BLOQUE 1: BASES BIOLÓGICAS Y QUÍMICAS

BASES BIOLÓGICAS Y QUÍMICAS

IMPORTANCIA DEL AGUA PARA LOS SERES  VIVOS

El agua es el componente más abundante en los medios orgánicos, los seres vivos contienen por término medio un 70% de agua. No todos tienen la misma cantidad, los vegetales tienen más agua que los animales y ciertos tejidos (por ejemplo: el tejido graso) contienen menos agua -tiene entre un 10% a un 20% de agua- que otros como, por ejemplo: el nervioso, con un 90% de agua. También varía con la edad, así, los individuos jóvenes tienen más agua que los adultos.

El agua en los seres vivos se encuentra tanto intra como extracelularmente. El agua intracelular, la que está en el interior de las células, representa 2/3, aproximadamente, del agua que contiene un ser vivo y el agua extracelular representa el tercio restante. Esta última se encuentra bañando las células o circulando en forma de sangre, linfa, savia, etc.

El agua no es un simple medio ni una mera fase inerte, es un líquido muy reaccionante. Interviene en muchas reacciones químicas, bien como reactivo o como producto de la reacción, y resulta imprescindible para la estabilidad de muchas sustancias biológicas, por ejemplo, las proteínas.

PROPIEDADES DEL AGUA

Masa molecular.......... 18 da

Punto de fusión......... 0oC (a 1 atm)

Punto de ebullición.... 100oC (a 1 atm)

PROPIEDADES Y FUNCIONES BIOLÓGICAS

Debido a su polaridad el agua es buen disolvente de los compuestos iónicos y polares

- El agua no sólo es el medio en el que transcurren las reacciones del metabolismo sino que interviene en muchas de ellas como en la fotosíntesis, en las hidrólisis y en las condensaciones.

 Algunas sustancias tienen una parte de su molécula que es soluble en agua (hidrofila) y otra parte insoluble (hidrofoba). Estas sustancias se dice que son anfipáticas. Las sustancias anfipaticas, cuando están en un medio acuoso, orientan su molécula y dan lugar a la formación de micelas, mono capas o bicapas.

 ELEMENTOS BIOGENÉSICOSs. Se  denominan elementos biogenésicos o biorlrmentos aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos.

Bioelementos primarios: C, H, O, N, P y S. Representan en su conjunto el 96,2% del total.

Bioelementos secundarios: Na+, K+ , Ca₂+ , Mg₂+ , Cl-. Aunque se encuentran en menor proporción que los primarios, son también imprescindibles para los seres vivos. En medio acuoso se encuentran siempre ionizados.

Oligoelementos o elementos vestigiales: Son aquellos bioelementos que se encuentran en los seres vivos en un porcentaje menor del 0.1%. Algunos, los indispensables, se encuentran en todos los seres vivos, mientras que otros, variables, solamente los necesitan algunos organismos.

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LOS BIOELEMENTOS PRIMARIOS

Los bioelementos primarios son abundantes en los seres vivos ya que presentan ciertas características que los hacen idóneos para formar las moléculas de los seres vivos. Así:

v  Sus compuestos presentan polaridad por lo que fácilmente se disuelven en el agua, lo que facilita su incorporación y eliminación.

FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LOS BIOELEMENTOS.

a) Carbono, hidrógeno y oxígeno. Son los elementos constituyentes de las moléculas orgánicas. El carbono forma el esqueleto básico y el hidrógeno y el oxígeno forman grupos funcionales de gran reactividad e importancia como hidrocarburos (-H), hidroxilo (-OH), carbonilo (=O) y carboxilo (-OOH). Además, el hidrógeno y el oxígeno forman una molécula de gran importancia para la vida, el agua.

b) Nitrógeno. Forma compuestos orgánicos muy variados y de gran importancia biológica. Así, forma parte de los aminoácidos, que son los monómeros estructurales de las proteínas, y de las bases nitrogenadas que forman los nucleótidos, que son los monómeros estructurales de como tales siendo coenzimas en una gran variedad de reacciones metabólicas.

OLIGOELEMENTOS

(Fe, Mn, I, F, Co, Si, Cr, Zn, Li, Mo)

Los Oligoelementos o elementos vestigiales son aquellos bioelementos que se encuentran en los seres vivos en un porcentaje menor del 0.1%. Algunos, los indispensables, se encuentran en todos los seres vivos, mientras que otros, variables, solamente los necesitan algunos organismos.

Presentes en porcentajes inferiores al 0,1%, no son los mismos en todos los seres vivos. Son indispensables para el desarrollo armónico del organismo.

Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes para casi tod

        PROTEINAS.

http://www.aula21.net/Nutriweb/proteinas.htm#1

http://www.um.es/molecula/prot07.htm

1.1.5.        LOS AMINOÁCIDOS

http://www.saberespractico.com/estudios/universidad/quimica/los-20-aminoacidos-naturales-o-estandar/

1.2.             ÁCIDOS NUCLEICOS

Los Ácidos Nucleicos son las biomoléculas portadoras de la información genética. Son biopolímeros, de elevado peso molecular, formados por otras subunidades estructurales o monómeros, denominados Nucleótidos.

De acuerdo a la composición química, los ácidos nucleicos se clasifican en Ácidos Desoxirribonucleicos (ADN) que se encuentran residiendo en el núcleo celular y algunos organelos, y en Ácidos Ribonucleicos (ARN) que actúan en el citoplasma.

NUCLEÓSIDOS Y NUCLEÓTIDOS

Las unidades que forman los ácidos nucleicos son los nucleótidos. Cada nucleótido es una molécula compuesta por la unión de tres unidades: un monosacárido de cinco carbonos (una pentosa, ribosa en el ARN y desoxirribosa en el ADN), una base nitrogenada purínica (adenina, guanina) o pirimidínica (citosina, timina o uracilo) y un grupo fosfato (ácido fosfórico). Tanto la base nitrogenada como los grupos fosfato están unidos a la pentosa.

La unidad formada por el enlace de la pentosa y de la base nitrogenada se denomina nucleósido. El conjunto formado por un nucleósido y uno o varios grupos fosfato unidos al carbono 5' de la pentosa recibe el nombre de nucleótido. Se denomina nucleótido-monofosfato (como el AMP) cuando hay un solo grupo fosfato, nucleótido-difosfato (como el ADP) si lleva dos y nucleótido-trifosfato (como el ATP) si lleva tres.

LISTADO DE LAS BASES NITROGENADAS

Las bases nitrogenadas conocidas son:

Adenina, presente en ADN y ARN

Guanina, presente en ADN y ARN

Citosina, presente en ADN y ARN

Timina, presente exclusivamente en el ADN

Uracilo, presente exclusivamente en el ARN

Estructura química de la adenina.
Estructura química de la guanina.

Estructura química de la citosina.

Estructura química de la timina.

Estructura química del uracilo.

Estructura química de la ribosa.

Estructura química delácido fosfórico.

CARACTERÍSTICAS DEL ADN

El ADN es bicatenario, está constituido por dos cadenas polinucleotídicas unidas entre sí en toda su longitud. Esta doble cadena puede disponerse en forma lineal (ADN del núcleo de las células eucarióticas) o en forma circular (ADN de las células procarióticas, así como de las mitocondrias y cloroplastos eucarióticos). La molécula de ADN porta la información necesaria para el desarrollo de las características biológicas de un individuo y contiene los mensajes e instrucciones para que las células realicen sus funciones. Dependiendo de la composición del ADN (refiriéndose a composición como la secuencia particular de bases), puede desnaturalizarse o romperse los puentes de hidrógenos entre bases pasando a ADN de cadena simple o ADNsc abreviadamente.

Excepcionalmente, el ADN de algunos virus es monocatenario.

ESTRUCTURAS ADN
Estructura primaria. Una cadena de desoxirribonucleótidos (monocatenario) es decir, está formado por un solo polinucleótido, sin cadena complementaria. No es funcional, excepto en algunos virus.

Estructura secundaria. Doble hélice, estructura bicatenaria, dos cadenas de nucleótidos complementarias, antiparalelas, unidas entre sí por medio de las bases nitrogenadas por medio de puentes de hidrógeno. Está enrollada helicoidalmente en torno a un eje imaginario. Hay tres tipos:

Doble hélice A, con giro dextrógiro, pero las vueltas se encuentran en un plano inclinado (ADN no codificante).

Doble hélice B, con giro dextrógiro, vueltas perpendiculares (ADN funcional).

Doble hélice Z, con giro levógiro, vueltas perpendiculares (no funcional); se encuentra presente en los parvovirus.

3.5.    FUNCIONES CELULARES
3.5.1.    Nutrición celular

La nutrición es un proceso en el que los seres vivos toman los alimentos, los convierten en nutrientes  y los absorben para tomar la energía necesaria para vivir.

La nutrición puede ser autrótrofa y heterótrofa. El prefijo auto significa uno mismo yhetero significa diferente, otro.  Según esto podemos deducir que la nutrición autrótrofa es aquella que realiza un organismo por si mismo (toma lo que necesita de las sustancias inorgánicas), es decir que no necesita alimentarse de otro ser vivo. Por ejemplo las plantas fabrican su propio alimento cuando toman los nutrientes del suelo, absorben el agua y toman la luz del sol y la transforman en nutrientes por medio de un proceso llamado fotosíntesis (de esto hablaremos más adelante). Existen otros organismos que también son autótrofos como algunas bacterias y las algas.

Los organismos heterótrofos son aquellos que se alimentan tomando los nutrientes de otros seres vivos, en este grupo se encuentran los animales y hongos, también algunas bacterias.

Ahora vamos a hablar de cómo toman los nutrientes las células.

Como ya tratamos anteriormente sabes que las células son la unidad estructural de los seres vivos, son aquellas que se unen una a una para formar todo nuestro cuerpo. Cada célula tiene organelos que cumplen funciones diferentes,  para la nutrición utiliza los lisosomas.

Puede ocurrir de dos formas eso depende del tamaño de las partículas que ingresan a la célula. Cuando las partículas son muy pequeñas ocurre la difusión y la ósmosis.

3.5.1.1.     LA ÓSMOSIS:Ocurre cuando hay movimiento de agua del interior hacia el exterior de ella y viceversa. Generalmente ocurre del lugar donde hay mayor concentración de agua al lugar donde hay menor concentración de agua.

Si a ambos lados de una membrana semipermeable se ponen dos disoluciones de concentracióndiferente el agua pasa desde la más diluida a la más concentrada. Este proceso se denomina ósmosis y la presión necesaria para contrarrestar el paso del agua se llama presión osmótica.

La ósmosis se debe a que la membrana semipermeable impide el paso del soluto del medio más concentrado al menos concentrado, pero si puede pasar el disolvente, el agua, en la mayoría de los casos, en sentido inverso. Si se trata de un compartimento cerrado, este aumento de la cantidad de disolvente a un lado de la membrana semipermeable es el responsable de la presión osmótica.

Al medio que tiene una mayor concentración en partículas que no pueden atravesar la membrana (soluto), se le denomina hipertónico, mientras que al menos concentrado en solutos se le llama hipotónico. Si dos disoluciones ejercen la misma presión osmótica, por tener la misma concentración de partículas que no se pueden difundir a ambos lados de la membrana semipermeable, diremos que son isotónicas. Es de destacar que podemos tener dos disoluciones diferentes a ambos lados de una membrana semipermeable y, sin embargo, ambas ser isotónicas entre sí.

Así, por ejemplo, si a un lado de una membrana semipermeable tenemos una disolución 0,1 molal  de glucosa y al otro lado una disolución 0,1 molal de fructosa, ambas disoluciones son diferentes, pero como tienen el mismo número de partículas de soluto por unidad de volumen, ambas ejercerán la misma presión osmótica.

LAS CÉLULAS Y LA PRESIÓN OSMÓTICA

El interior de la célula es una compleja disolución que, normalmente, difiere del medio extracelular. La membrana de la célula, membrana plasmática, se comporta como una membrana semipermeable.

Cuando una célula se encuentra en un medio hipertónico, el hialoplasma y el interior de los orgánulos formados por membranas, por ejemplo: las vacuolas de las células vegetales, pierden agua, produciéndose la plasmólisis del contenido celular. Por el contrario, si la célula se introduce en una disolución hipotónica se producirá una penetración del disolvente y la célula se hinchará: turgencia o turgescencia. En las células vegetales la turgencia no suele presentar un grave problema pues están protegidas por una gruesa pared celular. En las células animales la turgencia puede acarrear la rotura de la membrana plasmática. Así, los glóbulos rojos introducidos en agua destilada primero se hinchan y después explotan (hemolisis) liberando el contenido celular

 Existe otra forma de nutrición cuando las partículas son grandes y recibe el nombre de ENDOCITOSIS (el prefijo endo significa internamente) y puede ser de dos tipos pinocitosis y fagocitosis.

3.5.1.2.    LA DIFUSIÓN: se refiere al paso de partículas de un lado a otro y siempre ocurre cuando hay más partículas en un lado y menos en otro. Por ejemplo cuando en la célula casi no hay sales pasan las partículas a su interior y si por el contrario hay más sales dentro de la célula entonces sale de ella.

Difusión simple

Las pequeñas moléculas no polares tienen la capacidad de difundir fácilmente a través de las membranas. En general, su pasaje se ve favorecido cuanto menor sea la molécula y mayor su liposolubilidad. Pasan por difusión simple a través de la membrana los gases como el O2, el CO2, CO y otras moléculas liposolubles y pequeñas como el benceno.

Las moléculas hidrofílicas pequeñas pueden difundir de esta manera siempre y cuando no presenten carga. De esta manera pasan el metanol, el etanol y el glicerol.

Difusión Facilitada

Este tipo de pasaje, como señaláramos en un principio, se realiza siempre a favor del gradiente electroquímico. A diferencia de la difusión simple, en la difusión facilitada intervendrán proteínas de membrana que mediatizarán el pasaje. Estas proteínas transportadoras pueden clasificarse en dos: los canales iónicos y las permeasas.

Debe de tenerse en cuenta que la velocidad con que una molécula atraviese la membrana plasmática por difusión facilitada, se verá directamente relacionada con la cantidad de transportadores que se encuentren en ella. Cuando todos los transportadores estén funcionando al máximo, se alcanzará una velocidad tope, conocida como Velocidad Máxima de Difusión, donde el sistema se verá saturado.

Difusión Facilitada a por medio de canales iónicos Las proteínas que se encuentran en este grupo recorren todo el espesor de la membrana plasmática y en su interior poseen un canal o poro de características hidrofílicas. Este poro permite, de manera selectiva, el pasaje de iones a través de la membrana.

La importancia de estos canales se ve aumentada mediante la capacidad de regulación en los procesos de apertura y cierre de los mismos, existiendo canales que permanecen siempre abiertos, mientras que otros se abren y cierran dependiendo de señales químicas, mecánicas o eléctricas. Para brindar un ejemplo, el mecanismo de excitación neuronal y la interconexión entre las distintas neuronas, se vería imposibilitada sin la capacidad de regular el accionar de ciertos canales iónicos como el del Sodio o el del Potasio.

 FAGOCITOSIS:

 ocurre cuando las partículas ingeridas son muy grandes. Por ejemplo las células que defienden al organismo de los elementos extraños los envuelven con su membrana celular y los lisosomas los digieren como hace nuestro estómago con las alimentos que ingerimos. Como puedes observar el organismo extraño llega a la membrana y ésta la envuelve formando una vacuola que luego será digerida por los lisosomas de la célula.

PINOCITOSIS: La linfocitosis es la entrada de líquido al interior de la célula y ocurre igual que el proceso de fagocitosis, pero en lugar de un organismo extraño, la membrana se pliega y deja que entre el fluido, luego se forma la vesícula.

 EXOCITOSIS: Como ya sabes en el proceso de digestión hay ingreso de alimentos pero también hay expulsión de desechos, la célula de igual forma cumple con este proceso que se llama exocitosis, que es la expulsión de sustancias que la célula no necesita. Es el proceso contrario a la fagocitosis y la pinocitosis. Aquí, en el interior de la célula hay una vesícula con las partículas que la célula no necesita, luego se une con la membrana celular, se abre la vesícula y salen las partículas.

3.5.1.3.    TRANSPORTE ACTIVO

Es un mecanismo que permite a la célula transportar sustancias disueltas a través de su membrana desde regiones de menor concentración a otras de mayor concentración. Es un proceso que requiere energía, llamado también producto activo debido al movimiento absorbente de partículas que es un proceso de energía para requerir que mueva el material a través de una membrana de la célula y sube el gradiente de la concentración. La célula utiliza transporte activo en tres situaciones:

    cuando una partícula va de punto bajo a la alta concentración.

    cuando las partículas necesitan la ayuda que entra en la membrana porque son selectivamente impermeables.

    cuando las partículas muy grandes incorporan y salen de la célula.

En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un gradiente de H+ (potencial electroquímico de protones) previamente creado a ambos lados de la membrana, por procesos de respiración y fotosíntesis; por hidrólisis de ATP mediante ATP hidrolasas de membrana. El transporte activo varía la concentración intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmótico de rebalanceo por hidratación. Los sistemas de transporte activo son los más abundantes entre las bacterias, y se han seleccionado evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoría de los procariotas se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja concentración de nutrientes.

Los sistemas de transporte activo están basados en permeasas específicas e inducibles. El modo en que se acopla la energía metabólica con el transporte del soluto aún no está dilucidado, pero en general se maneja la hipótesis de que las permeasas, una vez captado el sustrato con gran afinidad, experimentan un cambio conformacional dependiente de energía que les hace perder dicha afinidad, lo que supone la liberación de la sustancia al interior celular.

El transporte activo de moléculas a través de la membrana celular se realiza en dirección ascendente o en contra de un gradiente de concentración (Gradiente químico) o en contra un gradiente eléctrico de presión (gradiente electroquímico), es decir, es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado. Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energía procedente del ATP. Las proteínas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa, que significa que pueden escindir el ATP (AdenosinTri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con liberación de energía de los enlaces fosfato de alta energía. Comúnmente se observan tres tipos de transportadores:

    Uniportadores: son proteínas que transportan una molécula en un solo sentido a través de la membrana.

    Antiportadores: incluyen proteínas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultáneamente transportan otra en sentido opuesto.

    Simportadores: son proteínas que transportan una sustancia junto con otra, frecuentemente un protón (H+).

Transporte activo primario: Bomba de sodio y potasio

 Se encuentra en todas las células del organismo, en cada ciclo consume una molécula de ATP y es la encargada de transportar 2iones de potasio que logran ingresar a la célula, al mismo tiempo bombea 3 iones sodio desde el interior hacia el exterior de la célula (exoplasma), ya que químicamente tanto el sodio como el potasio poseen cargas positivas. El resultado es ingreso de 2 iones potasio (Ingreso de 2 cargas positivas) y egreso de 3 iones sodio (Egreso de 3 cargas positivas), esto da como resultado una pérdida de la electropositividad interna de la célula, lo que convierte a su medio interno en un medio "electronegativo con respecto al medio extracelular". En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo-descanso. Participa activamente en el impulso nervioso, ya que a través de ella se vuelve al estado de reposo.

Transporte activo secundario o cotransporte

Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoácidos y la glucosa, cuya energía requerida para el transporte deriva del gradiente de concentración de los iones sodio de la membrana celular (como el gradiente producido por el sistema glucosa/sodio del intestino delgado).

    Intercambiador calcio-sodio: Es una proteína de la membrana celular de todas las células eucariotas. Su función consiste en transportar calcio iónico (Ca2+) hacia el exterior de la célula empleando para ello el gradiente de sodio; su finalidad es mantener la baja concentración de Ca2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio externo. Por cada catión Ca2+expulsado por el intercambiador al medio extracelular penetran tres cationes Na+ al interior celular.1 Se sabe que las variaciones en la concentración intracelular del Ca2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a diversos estímulos y están involucradas en procesos como la contracción muscular, la expresión genética, la diferenciación celular, la secreción, y varias funciones de lasneuronas. Dada la variedad de procesos metabólicos regulados por el Ca2+, un aumento de la concentración de Ca2+ en el citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos. Si el aumento de la concentración de Ca2+ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un décimo de la del medio externo, el trastorno metabólico producido conduce a la muerte celular. El calcio es el mineral más abundante del organismo, además de cumplir múltiples funciones.

3.5.2.    FUNCIÓN DE RELACIÓN CELULAR

Las células responden a los estímulos que reciben del medio que las rodea. Las respuestas más comunes a estos estímulos son: contractilidad, conductividad, sensibilidad (irritabilidad) y movimiento (locomoción).

 -CONTRACTILIDAD

Capacidad de las células para contraerse y cambiar de forma. Ejemplo: células musculares.

-CONDUCTIVIDAD

Facultad que tienen algunas células, como las neuronas, de permitir el pasaje de una corriente eléctrica a través de sí.

-SENSIBILIDAD

Capacidad de las células para reaccionar ante estímulos externos y/o internos. Algunas células reaccionan ante cambios lumínicos, de temperatura, de presión, de humedad, de gravedad y ante variaciones en la acidez o alcalinidad del medio (pH). Un tropismo es la respuesta producida por un vegetal frente a un estímulo externo. El tropismo es positivo cuando la planta crece hacia el estímulo, y negativo si lo hace en dirección contraria. Al crecer, la planta se dirige hacia la luz (fototropismo positivo) y se aleja de la tierra (geotropismo negativo). En los animales la irritabilidad se manifiesta a través de taxismos, que son movimientos direccionados frente a un estímulo. El taxismo es positivo o negativo si el movimiento se acerca o se aleja del estímulo, respectivamente.

Los organismos unicelulares presentan fototaxismos en relación a la luz, quimiotaxismos en relación a sustancias químicas y geotaxismos en relación a la gravedad. En individuos pluricelulares existen células que se encargan de detectar determinados estímulos. Las respuestas obtenidas son más complejas y dependen del grado de complejidad del animal. Cuanto más complejo es el individuo más elaborada será su respuesta. Cuando un vertebrado se enfrenta a una situación de estrés o peligro produce una sustancia llamada adrenalina. La adrenalina llega hasta receptores específicos en las células musculares que responden estimulando una serie de reacciones metabólicas que producen la oxidación o ruptura de la molécula de glucógeno y finalmente de glucosa, con lo cual el individuo obtiene la energía necesaria para realizar la contracción muscular y poder huir o reaccionar rápidamente.

-MOVIMIENTO

Algunas células pueden moverse mediante contracción, pseudópodos, cilios y flagelos.

Contracción: muchos organismos unicelulares poseen la capacidad de trasladarse de un lugar a otro mediante simples contracciones de la célula, como Plasmodiumsp.

Pseudópodos: son proyecciones de la membrana plasmática. La célula ejerce desplazamientos ameboides producidos por movimientos del citoplasma, como los glóbulos blancos y las amebas. Estos pseudópodos también son utilizados por organismos unicelulares para alimentarse, rodeando a las partículas hasta encerrarlas en una vacuola.

Cilios y flagelos: son movimientos vibrátiles utilizados por células que tienen cilios (Paramecio) y flagelos (espermatozoides, Trypanosoma). Estas estructuras permiten la locomoción en medios líquidos. Los cilios y flagelos son proyecciones del citoesqueleto limitadas por una membrana que es continuación de la membrana plasmática. Los cilios adoptan vibraciones sincronizadas que permiten el movimiento de la célula. El flagelo adopta movimientos ondulatorios y giratorios.

Funciones de relación

3.5.3.    REPRODUCCION CELULAR

http://www.youtube.com/watch?v=f9TA7-sypXs
http://www.youtube.com/watch?v=395B4JZg6I0