Resumen MOLECULAS BIOLOGICAS Ciencia que estudia todos los aspectos relacionados con los seres vivos. Implica hacerse preguntas básicas sobre la vida y el mundo natural: Cómo están construidos los organismos, Cómo funcionan? Donde viven? Que hacen? Puede ayudarnos a entender mejor el impacto humano en la naturaleza, por ejemplo las guerras. CARACTERISTICAS DE LOS SERES VIVOS 1. ORGANIZACIÓN ESPECÍFICA a nivel químico, biológico y ecológico.- Nivel de organización química Átomo: Unidad más pequeña de un elemento que mantiene las propiedades del mismo. Molécula: Unidad que consta de 2 o más átomos unidos, del mismo elemento o distintos elementos. Los seres vivos están compuestos por moléculas: INORGANICAS: Agua, Minerales ORGANICAS: Formadas por cadenas de carbonos con hidrógeno. Ej: Ácidos Nucleicos, Proteínas, lípidos, Carbohidratos.- Nivel de organización biológica Organelo: Compartimiento delimitado por una membrana, donde se llevan a cabo reacciones especializadas. ( Ausentes en células procariontes) Célula: Unidad más pequeña con capacidad para vivir y reproducirse de manera indepen diente o como parte de un organismo multicelular Tejido: Agregado organizado de células y sustancias que funcionan de manera conjunta para llevar a cabo una actividad especializada. Órgano: Unidad estructural en la cual varios tejidos llevan a cabo una tarea común. Sistema: Dos o más órganos que interaccionan a nivel químico y/o físico de manera que contribuyen a la sobrevivencia del ORGANISMO MULTICELULAR 012016 MOLECULAS BIOLOGICAS 1
Nivel de organización ecológica Especie: Organismos similares que comparten ancestro común y que en la naturaleza se cruzan entre sí dejando descendencia fértil Población: Individuos de la misma especie que habitan en una misma región geográfica Comunidad: Todas las poblaciones de todas las especies que ocupan una misma área geográfica Ecosistema: Comunidades que se encuentran interactuando entre sí y con su medio físico Biosfera Toda la parte del planeta tierra en la cual se encuentra la vida. Incluye parte de la superficie sólida, parte de la hidrosfera y parte de la atmósfera. 2. METABOLISMO Implica todas las reacciones por medio de las cuales, las células adquieren y usan energía para crecer, sobrevivir, reproducirse. Energía = Capacidad de realizar trabajo (síntesis, transporte, secreción, división ) Autótrofos: fabrican su propio alimento. Heterótrofos: Adquieren alimento del medio y por medio de la digestión adquieren los nutrientes necesarios para obtener de ellos energía. 012016 MOLECULAS BIOLOGICAS 2
3. PERCIBIR Y RESPONDER A ESTÍMULOS DEL MEDIO Los organismos perciben cambios en su entorno y responden a ellos.los receptores detectan formas específicas de energía (estímulos). Esto permite el mantenimiento de la HOMEOSTASIS: Capacidad de mantener el ambiente interno del organismo dentro de los límites que sustenta la vida 5. REPRODUCCION Mecanismo por medio del cual un organismo produce descendencia. La reproducción está gobernada por instrucciones del ADN. Esta es la molécula que contiene la información para construir proteínas. Cada proteína tiene una secuencia especial de aminoácidos que es el origen de sus formas y propiedades específicas. Los organismos unicelulares procariontes se dividen por fisión binaria. Organismos eucariontes unicelulares se dividen por mitosis. Organismos multicelulares hay diferentes mecanismos de reproducción asexual y sexual. 6. ADAPTABILIDAD Adaptación: Cualquier cambio a nivel de anatomía, fisiología o comportamiento que le permita a un individuo enfrentarse mejor con su medio. La variabilidad dentro de una misma especie permite que existan individuos mejor adaptados para sobrevivir y reproducirse en las condiciones medioambientales donde se desarrolla 7. EVOLUCIÓN Cambio basado en los genes, en una línea de descendencia a través del tiempo Cambia la población, no los individuos FUNDAMENTOS QUÍMICOS DE LAS CELULAS Nuestro cuerpo es un conjunto de elementos. Los elementos son sustancias fundamentales que consisten en un solo tipo de átomos. Entre los elementos más comunes en organismos vivos están: Oxígeno, Hidrógeno, Carbono, Nitrógeno Los átomos son las partículas más pequeñas que retienen las propiedades de un elemento. Tiene el mismo número de protones y de electrones (no tiene carga neta). Constituidos por partículas subatómicas: Electrones (-), Protones (+), Neutrones (sin carga).el número y arreglo de sus electrones determinan si dos átomos van a interactuar. Los electrones: Tienen carga negativa por lo que se repelen uno a otro Son atraídos por los protones (núcleo) Se mueven en orbitales (volúmenes de espacio que rodean al núcleo) Sitios vacíos de electrones Hay capas que no están llenas, hacen a los átomos susceptibles para reaccionar con otros ( ceder, ganar o compartir electrones). El hidrógeno, carbono, oxígeno y nitrógeno pueden tener sitios vacíos en sus capas externas 012016 MOLECULAS BIOLOGICAS 3
Enlaces químicos Un enlace es la unión entre estructuras electrónicas de los átomos.los átomos que se unen forman moléculas. Las moléculas pueden contener átomos de un solo elemento - O 2, o de diversos elementos - H 2 O ENLACES IMPORTANTES EN MOLÉCULAS BIOLÓGICAS Entre los principales tipos de enlaces que se forman entre moléculas están el iónico, el covalente y los enlaces o puentes de hidrógeno. Ion: Átomo o molécula que ha perdido o ganado uno o más electrones y ha adquirido así carga eléctrica. Átomo que pierde electrones se convierte en ion cargado positivamente Átomo que gana electrones se convierte en ion cargado negativamente ENLACE IÓNICO: Se forma entre iones de carga opuesta Ej: Formación de NaCl : Átomo de sodio (Na) en la capa externa tiene un electrón Átomo de Cloro (Cl) en la capa externa tiene siete electrones El sodio transfiere el electrón al Cloro formando Na + y Cl - Estos iones permanecen unidos por atracción de cargas como Cloruro de sodio. Átomo de sodio 11p+ 11e- Átomo de cloro 17p+ 17e- Ion sodio 11p+ 10e- Ion cloro 17p+ 18e- 012016 MOLECULAS BIOLOGICAS 4
ENLACE COVALENTE Los átomos comparten un par o pares de electrones para llenar la capa más externa 2 átomos de hidrógeno, Hidrógeno molecular (H2) cada uno con un protón comparten 2 electrones en un enlace covalente no polar ENLASE COVALENTE NO POLAR: Los núcleos de los átomos tienen el mismo número de protones. Los átomos ejercen la misma atracción sobre los electrones y los comparten equitativamente. P.e. gas hidrógeno (H-H) ENLACE COVALENTE POLAR: Los átomos de distintos elementos (distinto número de protones) no ejercen la misma atracción sobre los electrones compartidos. El átomo con mayor fuerza de atracción adquiere una carga ligeramente negativa. El otro átomo adquiere una carga ligeramente positiva. Ej en la molécula de agua O H H H 2 O ENLACES o PDE HIDRÓGENO: Un átomo enlazado en forma covalente que tiene carga levemente negativa interacciona de manera débil con un átomo de hidrógeno enlazado covalentemente en otra molécula, el cual tiene una carga ligeramente positiva. O H H H- - - - N H H MOLECULAS DE LA VIDA Moléculas inorgánicas como por ejemplo CO2 (no tiene hidrógenos), agua, minerales son fundamentales para los seres vivos. CO 2 El dióxido de carbono es la molécula que fijan los vegetales durante la fotosíntesis y la reducen gradualmente hasta formar los carbohidratos. 012016 MOLECULAS BIOLOGICAS 5
AGUA Molécula inorgánica indispensable para todo ser vivo. Es una molécula covalente polar. La molécula no tiene carga neta. El oxígeno tiene una leve carga negativa. Los hidrógenos tienen una leve carga positiva. Esa característica le permite actuar como un buen solvente. Iones y moléculas polares se disuelven fácilmente en agua Cuando el soluto se disuelve, las moléculas de agua se agrupan alrededor de los iones o moléculas y las mantienen separadas El agua además tiene un efecto estabilizante de la temperatura. El agua absorbe una cantidad mucho mayor de energía calórica sin que su temperatura aumente de manera medible. Mucha de la energía añadida rompe los enlaces de hidrógeno en lugar de aumentar el movimiento de las partículas. Cuando se añade mucha energía, los enlaces de hidrógeno no se pueden volver a formar y las moléculas de agua se escapan a la atmósfera. Las moléculas que se escapan al aire acarrean energía, es por esto que la pérdida de agua por la evaporación es usada para descender la temperatura corporal. MOLÉCULAS ORGANICAS Los compuestos orgánicos son aquellos sintetizados por las células y que contienen el elemento Carbono como átomo principal y por lo menos un átomo de Hidrógeno. Ejemplos: Carbohidratos, Lípidos, Proteínas, Ácidos nucleicos. La capa externa del átomo de carbono tiene 4 electrones y puede formar enlaces covalentes hasta con 4 átomos. Los átomos de carbono pueden formar cadenas o anillos a los cuales se unen otros átomos. Grupos funcionales Són átomos o grupos de átomos que están covalentemente enlazados al esqueleto de carbonos y que confieren a los compuestos orgánicos sus distintas propiedades Ejemplos de grupos funcionales Grupo Hidroxilo - OH Grupo Amino + - NH 3 Grupo Carboxilo - COOH Grupo Fosfato - - PO 3 Reacciones de condensación o síntesis por deshidratación: Formación de polímeros a partir de subunidades Enzimas remueven -OH de una molécula e H de otra, forman enlace entre ambas. Átomos descartados pueden unirse para formar agua Hidrólisis Un tipo de reacción de corte. Degrada polímeros en subunidades (catabolismo).enzimas catalizan el corte de polímeros en dos o más Moléculas pequeñas Grupo -OH y átomo de H derivados de agua son unidos a sitios expuestos 012016 MOLECULAS BIOLOGICAS 6
CARBOHIDRATOS Constituidos por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno ( CH 2 O) n Monosacáridos Carbohidratos simples. Mayoría de sabor dulce, solubles en agua. Mayoría tienen de 5 a 6 átomos de carbono como esqueleto. Glucosa (6 C) Fuente primaria de energía para los seres vivos. Ribosa (5 C) y Desoxirribosa (5 C)Forman parte de las moléculas de los ácidos Nucleicos (ARN y ADN) Fructosa (6 C) Azúcar de las frutas, vegetales, miel. Oligosacáridos (carbohidratos de cadena acorta. Por ejemplo los disacáridos: Formados por la unión de 2 monosacárido en una reacción de condensación. Almacenan energía a corto plazo. Ej: Sacarosa (azúcar de mesa) Lactosa (azúcar de la leche Polisacáridos: Cadenas rectas o ramificadas de muchos monosacáridos. Los más comunes están compuestos enteramente por cadenas de glucosa como es el caso de Celulosa: Constituyente de las paredes de células vegetales. Almidón: Reservorio de energía en plantas Glucógeno: Reservorio de energía en animales. Se encuentra en gran cantidad en células musculares y hepáticas. Cuando el azúcar en la sangre decrece, las células del hígado degradan glucógeno y liberan glucosa. Quitina: Polisacárido que contienen Nitrógeno unidos a los monómeros de glucosa. Material estructural de partes duras de artrópodos, y de las paredes celulares de muchos hongos LIPIDOS Moléculas no polares e insolubles en agua. Formados por C-H-O. La mayoría incluyen ácidos grasos: Grasas, Fosfolípidos, Ceras. Esteroles y sus derivados no tienen ácidos grasos Ácidos grasos: Son cadena de carbonos (hasta 36 C) que tienen el grupo carboxilo (- COOH) en un extremo. Pueden ser saturados: con enlaces simples entre carbonos o Insaturados: con uno o más enlaces dobles. Grasas Ácidos grasos unidos a glicerol. Los triglicéridos son los más comunes. Son una fuente importante de energía para los organismos. Acoginantes de órganos Aislantes térmicos Fosfolípidos Principales componentes de las membranas celulares Ceras Ácidos grasos de cadena larga unidos a alcoholes largos o anillos de carbono. Consistencia firme, repelen agua. Protegen contra la deshidratación y colaboran como aislante térmico 012016 MOLECULAS BIOLOGICAS 7
Protegen, lubrican e imparten flexibilidad a la piel y al cabello. *.-Esteroles y sus derivados :Son lípidos que no tienen ácidos grasos. Están formados por un esqueleto rígido de 4 anillos de carbono unidos. El colesterol es el más común. Es un componente de membranas celulares en animales. PROTEINAS: Compuestos orgánicos formados por la unión de subunidades llamadas aminoácidos. Estructura de aminoácidos H O H N C C O H H R Amino Carboxilo Un aminoácido está constituido por un carbono central que forma cuatro enlaces: uno con un hidrógeno, uno con un grupo amino, uno con un grupo carboxilo y uno con un grupo R el cual varía de un aminoácido a otro Proteína es una cadena de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos Enlace peptídico Tipo de enlace covalente que se forma entre el grupo amino de un aminoácido y el grupo carboxilo de otro aminoácido. Se forma a través de una reacción de condensación. Estructura primaria de las proteínas: Está determinada por la secuencia de aminoácidos en la cadena. Es única para cada proteína 2 aminoácidos unidos = dipéptido 3 o más = polipéptido Estructura secundaria: Estructuras en forma de hoja plegada o de hélice que adquiere la cadena de polipéptidos dependiendo de los puentes de hidrógeno y de la posición de los grupos R. Estructura terciaria: Estructura tridimensional que adquiere la proteína por las interacciones dentro de la molécula. Esta hace que las proteínas adquieran una estructura tridimensional. Estructura cuaternaria: Se da cuando se unen entre sí proteínas con estructura terciarias En muchas ocasiones las estructuras terciarias y cuaternarias definen la funcionalidad de las proteínas. Desnaturalización de proteínas La desnaturalización de una proteína se da cuando esta pierde la forma tridimensional por ruptura de los enlaces débiles. Esto generalmente es causado de la acción de factores como ph extremos Temperaturas extremas La desnaturalización de la proteína es irreversible e impide su funcionamiento. 012016 MOLECULAS BIOLOGICAS 8
Funciones de las proteínas Constituyentes de membranas celulares. Componente estructural del protoplasma y de estructuras como tendones, ligamentos, tela de araña, uñas Protegen el material hereditario (Histonas asociadas a la molécula de ADN en céñlulas eucarióticas) Transporte de oxígeno en la sangre (hemoglobina) Responsables de la defensa del organismo ( sistema inmune) Actúan como catalíticos biológicos (ENZIMAS) Las enzimas.-son catalíticos biológicos que disminuyen la energía necesaria para que se lleven a cabo las diversas reacciones metabólicas..-son muy específicas.-presentan un sitio activo que reacciona con el sustrato permitiendo que se de la reacción..-su actividad es afectadas por ph extremos y altas temperaturas..-no se afectan durante la reacción..-su nombre (asa) depende del tipo de reacción en el cual participa o del sustrato sobre el cual actúa. ACIDOS NUCLEICOS Compuestos orgánicos formados por subunidades llamadas nucleótidos. Cada nucleótido está formado por : un azúcar de 5 carbonos que puede ser Ribosa o desoxirribosa; un grupo fosfato y una Base Nitrogenada entre las cuales están: (Adenina, Timina, Guanina, Uracilo o Citosina Citosina ADN (Acido desoxirribonucleico). Molécula que contiene la información genética de los seres vivos. Está formada por una doble hebra en la cual se pueden encontrar 4 tipos de nucleótidos ( con bases: adenina, timina, guanina y citosina). Adenina se enlaza con Timina, Citosina se enlaza con Guanina, No hay nucleotides con uracilo ARN (Acido ribonucleico) Molécula formada por una hebra simple en la cual podemos encontrar 4 Tipos de nucleótido (con bases como adenina, guanina, citosina o uracilo en lugar de timina) Hay 3 tipos de ARN involucrados en la síntesis de proteínas ARNr (ribosomal) Constituyente de los ribosomas (Sitios donde ocurre la síntesis proteica ARNm (mensajero) Copia la información de los genes y la lleva a los ribosomas ARNt (transferencia) Se une a aminoácidos en el citoplasma y los lleva hasta los ribosomas donde los sede al polipéptido en formación 012016 MOLECULAS BIOLOGICAS 9
Otras moléculas importantes ( Nucleótidos) NAD NADH Nicotinamida adenin di-nucleótido (oxidado y reducido) NADP NADPH Nicotinamida adenin di-nucleótido fosfato (oxidado y reducido) FAD FADH Flavin adenin di-nucleótido (oxidado y reducido) Estas moléculas participan como coenzimas en reacciones de oxido-reducción. ATP Adenosin tri-fosfato Molécula energética por excelencia 012016 MOLECULAS BIOLOGICAS 10