrógeno, los átomos de todos estos elementos pueden formar enlaces con dos o más átomos, haciendo posible la constitución de las moléculas grandes y complejas esenciales para las estructuras y funciones de los sistemas vivos. Fig. – Los elementos básicos que forman alos seres vivos en general, y considerando tres organismos determinados: el hombre, la alfalfa y las bacterias.

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Características Generales De La Química De Los Seres Vivos: Todos los organismos que existen en la actualidad tienen en común algunas reacciones químicas básicas, partiendo de la base de que todos ellos comparten la composición del programa (ácidos nucleicos) y la maquinaria (proteínas y mecanismos para la producción de éstas). La unidad bioquímica es un reflejo del parecido de los tipos de macromoléculas que hay en los organismos. Todos los organismos se componen de células, que es una unidad en cuyo citoplasma se realizan las reacciones químicas necesarias para la vida. La célula posee la capacidad de regular la concentración de los materiales esenciales de manera que puedan tener lugar las reacciones químicas necesarias para la vida, aún cuando las concentraciones externas sean desfavorables. Para este fin, están rodeadas por membranas que retienen, concentran o eliminan de forma selectiva algunas sustancias. Los organismos pueden ser procariotas (bacteria, algas cianofitas), que tienen células de organización mas sencilla, que constan de una pared (no siempre), membrana, ciertas estructuras celulares y algunas zonas interiores más hidratadas donde se encuentra el ADN o eucariotas con células mas complejas con un citoplasma o matriz viscosa de la célula con un núcleo provisto de una envoltura membranosa atravesada por muchos poros, con mitocondrias donde se utiliza el oxígeno para obtener energía, una red de membranas interiores donde se producen reacciones químicas cómo la fabricación de proteínas, y otras estructuras relacionadas con la entrada y salida de sustancias que se transforman en el interior de la célula. Los Bioelementos: Los bioelementos o elementos biogénicos son los elementos químicos que constituyen los organismos vivos. Existen unos 25 que son esenciales para los organismos. Se pueden clasificar en dos grupos: Los Bioelementos Primarios o Plásticos: Son C, H, O, N, P y S. Son indispensables para la formación de las biomoléculas y son abundantes porque forman uniones químicas estables. Los Bioelementos Secundarios: Pueden ser indispensables como el Ca, Na, K, Mg, K, Cl, Fe, Si, Cu, Mn, B, F e Y; o variables como el Br, Zn, Ti, V y Pb. Los elementos que se encuentran en proporciones inferiores al 0,1% se llaman oligoelementos y cumplen funciones catalizadoras. La falta de ellos provoca diversas patologías en los organismos. El Na y K son fundamentales en la transmisión nerviosa; el Ca forma esqueletos de animales y caparazones, y como ion actúa en mecanismos de contracción muscular, el Mg compone enzimas y el pigmento de la clorofila, el Fe es necesario para sintetizar hemoglobina y citocromos (enzimas de la respiración celular), el I para la hormona tiroidea, el Cu para formar hemocianina (pigmento respiratorio en animales acuáticos), el Co para la vitamina B12; F en el esmalte de dientes y uñas, el Si para formar caparazones y rigidez a tallos, etc. Las Biomoléculas: Las Biomoléculas son las sustancias que forman la materia viva. Pueden ser simples (las moléculas están formadas por átomos del mismo tipo) o compuestos (hay átomos de diferentes elementos). Los compuestos pueden ser inorgánicos (agua, sales minerales y CO2) u orgánicos (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos). Las biomoléculas pueden tener función estructural (proteínas, sales minerales o lípidos), función energética cómo las grasas o función catalizadora o enzimática, como las enzimas. 4

El Agua El Agua es la sustancia química más abundante en la materia viva. El agua se encuentra en la materia como agua circulante en la sangre, intersticial entre las células o intracelular como en el citoplasma y las organelas celulares. El agua, puede ser obtenida por los organismos o bien directamente del exterior, o a partir de reacciones bioquímicas (agua metabólica). El agua es líquida a temperatura normal, debido a que en la molécula de agua los dos electrones de los dos H están desplazados hacia el átomo de O, por lo que en la molécula aparece un polo - y otro polo +, es decir forman un dipolo. Entre los dipolos del agua hay fuerzas de atracción llamadas Puentes de Hidrógeno, por la que se juntan hasta unas 9 moléculas y así el agua se comporta como líquido. Estas agrupaciones duran fracciones de segundo, por lo que es fluida.

Fig. - Molécula de agua mostrando su estructura dipolar. Características Fundamentales Del Agua: * Tiene una elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas gracias a los Puentes de Hidrógeno, lo que hace que tenga una elevada tensión superficial. * Posee un elevado calor específico, por lo que hace falta mucha energía para elevar su temperatura, lo que la convierte en estabilizador térmico del organismo frente a los cambios bruscos de temperatura del ambiente * Posee un elevado calor de vaporización, ya que para pasar de líquido a gaseoso hay que romper todos los puentes de hidrógeno * Tiene mayor densidad en estado líquido que en estado sólido * Es un gran disolvente lo que le permite ser el vehículo de transporte y el medio dónde se realizan todas las reacciones químicas del organismo. Las funciones que desempeña el agua en los seres vivos son: Función disolvente de las sustancias, Función bioquímica, de transporte de las sustancias por y hacia el organismo, estructural (las células sin pared celular rígida se mantienen “armadas” gracias a la presión del agua interna), mecánica, amortiguadora como en las articulaciones, y termorreguladora por su calor específico. Las Sales Minerales: Las Sales Minerales se pueden encontrar disueltas como iones (Na+, K+, Ca2+ y Mg+; Cl-, NO3-,, HCO3-, SO42-, PO43- y CO32-), o precipitadas formando estructuras sólidas con función esquelética. Los iones mantienen su grado de salinidad constante en el organismo y ayudan a mantener el pH. La variación en el equilibrio iónico provoca alteraciones en la permeabilidad, excitabilidad y contractilidad de las células. Las sustancias minerales asociadas a moléculas orgánicas suelen encontrarse junto a proteínas, lípidos o glúcidos. Las principales funciones de las sustancias minerales son formar estructuras esqueléticas, estabilizar dispersiones coloidales, mantener la salinidad en el medio interno, constituir soluciones amortiguadoras y las acciones específicas que cada ion realiza. Los Hidratos De Carbono O Glúcidos O Azúcares: Los Glúcidos son biomoléculas formadas por C, H y O en una proporción de CnH2nOn, por lo que también se les llama Hidratos de Carbono o Carbohidratos. Los glúcidos constituyen una de las bases orgánicas de la vida, y su proporción en las plantas es mayor que en los animales. Realizan dos funciones principales; Energética (la Glucosa se puede considerar como la moneda energética, y la sacarosa, almidón, etc., pueden considerarse como forma de almacenar glucosas) o 5

Estructural (destacan la celulosa en los vegetales, quitina en los artrópodos, ribosa y desoxirribosa en ácidos nucleicos); aunque también hay glúcidos que realizan funciones específicas como antibióticos, vitamina, anticoagulante (heparina), hormonal, enzimática, inmunológica, etc. Los glúcidos pueden estar organizados como Monosacáridos, Disacáridos (asociación de 2 monosacáridos), Oligosacáridos (formados por la unión de 2-10 monosacáridos) y Polisacáridos (formados por mas de 10 monosacáridos). Monosacáridos: Son glúcidos de 3-8 átomos de C. Son sólidos cristalinos y solubles en agua Destacan la ribosa y la desoxirribosa, glucosa, manosa, galactosa, fructosa. La glucosa es el glúcido más abundante, y tiene funciones energéticas formando el almidón o glucógeno o función estructural formando la celulosa. La fructosa se encuentra libre en la fruta y asociada con la glucosa formando sacarosa. Tiene el mismo poder alimenticio que la glucosa. Oligosacáridos: Son glúcidos que provienen de la unión de 2-10 monosacáridos. Destacan la Maltosa la Lactosa, Sacarosa, Ribosa y Desoxirribosa. Fig. – Dos oligosacáridos que forman parte de los ácidos nucleicos Polisacáridos: Están formados por la unión de muchos monosacáridos. Destacan el almidón, glucógeno, celulosa, quitina. El glucógeno está en los animales en el interior de la célula, encontrándose en el hígado y en los músculos. La celulosa está en los vegetales y tiene función esquelética. El almidón es un polisacárido de reserva propio de los vegetales. Esta formado por miles de moléculas de glucosa, que forman depósitos energéticos en las semillas y tubérculos. Los Lípidos. Los Lípidos son moléculas orgánicas compuestos por C, O y H, aunque algunos tienen también P, N y S. Son un grupo de sustancias heterogéneas que son insolubles en disolventes polares (agua, alcohol) y solubles en disolventes no polares (acetona, benceno, solventes minerales). Los lípidos no polimerizan, es decir no forman polímeros. Se dividen en ácidos grasos (saturados e insaturados), lípidos saponificables (poseen ácidos grasos) y lípidos insaponificables. Cumplen función de Reserva (son la principal reserva energética del organismo debido a la oxidación de los ácidos grasos en las mitocondrias, almacenándose en la grasa corporal), función Estructural (forman parte de membranas plasmáticas y organelas con membranas), recubren tejidos y le dan consistencia, cumplen funciones de Protección Térmica y Protección Mecánica y Función Dinámica o biocatalizadora (las vitaminas lipídicas, esteroides, ácidos biliares y prostaglandinas). Los ácidos grasos tienen un comportamiento anfipático, ya que tiene una zona hidrófila y otra hidrofóbica (o lipofílica). Este comportamiento anfipático hace que los ácidos grasos se dispersen en agua formando micelas monocapas o bicapas. Los Lípidos saponificables son con los que se puede fabricar jabón ya que contienen ácidos grasos que pueden ser liberados por hidrólisis. Pueden ser: Lípidos Saponificables Simples: Contienen C, O y H, por lo que también se llaman lípidos glicéridos, grasas neutras o grasas simples. Si los ácidos grasos que lo forman son insaturados, es líquido y se llama aceite, y si son saturados, son sólidos y se llama grasa. También podemos incluir aquí a las ceras. Son moléculas poco densas por lo que flotan en agua siendo saponificables. Cumplen funciones de reserva energética en el organismo. Fig. - Representación esquemática de un fosfolípido. En la misma se distinguen una cabeza polar (grupo fosfato + grupo polar) y dos colas no polares (cadenas de ácidos grasos). Dado entonces que los fosfolípidos son anfipáticos, con cabezas hidrosolubles y colas insolubles en agua, tienden a formar una fina película en la superficie, con sus colas extendidas encima del agua. Cuando están rodeadas por agua, los fosfolípidos se disponen espontáneamente formando miscelas. En este tipo de estructuras las colas forman una fase hidrofóbica interna, mientras que las cabezas hidrofílicas están expuestas a la superficie.

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Lípidos Saponificables Complejos: Son los que además de C, H y O, tienen N, P, S ó un glúcido. Son moléculas que forman la doble capa lipídica de las membranas citoplasmáticas por lo que también se llaman lípidos de membrana. Son antipáticos y los ejemplos más importantes son los fosfolípidos y esfingolípidos. Los Lípidos Insaponificables son los lípidos que no poseen ácidos grasos. Existen numerosos lípidos de este tipo, por ejemplo los que dan el olor y sabor a las esencias vegetales como la menta, las vitaminas A, E y K, el caucho, etc. Entre los lípidos insaponificables tenemos los Esteroides que son sustancias muy activas que tienen gran importancia en el metabolismo, como el colesterol que sirve para la síntesis de ácidos biliares para la digestión, y vitaminas D para el metabolismo del calcio u hormonas esteroides como la aldosterona que regula las concentraciones de sales en sangre, y el cortisol que regula la síntesis de glucógeno y las hormonas sexuales (progesterona y testosterona). También son insaponificables las Prostaglandinas. Entre sus funciones destaca la coagulación de la sangre, dolor e inflamación, fiebre, regulación de la presión sanguínea, secreción gástrica y la regulación del aparato reproductor femenino e iniciación del parto. Las Proteínas Las Proteínas son moléculas orgánicas compuestas básicamente por C, O, H y N, aunque a veces llevan S o P. Las proteínas son polímeros de aminoácidos (aa; los aminoácidos son compuestos orgánicos que se caracterizan por poseer un grupo -COOH y un grumo amino -NH2.), y pueden estar formadas solo por aa (Holoproteinas, por ejemplo histona, albúmina, colágeno, queratina, elastina), o por aa y otro tipo de molécula orgánica (Heteroproteínas, por ejemplo glucoproteinas, lipoproteínas o nucleoproteínas). Las proteínas llevan a cabo numerosas funciones de gran importancia: Función Estructural: a nivel celular, las glucoproteínas en las membranas plasmáticas, las proteínas de los microtúbulos del citoesqueleto de los cilios y los flagelos, histonas para la cromatina y a nivel histológico, las queratinas en las formaciones dérmicas, elastina en tejidos reticulares, colágeno en los tejidos. Fig. - Tabla que muestra los 20 aminoácidos más comunes que intervienen en la formación de proteínas Función de Transporte: las permeasas regulan el paso de moléculas a través de la membrana celular, los pigmentos respiratorios como la hemoglobina que transportan el O en la sangre, otras transportan sustancias por el torrente circulatorio.

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Función Enzimática: las enzimas son las proteínas que tienen acción biocatalizadora específica, es decir intervienen en una reacción química modificando las velocidades de esa reacción. Función Hormonal: son biocatalizadores que actúan por todo el organismo como la insulina, tiroxina. Función de Defensa: las inmunoglobulinas que constituyen los anticuerpos que se asocian a sustancias extrañas o antígenos para neutralizarlas, las proteínas que regulan el pH, y las toxinas que presentan funciones bactericidas frente a otros seres vivos. Función contráctil: la actina y miosina que se asocian para formar miofibrillas, otras que permiten la movilidad celular Función de Reserva: Caseína

Fig. - Niveles de organización de las proteínas. La estructura primaria de una proteína es la secuencia lineal de sus aminoácidos. A causa de interacciones entre estos aminoácidos, la molécula forma espontáneamente una estructura secundaria como la hélice alfa que se ilustra a la izquierda. Las interacciones entre aminoácidos cercanos pueden llevar a la proteína a una estructura terciaria como un glóbulo (derecha). Muchas proteínas globulares, entre ellas la hemoglobina y algunas enzimas, consisten en más de una cadena de aminoácidos. Esta estructura se conoce como estructura cuaternaria. Los Péptidos: Los Péptidos están formados por la unión de aminoácidos (aa) mediante enlaces peptídicos. La unión de dos aa origina un dipéptido, de tres un tripéptido, etc. Cuando el número de aa que forman la molécula del péptido no es mayor de diez, se llama Oligopéptido, y si es superior Polipéptido. Cuando un polipéptido tiene más de cien o el valor de su peso molecular excede de 5000, se denomina Proteína.

Fig. – Estructura de un aminoácido con sus grupos amino y ácido. El Enlace Peptídico es una unión que se establece entre un grupo amino de un aa y un carboxilo de otro, dando lugar al desprendimiento de una molécula de agua. Las Enzimas:

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El metabolismo es el conjunto de una serie de reacciones coordinadas. Las Enzimas desempeñan la función de catalizadores biológicos o biocatalizadores, y tienen como misión acelerar la velocidad de una reacción, ya que las sustancias que intervienen en ellas con muy estables y necesitan mucha energía para que reaccionen entre sí, y entonces la velocidad de reacción sería muy lenta. Las enzimas son proteínas capaces de realizar las reacciones metabólicas. Son solubles en agua y se difunden bien en los líquidos orgánicos. Pueden actuar a nivel intracelular (dónde se forman) o a nivel extracelular (dónde se segregan). Todas las enzimas cumplen dos leyes comunes a todos los catalizadores: durante la reacción no se alteran y no alteran la reacción química, sino que, simplemente favorecen la obtención de producto en menos tiempo. Recordar En toda reacción química se produce una transformación de unas sustancias iniciales llamadas reactivos o sustratos (S) en unas sustancias finales o productos (P). Si se denomina A y B a los reactivos y C, D y E a los productos, se obtiene: A+B Reactivos

C+D+E Productos

Variables que modifican la actividad enzimática: Temperatura: Si la temperatura es excesiva o demasiado baja, la enzima se desnaturaliza perdiendo totalmente sus propiedades y paraliza la actividad enzimática, por lo que existe una temperatura para la cual la actividad enzimática es máxima. pH: Las enzimas tienen dos valores limites de pH entre las que son efectivas, y al traspasar estos limites, la enzima se desnaturaliza. Además, entre estos valores existe un pH óptimo propio de cada tipo de enzima y sustrato, en el cual la enzima posee una máxima eficacia. Concentración de Sustrato: En una reacción enzimática al aumentar la concentración del sustrato (molécula sobre la cual actúa la enzima), para una concentración de enzima constante, se produce un aumento de la velocidad de reacción, hasta un cierto límite. Activadores: Algunos átomos y moléculas favorecen la unión de la enzima con el sustrato. Inhibidores: Son sustancias que disminuyen la actividad y la eficacia de una enzima o la impiden completamente. La inhibición puede ser irreversible o envenenamiento de la enzima o inhibición reversible. Las Vitaminas Las Vitaminas on compuestos orgánicos relativamente sencillos que están en bajísima concentración en las células y el líquido circundante pero que son imprescindibles para la vida. Los animales no suelen ser capaces de sintetizarlas, por lo que se deben obtener a partir de los alimentos, a veces como provitaminas, o sea moléculas que el metabolismo del animal transforma después en vitaminas. Vitamina quiere decir que son moléculas vitales, o sea, imprescindibles para la vida, y a que la primera que se aisló tenía grupos amino. Las vitaminas actúan en conjunto con las enzimas, favoreciendo la actividad de estas. Los animales requieren ciertas cantidades diarias de cada vitamina, y su alteración puede producir trastornos en los procesos metabólicos, ya sean avitaminosis, hipovitaminosis e hipervitaminosis. Las vitaminas son sustancias lábiles, ya que se alteran con facilidad o resisten mal los cambios de temperatura y los almacenamientos prolongados. Pueden ser Vitaminas liposolubles (A, D, E y K) o hidrosolubles (B, C). Los Ácidos Nucleicos Los Ácidos Nucleicos son sustancias con carácter químico de ácido, que se encontraron por primera vez en el núcleo celular. Están compuestos por C, H, O, N y P, son polímeros de elevado peso molecular, y por hidrólisis se pueden separar sus constituyentes que son el ácido fosfórico, una pentosa (Ribosa para el ARN o Desoxirribosa para el ADN) y varios tipos de compuestos nitrogenados llamadas bases nitrogenadas. Las bases nitrogenadas pueden ser púricas que son derivadas de la purina (Guanina y Adenina) o pirimidínicas que derivan de la pirimidina (Uracilo que sólo está en el ARN, Timina que sólo está en el ADN y Citosina). La unión entre una pentosa y una base nitrogenada da lugar a un nucleósido. Los nucleótidos se forman por la unión de un nucleósido con una molécula de ácido.

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Los ácidos nucleicos son polinucleótidos portadores de toda la información biológica, que se transmite de generación en generación a través del ADN (Algunos virus ARN) por lo que éste es el portador del mensaje genético. La presencia de ADN en el núcleo y en los cromosomas fue lo que hizo sospechar que la información genética estaba en esa molécula, pero también se dedujo porque la cantidad de ADN en las células de individuos de la misma especie es constante. Fig. - Estructura de una porción de una cadena de una molécula de ADN y otra de ARN. Nótese la secuencia repetida azúcar - fosfato - azúcar - fosfato que constituye la columna vertebral de la molécula desde donde se proyectan lateralmente las bases nitrogenadas. La secuencia de bases varía de una molécula de ADN a otra. Químicamente, el ARN es muy similar al ADN, pero existen diferencias en sus nucleótidos: el ARN posee un azúcar ribosa y el ADN desoxirribosa. La otra diferencia es que, en lugar de timina, el ARN contiene uracilo. La tercer diferencia, muy importante, entre ambos ácidos nucleicos, es que el ARN suele ser una cadena simple, el ADN en cambio posee una doble cadena con estructura helicoidal regular.

El Ácido Desoxirribonucleico (ADN o DNA) está formado por nucleótidos de Adenina, Guanina, Citosina y Timina. En las células eucariotas, el ADN está en el núcleo, mitocondrias y cloroplastos.

Fig. - Esquema de doble cadena de una porción de la molécula de ADN. Se observa que consta de dos cadenas con las bases complementarias A-T y C-G y viceversa, apareadas por enlaces puente de hidrógeno y situadas en el interior, mientras que el esqueleto formado por las pentosas y los fosfatos quedan hacia el exterior. Así es la estructura helicoidal de doble cadena del ADN, según el modelo de Watson y Crick (1953)

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El ADN nuclear está asociado a proteínas llamadas nucleoproteínas (histonas) y el ADN de las mitocondrias y los cloroplastos es similar al de las células procariotas, que está asociado a proteínas semejantes a las histonas, a ARN y a proteínas no histónicas, formando una condensación llamada nucleoide que no tiene envoltura. En el ADN se distinguen tres niveles estructurales: 1ª o secuencia de nucleótidos, 2ª o doble hélice y 3ª o ADN superenrrollado. Para que el ADN quepa en el núcleo, está muy empaquetado. Estructura primaria del ADN: Es la secuencia de nucleótidos de una sola cadena o hebra que puede presentarse como un simple filamento extendido o bien algo doblado en sí mismo. El número de hebras que se pueden formar combinando las cuatro bases, es grandísimo, y si se consideran estas innumerables combinaciones posibles, se puede comprender cómo a través de la secuencia de bases nitrogenadas es posible estructurar una determinada información, el llamado mensaje biológico o información genética. Estructura secundaria del ADN: Es la disposición en el espacio de dos hebras o cadenas de polinucleótidos en doble hélice, con las bases nitrogenadas enfrentadas y unidas mediante puentes de hidrógeno. Estructura terciaria o ADN superenrrollado: Se da a veces en el ADN bacteriano, y aparece debido a las tensiones que surgen cuando varía el número de vueltas de doble hélice. El Ácido Ribonucleico (ARN o RNA) está constituido por nucleótidos de ribosa con las bases A,G,C y U. Está casi siempre formado por una sola hebra (monocatenario) excepto en los reovirus. Existen ARN con función enzimática, por lo que pudieron ser las primeras moléculas capaces de autoduplicarse. Los ARN se clasifican en ARN de transferencia o ARNt, ARN mensajero o ARNm, ARN ribosómico o ARNr y ARN nucleolar ARNn. Se encuentra en los virus y en las células procariotas y eucariotas. Funciones De Los Ácidos Nucleicos Las funciones generales de los ácidos nucleicos son: Almacenamiento de la información genética: El ADN en todos los organismos eucariotas, procariotas y en algunos virus, y el ARN en retrovirus son las moléculas encargadas de almacenar el mensaje biológico o información genética. Transmisión de la información genética: El ARN lee la información genética y la transmite para que en otras partes de la célula se realice la síntesis de proteínas, o sea, para que se exprese el mensaje biológico. Además los ácidos nucleicos se ocupan de transmitir la información genética de un individuo a su descendencia. Fuentes: Bibliografía Jerusalinsky, Diana; Cervino, Claudio; Biología: ¿Qué es un ser vivo? Cátedra Jerusalinsky, CBC, 1999 Curtis, Barnes. Biología. Editorial Panamericana. 2007 Starr Taggart. Biología 10ma Edición. Editorial Thomson. 2008 De Robertis-Hib (1998):Fundamentos de Biologia Celular y Molecular. El Ateneo. Buenos Aires Castro et al (1996): Actualizaciones en Biología. Eudeba. Buenos Aires. Sitios de Internet www.bioapuntes.cl alejandrofatouh.blogspot.com http://www.biologia.edu.ar http://www.biocarampangue.dm.cl http://www.biologia.arizona.edu Material Multimedia MS Encarta 2008

Cuestionario de Indagación Ejercicio 1: Complete la siguiente tabla Fórmula Química Sustancia C6 H12 O6 SO4H2 Ácido sulfúrico Amoníaco

Tipo de átomos

Número de átomos

3 de Hidrógeno y 1 de Nitrógeno

Dióxido de carbono

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Ejercicio 2: Conteste las siguientes preguntas: a) ¿Por qué será que nuestras células (y por lo tanto nuestro organismo y el de TODOS los seres vivos) tiene como molécula mas abundante al agua? b) ¿A qué tipos de átomos llamamos anión y a que catión? ¿Qué relación existe entre los iones y las llamadas sales minerales? c) ¿A qué llamamos biomolécula? d) ¿A qué llamamos grupo CHON? ¿Por qué será importante? e) ¿De qué molécula estarán hechos los seres vivos f) ¿A qué se le llamará polímero? ¿Para qué podrán servir los polímeros en un ser vivo? g) ¿Cuáles de las biomoléculas vistas forman polímeros (polimerizan)? h) ¿Qué es un enlace peptídico? i) ¿Por qué los aminoácidos (aa) reciben ese nombre? j) ¿Por qué con solo 20 aminoácidos (aa) pueden sintetizarse millones de proteínas diferentes? k) ¿Qué significa catalizar? l) ¿Qué relación existe entre vitaminas y enzimas? m) ¿A qué llamamos nucleótido? n) Señale las diferencias existentes entre ADN y ARN Ejercicio 3: Las siguientes afirmaciones son falsas. Justifíquelas de manera clara y amplia. Considere que puede haber más de un argumento falso en cada oración. 1- Los seres vivos están compuestos por materia viva que está formada por los mismos elementos químicos que forman la materia mineral, incluyendo gases nobles aunque no elementos radiactivos, por Ej.: C, He, O, N, P y S que son los más importantes formando el 96% de la materia viva y Na, K, Ca, Mg, Po, que sólo forman el 4%. 2- Las biomoléculas pueden ser Orgánicas como los Hidratos de carbono, Proteínas, Ácidos Fosfóricos, Lípidos e Inorgánicas como sales minerales, agua, vitaminas y gases. 3- Los glúcidos más sencillos se llaman polisacáridos y el más importante es la glucosa. 4- Los lípidos se localizan principalmente en la pared celular de las células eucariota. 5- Los lípidos más importantes son las grasas, aceites y péptidos, y sirven como reserva energética. 6- De la unión de muchos aminoácidos se forman polisacáridos, como son el Almidón (animales), Celulosa (vegetales) y Glucógeno (animales) 7- Las proteínas pueden tener función catalizadora (hemoglobina), acelerando la velocidad de reacciones químicas que tienen lugar en las células. Otras tienen función transportadora: las enzimas que transportan oxígeno en la sangre, o función contráctil como la sacarosa. 8- El agua (HO2) es la molécula orgánica más abundante en los seres vivos. 9- El ARN es un tipo de ácido nucleico (ácido desoxinucleico). Lleva desoxirribosa como azúcar y como base nitrogenada Adenina, Citosina, Uranina y Guanina 10- El ADN es la célula que lleva la información genética y es la encargada de transmitir esta información a los descendientes. Su ubicación celular es generalmente en el citoplasma de la célula eucariota. 11- Las biomoléculas se asocian formando los bioelementos de los seres vivos, como lo son el C, H, O y Na,. La mayoría de los seres vivos están formados por células y la célula la unidad elemental que es capaz de realizar todas las funciones vitales 12- Las sales minerales se presentan en forma de iones sin carga. Son biomoléculas orgánicas. 13- La única función que cumplen los Hidratos de Carbono es servir de fuente energética a las células. Son insolubles en agua y en solventes orgánicos y rara vez son sintetizados por los propios seres vivos. 14- Los lípidos son solubles en disolventes polares (agua, alcohol) y poco solubles en disolventes no polares (acetona, benceno, solventes minerales). Los lípidos polimerizan formando fosfolípidos o colesterol. 15- De la unión de 2 monosacáridos se forma un polisacárido. Son ejemplo de monosacáridos la Quitina, Glucosa, Lactosa y Sacarosa 16- Las proteínas están formadas por la unión de unas moléculas más sencillas llamadas nucleótidos mediante enlaces peptídicos. 17- El agua es el soluto básico donde suceden la mayor parte de las reacciones químicas del núcleo de la célula. 18- Las Proteínas son biomoléculas inorgánicas con funciones de reserva de energía. Un ejemplo de ellas es el colesterol. 19- Los Ácidos nucleicos están formados por C, H, O, N y P. Están constituidos por unas subunidades llamadas aminoácidos, cada uno está formado por un azúcar (ribosa o desoxirribosa) y un ácido fosfórico mas una base nitrogenada actina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T) o uracilo (U). 20- El ADN suele presentarse como una doble hélice de cadena simple, tanto en procariotas como en eucariotas. Ejercicio 4: Realice un cuadro comparando hidratos de carbono, lípidos y proteínas respecto a: Características Químicas / Funciones Biológicas / Ejemplos

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