Principios Inmediatos Inorgánicos

El Agua

El agua es la molécula básica de la materia viva. Es una sustancia fluida, lo que significa que se mueve al unísono, ya que sus moléculas están unidas por puentes de hidrógeno. Debido a esta unión, también tiene una alta capacidad calórica, pudiendo soportar temperaturas muy altas sin cambiar de estado. Es dipolar, se disocia en dos iones: OH^– y H⁺. Las moléculas que entran en contacto con el agua se asocian alrededor de ésta.

Funciones del agua:

• Forma parte mayoritariamente de la materia.
• Por su capacidad calórica, tiene función termorreguladora (importante para los seres vivos de temperatura constante).
• Por ser dipolar, el agua es el disolvente universal, por lo que es una excelente transportadora.
• Tiene una alta reactividad térmica, ya que proporciona al medio sus iones necesarios para las reacciones de hidrólisis (romper el agua por medio de electricidad).

Las Sales Minerales

Las podemos encontrar en forma sólida o precipitada y en disolución.

• En forma sólida o precipitada: originan estructuras esqueléticas y de sostén.
• En disolución: se disponen de forma iónica.

Funciones de las sales minerales:

• Equilibrio osmótico: consiste en mantener la presión osmótica, que es la presión que ejerce el agua sobre la membrana celular. Para que la célula mantenga su forma, la disolución acuosa tiene que ser constante. Si hay más sales dentro de la célula de las que deberían haber, la membrana deja pasar las sales minerales hasta que haya un equilibrio entre el interior y el exterior de la célula.
• Regulación de pH: el pH es la concentración de aniones y protones, puede ser neutro y también ácido. Las enzimas solo soportan un pH determinado, para que esto ocurra, las sales minerales serán las responsables de que éste se mantenga regulado. El pH de nuestros líquidos internos debe ser neutro, excepto el del estómago que libera un pH ácido para poder hacer la digestión.

Principios Inmediatos Orgánicos

Los Glúcidos

El C, H y O son los elementos químicos que van a formar parte de los glúcidos. Químicamente derivan de polialcoholes, sustituyendo un grupo alcohol por una función aldehído o cetona, obteniendo aldosas o cetosas. Un grupo funcional es un grupo que va a transformar una molécula en alcohol, son grupos que van a distinguir las diferentes moléculas.

La función aldehído se escribirá siempre en un extremo, en cambio las cetonas siempre en el interior de la cadena.

Clasificación de los glúcidos según el número de moléculas:

• Monosacáridos: están formados por una sola molécula. Sirven para aportar energía inmediata y para formar disacáridos y polisacáridos. Pueden ser:
  • 3 carbonos: son los intermediarios del metabolismo celular (conjunto de reacciones químicas que ocurren en el interior de la célula). Glicerina y gliceraldehído.
  • 5 carbonos: ribosa y desoxirribosa.
  • 6 carbonos: glucosa (es la principal molécula que reconoce la célula, tiene que estar en cantidades limitadas), fructosa y galactosa.
• Disacáridos: son glúcidos constituidos por dos monosacáridos unidos por un enlace covalente (enlace por el cual van a reaccionar un grupo OH con otro grupo OH y se desprenderá una molécula de agua, por lo que se quedará unido por un O, el llamado enlace O-glucosídico). Los más comunes:
  • Maltosa: formada por dos moléculas de α-D-glucosa. Se obtiene por la hidrólisis del almidón y de otros polisacáridos.
  • Lactosa: constituida por una glucosa unida a una galactosa. Es el azúcar de la leche.
  • Sacarosa o azúcar de caña: formada por la unión de una glucosa y una fructosa. Es cristalina, soluble y blanca.
• Polisacáridos: son largas cadenas de ‘n’ monosacáridos, unidos por enlaces O-glucosídico. Se clasifican en:
  • Polisacáridos de reserva: reservan energía a largo plazo. Como el almidón, que es el polisacárido de reserva de las células vegetales, y el glucógeno, que es la forma de almacenamiento de glucosa en animales (se almacena en el hígado y en el músculo esquelético).
  • Polisacáridos estructurales: forman parte de las estructuras de los seres vivos, como la celulosa, que forma parte de las paredes celulares de las células vegetales, es una sustancia rígida e insoluble; la pectina, que forma parte de los esqueletos de los animales, o la lignina, que forma parte de la madera.

Lípidos

Los elementos mayoritarios son C, H y O. Los lípidos son muy diferentes entre sí, pero tienen una característica común: son insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos. Se clasifican en dos grupos:

• Lípidos saponificables: contienen ácidos grasos.
• Lípidos insaponificables: no contienen ácidos grasos.

Los ácidos grasos no son lípidos, son ácidos y moléculas orgánicas que tienen una larga cadena carbonada. Todos ellos acaban en COOH (grupo funcional carboxilo). Existen dos tipos de ácidos grasos:

• Ácidos grasos saturados: cuando los enlaces entre átomos de carbono son simples. Son difíciles de romper y de origen animal, los encontramos en las grasas animales.
• Ácidos grasos insaturados: cuando los enlaces entre los átomos de carbono pueden ser dobles o triples. Se pueden romper con facilidad y son de origen vegetal.

Lípidos saponificables:

La palabra saponificable viene de una reacción industrial para obtener jabones al hervirlos.

• Acilglicéridos: son grasas simples, que pueden ser de ácidos grasos saturados o insaturados. Se forman mediante una reacción química llamada esterificación, enlace entre la glicerina y tres ácidos grasos. Almacenan energía a largo plazo. Se almacenan en el tejido adiposo de la piel y de los órganos vitales. También sirven de aislante térmico y protección de órganos.
• Fosfoglicéridos: su función es estructural, va a formar parte de la estructura celular. Están formados por una molécula de glicerol en la que dos hidroxilos están esterificados por dos ácidos grasos y el tercero por un ácido fosfórico al que se le une un alcohol. Son moléculas anfipáticas, lo que quiere decir que tienen una cabeza polar, hidrófila (afín al agua) y una zona apolar o hidrófoba (repele el agua). Cuando se disuelven en agua, las cabezas hidrófilas quedan hacia el exterior, en contacto con el agua, y las hidrófobas se enfrentan entre sí, formando bicapas (que son las bases de las membranas).
• Ceras: sirven para impermeabilizar.

Lípidos insaponificables:

Son muy variados y el más importante es el colesterol, cuya función es formar parte de las membranas celulares. Cuando se pone en contacto con el agua, el grupo carboxilo se orienta hacia el agua y las cadenas carbonadas huyen del agua. El colesterol le da fluidez a las membranas (las membranas son semipermeables gracias al colesterol, si este no estuviese las paredes de la membrana se cerrarían y no podrían entrar ni salir sustancias), en ésta función también participan hormonas y vitaminas. También están los terpenos, que son los que les van a dar color a los vegetales.

Proteínas

Están formadas por C, H, O, N. Son macromoléculas también conocidas como edificios moleculares, constituidas por unas unidades más sencillas o básicas llamadas aminoácidos (formadas por un grupo amino y un grupo ácido). La fórmula general de los aminoácidos es: NH₂ COOH -> Es común en todos los aminoácidos.

Solo veinte aminoácidos van a formar parte de las proteínas. Los únicos capaces de sintetizar los aminoácidos son los vegetales. Los animales o humanos somos los únicos que podemos utilizarlos y convertirlos en proteínas. Los aminoácidos son iguales para todos los seres vivos, pero las proteínas van a ser diferentes para cada una de las especies. Lo primero que hacemos con las proteínas es digerirlas, luego se van a ir descomponiendo en aminoácidos (las proteínas para lo que sirven es para transportar aminoácidos), cuando llegan a la célula lo que va a hacer es convertir esos aminoácidos en las proteínas propias de cada uno.

Enlace de aminoácidos para formar proteínas: 1 – 100 = péptidos, 100 – 1000 = polipéptido, cuando son muchos polipéptidos se llama proteína.

Las proteínas al salir de su ‘fábrica’, los ribosomas, salen de forma lineal, pero al ponerse en contacto con el agua se orientan hacia ella con el fin de ocupar menos espacio. La información genética es la que le dará a las células la información necesaria para la unión de aminoácidos.

Propiedades de las proteínas

Las proteínas son específicas (propias de cada especie). Son sensibles a la temperatura y al pH, porque con el calor o con la variación de pH se desnaturalizan.

Clasificación de proteínas:

• Función estructural: forman estructuras celulares y orgánicas:
  • Glucoproteínas de las membranas celulares.
  • Colágeno que forma tendones, cartílagos y huesos.
  • Queratina constituye las uñas, pelos y plumas.
• Función de reserva: actúan como reserva de aminoácidos:
  • Ovoalbúmina del huevo.
  • Caseína de la leche.
• Función de transporte: se encargan del transporte de sustancias de un órgano a otro:
  • Hemoglobina que transporta el oxígeno.
  • Lipoproteínas que transportan los lípidos insolubles en el plasma sanguíneo.
• Función de defensa: defienden al organismo de sustancias extrañas:
  • Anticuerpos que neutralizan sustancias extrañas que entran en el organismo.
  • Fibrinógeno y trombina intervienen en la coagulación sanguínea.
• Función contráctil: confieren a los organismos la capacidad de desplazarse o de cambiar de forma:
  • Actina y miosina son las proteínas responsables de la contracción muscular.
• Función hormonal: algunas hormonas son proteínas:
  • Insulina regula el metabolismo de la glucosa.
  • Hormona del crecimiento.

Todos los tejidos tienen su propia proteína. Forman la estructura básica de los seres vivos. Las enzimas son proteínas biocatalizadoras, pero no son principio inorgánico. Su función es de biocatalizadoras (hacer que las reacciones químicas reaccionen). Las células son incompatibles con el calor para que se lleven a cabo las reacciones químicas, para eso están las enzimas, que tienen un pH concreto. Una enzima se va a adherir a un sustrato para llevar a cabo la reacción química, la enzima va a permanecer intacta durante la reacción, solo hace falta su presencia para que se pueda hacer la reacción. Por ejemplo, la enzima sacarasa, que es la enzima de la sacarosa para descomponerla. El ADN es el que dice si una proteína es estructural, enzimática… las enzimas necesitan vitaminas para realizar su acción (coenzimas).

Ácidos Nucleicos

Son polinucleótidos (que están formados por unas unidades básicas llamadas nucleótidos, que al unirse forman largas cadenas). Las siguientes moléculas van a formar un nucleótido:

• Desoxirribosa.
• Grupo fosfato.
• Bases nitrogenadas: G-C, A-T.

Podemos formar 4 bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina y timina. Son bases complementarias, se van a complementar dos a dos.

El ADN

El ADN (ácido desoxirribonucleico) es una molécula formada por dos cadenas de desoxirribonucleótidos, que se van a enrollar en una doble hélice, está constituido por moléculas de desoxirribosa, fosfato y bases nitrogenadas. Las cadenas están unidas por puentes de hidrógeno que se establecen entre las bases por uniones complementarias.

La principal función es la de almacenar la información genética (los caracteres hereditarios, es lo único que pasa de generación en generación), la cual también se va a transmitir al ARN (transcripción). Tiene que duplicarse para que la célula hija herede la misma información genética de la célula madre. Es la única molécula que puede autoduplicarse.

El ARN

El ARN (ácido ribonucleico) está formado por una cadena de ribonucleótidos de A, G, C y U. Existen tres tipos de ARN:

• ARNm: molécula capaz de llevar la información del ADN del núcleo al citoplasma (directamente a los ribosomas, para la síntesis de proteínas).
• ARNt: recoge un aminoácido en el citoplasma para llevarlo hasta el ribosoma.
• ARNr: van a formar parte de las estructuras de los ribosomas.

Síntesis de proteínas:

• Transcripción: consiste en la síntesis de los distintos tipos de ARN. Unas enzimas van a ir rompiendo las bases nitrogenadas, y llega un aminoácido que se va a situar enfrente del molde de ADN. Y estas cadenas se van a unir gracias a otras enzimas, el resultado será un ARNm, un ARNt o un ARNr.
• Traducción: consiste en sintetizar proteínas, se realiza en los ribosomas. La información del ARNm está en forma de tripletes (codones), cada tres bases es un aminoácido. Los aminoácidos van a ser transportados al ribosoma por los ARNt, los cuales tienen un anticodón complementario al codón del ARNm, lo que permite la colocación del aminoácido correcto. Los aminoácidos, según van siendo colocados, van a establecer entre ellos enlaces peptídicos para originar la proteína.

Nivel Celular

La Célula

El nombre de célula viene de celdilla. La teoría celular dice que todos los seres vivos están formados por células, toda célula procede de otra ya existente y toda célula contiene la información genética necesaria para ser un ser vivo. Una célula es la unidad funcional (o fisiológica), estructural (o anatómica) y unidad genética de todos los seres vivos. Las partes indispensables de todas las células son: membrana, citoplasma (disolución acuosa) y núcleo.

Los Virus

Los virus son estructuras acelulares, que carecen de metabolismo propio. Para su replicación, tienen que permanecer en el interior de las células. Son parásitos obligados. Todos los virus son infecciosos. Los virus presentan como estructura básica ARN o ADN, una de las dos, y una envoltura de proteínas. Lo único que le va a transmitir a la célula es su molécula de ADN o ARN. El más conocido es el virus bacteriano, es el que ataca a las bacterias.

Ciclo lítico:

Provoca la muerte de la célula y sale al exterior para infectar a otras.

Ciclo lisogénico:

El ADN del virus se integra en el cromosoma del huésped y en cada división celular, pasa con él a las células hijas. Los virus atemperados pueden en un momento dado activarse y entrar en ciclo lítico.

Célula Procariota

Se caracterizan por carecer de envoltura nuclear.

Las células procariotas tienen una pared bacteriana, que les ha permitido vivir en todos los medios que podamos imaginar. Se transformaron en bacterias quimiosintéticas (que se alimentaban de nitrógeno y otros compuestos orgánicos) a bacterias fotosintéticas (que vivían gracias a las radiaciones solares). A partir de aquí, junto con los primeros vegetales, fue apareciendo el oxígeno y la atmósfera se volvió oxigenada.

La célula procariota está cubierta por una pared celular, capa porosa y rígida. Hacia el interior está la membrana plasmática, constituida por una bicapa de fosfolípidos y proteínas. En el citoplasma nos encontramos con los mesosomas, que contienen las proteínas necesarias para producir energía; y con los ribosomas para la síntesis de proteínas. El material genético de estas células es una única molécula de ADN, que se encuentra en el nucleoide.

Célula Eucariota

Se caracteriza por tener un núcleo rodeado por una membrana.

Célula eucariota animal. Partes:

• Membrana plasmática.
• Citoplasma:
  • Hialoplasma -> disolución acuosa.
  • Orgánulos celulares -> Retículo endoplasmático, aparato de Golgi, mitocondrias, ribosomas, lisosomas, centrosomas (centriolos).
• Núcleo:
  • Envoltura nuclear.
  • Nucleoplasma.
  • Cromosomas.

Membrana plasmática: es una delgada película que va a limitar la célula y a ponerla en contacto con el exterior, ya que permite el paso de sustancias de dentro de la célula hacia fuera y viceversa. Es semipermeable, regula el paso de sustancias que entran y salen de la célula. Está compuesta por una doble capa lipídica y proteínas.

Mitocondria: tiene una membrana externa lisa, que se invagina de cuando en cuando hacia el interior, llamándolas crestas mitocondriales. En ésta se produce la respiración celular y también produce energía.

Aparato de Golgi: es un conjunto de vesículas. Transforma proteínas en enzimas, y después las guarda en los lisosomas.

Lisosomas: especie de aparato digestivo de la célula, contiene enzimas hidrolíticas.

Retículo endoplasmático: sistema de membranas que parte de la membrana plasmática y contacta con la envoltura nuclear. Su función es almacenar sustancias y transformarlas en otras.

Ribosomas: su función es la de sintetizar proteínas.

Centrosomas o centriolos: intervienen en la formación del huso acromático durante la división celular.

Célula eucariota vegetal. Partes:

• Pared celular: es poliédrica (tiene formas geométricas). Es una estructura rígida. Está formada por celulosa ya que ésta es insoluble en agua, se forma por capas superpuestas. Tiene canales para permitir el paso de sustancias.
• Cloroplastos: de formas ovalada con círculos en su interior. Son los responsables de la fotosíntesis. Tiene una doble membrana, la del interior se invagina formando lamelas, el conjunto de lamelas se llama grana. Realizan la fotosíntesis gracias a la clorofila, que es la única capaz de captar la energía solar. Los plastos se llamarán de una forma u otra según lo que almacenen: almidón, aceites…
• Vacuolas: ocupan un gran espacio del citoplasma. Sirven fundamentalmente para almacenar agua.

La membrana plasmática y los demás orgánulos: aparato de Golgi, mitocondria, retículo endoplasmático, ribosomas y lisosomas; tienen la misma función que los de la célula animal.

Fisiología Celular

Nutrición de la Célula Animal

La nutrición celular es la obtención de materia y energía para poder realizar las demás funciones. La obtención de materia se obtiene a partir de la membrana, y saldrán a partir de ésta, sustancias de desecho.

Ósmosis: entrada de agua a la célula.

Difusión a través de membrana: entrada de sustancias disueltas en agua. Tiene que haber un equilibrio entre el interior y el exterior. Se realiza siguiendo el gradiente de concentración. Puede ser:

• Simple.
• Facilitada: las proteínas de membrana ayudan a la entrada y salida de sustancias, también llamado transporte pasivo.
• Transporte activo: entran y salen nutrientes independientemente de la concentración. Para impulsar este transporte se necesita energía. Se realiza mediante la acción de proteínas transportadoras llamadas bombas (bomba de K, Na…).

Los nutrientes son cualquier sustancia que una célula necesita para realizar sus funciones de nutrición. Son las moléculas más pequeñas en que descomponemos los alimentos.

Nutrientes: agua, sales minerales, monosacáridos (la célula realiza el metabolismo celular), ácidos grasos + glicerina, aminoácidos, nucleótidos.

Nutrición celular: obtención de materia y energía.

Metabolismo Celular

Reacciones Catabólicas: son aquellas que van encaminadas a la obtención de materia y energía (Energía); Reacciones Anabólicas: van encaminadas a la obtención de materia o síntesis. Para este proceso se necesita energía (Síntesis).

Reacciones catabólicas:

Aparte del aparato digestivo, también participa el aparato respiratorio, ya que tiene que estar presente el oxígeno para la respiración celular. La primera parte se lleva a cabo en el citoplasma celular, donde se utiliza la glucosa para un proceso llamado glucólisis (de 6C obtendremos 2 moléculas de 3C: gliceraldehído y dihidroxiacetona). De aquí es llevado a la mitocondria.

Ciclo de Krebs: la molécula de 3C se une al ciclo de Krebs, surgen una serie de transformaciones en unas y en otras obteniendo protones y ATP, éstos se transportan gracias a los transportadores de protones y moléculas de ATP.

Se acercan a las crestas mitocondriales donde tendrá lugar la cadena respiratoria. Aquí tendrá lugar el proceso Redox (oxidación-reducción). Por cada molécula de glucosa se obtendrán 36 ATP.

Catabolismo de ácidos grasos: en la mitocondria sufren un proceso llamado β-oxidación, que consiste en romper el ácido graso en 2 moléculas de 2C, éstas se incorporan al ciclo de Krebs y después a la cadena respiratoria. Se obtendrán 972 ATP por una molécula de grasa palmítica.

Una vez obtenida la energía de los glúcidos o ácidos grasos, ésta la vamos a utilizar para el anabolismo.

Reacciones anabólicas:

El anabolismo es el conjunto de procesos que utilizan energía para la síntesis de moléculas complejas.

Síntesis de proteínas: ADN-ARNm-Ribosomas-ARNt-a.a.-enzimas para la lectura-ATP.

El orden y el número de aminoácidos que intervengan en la síntesis darán proteínas distintas. El proceso de síntesis se realiza en el citoplasma.

Fotosíntesis: tiene lugar en los cloroplastos, específicamente en las granas. La luz luminosa es captada por la clorofila, que la utiliza para transformarla en energía química. Partes de la fotosíntesis:

1. Fotólisis: consiste en la transformación de energía luminosa en energía química a partir del agua. El agua se va a romper por medio de la luz.
2. Quimiosíntesis o Biosíntesis: síntesis de compuestos químicos. Intervienen: sales minerales, CO₂ + ATP, para formar sustancias orgánicas a partir de sustancias inorgánicas y O₂.

La planta acumula glucosa para formar almidón. Los vegetales almacenan las grasas que producen sus frutos. Los vegetales almacenan todo lo que les sobra, por lo que al nosotros comer vegetales podemos aprovechar lo que les sobra.

Fermentaciones: son procesos de metabolismo anaeróbico, es decir, sin oxígeno. Solo lo realizan las bacterias. Nunca se llegan a catabolizar del todo, por lo que siempre quedan moléculas intermedias de las cuales se puede seguir obteniendo energía. Son los lácteos, las bebidas alcohólicas…

Función de Relación

La relación es la capacidad de recibir estímulos y responder adecuadamente a ellos.

Una célula en un medio acuoso, capta todos los estímulos que lleguen a éste, y siempre responde. Si no responde, no se relaciona.

Los organismos unicelulares responden mediante movimientos. Estos movimientos se producen gracias a los cilios y a los flagelos.

• Movimiento vibrátil.
• Movimiento ameboide.
• Movimiento contráctil.

Diferencia entre reproducción y multiplicación:

• Reproducción: intervienen dos individuos y siempre hay un intercambio genético.
• Multiplicación: no se produce intercambio genético, va a hacer copias de sí mismo.

Formas de división del citoplasma o citocinesis:

• Bipartición.
• Gemación.
• Esporulación.

División Celular Nuclear

Células somáticas:

Son aquellas que forman la estructura general del cuerpo. Se dividen para dar lugar a células exactamente iguales a ellas. Se multiplican por MITOSIS. La sufren tanto organismos unicelulares como pluricelulares.

Células reproductoras – gametos:

Intercambian material genético. Los gametos tienen que ser haploides (mitad de cromosomas que la célula madre). A cada célula irá un cromosoma de cada par, pasando de ser cromosomas diploides a células haploides. Este proceso es llamado proceso de MEIOSIS.

Mitosis

Es un proceso de división celular nuclear por el cual la célula madre va a dar lugar a dos células hijas con el mismo número y tipo de cromosomas de la célula madre, para que sigan cumpliendo la misma función. Las células están en continua división. Se desarrolla en varias fases/etapas:

• Interfase (NO ES UNA FASE DE LA MITOSIS): observamos en el núcleo una mancha negra, la cromatina. Se duplica el material genético. Es donde único se produce un proceso metabólico.
• Profase: la célula comienza a hincharse, la envoltura nuclear va desapareciendo, y los centrosomas convertidos en centriolos comienzan a separarse para formar el huso acromático. Los cromosomas se han ido duplicando, son dobles (dos cromátidas unidas por un centrómero).
• Metafase: los cromosomas se van a colocar, uno por cada fibra del huso acromático. Al final de la metafase y al principio de la anafase lo que ha ocurrido es que el centrómero se duplica y que cada uno de los filamentos se van hacia el polo opuesto.
• Anafase: las fibras del huso se separan, lo que provoca el arrastre de dos cromátidas convertidas en cromosomas.
• Telofase: se inicia la citocinesis por lo que reaparece la membrana nuclear. Se produce la estrangulación de la célula, por lo que se obtendrán dos células con dos cromosomas de una cromátida cada una.

Meiosis

Proceso de división celular por el que las células hijas heredan la mitad de cromosomas que la célula madre (una serie de cromosomas), las células hijas van a ser haploides. Es un proceso largo y complejo donde tienen lugar una serie de circunstancias. Lleva dos divisiones celulares.

División reduccional: se reduce el número de cromosomas.

• Profase 1: los cromosomas son visibles, se han unido tanto que se sobrecruzan, esto lleva a la recombinación genética. Los cromosomas recombinados al unirse tanto, cuando se van a separar se llevan parte del otro.
• Metafase 1: los cromosomas se colocan en el ecuador de la célula unidos a las fibras del huso acromático.
• Anafase 1: no se duplican los centrómeros ni se separan las cromátidas.
• Telofase 1: se separan las células quedándose cada una con un par de cromosomas.

División: se sigue el proceso como una mitosis normal.

• Profase 2: la membrana nuclear que ha comenzado a aparecer comienza a desaparecer.
• Metafase 2: los cromosomas se colocan en el ecuador de la célula, cuyos centrómeros están unidos a las fibras del huso.
• Anafase 2: se duplican los centrómeros y se separan las cromátidas.
• Telofase 2: la célula se divide en 4, cada una con distinta información genética.