TEMA 1
LA BIOLOGÍA
La Biología es la ciencia de la vida. Es una ciencia porque se basa en la observación de la naturaleza y la experimentación para explicar los fenómenos relacionados con la vida. En su sentido más amplio significa el estudio de todos los seres vivos considerando su forma, estructura, fisiología, ciclo reproductivo, forma de vida, y su relación con el medio ambiente. Es importante tener en cuenta que la biología abarca diversos campos de estudio que, muchas veces, son considerados como disciplinas o subdisciplinas.
La biología según el tipo de organismo que estudia se divide en: zoología, botánica y microbiología.
1. Zoología: Estudia a los animales, se subdivide en: a) Invertebrados
• Protozoología: Estudia a los animales unicelulares.
• Entomología: Estudia a los artrópodos (insectos, arácnidos, crustáceos, miriápodos).
b) Vertebrados
• Herpetología: Estudia a los anfibios y reptiles.
• Ictiología: Estudia a los peces.
• Ornitología: Estudia a las aves.
• Mastozoología: Estudia a los mamíferos.
• Antropología: Estudia las características. 2. Botánica: Estudia a las plantas, se subdivide en:
a) Botánica Criptogámica: Estudia las plantas sin semillas, se subdivide en:
• Ficología: Estudia las algas.
• Briología: Estudia a los musgos, hepáticas y antocerotas.
• Pteridología: Estudia a los helechos y cola de caballo.
b) Botánica Fanerogámica: Estudia las plantas con semillas, se subdivide en:
• Gimnospermas: Estudia las plantas con semillas desnudas, por ejemplo las Coníferas.
• Angiospermas: Estudia a las plantas con semillas cubiertas, por ejemplo las Rosáceas.
3. Microbiología: Estudia a los microorganismos, se subdivide en:
• Bacteriología: Estudia a las bacterias.
• Micología: Estudia a los hongos.
• Virología: Estudia a los virus.
Materia viva: es una forma especial de materia que posee todas las propiedades de la materia en general (físicas y químicas), y también posee propiedades particulares llamadas propiedades biológicas.
Aunque no intentemos limitar la vida a una definición simple, si podemos identificar al mundo viviente y separarlo del inanimado, es fácil reconocer que un roble, una mariposa y un cordero están vivos, en tanto que las rocas no lo están, pese a su diversidad, los organismos que habitan el planeta comparten un conjunto de características que los diferencian de los inanimados. Por tal motivo la vida puede definirse como todas las características que poseen los seres vivos, como un tipo preciso de organización; capacidad de crecer y desarrollarse; metabolismo autorregulado; capacidad de realizar movimiento, reaccionar a estímulos, reproducción y adaptación al cambio ambiental.
Características de los Seres Vivos: Son las siguientes:
1. Complejidad y organización: En los seres vivos, encontramos una jerarquía de niveles que incluyen en orden de complejidad ascendente macromoléculas, células, organismos poblaciones y especies. Cada nivel se organiza sobre el inmediatamente inferior y tiene su propia estructura interna. Esta organización estructural permite que los seres vivos realicen funciones vitales como las de nutrición, crecimiento y reproducción.
2. Reproducción: Es el proceso de producción de nuevos organismos de la misma especie; pudiendo ser asexual (sin formación de gametos) o sexual (con formación de gametos).
3. Adaptación: Es el proceso de cambio para favorecer la supervivencia. La capacidad de una población de evolucionar (cambiar con el tiempo) y adaptarse a su ambiente le permite sobrevivir en un mundo cambiante; las adaptaciones son los rasgos que mejoran la capacidad de un organismo de sobrevivir en un ambiente dado.
4. Irritabilidad: Es la capacidad de reaccionar a estímulos, que son cambios físicos o químicos en su ambiente interno ó externo.
5. Crecimiento: Los organismos tienen la capacidad de aumentar su volumen, debido al aumento de la masa celular como resultado de un incremento en el tamaño y número de las células. En el crecimiento el organismo sintetiza sustancias que son tomadas del medio ambiente.
6. Movimiento: Sin que implique necesariamente la locomoción. En los animales el movimiento es muy variado, contracción del cuerpo, reptan, nadan, corren, vuelan, movimientos ameboides, por cilios o flagelos. Las plantas también se mueven (a nivel de sus órganos), aunque con más lentitud que la mayor parte de los animales. Por ejemplo, las plantas orientan sus hojas hacia el sol y crecen hacia la luz.
7. Nutrición: Proceso en el que los organismos asimilan los alimentos y los líquidos necesarios para el funcionamiento, el crecimiento y el mantenimiento de sus funciones vitales.
8. Metabolismo: Conversión química de los nutrientes en el interior de las células; incluye el catabolismo, que es la transformación de grandes moléculas en otras más sencillas, con liberación de energía y el anabolismo que es la síntesis de grandes moléculas a partir de otras más sencillas con el uso de parte de esa energía.
9. Desarrollo: Describe los cambios característicos que sufre un organismo desde su formación (generalmente desde la fecundación del huevo) hasta su forma adulta final. En muchas formas multicelulares las distintas etapas del ciclo vital son diferentes, la transformación que se produce de un estado a otro se denomina metamorfosis (anfibios e insectos).
10. Respiración: Es el intercambio de gases que implica para los animales, captación de oxígeno (O2) y la liberación de dióxido de carbono (CO2).
11. Homeostasis: Capacidad que tienen los seres vivos de regular su medio interno.
12. Ácidos nucleicos: ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido ribonucleico), macromoléculas sintetizadas por todos los organismos y de las que depende toda la producción biológica.
13. Proteínas: Macromoléculas de variedad casi infinita que realizan muchas funciones: componentes estructurales (colágeno en el tejido conectivo), hormonas, moléculas ligadas al O2, enzimas que catalizan (facilitan)
reacciones químicas (por ejemplo la pepsina, una enzima que digiere las proteínas).
14. Excreción: Es la eliminación de los desechos metabólicos, como amoniaco, úrea, CO2 o cualquier sustancia presente en exceso, necesaria para mantener el estado de homeostasis.
15. Secreción: Consiste en la capacidad para elaborar y expulsar diversas sustancias útiles al organismo vivo.
Niveles de organización de los seres vivos
La organización biológica refleja el trayecto de la evolución sin importar que se estudie a un individuo o el mundo de los seres vivos, puede identificarse un patrón de complejidad creciente. Los organismos presentan los siguientes niveles de organización.
1. Nivel químico: Es el nivel abiótico más básico de organización, comprende los subniveles:
a) Atómico: Es la unidad mínima de un elemento químico que posee características de dicho elemento, que puede participar en una reacción química por ejemplo un átomo de Hidrógeno.
b) Molecular: Es la unión química de átomos, de tal suerte que dos átomos de hidrógeno se combinan con uno de oxígeno y forma una molécula de H20. Los átomos que componen una molécula puede ser idénticos (por ejemplo H2) o diferentes (por ejemplo H2O) dando moléculas homogéneas y heterogéneas.
c) Macromolecular: Es la combinación de muchos átomos o moléculas formando macromoléculas orgánicas como las proteínas (aminoácidos) y los ácidos nucleicos (nucleótidos).
2. Complejos supramoleculares: Surgen como producto de la interacción de las diversas macromoléculas; son complejos supramoleculares los ribosomas, las membranas biológicas, el nucleolo y los cromosomas que cumplen diversas funciones en las células.
Los virus son complejos supramoleculares y subcelulares que constituyen una estructura proteica con ácido nucleico (ARN ó ADN).
3. Nivel Organelos: Complejos supramoleculares de alta complejidad que son básicos en el funcionamiento de las células: el núcleo es importante por contener la información genética; las mitocondrias en la producción de energía, los cloroplastos participan en la fotosíntesis y los lisosomas por contener diversas enzimas.
4. Nivel Celular: Es el nivel biótico importante porque en el se encuentran la unidad fundamental de la vida la célula, que también esta formada por unidades inertes como los átomos. Además de las células encontramos otras organizaciones biológicas como los tejidos, los órganos y los sistemas de órganos. Este tipo de organizaciones biológicas forman el organismo o individuo de complejidad estructural y funcional.
5. Nivel ecológico o superior: La célula adquiere sentido de funcionamiento cuando tenemos organismos unicelulares y multicelulares evolucionados, estos se organizan ecológicamente en poblaciones y comunidades; una comunidad y su ambiente inanimado constituyen lo que se denomina ecosistema. Todos los ecosistemas de la tierra en conjunto forman la biosfera.
Clasificación de los seres vivos
Aunque los seres vivos comparten las características previamente mencionadas, la evolución ha hecho que surja una variedad asombrosa de seres vivos. La necesidad del hombre de nombrar y clasificar a los seres vivos en categorías permitió el desarrollo de la taxonomía.
La taxonomía estudia la clasificación y ordenamiento de los organismos en categorías, que reflejan sus similitudes y diferencias esenciales. El principal criterio para la clasificación son los órganos homólogos (órganos de constitución semejante pero adaptada para realizar funciones diferentes). Las principales categorías taxonómicas son siete: Especie, Género, Familia, Orden, Clase, Filo/División y Reino. Siendo la unidad básica de clasificación la ESPECIE. En el siguiente cuadro tenemos ejemplos de clasificación de animales y plantas.
Reino : Animalia (animales) Reino : Plantae (plantas)
Fillum : Chordata (cordados) División : Magnoliophyta (Angiospermae) Clase : Mamalia (mamíferos) Clase : Liliopsida (monocotiledóneas) Orden : Primates Orden : Cyperales
Familia : Homínidos Familia : Poaceae Genero : Homo Genero : Zea Especie : Homo sapiens Especie : Zea mays Nombre común : “hombre” Nombre común : “maíz”
El nombre común no se toma en cuenta en la clasificación de los organismos. En el sistema binomial de nomenclatura, cada especie recibe un nombre consistente en dos palabras. La primera palabra designa el genero y la segunda palabra es el específico o de especie. Según Whittaker (1969), la diversidad de los seres vivos se clasifica en cinco reinos:
1. Reino Monera: Comprende a organismos con células procarióticas, comprende a las bacterias y cianobacterias.
a) Bacterias: Son microorganismos unicelulares o coloniales que se desarrollan en diferentes ambientes, pueden ser de vida libre, simbioticas o ser parásitos, en este último caso producen enfermedades (bacterias encapsuladas) en las plantas, animales y ser humano. Su reproducción es netamente asexual por fisión binaria. Presentan pared celular a base de mureína llamado también peptidoglucano.
La mayoría son heterótrofos, pocos autótrofos (bacterias como las purpúreas verdes). Al ser células procariotas no presentan núcleo, mitocondrias, cloroplastos, retículo endoplásmico, complejo de Golgi ni lisosomas. El denso citoplasma contiene ribosomas y gránulos de almacenamiento como glícógeno, lípidos o compuestos fosfatados. Aunque se conocen miles de tipos de bacterias, tienen tres formas principales: esférica (cocos), cilíndrica (bacilos) y en espiral (espirilos), la mayoría presenta flagelos. Tenemos bacterias también que fijan el nitrógeno atmosférico como el género Rhizobium, patógenos como: Micobacterium tuberculosis y beneficiosos en la industria como el género Bacillus thuringiensís, utilizada para el control biológico de insectos dañinos.
Las Cianobacterias presentan reproducción asexual de varios tipos (simple fisión, heterocistos, fragmentación, esporas, entre otros). En estos organismos el color que presentan es debido al predominio de la clorofila "a" que es de color verde brillante, la ficocianina que es de color azul y la ficoeritrina que es de color rojo, de ahí el color verde azulado o rojizo que presentan estas bacterias.
Fijan también el nitrógeno atmosférico. Algunos sirven para la alimentación humana como el Nostoc. Como géneros representativos: Tenemos a Nostoc, Oscillatoria, Spirulina, etc.
2. Reino Protista: Este reino consiste en una amplia variedad de organismos eucariotas, unicelulares coloniales y multicelulares, principalmente acuáticos autótrofos y heterótrofos; comprende los siguientes grupos:
a) Protozoarios: Son organismos heterótrofos, con nutrición holozoica o saprobiótica de hábitat variable, pueden ser de vida libre o parásitos. b) Algas: Constituyen un grupo heterogéneo muy grande de organismos
desde unicelulares a pluricelulares. En general están provistos de pigmentos para efectuar la fotosíntesis, no forman tejidos verdaderos, por lo tanto, no hay órganos vegetativos, son de vida acuática principalmente marina, en sus células poseen cloroplastos de forma variable, donde se localiza la clorofila. Están conformadas por las siguientes Divisiones:
• Euglenoides (Euglenophyta): Son unicelulares fotosintéticos, con dos flagelos (uno de ellos corto), cubierta externa llamada periplasto flexible. Contienen clorofilas “a” y “b”, como géneros representativos tenemos a Euglena, Peranema, Phacus, Trachelomonas.
• Pirrofitos o Dinoflagelados (Pyrrophyta): Son unicelulares biflagelados. Las paredes celulares en general formadas por placas celulares superpuestas, contienen celulosa. Presentan clorofilas “a” y “c”. Como géneros tenemos a Ceratium, Peridinium, Noctiluca, etc.
• Diatomeas (Bacillariophyta): Son unicelulares a veces formando colonias, son fotosintéticos. Las paredes celulares están formadas por sílice, no celulosa. Presentan clorofila “a” y “c”, entre algunos géneros tenemos a Navicula, Coscinodiscus, Chaetoceros, Surirella, Pinnularia.
• Algas Verdes (Chlorophyta): En general acuáticas, presenta formas unicelulares, coloniales, sifonosas y multicelulares. Algunas móviles debido a la presencia de flagelos; fotosintéticas; contienen clorofilas “a” y “b”, como ejemplo de ésta División tenemos a Spirogyra, Ulva, Acetabularia, Chlamydomonas, etc.
• Algas Pardas (Phaeophyta): Agrupa a organismos multicelulares, generalmente de gran longitud; fotosintéticas; contienen clorofilas “a” y “c”. Las células reproductivas son biflageladas; aquí se encuentran los géneros Lessonia, Macrocystis, Colpomenia, etc.
• Algas Rojas (Rodophyta): La mayor parte de éstos organismos son multicelulares y principalmente marinas. Sin células móviles; son fotosintéticas; contienen clorofila “a” y “d”, y las ficobilinas ficocianina y ficoeritrina, como géneros representativos tenemos a Porphyra, Gigartina, Corallina, etc.
c) Mohos deslizantes plasmodiales (Myxomycota): Son organismos heterótrofos desintegradores de materia orgánica, cuya morfología está dada por un plasmodio multinucleado desnudo, su forma de locomoción es por medio de corrientes citoplasmáticas. Presentan reproducción sexual y asexual. Las células reproductivas flageladas o ameboides, se reproducen por esporas formando esporangios. Ejemplo: Physarum, Fuligo, etc.
d) Mohos deslizantes celulares (Acrasiomycota): Son unicelulares ameboides desnudos, se desplazan mediante seudópodos, que al unirse unas con otras forman un seudoplasmodio multicelular que con el tiempo se transforma en un cuerpo fructífero lleno de esporas, como en Dictyostelum y Acrasis.
3. Reino Fungi: Presenta las siguientes características:
• Comprende a los hongos, organismos productores de esporas.
• Generalmente microscópicos.
• Son eucariontes.
• Su cuerpo en general, constituido por filamentos denominados hifas que en conjunto forman el micelio.
• Carecen de clorofila, son heterótrofos.
• Pared celular a base de quitina.
• No hay etapas flageladas.
• La mayoría de especies de hongos conocidos son estrictamente saprófitos y viven sobre materia orgánica muerta a la que descomponen.
• Su reproducción principalmente es por esporas; la reproducción sexual se presenta en la mayoría de los grupos de los hongos.
Los hongos están conformados por los siguientes grupos:
a) Zygomycetos: Llamados también mohos del pan, presentan las siguientes características:
o Producen esporas latentes sexuales denominadas cigosporas y esporas asexuales en esporangios.
o Hifas cenocíticas. o Muchos son heterotálicos.
o Como géneros representativos tenemos a Rhizopus, “moho del pan”, Pilobolus, etc.
b) Ascomycetos: Presenta las siguientes características:
o En la reproducción sexual se forman ascosporas en pequeños sacos (ascas), en la reproducción asexual se producen esporas llamadas conidios, que se desprenden de conidióforos.
o Las hifas suelen tener septos (tabiques) perforados.
o Como géneros representativos tenemos a Saccharomyces, Neurospora, etc.
c) Basidiomycetos: Características:
o En la reproducción sexual se forman basidiosporas en un basidio. o La reproducción asexual es rara.
o Son heterotálicos
o Las hifas suelen tener septos perforados.
o Como géneros representativos tenemos a Agaricus, Amanita. etc. d) Deuteromycetos: (hongos imperfectos). Características:
o No presentan fase sexual, la mayor parte se reproducen solo mediante conidios.
o Es un grupo muy amplio de hongos donde se incluyen parásitos de plantas y animales como Penicillium, Trichophytum (pie de atleta), Aspergillus, Cándida, etc.
4. Reino Plantae:
• Los organismos vegetales o plantas están conformados por células eucarióticas.
• Son fotosintéticos debido a la presencia de clorofila "a" y "b", carotenos y xantofilas.
• Son multicelulares y sus células poseen paredes celulares a base de celulosa.
• La reproducción puede ser asexual o sexual, con alternancia de generaciones gametofítica y esporofítica.
Comprende los siguientes grupos: a) Briophyta: Características:
o Plantas avasculares (no desarrollan xilema ni floema)
o Alternancia de generaciones bien delimitada en donde la generación gametofítica es dominante.
o Presenta gametos móviles.
o Los gametofitos suelen formar un extenso manto verde, consistente en plantas individuales.
o Las briofitas se dividen en musgos como Polytrichum, Hepáticas como Marchantia y Antocerotas como Anthoceros.
b) Pteridophyta: Conocidas como los helechos. Presentan las siguientes características:
o Plantas vasculares con verdaderos tejidos y órganos. o La generación esporofítica es dominante.
o En general son homospóricas
o El gametofito es de vida libre y fotosintético. o Se reproducen por esporas
o Los gametos son móviles.
o Las pteridofitas agrupan a los helechos como Dryopteris y colas de caballo como Equisetum.
c) Pinophyta: Conocidas también como Gimnospermas, presentan las siguientes características:
o Plantas vasculares heterospóricas, con tejidos leñosos y hojas aciculares.
o La mayor parte son perennes.
o Poseen semillas desnudas, lo que significa que no se encuentran dentro de una estructura protectora (el ovario u hoja carpelar) como sucede con las Angiospermas.
o Gametos inmóviles.
o El tejido nutritivo en la semilla es tejido gametofítico haploide. o La generación esporofítica es dominante.
o Entre los géneros representativos podemos mencionar a Cupressus, Pinus, Araucaria, etc.
d) Anthophyta: Conocidas también como las Angiospermas, es el grupo más extenso y evolucionado del reino plantae (vegetal). Características: o Son Heterospóricas.
o Esporofito dominante con gametofito muy reducido. o Contienen tejidos vasculares.
o Presentan flores, frutos y semillas.
o Las semillas contienen endospermo como tejido nutritivo. o Presentan doble fecundación
Las antofitas se dividen en dos grupos: las Monocotiledóneas (Zea, Hordeum, Pennicetum, etc.) y las Dicotiledóneas (Fraxinus, Rosa, Cannabis, Morus, Salix, Casuarina, etc.)
5. Reino animalia: Posee las siguientes características:
• Todos los animales son eucariotas multicelulares.
• La mayoría de reproducen sexualmente.
• Percepción de estímulos y capacidad de respuesta a ellos, mediante un sistema nervios.
• Facultad de locomoción o desplazamiento, mediante apéndices móviles o contracción del cuerpo.
• Membranas celulares no celulósicas.
• Crecimiento definido y diferencial que se detiene con la edad.
• Excreción de productos de desecho del metabolismo mediante órganos especializados.
Comprende los siguientes Filum: Porífera, Celentéreos (Cnidarios), Platelmintos, Nemátodos, Anélidos, Moluscos, Artrópodos, Equinodermos y Cordados. Los vertebrados son los Cordados más estudiados y comprenden las siguientes Superclases:
1. Superclase Agnatos: Estos animales no poseen verdadera mandíbula y apéndices, agrupa a los: Mixines y Lampreas.
2. Superclase Gnatostomados: Comprende a los organismos que poseen mandíbula verdadera y extremidades pares; agrupa a los siguientes organismos:
a) Condrictios: tiburones, rayas, peces torpedo, etc.
o Esqueleto enteramente cartilaginoso. o Reposición contínua de dientes. b) Osteictios: anchoveta, atún, salmón, etc.
o Esqueleto más o menos óseo. o Cuerpo cubierto de escamas. o Son ovíparos.
o Fecundación externa. o Corazón con dos cámaras.
o Respiración por branquias (los Dipnoos, son los únicos además pulmonados)
c) Anfibios: Salamandras, tritones, cecilias, ranas, sapos, etc.
o Normalmente presentan metamorfosis.
o Fecundación externa.
o Respiración pulmonar y cutánea. o Cuerpo sin escamas.
o Corazón con tres cámaras.
d) Reptiles: cocodrilos, tortugas, iguanas, camaleones, serpientes, etc. o Cuerpo cubierto de escamas.
o Fecundación interna. o Respiración pulmonar.
o Corazón con tres cámaras, excepto los cocodrilos (presentan cuatro cámaras)
o Son ectotérmicos.
o Miembros pares generalmente con cinco dedos (excepto serpientes que son ápodas)
e) Aves: avestruces, pavo real, frailecillos, pingüinos, gaviotas, colibrís, etc.
o Cuerpo normalmente fusiforme con cuatro regiones: cabeza, cuello, tronco y cola.
o Cuello desproporcionadamente largo como órgano de equilibrio y ayuda en la recolección de alimento.
o Cuerpo cubierto de plumas. o Respiración pulmonar.
o Carecen de dientes, en vez de éstos presentan un pico córneo. o Corazón con cuatro cámaras.
o Son endotérmicos.
o En el aparato digestivo presentan buche y molleja.
o Dos pares de extremidades con las anteriores normalmente adaptadas para el vuelo.
o Sexos separados.
o Fecundación interna, incubación externa de los huevos.
f) Mamíferos: Canguros, zarigüeyas, osos, ballenas, murciélagos, ardillas, gatos, perros, etc.
o Cuerpo cubierto con pelo o Presentan glándulas mamarias
o Sexos separados que comprenden en los machos pene y testículos y en las hembras ovarios y oviductos
o Los huevos se desarrollan en el útero con unión placentaria (excepto en los monotremas).
o Extremidades adaptadas para caminar, correr, trepar, nadar, excavar o volar.
o Respiración pulmonar. o Son endotermos.
o Corazón con cuatro câmaras. o Son vivíparos.
TEMA 2
ORGANIZACIÓN MOLECULAR DE LA CÉLULA
Los seres vivos están constituidos por una gran cantidad de átomos y compuestos seleccionados por un largo proceso evolutivo. Por tal razón, para entender las estructura y función de los organismos vivos, necesitamos un conocimiento básico de la estructura y función de estos átomos y compuestos, cómo interaccionan entre sí para producir movimiento, crecimiento, comunicación entre neuronas, formación de ATP, etc.
BIOELEMENTOS
Son los elementos químicos naturales presentes en los seres vivos. Caracterizados por ser estables (bajo peso molecular) están ampliamente distribuidos en la naturaleza. De los elementos que existen (90 naturales y 19 obtenidos en el laboratorio), aproximadamente 27 de ellos se encuentran en la diversidad de seres vivos. Clasificación. Atendiendo a su abundancia, pueden ser:
− B. Primarios (macroelementos). Se les considera así por ser fundamentales para construir moléculas orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos) e inorgánicas (agua, sales, gases, etc.). Son seis: C, H, O, N, P y S y constituyen el 98.5 % del peso de la materia viva.
− B. Secundarios (microelementos).Presentes en menor proporción representan el 1% del peso de la materia viva, son: Ca, Na, K, Cl, Fe, I, Mg.
− B. Traza (oligoelementos). Presentes en cantidades pequeñas, representan el 0.5 % del peso total. Su presencia es indispensable para los seres vivos. Actúan por ejemplo como cofactores enzimáticos. Son: Mn, Cu, Zn, Co, F, Mo, Se, etc.
BIOMOLÉCULAS (Principios inmediatos)
Son todas las moléculas orgánicas e inorgánicas que resultan de la combinación de los Bioelementos entre sí. Pueden ser:
a) Inorgánicos: Sin enlace C-C, tenemos: El agua, sales minerales, gases, algunos ácidos y bases.
b) Orgánicos: Con enlaces C-C, tenemos: Los glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y vitaminas
El AGUA (H20)
Es la biomolécula más importante de la tierra y los seres vivos. Ocupa las 3/4 partes de la tierra. Está formado por un átomo de Oxígeno y dos de Hidrógeno, unidos por enlace covalente. El agua pura es eléctricamente neutra.
Las moléculas de agua son polares, donde el extremo de cada molécula posee carga positiva y el otro tiene carga negativa. Cada molécula de agua puede formar enlaces de hidrógeno con un máximo de cuatro moléculas adyacentes.
Propiedades físicas del agua: son las siguientes
a) Elevada Constante Dieléctrica: El agua tiene una alta capacidad para desestabilizar las moléculas polares, este mecanismo capacita al agua como un gran disolvente.
b) Tensión Superficial: El agua tiene una elevada tensión superficial, porque las moléculas de agua superficiales están cohesionadas con las moléculas de agua inferiores, formando una red molecular compacta que soporta las presiones externas.
c) Capilaridad: Capacidad del agua de ascender por un tubo fino llamado capilar esto se debe a la suma de las fuerzas de adhesión, cohesión y tensión. d) Elevado Calor Específico: Se define como la cantidad de energía que se requiere para elevar un grado centígrado (ºC) un gramo de cualquier sustancia.
e) Densidad: Al enfriar el agua líquida aumenta la densidad, la cual alcanza un máximo de 1g/cc a 4ºC, al seguir enfriando la densidad empieza a descender. El contenido de agua de un organismo depende de la edad y actividad metabólica (a mayor edad, menos agua y, a mayor metabolismo, más agua).
Es el principal solvente polar en el protoplasma, ya que debido a sus moléculas polares es capaz de disolver muchos tipos de sustancias, en particular compuestos polares y iónicos.
En los tejidos humanos el porcentaje de este varía, por ejemplo 20% en huesos, 85% en las células cerebrales. Aproximadamente alrededor del 70% del peso corporal de una persona corresponde al agua; 95% en las medusas y algunas plantas, y 5% en las semillas.
La distribución corporal de agua en el ser humano es la siguiente: a) Intracelular (2/3) Dentro de la célula y se encuentra como:
• Agua libre (95%): Usada como solvente y como dispersante del coloide protoplasmático.
• Agua ligada (5%) Es la que está unida laxamente a las proteínas. b) Extracelular (1/3) distribuida en:
• Intersticio: En la sustancia intercelular: líquido cefalorraquídeo, líquido sinovial, etc.
• Plasma: Dentro de los vasos sanguíneos y linfáticos. Entre los factores que afectan al agua corporal se encuentran:
• Células grasas: Contienen poca agua, por lo cual a medida que aumenta la grasa corporal desciende la cantidad de agua.
• Edad: Por regla general el agua corporal disminuye a medida que aumenta la edad.
• Sexo: Las mujeres tienen una cantidad proporcional mayor de grasa corporal, por lo tanto disminuye la cantidad de agua.
Funciones:
− Disolvente de las sustancias debido a su polaridad.
− Transportadora de sustancias.
− Estructural, mantiene el volumen y forma de las células.
− Termorregulador, ayuda a conservar estable la temperatura (debido a su elevado calor específico).
− Lubricante de membranas y articulaciones.
− Indispensable para toda actividad metabólica, todo proceso fisiológico se produce exclusivamente en medio acuoso.
SALES MINERALES
Biomoléculas inorgánicos compuestas por un metal y un radical no metálico y que se encuentran en pequeña proporción en el protoplasma de los seres vivos, se pueden encontrar de tres formas:
a) Disueltas: Son las que se ionizan en medio acuoso, siendo los más importantes:
• Cationes: Iones que desarrollan una carga positiva en solución, tenemos al Na+K+Ca++ Mg++ Fe++Zn++. El principal catión extracelular es el sodio (Na+). Existe un sistema de bomba en la membrana de las células del organismo que bombea el Na+ hacia fuera y el K+ hacia adentro.
• Aniones: Iones que desarrollan una carga negativa en solución Cl- PO4= El principal anión intracelular es el Ion fosfato (PO4=).
Aunque la concentración de sales en las células y los líquidos corporales de plantas y animales es pequeña, las cantidades y concentración de los cationes y aniones respectivos se mantienen constantes, cualquier cambio de importancia obstaculiza las funciones celulares y puede originar la muerte. b) Precipitadas: Son las que constituyen estructuras sólidas, insolubles, con
función esquelética. Ejemplo: concha de moluscos, matriz ósea, pared celular de las diatomeas.
c) Asociadas: Son las que están combinadas con proteínas (fosfoproteínas), con lípidos (fosfolípidos).
FUNCIONES:
− Regulan el equilibrio ácido-base de la célula.
− Regulan la presión osmótica de las células (intervienen en la distribución del agua intracelular y extracelular)
− Regulan la presión osmótica de las células (intervienen en la distribución del agua intracelular y extracelular)
− Forman estructuras de protección y de sostén (esqueleto, conchas, caparazones).
− Estabilizan dispersiones coloidales.
− Actúan como cofactores enzimáticos siendo necesarios para el desarrollo de actividad catalítica de muchas enzimas.
− Intervienen como sustancias Buffer o tampón, por los sistemas carbonato-bicarbonato y monofosfato-difosfato.
GLÚCIDOS
Llamados también carbohidratos, son compuestos formados por C, H y O, son sintetizados por los autótrofos y son los principales en aportar energía para los seres vivos. Los animales tienen la capacidad de sintetizar algunos carbohidratos a partir de las proteínas y algunas sustancias sencillas, pero el mayor volumen de carbohidratos animales se obtiene de los vegetales.
Clasificación: Los glúcidos, por el número de monómeros, se clasifican en: 1. Monosacáridos: llamados también azúcares simples, son glúcidos sencillos
constituidos por una sola cadena. Se nombran añadiendo la terminación osa al número de carbonos. Estos carbohidratos son incapaces de hidrolizarse en carbohidratos más simples, se cristalizan, tienen sabor dulce y son solubles en agua. Por el número de Carbonos se subdividen en: triosas, tetrosas pentosas, hexosas heptosas y octosas, de las cuales las más importantes son:
a) Triosas: Son abundantes en el interior de la célula, por ejemplo los Glicéridos como el Gliceraldehido y la Dihidroxiacetona que son metabolitos intermediarios en la degradación de la glucosa.
b) Tetrosas: Como la Eritrulosa, y la Eritrosa, formados en el proceso de las reacciones oscuras de la fotosíntesis.
c) Pentosas: La Ribosa y la Desoxirribosa, que forman parte de los ácidos nucleicos además de la Ribulosa que forma parte de la enzima RUBISCO, que fija el CO2 atmosférico durante la fotosíntesis.
d) Hexosas: La glucosa (a partir de ella se forman otros carbohidratos), fructosa (azúcar de la fruta), y la galactosa (en la leche).
2. Disacáridos: Son compuestos formados por la unión de dos monosacáridos mediante enlace glucosídico (de tipo covalente) con liberación de una molécula de agua, se pueden hidrolizar. Entre los más importantes tenemos:
• Lactosa: Azúcar de la leche: Galactosa + Glucosa ,enlace ß(1,4)
• Maltosa: En semillas de cebada: Glucosa + Glucosa, enlaceα(1,4)
• Sacarosa: Azúcar de la caña o remolacha: Glucosa +-Fructuosa, enlace
α(1,2)
• Trehalosa: Azúcar presente en la hemolinfa de los insectos: Glucosa + Glucosa, enlaceα(1,1)
3. Oligosacáridos: Son compuestos que al hidrolizarse producen de 3 a 10 unidades de monosacáridos. por ejemplo la Melicitosa que es un trisacárido
formado por un residuo de fructosa y dos de glucosa. Se encuentra en la miel. Las alfa y beta–dextrinas con 6 y 7 unidades de glucosa respectivamente, son importantes en la industria farmacéutica.
4. Polisacáridos: Están formados por la unión de muchos monosacáridos (de 11 a miles) con pérdida de una molécula de agua por cada enlace y desempeñan funciones de reserva, estructural y energética. Se hidrolizan. Entre los más importantes tenemos:
a) De reserva:
• Almidón: Propio de los vegetales integrado por dos polímeros: amilosa, molécula lineal formado por unidades de glucosa unido por enlacesα(1,4) y la amilopectina molécula ramificada por unidades de glucosa unidos por enlaces α(1,4) y las ramificaciones cada 25 unidades aproximadamente. Se unen mediante enlacesα (1,6).
• Glucógeno: Propio de los animales. Abundantes en hígado y músculo similar a la amilopectina, con la diferencia que las ramificaciones se dan cada 12 unidades de glucosa aproximadamente.
b) Estructural:
• Celulosa: Forma la pared celular de la célula vegetal está constituida por unidades de glucosa unidos por enlacesβ(1,4).
• Quitina: Exoesqueleto de artrópodos, formado por unidades de N-Acetilglucosamina unidos por enlacesβ(1,4).
Función de los Glúcidos:
• Energética: Aportan energía a los seres vivos.
• Estructural: Son elementos estructurales de los ácidos nucleicos, pared celular de bacterias, células vegetales y del exoesqueleto de artrópodos.
LÍPIDOS
Son compuestos de consistencia grasosa o aceitosa, insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos como el éter, cloroformo v benceno. Están formados básicamente por carbono e hidrógeno y generalmente oxígeno en bajo porcentaje. Además pueden contener fósforo, nitrógeno y azufre.
Clasificación
Se clasifican en dos grupos, atendiendo a que poseen en su composición ácidos grasos (saponificables) o no lo poseen (insaponificables).
1) Saponificables (Complejos): Forman jabones al reaccionar con soluciones alcalinas. Son de los siguientes tipos
A. Hololípidos: Formados por: Ácido graso + alcohol : aquí tenemos a: a) Glicéridos
o Se les conoce también como acilglicéridos o grasas neutras o Existen tres tipos de glicéridos: monoglicéridos, diglicéridos y los
triglicéridos.
o Formados por 1 alcohol (glicerol) y de 1 a 3 ácidos grasos unidos mediante enlaces éster.
o Son las más abundantes en los seres vivos. o Se almacenan en el adipocito
o Como ejemplos tenemos al aceite de ballena, aceite de maní, aceite de oliva, etc.
b) Céridos:
o Son conocidos también como ceras.
o Están formados por 1 ácido graso saturado + un alcohol de cadena larga (elevado peso molecular).
o Son sólidos a temperatura ambiente.
o Son insolubles en agua, blandos en caliente y duros o de consistencia firme en frío
o Sirven de cubierta protectora de la piel, pelos y plumas de los animales; hojas y frutos de las plantas superiores y el exoesqueleto de los insectos. Como ejemplo tenemos el palmitato de miricilo (cera de abejas), la lanolina (cera de lana), la cutina y la suberina en las células vegetales.
B. Heterolípidos: Formados por: Ácido graso + alcohol + otros compuestos. Además de C, H y O pueden presentar también N, P, S o un glúcido. Aquí se encuentran:
a) Fosfolípidos: Son las principales moléculas constitutivas de la bicapa lipídica de la membrana celular. Se caracterizan por presentar un ácido ortofosfórico en su zona polar unido a otra molécula nitrogenada, por ejemplo la colina, etanolamina, inositol, serina, etc. Estos lípidos son muy importantes por formar parte de las membranas celulares y pueden ser
clasificados como glicerofosfolípidos como las lecitinas, cardiolipinas y esfingofosfolípidos como las esfingomielinas y las ceramidas.
b) Glucolípidos: Formados por un acido graso y un alcohol aminado llamado esfingosina. Como ejemplo tenemos a los cerebrósidos (presentes en la membrana de las neuronas), los gangliósidos (que participan en el reconocimiento celular) y los sulfátidos que también forman parte de las membranas biológicas.
2. Insaponificables (simples): No forman jabones. Son de los siguientes tipos: a) Esteroides: Son lípidos no hidrolizables que se derivan del esterano, aquí se
encuentran fundamentalmente el colesterol, el cual forma parte estructural de las membranas a las que confiere rigidez. Es la molécula base que sirve para la síntesis de casi todos los esteroides como la vitamina D, las sales biliares y las hormonas suprarrenales (glucocorticoides como cortisol, mineralocorticoides como la aldosterona y las hormonas sexuales como la progesterona y testosterona.
b) Isoprenoides: Formados de unidades de isopreno (hidrocarburo de 5 átomos de carbono), cuando dos unidades de isopreno se unen forman un terpeno. Son moléculas que cumplen funciones muy variadas entre los que se pueden citar:
• Esencias vegetales: como el mentol, geraniol, limoneno, alcanfor, eucaliptol, vainilla, etc.
• Vitaminas: Vitaminas A, E y K.
• Pigmentos vegetales: como la clorofila y xantofilas.
c) Prostaglandinas: Son lípidos derivados del ácido prostanoico y del araquidónico. Poseen una gran variedad de actividades fisiológicas como intervenir en la respuesta inflamatoria (vasodilatación), provocan la contracción de la musculatura lisa, intervienen en la regulación de la temperatura corporal.
Función:
- Reserva: Fuente de reserva energética de los seres vivos.
- Estructural: Forman parte de las membranas (bicapa de fosfolípidos), recubren órganos.
- Protección: Protegen mecánicamente, como el tejido adiposo de pies y manos.
- Reguladora: Controla las reacciones químicas que se producen en los seres vivos, cumplen esta función las vitaminas lipídicas y hormonas esteroideas.
- Emulsificante: Emulsifica las grasas debido a los ácidos biliares y los proteolípidos.
PROTEÍNAS
Son biomoléculas orgánicas cuaternarias de elevado peso molecular que contienen C, H, O y N, sin embargo contienen adicionalmente azufre. Están constituidos por unidades llamados aminoácidos que pueden ser de 20 tipos diferentes.
Aminoácidos: Son ácidos orgánicos que contiene un grupo amino y otro carboxilo, unidos a una cadena lateral R
H
(amino) H2N -- C -- COOH (carboxilo)
R
Péptido: Es la unión de más de 2 aminoácidos que se unen por enlace peptídico. Enlace peptídico: Se forma por la reacción entre el grupo ácido de un aminoácido y el grupo amino de otro aminoácido, con la liberación de una molécula de agua. Los péptidos según el número de unidades de aminoácidos por molécula se les conocen como dipéptidos, tripéptidos, etc., hasta polipéptidos. Ejemplo: Ia carnosina (dipéptido), Insulina (Polipéptido de 51 aminoácidos)
Niveles de estructuración de las proteínas: Presenta 4 niveles:
• Estructura primaria: Se refiere a la secuencia de aminoácidos en la cadena polipeptídica. El único enlace presente es el peptídico (amida).
• Estructura secundaria: Es la disposición espacial de los aminoácidos que componen una proteína. Posee dos enlaces el peptídico y el puente de hidrógeno. Esta estructura puede adquirir tres configuraciones: α-hélice, β -plegada yγ o al azar.
• Estructura terciaria: Es la disposición de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí misma originando una conformación globular. Esta conformación globular facilita la solubilidad en agua y así realizar funciones de transporte, enzimática, hormonales, etc. Posee además del
enlace peptídico, los enlaces puente hidrógeno, fuerzas de Van der Waals, puentes disulfuro, puentes salinos y las interacciones hidrofóbicas.
• Estructura cuaternaria: Informa de la unión mediante enlaces débiles de varias cadenas polipétidicas con estructura terciaria para formar un complejo proteico. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero, por ejemplo dos cadenas polipeptídicas constituyen la hexoquinasa, 4 cadenas la hemoglobina, y muchas cadenas como la cápside del virus de la poliomielitis (60 unidades proteicas).
Propiedades de las proteínas
1. Alta especificidad: Debido a que cada individuo tiene proteínas específicas propias que se ponen de manifiesto en los procesos de rechazo de órganos transplantados.
2. Solubilidad: Cuando adoptan una conformación globular, esto hace posible la hidratación de los tejidos de los seres vivos.
3. Desnaturalización: Que consiste en la ruptura de la estructura terciaria la que es producida por cambios de temperatura, pH extremos, solventes orgánicos, detergentes, urea a altas concentraciones, etc.
Clasificación de las proteínas: Las proteínas se clasifican en dos grupos: A. Holoproteínas: Formadas solamente por aminoácidos, pueden ser:
a) Proteínas fibrosas Son insolubles en agua, alargadas y en formas de hilo y tienden a juntarse para dar fibras, sirven como material estructural de los tejidos animales. Aquí se encuentran:
• Queratina: En formaciones epidérmicas: pelos, uñas, cuernos y plumas.
• Colágeno: En tejidos conjuntivos.
• Elastinas: En tendones y vasos sanguíneos.
• Fibroinas: En hilos de seda (arañas, insectos).
• Fibrina: En los coágulos sanguíneos.
b) Proteínas globulares: Son solubles en agua y se encuentran dobladas formando unidades compactas que a menudo tienen una forma esférica, están relacionadas con el mantenimiento y regulación del proceso de la vida, como por ejemplo: la ovoalbumina (huevo), hordeína (cebada), lactoalbúmina (leche), Insulina, prolactina, hormona del crecimiento, interferones, histonas, albúminas, hemoglobina y los anticuerpos.
B. Heteroproteínas: Formadas por aminoácidos y por un grupo no proteínico llamado grupo prostético, como por ejemplo:
• Glucoproteínas: anticuerpos, interferón, mucina.
• Fosfoproteínas: caseína, vitelina.
• Hemoproteínas: hemoglobina, mioglobina, citocromos.
• Metaloproteínas: plastoquinona, plastocianina. Funciones:
- Biocatalizadora: Las enzimas son proteínas, aceleran reacciones bioquímicas.
- Hormonal: Insulina, glucagón, hormona del crecimiento, calcitonina, entre otras.
- Estructural: Glucoproteínas que forman parte de las membranas, las histonas que forman parte de los cromosomas, la queratina que forma parte de la epidermis.
- Defensiva: Inmunoglobulinas, trombina, fibrinógeno.
- Transporte: Hemoglobina, hemocianina, ceruloplasmina, citocromos, etc. - Reserva: Ovoalbumina clara de huevo, lactoalbúmina de la leche, gliadina del
grano de trigo.
- Reguladora: Regulan la expresión de ciertos genes y otras regulan la división celular (como las ciclinas).
- Motora o contráctil: Como la actina y miosina que constituyen las miofibrillas de la contracción muscular y la dineina relacionada con el movimiento de cilios y flagelos.
- Homeostática: Algunas mantienen el equilibrio osmótico y actúan con otros sistemas amortiguadores para mantener constante el pH del medio interno.
ENZIMAS
Son catalizadores muy potentes y eficaces, químicamente son proteínas. Como catalizadores las enzimas actúan en pequeña cantidad y se recuperan indefinidamente, no llevan a cabo reacciones que sean energéticamente desfavorables, no modifican el sentido de los equilibrios químicos, sino que aceleran su consecución. La sustancia sobre la cual actúa la enzima se llama sustrato.
Catalizador: Es una sustancia que acelera una reacción química hasta hacerla instantánea o casi instantánea.
Características de la acción enzimatica: La más sobresaliente es su elevada especificidad.
Especificidad de Acción: Cada reacción esta catalizada por una enzima específica. La acción enzimática se caracteriza por la formación de un complejo que representa el estado de transición. El sustrato se une a la enzima a través de numerosas interacciones débiles (puentes de hidrogeno, etc.) en un lugar específico, el centro activo que es una pequeña porción de la enzima, conformada por una serie de aminoácidos que interaccionan con el sustrato. Algunas enzimas actúan con la ayuda de estructuras no proteicas que por su naturaleza son:
Cofactores enzimáticos: Son sustancias de naturaleza química diferente a las proteínas que son requeridas por algunas enzimas para que estas tengan actividad. Un cofactor puede ser una molécula orgánica o inorgánica. Algunas enzimas requieren de ambos cofactores. La enzima sin cofactor se denomina apoenzima y unida al cofactor se denomina holoenzima.
Son cofactores enzimáticos:
• Coenzima: Son moléculas orgánicas de diversa estructura, esenciales para la actividad de una enzima. Ej. NAD, FAD, FMN.
• Iones iorgánicos: Como el Mg++, Mn++, Cu++, Fe++, Zn++. Nomenclatura de las enzimas
En general los nombres de las enzimas se forman al añadir el sufijo "asa" al nombre de la sustancia en que actúan (sustrato) por ejemplo la sacarosa se desdobla en glucosa y fructuosa en presencia de la enzima sacarasa.
Unas pocas enzimas conservan sus nombres tradicionales sin la terminación asa algunas de ellas tienen el sufijo “zima”, la lisozima por ejemplo presente en las lagrimas y la saliva que degrada la pared celular de las bacterias, otros ejemplos de enzimas con nombre tradicionales son la pepsina y tripsina que rompen enlaces peptídicos internos en las proteínas.
Por su actividad química las enzimas se clasifican en: Oxidoreductasas, Transferasas. Hidrolasas, Liasas, Isomerasas y Ligasas.
Efecto del pH: Tanto la enzima como el sustrato pueden afectarse por las variaciones del pH, por ejemplo la pepsina tiene un pH optimo cercano a 2 y la fosfatasa alcalina un pH cercano a 12.
Efecto de la temperatura: Influye en la actividad, el punto óptimo representa el máximo de actividad. A temperaturas bajas las enzimas se hallan rígidas y a temperaturas altas (más de 40ºC) se desnaturalizan.
Función de las enzimas:
- Disminuyen la energía de activación de las reacciones bioquímicas, luego las acelera.
ÁCIDOS NUCLEICOS
Son moléculas pentarias de elevado peso molecular formadas por C, H, O, N, y P, constituidas por unidades estructurales llamadas nucleótidos. Son de importancia biológica debido a que son el depósito fundamental de la información genética de la célula y los que controlan la síntesis bioquímica de las proteínas.
Nucleótido. Este monómero está constituido por:
• Base nitrogenada: Son compuestos formados por un anillo de carbono y nitrógeno. Se conocen dos tipos que constituyen los ácidos nucleicos: Las bases Púricas o Purinas (Adenina y Guanina) y las bases Pirimidicas ó Pirimidinas (Citosina, Timina y Uracilo).
• Pentosa: Son azúcares compuestos de cinco átomos de carbono, son característicos para cada ácido nucleico. Son dos: la ribosa (ARN) y la desoxirribosa (ADN).
• Ácido fosforico (ortofosfórico): Constituye el grupo fosfato de los ácidos nucleicos, les confiere las propiedades ácidas al ADN y al ARN.
Nucleósido: Está constituida por la pentosa y una base nitrogenada. Ej. Desoxiadenosina.
Enlace fosfodiester: Es el enlace característico de los ácidos nucleicos, permite la unión de los nucleótidos.
Clases de ácidos nucleicos
Por el azúcar que contienen son de dos tipos:
1) Ácido Desoxirribonucleico (ADN): Es una gran macromolécula bicatenaria helicoidal y de gran longitud presente en el núcleo, mitocondria y cloroplastos de las células.
El nucleótido se halla constituido por un azúcar que es la desoxirribosa una base nitrogenada que puede ser la adenina, timina, citosina y guanina y el
grupo fosfato. Las dos cadenas de polinucleótidos que forman el ADN se unen a través de las bases nitrogenadas de tal manera que la timina se une siempre a la adenina o viceversa a través de dos puentes de Hidrogeno y la guanina se une a la citosina por tres puentes hidrogeno.
Funciones del ADN
- Almacena la información hereditaria (código genético). - Transmite la información genética (replicación).
2) Ácido Ribonucleico (ARN): Es una macromolécula constituida por una cadena de nucleótidos, se le encuentra en los virus, las bacterias, los vegetales y animales. El nucleótido esta constituido por el azúcar ribosa, una base nitrogenada que puede ser la adenina, guanina, citosina y uracilo y el grupo fosfato.
Clases de ARN
• ARNm (mensajero). Se encuentra en el núcleo. Formado directamente de la cadena de ADN. Copia la información del ADN (en forma de CODONES). Su principal función es la de llevar la información genética contenida en el ADN hacia los ribosomas para la síntesis de proteínas, es decir lleva el mensaje genético.
• ARNr (ribosómico). Se encuentra en los ribosomas. Este tipo de ARN se asocia con proteínas y forman lo que conocemos como ribosomas, donde se realiza la síntesis de proteínas. EI complejo proteínas-ácido ribonucleico (ribosoma) sirve como matriz para la correcta unión de los aminoácidos durante la síntesis de proteínas.
• ARNt (transferencia). Se encuentra en el citoplasma. Conocido como de trascripción, sirve como moléculas adaptadoras durante la síntesis de proteínas. lo que significa que identifican v transportan los aminoácidos hacia los ribosomas. "leen" el mensaje genético (en forma de ANTICODONES).
Función del ARN: - Síntesis de proteínas VITAMINAS
Grupo de moléculas orgánicas de naturaleza química variable que se necesitan en nuestra dieta en pequeñas cantidades. Se clasifican como:
a) LIPOSOLUBLES:
• Vitamina A o retinol (antixeroftalmica)
• Vitamina D o colecalciferol (antirraquítica)
• Vitamina E o tocoferol (antioxidante)
• Vitamina K o naftoquinona (antihemorrágica) b) HIDROSOLUBLES:
• Vitamina C o ácido ascórbico (antiescorbútica)
• Complejo B
o Vitamina B1 o tiamina (antineurítica) o Vitamina B2 o riboflavina
o Vitamina B3, vitamina PP o niacina o Vitamina B5 o ácido pantoténico o Vitamina B6 o piridoxina
o Vitamina B8, vitamina H o biotina o Vitamina B9, vitamina M o ácido fólico o Vitamina B12 o cianocobalamina.
COLOIDES
Son un tipo de dispersión de mucha importancia biológica por ser el medio físico donde ocurren los fenómenos biológicos. Presenta dos componentes: la fase dispersante y la fase dispersa. Las partículas de la fase dispersa tienen un diámetro que fluctúa entre una milésima y una cienmilésima de micrómetro. Este tamaño es intermedio entre la moléculas de las soluciones y las partículas de las suspensiones.
Fase dispersa Medio dispersante Ejemplo
Sólido Líquido Oro en agua
Líquido Líquido Agua en benceno, leche, mayonesa
Gas Líquido Espuma en cerveza
Sólido Gas Humo, polvo
Líquido Gas Niebla, nube
Propiedades:
1. Movimiento Browniano: Es el movimiento caótico, desordenado de las partículas coloidales causado por la colisión o choque con las moléculas del dispersante.
2. Efecto Tyndall: Las partículas coloidales difractan la luz, es decir, dejan ver lateralmente un haz luminoso que las atraviesa.
3. Electroforesis: Debido a las cargas que presentan las partículas coloidales, los componentes de un coloide se pueden separar por electroforesis. Este proceso se define como el transporte de las partículas coloidales debido a la acción de un campo eléctrico.
4. Sedimentación: En condiciones normales una dispersión coloidal es estable (sus partículas no sufren el efecto de la gravedad), pero sometidas a campos gravitatorios pueden sedimentar (centrifugación, ultracentrifugación).
5. Diálisis: Las partículas coloidales no filtran con el papel filtro ordinario. Pero por diálisis se pueden separar las partículas de elevado peso molecular (coloides) de las de bajo peso molecular (cristaloides) usando papel celofán, pergaminos, membranas celulares.
ORGANIZACIÓN DE LAS MACROMOLECULAS
Existen moléculas enormes que contienen cientos de miles de átomos que son conocidos como macromoléculas. Algunas de ellas ocurren naturalmente y conforman diversas clases de compuestos que son literalmente vitales, como por el ejemplo el almidón y celulosa que son polisacáridos que proporcionan alimento; proteínas que forman parte importante del cuerpo animal y los ácidos nucleicos que controlan la herencia a nivel molecular.
También hay macromoléculas sintéticas, que se forman por procesos de polimerización, que viene a ser la unión de muchas moléculas pequeñas para dar origen a moléculas muy grandes, como ejemplos tenemos el caucho, algodón, lana, seda y los plásticos.
ORIGEN DE LAS CÉLULAS
La vida más primitiva sobre la tierra solo estaba formada por células procarióticas, esferas microscópicas aisladas parecidas a las bacterias modernas, esto hace aproximadamente unos 3500 millones de años, según los fósiles más antiguos. Las células eucariotas podrían tener más de 2000 millones de años, pero no menos, el momento exacto en que se produjo esta novedad es un tema muy debatido. Entonces, ¿cómo surgieron las células eucariotas?
La teoría más aceptada sostiene que ciertos organelos de las células eucarióticas se originaron por simbiosis, es decir los que antes eran microorganismos
independientes, se reunieron como célula hospedadora y hospedada primero por casualidad y después por necesidad. En un momento no determinado, las células hospedadas se convirtieron en organillos de un nuevo tipo de células. Formando así una célula de mayor complejidad en comparación a la célula procariota. pH (Potencial de Hidrogeniones)
Es la medida que nos indica la concentración de iones hidrogeno o hidrogeniones que contiene una solución. Matemáticamente es el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno.
pH = -log (H)
Las diferentes soluciones acuosas tienen una determinada concentración de H debido a la leve disociación de las moléculas de agua (aproximadamente 2 de cada mil millones de moléculas de agua están ionizadas; H+ y OH-).
El término pH se usa para describir el grado de acidez o alcalinidad de una solución. Expresada en la siguiente escala:
0 --- 7 --- 14 H+ acidez neutro alcalino OH
-El pH de los fluidos que conforman los organismos vivientes se encuentra muy cerca de la neutralidad y con rangos de variación muy estrechos. Ejemplo:
Fluido pH Jugo gástrico 2,0 Orina 6,0 Agua pura 7,0 Sangre 7,4 Jugo pancreático 8,2
BUFFER (Tampón o amortiguador)
Un Buffer (amortiguador) es un compuesto que tiende a mantener una solución a pH constante, aceptando o liberando iones en respuesta a pequeños cambios en
la concentración de H+. Generalmente están constituidos por un ácido débil y una sal (base débil)
Los tampones están presentes en todos los líquidos corporales y actúan de inmediato (en cuestión de 1 seg.) cuando se produce una anomalía del pH. Se combinan con el exceso de ácidos o de bases para formar sustancias que no afecten al pH. Sin embargo, su efecto es limitado. Entre los más importantes tenemos:
− Bicarbonato: Es el tampón más importante y el que en mayor cantidad está presente en los líquidos del organismo. Es generado por los riñones y ayuda en la excreción de H+.
− Fosfato: Ayuda a la excreción de H+ en los túbulos renales.
− Amonio: Tras una sobrecarga ácida, la célula tubular renal produce amoniaco (NH3 que se combina con los H+ en el túbulo renal para formar amonio (NH+4). Este proceso permite una mayor excreción renal de H+.
− Proteínas: Están presentes en las células, la sangre y el plasma. La hemoglobina es la proteína tampón más importante.
TEMA 3
CELULA INTERFASICA
LA CÉLULAEs la unidad estructural y funcional básica de los seres vivos, capaz de relacionarse, nutrirse y reproducirse.
Organización estructural de la Célula
• La membrana celular: que rodea y protege al citoplasma.
• Citoplasma: de naturaleza coloidal donde se encuentran las sustancias disueltas.
La Célula Procariota
Esta célula se caracteriza por el hecho de que el material hereditario (ADN) no presenta una envoltura nuclear.
Estructura general de una célula procariota:
1. Membrana citoplasmática: Es la barrera esencial de permeabilidad que separa el interior del exterior de la célula.
2. Pared celular: Estructura rígida (a base de peptidoglicano o mureína), situada por fuera de la membrana plasmática que confiere la forma a la célula y la protege del externo que lo rodea.
3. Ribosomas: Son pequeñas partículas compuestas de ácido ribonucleico (ARN) y proteínas, una sola célula procariotica puede tener hasta 10000 ribosomas. Los ribosomas en los procariotas son 70S, su función es la síntesis proteica.
4. Nucleoide o Genóforo: En las procariotas la función del núcleo la realiza una única molécula de ADN, que se encuentra en forma más o menos libre en el citoplasma llamada nucleoide. El ADN de las procariotas por homología con las eucariotas se le denomina cromosoma.
5. Flagelos: Muchas de las bacterias, son capaces de desplazarse a través de flagelos que están formados por una única proteína tubular enrollada, la flagelina.
6. Inclusiones: Son acúmulos de materiales de reserva como carbono, nitrógeno, azufre o fósforo. Estos acúmulos se forman cuando estos compuestos se encuentran en exceso en el medio ambiente, con el fin de poder ser utilizados en situaciones de carencia.
7. Cápsula: O capa viscosa que rodea a la pared celular, protege a las bacterias de drogas y la fagocitosis de microorganismos o glóbulos blancos.
8. Mesosomas: Son estructuras membranosas que se observan en la mayor parte de las bacteria, constituidas por invaginaciones de la membrana citoplasmática. Interviene en la duplicación y distribución del ADN en la división celular y además contiene enzimas respiratorias sobre las que se desarrolla la mayoría de los procesos metabólicos.
9. Plásmidos: Son pequeños fragmentos circulares de ADN extracromosómico separados del cromosoma. Los plásmidos no portan genes esenciales para
las células; pero llevan unos que son útiles en determinadas condiciones ambientales, como los que confieren resistencia a antibióticos específicos. 10. Fimbrias: Son parecidos a los flagelos, aunque más cortos que estos, son de
naturaleza proteica y son mucho más numerosos. No todos los organismos poseen fimbrias, no se conoce con certeza su función; pero parece que favorece en algunos organismos su fijación a las superficies como los tejidos animales, en el caso de unas bacterias patógenas o la formación de películas o la fijación a las superficies líquidas.
11. Pili (pelos): Son estructuras similares a las fimbrias pero por lo general son más largos y solamente existe uno o unos pocos pili sobre la superficie. Funcionan como receptores específicos para determinadas partículas víricas y también contribuyen a la fijación de algunas bacterias patógenas a los tejidos humanos, a demás participa en el proceso de conjugación en procariotas. Las fimbrias y los pili no participan en el movimiento.
12. Clorosomas: Son sacos membranosos aplastados que no están en continuidad con la membrana citoplasmática, son los responsables de la fotosíntesis en bacterias autótrofas.
La Célula Eucariota
La célula eucariota se caracteriza por presentar su material genético rodeado por una envoltura nuclear (membrana).
Diferencias entre las células procariota y eucariota
Procariota Eucariota
• Carecen de envoltura nuclear
• Normalmente un solo cromosoma a base de ADN sin proteínas
• Organelos mayores ausentes
• Unicelulares o coloniales
• Son bacterias
• Envoltura nuclear presente
• Múltiples cromosomas no circulares a base de ADN y proteínas
• Organelos mayores presentes
• Unicelulares y multicelulares
• Constituyen los cuerpos de protistas, hongos, animales y plantas
MEMBRANA CELULAR O PLASMALEMA
Está compuesta de una bicapa lipídica que contiene una variedad de moléculas de proteína. Presenta las siguientes características:
• Es porosa
• Es elástica.
• Posee permeabilidad selectiva.
• Es muy delgada, su espesor es de aproximadamente 75 Aº
Organización molecular de la membrana: La membrana celular está constituida por:
• Proteínas (60%): Globulares, que por su función pueden ser: receptoras, de reconocimiento y transportadoras.
• Lípidos (35%): Los más abundantes son los fosfolípidos, también se encuentran glucolípidos y esteroides (colesterol en células animales y ergosterol en células vegetales).
• Carbohidratos (5%): Unidos a proteínas formando glucoproteínas y unidos a lípidos, formando glucolípidos.
La forma como están distribuidos los componentes moleculares de las membranas, tiene como base el modelo del mosaico fluido propuesto por SINGER Y NICHOLSON (1972), que se caracteriza por ser un modelo asimétrico y que goza de una fluidez de membrana.
Permeabilidad celular: Es el proceso mediante el cual la célula intercambia ciertas sustancias con el medio extracelular, a través de la membrana celular. Dicho intercambio se conoce como transporte pasivo o activo.
1. Transporte pasivo: Es el transporte basado en la energía cinética de las moléculas. El movimiento es a favor del gradiente de concentración, es decir, de mayor concentración a menor concentración.
Se movilizan sin que la membrana consuma energía (ATP).
a) Difusión: Es el movimiento continuo de iones, moléculas o partículas coloidales (solutos) que se desplazan a favor de un gradiente de concentración, presión o carga eléctrica. Se puede dar por:
• Difusión simple: Es la difusión del agua, gases disueltos (O2, CO2) como moléculas liposolubles a través de la de la membrana.
• Difusión facilitada: Difusión de moléculas (generalmente solubles en agua) a través de la membrana.
Los iones como Na+, K+, Ca++ se mueven por las proteínas poro-canal; en cambio, aminoácidos, proteínas pequeñas y los monosacáridos como la glucosa lo hacen por proteínas carrier (sufren cambios conformacionales)
b) Osmosis: Es la difusión del solvente (agua) a través de una membrana con permeabilidad diferencial. Esto es una membrana que es más permeable al agua que a los solutos disueltos. Ejemplo: absorción del agua por las raíces de una planta.
2. Transporte activo: Es el movimiento de los iones y de ciertas sustancias en contra de un gradiente de concentración con gasto de energía. La fuente de energía metabólica que impulsa el transporte activo es el ATP. Hay 2 tipos de transporte activo: transporte mediante bombas y transporte en masa.
a) Transporte mediante bombas: Utilizado fundamentalmente para el transporte de iones. Requiere la presencia de un tipo de proteínas integrales de la membrana. Los ejemplos más conocidos son: Bomba de Na+y K+; bomba de Ca++ y bomba de H+.
b) Transporte en masa: Utilizado para sustancias que por su tamaño no pueden atravesar la membrana. De acuerdo al sentido del transporte puede ser:
• Endocitosis: Es la entrada de sustancias o partículas desde el exterior de la célula al interior de la misma. Puede ser:
o Fagocitosis: Si es que ingresan partículas sólidas o microorganismos. o Pinocitosis: Si ingresan sustancias líquidas.
• Exocitosis o emecitosis. Proceso por el cual se eliminan hacia el exterior partículas de gran tamaño como material de secreción por ejemplo.
Diferenciaciones de la membrana celular: La superficie de las células que están relacionadas con la protección del citoplasma, el transporte de sustancias y otros procesos fisiológicos, presentan modificaciones para cumplir ciertas actividades especificas, así tenemos:
1. Microvellosidades: Son salientes digitiformes de la membrana plasmática que aumentan la superficie para la absorción, las encontramos en células que tapizan el intestino y el riñón (túbulos renales).
2. Desmosomas: Son discos ovales a los que se anclan fibrillas que se encuentran en la membrana plasmática de células epiteliales sujetas a fuerzas externas; cada desmosoma tiene su pareja adyacente y el par forma una especie de corchete, que impide que las células se separen.
3. Uniones en hendidura, uniones gap o uniones comunicantes: Son tubos huecos, formados por un anillo de seis subunidades proteicas que se encuentran en la membrana plasmática de ciertos tejidos y permiten el libre flujo de materiales de una célula a otra. Las uniones gap están formadas por dos de estos “tubos” alineados y situados entre las células adyacentes. 4. Cilios y flagelos: Son filamentos móviles que sobresalen de la superficie de
ciertos tipos de células. Surgen de cuerpos basales.
5. Plasmodesmos: Presente solo en células vegetales. Se localiza en los poros coincidentes de la pared celular de dos células vegetales vecinas. Sirve para el intercambio de sustancias.
6. Uniones estrechas o erméticas: Son áreas de conexiones íntimas entre las membranas de células adyacentes, a tal punto que el espacio que rodea a las células desaparece completamente, por tanto esto impide que algunas sustancias crucen capas de células. Las células conectadas por uniones estrechas (a base de proteínas que se enlazan), sirven para sellar cavidades corporales.
Funciones de la membrana celular: - Protege y limita el protoplasma celular.
- Permite el transporte de sustancias al interior o exterior de las células. - Se encarga de la recepción de señales químicas.
- Ayuda a conservar la estructura y forma de las células.
Cubierta celular: Estructura secretada por el aparato de Golgi y es de naturaleza principalmente glucosídica. En células vegetales se denomina pared celular, mientras que en los animales se conoce como glucocaliz.
A. Pared celular: Envoltura compuesta principalmente por celulosa. Representa una especie de exoesqueleto que protege y le da sostén mecánico a la célula. Es el carácter que las diferencia de las células animales. Por lo tanto las células vegetales presentan por la parte externa de la membrana plasmática una pared muy gruesa a base de celulosa aunque pueden entrar a formar parte otras sustancias como: hemicelulosa, pectatos, lignina, cutina, suberina, sales minerales, algo de proteínas, etc. La pared celular es semirrígida y permite el paso de sustancias.
Clases de pared celular
1. Pared celular primaria: Es la primera pared celular, presente en todas las células jóvenes. En muchas células es la única pared que se desarrolla, está hecha a base de microfibrillas entrecruzadas (desordenadas) a base de celulosa, debido a disposición facilita el crecimiento de la célula.
2. Pared celular secundaria: Solo esta presente en algunas células vegetales que han dejado de crecer (por ejemplo los vasos o tráqueas), se forma en la superficie interna de la pared primaria, de ordinario es mucho más gruesa que la pared primaria, además de celulosa puede contener sustancias como: lignina (tráqueas, traqueidas y esclereidas), cutina (paredes en contacto con el aire), y sales minerales (carbonatos y sílice) en algunas células epidérmicas.
La pared celular secundaria comprende tres subcapas; la capa externa (S1), capa central (S2) y la capa interna (S3) mencionadas de afuera hacia adentro. A diferencia de la pared celular primaria, las microfibrillas de celulosa se disponen en una forma ordenada. La S2 es la más gruesa. La S3 suele ser delgada e incluso puede faltar.
La lamina media: Se forma durante la citocinesis, está constituida por pectatos y proteínas, es el cemento que sujeta las células individuales unas con otras para constituir tejidos.
Función:
- Es responsable de la forma de las células y por tanto de las plantas. - Controla el crecimiento celular.
- Proporciona resistencia mecánica.
- Es una barrera física que se opone a la penetración de los microorganismos patógenos.
B. Glucocaliz: Envoltura compuesta de cadenas cortas de azúcares (oligosacáridos) y cadenas peptídicas cortas, formando las denominadas glucoproteínas, que cubren la membrana celular de células animales y protozoarios; y sobre la pared celular de algunas bacterias.
Función:
- Adhesión entre células para la conformación de tejidos.
- Reconocimiento celular durante reacciones inmunitarias (elementos moleculares de histocompatibilidad y antígenos del grupo sanguíneo).
