II UNIDAD

BASES MOLECULARES DE

LA VIDA

•NIVELES DE ORGANIZACION DE

LOS SERES VIVOS .

La materia altamente jerarquizada en su organización, puede ser considerada en los siguientes niveles biológicos:

Protoplasma: llamado también materia viva. Es un complejo de átomos y moléculas con una determinada disposición que forman sistemas coloidales que permiten funciones metabólicas. Da como resultado la energía.

Célula: Es la unidad organizada de protoplasma, con existencia prolongada e independiente capaz de reemplazar sus propios materiales en un ambiente adecuado.

Tejido: Asociación de células d dela misma naturaleza y que coordina una misma función.

Órgano: Unidad compuesta de varios tejidos agrupados para llevar a cabo determinadas funciones.

Sistema: Conjunto de órganos que cumplen funciones coordinadas.

Organismo: Es un ser individual formado por un conjunto de partes organizadas capaz de utilizar materia y energía del medio externo para poder crecer y reproducirse.

Población: Grupo de individuos plantas, animales, que viven en determinadas zonas.

Comunidad: Es un grupo combinado de poblaciones que actúa en forma recíproca una con otra en un lugar determinado.

Ecosistemas: Combinación de la comunidad biótica con el ambiente abiótico, unidad interrelacionada en zonas específicas.

Biosfera: Define los límites físicos aptos para la vida desde un cierta profundidad del suelo

ESTRUCTURA FÍSICA Y QUÍMICA DE LA MATERIA VIVA

Según algunos autores:

1. Elementos biogenéticos: O bioelementos, son elementos simples que constituyen el protoplasma de los seres vivos (40 elementos). Estos elementos se clasifican en:

Primarios

Secundarios

Micro constituyentes

Primarios: indispensables en la estructura del citoplasma celular y que en la mayoría de los seres vivos están formados el 95% de su peso total,

Carbono: está formando el 20% de protoplasma , es muy raro encontrarlo libre en la naturaleza pero es abundante e indispensable en los seres vivos. Se combina con el oxígeno y forma el dióxido de carbono C02 que es producto de la respiración y sirve para ser tratado por las plantas, para producir las síntesis de las sustancias energéticas.

Símbolo: C

Hidrógeno: más simple, está muy distribuido en la corteza terrestre y en el aire, en los seres vivos forma el 15% de su estructura, rara vez se encuentra libre, se combina con el oxígeno forma el agua que es la sustancia más abundante en la tierra.

Símbolo: H

Oxígeno: elemento común en la materia viva ya que está formando el 62%, se encuentra libre formando parte del aire y combinado con el H20, por razón de su configuración electrónica se combina con un sin número de elementos para formar varios compuestos.

Símbolo: O

Nitrógeno: es el menos común, está conformando el 3% de la materia viva, es indispensable para la formación de proteínas y en el aire se encuentran un 78%. El nitrógeno se combina con otros elementos, para formar los nitratos y nitritos que constituyen excelentes abonos, también forma el amoniaco como producto d e la descomposición de la materia orgánica; este elemento presenta la siguiente distribución electrónica:

Símbolo: N

Secundarios: menos cantidad, entre ellos tenemos principalmente:

el aluminio: compuestos en la síntesis metabólica

el calcio: forma sales del tejido óseo, carapachos de los animales y además para la coagulación sanguínea.

Micro Constituyentes: oligoelementos o elementos menores, se encuentra en mínimas proporciones en la materia viva pero su falta produce trastornos en los organismos, estos elementos son:

Yodo,

Cobre,

Bario,

Cobalto,

Manganeso,

Flúor.

2. Principios inmediatos

Son cuerpos simples que pueden separarse de los seres vivos por procedimientos físicos. (Disolución, destilación, diálisis, etc), la mayoría son compuestos puramente orgánicos, pero otros son sustancias minerales. Los elementos biogenéticos no se encuentran aislados si no combinados formando compuestos denominados principios inmediatos, la mezcla de estas sustancias en proporciones determinadas constituyen el protoplasma. Si consideramos a la materia en un análisis tendremos los siguientes resultados.

Agua 85 % Carbohidratos 3,5 % Lípidos 0,5 % Ácidos Nucleicos 1 % Proteínas 9 % Minerales 0,8 % Vitaminas 0,1% Hormonas 0,1 %

Según otros autores:

1. Elementos químicos: Dependiendo de su concentración relativa en la materia viva pueden clasificarse en:

Macro elementos: o constituyentes principales (concentración mayor de 1%).

Micro elementos: constituye necesarios en concentraciones bajas (entre 0.05 y 1%).

Elementos traza: constituyéndose necesarios en concentraciones bajísimas (menores de 0.05%).

MACROELEMENTOS Y ALGUNAS FUNCIONES IMPORTANTES

•C

•H

•O

•N

Componentes universales de las substancias inorgánicas y de substancias inorgánicas de importancia en los seres vivos.

MICROELEMENTOS Y ALGUNAS FUNCIONES IMPORTANTES

Sodio (Na)

Potasio (K)

Cloro (Cl)

Calcio (Ca)

Magnesio (Mg)

Fósforo (P)

Azufre (S)

El más importante catión (Na+) extracelular; participa en:

Regulación de la presión osmica celular, Transmisión del impulso nervioso, Actividad de

algunas enzimas (factor enzimático)

El más importante catión (K+) intracelular; participa en: Transmisión del impulso nervioso

Contracción muscular, Actividad de algunas enzimas (cofactor enzimático)

El más importante anión (Cl-) extracelular; participa en: regulación de la presión osmótica

celular

Como catión (Ca2+), principalmente extracelular, participa en: Constitución de tejido óseo y

dientes, Coagulación sanguínea, Contracción muscular, Construcción de la laminilla media

cementante de las células vegetales, Actividad de algunas enzimas (cofactor enzimático)

Como catión (Mg2+) interviene en: Actividad de algunas enzimas (cofactor enzimático),

Construcción de la molécula de clorofila

Los aniones (H2PO4 , HPO42-, PO4

3-) intracelulares más importantes, intervienen en:

Construcción del tejido óseo y dientes, Relaciones de transferencias de energía,

Construcción de nucleótidos, fosfolípidos y otras sustancias, etc.)

Sus aniones (SO42-, Fe3+) actúan como: moléculas orgánicas diversas (polisacáridos complejos,

aminoácidos, etc)

ELEMENTOS TRAZA Y ALGUNAS FUNCIONES IMPORTANTES

Hierro (Fe)

Maganeso (Mn)

Zinc (Zn)

Molibdeno (Mo)

Boro (B)

Vanadio (V)

Silicio (Si)

Cobalto (Co)

Iodo (I)

Sus cationes (Fe2+,Fe3+) actúan como:

Cofactores enzimáticos

Constituyentes de pigmentos respiratorios (transportados de O2)

en algunos animales

El catión (Mn2+) actúa como factor enzimático

El catión (Zn2+) actúa como factor enzimático

El catión (Mo2+) actúa como factor enzimático

Importante en vegetales, en diversas funciones específica

Encontrando en cordados primitivos.

Constituye caparazones en protozoos. También se encuentran en

vegetales

Forma parte de la vitamina B12

Esencial para animales superiores donde integra las hormonas

tiroideas (tiroxina, triiodotironina).

2. Componentes Inorganicos

Las sustancias inorgánicas que actúan bajo la formación de aniones y cationes en los sistemas vivientes, y sus funciones, se han citado en el cuadro anterior.

Quedan por analizar las propiedades de uno de los componentes inorgánicos más importantes:

el agua.

EL AGUA

Componente más abundante de cualquier ser vivo

75% promedio del peso total de un organismo

Medio de transporte al interior de la célula

La cantidad de agua existente en la materia depende de la edad, actividad metabólica, ambiente y tipo de tejido.

PROPIEDADES DEL AGUA

Tiene pH 7 (apto para la vida)

Sustancia termorreguladora ( no deja que la temperatura se concentre en un mismo punto).

Compuesto muy estable.

Principal medio de transporte de una sustancia

Forma la ¾ partes del globo terrestre

Es el solvente universal de sustancias inorgánicas.

3. Componentes orgánicos

LÍPIDOS

CARBOHIDRATOS

PROTEINAS

ÁCIDOS NUCLEICOS

LÍPIDOS SIMPLES:

Ácidos grasos Aciglicéridos o grasas

neutras Ceras

COMPLEJOS Fosfoglicéridos (fosfolípidos) Glucolipídicos y

esfingolípidos Lipoproteínas y

proteolípidos

ASOCIADOS: prostaglandinas Terpenos Esteroides

Solubles en solventes no polares como:• éter,• benceno,• cloroformo,• tetracloruro de carbono

Insolubles en agua y solventes acuososPeso molecular bajo

HIDRATOS DE CARBONO, GLUCIDOS O SACÁRIDOS

La más importante fuente de energía . Representan el 40-80% del total de la energía ingeridaLos carbohidratos compuestos por carbono, hidrógeno y oxigeno en una relación 1:2:1 respectivamente. Su fórmula química es (CH2O)n, donde la n indica el número de veces que se repite la relación para formar una molécula de hidrato de carbono más o menos compleja.

Monosacáridos: - simples- derivados

Oligosacáridos

Polisacáridos - simples- complejos

MONOSACÁRIDOS SIMPLES

Solubles en agua y sabor dulce, contienen C,H,O.

Glucosa

Deoxiribosa

Galactosa

Aldosa

Ribosa

Pentosas, etc.

Sorbosa

Ribulosa

MONOSACÁRIDOS DERIVADOS

Amino azúcares (glucosamida)Alcohol-azúcares (sorbitol, derivado de la glucosa)Acido-azúcares (ácido ascórbico)

OLIGOSACÁRIDOS

Formados por la unión de 2 a 10 monosacáridos

Maltosa (glucosa-glucosa)

Sacarosa (glucosa-fructosa)

Lactosa (glucosa-galactosa)

POLISACÁRIDOSSIMPLES: Insolubles en agua, no sabor dulce, no

cristalinos: Celulosa Almidón Glucógeno Dextranos

COMPLEJOS: Quinina Pectina Hemicelulosa Ácido hialurónico Heparina Mureina o peptidoglucano.

PROTEINASSon compuestos químicos complejos que se encuentran en todas las células vivas: en la sangre, en la leche, en los huevos y en toda clase de semillas Hay ciertos elementos químicos que todas ellas poseen, pero los diversos tipos de proteínas los contienen en diferentes cantidades. En todas se encuentran un alto porcentaje de nitrógeno, así como de oxígeno, hidrógeno y carbono. En la mayor parte de ellas existe azufre, y en algunas fósforo y hierro.

Se forman por la secuencia de aminoácidos

Aminoácido: sustancias cristalinas, casi siempre sabor dulce, 20 aminoácidos diferentes componen una proteína. Se clasifican en:

Hidrofílicos: Acido aspártico, histidina, asparragina, glicocola, Acido glutámico, cisteína, glutamina, Lisina , treonina, glicina, Arginina, serina, tirosina

Hidrofóbicos: Alanina, valina, fenilalanina, Leucina, prolina, triptofano, Isoleucina, metionina

CLASIFICACIÓN:

Según su conformación nativa :

Fibrosas: fibras ordenadas a lo largo de un eje, insolubles en agua, resistencia física, relacionadas con acciones mecánicas o de protección (colágeno, elastina, queratina, fibrina, esclerotina

Globulares: constituidas por cadenas plegadas resultando formas esféricas compactas, solubles en agua (enzimas, anticuerpos, algunas hormonas y las proteínas transportadoras).

Según su composición química:Simples: su hidrólisis produce solo aminoácidos (insulina, colágeno)Conjugadas: su hidrólisis produce aminoácidos y componentes orgánicos e inorgánicos ( hemoglobina)

Funciones biológicas de las proteínas.

Las proteínas pueden desempañar diversos roles, tanto a nivel celular como a nivel de organismos. Entre otras, se pueden citar las funciones.

Estructurales:

Como componentes de membranas celulares.

Como componentes de cápsides de virus.

Como componentes de estructura de sostén, protección y acciones vinculadas al movimiento, p.ej. fibroína de la seda; queratina de piel, pelo y uñas; colágeno y elastina de tejidos conectivos; esclerotina de exoesqueleto de insectos.

Enzimáticas: con capacidad de catalizar diversas reacciones; p.ej. ribo nucleasas, amilasas, proteasas, deshidrogenasas, etc.

De reserva energética: ovoalbúmina, glutelina y gliadinadel trigo, zeína del maíz; orizenina del arroz, etc.

Hormonales: inslina, somatotropina, adrenocorticotropina, etc.

En defensa inmunitaria: gamma-globulina (anticuerpos)

En coagulación sanguínea: fibrinógeno, trombina.

En contracción muscular: actina, miosina; en transferencia de electrones: citocromos.

En transferencia /almacenamiento de O2: hemoglobina, hemocianina, mioglobina.

Otro tipo de proteínas son:

Las enzimas: catalizadores de los organismos de acción específica.

La parte no proteica recibe el nombre de coenzima, y la parte proteica es la apoenzima.

Ambas son imprescindibles.

Las coenzimas tienen naturaleza distinta; muchas son vitaminas, como la piridoxina (vitamina B6), la tiamina (vitamina B1) y la riboflavina (vitamina B2).

Se clasifican, según su forma de actuar, en dos grupos: las hidrolasas y las desmolasas.

1. Hidrolasas: Descomponen los hidratos de carbono, los lípidos y los prótidos en sus partes más simples, fijando moléculas de agua. Se encuentran en los jugos segregados por las glándulas digestivas. Pueden ser:

Carbohidrasas: Desdoblan los hidratos de carbono en monosacáridos.

la amilasa, que hidroliza el almidón en maltosa;

la sacarosa, que pasa la sacarosa a glucosa y fructosa;

la lactosa, que convierte la lactosa en glucosa y galactosa;

la celulosa, desdobla la celulosa en celobiosa,

la celobiosa, en glucosa, etc.

Lipasas: Hidrolizan las grasas, convirtiéndolas en glicerina y ácidos grasos; por ejemplo, la lipasa del jugo pancreático.

Proteasas: Reducen los prótidos a los aminoácidos que los forman, y dejan libres los grupos prostéticos. Ejemplo: la pepsina del jugo gástrico y la tripsina del jugo intestinal.

2. Desmolasas: Se llaman enzimas respiratorias, intervienen en los procesos respiratorios de las células, precisando oxígeno para actuar. Desmoronan las moléculas orgánicas, rompiendo los enlaces que existen entre sus átomos, liberando energía.

Las deshidrogenasas liberan hidrógeno;

las oxidasas activan el oxígeno y lo liberan en estado atómico;

y las dicarboxilasas rompen los grupos carboxílicos para eliminar C02.

Se encuentran todas ellas en el interior de las células.

Ácidos NucleicosSon macromoléculas resultantes de la polimerización lineal

de nucleótidos.Para ello es necesario revisar algo de historia sobre estas moléculas orgánicas:En 1941, George Beadle y Edwar Tatum, realizan trabajos de

mutaciones bacterianas y proponen la teoría "Un gen - una enzima"(nexo entre la genética y la Biología). "Los genes se expresan a través de las proteínas, y por lo tanto, las mutaciones darán origen a proteínas alteradas"

En 1944 , Avery y colaboradores del Instituto Rockefeller (NY) demostraron claramente que el ADN contiene información genética de la célula al estudiar cepas de neumococos lisos y rugosos.

En 1951, Frederick Sanger de la universidad de Cambridge (Inglaterra), logra determinar, por primera vez, la secuencia de aminoácidos de una proteína; como conclusión a su trabajo sacó que las proteínas tienen una estructura definida.

En 1953, James Watson y Francis Crick dilucidaron la estructura del ADN y llegaron a la conclusión que el ácido tiene una secuencia de doble hélice.

• ARN: síntesis de proteínas, medio de transporte del ADN del núcleo a los ribosomas.

• ADN: depósito fundamental de caracteres hereditarios, único que tiene material genético.

Entonces los ácidos nucleicos son sustancias que se encuentran en el núcleo de las células. Son de carácter ácido, tienen mucho que ver con la transmisión de los caracteres hereditarios. Están compuestos por bases pirimídicas o pirimidinas y purinas