base molecular de la vida, Resúmenes de Biología

¡Descarga base molecular de la vida y más Resúmenes en PDF de Biología solo en Docsity! LA BASE MOLECULAR DE LA VIDA 1. CARACTERÍSTICAS QUE DEFINEN A LOS SERES VIVOS Todos los seres vivos que habitan en la Tierra tienen en común tres características que permiten diferenciarlos de la materia no viva: • Una composición química similar. A pesar de las diferencias existentes entre ellos, todos los seres vivos están compuestos por los mismos elementos químicos, entre los que destaca el carbono. • Se organizan a partir de unidades similares. Todos los seres vivos están formados por células. • Llevan a cabo las mismas funciones vitales: la nutrición, que les permite obtener materia y energía del medio y transformarla en sustancias complejas para su mantenimiento; la relación, que les permite detectar los cambios del medio y mantener su equilibrio controlando todas sus funciones, y la reproducción, que les permite perpetuar la especie. 2. LOS BIOELEMENTOS Los bioelementos son los elementos químicos que intervienen en la formación de los seres vivos. Se clasifican, según su abundancia, en bioelementos primarios, secundarios y oligoelementos. • Los bioelementos primarios suponen el 96% de la materia viva y son indispensables para formar las biomoléculas que constituyen los seres vivos. El elemento principal es el carbono (C), y junto a él se encuentran el hidrógeno (H), el oxígeno (O), el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el azufre (S). Estos elementos, y no otros, son los idóneos para la vida, ya que son relativamente abundantes, se asimilan fácilmente, tienen una masa atómica baja y forman enlaces covalentes muy estables. • Los bioelementos secundarios, aunque aparecen en menor cantidad, llevan a cabo funciones fisiológicas importantes. Son principalmente el sodio (Na), el potasio (K), el magnesio (Mg), el calcio (Ca) y el cloro (Cl). • Los oligoelementos están presentes en proporción muy pequeña. Sin embargo, son indispensables. Muchos de ellos actúan como catalizadores en las reacciones químicas. Entre ellos se encuentran el hierro (Fe), el cobre (Cu), el yodo (I) o el litio (Li). 3. EL AGUA Y LAS SALES MINERALES El agua y las sales minerales son los compuestos inorgánicos que componen la materia viva. Se diferencian de las biomoléculas orgánicas en que están presentes también en la materia inerte. LA ESTRUCTURA DEL AGUA El agua es la sustancia química más abundante de la materia viva. La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, que al unirse distribuyen de forma irregular los electrones que comparten, quedan más próximos al átomo de oxígeno por ser este más electronegativo. Este hecho confiere a la molécula de agua un carácter dipolar; es decir, tiene una parte con mayor densidad de carga negativa (electronegativa) más cerca del oxígeno y una parte con mayor densidad de carga positiva (electropositiva) sobre los hidrógenos. El carácter dipolar del agua le permite establecer enlaces por puentes de hidrógeno con otras moléculas de agua, formando así grupos de mayor masa molecular que hacen que a temperatura ambiente se encuentre en estado líquido. El agua también puede formar puentes de hidrógeno con otras sustancias polares. Las propiedades y las funciones del agua Propiedad del agua Función biológica en los seres vivos La polaridad de la molécula hace que sea el principal disolvente biológico • El agua tiene una función de transporte, siendo el medio en el que circulan la mayoría de sustancias por el interior de los organismos. • El agua tiene una función metabólica, ya que es el medio donde se ocasionan la mayoría de las reacciones bioquímicas, en las que puede intervenir como reactivo o producto. El elevado calor específico y el elevado calor latente de vaporización le permiten acumular grandes cantidades de calor, que libera lentamente, amortiguando así los cambios de temperatura. El agua cumple una importante función termorreguladora, que ayuda a mantener constante la temperatura de los seres vivos. La menor densidad en estado sólido, debido a la dilatación que sufre el agua al congelarse, permite que el hielo flote sobre el agua líquida. El hielo que se forma en la superficie de las masas de agua tiene una función termoaislante, gracias a la cual es posible la existencia de vida acuática en los climas muy fríos. La elevada fuerza de cohesión que presentan las moléculas de agua, gracias a los puentes de hidrógeno, hace que el agua sea un líquido con elevada tensión superficial. Permite el desplazamiento de pequeños organismos sobre la superficie del agua y el fenómeno de la capilaridad. • El agua tiene una función mecánica amortiguadora, evitando, por ejemplo, el roce de estructuras óseas durante el movimiento. • El agua tiene una función estructural, ya que da volumen a las células LOS POLISACÁRIDOS Los polisacáridos son glúcidos complejos, formados por cientos o miles de moléculas de monosacáridos, unidos mediante enlaces O-glucosídicos. Se caracterizan por no tener sabor dulce y no ser solubles en agua debido a su elevada masa molecular. Algunos polisacáridos de interés biológico: • La celulosa, de origen vegetal, está formada por cadenas lineales de β-D-glucosa. Estas cadenas se enlazan entre sí mediante puentes de hidrógeno, formando una estructura fibrosa. Tienen una función estructural y es el principal componente de las paredes celulares de las células vegetales. • El almidón, de origen vegetal, está formado por dos tipos de moléculas; la amilosa está constituida por cadenas lineales de glucosa y la amilopectina está formada por cadenas ramificadas. Ambas constituyen una reserva energética en vegetales. • El glucógeno, de origen animal, está formado por cadenas de α-D-glucosa con un alto grado de ramificación. Constituyen la reserva energética en los animales. Las funciones de los glúcidos: Función energética: La glucosa es la principal fuente de energía para la célula. Se utiliza como combustible en la respiración celular. Monosacáridos, como la fructosa, disacáridos y polisacáridos se transforman en la célula en glucosa, proporcionando también energía. Función estructural: La ribosa y la desoxirribosa forman parte de la estructura de los ácidos nucleicos. Otras funciones: Algunos glúcidos son precursores de otras sustancias con función reguladora, por ejemplo, la glucosa es el precursor de la vitamina C o ácido ascórbico. Existen glúcidos unidos a algunas de las proteínas de las membranas celulares, glucoproteínas, implicadas en el reconocimiento entre células. CARACTERÍSTICAS DEL ÁTOMO DE CARBONO El carbono es el elemento químico esencial en el que se basa la vida en nuestro planeta. Sus propiedades químicas le permiten formar estructuras que sirven de base para la construcción de las biomoléculas orgánicas. Las características del átomo de carbono son su tetravalencia, que puede formar largas cadenas y que permite una gran variabilidad molecular. • La tetravalencia: El átomo de carbono se une, como máximo, a otros cuatro átomos. Puede formar enlaces covalentes con otros átomos de carbono; estos pueden ser sencillos, dobles o triples. Son enlaces estables que acumulan mucha energía, que puede ser liberada cuando se rompen. En esta situación, el carbono se comporta como si estuviese en el centro de un tetraedro (imagen de la molécula de metano), cuyos vértices corresponden a sus cuatro valencias, lo que dota a la molécula de una estructura tridimensional. • Puede formar largas cadenas: Los tetraedros tienden a unirse lateralmente a otros, formando cadenas largas y resistentes (cadenas carbonadas). Las cadenas de carbono pueden ser lineales, ramificadas o cíclicas, es decir, cerradas en forma de anillo. Además de saturadas (tienen enlaces sencillos) e insaturadas (tienen dobles o triples enlaces). • Permite gran variabilidad molecular: El carbono permite la existencia de gran variabilidad molecular, ya que puede formar enlaces con distintos elementos. Se combina de una forma estable con el H, O, y N, formando diversos grupos funcionales, que pueden convertirse unos en otros mediante reacciones químicas de oxidación reducción (red-ox). 5. LOS LÍPIDOS Los lípidos son un grupo de biomoléculas muy diversas, formados por carbono, hidrógeno, oxígeno y en ocasiones fósforo. Se caracterizan por ser poco densos, insolubles en disolventes polares, como el agua, y solubles en disolventes orgánicos apolares. Los lípidos se clasifican en dos grandes grupos: lípidos saponificables y no saponificables, según contengan o no ácidos grasos en su estructura. • Los lípidos saponificables son los más abundantes. Son ésteres de ácidos grasos. Estos lípidos reaccionan con bases fuertes (NaOH o KOH) dando como productos de la reacción sales de ácidos grasos y alcoholes. Esta reacción se conoce como reacción de saponificación. Son lípidos saponificables las grasas, los fosfolípidos, los glucolípidos y las ceras. • Los lípidos no saponificables no tienen ácidos grasos en su composición. Son los terpenos y los esteroides. LOS ÁCIDOS GRASOS Son ácidos orgánicos que presentan las siguientes características: • Están formados por una cadena hidrocarbonada larga, con un número par de átomos de carbono, comprendido entre 12 y 24. • Tienen como grupo funcional un grupo carboxilo, unido a uno de los extremos de la cadena. • Pueden ser ácidos grasos saturados, cuando la cadena de carbono solo tiene enlaces simples, y ácidos grasos insaturados, si la cadena tiene uno o varios dobles enlaces. LOS LÍPIDOS SAPONIFICABLES: ACILGLICÉRIDOS O GRASAS: Las grasas están formadas por una molécula de glicerina (un alcohol) unida a uno, dos o tres ácidos grasos, denominándose en este último caso triacilglicéridos. Son moléculas hidrofóbicas (repelen el agua), ya que no contienen grupos polares o con carga eléctrica. Sus funciones son: • Almacenar energía en las células adiposas animales, o en algunas partes de las plantas, como los aceites de las semillas o los frutos. • Aislar térmicamente al organismo • Proteger órganos vitales como el corazón, el riñón, etc. CÉRIDOS O CERAS Las ceras están formadas por ácidos grasos que esterifican alcoholes de cadena larga. Son lípidos muy apolares e hidrofóbicos. Su función es impermeabilizar partes de los seres vivos. FOSFOLÍPIDOS Los fosfolípidos son lípidos en los que un grupo fosfato entra a formar parte de su molécula. Se clasifican en dos grandes grupos: • Los fosfoglicéridos están formados por glicerina, unida a dos ácidos grasos y a un grupo fosfato, que se une a su vez a otro alcohol. • Los esfingolípidos están formados por esfingosina (un aminoalcohol), unida a un ácido graso y a un grupo fosfato unido a otro alcohol. Todos los fosfolípidos son anfipáticos, es decir, presentan una zona hidrofílica o cabeza polar (los grupos fosfato y alcohol) y una zona hidrofóbica o colas apolares (los ácidos grasos). Su función es la de constituir la base de todas las membranas plasmáticas, gracias a su capacidad para formar bicapas lipídicas. GLUCOLÍPIDOS Los glucolípidos están formados por un esfingolípido, que lleva unido un glúcido de cadena corta y carece de grupo fosfato. Son un componente de las membranas celulares. El glúcido se orienta hacia el exterior y actúa como receptor formando la glucocálix y en el reconocimiento celular. LOS LÍPIDOS INSAPONIFICABLES ESTEROIDES Los esteroides están formados por un derivado de una molécula cíclica de- nominada esterano. Entre sus funciones se encuentran: • Formar parte de la membrana celular, como el colesterol, que le proporciona una mayor rigidez. • Regular algunos procesos, como la reproducción sexual, en el caso de las hormonas sexuales; o el metabolismo del calcio, como la vitamina D. Terpenos Los terpenos están formados por derivados de una molécula llamada isopreno. Sus funciones son: • Participar en la fotosíntesis, como los pigmentos llamados xantofilas y carotenos. • Regular algunos procesos celulares, como el β-caroteno, que es el precursor de la vitamina A. 7. LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos, el ADN y el ARN, son macromoléculas encargadas de almacenar y transmitir la información genética. En cuanto a su estructura, los ácidos nucleicos son polímeros formados por subunidades más pequeñas, los nucleótidos, que contienen carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo. LOS NUCLEÓTIDOS Existen cinco nucleótidos diferentes, que tienen una estructura común, formada por tres componentes diferentes: • Una pentosa, un monosacárido de cinco átomos de carbono, que puede ser: – La ribosa en el ARN. – La desoxirribosa en el ADN. • Una base nitrogenada, un compuesto orgánico cíclico, que contiene dos o más átomos de nitrógeno, que puede ser de dos tipos: – Púricas: la adenina (A) o la guanina (G). – Pirimidínicas: la citosina (C), la timina (T) o el uracilo (U). Las bases nitrogenadas A, G, C y T se encuentran en el ADN, mientras que en el ARN la T es sustituida por el U. • Una molécula de ácido fosfórico. La formación de un nucleótido: Un nucleótido se forma por la unión de: • La pentosa a una base nitrogenada. Un carbono de la pentosa se une a un nitrógeno de la base nitrogenada. Este enlace se llama N-glucosídico y se forma por el C1. • La pentosa a una molécula de ácido fosfórico. Un carbono de la pentosa (diferente al que se ha unido a la base nitrogenada) se une al ácido fosfórico mediante un enlace éster por el C5. La clasificación de los nucleótidos: Los nucleótidos se clasifican en: • Los desoxirribonucleótidos, que contienen como azúcar la d-2-desoxirribosa y como bases nitrogenadas la adenina, la guanina, la citosina y la timina. • Los ribonucleótidos, que contienen como azúcar la d-ribosa y como bases nitrogenadas la adenina, la guanina, la citosina y el uracilo (que sustituye a la timina). La formación de los ácidos nucleicos Los ácidos nucleicos están formados por muchos nucleótidos, que se unen entre sí formando largas cadenas. La unión de los nucleótidos se produce mediante un enlace éster entre un grupo OH del ácido fosfórico de un nucleótido y un grupo OH de la pentosa del siguiente nucleótido. Por tanto, cada molécula de ácido fosfórico forma dos enlaces éster, uno con la pentosa de un nucleótido y otro con la pentosa del siguiente nucleótido. Este enlace se denomina enlace fosfodiéster. EL ADN Y EL ARN ARN ADN COMPOSICÓ N QUIMICA PENTOSA Posee β-D- ribosa Posee β-D-desoxirribosa BASE Adenina, guanina, citosina y uracilo todas ellas en distintas proporciones. Adenina, guanina, citosina y timina. Las proporciones son idénticas en G – C y A- T. (ADN de doble cadena) ESTRUCTUR A CADENA Los ARN son monocatenarios, están constituidos por una sola cadena polinucleótida y su tamaño es menor El ADN esta constituido por una doble cadena polinucleótida que se presentan en distintas estructuras CONFIGU RACIÓN Salvo el ARNt (con estructura en hoja de trébol), no presentan una estructura espacial determinada. Estructura de doble hélice, con las dos cadenas unidas mediante el enlace de las bases A=T Y G ≡T FUNCIÓN El ARN mensajero (ARNm). Es el ARN que transporta la información para la síntesis de proteínas. Este ARN se sintetiza en el núcleo celular y se traslada al citoplasma. El ARN ribosómico (ARNr). Se asocia con una gran cantidad de proteínas diferentes y forma los ribosomas. Está compuesto por moléculas de diferentes tamaños que, en algunas zonas, presentan una estructura secundaria en horquilla. El ARN transferente (ARNt). Transporta los aminoácidos a los ribosomas, colocándolos según indica la secuencia del ARNm para sintetizar las proteínas. Son moléculas pequeñas, formadas por una sola cadena, plegada, por lo que presenta una estructura secundaria en forma de horquilla en algunas zonas. Cada ARNt se une a un aminoácido específico. El ADN es la molécula que transmite la información genética de una célula a su descendencia. La información contenida en el ADN es necesaria para que se puedan llevar a cabo las funciones celulares. La mayor parte de la información contenida en el ADN se utiliza para sintetizar proteínas. El ADN es el que permite los cambios genéticos en los organismos y, por tanto, su evolución. 8 Las fronteras de la vida 8 Las fronteras de la vida 8. LAS FRONTERAS DE LA VIDA Existen en la naturaleza otras formas que carecen de estructura celular, no pueden alimentarse, ni crecer, y, aunque pueden reproducirse, solo lo hacen dentro de una célula a la que han invadido y de la que utilizan sus estructuras vitales. Por esta razón, estas formas acelulares son objeto de estudio e investigación, y se puede decir que se encuentran en la frontera de ambos mundos, lo vivo y lo inerte. Son los virus, los virones y los priones. LOS VIRUS Los virus son agentes infecciosos y parásitos, formados fundamentalmente por ácidos nucleicos y proteínas, que se replican solo dentro de las células vivas que infectan, ya que necesitan de la maquinaria celular para reproducirse. Pueden infectar a todos los tipos de formas de vida: los animales, las plantas, los protoctistas, los hongos y las bacterias. Estructura de los virus Los virus tienen una estructura muy simple, formada por: • Un ácido nucleico, que constituye su genoma. Puede ser ADN o ARN y presentarse en forma de simple cadena o de doble cadena. El tamaño del genoma es muy variable, desde los 1700 nucleótidos del virus de la hepatitis delta a los 800000 nucleótidos de algunos virus gigantes, como el mimivirus. • La cápsida, una cubierta de proteínas codificadas por el virus que envuelve su genoma. • Algunos virus presentan una membrana lipídica que rodea la cápsida; como, por ejemplo, el virus del sida. • Los virus más complejos, como los bacteriófagos, tienen otras estructuras: una cola, a través de la que inyectan el ácido nucleico en el interior de las bacterias; fibras proteicas, que intervienen en el reconocimiento de la célula hospedadora, etc. Cómo se reproducen los virus El ciclo reproductivo de un virus consta de estas fases: • Reconocimiento del hospedador y penetración en la célula. La mayoría de los virus tienen en su cápsida proteínas que se unen específicamente a proteínas receptoras de la membrana de la célula a infectar. En algunos casos, el virus entra completo en la célula; otras veces solo lo hace su ácido nucleico. • Replicación del virus. Se producen múltiples copias del genoma del virus, las proteínas de la cápsida y otros componentes virales. Este proceso depende de los genes del virus y de la célula. En ocasiones, el virus puede permanecer durante