Biología
Nivel Superior Primera edición 2005


Capítulo 1 ………………….1-6
Elementos importantes
El agua

Capítulo 2 ………………….7 -30
Compuestos orgánicos
Carbohidratos, proteínas, lípidos y nucleótidos

Capítulo 3 …………………. 31-39
Enzimas

Capítulo 4 ………………….40-56
La célula
Procariotas y eucariotas
Estructura y función de las organelas celulares
Especialización
Cálculo de la maginificación

Capítulo 5 ………………….57-67
Membrana y transporte
Transporte pasivo
Transporte activo
Transporte mediante vesícula

Capítulo 6 ………………….68-74
Division celular:Mitosis
Ciclo celular
Ciclo humano

Capítulo 7 ………………….75-82
Respiración celular
Repiración aerobia y anaerobia
Ciclo de Krebs
Cadena de transporte de electrones

Capítulo 8 ………………….83-95
Fotosíntesis
Reacciones dependientes e independientes de la luz
Fotofosforilación quimiosmótica
Ciclo de Calvin
Factores limitantes

Capítulo 9 ………………….96-122
Genética molecular
Replicación ADN
Síntesis de proteínas
Mutaciones
Ingeniería genética

Capítulo 10 ………………….123-133
Meiosis,
Variación
Meiosis
Anomalías

Capítulo 11 ………………….134-164
Genética
Transmisión de caracteres
Herencia Mendeliana
Cruce monohíbrido
Cruce Dihíbrido
Carácter ligado, cruce y mapa genético
Análisis estadístico
Genética aplicada

Capítulo 12 ………………….165-172
Digestión y Nutrición
Absorción
Problemas de salud

Capítulo 13 ………………….173-179
El Sistema de Transporte
Circulación a través del corazón
Iniciación y regulación
Composición de la sangre
Problemas de salud

Capítulo 14 ………………….180-186
Intercambio gaseoso
Respiraración y ejercicios respiratorios
Problemas de salud

Capítulo 15 ………………….187-208
Defensa contra enfermedad

Métodos de transmisión
Anticuerpos monoclonales
Inmunización
Inmunidad activa y pasiva
Inmunoglobulinas
Transfusión sanguínea
Algunas enfermedades bacterianas y víricas

Capítulo 16 ………………….209-218
El sistema nervioso
Anatomía
Acto reflejo
Acción potencial
Impulso nervioso
La sinapsis

Capítulo 17 ………………….219-225
El sistema muscular
Tipos de músculos
La Articulación
El sarcómero y sus funciones

Capítulo 18 ………………….226-232
Homeostasis
Termorregulación
Feed back negativo
Regulación del azúcar

Capítulo 19 ………………….233-240
Excreción
El riñon hhumano
Filtración, reabsorción y excreción

Capítulo 20 ………………….241-261
Reproducción humana
El sistema reproductivo
El ciclo menstrual
Spermatogenesis y ovogenesis
Fertilización y desarrollo
El nacimiento
Contraceptivos

Capítulo 21 ………………….262-282
Ecología
Pirámides
Población y la selección natural
Factores que afectan al crecimiento de la población
Impacto humano 

Capítulo 22 ………………….283-288
Clasificación y diversidad
El sistema binomial
Los cinco reinos
El movimiento de algunos animales

Capítulo 23 ………………….289-303
Ciencia de las plantas
Estructura y función de las distintas partes
Adaptación
Transporte, transpiración y germinación
La gente y las plantas 

Capítulo 24 ………………….304-338
Opción D: Evolución
Formación de la tierra
Selección natural
Evidencias de la evolución
Métodos de fosilización
Evolución humana
Neo-Darwinismo
Equilibrio de Hardy-Weinberg

Capítulo 25 ………………….339-357
Opción E: Neurobiología y comportamiento
Comportamiento innato
El Sistema Nervioso
El ojo humano
Reflejos craneales
Extensión de material para NS (nivel superior)
Sistema nervioso autónomo ( SNA )
Neurotransmisores
Drogas psicoactivas excitadoras

Capítulo 26 ………………….358-383
Opción G: Ecología y conservación
Ecología de las especies
Biodiversidad y conservación
Ecología microbiana
Ciclos de nutrientes
Agencies de conservación 

Capítulo 27 ………………….384-422
Opción H: Más de fisiología humana
Homeostasis
Digestión
Hígado
Circulación
Interfgdcambio gaseoso
Resucitación
Problemas de salud

Las bases químicas de la vida
Moléculas orgánicas

1. Carbohidratos

Los carbohidratos están formados por los siguientes átomos : oxígeno, hidrógeno y carbono . Son solubles en agua debido a la presencia de los siguientes grupos polares, que pueden formar H-enlaces con el agua:

  • Grupo hidroxilo (OH)
                                       |
  • Grupo aldehído (H-C=O)
                                |
  • Grupo cetona (-C=O)

Los carbohidratos se dividen en tres grupos según su complejidad:

1-  Monosacáridos : compuestos por un solo azúcar, tales como: glucosa, fructosa, y ribosa . Los nombres de los azúcares terminan con el sufijo –osa, que significa azúcar. Los monosacáridos pueden tener 3, 4, 5, 6 o más átomos de carbono en sus estructuras. La siguiente tabla muestra los nombres de algunos azúcares dependiendo del número de átomos de carbono.

Nº de átomos de carbono

Nombre común del azúcar

3

Triosa

Tal como gliceraldehido. En el ciclo de Calvin de la fotosíntesis, PGAL o GALP es el fosfogliceraldehído, que es un azúcar de tres carbonos.

5

Pentosa

Tales como la ribosa, que es importante en la estructura del ARN. En el ADN el azúcar pentosa es la desoxirribosa, que es una ribosa que ha perdido un oxígeno.

6

Hexosa

Como la glucosa, que se destruye en la respiración dando energía .

En el proceso de la respiración, la glucosa se rompe dentro de la célula para producir energía en forma de ATP, como se muestra a continuación:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O + energía

La glucosa es transportada desde el intestino delgado a todas las células del cuerpo a través de la circulación. . Su nivel en sangre está controlado por hormonas, entre las cuales se encuentran la insulina y el glucagón, que son secretadas por el páncreas y actúan en el hígado.

La estructura de la glucosa puede existir de la forma mostrada a continuación, conocida como µ - D- glucosa. Los números indican la posición de los carbonos en la estructura.

La glucosa es un monosacárido compuesto por 6 carbonos.

Su estructura de anillo se basa en 5 átomos de carbono y un átomo de oxígeno.

Los números 1-6 se refieren a la posición del carbono en la molécula de azúcar. Se empieza a enumerar a la derecha del átomo de oxígeno y según las agujas del reloj.

Observe que el carbono número 6 está fuera del anillo. Por lo tanto, el anillo está formado por 5 carbonos yun átomo de oxígeno.

2. Disacáridos : son carbohidratos que se forman por la reacción de condensación de dos monosacáridos como se muestra en el siguiente ejemplo:

Glucosa + Glucosa       Maltosa + Agua

El siguiente diagrama ilustra esta reacción:

La con densación es la construcción de grandes moléculas a partir de pequeñas, eliminando el agua.

Otros ejemplos de disacáridos son: la sacarosa, formada mediante la reacción de condensación de la glucosa con la fructosa. La lactosa (el azúcar de la leche), formada mediante la reacción de condensación de la glucosa con la galactosa.

3. Polisacáridos : Son polímeros formados por la reacción de condensación de tres o más monosacáridos (monómeros).

Almidón (amilasa), es un polisacárido que funciona como sustancia de depósito en las células de plantas. Formada por 1000 o más unidades de alfa-glucosa unidas por enlaces glicosídicos.

El polímero de almidón existe en forma de espiral. La forma de espiral es mantenida por los enlaces de hidrógeno.

El almidón se encuentra en las células de la planta como estructuras llamadas granos de almidón. Estos, se pueden ver al microscopio en secciones finas de tubérculos de patata teñidos de negro con el yodo (Fig. 2.1). Otros ejemplos de estructuras en plantas que contienen gran cantidad de almidón son los cereales como trigo, arroz y maíz. El almidón se almacena en estas semillas para proporcionar energía para el crecimiento del embrión durante la germinación de semillas.

Glucógeno: es el depósito de polisacáridos en animales, que está formado por muchas unidades de glucosa, conectadas entre sí en largas cadenas que tienen un lado ramificado, por lo tanto son moléculas ramificadas. En mamíferos está almacenado principalmente en hígado y músculos en forma de gránulos de glucógeno (fig. 2.2).

Diagrama mostrando la estructura ramificada del glucógeno. El glucógeno es un polímero de glucosa. Es el depósito de carbohidratos en células de animales. En humanos y otros mamíferos se almacena mayormente en el hígado. También se almacena en los músculos como fuente de energía.

Tanto el almidón como el glucógeno pueden romperse para producir glucosa, que entonces es utilizada en la respiración celular para producir energía. La transformación de polisacáridos en monosacáridos se llama hidrólisis; una molécula de agua es necesaria para la rotura de cada enlace (Fig. 2.3).

La hidrólisis está involucrada en el proceso de digestión de grandes moléculas para pasar a pequeñas en el tracto digestivo por la acción de enzimas específicas.

Otro polisacárido importante es la celulosa , que es un polímero de glucosa, y es constituyente de las paredes celulares en las plantas. La celulosa es un polisacárido estructural , formado por cadenas de glucosa unidas por H-enlaces (Fig. 2.4), disposición que hace que la celulosa tenga una estructura resistente.

Figura 2.1: Aspecto de los granos de almidón en células de patata vistos al microscopio.

Figura 2.2 : Aspecto de los gránulos de glucógeno en las células hepáticas vistos al microscopio.

Figura 2.3: Hidrólisis de almidón a glucosa. Hidrólisis es una reacción que rompe grandes moléculas para pasar a pequeñas, con la adición de agua. La condensación es la reacción que construye grandes moléculas a partir de otras más pequeñas al eliminar las moléculas de agua.

En la hidrólisis del almidón, cada enlace glicosídico (indicado con flecha) se rompe utilizando una molécula de agua. Un almidón con 4 unidades de glucosa necesita 3 moléculas de agua para la hidrólisis de los 3 enlaces.

¿Cuántas moléculas de agua son necesarias para hidrolizar un polímero formado por 1000 unidades de glucosa?

La fórmula es:

Número de monómeros = n
Número de enlaces = n-1
Respuesta: 999 moléculas de agua

¿Cuál es la fórmula estructural de un carbohidrato compuesto por 10 unidades de glucosa?

Respuesta:

10 x (C 6 H 12 O 6 ) = C 60 H 120 O 60

Cuando hay 10 unidades de glucosa formando un polímero, 9 moléculas de agua (9xH 2 O) se eliminan de los 9 enlaces que unen dichas moléculas, por lo tanto:

C 60 H 120 O 60 menos 9H 2 O = C 60 H 102 O 51

Por lo tanto la fórmula general de un carbohidrato puede escribirse así:

C x H 2y O y

La pared celular de la celulosa es completamente permeable para el agua y otras sustancias, así no tiene control para el paso de sustancias. Es la membrana celular con sus distintas propiedades y canales la que controla la entrada y salida de sustancias. No obstante, la membrana celular es muy importante para contrarrestar la presión del agua resultante de la osmosis. Así, las células de las plantas se hinchan con la entrada de agua, pero no se revientan. Esta hinchazón de las células favorece la pomposidad siendo uno de los factores que da soporte al esqueleto de las plantas.

La estructura de la celulosa se muestra en la figura 2.4

Figura 2.4 La celulosa está formada por microfibras y cada microfibra por una cadena de unidades de glucosa que están unidas por H-enlace dando a la celulosa su fuerte estructura.

Las células de las plantas son turgentes (fuertes y resistentes) por la presión del agua y la presión de la pared debido a las propiedades de la celulosa. La celulosa es una sustancia fuertemente elástica que permite a las células hincharse pero no romperse. Es el soporte en herbáceos.

En los humanos la celulosa es una importante fuente de fibra dietética. Al no haber sistema de digestión de la celulosa no se digiere y se elimina por el tracto digestivo acompañada de sustancias dañinas facilitando el proceso de la digestión. Más aún, estudios de investigación han probado que la dieta rica en fibra disminuye la incidencia de cáncer de colon.
2. Proteínas

Las proteínas son compuestos orgánicos que contienen los átomos de: oxígeno, carbono, hidrógeno y nitrógeno . Además muchas proteínas contienen azufre .

Las proteínas son polímeros de aminoácidos. Cada aminoácido tiene un átomo central de carbono unido a los siguientes grupos:

OH

•  El grupo carboxilo – C==O

•  El grupo amino - NH 2

•  Un átomo de hidrógeno . H

•  Un grupo R , que es diferente en cada aminoácido. Hay 20 aminoácidos diferentes, por lo tanto hay 20 grupos R diferentes.

En consecuencia, un aminoácido tiene la siguiente estructura:

Los grupos amino y carboxilo dan a los aminoácidos y a las proteínas sus caracteres y propiedades. Por eso se llaman grupos funcionales.

Cuando los aminoácidos se unen para formar proteínas, el grupo amino de un aminoácido se une con el grupo carboxilo de otro aminoácido y forma un enlace llamado enlace peptídico. Una molécula de agua se elimina de la formación de cada enlace peptídico. El número de moléculas de agua que se eliminan en la polimerización de aminoácidos a polipéptidos es también uno menos que el número de aminoácidos en el polipéptido. Por lo tanto en un polímero de cien aminoácidos 99 moléculas de agua salen de la formación de enlaces entre aminoácidos.

Figura 2.5 : Condensación de 2 aminoácidos para formar un dipéptido. El enlace peptídico se forma entre los grupos carboxilo y amino.

Cuando dos aminoácidos se unen por condensación, el resultado es un dipéptido . El enlace entre los dos aminoácidos se llama enlace peptídico , esto ocurre entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino de otro, como se muestra en la figura 2.5

Los polipéptidos están formados por la de condensación de 3 ó más aminoácidos, como se muestra en la figura 2.6. Las proteínas son solubles en agua para extenderse debido a la presencia de los grupos amino y carboxilo y otros grupos cargados. A mayor tamaño menor solubilidad.

 

Un diagrama mostrando un polipéptido formado por 8 aminoácidos. Los enlaces peptídicos se muestran en oscuro . ¿Cuántos enlaces peptídicos puedes ver? (7 enlaces peptídicos ).

Observe que el número de enlaces peptídicos es uno menos que el número de aminoácidos en el polipéptido.

¿Cuántas moléculas de agua se han eliminado en la reacción de condensación que formó este polipéptido? (7 moléculas de agua)

Observe que el polipéptido tiene un terminal amino y otro carboxilo.

Distintos aminoácidos unidos entre sí por enlaces peptídicos formando un polipéptido. Cuando un enlace es formado, una molécula de agua se sale.

A la vez que se forma este polipéptido 23 moléculas de agua se eliminan (por condensación)

Figura 2.6 : simple representación de un polipéptido formado por la condensación de aminoácidos

Un polipéptido es una cadena de aminoácidos. Una proteína está formada por uno o más polipéptidos. Algunas proteínas están formadas por polipéptidos más componentes no proteicos que se llaman proteínas conjugadas , como ejemplo la hemoglobina formada por hemo y

globina. Hemo es la parte no proteica que contiene hierro. Globina es la parte proteica. Cada molécula de hemoglobina está formada por 4 polipéptidos y 4 grupos hemo. La parte no proteica de la proteína se llama grupo prostético .

La secuencia de aminoácidos en una proteína está controlada y dictada por el ADN. Por lo tanto el tipo de proteínas que forman parte de nuestras células y estructuras es controlado por el ADN. Nuestros genes están expresados en proteínas y estas en caracteres y fenotipos.

Todos nuestros caracteres son debidos a las proteínas que sintetizamos y que son debidas al ADN que tenemos, y que heredamos de nuestros padres y antecesores.

Una bacteria tiene todos los caracteres que hacen que sea bacteria debido a las proteínas que posee. Un humano tiene todos los caracteres que hacen que pertenezca a dicha especie debido a las proteínas que posee. Esto es porque las proteínas tienen muchas funciones en el cuerpo con el resultado de ciertas funciones y estructuras que pertenecen a aquel organismo. Las enzimas son proteínas y todos los caracteres que tenemos son debidos a reacciones químicas catalizadas por enzimas.

Las proteínas tienen muchas funciones incluyendo las siguientes:

 

 

Función
Diagrama
Transporte : La hemoglobina es una proteína globular, que ayuda en el transporte de oxígeno en el cuerpo.
Contracción muscular: La actina y la miosina son las proteínas involucradas en el proceso de contracción muscular.

Todas las enzimas son proteínas, por ejemplo: tripsina, amilasa, deshidrogenasa, y descarboxilasa.

Algunas hormonas están formadas por proteínas, tales como: la insulina, la hormona del crecimiento y la prolactina que estimula la producción de leche.

Cadena de polipéptido

La membrana proteica funciona como: receptores, canales, enzimas o antígeno v

Los anticuerpos están formados por proteínas que tienen función de defensa contra enfermedades.

Proteínas estructurales están involucrados en la formación de algunas estructuras en el cuerpo.

Depósito, como loas proteínas en las semillas de legumbres, tal como en la judía

Proteínas plasmáticas en sangre incluyendo: albúmina, globulina y fibrinógeno. Estas proteínas llevan a cabo distintas funciones que incluyen el dar a la sangre su viscosidad y potencial osmótico. El fibrinógeno es involucrado en la coagulación de la sangre y la globulina en la inmunidad contra enfermedades.

Organización estructural de proteínas

Las proteínas pueden existir en 4 niveles diferentes de organización estructural, que son:

1. Estructura primaria

Es el nivel estructural más simple de la proteína, y depende de la secuencia de aminoácidos de la cadena polipeptídica. En una proteína pueden existir 20 aminoácidos diferentes, por lo tanto el número de diferentes proteínas puede ser infinito.

La abreviación de tres letras representa el nombre del aminoácido .Por ejemplo trp = triptofano, ser = serina, val = valina,Gly = glicina, leu = leucina y arg = arginina.Hay 20 aminoácidos diferentes, que pueden combinarse de distinta manera para producir una gran variedad de proteínas Cada aminoácido tiene un terminal de carboxilo y otro de amino.El polipéptido en su conjunto tiene terminales de carboxilo yen una estructura primaria los únicos enlaces involucrados entre aminoácidos son enlaces peptídicos

Figura mostrando estructura primaria de una proteína: la secuencia lineal de aminoácidos

2•  Estructura secundaria:

Esta estructura puede existir de dos formas diferentes, a -hélice, como en la queratina del pelo, piel, lana, cuernos de animales, plumas y otras estructuras. La a - hélice resulta de la espiral geométrica del polipéptido. Las fuerzas que mantienen la estructura del espiral unida son enlaces de hidrógeno

H-enlaces

La otra forma de una estructura secundaria es

b -láminas plegadas como la seda. Esta estructura

es también mantenida por enlaces de hidrógeno

como se muestra en el diagrama.

3•  Estructura terciaria

 

Esta estructura resulta del pliegue del polipéptido debido a diferentes tipos de enlaces entre los aminoácidos. Estos enlaces incluyen:

1•  H-enlaces

2•  Enlaces disulfuro: uno de los aminoácidos, llamado cistina contiene azufre en su estructura, dos cistinas a lo largo de la cadena puede tener enlace entre sus átomos de azufre resultando en un enlace disulfuro entre ellos, plegando la cadena.

3•  Enlaces electrovalentes entre grupos negativos y positivos a lo largo de la cadena.

Un diagrama mostrando estructura terciaria de una proteína con todas las fuerzas que causan el pliegue de la cadena.

Como muestra el diagrama de arriba, la combinación de muchas fuerzas y enlaces causan el pliegue del polipéptido, resultando la forma globular de la proteína. Todas las enzimas son proteínas globulares que tienen cierta forma tridimensional que les permite llevar a cabo su función. La estructura plegada tridimensional ayuda a crear el centro activo de la enzima.

4•  La estructura cuaternaria

 

La proteína puede estar en su estructura cuaternaria si está formada por más de un polipéptido. Ejemplo de esto es la hemoglobina, que está formada por 4 polipéptidos.

La hemoglobina también es un ejemplo de una proteína conjugada. Las proteínas conjugadas tienen otros grupos en su estructura, que no están formados por aminoácidos. Estos grupos pueden ser orgánicos tales como carbohidratos o inorgánicos tales como hierro o magnesio. Cuando una proteína conjugada es hidrolizada por enzimas proteolíticas creando aminoácidos, éstos, no son grupos de aminoácidos. Por otro lado, las proteínas simples están formadas solo por aminoácidos y cuando se hidrolizan forman solo aminoácidos.

Como se mencionó arriba, la hemoglobina es una proteína conjugada en su estructura cuaternaria. La parte no proteica es el grupo hemo con un hierro central.

Anillo porfirina + hierro = grupo hemo Cada polipéptido es una proteína globular Proteína globular + hemo = hemoglobina Cada molécula de hemoglobina consta de: 4 grupos hemo y 4 polipéptidosCada molécula de hemoglobina puedeunirse con 4 moléculas de oxígeno.Cada célula roja en la sangre contiene alrededor de 250 millones de moléculas de hemoglobina ¿Cuántas moléculas de oxígeno pueden llevarse por una CRS?

Diagrama mostrando la estructura de la hemoglobina

Resumen de los niveles estructurales de las proteínas

Estructura primaria : la secuencia lineal de aminoácidos.

Estructura secundaria : espiral geométrico resultante en a -hélice, o de un lado a otro de los pliegues en la b -láminas plegadas.

Estructura terciaria : cadena plegada (globular)

Estructura cuaternaria : más de un polipéptido formado por al menos dos polipéptidos unidos con ciertos enlaces). Los polipéptidos que forman una proteína cuaternaria pueden ser de cualquier nivel estructural.

 

Diferencias entre proteínas fibrosas y globulares

Proteínas fibrosas
Proteínas globulares

•  Formadas por proteínas en su estructura secundaria, que puede incluir a -hélice y/o b -láminas plegadas.

•  Las proteínas fibrosas están formadas por repetidas secuencias de aminoácidos. Las cadenas de aminoácidos pueden hacer ligeras espirales a su alrededor como un patrón resultando una estructura fuerte .

•  Ejemplos incluyen la queratina presente en pelo y piel; el colágeno presente en tendones, cartílago y huesos.

Las proteínas fibrosas de la seda hechas por insectos están formadas de b -láminas pleg.

Cuernos de animales y seda hecha por arañas (tela de araña) están formadas principalmente por proteínas fibrosas. La alfa hélice y la beta-láminas plegadas producen una fuerte estructura debido a H-enlaces.

Formadas por proteínas en su estructura

terciaria o cuaternaria .

•  La estructura es plegada, resultando en globular, forma tridimensional.

•  Ejemplos incluyen todas las enzimas, hemoglobina y microtúbulos. Microtúbulos son proteínas estructurales que forman centriolos, cílios, flagelos y citoesqueletos.

 

Aminoácidos polares y no polares

Ser polar o no polar depende del lado de la cadena de aminoácidos (el grupo R )Como recordarás, los aminoácidos se diferencian entre ellos solo por el grupo R. El resto de la molécula es común para todos los aminoácidos.

Los aminoácidos no polares , son aquellos que no tienen el grupo polar R tal como el grupo metal. La alanina y la valina son ejemplos en esta categoría, como se muestra a continuación:

Las proteínas que contienen largo número de aminoácidos polares son hidrofílicos por eso se disuelven en agua. Por otro lado, las proteínas con largo número de aminoácidos no polares tienden a ser hidrofóbicos, por lo tanto menos solubles en agua. La membrana celular tiene grandes proteínas globulares incrustadas en su estructura. Estas proteínas están plegadas de manera que sus aminoácidos hidrofílicos están situados en el lado interno de la molécula formando un canal hidrofílico. Esto permite a las moléculas hidrofílicas e iones pasar dentro y fuera de la célula a través de los canales de estas proteínas. El siguiente diagrama ilustra esta propiedad:
Los aminoácidos polares tienen cadenas R con grupos polares, tales como hidroxilo (OH) o cetona (C == O). Serina y asparagina son ejemplos en esta categoría:

3. Lípidos

Los lípidos o triglicéridos son sustancias orgánicas que contienen oxígeno, hidrógeno y carbono . Cada molécula de lípido está formada por tres ácidos grasos y un glicerol por reacción de condensación. Son hidrofóbicos debido a sus largas cadenas neutrales de hidrocarbono en su estructura. Existen dos tipos de lípidos: grasas y aceites . Las grasas contienen ácidos grasos saturados en su estructura, por eso son sólidos a temperatura ambiental, ej.: la manteca y grasa animal que se haya en la carne roja. La grasa insaturada se encuentra principalmente en plantas, ej. : aceite de oliva, de girasol, de maíz y otros. Las grasas insaturadas son más saludables en nuestra dieta, ya que las grasas saturadas incrementan el nivel de colesterol en sangre causando problemas cardiovasculares.


Fosfolípidos

Los fosfolípidos son moléculas formadas por un glicerol, 2 ácidos grasos y un grupo fosfato.

Como muestra el diagrama, una molécula de fosfolípido está compuesta por 2 ácidos grasos, un glicerol y un grupo fosfato. En una molécula de grasa hay 3 ácidos grasos. Mientras que en una molécula de fosfolípido un grupo fosfato sustituye a una molécula de ácido graso .

Los fosfolípidos son los mayores constituyentes de la membrana celular, que está formada por dos capas de fosfolípidos. La cabeza de fosfato es de carga negativa y la cola es neutra. Esto hace que los fosfolípidos tengan una parte hidrofílica y otra hidrofóbica . Como muestra el diagrama

Por consecuencia, los fosfolípidos mantienen la integridad de la membrana celular. Las colas del ácido graso están siempre juntas y no se dirigen al agua, esto hace que las dos capas estén intactas en una unidad. Por otro lado las cabezas son hidrofílicas y por eso están siempre a disposición del agua en el citoplasma y en el líquido intercelular (líquido fuera de la célula), como se muestra abajo:

El diagrama muestra las dos capas de fosfolípido que forma la mayor parte de la membrana celular. Las cabezas están inmersas en el agua del citoplasma y en el líquido intercelular, mientras que las colas están juntas lejos del agua.

Como se muestra en el diagrama de arriba, las cabezas de fosfato que son polares, se enfrentan tanto al interior como al exterior de la membrana. El lado interno de la membrana está en contacto con el citoplasma, mientras que el lado externo está en contacto con el líquido intercelular(el líquido fuera de la célula). El citoplasma y el líquido intercelular contienen principalmente agua y por eso las cabezas de fosfato se colocan de la manera mostrada arriba, estas cabezas son hidrofílicas. Por otro lado las colas del ácido graso son hidrofóbicas y por lo tanto se alejan del agua como se mostró arriba. Esto mantiene la integridad y la forma de la membrana celular, y por eso las dos capas de los fosfolípidos permanecen juntas .

Funciones de los lípidos :

1- Producción de energía : los lípidos tienen casi el doble de energía que las proteínas y carbohidratos juntos.

2- Aislante de calor : la capa de grasa debajo de la piel aísla al cuerpo contra los cambios de temperatura. Animales árticos tales como las ballenas tienen una capa gruesa de grasa.

3- La grasa es una molécula de depósito : ya que es hidrofóbica, se almacena sin agua. Entonces, no añade más peso al cuerpo, esto hace que sea una sustancia muy beneficiosa para las aves especialmente en época de migración , ya que precisan energía suficiente y mínimo peso para volar.

4- Amortiguar golpes: algunos órganos del cuerpo están rodeados por tejido graso con el fin de protegerles de los golpes externos como en el caso de los riñones.

5- Algunos derivados de la grasa actúan como hormonas (testosterona , estrógeno y progesterona ) y otros como componentes de la membrana celular (fosfolípidos ) .

4. Nucleótidos

Los nucleótidos son compuestos orgánicos formados por grupo fosfato, base de nitrógeno y azúcar de pentosa (la pentosa es un azúcar con 5 carbonos), que puede ser ribosa o desoxirribosa. Un nucleósido es un nucleótido sin el grupo fosfato (está formado por azúcar y una base de nitrógeno). Las moléculas están unidas por enlaces covalentes como muestra el diagrama abajo:

Estos nucleótidos son estructuras importantes en la formación de: ácidos nucleicos ARN y ADN, coenzimas y la molécula energética de ATP

Ácidos nucleicos : El ADN y el ARN se llaman ácidos nucleicos porque primero se descubrieron en los núcleos. Más tarde se encontró el ADN como parte de los cromosomas de los núcleos y en la mitocondria y en cloroplastos. El ARN puede encontrarse en los núcleos y en el citoplasma.

ARN (Ácido ribonucleico)

El ARN es un polímero de nucleótidos en forma de una cadena singular. Las bases de nitrógeno que forman su estructura son de 4 tipos diferentes, como se muestra a continuación:

A = Adenina
G = Guanina
C = Citosina
U = Uracilo

El azúcar pentosa es una ribosa (azúcar con 5 carbonos). La estructura del ARN se muestra en la figura 2.9.

El ARN tiene función en la síntesis de proteína, en los núcleos , y en el citoplasma. Hay 3 tipos de ARN: ARN mensajero (ARNm), ARN transferidor (ARNt) y ARN ribosomal (ARNr ). Las funciones de éstas moléculas se discutirán con detalle en un posterior capítulo.

Como muestra el diagrama el azúcar ribosa está conectado a un fosfato por un lado y a una base de nitrógeno por el otro. La molécula de fosfato se conecta entre dos nucleótidos conectándose a sus azúcares. La base de nitrógeno sólo se conecta al azúcar ribosa.

El ARN es un polímero de nucleótidos, las bases de nitrógeno pueden ser: A, C, G o U. Los enlaces que conectan todas las moléculas y átomos son enlaces covalentes . El fosfato de un nucleótido se conecta al azúcar del nucleótido adyacente. Por eso los nucleótidos se conectan entre sí a través de sus fosfatos. La base de nitrógeno se conecta al azúcar de cada nucleótido. La secuencia de bases de nitrógeno caracteriza a un ARN.

Figura 2.9 : Estructura de ARN, es una cadena formada por unidades repetidas de nucleótidos, por eso es un polinucleótido .

Un diagrama simple de ARN puede dibujarse como se muestra abajo:

Diagrama simple de una cadena de ARN

S =azúcar
P = fosfato
B = base de nitrógeno

ADN (Ácido desoxirribonucleico)

El ADN, ácido desoxirribonucleico, es un polímero de nucleótidos. Como en el ARN, cada nucleótido está formado por un grupo fosfato, una base de nitrógeno y un azúcar pentosa ( fig. 2.10). Aquí el azúcar pentosa es desoxirribosa en vez de ribosa (la desoxirribosa tiene un oxígeno menos en su estructura)

El siguiente diagrama muestra la diferencia entre ribosa y desoxirribosa (los números en el diagrama se refieren a la posición de carbono en el anillo):

Como se vio en el diagrama de arriba, la desoxirribosa tiene un oxígeno menos que la ribosa. Los números 1-5 indican la posición de carbono en cada molécula. Observe que el carbono número 2 tiene OH en la ribosa y H en la desoxirribosa.

Figura 2.10 : Un diagrama representando la estructura de un nucleótido.

Hay 4 tipos diferentes de bases de nitrógeno en el ADN, que son:

A = Adenina G = Guanina C = Citosina T = Timina

Los nucleótidos están unidos por enlaces covalentes en una cadena de nucleótidos repetidos. El ADN está formado por dos cadenas. Es una doble hélice (fig.2.11)

Las dos cadenas de nucleótidos están conectadas por h-enlace débil entre sus bases. Adenina siempre unida a tinina (A-T), y guanina a citosina (C-G). Esto se llama la regla de un par de bases complementarias, que tiene gran importancia en la función del ADN durante la replicación celular y la síntesis de proteína.

Figura 2.11: Diagrama representando la estructura del ADN. Observa que el número de nucleótidos A = número de nucleótidos T , y la relación similar existente entre C y G .

Por lo tanto, el valor de C: G = 1 y A: T = 1

Pregunta: si la adenina representa el 30% de la molécula de ADN, ¿cuál es el porcentaje de citosina?

Respuesta:

A = T = 30%
A+T = 60%
C+G = 40%
C=G = 20%

Figura 2. 12 : Diagrama mostrando el doble filamento del ADN . Cada filamento está formado por nucleótidos unidos en una cadena gigante de polinucleótidos.

Las dos cadenas están enrolladas como una escalera.

La secuencia de bases de nitrógeno en la molécula de ADN es de gran importancia y se llama el código genético. Aprenderemos más sobre esto en la sección de “Genética”.

La estructura de la cadena de ADN puede presentarse de forma simple, como se muestra en la figura 2.13. Observe que el-S-P-S-P- forma la espina dorsal de la estructura y que las bases están unidas a la molécula de azúcar.

Figura 2.13 : Un diagrama simple de doble filamento de ADN. La estructura aparenta como una escalera, con los lados formados por azúcar y fosfato y los escalones por bases de nitrógeno.

Como muestra el diagrama, en la molécula del ADN el azúcar (la desoxirribosa) está unida a fosfato por un lado y a base de nitrógeno por el otro. Dentro del filamento la molécula de fosfato se une a dos nucleótidos que se unen a sus azúcares. La base de nitrógeno se conecta al azúcar ribosa de un filamento de nucleótido por enlace covalente, y por enlace de hidrógeno con el otro filamento. Los enlaces covalentes existen entre todos los átomos de cada filamento. Los enlaces de hidrógeno están presentes solo entre las bases de nitrógeno de los dos filamentos.

Comparación de estructuras entre ARN y ADN

Coenzimas

Las coenzimas son compuestos que ayudan en la acción de enzimas. Están formados por nucleótidos unidos a otros grupos, principalmente a vitaminas. Algunos ejemplos de coenzimas se muestran a continuación:

FAD = Flavín adenín dinucleótido, es un portador de electrones involucrado en la respiración aerobia en la mitocondria.

NAD = Nicotinamida adenín dinucleótido, es un portador de electrones involucrado en la respiración aerobia en la mitocondria.

NADP = Fosfato de nicotinamida adenín dinucleótido, es un portador de electrones involucrado en la fotosíntesis del cloroplasto.

CoA = Coenzima A está involucrado en la respiración aerobia en la mitocondria .

Estos compuestos son nucleótidos más vitamina. Por ejemplo, FAD tiene riboflavina en su estructura, que es vitamina B 2. NAD tiene nicotinamida como una de sus bases de nitrógeno. La nicotinamida es un componente de la niacina, que es una vitamina del complejo vitamínico B.

La molécula energética de ATP

ATP es adenosina trifosfato. Está también formada por nucleótidos. Las siguientes moléculas forman una estructura de ATP :

Un diagrama representando la estructura de ATP se muestra a continuación:

El ATP es una molécula energética. La energía se almacena en los enlaces entre los grupos fosfato. Para liberar la energía y utilizarla en distintas funciones, se rompe el enlace entre los primeros dos fosfatos, como se muestra a continuación:

Como se mostró arriba, el ATP se rompe dando ADP y energía. Al revés ocurre en la respiración, cuando se forma el ATP a partir de ADP .

La energía utilizada para formar molécula de ATP en la respiración procede de la glucosa. Cuando la glucosa se rompe en la respiración, la energía que se almacena en los enlaces entre los átomos de la molécula se libera. Esta energía es utilizada para fosfatizar el ADP a ATP. El ADP es una molécula difosfato, cuando toma otro fosfato, se transforma en una molécula trifosfato, que es el ATP. La energía necesaria para unir el grupo fosfato al ADP procede de la rotura de glucosa. Por lo tanto, cuando se rompe la glucosa se produce ATP.

Para formar ATP la célula necesita ADP y fosfato. Las células utilizan el ATP como fuente de energía directa en procesos tales como transporte activo, contracción muscular, división celular, movimientos de esperma, impulso nervioso, replicación de ADN, síntesis de proteínas y otros .

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