ESTRUCTURA QUÍMICA DE LA MOLÉCULA.

Las propiedades fisicoquímicas del agua son consecuencia de su estructura química y de ellas derivan sus funciones biológicas. En la molécula del agua, el átomo de oxígeno comparte un par de electrones con cada uno de los átomos de hidrógeno

POLARIDAD

La molécula de agua tiene en su estructura unas zonas con mayor densidad electrónica y otras con un déficit electrónico; lo que hace que sea una molécula dipolar.

SUBSTANCIA

Como consecuencia de la estructura dipolar, las moléculas de agua pueden interaccionar unas con otras. Esta interacción se produce por atracción electrostática entre la carga parcial negativa del átomo de oxígeno de una molécula de agua y la carga parcial positiva localizada sobre los átomos de hidrógeno de otra molécula. Estas uniones se denominan enlaces de hidrógeno.

Debido a la ordenación de los electrones alrededor de los átomos de oxígeno, cada molécula de agua es potencialmente capaz de unirse mediante enlaces de hidrógeno a otras  moléculas de agua, lo que permite que se formen estructuras de tipo reticular

PROPIEDADES DEL AGUA

COHESIVIDAD

La cohesividad es la fuerza que mantiene unidas a las moléculas de agua y esta fuerza viene determinada por los puentes de hidrógeno

Además esta naturaleza cohesiva del agua es responsable de muchas de sus propiedades, tales como su elevada tensión superficial, su elevado calor específico y su elevado punto de ebullición.

la temperatura se eleva poco y,

Elevada tensión superficial; esta propiedad permite deformaciones en el citoplasma celular, causa de los movimientos internos de la célula.

Elevado calor específico

solubles en el agua

la temperatura desciende mas lentamente que en otros líquidos.

Esto permite que el agua actúe como un amortiguador térmico, manteniendo la temperatura del organismo relativamente constante, a pesar, de las fluctuaciones ambientales.

De esta forma se evita la alteración de algunas moléculas, fundamentalmente proteínas, muy sensibles a los cambios térmicos.

Elevado calor de vaporización; la evaporación de agua precisa una considerable cantidad de energía pues es necesario romper los enlaces de hidrógeno existentes en la fase líquida.

Esta propiedad, junto con la anterior, participa en el proceso de amortiguación térmica, pues se consigue una disminución de la temperatura de un  organismo al perder una cantidad de calor que es empleada en la evaporación del agua. La sudoración es un método fisiológico de refrigeración, basado en esta propiedad.

SOLUBILIDAD

El agua por su naturaleza dipolar es un buen disolvente para gran cantidad de compuestos:

Compuestos iónicos, como las sales cristalizadas; por ser el agua dipolar se interpone entre los compuestos iónicos disminuyendo la fuerza de atracción de los iones y provocando su separación y por tanto su disolución.

Compuestos orgánicos neutros que poseen grupos funcionales polares

interrumpen su estructura al formar enlaces de hidrógeno con ella. A estos compuestos se les llama hidrófilos o polares.

Compuestos orgánicos no polares

son insolubles en agua porque interrumpen su estructura, al no formar enlaces de hidrógeno

con ella. A estos compuestos se les llama hidrófobos o apolares.

Substancias anfipáticas (

son dispersadas por el agua.

que una de las primordiales funciones del agua es la de actuar como disolvente de la mayoría de las moléculas y

al permitir la disolución de los compuestos biológicos, actúa como el medio donde se realizan todas las reacciones metabólicas características de la actividad vital.

IONIZACIÓN. REGULACIÓN DEL pH.

Una pequeña parte de las moléculas de agua pueden ionizarse al unirse un átomo de hidrógeno de una molécula al oxigeno de otra molécula, rompiendo su unión con la primera.

En el agua destilada la proporción de moléculas ionizadas es muy baja.

A 25º C [H⁺] x [HO] = 1 * 10^-14

A este producto se le denomina producto iónico del agua.

La escala de pH varía entre 1 y 14, correspondiendo el 7 a la neutralidad. Valores por debajo de este corresponden a disoluciones de sustancias ácidas, y si están comprendidos entre 7 y 14, la disolución será básica. En los seres vivos existen disoluciones con un pH determinado, casi siempre próximo a la neutralidad.

LAS SALES MINERALES

Podemos encontrarlas disueltas en los medios celulares internos o externos, o precipitadas en huesos y caparazones.

PRINCIPALES FUNCIONES DE LAS SALES MINERALES

– Esqueletos y caparazones.

– Mantener la salinidad.

– Estabilizar las disoluciones. Por ejemplo, los amortiguadores del pH.

– Especificas: Movimiento muscular, impulso nervioso etc.

Los ácidos grasos se diferencian unos de otros en:

• longitud de la cadena hidrocarbonada.
• presencia o ausencia de dobles enlaces en dicha cadena, así como en el número y posición que ocupan.

 En función de estos dobles enlaces, los ácidos grasos se clasifican en:

Saturados son aquellos que poseen únicamente enlaces covalentes sencillos.

Son ejemplos de ácidos grasos saturados entre otros: ácido palmítico: CH₃ (CH₂)₁₄ COOH

Insaturados Son aquellos que poseen uno o varios dobles enlaces

ejemplo se puede citar el ácido oleico

Cuando poseen varios dobles enlaces, en la cadena hidrocarbonada, se denominan poliinsaturados.

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS ÁCIDOS GRASOS

Las propiedades físicas de los ácidos grasos y de los compuestos que los contienen vienen determinadas en gran medida por la longitud y grado de insaturación de la cadena hidrocarbonada.

Solubilidad Los ácidos grasos son compuestos anfipáticos, ya que poseen una zona hidrófoba, la cadena hidrocarbonada, con tendencia a formar enlaces de Van der Waals con otras cadenas semejantes. 

Punto de fusión Los ácidos grasos saturados, debido a su conformación totalmente extendida pueden empaquetarse estrechamente, lo que permite la formación de un gran número de fuerzas de Van der Waals entre los átomos de cadenas hidrocarbonadas vecinas

los ácidos grasos insaturados tienen puntos de fusión más bajos que los saturados de la misma longitud de cadena, esto determina que a temperatura ambiente los saturados sean sólidos, mientras que los insaturados son líquidos.

FOSFOGLICÉRIDOS (GLICEROFOSFOLÍPIDOS)

Su estructura molecular deriva de la unión de un ácido fosfatídico con un compuesto polar, generalmente aminoalcohol.

El ácido fosfatídíco es un triester de glicerol con dos ácidos grasos (posiciones 1 y 2) y un ácido ortofosfórico (posición 3)

El ácido graso que se esterifica con el primer OH del glicerol  suele ser saturado y el segundo insaturado.

El compuesto polar (HO  X) se une al ácido fosfatídico, a nivel del ácido ortofosfórico, mediante una nueva reacción de esterificación.

Dado que el ácido ortofosfórico esterifica a dos grupos hidroxilo, se dice que forma un enlace fosfodiéster.

Existen varias clases de fosfoglicéridos, dependiendo del compuesto polar.  Como ejemplo se pueden citar la Lecitina(fosfatidilcolina), que se encuentra en la mayoría de las membranas celulares de los organismos superiores, y cuyo grupo polar es la colina:

Todos los fosfoglicéridos son compuestos anfipáticos, poseen dos cadenas apolares, hidrófobas (cadenas hídrocarbonadas de los ácidos grasos) y un grupo polar  hidrófilo (resto de la molécula).  Debido a este carácter anfipático desempeñan una función estructural, siendo constituyentes esenciales de todas las membranas celulares.

ESFINGOLIPIDOS

Su estructura molecular deriva de la unión del alcohol esfingosina, un ácido graso y  un grupo polar que puede ser un aminoalcohol o un glúcido.

De todos ellos el más conocido es la esfingomielina

Al igual que los fosfoglicéridos, son compuestos anfipáticos pues poseen un grupo polar y dos cadenas apolares hidrófobas (cadena hidrocarbonada de la esfingosina y del ácido graso), por lo que desempeñan también una función estructural como constituyentes de las membranas celulares

ESTEROIDES

Derivan de un hidrocarburo cíclico elesterano o ciclopentano perhidrofenantreno.

Esteroles: Son los esteroides entre los que cabe destacar el colesterolpresente en la mayoría de las células eucarióticas.  Poseen en el carbono 3  el grupo  OH   y en el carbono 17 una cadena hidrocarbonada.

Es uncompuesto anfipático, ya que posee un grupo polar, hidrófilo (el grupo OH), mientras que el resto de la molécula es apolar, hidrófobo.  Este carácter anfípático le permite  desempeñar una función estructural, siendo componente muy importante de las membranas de las células animales, a las que confiere estabilidad y fluidez.

El colesterol, además de su papel como constituyente de membranas, es el precursor de otros esteroides, entre los que destaca también la vitamina D, los ácidos biliares y las hormonas sexuales.

FUNCIONES

Los lípidos desempeñan entre otras, las siguientes funciones biológicas:

1. EnergéticaTal es el caso de las grasas, que al ser moléculas muy poco oxidadas poseen un alto contenido energético.  Por ejemplo la oxidación de un gramo de grasa libera 9,4 Kcal., más del doble de la que se consigue con la oxidación de un gramo de glúcidos o de proteínas (4,1 Kcal).

Las grasas acumuladas en el tejido adiposo de los animales además de constituir una reserva energética para el organismo, son un poderoso aislante térmico y en ocasiones mecánico, como por ejemplo la grasa que rodea a los riñones.

1. EstructuralLos fosfolípidos, esfingoglicolípidos y el colesterol, dada su naturaleza polar forman parte de las membranas celulares.
2. Protectora  Función desempeñada por las ceras al impermeabilizar las superficies en que se depositan.
3. TransportadoraPor ejemplo los ácidos y las sales biliares que dispersan las grasas facilitando su degradación y posterior absorción intestinal.
4. Reguladora Contribuyendo al normal funcionamiento del organismo.  Desempeñan esta función las vitaminas lipídicas (A, D, K, E), así como las hormonas sexuales y hormonas suprarrenales, de carácter también lipídico.

CARÁCTER ANFIPÁTICO DE LOS LÍPIDOS. LÍPIDOS DE MEMBRANA.

Los lípidos que constituyen las membranas celulares tienen en común una característica muy importante: son moléculas anfipáticas. Contienen  a la vez una parte hidrofílica, que se siente atraída por el agua y otra hidrofóbica que huye del agua. Los principales lípidos de membrana son: fosfolípidos (más abundantes), glicolípidos y colesterol.

El enlace peptídico

Se trata de un enlace que se establece entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino de otro. La configuración espacial de este enlace es tal, que los átomos del grupo carboxílico y del grupo amino se sitúan en un mismo plano con ángulos y distancias fijos.

Este enlace tiene ciertas características que convienen remarcar:

Es un enlace covalente muy resistente, lo que hace posible el gran tamaño y estabilidad de las moléculas proteicas.

 En cierto modo se comporta como un doble enlace, tiene una cierta rigidez e impide el giro libre a su alrededor.

 Inmoviliza en un plano a los cuatro átomos que lo integran. Las distancias y los ángulos entre estos cuatro átomos se mantienen constantes.

Es el enlace mediante el cual se encadenan los aminoácidos para formar polímeros llamados péptidos: dipéptidos, tripéptidos, tetrapéptidos, polipéptidos.

ESTRUCTURA DE PROTEÍNAS

A) La estructura primaria.

Se refiere a la secuencia u orden que siguen los aminoácidos.

B) La estructura secundaria.

Es la disposición de la secuencia de aminoácidos o estructura primaria en el espacio, sobre todo dependerá de la disposición regular y repetida de los radicales R.

La estabilidad de esta estructura se debe a la capacidad de giro de los enlaces (de todos excepto de los enlaces peptídicos) y a la formación de puentes de hidrógeno entre los:

C = O :::::: H  N

Se conocen básicamente tres tipos de estructuras secundarias:

La alfahélice, la hélice de colágeno y la disposición beta o de lámina plegada.

C) Estructura terciaria

Es la disposición que adquiere en el espacio la estructura secundaria.

Una secuencia de aminoácidos en disposición alfa o beta, normalmente no se dispone en línea recta, sino que se dobla o

retuerce, adquiriendo lo que llamamos estructuras terciarias.

Básicamente distinguimos dos tipos de estructuras terciarias: la filamentosa y la globular.

Las proteínas con conformación filamentosa o fibrosa, suelen ser estructurales, de protección o ambas cosas a la vez.

Las proteínas que realmente adquieren estructuras terciarias con pliegues, repliegues y dobleces son las proteínas con conformación globular.

Son globulares, por ejemplo, los enzimas

 estructuras globulares se forman y se mantienen

Enlaces covalentes

 debido

enlaces débiles como puentes de hidrógeno, Van der Waals,

D) Estructura cuaternaria

Cuando varias cadenas de aminoácidos, iguales o diferentes, se unen para formar un edificio proteico de orden superior, se disponen según lo que llamamos estructura cuaternaria

La asociación o unión de las moléculas que forman una estructura cuaternaria, se consigue y mantiene mediante enlaces de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals,

PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS

* Solubilidad.

 Las proteínas (sobre todo las globulares) en soluciones acuosas forman dispersiones coloidales debido a la polaridad de algunos radicales hidrófilos de los aminoácidos que se quedan dispuestos en la periferia de la molécula.

* Desnaturalización.

Las alteraciones de la concentración, del grado de acidez, de la temperatura (calor); provocan la pérdida de solubilidad de las proteínas y la consecuente precipitación. A todo este proceso lo llamamos desnaturalización.

Esto es debido a la desaparición de los enlaces débiles tipo puente de hidrógeno, Van der Waals, etc. y en realidad no afecta a los enlaces peptídicos y por tanto a la estructura primaria. Sin embargo al ver alterada su conformación espacial, la proteína perderá su funcionalidad biológica.

Puede existir una renaturalización casi siempre, excepto cuando el agente causante de la desnaturalización es el calor (coagulación de la leche, huevos fritos, “permanente” del cabello, etc.).

* Especificidad.

En las proteínas existen sectores fijos que tienen siempre la misma secuencia de aminoácidos sin que se altere la función biológica de la proteína

La especificidad de las proteínas dependerá por lo tanto de los sectores variables y a ellos se deben, por ejemplo, los problemas de rechazos en los transplantes de órganos.

CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS EN FUNCIÓN DE SU ACTIVIDAD BIOLÓGICA.

* Estructural. Son un material de suma importancia que es utilizado en casi todas las estructuras celulares como membranas, material extracelular, complejos macromoleculares, asociadas al ADN, citoesqueletos, fibras del huso acromático, cilios y flagelos, ribosomas, etc.

* De reserva.

* Homeostática.

* De transporte. Además de las proteínas de transporte que se encuentran en todas las membranas, otras proteínas transportan sustancias por los medios internos.

* Inmunológica y defensiva. Como ejemplos de este tipo de proteínas tenemos:

Trombina y fibrinógeno que son responsables de la coagulación de la sangre, mucinas germicidas y protectoras de las mucosas digestivas y respiratorias, inmunoglobulinas o anticuerpos sanguíneos que bloquean la acción de los antígenos.

* Hormonal. Como ejemplos de esta funcionalidad proteica tenemos:

Insulina que aumenta la permeabilidad para la glucosa de las membranas plasmáticas,

glucagón que es antagónico de la insulina,

* Enzimática. Quizás la función más específica e importante de las proteínas. Los enzimas que controlan el metabolismo celular son de naturaleza proteica.

ESTRUCTURA BIOLOGICA DEL DNA

ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ADN

ESTRUCTURA SECUNDARIA

TIPOS DE ADN.

Según la estructura: monocatenarios una cadena, (por ej. algunos virus) o bicatenarios con dos hebras o cadenas. A su vez en ambos casos puede ser el ADN lineal (ej. el núcleo de células eucariotas y algunos virus) o circular (en mitocondrias, cloroplastos y bacterias y algunos virus).

ACIDO RIBONUCLEICO (RNA o ARN).

TIPOS: Bicatenario (ej. reovirus), Monocatenario (ARN de transferencia o transferente, ARN mensajero, ARN ribosómico y ARN nucleolar).

Se encuentra en muchos virus, en las células procariotas y en las células eucariotas.

• LA CÉLULA EUCARIÓTICA.

En una célula eucariótica podemos distinguir tres partes fundamentales: membrana, citoplasma y núcleo.

La membrana plasmática es una capa continua que rodea a la célula y la separa del medio.

y las células vegetales tienen una gruesa pared de celulosa

llamada pared celular.

El citoplasma. Es la parte de la célula que está comprendida entre la membrana plasmática y la membrana nuclear. Está formada por un medio acuoso, el citosol, en el cual se encuentran inmersos los orgánulos .

El núcleo.

contiene la mayor parte del DNA celular o sea la información genética.

ENVOLTURA CELULAR

Todas las células tienen que mantener un medio interno adecuado para poder llevar a cabo las reacciones químicas necesarias para la vida.

. En algunas células la membrana plasmática está cubierta por capas protectoras más gruesas

• LA MEMBRANA PLASMÁTICA

La membrana plasmática es una envoltura que rodea a la célula y la separa de su entorno.

Todas las membranas biológicas

están formados por una bicapa lipídica en la que se incluyen proteínas y glúcidos.

Los lípidos de la membrana plasmática se encuentran dispuestos formando una bicapa. Esta bicapa es la estructura básica de todas las membranas biológicas.

Los tres tipos principales de lípidos de membrana son: los fosfolípidos, los más abundantes; los glucolípidos y el colesterol. Dichos lípidos son anfipáticos, es decir tienen un extremo hidrofílico y otro hidrofóbico; por ello en un medio acuoso forman espontáneamente bicapas. Estas bicapas tienen la propiedad de ser fluidas, por eso decimos que la membrana plasmática tiene una estructura de mosaico fluido.

La fluidez es una de las características más importantes de las membranas. Depende de factores como:

• La temperatura, la fluidez aumenta al aumentar la temperatura.
• La naturaleza de los lípidos, la presencia de lípidos insaturados y de cadena corta favorecen el aumento de fluidez.
• La presencia de colesterol endurece las membranas, reduciendo su fluidez y permeabilidad.

Otra propiedad de las bicapas lipídicas es que, debido a su interior hidrofóbico son muy impermeables a los iones y a la mayor parte de las moléculas polares.

Las proteínas de la membrana

Muchas proteínas de membrana atraviesan la bicapa de un extremo a otro

proteínas transmembrana.

Otras proteínas se encuentran en la superficie de la bicapa, ya sea en la cara externa o interna de la membrana.

• Funciones de la membrana.

Las principales funciones son, separar a la célula de su entorno; y controlar el intercambio de sustancias entre la célula y el medio. Y el reconocimiento de ciertas sustancias.

INTERCAMBIO DE SUSTANCIAS ENTRE LA CÉLULA Y EL MEDIO.

La permeabilidad de la membrana plasmática es extraordinariamente selectiva, ya que debe permitir que las moléculas esenciales, tales como glucosa, aminoácidos y otras, penetren fácilmente en la célula, y que los productos de desechos salgan de ella.

Transporte de pequeñas moléculas Este transporte puede ser sin gasto de energía y se le llama transporte pasivo, o con gasto de energía y se le llama transporte activo.

1º Transporte pasivo

El transporte pasivo es un proceso de difusión a través de la membrana, que no requiere energía, ya que las moléculas se desplazan espontáneamente, a favor de su gradiente; es decir desde una zona de concentración elevada a una de concentración baja.

El transporte pasivo puede realizarse de dos formas:

A) Difusión simple. Es el paso a través de la membrana lipídica. Esta es atravesada por las moléculas no polares, tales como el oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, benceno, éter, cloroformo, etc.; y las moléculas polares sin carga, como por ejemplo, el agua, el CO2 , la urea, el etanol etc.(moléculas de pequeño tamaño)

B) Difusión facilitada Los iones y la mayoría de las moléculas polares tales como la glucosa, aminoácidos etc. (moléculas más grandes que las anteriores), no pueden atravesar la bicapa y se transportan a través de las membranas biológicas mediante proteínas transmembrana que pueden ser proteínas de canal y proteínas transportadoras específicas.

2º Transporte activo

Es el que se realiza en contra del gradiente y con consumo de energía (ATP). Para que se lleve a cabo son imprescindibles dos condiciones:

• Las proteínas transportadoras llamadas bombas.
• El consumo de energía que, generalmente, proviene de la hidrólisis del ATP. Este ATP es producido en las mitocondrias.

Transporte de macromolécula (endocitosis y exocitosis). Las células también intercambian con el medio macromoléculas incluso partículas de varios micrómetros de tamaño.

El proceso por el cual las células fijan e ingieren macromoléculas del medio recibe el nombre de endocitosis; y el proceso por el cual segregan partículas al exterior exocitosis

Endocitosis Consiste en la ingestión de macromoléculas y partículas mediante la invaginación de una pequeña región de la membrana que luego se estrangula formando una nueva vesícula intracelular.

Distinguiremos dos tipos de endocitosis: la fagocitosis y la pinocitosis

Exocitosis. Consiste en la fusión de vesículas intracelulares con la membrana plasmática y la liberación de su contenido al medio extracelular.

La membrana de las vesículas secretoras se incorpora a la membrana plasmática y luego se recupera por endocitosis.

LOS PLASTOS

Son orgánulos característicos y exclusivos de las células vegetales.

• Cloroplastos. Plastos verdes ya que contienen, entre otros pigmentos fotosintéticos, clorofila. En ellos se realiza la fotosíntesis.
• Cromoplastos. Plastos de color amarillo o anaranjado,contienen pigmentos que son los responsables del color de algunos frutos, por ejemplo en el tomate.
• Leucoplastos. Plastos de color blanco. Se encuentran en las partes no verdes de la planta. Así por ejemplo, en las células de la patata.

Los cloroplastos.

Son orgánulos muy variables en cuanto número forma y tamaño.

Su forma normalmente es biconvexa, pero pueden ser también estrellados o con forma de cinta enrollada en hélice

Ultraestructura. Presenta una doble membrana (externa e interna) y entre ellas un espacio intermembranoso. El interior se rellena por un gel llamado estroma.

Es de destacar, que los plastos tienen una estructura similar a la de los organismos procariotas. Según la “Teoría endosimbiótica” los eucariotas serían organismos constituidos por simbiosis de varios organismos procariotas.

Función de los cloroplastos . En los cloroplastos se va a realizar la fotosíntesis.

MITOCONDRIAS.

Son orgánulos muy pequeños

. Se originan a partir de otras mitocondrias preexistentes.

Ultraestructura. Generalmente se observa la presencia de una membrana externa y una membrana interna, ambas similares a la membrana de la célula.

Las proteínas de la membrana interna y las de las crestas son muy importantes, ya que algunas son las responsables de los procesos respiratorios. El interior de la matriz mitocondrial es una solución de proteínas, lípidos, RNA, DNA y ribosomas

Funcion de las mitocondrias: en el interior de las mitocondrias tienen lugar los procesos de respiración celular.

En el núcleo tienen lugar procesos tan importantes como la replicación del DNA y la transcripción del RNA.

Características generales. El núcleo es una estructura constante en la célula eucariótica, donde se alberga la información genética contenida en el DNA, de modo que dirige toda la actividad celular.

Cromosomas. Cuando la célula va a dividirse la cromatina se condensa mucho.

En un cromosoma pueden distinguirse las siguientes partes:

• Centrómero estrechamiento que divide al cromosoma en dos partes, que pueden ser iguales o desiguales, denominadas brazos.
• Cinetócoro estructura del Centrómero a la que se pueden unir los microtúbulos.
• Telómero los extremos del cromosoma.
• Satélite Es una zona del cromosoma con aspecto redondeado que se une a una constricción secundaria de tamaño variable.

Tipos de cromosomas Según la posición del Centrómero se distinguen los siguientes tipos de cromosomas:

• Metacéntricos cuando el Centrómero está más o menos centrado, con lo que los brazos del cromosoma son aproximadamente iguales.
• Submetacéntricos si la posición del Centrómero hace que los brazos sean desiguales.
• Telocéntricos en los que el Centrómero está tan cerca de uno de los telómeros que prácticamente sólo existe un brazo.

Número de cromosomas.- Respecto al número de cromosomas de las células, podemos hacer las siguientes generalizaciones:

A) Las células de los organismos de la misma especie tiene el mismo número de cromosomas y éstos tienen una forma y un tamaño característicos.

B) Normalmente el número de cromosomas de las células de los animales y vegetales es par, pues cada célula tiene dos copias de un mismo cromosoma (cromosomas homólogos); estas células se denominan diploides. Las células que tienen una sola copia se denominan haploides.

REPLICACIÓN, BASE DE LA CONSERVACIÓN DE LAS ESPECIES

Podemos diferenciar tres etapas en el proceso de replicación del ADN:

A) Iniciación:

Consiste, básicamente, en el desenrollamiento y apertura de la doble hélice. Se inicia en una región del ADN denominada oriC o punto de iniciación. Es una zona donde abundan las secuencias de bases GATC.

B) Elongación:

Es la fase en la que se sintetiza una nueva hebra de ADN sobre cada hebra de la doble hélice original. Además de las enzimas que actúan en la fase de iniciación, en la elongación intervienen las ADN polimerasas. Hay varios tipos, que se nombran como I, II y III. Su función es doble:

1. Actividad polimerasa: Unen entre sí los nucleótidos que formarán el ADN.

2. Actividad exonucleasa: Eliminan nucleótidos, cuyas bases nitrogenadas están mal apareadas, así como fragmentos de ARN.

Las ADN polimerasas no pueden iniciar de cero la síntesis de una nueva cadena de ADN. Necesitan un fragmento de unos 10 nucleótidos de ARN, denominado cebador o primer, con un extremo hidroxilo 3´ libre al que añadir los nuevos nucleótidos. El cebador es sintetizado por una ARN polimerasa denominada primasa.

las dos cadenas de ADN son antiparalelas, cuando se forma la horquilla de replicación la ADN polimerasa sólo puede sintetizar nucleótidos en uno de los dos sentidos. La síntesis de la nueva hebra orientada en sentido 3´- 5´ se realiza sin interrupciones. A esta hebra se la denomina conductora o líder.

En casos excepcionales las dos nuevas hebras de ADN crecen de modo discontinuo, es decir, como la hebra retardada.

C) Corrección de errores:

Durante la replicación es frecuente que se produzcan errores y se incorporen nucleótidos que no tengan correctamente apareadas sus bases. La ADN polimerasa actúa entonces como exonucleasa y elimina los nucleótidos mal apareados.

La replicación del ADN en los organismos eucariontes es muy parecida a la de los procariontes, salvo diferencias derivadas, en parte, de la mayor complejidad del material genético de los eucariotas. Las principales diferencias son:

1. Los cromosomas de eucariotas contienen moléculas de ADN muy largas. Para abreviar el proceso, la replicación se inicia de manera simultánea en varios puntos de cada cromosoma denominados replicones.

2. Existen 5 tipos de ADN polimerasas (α, β, γ, δ y ε) que se reparten todas las tareas de elongación (replicación de la hebra líder y retardada) y corrección de errores.

3.Parece ser que los nuevos nucleosomas se incorporan a la hebra retardada, mientras que los viejos se quedan en la conductora.

4. El proceso de replicación del ADN se va completando normalmente hasta llegar al extremo del cromosoma, el telómero.

la telomerasa, que impide el acortamiento del telómero. Está formada por una porción proteica y por un ARN que actúa como molde. A partir de este molde, la enzima sintetiza ADN para completar la hebra retardada; la telomerasa es una retrotranscriptasa.

MUERTE CELULAR:

Existen dos formas de muerte celular:

Ø Necrosis o muerte accidental: Se produce cuando la célula sufre un daño grave; por ejemplo, por falta de oxígeno. Los caracteres morfológicos que acompañan este tipo de muerte implican un hinchamiento de la célula y una intensa y rápida alteración de la estructura normal de la membrana plasmática y de los orgánulos citoplasmáticos, incluido el núcleo.

Ø Apoptosis o muerte celular programada: Se trata de una muerte natural, en el curso de la cual las células se autodestruyen en ejecución de un programa genético en el que están implicadas proteínas de efectos antagónicos. Se caracteriza porque se produce una retracción celular, una condensación de la cromatina y su fragmentación en oligonucleosomas (por activación de endonucleasas), y culmina con la formación de protuberancias en la superficie de la célula. La célula se rompe en muchos fragmentos o cuerpos apoptóticos que son fagocitados por los macrófagos.

SÍNTESIS DEL ARN: TRANSCRIPCIÓN

La síntesis del ARN o transcripción ocurre en el interior del núcleo. necesita:

a) Una cadena de ADN que actúe como molde.

b) Enzimas. El proceso está catalizado por las ARN-polimerasas. En los procariotas sólo existe una, mientras que en los eucariotas existen tres,

c) Ribonucleótidos trifosfato de A, G, C y U. Se unen mediante un enlace éster

EL PROCESO DE LA TRANSCRIPCIÓN:

La transcripción consta de 3 etapas: la iniciación, la elongación y la terminación. Tras ella se produce la maduración del ARN.

Ø Iniciación:

Tales señales, denominadas centros promotores, son unas determinadas secuencias cortas de bases nitrogenadas a las que se une la ARN-polimerasa.

La ARN-polimeras hace que la doble hélice de ADN se abra para permitir que quede expuesta la secuencia de bases del ADN y se puedan incorporar los ribonucleótidos que se van a unir.

Ø Elongación:

Es la adición de sucesivos ribonucleótidos para formar el ARN. La enzima selecciona el ribonucleótido trifosfato cuya base es complementaria con la de la cadena de ADN que actúa como molde y lo une, al siguiente nucleótido.

Ø Te

rminación:

La ARN-polimerasa reconoce en el ADN unas señales de terminación que indican el final de la transcripción. Esto implica el cierre de la burbuja formada en el ADN y la separación de la ARN-polimerasa del ARN transcrito.

ü En los procariotas, la señal de terminación es una secuencia de bases palindrómicas (secuencias que tienen la misma lectura de izquierda a derecha y de derecha a izquierda) formada por G y C seguidas de varias T, que origina al final del ARN un bucle. Éste favorece su separación del ADN.

ü En los eucariotas, la ARN-polimerasa transcribe regiones de ADN largas, que exceden en la longitud de la secuencia que codifica la proteína.

MADURACIÓN DEL ARN:

A veces, los ARNm no se pueden traducir directamente en proteínas, sino que necesitan un procesamiento previo o maduración postranscripcional.

Organismos procariotas:

El ARNm de los procariotas puede ser directamente traducido y a partir de él se forma una proteína funcional.

Organismos eucariotas:

En los eucariotas la maduración es más compleja, ya que la mayor parte de los genes que codifican las proteínas están fragmentados. Cada gen consta de varios fragmentos denominados intrones y exones, intercalados unos con otros.

Los intrones son secuencias de bases más o menos largas que se transcriben, pero que no se traducen, es decir, no codifican una secuencia de aminoácidos.

Los exones son las secuencias que se transcriben y se traducen, es decir, tienen información para formar una cadena polipeptídica.

Así pues, el ARN transcrito primario está formado por intrones y exones. Su maduración consiste en la eliminación de los primeros y la unión de los segundos mediante un mecanismo que se conoce con el nombre de splicing (empalme). Requiere la presencia de una enzima llamada ribonucleoproteína proteica nuclear (RNPpn).

Los intrones no existen en procariotas y no se sabe que función cumplen en eucariotas. Lo que sí se sabe es que, a veces, un mismo gen puede madurar de diferentes maneras, dependiendo de cómo se eliminen los intrones. De este modo, a partir de un solo gen se pueden obtener diferentes proteínas.

EXPRESIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO: TRADUCCIÓN

El núcleo contiene la información genética;

La transmisión de la información genética

se realiza a través del núcleo celular.

Los procesos de síntesis del ARN

), transcripción de la información genética para la posterior síntesis de proteínas en el hialoplasma, se dan también en el núcleo.

Por último, esta información se traducirá (Traducción) en el citoplasma celular, pues en él se realizará la síntesis de proteínas.

Para que tenga lugar el proceso de traducción

 Ribosomas, donde se realiza la síntesis proteica.

 ARN mensajero, que lleva la información para sintetizar cada proteína.

 Aminoácidos, que son los componentes de las proteínas.

 ARN de transferencia, que aporta los aminoácidos en el orden preciso.

 Enzimas y energía, necesarias en toda reacción de biosíntesis.

La traducción se realiza en los ribosomas, orgánulos citoplasmáticos formados por dos subunidades, una pequeña y otra grande, formadas por ARNr específicos y por proteínas

En el ribosoma se distinguen tres lugares diferentes de unión a los ARN de transferencia; el sitio P (peptidil), donde se sitúa la cadena polipeptídica en formación; el sitio A (aminoacil), donde entran los aminoácidos que se van a unir a la cadena proteica, y el sitio E, donde se sitúa el ARNt antes de salir del ribosoma.

ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS:

La activación consiste en la unión de un aminoácido con el ARNt que le corresponde.

La unión del aminoácido y su ARNt se realiza entre el grupo carboxilo del aminoácido y el grupo –OH del extremo 3´ del ARNt.

Existen al menos 20 aminoacil-ARNt-sintetasas, una para cada aminoácido

estas enzimas son piezas clave en la cadena de transferencia de la información.

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS:

la síntesis proteica transcurre de igual forma en procariotas y eucariotas. El proceso se puede dividir en varias etapas:

1. Iniciación de la cadena proteica:

La síntesis se inicia cuando la subunidad pequeña del ribosoma y el ARNm se unen en un punto localizado cerca del codón AUG, que es el codón iniciador y marca el inicio de la proteína

La subunidad pequeña del ribosoma, el ARNm y el primer aminoacil-ARNt forman el complejo de iniciación, al que con posterioridad se une la subunidad grande del ribosoma.

2. Elongación:

La elongación consiste en el alargamiento de la cadena proteica y se inicia cuando un segundo aminoacil-ARNt, cuyo anticodón es complementario al codón situado a continuación del iniciador, “entra” en el ribosoma y ocupa el sitio A que se halla libre.

El siguiente paso es la formación de un enlace peptídico entre el aminoácido que ocupa el sitio P (que suele ser la metionina o formil-metionina) y el nuevo aminoácido que ocupa el sitio A.

Como consecuencia de la formación de este enlace peptídico, el segundo ARNt queda unido por un extremo al dipéptido formado y por el otro a su codón complementario.

3. Terminación:

La terminación de la cadena proteica tiene lugar cuando el ribosoma llega a un lugar del ARNm donde se encuentra un codón de terminación (UAA, UAG o UGA), que no es reconocido por ningún ARNt y sí por unos factores de liberación de naturaleza proteica que se sitúan en el sitio A y hacen que la peptidil-transferasa separe, por hidrólisis, la cadena polipeptídica del ARNt.

Una vez completada la traducción, la proteína formada, el ARNm y el ARNt abandonan el ribosoma, que se disocia en sus dos subunidades hasta el momento en que se inicie una nueva síntesis.

Tanto en procariotas como en eucariotas, si el ARNm que se tiene que traducir es lo suficientemente largo, puede ser leído por más de un ribosoma a la vez, formando un polirribosoma o polisoma,

En los procariotas, al no haber división entre núcleo y citoplasma, la traducción es simultánea a la transcripción

CÓDIGO GENÉTICO

El CÓDIGO GENÉTICO es la clave que relaciona la secuencia de bases del ADN o del ARN con la secuencia de aminoácidos en las proteínas

CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO

1) Es universal.

2) Disposición lineal, cada tres nucleótidos corresponden a un aminoácido específico.

3) Existe un codon de iniciación AUG y tres de terminación UAG, UAA y UGA llamados codones sin sentido, de paro o stop

4) El código está degenerado, ya que existen dos o más codones para cada aminoácido

Los distintos codones que codifican para un mismo aminoácido se denominan codones sinónimos;

REGULACIÓN DE LA ACCIÓN DE LOS GENES: HIPÓTESIS DEL OPERÓN

Todas las células de un organismo pluricelular, excepto los gametos, poseen la misma información genética. Ahora bien, no todos los genes se encuentran activos durante el ciclo celular. Uno de los modelos de regulación de la expresión génica mejor conocidos en procariotas es el modelo del operón, descrito en los años cincuenta por Jacob y Monod en Escherichia coli. Un operón se compone de los siguientes elementos:

 Promotor (p): Es una secuencia de nucleótidos del ADN a la que se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción de un gen o un conjunto de genes.

 Genes estructurales: Aquellos que codifican la síntesis de proteínas implicadas en un mismo proceso metabólico. Se transcriben sin interrupción, de modo que el ARNm resultante lleva la información para varias proteínas y recibe el nombre de ARNm policistrónico.

 Operador (o): Secuencia de nucleótidos situada entre el promotor y los genes estructurales.

 Gen regulador (r): Puede estar situado en cualquier lugar del cromosoma bacteriano y codifica la proteína que actúa de represor.

REPRODUCCIÓN

CONCEPTO

La reproducción es una cualidad esencial de los seres vivos, mediante la cual, los individuos existentes engendran nuevos individuos semejantes a ellos mismos

Simplificando podemos considerar dos modalidades básicas: sexual y asexual.

 En la reproducción asexual un único organismo produce copias idénticas de sí mismo, separando de su cuerpo una célula, una parte diferenciada de la célula o un grupo de células.

 En la reproducción sexual, dos células diferenciadas, llamadas gametos, previa reducción a la mitad del número de cromosomas, se fusionan formando una célula única o cigoto que por sucesivas mitosis va a dar lugar a un individuo completo. El objetivo fundamental de la reproducción sexual es formar individuos con mezcla de caracteres o material genético que proviene de dos progenitores diferentes.

La reproducción sexual es la más común en los seres vivos

DIFERENCIAS FORMALES Y GENÉTICAS ENTRE LA REPRODUCCIÓN SEXUAL Y ASEXUAL

Diferencias formales:

La reproducción asexual se lleva a cabo a partir de células somáticas.

En la reproducción sexual intervienen células germinales especializadas, los gametos.

Diferencias genéticas:

Reproducción asexual: No produce variabilidad genética al existir sólo mitosis.

Reproducción sexual: Produce variabilidad genética mediante la recombinación genética y distribución al azar de las cromátidas en la meiosis y mediante la fecundación.

REPRODUCCIÓN SEXUAL

El proceso de formación de los gametos recibe el nombre general de gametogénesis e implica casi siempre un mecanismo reductor del número de cromosomas y que asegura la constancia del número de cromosomas de la especie

La gametogénesis es el proceso por el cual las células indiferenciadas que forman el epitelio germinativo (2n) de las gónadas se transforman en gametos (n), mediante procesos que incluyen una meiosis.

Los mecanismos de producción de los espermatozoides reciben el nombre de espermatogénesis, a la formación de gametos femeninos se la denomina ovogénesis

. ESPERMATOGÉNESIS

Formación de los espermatozoides en los testículos de los machos.

OVOGÉNESIS

Formación de los óvulos en los ovarios de las hembras.

MUTACIONES

Una mutación es cualquier alteración que sufra el material genético

MUTACIONES GÉNICAS O PUNTUALES

Son aquellas que producen alteraciones en las secuencias de nucleótidos de un gen.

1.3. CAUSAS

Las mutaciones génicas o puntuales, son debidas a errores que se producen durante la duplicación del ADN. Pueden producirse por 3 causas: por errores de lectura durante la replicación del ADN, por lesiones fortuitas, como, por ejemplo, la rotura del enlace que une una base nitrogenada a la desoxirribosa, o por transposiciones

1.4. SISTEMAS DE REPARACIÓN

Esto sistemas revisan constantemente el ADN recién sintetizado y arreglan las lesiones. Existen 3 sistemas de reparación:

a) Reparación con escisión del ADN

Este proceso se inicia con una endonucleasa, que detecta el error y produce dos cortes a ambos lados del error.

b) Reparación sin escisión del ADN

Se conocen mecanismos directos de reversión de las lesiones. Por ejemplo, el caso de las enzimas fotorreactivas,

c) Sistema SOS

Si se produce un número elevado de faltas o alteraciones de bases nitrogenadas en la hebra patrón, puede ser que se inicie la duplicación del ADN sin que los mecanismos de reparación hayan acabado de arreglarlas.Para evitarlo existe un sistema que elimina este bloqueo pero a expensas de introducir una base complementaria al azar y por ello muy probablemente errónea. Se evita el bloqueo de la replicación pero se originan células hijas con muchas mutaciones.

MUTACIONES CROMOSÓMICAS

Podemos diferenciarlas en dos clases:

a) Mutaciones cromosómicas propiamente dichas o estructurales, se producen por un cambio en la estructura de los cromosomas.

b) Mutaciones genómicas. Se producen por un cambio en el número de los cromosomas.