antologia de biologia celular

1MTODOS DE ESTUDIO DE LAS CLULAS

Antologa de Biologa Celular ltima versin.pmd 07/01/2008, 04:27 p.m.1

2 ANTOLOGA DE BIOLOGA CELULAR



Antologa de Biologa Celular



DIRECTORIO

DR. JOS ENRIQUE VILLA RIVERADirector General

DR. EFRN PARADA ARIASSecretario General

DRA. YOLOXCHITL BUSTAMANTE DEZSecretaria Acadmica

DR. JOS MADRID FLORESSecretario de Extensin e Integracin Social

DR. LUIS HUMBERTO FABILA CASTILLOSecretario de Investigacin y Posgrado

DR. HCTOR MARTNEZ CASTUERASecretario de Servicios Educativos

DR. MARIO ALBERTO RODRGUEZ CASASSecretario de Administracin

LIC. LUIS ANTONIO ROS CRDENASSecretario Tcnico

ING. LUIS EDUARDO ZEDILLO PONCE DE LENSecretario Ejecutivo de la Comisin de Operacin

y Fomento de Actividades Acadmicas

ING. JESS ORTIZ GUTIRREZSecretario Ejecutivo del Patronato de Obras e Instalaciones

ING. MARA LIZRRAGA IRIARTEEncargada del Despacho de la Direccin General de XE-IPN TV Canal 11

LIC. LUIS ALBERTO CORTS ORTIZAbogado General

LIC. ARTURO SALCIDO BELTRNDirector de Publicaciones




Josefina Prez CamposGuadalupe Harper RincnMara Elena Cano GonzlezMara Teresa Valdez OmaaMiguel Ubaldo Mendoza GarcaRodolfo Mora RamrezJos Aniceto Buenrostro Buenrostro

Instituto Politcnico Nacional Mxico




Primera edicin: 2007

D.R. 2007 Instituto Politcnico NacionalDireccin de PublicacionesTresguerras 27, 06070, Mxico, D.F.

ISBN: 978-970-36-0463-0FIPN: 2007-503

Impreso en Mxico/Printed in Mexico



NDICE

Prlogo ................................................................................................. 9

Agradecimientos ................................................................................ 11

Mtodos de estudio de las clulas ................................................. 15

Historia del microscopio .............................................................. 13Tipos de microscopios .................................................................. 15Mtodos de estudios citolgicos ................................................ 25

Estructuras precelulares y evolucin de las primerasclulas .................................................................................................. 29

Microesfrulas proteicas ............................................................... 29Coacervados .................................................................................... 30Protobiontes y eubiontes .............................................................. 30Procariotes y eucariotes ................................................................ 31

Composicin qumica de la materia viva ...................................... 33

Bioelementos .................................................................................. 33El agua un compuesto vital ......................................................... 34Sales minerales ............................................................................... 41Grupos funcionales ....................................................................... 41

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Carbohidratos ................................................................................. 43Lpidos ............................................................................................. 50Ceras ................................................................................................. 56Esteroides ........................................................................................ 58Protenas .......................................................................................... 59Enzimas............................................................................................ 63Vitaminas......................................................................................... 71cidos nucleicos ............................................................................ 74Caractersticas del cdigo gentico ............................................ 78

Teora celular ...................................................................................... 83

Morfologa de los organelos celulares ....................................... 84

Metabolismo celular .......................................................................... 107

Respiracin celular ........................................................................ 107Gluclisis ......................................................................................... 109Ciclo de Krebs o del cido ctrico ............................................... 111Fotosntesis ..................................................................................... 118

Glosario ................................................................................................ 129

Bibliografa .......................................................................................... 137



PRLOGO

Contribuir al desarrollo de la educacin y la cultura mediante lapublicacin de obras de apoyo al estudiante, es una tarea que ennuestro tiempo es esencial para llegar a la excelencia en la educa-cin. Los profesores de la Academia de Biologa del Centro de Estu-dios Cientficos y Tecnolgicos Miguel Othn de Mendizbal delInstituto Politcnico Nacional; hemos recopilado las experienciasdocentes de por lo menos 20 aos, para ofrecer a los alumnos delNivel Medio Superior esta obra, la cual podr ser consultada poralumnos de cualquier plantel educativo del nivel antes mencionadoy servir al mismo tiempo de base para aquellos alumnos de Escue-las Superiores que requieran reforzar los conocimientos bsicos dela Biologa Celular. El elaborar este material tiene el propsito fun-damental de expresar el contenido con la mayor claridad posible yen forma sucinta esperamos que esta obra contribuya a la formacinintegral de alumnos y maestros.

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AGRADECIMIENTOS

Los autores, agradecemos la valiosa e imprescindible colaboracinpara la revisin de esta obra de los profesores e investigadores abajocitados; lo cual nos permiti adecuar el nivel y la estructura de lamisma:

M. en C. Ma. Teresa Garca Castaeda: Profesora e investigadora dela Escuela Nacional de Ciencias Biolgicas del Instituto PolitcnicoNacional.

Dra. Adriana Becerril Montes: Mdico Homepata Cirujano y Parte-ro, Doctorada en Histologa. Coordinadora de la Maestra en Cien-cias de la Especialidad de Morfologa en la Escuela Superior deMedicina del Instituto Politcnico Nacional.

Dra. Blanca Estela Gutirrez Barba: Subdirectora Acadmica de laUnidad Profesional interdisciplinaria de Biotecnologa del InstitutoPolitcnico Nacional Profesora e investigadora de la Academia deBiologa-Ecologa de la UPIBI del Instituto Politcnico Nacional.

Bil. Norma Ivonne Herrera Colmenero: Profesora e investigadora dela Academia de Biologa-Ecologa de la Unidad Profesional Interdisci-plinaria de Biotecnologa del Instituto Politcnico Nacional.

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MTODOS DE ESTUDIO DE LASCLULAS

HISTORIA DEL MICROSCOPIO

El microscopio (micros-pequeo, skopoo-observar) actual es uno delos instrumentos pticos indispensables en todo laboratorio, ya quenos permite observar el microcosmos con el detalle que requiere elinvestigador o estudiante. A travs del tiempo el microscopio hasufrido una serie de avances tecnolgicos importantes, pero a cien-cia cierta no existe un indicio preciso de cundo y por quin fueinventado.

En 1590, Zacharas Janssen puso en prctica la idea de ver un obje-to pequeo a travs de dos lentes; fue grande su sorpresa al descu-brir que tal objeto se vea considerablemente aumentado y fue enese momento cuando posiblemente naci o fue inventado el micros-copio (el cual proporcionaba un aumento de 30X). El microscopiode Janssen estaba constituido por cuatro grandes tubos, conectadosuno con otro; uno de los cuatro tubos llevaba montado el objetivoy el ltimo tubo llevaba el ocular (este nombre fue dado por Kepler).Adems de Janssen otros muchos han sido sealados como presun-tos inventores de este instrumento. Posteriormente Roberto Hooke(1635-1703) construy un microscopio que debi ser de excelentecalidad: este multifactico investigador ingls descubri la clula(al estudiar un fino corte de corcho), durante una demostracin a losintegrantes de una asociacin cientfica inglesa, de la cual fue nom-brado coordinador general. En 1665 Hooke public el libroMicrografa.



El astrnomo Johannes Hevelius (1611-1687) famoso coleccionistay constructor de microscopios y telescopios, contribuy de maneraextraordinaria a la evolucin de tan significante instrumento, ya queinvent el sistema de enfoque fino a partir de un modelo de RobertoHooke. Fue entre los siglos XVII y XVIII cuando Antn VanLeeuwenhoek (1632-1723) que se dedicaba a tallar lentes y que porprimera vez observara a los microorganismos, invent una tcnicanueva para tallar lentes cada vez ms pequeos, aumentando conesto su curvatura y por lo tanto mejorando su calidad y su resolu-cin (hasta 2000X). Adems de su tcnica para tallar vidrio, tena unahabilidad natural para la diseccin, que se guard en secreto hastasu muerte.

En 1886 Zeiss mont un taller para la construccin de instrumen-tos pticos. En aquella poca se construan todos los microscopiospor el procedimiento de probaturas, Zeiss se dirigi a la Universidadde Jena para solicitar un especialista en ptica de talento que se en-cargara de hacer los clculos difciles y aumentara la calidad de losmicroscopios, le recomendaron a Ernest Abbe, quien realizo una se-rie de ensayos con aceite y lquidos de diferentes ndices de refrac-cin, que lo condujeron a descubrir y plantear la frmula deaplanetismo, sin la cual hasta hoy no sera posible construir ningnobjetivo para microscopio, telescopio, o cmara fotogrfica. Adems,Abbe descubri el empleo del espato-fluor (fluorita) que combinadocon diversos tipos de vidrios modifica la dispersin de los colores.

Los vidrios de borato y fosfatos posean ya las cualidades indis-pensables para la mejor correccin de las aberraciones de los lentes.Con esto Abbe corrigi ampliamente los objetivos acromticos y lle-g a crear en 1884 el Non Plus Ultra de los objetivos microscpicos:los apocromticos, en donde se combinan diversos tipos de lentesfabricados con distintos materiales, corrigindose de esta forma lasaberraciones cromticas causadas por la diferencia de colores.



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TIPOS DE MICROSCOPIOS

Como se mencion al principio, para el estudio de los seres vivos, esde gran importancia el uso del microscopio. Existe una gran diversi-dad de microscopios en cuanto a su estructura, funcionalidad, mar-ca, entre otras caractersticas.

Microscopio ptico compuesto

El microscopio ptico compuesto o fotnico, es el tipo ms comn;se le llama fotnico porque utiliza la luz natural o la artificial de unalmpara y consta de tres sistemas:

1. Mecnico

2. De iluminacin

3. ptico

La parte ptica del microscopio est constituida por las diferenteslentes, que son las responsables de la desviacin que sufren los ra-yos de luz y por lo tanto de la imagen agrandada que se obtiene.

Pie: sirve de apoyo.Brazo: para engranar o articular el tubo y para sujetar el el microscopio al transportarlo.Tubo del microscopio: en l est insertado el o los oculares.Platina: sitio donde se coloca la preparacin.Revlver: lugar sobre el que giran los objetivos.Tornillo macromtrico: para enfoque grueso.Tornillo micromtrico: para enfoque fino.Pinzas de platina o carro de platina.

Lmpara o espejo: fuente luminosa.Condensador: rene los rayos de luz y los dirige hacia el

objeto.Diafragma: regula la cantidad de rayos luminosos.

Oculares: son las lentes por donde se observa.Objetivos: son las lentes que quedan cerca del objeto a

observar.



Cada lente tiene un nmero que indica los aumentos que propor-ciona; los microscopios pticos tienen un ocular que aumenta 8X,*10X, o ms veces el objeto y varios objetivos que son:

Lupa. Aumento en dimetros: 2.5-5X Seco dbil. Aumento en dimetros: 1020X Seco fuerte. Aumento en dimetros: 4060X Inmersin. Aumentos en dimetros: 100 X (esta lente debe

usarse sumergida en una gota de aceite de inmersin).

Para calcular los aumentos en dimetros del microscopio, bastacon multiplicar los aumentos del ocular por los aumentos del objeti-vo, que se est utilizando en el momento de la observacin:

(Aumento del ocular ) X (aumento del objetivo) = aumento delmicroscopio. Ejemplo: (10X) X (40X) = 400X o 400 aumentos

Una propiedad importante de los microscopios es su poder deresolucin, que consiste en la capacidad del aparato para poder di-ferenciar o distinguir con toda precisin dos puntos que se encuen-tren muy cercanos; es decir, que en una sucesin de puntos muyjuntos, con un microscopio de bajo poder de resolucin, los puntos seobservarn como una lnea, y con uno de alto poder de resolucinse podr definir claramente cada punto.

El microscopio ptico, que muestra una imagen invertida de loque se est observando, es el ms comn y el ms usado en escuelas,hospitales y laboratorios.

Pasos para enfocar y observar una imagen en el microscopio:

1. Iluminar el campo de observacin.2. Colocar el objeto a observar (colocando el portaobjetos sobre

la platina) procurando que el objeto coincida con el haz de luzy el tubo del microscopio, ya que la imagen que se recoge en elocular no es otra cosa que la luz modificada en su trayectoria

* Nota: X es el aumento en dimetros.



al incidir sobre el objeto y esta modificacin es lo que estimulanuestra retina (mientras ms pequea es la longitud de onda,mayor poder de aumento presenta el microscopio, ya que sepodrn iluminar partculas ms pequeas).

3. Mover el tornillo macromtrico y, observando lateralmente,acercar el objetivo hacia la preparacin hasta llegar al tope.

4. Observar por el ocular y girar el tornillo macromtrico ensentido contrario hasta tener a la vista alguna imagen.

5. Sin dejar de observar, mover el tornillo micromtrico hastaenfocar perfectamente la imagen (la imagen deber ser ntida).

6. Observar todo el panorama y centrar en la parte que se va aestudiar, fijando la preparacin con las pinzas del microscopio.

7. Sin mover la preparacin ni los tornillos (micromtrico ni ma-cromtrico) se puede cambiar de objetivos y nicamente afinarla imagen con el tornillo micromtrico cada vez que se hayarealizado un cambio.

8. Al finalizar la observacin elevar el tubo y retirar elportaobjetos. Apagar la luz del microscopio (limpiar las lentescon papel seda) y dejar el objetivo de menor aumento en el ejeptico.

Observe las siguientes imgenes de microscopios:

Figura 1. Primera lente de la que se tieneconocimiento en la historia de la humanidad. Setrata de una lente plano convexa de cristal de rocatallada toscamente, encontrada en lasexcavaciones de Ninive.(Fuente: sitio pblico deinternet)



Figura 3. Microscopio compuesto realizadopor Galileo Galilei en 1612 Italia (12 cm). Estemicroscopio, posee dos lentes instaladas endos cilindros de madera que se deslizan sobreuno exterior de cartn, forrado de cuero verde,permitiendo el enfoque. (Fuente: sitio pblicode internet)

Figura 4. Microscopio simple realizado porAnton van Leeuwenhoek, 1632, en Leyden,Holanda (10 cm). Con este microscopio simplese consiguen imgenes de mayor calidad quecon el microscopio compuesto de los hermanosJanssen, lo que permiti a Leeuwenhoek hacerlos descubrimientos de infusorios, eritrocitos,etctera. (Fuente: sitio pblico de internet)

Figura 2. Microscopio compuestorealizado por los hermanos Juan yZacharias Janssen en 1590, enMidelburg, Holanda (25 cm). Estformado por dos tubos de latn,soportando una lente cada uno, que sedeslizan dentro de otro tubo de latnlo que permite el enfoque. (Fuente: sitiopblico de internet)



Figura 5. Microscopio compuesto construido porGiuseppe Campana en 1665, Italia (9 cm).Construido en madera y apoyado en un anillo demetal. Permite el enfoque mediante eldesplazamiento de la porcin interior por unmecanismo de tornillo. En la base presenta un discode madera con un agujero central, lo que lo haceapto para observar especmenes por transparencias.(Fuente: sitio pblico de internet)

Figura 6. Microscopio compuesto creado porEustaquio Divini, 1668, Bolonia, Italia (30 cm.).El original se encuentra en el Museo Copernicanade Roma. Est construido con tubos de cartntelescopados. En la porcin superior presenta unjuego de dos lentes enfrentadas por la convexi-dad y en la porcin inferior contiene una lentemontada en madera. El sistema se ampara en untrpode de metal. (Fuente: sitio pblico de internet)

Figura 7. Microscopio compuesto construidopor Christopher Cock, segn diseo de RobertHooke en 1670, Inglaterra (50 cm). (Fuente: sitiopblico de internet)



Figura 8. Curioso microscopio simple hecho enItalia en 1686 (12 cm). El enfoque se logramediante un hilo que por un lado est sujeto alfleje que apoya la lente, y por el otro se enrolla enuna clavija de madera. Las muestras se colocanen una rueda de madera que se gira medianteotra clavija. (Fuente: sitio pblico de internet)

Figura 9. Microscopio simple creado por JuanCrisstomo Martnez en 1680, Valencia, Espaa(28 cm). (Fuente: sitio pblico de internet)

Figura 10. Microscopio compuesto por el alemnNuremberg, hacia 1750 (40 cm). Este microscopioest construido ntegramente en madera y cartn.Consta de una barra sobre la que se apoya elsistema ptico y un sistema cilndrico para lacolocacin de la muestra. La barra y el sistemaestn sobre una caja rectangular en la que seguardaban los acceso-rios. (Fuente: sitio pblico



Figura 11. Pequeo microscopio modelo GeorgesOberhauser, 1835 (15 cm). Posee una basecircular. Fue un microscopio muy extendido enla poca como modelo de bolsillo.(Fuente: sitiopblico de internet)

Figura 12. Microscopio de diseccinCarl Zeiss creado hacia 1900 (18 x 50cm). Consta de una base de herraduraque se apoya mediante un pilar, unaslida platina y un brazo articuladodonde se coloca el sistema ptico. Estebrazo se desplaza verticalmentemediante un sistema de cremalleraintroducido en el pilar. En la platinase engastan dos apoyabrazos demadera. (Fuente: sitio pblico deinternet)

Figura 13. Microscopio de diseccin por LeitzWetzlar, 1920 (32 cm). Lleva incorporado unsistema elctrico de iluminacin a travs delobjetivo, que permite observar la muestra con luzincidente. Los dos objetivos se cambian por unsistema de bayoneta.(Fuente: sitio pblico deinternet)



Microscopio de contraste de fases

Este microscopio ha constituido un gran avance en las ciencias bio-lgicas, ya que en l se pueden hacer observaciones en vivo sinnecesidad de matar a las clulas u organismos por someterse a laaccin de fijadores y colorantes. El principio de la tcnica del con-traste de fases consiste en que de todos los rayos que salen de lalmpara en fase (que coinciden en sus crestas y sus valles), algunosson retardados por medio de lentes especiales y por el propio ob-jeto a observar. El adelanto y retardo de los rayos proporciona uncontraste en la imagen, los rayos adelantados dan zonas brillantesy los que viajan con retraso dan zonas oscuras.

Microscopio estereoscpico

Se le utiliza para hacer disecciones, ya que por su construccin per-mite la manipulacin de especimenes y brinda una imagentridimensional y real. Su poder de aumento es muy limitado, aun-que los ms modernos ya cuentan con un dispositivo zoom de acer-camiento que permite aumentar la imagen. (Vase figura 14).

Figura 14. Microscopio estereoscpico.(Fuente: sitio pblico de internet)



Microscopio electrnico

Utiliza un haz de electrones, en lugar de luz, dirigido por electroima-nes, el haz de electrones pasa a travs del objeto de estudio hasta unapantalla fluorescente o a una placa fotogrfica, los electrones son dis-persados por el objeto y la dispersin es mayor mientras ms densosea el material. El microscopio electrnico puede producir un aumen-to de hasta 200 mil dimetros. Como el gas tambin dispersa a loselectrones, el proceso debe llevarse a cabo en el vaco y la preparacindebe estar seca para eliminar el vapor de agua y por lo tanto no sepodrn estudiar estructuras vivas (tambin porque los rayos son alta-mente energticos). Existen dos tipos de microscopios electrnicos:

1. Microscopio Electrnico de Transmisin (MET) el haz atraviesala muestra. (Vase figura 15).

2. Microscopio Electrnico de Barrido (MEB) El haz de electronesse refleja en la superficie de la muestra (la cual est cubiertapor una fina capa de oro o de algn otro material) dndonosuna imagen tridimensional. (Vase figuras 16 y 17).

Figura 15. Microscopio electrnico (moderno computarizado).(Fuente: sitio pblico de internet)



Figura 16. Imagen de Microscopio Electrnico de Barrido.(Fuente: sitio pblico de internet)

Figura 17. Imgenes de Microscopio Electrnico de Barrido (computarizado).(Fuente: sitio pblico de internet)



MTODOS DE ESTUDIOS CITOLGICOS

Tcnicas de coloracin

Tienen como funcin teir los diferentes componentes celulares ytisulares para facilitar su observacin, ya que stos son incoloros.La tincin es un proceso fisicoqumico, en donde ocurren fenme-nos de difusin, absorcin y afinidad qumica entre el colorante ylos componentes celulares.

Los colorantes estn constituidos por dos grupos moleculares:

1. Grupo Cromforo: es el que imparte color.2. Grupo Auxcromo: forma sales con el colorante y permite que

ste se fije a las clulas.

Con base en el grupo auxcromo los colorantes se clasifican en:

a) cidos: su propiedad de teir reside en el anin (-) Ejemplo:Eosina;

b) Bsicos: su propiedad de teir reside en el catin (+) Ejemplo:Hematoxilina;

c) Neutros: son una mezcla de los anteriores. Ejemplo: Giemsa(para frotis de sangre).

En lo que se refiere a componentes celulares, el ncleo presentaun carcter cido debido a los cidos nucleicos y por lo tanto presen-tan una marcada afinidad por los colorantes bsicos. Por otro lado elcitoplasma es de carcter bsico por lo tanto presenta una marcadaafinidad por los colorantes cidos.

Tcnica de centrifugacin

La centrifugacin es un mtodo que se utiliza para separar partculas,o componentes celulares que se encuentran suspendidos en un lqui-do, aplicando una fuerza centrfuga mayor que la fuerza de gravedad



de la Tierra. Para esto se utiliza un aparato llamado centrfuga el cual,al girar, genera precisamente una fuerza centrfuga. La velocidad conque una partcula desciende hacia el fondo del tubo, bajo la accin deuna fuerza de este tipo, depende de los siguientes factores:

1. Fuerza aplicada: se expresa por el nmero de revoluciones porminuto (rpm).

2. Tamao, forma y densidad de la partcula.

Las centrfugas son indispensables en hospitales y laboratorios,ya que se usan en la determinacin de hematocrito, qumicas san-guneas, en separaciones de materiales en orina, en heces fecales yas mismo en la separacin de componentes celulares.

Unidades de medida y tamao

Escala de conversiones, tomando como unidad de longitud el metro.

Kilmetro Km 1.000 mCentmetro cm 0.01 m o 1X10-2mMilmetro mm 0.001 m o 1X10-3mMicra 0.000001 m o 1X10-6mNanmetro o milimicra nm 0.000000001m o 1X10-9 mngstrom 0.0000000001m o 1X10-10m

Cultivos

Se llama medio de cultivo a toda materia donde exista alimento y lascondiciones para que los organismos puedan vivir y reproducirse.

Factores comunes que debe reunir cualquier medio de cultivo:

Nutrientes: cualquier organismo que se desee conservar fuerade su ambiente natural debe estar provisto de alimentosnecesarios para su sobrevivencia.



Concentracin adecuada de hidrogeniones (pH). Temperatura. Aireacin: ya que hay organismos aerobios y anaerobios.Existe una gran variedad de medios de cultivo segn la especie

que se va a cultivar.Por ejemplo, para cultivar bacterias hay medios comerciales que

contienen macerados de carne o medios slidos hechos a base deagar, los cuales estn deshidratados y vienen listos para ser prepara-dos adicionndoles agua destilada y esterilizndolos.

Otro ejemplo lo constituye el preparado de infusiones de heno,alfalfa, lechuga, paja, arroz o trigo, que una vez enfriados se utilizanpara cultivo de protozoarios.

Las tcnicas de cultivo in vitro se encuentran en un periodo degran perfeccionamiento. En la actualidad se ha logrado obtener conptimos resultados el desarrollo artificial de tejidos animales y ve-getales. Los resultados de este proceso son de gran inters biolgi-co, citolgico, fisiolgico, bioqumico, farmacolgico, patolgico ygentico. La mayora de las clulas animales y vegetales sobreviveny se multiplican en cultivos si se les suministran los nutrientes ade-cuados. A diferencia de las bacterias, aquellas solamente crecen ensuperficies slidas. Otro ejemplo es el diagnstico de los virus quese hace por cultivo de clulas, en embriones de pollo.



ESTRUCTURAS PRECELULARES YEVOLUCIN DE LAS PRIMERAS CLULAS

Se denominan estructuras precelulares a agrupaciones de elemen-tos o compuestos que de alguna manera se asociaron o realizaronreacciones fsicas y qumicas, bajo la influencia de un medio propi-cio, que algunos autores denominaron caldo primigenio. A partir deestas reacciones se supone que se iniciaron los primeros seres vivosmediante una evolucin qumica.

El ambiente era propicio para reacciones qumicas donde las sus-tancias como el amoniaco, metano, dixido de carbono e hidrgenopodan reaccionar entre s, originando compuestos orgnicos.

La organizacin de estos compuestos, se considera que pudieraser el punto de partida, bajo la influencia de la radiacin solar, lasdescargas elctricas y la actividad volcnica, para la formacin decompuestos ms complejos, acumulndose en los mares primitivos(sopa primigenia) y que en un momento dado diera inicio a la evo-lucin biolgica.

MICROESFRULAS PROTEICAS

Los estudios realizados por Sydney W. Fox, lo llevaron al descubri-miento de sistemas polimoleculares a los cuales les dio el nombrede microesfrulas proteicas para explicar el origen de las primeras

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formas de vida. Estas microesfrulas las podemos definir como pe-queas gotitas que se forman en soluciones concentradas deprotenoides cuyas dimensiones son comparables a las de las clulastpicas. Son aminocidos que se polimerizan por el calor y que encondiciones adecuadas de pH y concentraciones salinas, originandichas microesfrulas proteicas.

Presentan una similitud morfolgica y dinmica con las clulas,ya que tambin estas microesfrulas proteicas propuestas por Fox,presentan fenmenos de smosis y una doble capa proteica.

COACERVADOS

Otro investigador que se dedic a explicar el origen de las primerasformas de vida fue B. de Jong, quien propuso como modelo antece-sor de las primeras clulas a los coacervados.

Jong demostr que mezclando dos soluciones diluidas de compues-tos de alto peso molecular como las protenas y los carbohidratos sepodan obtener gotitas microscpicas, donde los agregadosmoleculares se atraen por cargas opuestas.

PROTOBIONTES Y EUBIONTES

El investigador ruso Oparin (1924) da a conocer sus estudios sobreeste tema y propone que entidades polimoleculares como losprotobiontes y eubiontes son los precursores de los sistemas vivien-tes, ya que desde el punto de vista termodinmico se comportancomo verdaderos sistemas abiertos y son capaces de intercambiarmateria y energa con su ambiente.

Los protobiontes propuestos por Oparin se diferencian por su gra-do de organizacin interna, por el tipo de sustancias y por su estabi-lidad. Estos sistemas se combinan y se fragmentan a menudo en otrossistemas similares. Estos protobiontes son considerados en la actua-lidad como los antecesores directos de las primeras formas de vida.


31MTODOS DE ESTUDIO DE LAS CLULASESTRUCTURAS PRECELULARES Y EVOLUCIN DE LAS PRIMERAS CLULAS

Algunos protobiontes que contenan polinucletidos y polipp-tidos fueron capaces de transmitir su informacin gentica a sus des-cendientes, de tal manera que dieron un paso ms hacia la evoluciny Oparin les llam eubiontes (verdaderos seres vivos).

Una vez concluida esta evolucin qumica los eubiontes ya consi-derados como organismos vivos, generan el inicio de la evolucinbiolgica y es a partir de este cambio que se originan varias lneasevolutivas, las cuales desembocan en la gran biodiversidad actual.

PROCARIOTES Y EUCARIOTES

Los cidos nucleicos en un principio permanecieron inmersos en elcitoplasma sin una membrana que los delimitara, a estas formas devida se les denomin procariotes.

Por otro lado, cuando el material gentico se condens y se limitpor una membrana se constituyeron los eucariotes.

Evolucin biolgica

Protobiontes O2 (Atmsfera oxidante)

Auttrofos fotosintticos (oxignicos) aerobios

Eubiontes Eucariticos unicelulares

Eucariticos pluricelulares

(Unicelulares,hetertrofos,anaerobios,procariotes)



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COMPOSICIN QUMICA DE LAMATERIA VIVA

BIOLEMENTOS

La materia viva est compuesta por bioelementos primarios, secun-darios y traza:

Bioelementos primarios: C, H, O, N, son los ms abundantes yconstituyen 99.3% de la materia viva.

Bioelementos secundarios: Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg, Fe, constituyen0.67% de la materia viva.

Bioelementos traza: Mn, Co, Br, Al, Va, Mo, I, Sn, F, Cu, Zn,Se, Si, Ni, Cr. Representan 0.03% de lamateria viva.

Estos elementos se combinan para constituir la materia viva.

Compuestos de la materia viva

Orgnicos Inorgnicos

Carbohidratos AguaLpidos SalesProtenas y enzimas Ionescidos nucleicosVitaminas



El agua tiene ciertas propiedades raras y exclusivas.La vida se origin en el agua, depende del agua,

el agua es su solvente y su medio.el agua no slo es la madre,

tambin es la matriz de la vida.

A. Szent-Gyorgy

EL AGUA UN COMPUESTO VITAL

Vivimos en un mundo de agua. La bebemos, la respiramos, nos ba-amos con ella, flotamos, nadamos, patinamos, esquiamos en ella yla usamos tanto para calentar como para enfriar.

El agua se encuentra en abundancia en la vasta red de ocanos, ma-res, ros, lagos. Aproximadamente, las tres cuartas partes de la super-ficie terrestre estn cubiertas por agua. El agua es esencial para la vida.

El agua es el compuesto inorgnico ms abundante en los seresvivos, la vida depende absolutamente de este compuesto. La canti-dad de agua en los seres vivos vara entre 20% y 95% de un organis-mo a otro.

Funciones del agua en los organismos:

1. Es el medio en el cual muchas substancias se disuelven.2. En estado de solucin muchas sales se ionizan y se tornan

activas.3. Transporte de nutrimentos y desechos.4. El agua absorbe y libera calor (termorregulador), manteniendo

la temperatura constante.5. Lubricante:a) Ligamentos, tendones, msculos y articulaciones.b) El mucus contiene gran cantidad de agua y es el lubricante ms

ampliamente utilizado.6. Los sentidos del gusto y del olfato dependen tambin del agua,

si la superficie de la lengua estuviera seca no podradesempear su funcin, y si la nariz estuviese seca no podrarealizar la humidificacin y el calentamiento del aire.


35MTODOS DE ESTUDIO DE LAS CLULASCOMPOSICIN QUMICA DE LA MATERIA VIVA

Figura 18. Representacin molecular del agua con formacin espacial.(Fuente: sitio pblico de Internet)

Propiedades fsico-qumicas

En la naturaleza es posible encontrar al agua en sus tres estadosfsicos: el lquido, el slido y el gaseoso; dichos estados dependende las condiciones ambientales. (Vase figura 19).

Figura 19. Estructura del hielo. Representacin del arreglo cristalino del agua enestado slido. (Fuente: sitio pblico de Internet)

Forma en la que acta el agua en los seres vivos: sabemos que elagua es un compuesto que presenta propiedades totalmente dife-rentes a todos los compuestos inorgnicos; caractersticas que sedeben a la estructura de su molcula.



Analicemos su estructura molecular: la molcula de agua est for-mada por dos tomos de hidrgeno y uno de oxgeno. Cada tomode hidrgeno est unido al tomo de oxgeno mediante un enlacecovalente.

En conjunto, la molcula de agua posee una carga neutra porquetiene la misma cantidad de electrones y de protones, pero la molcu-la es polar debido a que existe una atraccin muy grande del ncleodel oxgeno por los electrones. Los electrones compartidos de losenlaces covalentes pasan ms tiempo en torno del ncleo de oxge-no que de los ncleos de hidrgeno, de modo que la regin prximaa cada ncleo de hidrgeno es dbilmente positiva y el tomo deoxgeno posee cuatro electrones ms en su nivel energtico externo.Estos electrones estn apareados en dos orbitales que no forman en-laces covalentes con el hidrgeno, cada uno de estos orbitales sonuna zona dbilmente negativa; por lo tanto, en trminos de polari-dad, la molcula de agua posee cuatro vrtices, dos con carga positi-va (+) y dos con carga negativa (-). (Vase figura 20).

Figura 20. Representaciones de la molcula de H2O. (Fuente: sitio pblico de Internet)

Cuando una de estas regiones cargadas se acerca a una regin decarga opuesta de otra molcula de agua, la fuerza de atraccin formaun enlace entre ellas y esto se conoce como enlace de hidrgeno (puen-

tomo dehidrgeno

tomo dehidrgeno

Molcula de agua



tes de hidrgeno), cada molcula de agua es capaz de unirse a cua-tro molculas de agua ms. (Vase figura 21). Los enlaces de hidr-geno no slo existen en el agua, sino que se pueden localizar en otroscompuestos, como en los cidos nucleicos y en algunas protenas.

Y adems por el ngulo de enlace de 104.5o C favorece el efecto desolvente universal y la interaccin con otras molculas.

O

H H

Figura 21. Representacin de la molcula del agua en estado lquido.(Fuente: sitio pblico de Internet)

COMPOSICIN QUMICA DE LA MATERIA VIVA

Puente de Hidrgeno



Solvente universal

La polaridad de la molcula de agua es responsable de la capacidadde sta como disolvente (solvente). Las molculas polares del aguatienden a separar a las sustancias inicas como el cloruro de sodio,en sus iones constitutivos. Las molculas de agua aglomeradas seconcentran alrededor de los iones cargados y los separan.

Muchas molculas importantes, en los sistemas vivientes, tienenreas de carga negativa y positiva, (estas regiones polares se formanen la vecindad de tomos unidos en enlaces covalentes cuyos ncleosejercen distintos grados de atraccin por electrones) por lo tanto, estasmolculas atraen a las molculas de agua y se disuelven en ella.

Las molculas polares que se disuelven en agua se denominanhidroflicas (amantes del agua). El agua tambin disuelve gases comoel oxgeno y el bixido de carbono.

Ionizacin del agua

El agua tiene una ligera tendencia a la ionizacin, es decir, a diso-ciarse para formar iones: in hidrgeno o hidrogeniones (H+) y ioneshidroxilo (OH-) . En el agua pura hay una pequea cantidad de mo-lculas ionizadas de esa manera. La tendencia del agua a disociarsees equilibrada por la tendencia de los iones de hidrgeno e hidroxilosa volverse a unir para formar agua.

H-O-H H+ + OH-

Puesto que el agua se separa en un hidrogenin y un in hidroxilo,las concentraciones de ambos iones en el agua pura son exactamenteiguales. Se dice que esa solucin es neutra (ni cida, ni bsica).

Las propiedades fisicoqumicas del agua, como son: elevados va-lores de calor especfico, calor de vaporizacin, calor de fusin, co-hesin, adhesin y tensin superficial; son debidas al elevado nmerode puentes de hidrgeno.



Calor especfico del agua

El agua tiene un elevado calor especfico (1.0 = 1000 cal/g), es decires muy grande la cantidad de energa necesaria para elevar la tem-peratura de un gramo de agua, un grado Celsius. Esto es debido a lapresencia de puentes de hidrgeno entre sus molculas.

Debido a esta particularidad fsica el agua tiene funciones tales como:

Controlar la temperatura del ambiente (regula la temperaturadel planeta).

Actuar como regulador contra cambios drsticos de temperaturaen homeotermos pues hacen posible la elevacin lenta de latemperatura y no cambios drsticos.

Densidad del agua

Mientras que la mayor parte de las sustancias aumentan su densi-dad conforme disminuye su temperatura, el agua alcanza su mayordensidad a los 4o C y cuando la temperatura disminuye an ms, lospuentes de hidrgeno en las molculas de agua se expanden mante-niendo a estas lo suficientemente separadas para dar al hielo unadensidad 10% menor que la densidad del agua, con el consiguienteaumento de su volumen, dando las siguiente caractersticas:

1. El agua slida o hielo flota dentro del agua fra que es ms densa.2. Esta propiedad es muy importante en la aparicin,

sobrevivencia y evolucin en la vida de la tierra (efecto decoagulacin en la superficie mxima, y no en el fondo del mar).

Fuerzas de cohesin y adhesin

Las molculas de agua presentan una fuerte tendencia a unirse entres, es decir, son cohesivas (esto es debido a la presencia de puentesde hidrgeno entre ellas).



Dichas molculas tambin se adhieren a muchos otros tipos desustancias, estas fuerzas de adhesin ayudan a explicar porque elagua moja las cosas.

Las fuerzas de adhesin y cohesin explican la tendencia del aguaa ascender por tubos de calibre muy pequeo (capilares) fenmenoque recibe el nombre de capilaridad.

Este mismo fenmeno participa en el ascenso del agua por los ta-llos de las plantas desde la raz hasta las hojas ms altas.

Tensin superficial

Las molculas de agua tienen un alto grado de tensin superficialdebido a la cohesin, se atraen entre s con mayor fuerza que lasmolculas del aire, las molculas de agua en la superficie se agru-pan produciendo una capa fuerte (red molecular superficial) de altaconstante dielctrica.

Sabas qu?

Un insecto (zapatero) aunque es ms denso que el agua, puede ca-minar o pararse en la superficie de un charco debido a la presencia

Figura 22. Fotografa del insecto zapatero. (Fuente: sitio pblico de Internet)

de pelos finos en la parte in-ferior de sus patas, los quedistribuyen el peso del insec-to sobre un rea mayor. (Va-se figura 22).

Y que algunos peces tienenen su sangre protenas anti-congelantes y las ranas po-seen el trialcohol glicerol ensu sangre para evitar la con-gelacin de la misma.



SALES MINERALES

Las sales minerales se definen como compuestos que tienen un inpositivo que no es hidrgeno (H+) y un in negativo que no es elhidroxilo (OH-). Ejemplo: Na+Cl- y K+Cl-.

Existen dos tipos de sales minerales:

1. Las que se disocian en presencia de agua. Ejemplo: Na Cl y KCl, que producen, despus de la disociacin, cationes y anionesnecesarios para el metabolismo celular.

2. Las que no se disocian en presencia de agua. Ejemplo: Ca CO3,que participa estructuralmente en la formacin sea y ademsconstituye el exoesqueleto de algunos artrpodos y las conchasde los moluscos.

Iones

Na+ y K+ importantes para la conduccinnerviosa y para el balance hidroelctrico.

Cationes(+) Ca++ esencial para la coagulacin de la

sangre y para la contraccin muscular. Tipo de iones Cl- dos terceras partes de los aniones de

la sangre son cloro, que tiene muchafacilidad para pasar a travs de laAnionesmembrana celular y participa en el(-)equilibrio cido-base.

I- forma parte de la hormona tiroidea.

Grupos funcionales

Son grupos de tomos de los cuales depende en gran medida lareactividad y caractersticas qumicas de los compuestos orgnicosque los poseen. (Vase figura 23).



Grupos funcionales ms importantes

Grupo carboxilo Grupo amino Grupo ester

Figura 23. Grupos funcionales

El grupo alcohol (OH) o hidroxilo, se halla en los compuestos alco-hlicos y en varios azcares o carbohidratos.

Los grupos aldehdos contienen un tomo de carbono doblemen-te enlazado con el oxgeno y sencillamente unido al hidrgeno. Losaldehdos estn presentes en carbohidratos, en productos interme-dios de procesos biolgicos, como la fotosntesis y la respiracin.

Los grupos cetona tienen el tomo de carbono central unido aloxgeno mediante doble enlace y a los otros dos carbones medianteenlaces sencillos. Estn presentes en los carbohidratos.

El grupo carboxilo (COOH), es uno de los ms importantes. Seencuentra en los aminocidos y en los cidos grasos.

El grupo amino (NH2), se halla primordialmente en los amino-cidos.

El grupo sulfihidrilo (SH), consta de un tomo de azufre unido aun tomo de hidrgeno, se encuentra en el aminocido cistena.

C OH

R

CR

H

O C

R

R

O SH

R

Grupo hidroxiloo alcohol

Grupoaldehdo

Grupocetona

GrupoSulfihidrilo

C

O

OH

H

H

NR R1C O

O



CARBOHIDRATOS

Es el tipo de biomolculas constituidas qumicamente por tomos decarbono, hidrgeno y oxgeno en una porcin de (CH2O)n razn por lacual tambin se les llama hidratos de carbono. En tanto que por susabor son conocidos como glcidos o azcares. Qumicamente sedefinen como derivados aldehdos o cetnicos de alcoholespolivalentes. Y tambin como polihidroxialdehdos o polihidroxice-tonas.

Clasificacin de los carbohidratos

La clasificacin de los carbohidratos se establece por el nmero deunidades de azcares que los constituyen:

a) Monosacridos (formados nicamente por una unidad deazcar).

b) Oligosacridos (formados de dos a 10 unidades de monosac-ridos), siendo los ms abundantes los disacridos.

c) Polisacridos (formados por ms de 10 unidades de monosac-ridos).

Monosacridos

Son los azcares ms simples que no pueden hidrolizarse en unida-des ms pequeas, constituyen la base para formar los dems carbo-hidratos y de sta manera se absorben por el intestino. Se clasificande acuerdo con:

1. El nmero de tomos de carbono:

a) Triosas: tres tomos de carbono. Ejemplo: gliceraldheido y dihi-droxicetona.

b) Tetrosas: cuatro tomos de carbono. Ejemplos: eritrosa y eritru-losa.



c) Pentosas: cinco tomos de carbono. Ejemplos: ribosa ydesoxirri-bosa.

d) Hexosas: seis tomos de carbono. Ejemplos: glucosa y fructosa.

2. El tipo de grupo funcional (aldehido y cetona):

a) Aldosas: contienen el grupo aldehido. Ejemplos: glucosa, ribosa.b) Cetosas: contienen el grupo cetona. Ejemplos: fructosa, dihidro-

xicetona.

De los monosacridos, la glucosa (vase figura 24) merece especialmencin, ya que es el principal carbohidrato utilizado por la clula parala produccin de energa necesaria para todas sus funciones metablicas.

Figura 24. Cadena lineal y estructura del anillo de la glucosa*

* Nota: en la glucosa con estructura de anillo, se forma un puente de oxgeno alreaccionar el aldehdo del carbono 1 con el alcohol del carbono 5.

OC

C

C

C

C

O

O

O

H

HH

H

HH

H H

CH2OH

HO

Glucosa en estructura de anilloCadena lineal de la glucosa (cclica)

5C

6CH2OH

4C

3C 2C

1C

H

H H

H

OH

OHOH

OH

O



Existen dos configuraciones posibles para las molculas de formade anillo, existiendo un equilibrio entre ellas. (Vase figura 25).

Figura 25. Configuracin cclica de la glucosa

Propiedades de los monosacridos

1. Solubilidad. Por tener un bajo peso molcular y muchos radicalesalcohlicos son muy solubles en agua, en donde adoptan la formacclica que puede ser forma alfa que se representa con el -OH delprimer carbono hacia abajo, o la forma beta con el -OH del primercarbono hacia arriba (vase figura 25).

2. Son reductores. Dentro de los monosacridos, existen algunosque son reductores porque hacen que otras sustancias sereduzcan (ganen electrones) y por lo tanto den positiva lareaccin de Benedict, con la que se les identifica. El reactivo tieneen su composicin cobre oxidado que le da una coloracin azul;al com-binarse con un monosacrido, cuyo grupo funcional esterminal, el cobre se reduce, lo que se manifiesta por laformacin de un precipitado de color rojo ladrillo. La reaccindebe hacerse en caliente.

Alfa glucosa Beta glucosa



3. Tienen actividad ptica. Los monosacridos tienen carbonosasimtricos y por lo tanto presentan actividad ptica. Cuandouna sustancia pticamente activa desva el plano de luzpolarizada a la derecha se le llama dextrgira y cuando lodesva a la izquierda se llama levgira.

Oligosacridos

Como se recordar, los oligosacridos, son azcares constituidos des-de dos hasta 10 unidades de monosacridos. Dentro de este grupode carbohidratos, destacan los disacridos.

Los disacridos se forman por la unin de dos monosacridos (quepueden ser iguales o diferentes), con la liberacin de una molculade agua; establecindose de esta forma un enlace qumico de tipoglucosdico. (Vase figura 26). Al recuperarse la molcula de aguaeste enlace se rompe y da como resultado los dos monosacridosque formaban al disacrido (hidrlisis).

Ejemplos:

Maltosa = glucosa + glucosa. Unidas por un enlace 1,4 reductor.Lactosa = glucosa + galactosa. Unidas por un enlace 1,4 reductor.Sacarosa = glucosa + fructosa. Unidas por un enlace 1,2 no reductor.

Figura 26. Unin entre los monosacridos, a travs de un enlace glucosdico,formando un disacrido*

* Nota: el enlace se establece con la unin entre el -OH del C1, en posicin alfa con elOH del C4 de la siguiente glucosa, formando as el enlace glucosdico 1,4.



La maltosa es el azcar que se obtiene a partir de la fermentacinde la cebada (malta); la lactosa es el azcar presente en la leche y lasacarosa es el glcido obtenido a partir de la caa de azcar. Losdisacridos se ingieren en la dieta y son la fuente de monosacridos.

Polisacridos

Son macromolculas formadas por la unin de muchos monosa-cridos, en donde la unidad predominante es la glucosa.

Los polisacridos se clasifican sobre la base de su funcin en:

1. Polisacridos de reserva energtica:

a) Almidn: de origen vegetal, se acumula en semillas, tubrculosy races.

b) Glucgeno: de origen animal, se almacena en msculos y en elhgado.

2. Polisacridos estructurales, dan forma, confieren elasticidad origidez; as como proteccin y soporte:

a) Quitina: forma el exoesqueleto de los artrpodos.b) Celulosa: forma la pared celular de los vegetales.

Tambin los polisacridos se clasifican de acuerdo con su compo-sicin qumica en:

1. Homopolisacridos: formados por los mismos monosacridosa la n veces:

a) Almidn, glucgeno y quitina.

2. Heteropolisacridos: formados por diferentes unidades demonosacridos:



a) cido hialurnico y peptidoglicano.

3. Almidn: consta de dos fracciones:

a) Amilosa: formada por cadenas no ramificadas de unidades deglucosa unidas por enlace alfa 1,4. Da color azul con el yodo,no es muy soluble en agua y es degradada por la enzima alfaamilasa, dando como productos de dicha degradacinmolculas de maltosa y glucosa. (Vase figura 27).

Figura 27. Representacin esquemtica de la amilosa

b) Amilopectina: es la fraccin del almidn que es insoluble enagua, de estructura ramificada, la cual se obtiene por los enlacesalfa 1,6 que se establecen aproximadamente cada 30 unidadesde glucosa. En presencia de yodo da un color violeta y esdegradada por la enzima alfa 1,6 glucosidasa. (Vase figura 28).

Figura 28. Representacin de la fraccin de amilopectina

4. Glucgeno: este es un polisacrido de reserva en los animales.De estructura similar al almidn, pero con mayor nmero de ramifi-caciones las cuales ocurren cada 8 a 10 unidades de glucosa. Presen-ta enlaces alfa 1,4 (porcin lineal) y alfa 1,6 (porcin ramificada). Estepolisacrido es degradado por la enzima alfa amilasa, resultandoglucosas y maltosas. (Vase figura 29).



Figura 29. Representacin esquemtica del glucgeno

5. Celulosa: se localiza en los vegetales, en la pared celular y con-siste en cadenas de glucosa unidas por enlaces Beta 1,4. La celulosaconstituye la madera, que es degradada por la enzima celulasa pre-sente en el estmago de los rumiantes, producida por la flora intes-tinal. (Vase figura 30).

(O-O-O-O-O-O-O-O-O-O-O-O-O..) n

Figura 30. 1 600 a 2 700 unidades de glucosa por molcula

6. Quitina: homopolisacrido formado por unidad de N-Acetil-gluco-samina unidas por enlaces 1,4; constituyen el caparazn delos crustceos y el exoesqueleto en insectos. (Vase figura 31).

Figura 31. Unidad de N-acetilglucosamina

7. cido hialurnico: este es un heteropolisacrido que constituye lasustancia amorfa del tejido conectivo de los vertebrados (humor v-

CH2OH

OH OH

O

CH3

NH C O



treo, cordn umbilical). Est formado por unidades repetitivas deun disacrido integrado por cido glucournico y N-acetilgluco-samina unidos por enlaces beta 1,3 estos disacridos se unen a otrospor enlaces beta 1,4.

Peptidoglicano: heteropolisacrido que constituye la pared celularde las bacterias y cianobacterias (implica procesos de virulencia,antigenicidad, crecimiento celular y diferenciacin). Est constitui-do por N-acetilglucosamina y N-acetilmurmico unidos por enlace 1,4.

LPIDOS

Son compuestos orgnicos qumicamente heterogneos entre s, porlo que no se les puede definir qumicamente en forma global, a dife-rencia de los carbohidratos; por lo que se conoce como lpidos a aque-llos compuestos que son insolubles en agua, pero solubles ensolventes orgnicos no polares: como alcohol, ter y acetona, cloro-formo, y otros, lo cual indica la naturaleza anfiptica de los lpidos,esto es debido a la presencia de cadenas hidrocarbonadas en la es-tructura de estos compuestos.

Caractersticas generales:

Insolubles en agua. Solubles en solventes orgnicos no polares. De consistencia lquida, semislida o slida a temperatura am-

biente. Densidad menor de uno. Son ms ligeros que el agua. Constituye aproximadamente 5% de la materia orgnica. El

tejido nervioso es especialmente rico en lpidos.

Papel fisiolgico de los lpidos en la clula:

1. Componentes estructurales de las membranas.2. Estn almacenados como depsitos (reserva energtica secun-

daria).



3. Los cidos grasos se oxidan para formar acetil Co-A (molculaclave para iniciar el ciclo de Krebs); son fuente de energa.

4. Forman pelculas protectoras en la superficie de las hojas y frutas.

Caractersticas de los lpidos

Los lpidos son molculas anfipticas, ya que poseen dos regiones:una polar o hidroflica, la cual tiene afinidad por el agua; la otraregin es no polar o hidrofbica, la cual rechaza el agua.

Porcin polar hidroflica

Porcin no polar hidrofbica

Figura 32. Representacin de un lpido

Cuando los lpidos estn en contacto con el agua espontneamen-te pueden adoptar diferentes arreglos estructurales, dependiendodel tipo de lpido. (Vase figuras 33a, 33b y 33c).

Figura 33a. Micelas

Figura 33b. Bicapas lipdicas



L

PI

D OS

Figura 33c. Arreglos moleculares de lpidos de tipo liposoma

Los lpidos se pueden clasificar de distintas maneras, la ms satis-factoria est basada en su estructura fundamental:

Contienen cidos grasos en su composicin. Sellaman tambin lpidos saponificables ya que seusan para fabricar jabones (sales de cidos grasos)por hidrlisis alcalina.

Complejos a) Glicridosb) Fosfoglicridosc) Esfingolpidosd) Ceras

stos no contienen cidos grasos, por lo tanto soninsaponificables.

Simples a) Terpenosb) Esteroidesc) Carotenoidesd) Prostaglandinas



Lpidos complejos

Poseen un alcohol que se encuentra esterificado con cidos grasosde 16 a 24 carbonos cada uno de ellos.

cidos grasos; componentes esenciales de los lpidos complejos,todos contienen una larga cadena hidrocarbonada con un grupocarboxilo terminal.

La cadena hidrocarbonada puede estar saturada: C-C-C-C...(estnpresentes principalmente en los animales, tienen mayor punto defusin y son conocidos comnmente, como mantecas).

O puede tener dobles o triples ligaduras (a estos se les conoce comocidos grasos insaturados, estn presentes principalmente en los ve-getales, tienen menor punto de fusin y son conocidos comnmentecomo aceites, estos cidos grasos difieren entre si por el nmero,posicin y configuracin de las dobles o triples ligaduras). (Vasefigura 34).

Figura 34. Representacin del arreglo estructural de cidosgrasos de acuerdo a su ligaduras

Ejemplos de cidos grasos:

Palmtico: 16 carbonos, grasa animal y vegetalSaturados Esterico: 18 carbonos, grasa animal y vegetal

Butrico: 4 carbonos, grasa de mantequilla.

Oleico: 18 carbonos, aceite de oliva una dobleligadura en el C9.

InsaturadosLinoleico: 18 carbonos, aceite de linaza 2 doblesligaduras en el C9 y C12.

cidos grasos esenciales: los mamferos pueden sintetizar cidosgrasos saturados y monoinsaturados a partir de precursores, pero



no producen cido linoleico ni linolnico. A estos cidos grasos, quese requieren en la dieta de los mamferos, se les llama cidos grasosesenciales.

Glicridos

Tambin conocidos como lpidos derivados del glicerol. El trminocorrecto de estos lpidos es acilgliceroles. Estn constituidos por gli-cerol esterificado con cidos grasos. (Vase figura 35).

CH2OH

CH OH R CH2 COOH

cido grasoCH2 OH

Glicerol

Figura 35. Estructura qumica del glicerol y de un cido graso

Los OH del glicerol van a reaccionar con el grupo carboxilo (COOH)de 1, 2 o 3 cidos grasos, quedando unidos mediante enlaces ster,dando los productos de la figura 36.



O O O

CH2 O C R CH2 O C R CH2 O C R

O

CH OH CH OH CH2 O C R

O O

CH2 OH CH2 O C R CH2 O C R

Monoacilglicerol Diacilglicerol Triacilglicerol(Monoglicrido) (Diglicrido) (Triglicrido)

Figura 36. Compuestos resultantes de la unin de un glicerol con los gruposcarboxilo de uno, dos o tres cidos grasos, constituyendo enlaces de tipo ster.

Los triacilgliceroles constituyen un material de depsito en las plan-tas y en los animales; cuando tienen una consistencia slida a tem-peratura ambiente se les conoce como grasas y cuando estn en formalquida, como aceites.

La hidrlisis de los acilgliceroles, sea por la accin de cidos encaliente o por la accin de las lipasas presentes en el jugo pancretico,dan siempre como productos al glicerol en forma libre y al cidograso correspondiente.

Cuando la hidrlisis se efecta con un lcali se produce una mez-cla de jabones y glicerol (el jabn son las sales de los cidos grasos).

Fosfoglicridos o fosfolpidos

Son tambin lpidos complejos, producto de la reaccin entre loshidroxilos del glicerol con cidos grasos y cido fosfrico por mediode un enlace tipo ster. Son caractersticos de las membranas celula-res y solamente se hallan presentes en muy pequeas cantidades enotras partes de la clula.



Esfingolpidos

No contienen glicerol, en su lugar poseen esfingosina (es un aminoalcohol de 18 tomos de carbono) como ejemplo tenemos a lasesfingomielinas.

Los esfingolpidos tienen funcin estructural. Se les encuentra prin-cipalmente en la membrana de las clulas nerviosas.

Dentro de los esfingolpidos se encuentran los glucoesfingolpidostambin conocidos como glucolpidos, los cuales poseen residuos deazcares y son de dos clases:

a) Cerebrsidos: contienen glucosa o galactosa, por lo que sonconocidos como glucocerebrcidos o galactocerebrsidosrespec-tivamente.

b) Ganglisidos: en lugar de poseer un solo azcar poseen varios;glucosa, galactosa, N-acetilgalactosamina y cido n-acetilneura-mnico (cido silico).

Los glucoesfingolpidos son importantes componentes de la mem-brana celular; algunos de ellos se hallan sobre la superficie de loseritrocitos y son los que les confieren la especificidad del grupo san-guneo. Son abundantes en la llamada materia gris del cerebro.

CERAS

Son steres de cidos grasos asociados con alcoholes monohidro-xilados de cadena larga o con esteroles. Las ceras tienen una distri-bucin muy amplia y sirven como capa protectora de la piel, pelajeo plumas en los animales, en hojas y frutos de plantas superiores,tambin pueden servir de recubrimiento al exoesqueleto de algunosinsectos. Un ejemplo de cera es la lanolina, llamada as porque seextrae de la lana.



Lpidos simples

No poseen cidos grasos, por lo que con stos lpidos no es posiblellevar a cabo la reaccin de saponificacin, debido a lo cual estoslpidos son conocidos como insaponificables.

Los lpidos simples aparecen en las clulas y los tejidos en menorcantidad que los lpidos complejos, pero se hallan entre ellos mu-chas sustancias con intensa actividad biolgica como las vitaminas,hormonas y otras biomolculas solubles en grasas.

Terpenos

Estn constituidos por mltiples unidades de isopropeno (vase fi-gura 37) (es una molcula de hidrocarburo de cinco tomos de car-bono) formando largas cadenas que pueden ser lineales o cclicas yalgunos tienen estructuras de ambos tipos.

Figura 37. Estructura qumica del isopropeno

Se han identificado un gran nmero de terpenos en las plantas,con olores o sabores caractersticos como el geraniol, el limoneno, elmentol y el alcanfor. Otros ejemplos de terpenos son:

Triterpeno: es importante el escualeno (se obtiene del hgadode tiburn) es precursor indispensable en la biosntesis delcolesterol.

CH2

C

CH

CH2

CH3



Fitol: es componente de la clorofila. Carotenoides: como el beta caroteno, que es precursor de la

vitamina A. Vitaminas liposolubles: A, D, E y K.

ESTEROIDES

Son derivados del compuesto ciclopentanoperhidrofenantreno quees un hidrocarburo constituido por cuatro anillos con un total de 19carbonos. (Vase figura 38).

Figura 38. Estructura qumica del ciclopentanoperhidrofenantreno

El colesterol es un esteroide (vase figura 39) que se encuentrapresente en las membranas de las clulas animales y en laslipoprotenas del plasma sanguneo. Muy rara vez se encuentra enlos vegetales, pues en su lugar existen otros esteroles propios de lasplantas como el fitoesterol. Las bacterias no contienen esteroides.



El colesterol es el precursor de:

cidos biliares (cido clico y cido desoxiclico). Hormonas sexuales: andrgenos y estrgenos progesterona y

hormonas adrenocorticales como el cortisol, aldosterona y corti-costerona.

Figura 39. Estructura qumica del colesterol

PROTENAS

Pueden definirse como polmeros constituidos por unidades ms pe-queas llamadas aminocidos o bien, como biomolculas que estnconstituidas por aminocidos. Las protenas son fundamentales, tantopara la estructura como para la funcin de las clulas. Son las mol-culas orgnicas ms abundantes en los seres vivos y las que presen-tan un mayor nmero de funciones.


CH3

CH3

CH3CH

CH2

CH2

CH2

CH3

CH3

CH

OH



Las protenas desempean funciones biolgicas bien establecidasy especficas como:

Funcin Ejemplo1 Cataltica (ya que actan Amilasa, transferasas

como enzimas).2 Transporte Hemoglobina, protenas de

membranas y citocromos.3 Contraccin muscular Actina, miosina4 Proteccin o defensa Anticuerpos (IgG, IgA, IgM, IgE)5 Hormonal Insulina6 Estructural Membrana celular, colgena

queratinas, tela de araa.7 Almacenamiento Albmina de huevo de aves y

reptiles, semillas.

Unidades fundamentales

Las unidades estructurales de las protenas son los aminocidos, es-tos contienen en su estructura qumica un grupo carboxilo o cido(-COOH) y un grupo amino o bsico (-NH2).

Figura 40. Frmula general de un aminocido

Grupo cido terminal

Grupoamino

terminal

Cadena lateral

carbono



Los compuestos cuyas molculas tienen ambas propiedades ci-das y bsicas se denominan compuestos anfteros.

Los aminocidos se unen entre s mediante enlaces peptdicos, loscuales se establecen entre el H del grupo amino de un aminocido yel OH del grupo carboxilo del siguiente aminocido. (Vase figura41).

Figura 41. Enlace peptdico (Fuente: sitio pblico de Internet)



Nivel estructural de las protenas

Estructura primaria: est dada por el nmero y la secuencia especfi-ca de los aminocidos.

Estructura secundaria: est dada por un ligero enrollamiento dela cadena polipeptdica que puede ser:

Alfa-hlice (espiral). Ejemplo: lana, cabello, piel, uas. -tira plegada (zig zag). Ejemplo: seda.Estructura terciaria: est dada por un sobreenrollamiento de la ca-

dena polipeptdica, adoptando la forma de una esfera o de un ovoidea lo largo de un eje y constituyendo una unidad. Ejemplo: globulinas,insulina, citocromo C.

Estructura cuaternaria: est determinada por la asociacin de doso ms subunidades. Ejemplo: hemoglobina.

Clasificacin de las protenas

Por su conformacin:

a) Protenas globulares: molculas esfricas, solubles en agua,ejemplo: hemoglobina, citocromo C, algunas enzimas.

Hay muchas protenas diferentes. Las distintas protenas contie-nen combinaciones de aminocidos, de manera semejante a como secombinan las letras en las palabras (muy largas). (Vase figura 42).

Figura 42. Analoga



b) Protenas fibrosas: son cadenas en forma de fibras alargadas, alo largo de un eje y en forma paralela, son protenas duras,resistentes, qumicamente inertes y con funciones principalesde tipo estructural.

Queratinas: cuernos, uas, piel, pelo, lana, seda, escamas,garras, picos de aves y reptiles.

Colgenas: tendones, piel de bovino.c) Por su composicin qumica:

Simples: poseen exclusivamente aminocidos. Ejemplo: alb-mina, insulina.

Conjugadas: poseen una porcin proteica y no proteica. Ejemplo:hemoglobina, nucleoprotenas, lipoprotenas, fosfo-protenas yglucoprotenas.

ENZIMAS

Las clulas son fbricas qumicas en miniatura e increblemente com-plejas.

Las reacciones qumicas que se llevan a cabo en las clulas estnregidas por las leyes de la termodinmica y reguladas por protenasespeciales llamadas enzimas.

Las enzimas son un tipo especial de protenas que tienen funcincataltica, por lo que se dice que son biocatalizadores.

Las enzimas poseen las siguientes propiedades:

Aceleran las reacciones qumicas, disminuyendo la energa deactivacin.

No hacen que sucedan reacciones energticamente desfavora-bles, solo aceleran las que no puedan ocurrir de maneraespontnea, aunque muy despacio.

No cambian el punto de equilibrio de una reaccin. No alteran su estructura qumica durante la reaccin.Adems, las enzimas presentan caractersticas exclusivas:



Son muy especficas en cuanto a sus sustratos (sustancia sobrela cual actan).

Su actividad est regulada por: Factores externos: temperatura, pH, inhibidores. Propiedades inherentes. Molculas originadas en las reacciones que promueven.

A temperaturas corporales, las reacciones espontneas son dema-siado lentas para sustentar la vida. Para elevar la velocidad de reac-cin en las clulas las enzimas disminuyen la energa de activacin(cantidad de energa necesaria para iniciar la reaccin) como se mues-tra en la grfica siguiente:

Figura 43. Cantidad de energa necesaria para iniciar la reaccin en las clulas.(Fuente: sitio pblico de Internet)

La energa de activacin controla la velocidad de las reaccionesqumicas. La energa de activacin de la reaccin catalizada es me-nor que la energa de activacin de la reaccin no catalizada.

Con

teni

do

ener

gti

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e la

s m

olc

ulas

Energa de activacin sincatalizador



Estructura de las enzimas

Las enzimas son protenas globulares, cuya estructura tridimensionalpresenta una zona llamada sitio activo, donde se unen a su sustrato:

Figura 44. Ciclo de interacciones enzima-sustrato.(Fuente: sitio pblico de Internet)

El sitio activo de cada enzima tiene forma y distribucin de cargaselctricas distintas, que se complementan con las del sustrato, estole da la especificidad al complejo enzima-sustrato:

Algunas enzimas son protenas simples formadas exclusivamentede aminocidos y otras protenas conjugadas. Su actividad depende,adems de su estructura proteica, de otras estructuras no proteicasdenominadas cofactores. El complejo protena-cofactor se llamaholoenzima; cuando el cofactor se separa, la protena restante es inac-tiva y se denomina apoenzima. (Vase figura 45).




Figura 45. Protena conjugada.(Fuente: sitio pblico de Internet)

Un cofactor puede ser un ion metlico o bien un compuesto org-nico, en este ltimo caso se habla de coenzima.

Las vitaminas hidrosolubles como la C y las del complejo B sonprecursoras de coenzimas que intervienen en distintas rutasmetablicas y, por ello, una deficiencia en una vitamina puede ori-ginar importantes defectos metablicos.

Actividad enzimtica

En la clula se pueden llevar a cabo simultneamente muchas reac-ciones por la especificidad de las enzimas sobre sus sustratos.

Las enzimas catalizan las reacciones qumicas en el siguiente orden:

Primero: el sustrato se une al sitio activo de la enzima formando elcomplejo enzima-sustrato que requiere menor energa de activacin.Segundo: la interaccin fsica de enzima y sustrato produce un cam-bio en la geometra del sitio activo.Tercero: se lleva a cabo la reaccin y los productos se separan.Cuarto: la enzima vuelve a adquirir la estructura original para unanueva catlisis.



Cintica enzimtica

La velocidad de una reaccin depende de:

La concentracin de enzima. La concentracin de sustrato. La concentracin de las coenzimas. El pH. La temperatura. Presencia o ausencia de inhibidores.Las enzimas actan dentro de lmites de pH que va de 6.0 a 7.0,

aunque algunas como la pepsina del estmago tiene un pH ptimode 1.5 a 2.0, y otras actan mejor en ambientes alcalinos. (Vase figu-ra 46).

Actividad enzimtica

Figura 46. Efecto de la temperatura y el pH en la actividad enzimtica.(Fuente: sitio pblico de Internet)

Algunas enzimas muestran rangos de trabajo a temperaturas espe-cficas y a otras les es indiferente. (Vase figura 47).

Temperatura pH



Figura 47. Efecto de la temperatura en algunas enzimas.(Fuente: sitio pblico de Internet)

Efectos de la concentracin de sustratos:

Concentracin de saturacin Velocidad mxima Velocidad inicial

Figura 48. Efectos en la concentracin de sustratos.(Fuente: sitio pblico de Internet)

El aumento de la temperatura provoca un aumento en la activi-dad enzimtica, esto es de 45 a 55o C, pero a partir del lmite mximola mayora de las enzimas se desnaturalizan, perdiendo su confor-macin en el espacio y por tanto deformando el sitio activo.

Tripsina Pepsina Colinesterasa



La actividad enzimtica puede ser prohibida por algunas sustan-cias llamadas inhibidores.

La inhibicin enzimtica puede ser:

Reversible: el sitio activo de la enzima no se modifica y sus efec-tos se pueden eliminar y pueden ser de tipo:

Competitiva: en este caso el inhibidor se parece al sustrato especfi-co y compiten por el sitio activo de la enzima. Se debe revertir au-mentando la concentracin de sustrato. (Vase figura 49).

No competitiva: en este caso el inhibidor se une a un sitio diferenteal activo llamado sitio alostrico, lo que modifica al sitio activo de laenzima de tal manera que la enzima no reconoce al sustrato.

Irreversible: la regin del sitio activo de la enzima sufre cambiospermanentes. El inhibidor se une tan estrechamente a ella que sedisocia con mucha lentitud, y la actividad enzimtica disminuye oincluso se pierde. (Vase figura 50).

Figura 49. Inhibicin enzimtica competitiva.(Fuente: sitio pblico de Internet)

AmatoxinasAcumulacin en

hepatocito

InhibicinRNA polimerasa II

Amanita phalloideslepiota

Transcripcin ADNSntesis proteica

Sndromehepatotxica

Necrosis



La velocidad de una reaccin catalizadapor una enzima depende de la presencia de activadores,

inhibidores o inactivadores

Figura 50. Inhibicin enzimtica irreversible.(Fuente: sitio pblico de Internet)

Nomenclatura de las enzimas

Para nombrar a las enzimas comnmente se usa el sufijo asa en elnombre del sustrato sobre el cual actan, ejemplo:

CO2 NH2 CO2Enzima

Sustrato: Urea NH3 + CO2Ureasa

Glucosa + glucosaEnzima

Sustrato: Maltosa Glucosa + glucosaMaltosa

H2O2Enzima

Sustrato: Perxido H2O + O2Peroxidasa(Catalasa)

Inhibidor competitivo:se une a la enzima libre al igual que S

Inhibidor competitivo: se uneal complejo enzima-sustrato

Inactivador: modifica en formacovalente el sitio activo

Inhibidor no competitivo o mixto:se une a una forma de enzima diferente

S

I

I

S

I

S



La nomenclatura internacional se basa en la reaccin qumicacatalizada y se dividen en seis clases principales:

1. Oxidorreductasas: reacciones de xido reduccin.2. Transferasas: transfieren grupos funcionales.3. Hidrolasas: reaccin de hidrlisis.4. Liasas: adicin a dobles enlaces.5. Isomerasas: reacciones de isomerizacin.6. Ligasas: formacin de enlaces con ruptura de ATP.

Cmo actan las enzimas?

Figura 51. Formacin de complejos enzima-sustrato

VITAMINAS

Son un grupo de compuestos qumicos, que se necesitan en peque-as cantidades en la dieta y son esenciales para el metabolismo nor-mal y la buena salud del organismo. No son energticos niestructurales. La mayora de las vitaminas actan como coenzimas.


sitio activo

productosenzimaenzima sustratos complejo ajusteinducido

enzima sustratos complejo llavecerradura

enzima productos



Las vitaminas, de acuerdo a su solubilidad, se clasifican en:Liposolubles (cuadro 1) e hidrosolubles (cuadro 2).

Liposolubles: A, D, E, KVitaminas

Hidrosolubles: C y Complejo B

Cuadro 1. Vitaminas liposolubles

Vitamina Fuente Acciones Efectos por Comentariosdeficiencia

A (retinol) Vegetales Crecimiento de Xeroftalmia: Los excesos son(5000 UI) verdes o tejidos animales falla en la visin. dainos.(1mg/da) amarillos (seo, nervioso, Ceguera nocturna:

productos epitelial), Piel seca ylcteos, hgado, indispensable escamosa.yema de huevo. para la visin

normal.

D (calciferol) Aceites de Incrementa la Raquitismo: Los excesos son(400 UI) pescado, absorcin de (formacin de dainos.(0.01mg/da) productos Ca2+ del intestino, huesos

lcteos importante en la defectuosos)fortificados, formacin de en nios yaccin de la huesos y dientes. osteomalacialuz solar. en adultos.

E (tocoferol) Vegetales Inhibe la Alteracin del Captura radicales(30 UI) verdes, oxidacin de hgado y rin, libres.(15mg/da) semillas, los cidos grasos y distrofia de

carne, huevo. insaturados. msculo esqueltico.

K Vegetales Coagulacin Alteracin de la Su falta causa(nafto- verdes, coliflor, normal de la coagulacin sangrados yquinona) sntesis por sangre. sangunea. hemorragias

bacterias Funcionamiento internas.intestinales. normal del

hgado.

Fuente: Tomado de Ville-Solomon, 1992.



Cuadro 2. Vitaminas hidrosolubles

Vitamina (DDR) Fuente Acciones Efectos por ladeficiencia

C (cido ascrbico) Frutas ctricas, Huesos y dientes Escorbuto: encas(60mg) jitomate, pimientos saludables, capilares hinchadas y

y vegetales verdes. fuertes. sangrantes, dientesflojos y fragilidadcapilar.

B1 (tiamina) Hgado, granos Oxidacin de Beriberi: cambios en(1.5mg) enteros, trigo, carbohidratos, los nervios

carne. metabolismo de perifricos, edema ea.a., buen insuficienciafuncionamiento de cardiaca.nervios y msculos.

B2 (riboflavina) Leche, huevo, Respiracin celular Fotofobia, fisuras en(1.7mg) hgado y granos (FAD) piel y ojos la piel, lesiones en

enteros. saludables. labios y boca.

B3 (niacina) Granos enteros, Esenciales para Pelagra: lesiones de(20mg) hgado, levadura, respiracin celular la piel y

carnes, pescado. (NAD, Co.A). gastrointestinales,desrdenes delsistema nervioso.

B6 (piridoxina) Granos enteros, Coenzima para el Dermatitis,(2mg) cereales, hgado, metabolismo de a.a. trastornos del

carne y leguminosas. y cidos grasos. aparato digestivo,convulsiones,clculos renales.

cido Presente en la Forma parte de la TrastornosPantotnico mayora de los Co.A. neuromotores.20mg/da alimentos.

cido flico Hgado, hojas de Sntesis de cidos Anemia por falta de(0.4mg/da) hortaliza. nucleicos, formacin maduracin de

de glbulos rojos. glbulos rojos ydisminucin delcrecimiento.

B12 Productos lcteos, Maduracin de Anemia perniciosa: (cianocobalamina) carne e hgado. glbulos rojos. nmero reducido de

glbulos rojos,desrdenesneurolgicos.

Fuente: Tomado de Ville-Solomon, 1992.



CIDOS NUCLEICOS

Los cidos nucleicos se definen como polmeros de elevado pesomolecular constituidos por unidades ms sencillas llamadasnucletidos que se unen entre s por enlaces di-ster fosfato.

Su nombre se debe a que se les encontr por primera vez en elncleo de la clula y disueltos en agua generan una reaccin cida.

Son los responsables de almacenar y transmitir la informacin he-reditaria, regula el metabolismo celular y permiten explicar la evo-lucin de las especies. Cada nucletido est formado por un azcar,un cido fosfrico y una base nitrogenada.

En la clula existen dos variedades de cido nucleico: ADN (cidodesoxirribonucleico) y el RNA (cido ribonucleico).

Cuadro 3. Caractersticas diferenciales entre ADN y RNA

Caractersticas RNA ADN

Bases nitrogenadas pricas Adenina (A) Adenina (A)Guanina (G) Guanina (G)

Bases nitrogenadas pirim- Citosina ( C ) Citosina ( C )dicas Uracilo (U) Timina (T)

Azcar (pentosa) Ribosa Desoxirribosa

cido fosfrico cido fosfrico cido fosfrico

N de cadenas polinu- Una cadena Dos cadenas de polinu-cletidos cletidos enrollados,

antiparalelos y comple-mentarios 5-3

Tipos NAM (mensajero)RNAr (ribosomal) nicoRNAt (transferencia)

Funcin Participa en la sntesis Portador de la informa-de protenas. cin gentica. Contiene

las instrucciones para laproduccin de protenas.

Ubicacin Citoplasma, ribosomas Ncleo, mitocondriasy nucleolo. y cloroplastos.



cido desoxirribonucleico

Los cientficos James Watson y Francis Crick, en 1959 recibieron elpremio Nobel por el descubrimiento de la conformacintridimensional de la molcula de ADN, empleando la tcnica dedifraccin de Rayos X. Esta conformacin molecular es conocidacomo el modelo de la doble hlice.

Caractersticas de la molcula del ADN:

1. El ADN consiste en dos cadenas de polinucletidos enrolladasen un mismo plano, constituyendo una doble hlice. Lascadenas son antiparalelas o sea que corren en sentido contrario53. (Vase figura 52).

2. Las cadenas se mantienen unidas por puentes de hidrgeno,que se establecen entre las bases nitrogenadas.

Figura 52. cido desoxirribonucleico. (Fuente: sitio pblico de Internet)

Las bases nitrogenadas son complementarias entre ellas, por loque se aparean especficamente entre s (base prica con pirimdica)de la manera siguiente:



A T (La adenina se aparea con la timina median-te dos puentes de hidrgeno)

C G (La citosina se aparea con la guanina me-diante tres puentes de hidrgeno)

Ambas cadenas son complementarias una de la otra, debido a lacorrespondencia de las bases nitrogenadas. (Vase figura 53).

Figura 53. Bases nitrogenadas. (Fuente: sitio pblico de Internet)

El ADN tiene como funcin almacenar informacin gentica, la cualest determinada por la secuencia de las bases nitrogenadas. (Vasetabla 1).



Fuente: sitio pblico de Internet.

El cdigo gentico nos indica qu aminocido corresponde a cadatriplete o codn del ARN mensajero.


Tabla 1. Cdigo gentico



CARACTERSTICAS DEL CDIGO GENTICO

Est organizado en tripletes o codones: cada aminocido estdeterminado por tres nucletidos. Teniendo en cuenta queexisten cuatro ribonucletidos diferentes con estas basesnitrogenadas (U, C, A y G), hay 43 = 64 tripletes distintos.

El cdigo gentico es degenerado: un mismo aminocido puedeestar determinado por ms de un triplete o codn. Debido a queexisten 64 tripletes distintos y hay solamente 20 aminocidosdiferentes.

Es un cdigo sin superposicin o sin solapamientos: dosaminocidos sucesivos no comparten nucletidos de sus tripletes.

La lectura del ARN mensajero es continua, sin interrupciones.Cualquier prdida o ganancia de un solo ribonucletido produce,a partir de ese punto, una modificacin de la pauta de lecturacambiando todos los aminocidos desde el lugar de la alteracin.

El triplete de iniciacin suele ser AUG que codifica para formil-metionina. Tambin pueden actuar como tripletes de iniciacinGUG (Val) y UGG (Leu) aunque con menor eficacia.

Existen tres tripletes sin sentido o de terminacin que no codificanpara ningn aminocido: UAA (ocre), UAG (mbar) y UGA.

Universalidad: el cdigo gentico nuclear es universal coinci-diendo en todos los organismo estudiados hasta la fecha. Lanica excepcin a la universalidad del cdigo gentico es elcdigo gentico mitocondrial.

La traduccin del ARN mensajero se realiza comenzando por el ex-tremo 5' que se corresponde con el extremo amino (NH2) delpolipptido y termina por el extremo 3 que corresponde con el ex-tremo carboxilo (COOH) del polipptido. Por tanto, la primera base



de cada triplete o codn del mensajero corresponde al extremo 5' yla tercera base al extremo 3'.

El cdigo gentico mitocondrial y del cloroplasto son la nica ex-cepcin a la universalidad del cdigo (cuadro 4), de manera que enalgunos organismos los aminocidos determinados por el mismotriplete o codn son diferentes en el ncleo, en la mitocondriay en el cloroplasto.

Cuadro 4. Excepciones a la universalidad del cdigo

Organismo Codn Significado Significado enen cdigo nuclear cdigo mitocondrial

Todos UGA FIN TrpLevadura CUX Leu ThrDrosophila AGA Arg SerHumano, bovino AGA, AGC Arg FINHumano, bovino AUA Ile Met (iniciacin)

La informacin gentica fluye del ADN por diferentes procesos, comose indica en el siguiente diagrama:

TRANSCRIPCIN TRADUCCIN

ADN RNAm Protenas

Replicacin

ADN nuevo

Figura 54. La informacin gentica fluye del ADN por diferentes procesos



Replicacin

Cuando la clula inicia su proceso de divisin celular, el ADN tiene lapropiedad de replicarse o sea formar una copia de l mismo, debido alo cual el material gentico se transmite a las clulas descendientes.

La replicacin se inicia mediante la accin de una enzima, querompe los puentes de hidrgeno, debido a lo cual las cadenas depolinucletidos se separan y sirven de molde para la sntesis de unacadena nueva, que resulta complementaria de la cadena molde. Lareplicacin de ADN es

antologia de biologia celular

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