ARN

ARN (Ácido Ribonucleico)

El ARN es la sigla para ácido ribonucleico. Es un ácido nucleico que se encarga de trasladar la información genética del ADN con el fin de sintetizar las proteínas según las funciones y características indicadas.

El ARN está presente en el citoplasma de las células eucariotas y procariotas. Asimismo, el ARN está compuesto por una cadena simple que en ocasiones puede duplicarse.

Está conformado por nucleótidos unidos que forman cadenas. Cada nucleótido está constituido por: un azúcar (ribosa), un grupo fosfato y 4 bases nitrogenadas (adenina, guanina, uracilo y citosina).

El ARN transporta la información genética del ADN para la síntesis de las proteínas necesarias. Es decir, el ARN copia la información de cada gen del ADN y, luego pasa al citoplasma, donde se une al ribosoma para dirigir la síntesis proteica.

El ARN comienza a ser estudiado en el año 1868 por Friedrich Miescher, asimismo, fue la primera persona en investigar el ADN y promover el estudio de los ácidos nucleicos.

La abreviación internacional es RNA por sus siglas en inglés para ribonucleic acid.

Tipos de ARN

En referencia a lo anterior, se puede distinguir la interacción de diversos tipos de ARN en la expresión genética, entre los cuales tenemos:

• ARN mensajero (ARNm): conocido como ARN codificante, posee el código genético que determina el esquema de los aminoácidos para formar una proteína;
• ARN transferencia (ARNt): se encarga de llevar los aminoácidos a los ribosomas con el fin de incorporarlos al proceso de síntesis proteica, asimismo, se encarga de codificar la información que posee el ARN mensajero a una secuencia de proteínas y, por último,
• ARN ribosómico (ARNr): forma parte de los ribosomas y actúa en la actividad enzimática, el mismo se encarga de crear los enlaces peptídicos entre los aminoácidos del polipéptido en el proceso de síntesis de proteínas.

También cabe mencionar el ribozima, que es un tipo de ARN con función catalizadora capaz de llevar a cabo su autoduplicación cuando hay ausencia de proteínas.

Esta característica es de gran importancia, ya que tiene que ver con la hipótesis de que el ARN fue una de las primeras formas de vida, previo al ADN, y que posibilitó que se formara la primera célula, puesto que contiene información genética almacenada y puede autoduplicarse.

ADN

ADN (Ácido Desoxirribonucleico)

El ADN es la macromolécula base de la herencia. Es un ácido nucleico que contiene la información de las características hereditarias de cada ser vivo y las secuencias para la creación de aminoácidos que generarán las proteínas vitales para el funcionamiento de los organismos.

El ADN se encuentra en las células procariotas (sin núcleo celular definido), el ADN se encuentra en el citosol, junto con los otros elementos que flotan en ella. por lo tanto. su replicación es inmediata, es decir no necesita recurrir a otros procesos para transmitir la información genética en el momento de la división celular.

En las células eucariotas (con núcleo celular definido), el ADN se encuentra ubicado en el núcleo celular. Existen 2 formas en que el ADN transmite la información genética en su interior:

Antes de la división celular: esta se replica y es empaquetada con otras moléculas y proteínas formando una molécula más grande denominada cromosoma. De esta manera, durante la mitosis, las 2 células hijas llevarán una copia del ADN original.

Para la traducción o síntesis de proteínas: la información de las secuencias de 3 bases nitrogenadas (codón) que determinarán las funciones de las proteínas del ADN de cada organismo necesitan del ácido ribonucleico mensajero (ARNm) para viajar seguros hacia fuera del núcleo, hacia los ribosomas.

El ADN está formado por desoxirribonucléotidos, cadenas de nucléotidosdonde cada unidad, a su vez, está constituido por 3 partes:

1. una molécula de azúcar de 5 carbonos (desoxirribosa para el ADN y ribosa para el ARN),
2. un grupo fosfato y,
3. 4 bases nitrogenadas (Adenina, Guanina, Citosina y Timina

Nucleotidos

NUCLEÓTIDOS

Los nucleótidos son moléculas orgánicas formadas por la unión covalente de un monosacárido de cinco carbonos, una base nitrogenada y un grupo fosfato.

En el ADN, el azúcar de 5 carbonos es desoxirribosa, mientras que en el ARN, el azúcar de 5 carbonos es ribosa. Esto da sus nombres al ADN y al ARN; el nombre completo del ADN es ácido desoxirribonucleico, y el ARN es ácido ribonucleico.

El ADN y el ARN contienen toda la información genética necesaria para que las células funcionen. En el ADN y el ARN, muchos nucleótidos se unen para formar largas hebras en una estructura llamada doble hélice. El grupo de fosfato y el azúcar de 5 carbonos componen la espina dorsal de la doble hélice, mientras que las bases nitrogenadas se encuentran en el centro y están unidas entre sí.

TIPOS DE BASES NITROGENADAS:
Los cinco tipos de bases nitrogenadas que se encuentran en los nucleótidos se llaman adenina, citosina, guanina, timina y uracilo. A menudo se abrevian como A, C, G, T y U.

Adenina

La adenina es una purina, que es una de las dos familias de bases nitrogenadas. Las purinas tienen una estructura de doble anillo. En el ADN, la adenina se une con la timina. En el ARN, la adenina se une con el uracilo.

Citosina

La otra familia de bases nitrogenadas son las pirimidinas. La citosina es una pirimidina; sólo tiene un anillo en su estructura. La citosina se une con la guanina tanto en el ADN como en el ARN.

Guanina

Como la adenina, la guanina es una purina; tiene un doble anillo. Se une con la citosina en el ADN y el ARN.
guanin

Timina

Al igual que la citosina, la timina es una pirimidina y tiene un anillo. Se une con adenina en el ADN. La timina no se encuentra en el ARN.

Uracil

Uracil es también una pirimidina. Se une con la adenina en el ARN; no se encuentra en el ADN.

Funciones de los Nucleótidos

Además de ser la unidad básica del material genético para todos los seres vivos, los nucleótidos también tienen otras funciones. Los nucleótidos se encuentran en otras moléculas como el trifosfato de adenosina (ATP), que es la principal molécula energética de la célula.

También se encuentran en coenzimas como NAD y NADP, que provienen del ADP; estas moléculas se utilizan en muchas reacciones químicas que juegan un papel en el metabolismo. Otra molécula que contiene nucleótidos es el AMP cíclico (cAMP), una molécula mensajera que es importante en muchos procesos, incluyendo la regulación del metabolismo y el transporte de señales químicas a las células.

Los nucleótidos no sólo constituyen los bloques de construcción de la vida, sino que también forman muchas moléculas diferentes que funcionan para hacer posible la vida.

Enzimas

ENZIMAS

Los enzimas son proteínas que catalizan reacciones químicas en los seres vivos. Los enzimas son catalizadores, es decir, sustancias que, sin consumirse en una reacción, aumentan notablemente su velocidad. No hacen factibles las reacciones imposibles, sino que sólamente aceleran las que espontáneamente podrían producirse. Ello hace posible que en condiciones fisiológicas tengan lugar reacciones que sin catalizador requerirían condiciones extremas de presión, temperatura o pH.

TIPOS DE ENZIMAS

 LIGASAS

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Catalizan la unión de dos sustratos con hidrólisis simultánea de un nucleótido trifosfato (ATP, GTP, etc.): A + B + XTP A-B + XDP + Pi Un ejemplo es la piruvato carboxilasa, que cataliza la reacción: piruvato + CO2 + ATP oxaloacetato + ADP + Pi

ISOMERASAS

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Catalizan la interconversión de isómeros: A B Son ejemplos la fosfotriosa isomerasa y la fosfoglucosa isomerasa, que catalizan las reacciones representadas en la tabla inferior:

OXIDORREDUCTASAS

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Catalizan reacciones de oxidorreducción, es decir, transferencia de hidrógeno (H) o electrones (e-) de un sustrato a otro, según la reacción general: AH2 + B A + BH2 Ared + Box Aox + Bred Ejemplos son la succinato deshidrogenasa o la citocromo c oxidasa. TRANSFERASAS Catalizan la transferencia de un grupo químico (distinto del hidrógeno) de un sustrato a otro, según la reacción: A-B + C A + C-B Un ejemplo es la glucoquinasa, que cataliza la reacción representada en la Figura de la derecha: glucosa + ATP ADP + glucosa-6-fosfato HIDROLASAS Catalizan las reacciones de hidrólisis: A-B + H2O AH + B-OH Un ejemplo es la lactasa, que cataliza la reacción: lactosa + agua glucosa + galactosa LIASAS Catalizan reacciones de ruptura o soldadura de sustratos: A-B A + B Un ejemplo es la acetacetato descarboxilasa, que cataliza la reacción: ácido  acetacético CO2 + acetona

Tipos de proteínas

Aminoácidos con grupos laterales hidrofóbicos
 
Valina (Val)                                               Leucina (leu)                            Isoleucinas (ile)


Metionina (met)                                Fenilalanina (phe)

Aminoácidos con grupos laterales hidrofílicos

Con características intermedias

 
Glicina (gly)                                                Alanina (ala)           
 
Tirosina (tyr)                           Triptófano (trp)                               Cisteína (cys)

Prolina (pro)

Proteínas

PROTEÍNAS

Las proteínas son moléculas formadas por aminoácidos que están unidos por un tipo de enlaces conocidos como enlaces peptídicos. El orden y la disposición de los aminoácidos dependen del código genético de cada persona. Todas las proteínas están compuestas por:

• Carbono
• Hidrógeno
• Oxígeno
• Nitrógeno

Estructura primaria:

Esta estructura es la secuencia de aminoácidos de la proteína. Nos indica los aminoácidos que componen la cadena polipeptídica y el orden en que se encuentran. La secuencia de la proteína se escribe enumerando los aminoácidos desde el extremo -N terminal hasta el extremo -C terminal.

Esta estructura constituye una secuencia de planos articulados que constituyen los enlaces peptídicos, que no pueden girar, y los átomos de carbono, nitrógeno y oxígeno que participan en ellos se sitúan en el mismo plano.

Estructura secundaria:

Se trata de la disposición de la cadena polipeptídica en el espacio. Existe una conformación más estable que ninguna otra que es la que se mantiene. Los tipos básicos de la estructura secundaria son:

·   α-hélice: plegamiento en espiral de la cadena polipeptídica sobre sí misma.

Se mantiene estable por medio de puentes de hidrógeno que entre los grupos -NH- y –C=O. Si estos enlaces se rompen, la estructura secundaria se pierde.

 (Ej: α-queratina de las plumas)

·   Lámina plegada: el plegamiento no origina una estructura helicoidal sino una lámina plegada en zig-zag.

La estabilidad de esta estructura también se consigue mediante puentes de hidrógeno, pero en este caso son transversales.

 (Ej: β-queratina de la seda)

·   Hélice de colágeno: se trata de una hélice mas extendida debido a la abundancia de determinados aminoácidos que no pueden formar puentes de hidrógeno.

La estabilidad de esta estructura se debe a la asociación de tres hélices unidas mediante enlaces covalentes y enlaces débiles.

Estructura terciaria:

Nos informa sobre la disposición de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí mismo originando una conformación globular. Dicha conformación globular en las proteínas facilita su solubilidad en agua y esto les permite realizar funciones de transporte, enzimáticas, hormonales, etc, (proteínas globulares).

Las proteínas que no llegan a formar estas estructuras terciarias mantienen su estructura secundaria alargada (proteínas filamentosas o fibrilares). Son insolubles en agua y en disoluciones salinas, por lo que presentan funciones esqueléticas (Ej: tejido conjuntivo, colágeno de los huesos...)

De la estructura terciaria depende por lo tanto la función de la proteína, por lo que cualquier cambio que se produzca en la disposición de esta estructura puede provocar la pérdida de su actividad biológica, proceso que conocemos con el nombre de desnaturalización.

La estructura terciaria, constituye un conjunto de plegamientos  que se originan por la unión entre determinadas zonas de la cadena polipeptídica. Estas uniones se realizan por medio de enlaces entre las cadenas laterales de los aminoácidos, y pueden ser de los siguientes tipos:

·   Puentes disulfuro: son enlaces fuertes covalentes entre los grupos –SH de los aminoácidos cisteína.

·   Fuerzas electrostáticas: se trata de enlaces tipo iónico entre los grupos de cargas eléctricas opuestas. Se producen entre grupos radicales de aminoácidos ácidos y aminoácidos básicos.

·   Puentes de hidrógeno

·   Fuerzas de Van der Waals: son uniones débiles que se producen entes los aminoácidos apolares.

Estructura cuaternaria:

Informa de la unión de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciaria para formar un complejo proteico. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero o subunidad proteica. Según el número de subunidades que se asocian, las proteínas que tienen estructura cuaternaria se denominan:

·     Dímeros: ej. enzima hexoquinasa

·     Tetrámeros: ej. hemoglobina

·     Pentámeros: ej. enzima ARN-polimerasa

·     Polímeros: ej. actina, miosina y cápsida del virus de la polio (este posee 60 subunidades proteicas).

El tipo de unión que predomina en este tipo de estructura son los enlaces débiles.

Unidad básica de los seres vivos

UNIDAD BÁSICA DE LOS SERES VIVOS

HORIZONTE 1.- LA CÉLULA

-Antecedentes históricos.
-Teoría celular.
-Evolución celular.

 HORIZONTE 2.- MORFOLOGÍA

-Tamaño y forma.

-Membrana y pared celular.

-Citoplasma (citoesqueleto)

-Núcleo y órganos citoplasmáticos: complejo de Golgi, lisosomas, retícula endoplasmática, ribosomas, vacuolas, mitocondrias, centriolas, plastas, microtúbulos, microfilamentos.

HORIZONTE 3.- FISIOLOGÍA CELULAR.

Carbohidratos

CARBOHIDRATOS

Los carbohidratos son unas biomoléculas que también toman los nombres de hidratos de carbono, glúcidos, azúcares o sacáridos; aunque los dos primeros nombres, los más comunes y empleados, no son del todo precisos, ya que no se tratan estrictamente de átomos de carbono hidratados, pero los intentos por sustituir estos términos por otros más precisos no han tenido éxito. Estas moléculas están formadas por tres elementos fundamentales: el carbono, el hidrógeno y el oxígeno, este último en una proporción algo más baja. Su principal función en el organismo de los seres vivos es la de contribuir en el almacenamiento y en la obtención de energía de forma inmediata, sobre todo al cerebro y al sistema nervioso.

Esto se cumple gracias a una enzima, la amilasa, que ayuda a descomponer esta molécula en glucosa o azúcar en sangre, que hace posible que el cuerpo utilice la energía para realizar sus funciones.

Tipos de carbohidratos:

Monosacáridos

Son los más simples, ya que están formados por una sola molécula. Esto los convierte en la principal fuente de combustible para el organismo y hace posible que sean usados como una fuente de energía y también en biosíntesis o anabolismo, el conjunto de procesos del metabolismo destinados a formar los componentes celulares. 

Disacáridos

Son otro tipo de hidratos de carbono que, como indica su nombre, están formados por dos moléculas de monosacáridos. Estas pueden hidrolizarse y dar lugar a dos monosacáridos libres.

Oligosacáridos

La estructura de estos carbohidratos es variable y pueden estar formados por entre tres y nueve moléculas de monosacáridos, unidas por enlaces y que se liberan cuando se lleva a cabo un proceso de hidrólisis, al igual que ocurre con los disacáridos.

Polisacáridos

Son cadenas de más de diez monosacáridos cuya función en el organismo se relaciona normalmente con labores de estructura o de almacenamiento. Ejemplos de polisacáridos comunes son el almidón, la amilosa, el glucógeno, la celulosa y la quitina.

Bioelementos

Orgánicos 

• Carbohidratos
• Proteínas
• Lípidos
• Ácido nucleico.

Inorgánicos

• Agua (H2O- 18.05 g/mol)
• Sales minerales
• Dióxido de Carbono (O2- 44 g/mol)
• Oxigeno (O- 16 g/mol)

 
GLUCOSA BETA                                                          GLUCOSA ALFA


      
GLUCOSA                                   ÁCIDO GRASO SATURADO

Lípidos complejos

LÍPIDOS COMPLEJOS

A los lípidos complejos también se les llama lípidos de membrana, pues son los principales constituyentes de la membrana plasmática.

Tienen un comportamiento anfipático. Cuando entran en contacto con el agua, los lípidos complejos forman bicapas, con las zonas lipófilas en la parte interior y las hidrófilas hacia el exterior.

Los lípidos complejos se dividen en dos grupos:

• Los fosfolípidos

Los fosfolípidos son un tipo de lípidos compuestos por una molécula de alcohol (glicerol o de esfingosina), a la que se unen dos ácidos grasos y un grupo fosfato. El fosfato se une mediante un enlace fosfodiéster a otro grupo de átomos, que generalmente contienen nitrógeno, como colina, serina o etanolamina y muchas veces posee una carga eléctrica.

• Los glucolípidos.

Carecen de un grupo fosfato y tampoco presentan enlaces tipo éster.

Forman parte de las bicapas lipídicas de las membranas citoplasmáticas de todas las células, especialmente las neuronas del cerebro.

Los glucolípidos forman parte de la bicapa lipídica de la membrana celular. La parte glucídica de la molécula está orientada hacia el exterior de la membrana plasmática y es un componente fundamental del glucocálix, donde actúa en el reconocimiento celular y como receptores antigénicos.

Lípidos

LÍPIDOS 

Estás biomoleculas son estructuras heterogéneas insolubles en agua, pero solubles en solventes no polares.

CARACTERÍSTICAS 

Una característica básica de los lípidos, y de la que derivan sus principales propiedades biológicas es la hidrofobicidad. La baja solubilidad de los lipídos se debe a que su estructura química es fundamentalmente hidrocarbonada (alifática, alicíclica o aromática), con gran cantidad de enlaces C-H y C-C . La naturaleza de estos enlaces es 100% covalente y su momento dipolar es mínimo. El agua, al ser una molécula muy polar, con gran facilidad para formar puentes de hidrógeno, no es capaz de interaccionar con estas moléculas. En presencia de moléculas lipídicas, el agua adopta en torno a ellas una estructura muy ordenada que maximiza las interacciones entre las propias moléculas de agua, forzando a la molécula hidrofóbica al interior de una estructura en forma de jaula, que también reduce la movilidad del lípido. Todo ello supone una configuración de baja entropía, que resulta energéticamente desfavorable. Esta disminución de entropía es mínima si las moléculas lipídicas se agregan entre sí, e interaccionan mediante fuerzas de corto alcance, como las fuerzas de Van der Waals. Este fenómeno recibe el nombre de efecto hidrofóbico.

Se dividen en:

-Simples: Acilglicéridos Céridos

-Complejas: Fosfolípidos Glucolípidos

-Asociadas:Terpenoides

-Ceras: Presentes en los vegetales y en los animales marinos

Oxígeno

OXÍGENO

El oxigeno es un gas a temperatura que no tiene color, olor ni sabor. En la naturaleza se encuentra como molécula diatómica (O2)  o triatómica que es el caso del ozono (O3)
Su nombre proviene de una combinación de los términos griegos Oxys (ácido) y Genes (formación), ya que antiguamente se creía que el oxígeno era necesario en la composición de los ácidos, lo cual hoy sabemos que no es cierto.

CARACTERÍSTICAS

-Constituye cerca de la quita parte del aire atmosférico terrestre en su forma molecular O2.
-Es un elemento clave de la química orgánica.
-Forma parte del agua (H2O), de los óxidos de los seres vivos y de casi todas las sustancias orgánicas.
-El oxígeno constituye el 21% de la atmósfera de la Tierra en volumen y puede obtenerse mediante licuefacción y destilación fraccionada que, en nuestro idioma, básicamente es un proceso a través del cual se convierten gases en líquidos, manipulando la temperatura y la presión.

El oxigeno permite que las células realicen sus funciones pero para llegar a estas se necesita un medio de transporte 20 trillones de células rojas que contienen 270 trillones de moléculas de hemoglobina que son compatibles con el oxígeno.