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INTRODUCCION A LA BIOLOGIA

CELULAR Y MOLECULAR

- Componentes qumicos de la clula -

Un poco de qumica

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Un poco de qumica

El 99% del peso de una clulacorresponde a C, H, N y O.

La sustancia ms abundante de la clulaes el agua (70% de su peso). Ensegundo lugar se encuentran loscompuestos de carbono.

Ciertas combinaciones simples detomos como los grupos metilo CH3,hidroxilo OH, carboxilo y amino NH2 seencuentran en las molculas biolgicas.

Todas las molculas biolgicas sesintetizan a partir de los mismoscompuestos simples y se degradan aestos mismos compuestos.

Abundancia relativa de los elementos qumicosencontrados en la corteza terrestre, comparadocon la encontrada en los tejidos de losorganismos vivos.

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Las clulas presentan cuatro familiasde molculas orgnicas pequeas:Los azucares simples, los cidosgrasos, los aminocidos y losnucletidos.

Toda materia viva est compuestapor agua, iones inorgnicos, granvariedad de molculas pequeas ymaromolculas.

El agua

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Los azcares son las molculas alimenticias de la clula

Frmula general de los monosacridos:

(CH2O)n, donde es un nmero entero

comprendido entre 3 y 7.

La glucosa es el principal compuesto

alimenticio de muchas clulas. Por medio de

reacciones oxidativas se genera CO2 y H2O

a partir de esta hexosa: C6H12O6 + 6O26CO2 + 6H2O + energa

En esta degradacin se genera energa y

poder reductor que son transportados por

dos molculas involucradas en la mayora

de las reacciones biosintticas, denominadas

ATP y NADH, respectivamente.

Estructura de la glucosa; a) Forma de cadenaabierta de la glucosa, que est en equilibrio conla forma cclica o de anillo, ms estable que semuestra en B. C y D son modelos de espaciolleno y de bolas y varillas, respectivamente, deesta forma cclica (-D-glucosa). La forma desilla E es un representacin alternativa que seutiliza frecuentemente debido a que refleja deuna forma ms exacta la estructura del azucar.

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Once disacridos formados por dos unidades deD-Glucosa. Aunque se diferencian nicamentepor el tipo de enlace entre las dos unidades deglucosa, son qumicamene diferentes.

Los polisacridos simples,compuestos slo por residuos deglucosa son utilizados por lasclulas para almacenar energa.Glucgeno en las clulas animales,Almidn en las clulas vegetales.Otros comuestos estructuralescomo la celulosa estn formadospor polisacridos sencillos. Enotras estructuras, molculas deazcares se encuentran unidascovalentemente a protenas,formando glucoprotenas, o alpidos, formando glucolpidos.

Almidn y Glucgeno

Celulosa

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cido palmtico: El grupo cidocarboxlico (en rojo) estrepresentado en formaionizada. En el centro serepresenta un modelo de bolasy varillas y a la derecha unmodelo tridimensional deespacio lleno.

Los cidos grasos presentan dos regionescaractersticas: una larga cadena hidrocarbonadahidrofbica y un grupo de cido carboxlico, ionizadoen solucin (COO-), hidroflico y que potencialmentepuede reaccionar con un grupo hidroxilo o un grupoamino de otra molcula formando steres y amidas.

El gran nmero de cidos grasos distintos sediferencian en caractersticas qumicas tales como lalongitud de la cadena hidrocarbonada y en el nmeroy la posicin de los dobles enlaces carbono-carbonoque contienen.

Acidos grasos

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Los cidos grasos son una importante fuente dealimento, en su degradacin producen, por unidad depeso, ms del doble de energa til que la glucosa. Sealmacenan en el citoplasma en forma detriacilglicridos.

Acidos grasos

Una de las funciones ms importantes de loscidos grasos reside en su participacin comoconstituyentes de las membranas celulares.

En los fosfolpidos, componentesde las membranas celulares, elglicerol est unido a doscadenas de cido graso. El lugarrestante del glicerol estacoplado a un grupo fosfato quea su vez se encuentra unido aun compuesto hidroflico comola etanolamina, colina o serina.

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En la sntesis de protenas, que son largos polmeros linealesde aminocidos unidos cabeza-cola mediante un enlacedenominado peptdico entre el grupo carboxilo de un aa y elgrupo amino del aa siguiente. La clula utiliza una batera de20 aminocidos que difieren entre s por la carga unida alcarbono (alfa). Estos 20 aa constituyen todas las protenas,incluidas las producidas por las bacterias, las plantas y losanimales. Las cadenas laterales de los diferentes aadeterminan las propiedades bioqumicas de las protenas yconforman la base de su funcin.

Todos losaminocidos poseenun grupo cidocarboxilo y un grupoamino, unidos almismo tomo decarbono.

Aminocidos (aa): conformacin de las protenas

Las cadenas lateralesde los aa unidas alcarbono alfa sondependientes del pH.

Aminocidos

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Composicin de los nucletidos: bases nitrogenadas, un azcarde cinco carbonos (ribosa o desoxirribosa) y un grupo fosfato.

Las bases nitrogenadas pueden ser pirimidinas (Citosina C,Timina T y Uracilo U), ya que derivan de un anillo depirimidina hexagonal; y purinas (Guanina G y Adenina A),compuestas por un segundo anillo pentamrico unido alanillo hexamrico.

Los nucletidos conforman las subunidades del ADN y el ARN

Transporte de energa ATP, GTP

Vas de sealizacin AMPc, GMPc

Almacenamiento de la informacin gentica: losnucletidos conforman los cidos nucleicos por medio deenlaces fosfodiester entre los carbonos 5y 3.

Nucletidos

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Sntesis de polinucletidos.

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Los organismos vivos mantienen un alto grado de orden. La generacin del orden en el interior de las clulas se produce a expensas de la degradacin de combustible energtico.

Segunda ley de la termodinmica: la cantidad de desorden en el universo siempre debe aumentar.

Orden biolgico

Una reaccin qumica slo puede ocurrir espontneamente si aumenta eldesorden en el universo. La energia libre G se define de manera que los cambiosen su valor, indicado por G, miden la cantidad de desorden creado en eluniverso cuando tiene lugar una reaccin.

Las reacciones energticamente favorables son aquellas que liberan una grancantidad de energa libre, las que presentan un valor de G negativo elevado ypor lo tanto generan mucho desorden.

Las reacciones energticamente desfavorables (G positivo) slo se producen sirestn acopladas a una reaccin favorable de forma que el valor de G sigasiendo negativo.

Orden biolgico

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La combustin de los materiales alimenticios en una clula convierte lostomos de C y de H de las molculas orgnicas (en las que se hallan enun estado relativamente rico en electrones, reducido) en CO2 y H2O,compuestos en los que el C y el H han cedido electrones y se encuentrantotalmente oxidados. Esta transformacin es energticamente favorable.

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Las enzimas son catalizadores biolgicos. Aceleran las reacciones (1014 veces) reduciendo la energa de activacin de un cambio

qumico especfico.

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METABOLISMO

ANABOLICO

CATABOLICO

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Energa