La naturaleza básica de la vida

La biología es la ciencia que estudia la vida, por lo tanto, estudia los seres vivos en todas sus formas y niveles, desde los seres unicelulares a los pluricelulares, desde los microscópicos a los macroscópicos, desde las células a las asociaciones de seres vivos.

Características de los seres vivosLos seres vivos son los que son capaces de realizar las funciones vitales:

La nutrición es el conjunto de procesos mediante los cuales un organismo intercambia materia y energía con el medio que le rodea. Todos los seres vivos necesitan materia para construir y renovar sus estructuras, y energía para realizar sus actividades vitales. Las sustancias químicas que los seres vivos toman del medio y que transforman en su interior en materia y energía se denominan nutrientes.

La relación es la capacidad de captar estímulos del exterior y emitir respuestas adecuadas a los mismos. Fundamental para adaptarse al medio y para sobrevivir. Sin esta función, los seres vivos serían incapaces de nutrirse y de reproducirse.

La reproducción es la capacidad de originar nuevos individuos, iguales o muy parecidos a los progenitores. Es el fenómeno mediante el cual los seres vivos producen, a expensas de su propio organismo, células o grupos de células que, al separarse de este, se convierten, directa o indirectamente, en nuevos individuos.

Los niveles de organización:Los seres vivos son muy complejos. Su complejidad afecta, entre otros

aspectos, a las moléculas que los componen y a cómo se organizan éstas en asociaciones macromoleculares para formar las diferentes estructuras de los seres vivos

Al observar la materia viva se pueden distinguir varios grados de complejidad estructural, que son los denominados niveles de organización. Cada uno de ellos proporciona unas propiedades a la materia viva que no se encuentran en los niveles inferiores. Los sietes niveles de organización son: el nivel subatómico, el nivel atómico, el nivel molecular, el nivel celular, el nivel pluricelular, el nivel de población y el nivel de ecosistema. Los niveles subatómico, atómico y molecular son niveles de organización abióticos, es decir, niveles de materia que también existen en los seres inanimados. Los restantes niveles son de tipo biótico, puesto que ya son exclusivos de los seres vivos.

El nivel subatómico lo integran las partículas más pequeñas de la materia, como son los protones, los neutrones y los electrones.

El nivel atómico los componen los átomos. Éstos son la parte más pequeña de un elemento químico que puede intervenir en una reacción (C, O, H, etc).

El nivel molecular está formado por las moléculas, que se definen como unidades materiales formadas por la unión, mediante enlaces químicos, de dos o más átomos, como, por ejemplo, una molécula de oxígeno (O2), una de carbonato cálcico (CaCO3), etc. A las moléculas que forman la materia viva se las llama biomoléculas o principios inmediatos, como, por ejemplo, la glucosa.

El nivel celular comprende las células. La célula es una estructura constituida por tres elementos básicos: membrana plasmática, citoplasma y material genético, que tiene la capacidad de realizar las tres funciones vitales. Se distinguen dos tipos de células: las células procariotas y las eucariotas.

Las células procariotas son las que carecen de envoltura nuclear. En ellas, por lo tanto, la información genética se halla dispersa en el citoplasma, generalmente más o menos condensada en una región denominada nucleoide.

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Las células eucariotas son las que tienen la información genética rodeada por una envoltura nuclear, constituyendo un núcleo bien diferenciado.

Los organismos unicelulares se componen de sólo una célula, que debe desarrollar todas las funciones vitales. Son organismos unicelulares procariotas las bacterias y las arqueobacterias, mientras que son organismos unicelulares eucariotas los protozoos, las algas y hongos unicelulares. En ocasiones, los organismos unicelulares se asocian formando colonias, pero éstas no se incluyen en el siguiente nivel, el pluricelular, ya que cada célula sigue realizando individualmente todas las funciones. Todas las células de la colonia son similares y mantienen su independencia aunque puede existir cierta distribución de funciones.

El nivel pluricelular abarca aquellos seres vivos que están constituidos por más de una célula. Están formados por un conjunto de células originadas por proliferación de una primera célula, el cigoto o célula huevo. Todas las células descendientes poseen la misma información genética, es decir, reciben copias idénticas de las moléculas de ADN de la célula huevo pero, aunque en un principio son iguales, pronto inician un proceso de diferenciación que da origen a distintos tipos celulares. Dentro de este nivel también pueden distinguirse varios grados de complejidad o subniveles: los tejidos, los órganos, los sistemas y los aparatos. Los tejidos son conjuntos de células especializadas muy parecidas, que realizan la misma función y que tienen un mismo origen. Cuando un organismo pluricelular sólo tiene un tipo de células, se dice que tiene estructura de talo, como ocurre en las algas pluricelulares y los hongos pluricelulares.Los órganos son las unidades estructurales y funcionales de los seres vivos superiores. Los órganos están constituidos por varios tejidos diferentes y realizan un acto concreto. Por ejemplo, el corazón está formado por tejido muscular, epitelial y nervioso y se encarga de bombear la sangre en la circulación sanguínea.Los sistemas son conjuntos de órganos parecidos, ya que están formados por los mismos tejidos, pero que realizan actos que pueden ser completamente independientes. Por ejemplo, en el sistema muscular hay músculos que mueven la cabeza, otros que mueven los brazos, etc. Otros sistemas son el óseo, el nervioso y el endocrino.Los aparatos son conjuntos de órganos que pueden ser muy diferentes entre sí, pero cuyos actos están coordinados para constituir lo que se llama una función. Por ejemplo, el aparato digestivo está formado por órganos tan diferentes como los dientes, la lengua, el estómago, etc. y todos coordinados realizan la función de la digestión.

Nivel de población. Se entiende por población el conjunto de individuos de la misma especie que viven en una misma zona y en un momento determinado; por ejemplo una población de conejos que habita en un monte de una localidad determinada.

Nivel de ecosistema. Un ecosistema es el conjunto de los seres

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vivos y factores ambientales que podemos encontrar en una zona determinada, así como las relaciones e influencias que todos los elementos establecen entre sí. El conjunto de ecosistemas de toda la Tierra o biosfera puede ser considerado como el nivel más complejo de organización de los seres vivos.

COMPONENTES DE LOS SERES VIVOS Bioelementos

Los bioelementos son los elementos químicos que forman parte de la materia viva. En ella se pueden encontrar aislados o formando moléculas. En cualquier ser vivo se pueden encontrar alrededor de setenta elementos químicos, pero no todos son indispensables y comunes a todos los organismos. Solamente unos 25 se encuentran de forma permanente en los seres vivos. Se pueden clasificar en:

1. Bioelementos o elementos biogénicos mayoritarios. Son los que se encuentran siempre presentes en la materia viva. A su vez, se pueden distinguir:

Los bioelementos primarios aparecen en una proporción media del 96,2% en la materia viva, y son C, H, O, N, P y S.. Son necesarios para la constitución de las moléculas de la materia viva. Se llaman primarios porque son indispensables para la formación de las biomoléculas orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos), que son las moléculas que constituyen todos los seres vivos.

Los bioelementos secundarios aparecen en la materia viva en una proporción del 3,3%. Los principales son Ca, Na, K, Mg y Cl. Desempeñan funciones de vital importancia en la fisiología celular.

2. Los oligoelementos aparecen en la materia viva en una proporción inferior al 0,1% debido a que su función no es estructural, sino catalizadora.

Oligoelementos esenciales. Son esenciales para la vida. Los principales son el Fe, I, F, Zn, B, V, Cu, Cr, Co, Mn, Mo, Se, Si, Sn. A pesar de encontrarse en cantidades muy pequeñas son indispensables para el buen funcionamiento de los seres vivos.

Oligoelementos no esenciales. El resto de los elementos químicos. Al, Ni

Biomoléculas y principios inmediatos Los bioelementos se combinan entre sí para formar biomoléculas que

aparecen siempre en la materia viva, y que pueden aislarse e identificarse mediante técnicas de análisis.

Las biomoléculas o principios inmediatos se clasifican en dos grupos:1.- Biomoléculas o principios inmediatos inorgánicos: son los que además de

encontrarse en los seres vivos, también se encuentran en la materia inerte. Son el agua y las sales minerales.

1.- Biomoléculas o principios inmediatos orgánicos: son sustancias que se hallan exclusivamente en los seres vivos o como resultado de su actividad, cuyo elemento químico principal y mayoritario es el carbono. Son los siguientes: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

El aguaEl agua es la sustancia química más abundante en la materia viva, la cantidad de

agua varía mucho de un organismo a otro, como término medio, puede decirse que el 75% del cuerpo de los seres vivos está formado por agua. En el hombre representa el 63% de su peso, en las algas el 95%, en las semillas el 10%, etc.

La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno unidos por enlaces covalentes simples.

Es eléctricamente neutra, aunque sus átomos tienen diferentes valores de electronegatividad o capacidad de atraer a los electrones.

En la molécula de agua, H2O, los átomos de hidrógeno y el de oxígeno se disponen en el espacio formando un ángulo de 105º, cuyo vértice es el oxígeno. El

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oxígeno (elemento más electronegativo) consigue que los electrones del enlace estén más cerca de él que del hidrógeno durante más tiempo. Este desplazamiento da lugar a un exceso de carga negativa sobre el átomo de oxígeno y un exceso de carga positiva sobre los dos átomos de hidrógeno; este exceso recibe el nombre de densidad de carga. Por lo que en la molécula aparece un polo negativo, donde está el átomo de oxígeno, debido a la mayor densidad electrónica, y dos polos positivos, donde están los dos núcleos de hidrógeno, debido a la menor densidad electrónica. Las moléculas de agua son dipolos y adquiere carácter polar.

Debido a su carácter polar, las moléculas de agua pueden interaccionar entre sí, mediante atracciones electrostáticas, estableciendo enlaces o puentes de hidrógeno.

Estos enlaces a pesar de ser muy débiles, son muy importantes en las reacciones que tienen lugar en los seres vivos, y son los responsables de algunas de las propiedades y funciones del agua, como:1.- Acción disolvente: El agua es el líquido que más sustancia disuelve, lo que le ha valido el calificativo de disolvente universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias polares (grupos -OH de alcoholes y azúcares, grupos -NH2 de aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos, etc.), pues se disuelven cuando interacionan con las moléculas polares del agua.

La capacidad disolvente es responsable de dos importantes funciones que el agua posee en los seres vivos:

. Es el medio donde transcurre la mayoría de las reacciones del metabolismo

. El aporte de nutrientes y la eliminación de los productos de desecho se realizan a través de sistemas de transporte acuosos (la sangre en los animales y la savia en las plantas) donde se disuelven previamente todas estas sustancias.2.- Elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas: Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible.

Al no poder comprimirse llega a actuar como esqueleto hidrostático en algunos animales invertebrados como, por ejemplo, ciertos gusanos perforadores que son capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos; del mismo modo permite la turgencia de las plantas.

Gracias a esta propiedad, el agua desempeña una función mecánica amortiguadora (los vertebrados poseen en sus articulaciones bolsas de líquido sinovial que evita el roce entre los huesos).

También realiza una función estructural: el volumen y forma de las células que carecen de membrana rígida se mantienen gracias a la presión que ejerce el agua interna.3.- Elevada fuerza de adhesión: Esta fuerza está también relacionada con los puentes de hidrógeno que se establecen entre las moléculas de agua y otras moléculas polares y es responsable, junto con la cohesión, del llamado fenómeno de la capilaridad. Las moléculas de agua tienen gran capacidad de adherirse a las paredes de conductos de diámetros pequeños, ascendiendo en contra de la acción de la gravedad. Columnas estrechas de agua se extiendan desde las raíces hasta las hojas.4.- Gran calor específico: El calor específico es la cantidad de calor que es necesario comunicar a un gramo de una sustancia para aumentar su temperatura en 1 ºC.

Las moléculas de agua pueden absorber gran cantidad de calor sin elevar notablemente por ello su temperatura.

Tienen función termorreguladora.5.- Elevado calor latente de vaporización: El agua absorbe mucho calor al evaporarse. 6.- Densidad: El agua permanece líquida en un amplio margen de temperaturas, entre 0 y 100ºC, que son los más adecuados para los procesos biológicos. El agua es más densa en estado líquido que en estado sólido. Gracias a esta propiedad del agua los

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lagos, ríos y mares comienzan a congelarse desde la superficie hacia abajo, y es esta costra de hielo superficial lo que sirve de abrigo a los seres que viven en las aguas, pues aunque la temperatura ambiental sea extremadamente baja (-50 ó -60ºC), mientras el agua de la superficie se transforme en hielo, mantiene constante su temperatura en 0ºC, y el agua del fondo queda protegida térmicamente del exterior, pudiendo alcanzar los 4 ó 5ºC, que son suficientes para la supervivencia de ciertas especies.

Las sales mineralesLas sales minerales son moléculas presentes en todos los seres vivos que se

encuentran disueltas (sales solubles, presentes en todos los seres vivos) o en estado sólido (precipitadas, que solo las poseen determinados grupos de seres vivos) y que también pueden asociarse a otras moléculas orgánicas.

Sales insolubles (precipitadas ): Forman estructuras sólidas que suelen cumplir funciones de protección y sostén como, por ejemplo: caparazones de carbonato cálcico (CaCO3) de crustáceos y moluscos o caparazones silíceos (SiO2) de radiolarios y diatomeas (algas unicelulares). El esqueleto interno de vertebrados, cuya parte mineral está formada por la asociación de varios compuestos minerales (fosfatos, cloruro, fluoruro y carbonatos de calcio)(fosfato tricálcico Ca3(PO4)2). El fluoruro de calcio, que se encuentra también en el esmalte de los dientes.

Sales solubles : Se encuentran en forma de soluciones iónicas. Los iones más importantes por su abundancia son los siguientes:

- Cationes: Na+, K+, Ca++, Mg++, NH4+, Fe+2, Fe+3.

- Aniones: Cl-, SO4, CO3

, CO3H-, PO4.

Las sales minerales hidrosolubles, a través de sus iones, cumplen diversas funciones de tipo general, colaborando en el mantenimiento de la homeostasis o equilibrio del medio interno (regulación del pH)

Monómeros y polímeros:En los principios inmediatos orgánicos se da con frecuencia el fenómeno de la

polimerización. Ello quiere decir que un determinado compuesto, con caracteres físicos y químicos propios y definidos, se forma por la unión de varias moléculas más sencillas, de modo análogo a lo que sucede con un collar: está formado por la unión de numerosas cuentas.Monómeros: son moléculas sencillas (cuentas de collar)Polímeros: son moléculas complejas (collar) que resultan de la unión de muchas moléculas sencillas., ,, monómeros polímero

Los glúcidosLos glúcidos son biomoléculas orgánicas constituidas por átomos de carbono,

hidrógeno y oxígeno en la proporción que indica su fórmula empírica: CnH2nOn. Pueden contener excepcionalmente átomos de otros elementos, como nitrógeno, azufre o fósforo. Se les puede llamar hidratos de carbono o carbohidratos.

Quimicamente, los glúcido pueden definirse como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas: son moléculas en las que los átomos de carbono están unidos a grupos alcohólicos (- OH), llamados también radicales hidroxilo, y a radicales hidrógeno (-H). En todos los glúcidos siempre hay un grupo carbonilo, es decir, un carbono unido a un oxígeno mediante un doble enlace. Este grupo carbonilo puede ser un grupo aldehído (-CHO) o bien un grupo cetónico (-CO-).

A menudo se les denominan azúcares ya que muchos de ellos tienen sabor dulce.

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Clasificación de los glúcidosLos glúcidos se clasifican según el número de cadenas polihidroxialdehídas o

polihidroxicetónicas que contengan.1. Monosacáridos u osas. Son los glúcidos constituídos por una sola cadena

polihidroxialdehída o polihidroxitetónica. Son los glúcidos más simples.2. Ósidos. Más de una cadena polihidroxialdehída o polihidroxicetónica. Se forman

por la unión de un número variable de monosacáridos e incluso pueden asociarse a otras moléculas diferentes, como lípidos o proteínas.

Oligosacáridos. Contienen entre 2 y 10 monosacáridos. Los más importantes son los disacáridos, que resultan de la unión de dos monosacáridos.

Polisacáridos. Están formados por múltiples unidades repetitivas de monosacáridos.

Los monosacáridos son glúcidos constituidos por una sola cadena polihidroxialdehídica o polihidroxicetónica, es decir, polialcoholes (poseen varios grupos –OH) con un grupo aldehído (-CHO) o cetona (-CO).

Según su grupo funcional principal, se clasifican en:

Aldosas: tienen un grupo aldehído en el C1 y grupos hidroxilo en el resto de los carbonos.

Cetosas: tienen un grupo funcional cetona en un carbono interior de la cadena (C2) y grupos hidroxilo en el resto.

Los monosacáridos contienen entre 3 y 7 átomos de carbono; Se nombran añadiendo la terminación osa al número de carbonos (triosas, tetrosas, pentosas, hexosas o heptosas).

Se caracterizan por ser solubles en agua, tener un sabor dulce y, puros, tienen el aspecto de unos polvos blancos o incoloros

Entre ellos destaca la glucosa (aldohexosa), que es el combustible principal de la mayoría de los seres vivos (la glucosa es al ser vivo lo que la gasolina al coche); se encuentran en muchos frutos, siendo especialmente abundante en la uva, también aparece en la miel y en la sangre en una proporción constante de 1 gr/l (glucemia)

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Otros monosacáridos son la fructosa, presente en casi todos los frutos, y la ribosa y desoxirribosa, componentes de los ácidos nucleicos.

La unión de dos monosacáridos, mediante un enlace glicosídico, forma un disacárido. Los disacáridos conservan el sabor dulce y son solubles en agua. Entre ellos merecen citarse la sacarosa (-glucosa 1-2 -fructosa) o azúcar de caña o remolacha, que es un edulcorante por excelencia, la lactosa (-D-galactopiranosil 14 -D-glucopiranosa) o azúcar de la leche y la maltosa (-D-glucopiranosil 14 -D-glucopiranosa) o azúcar de malta.

La unión de muchos monosacáridos forma los polisacáridos, que ya no tienen sabor dulce y no son solubles en agua. Dentro de los polisacáridos destacan los siguientes: el almidón, es el polisacárido de reserva de los vegetales (es un almacén de glucosa para los vegetales)(Ej: en la patata, cereales, legumbres, etc.), (polímero de -D-glucosa); el glucógeno, es el polisacárido de reserva de los animales (constituye el almacén de glucosa de los animales) (Ej: en el hígado , los músculos y el corazón), (polímero de -D-glucosa); la celulosa, es un polisacárido estructural de los vegetales (forma la pared celular de los vegetales, y por ello, constituye su esqueleto), (polímero de -D-glucosa); y la quitina, es el polisacárido estructural de los animales (esqueleto de los artrópodos).

La función que los glúcidos desempeñan en los seres vivos es principalmente energética: se oxidan en el interior de la célula produciendo energía (la energía liberada puede utilizarse para realizar diversas funciones, como mantener constante la temperatura del cuerpo, realizar movimientos musculares, etc.); algunos, como la celulosa, desempeñan un papel importante formando la estructura o cuerpo del ser vivo: el tronco de los árboles, por ejemplo, es celulosa en un porcentaje muy alto.

Los lípidos Los lípidos son principios inmediatos orgánicos constituidos siempre por carbono,

hidrógeno y oxígeno, y en algunos casos, también por fósforo y nitrógeno.Los lípidos constituyen un grupo de moléculas heterogéneas que tienen en

común la propiedad de ser insolubles en agua (hidrófobos), pero solubles en disolventes orgánicos (lipófilos) como éter, cloroformo, gasolina, etc.

Químicamente son muy heterogéneos, y se suelen agrupar en familias, entre las que destacan: los acil-glicéridos o grasas simples, los fosfolípidos y los isoprenoides.

Los lípidos se clasifican en:

Lípidos

Lípidos con ácidos grasos o

saponificables

Simples (contienen solo C, H y O) Acilglicéridos

CéridosComplejos (contienen además de C, H, O, hay también N, P, S o un

glúcido)

FosfolípidosGlucolípidos

Lípidos sin ácidos grasos o

insaponificables

Terpenos o isoprenoidesEsteroides

Prostaglandinas

Los lípidos más representativos son los denominados grasas o triglicéridos,

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formados por la unión de un alcohol (el glicerol) con otros compuestos denominados ácidos grasos (ácidos orgánicos de una cadena larga hidrocarbonada y un solo grupo carboxilo. Suelen tener un número par de átomos de carbono, generalmente 16 o 18; pueden ser: saturados cuando únicamente llevan enlaces simples, e insaturados cuando llevan algún enlace doble o triple. En la naturaleza los más abundantes son los insaturados).

Al reaccionar tres moléculas de ácidos grasos con una molécula de glicerol se origina un ester, y la reacción se denomina de esterificación.

Las grasas son biomoléculas con función energética, puesto que cuando se degradan originan más cantidad de calorías que los glúcidos. Esto unido a su baja densidad (más ligeras) hace que en los animales sean la principal sustancia de reserva, acumulándose en unas células especiales denominadas adipocitos; mientras que las plantas al no tener problemas de desplazamiento, acumulan por lo general, glúcidos (almidón). En los mamíferos estos adipocitos se encuentran directamente debajo de la piel formando el panículo adiposo, que tiene como función secundaria el ser un aislante térmico.

Las grasas animales (grasas saturadas) son sólidas a temperatura ambiente y constituyen las mantecas y los sebos. Las grasas vegetales, más insaturadas (ácidos grasas con dobles y triples enlaces), son líquidas y se llaman aceites.

Las ceras se obtienen de la esterificación de un ácido graso y un alcohol de cadena muy larga; están presentes tanto en los vegetales como en los animales y ejercen siempre una función protectora. Existen otros lípidos, entre los que destacaremos los fosfolípidos. Tienen una composición química compleja y deben su nombre a que en ella entra el fosfato (son también ésteres del glicerol y ácidos

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grasos, pero contienen además una molécula de ácido fosfórico y algún compuesto orgánico soluble en agua (hidrófilo, aminoalcohol)). Los fosfolípidos son sustancias bipolares, con un extremo hidrófilo (ácido fosfórico, el glicerol, el aminoalcohol) y otro lipófilo o hidrófobo (los ácidos grasos). Su importancia es grande, por ser estos compuestos los formadores de las membranas y estructuras membranosas de las células. Otro grupo de lípidos son los isoprenoides, químicamente son sustancias derivadas de un compuesto llamado isopreno (hidrocarburo de cinco átomos de carbono, 2-metil-1,3-butadieno); pero es una familia muy heterogénea en cuanto a las funciones que desempeñan:

- Esteroides: Hormonas de la corteza suprarrenal, hormonas sexuales, colesterol, que forma parte estructural de las membranas celulares, vitamina D, ácidos biliares, etc.- Terpenos: Caroteno (abunda en la zanahoria y del que deriva la vitamina A), xantofila (causante del color amarillo de las hojas de los árboles)

Funciones. El papel de los lípidos en los seres vivos es, principalmente, estructural y de reserva energética. Son compuestos orgánicos importantes como aporte energético ya que suministran el doble de calorías que los glúcidos. Otra función que desempeñan es la reguladora (hormonas y vitaminas).

Las proteínas Son principios inmediatos orgánicos formados por cuatro bioelementos: carbono,

hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, aunque la mayoría llevan también azufre y fósforo.Las proteínas son macromoléculas,

formadas por la polimerización de unas pequeñas moléculas denominadas aminoácidos.

Los aminoácidos son moléculas orgánicas caracterizadas porque a uno de sus carbonos se le une un grupo ácido (-COOH) y un grupo amino (-NH2).

En medio acuoso son sustancias dipolares, lo que les permite comportarse como ácidos o como bases, según el pH del medio en que se encuentren; son por tanto anfóteros.

Son solubles en agua, cristalizables y poseen actividad óptica, al igual que los monosacáridos, ya que poseen un carbono asimétrico en posición (carbono con todos sus enlaces unidos a radicales diferentes).

Se conocen muchos aminoácidos diferentes; pero sólo viente de ellos forman parte de las proteínas.

Los péptidos son moléculas constituidas por aminoácidos unidos mediante enlaces peptídicos, que son enlaces de tipo covalente que se establecen entre el grupo amino de un aminoácido y el grupo ácido del siguiente, desprendiéndose una molécula de agua. Si se unen dos aminoácidos, forman un dipéptido; si se unen tres forman un tripéptido y así sucesivamente.

Si el péptido no excede de 10 aminoácidos, recibe el nombre de oligopéptido; si el número de

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aminoácidos oscila entre 10 y 100, se denomina polipéptido, y si supera los 100, proteínas.

Las proteínas son largas cadenas de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos.Estructura de las proteínas: La actividad biológica de una proteína depende en gran medida de la disposición espacial de su cadena polipeptídica. La cadena polipeptídica sufre una serie de plegamientos que la capacitan para llevar a cabo su función biológica.

Estos plegamientos proporcionan una complejidad extraordinaria a la estructura de las proteínas.

La organización de una proteína viene definida por cuatro niveles estructurales denominados: estructura primaria, estructura secundaria, estructura terciaria y estructura cuaternaria. Cada una de estas estructuras informa de la disposición de la anterior en el espacio.1- Primaria: es la secuencia de aminoácidos de la proteína, dispuestos uno a continuación de otro en la cadena. Nos indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica, el número y el orden de dichos aminoácidos. La función de una proteína depende de su secuencia y de la forma que esta adopte.

2- Secundaria: Es la disposición de la secuencia de aminoácidos o estructura primaria en el espacio. Plegamiento de la estructura primaria en forma helicoidal (- hélice) o en forma de lámina plegada en zig-zag o en acordeón (disposición o lámina plegada).

La estructura secundaria se mantiene estable debido a que se establecen enlaces por puentes de hidrógeno entre los radicales -NH- y -CO- de los diferentes aminoácidos que forman la cadena. (Proteínas fibrilares: queratina de los pelos, fibroina de la seda).3- Terciaria: Típica de proteínas globulares. Consiste en el plegamiento espacial (tridimensional) de la estructura secundaria. La estructura está estabilizada por interacciones entre los radicales R de los distintos aminoácidos .

Hay dos tipos:- Conformación filamentosa: mantiene

su estructura secundaria alargada pero ligeramente retorcida. Típica de proteínas fibrilares como el colágeno (forma los ligamentos y tendones), la queratina ( compone estructuras epidérmicas tales como el cabello, las uñas, las plumas), la fibroina (aparece en los hilos de seda, etc).

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- Conformación globular: la estructura secundaria se pliega adoptando formas esféricas. La cadena de aminoácidos se encuentra fuertemente plegada y empaquetada en forma globosa o de ovillo (los sectores lineales poseen una estructura en -hélice, mientras que los codos presentan una disposición . Típica de proteínas globulares, como: la caseina (de la leche), la hemoglobina (de la sangre), las albúminas, etc.4- Cuaternaria: Se produce al unirse por medio de enlaces débiles varias cadenas polipeptídicas, denominadas subunidades, que pueden ser iguales o diferentes. Como el caso de la hemoglobina formada por 4 subunidades (unión mediante enlaces débiles de cuatro cadenas polipeptídicas).

Los distintos tipos de estructuras de las proteínas guardan una estrecha relación con la función que van a desempeñar y consecuentemente tendrán unas propiedades diferentes. Así, las proteínas fibrilares tienen una función estructural y las globulares una función reguladora.

Cualquier cambio producido en la estructura de la proteína va a alterar su función. La estructura de la proteína es la consecuencia de la formación de determinados enlaces; si los enlaces se rompen, por medio de calor, ácidos o agitación, la proteína pierde su estructura y, por tanto, su función. Se dice entonces que la proteína se ha desnaturalizado. (El aumento de temperatura o cambios en el pH del medio producen la desnaturalización de las proteínas, que supone el que éstas pierdan su estructura secundaria y terciaria, es decir, su forma tridimensional,

aunque mantengan su estructura primaria mediante los enlaces peptídicos, desaparece su disposición espacial, perdiendo de esta forma sus propiedades fundamentales y no pudiendo ejercer sus funciones biológicas).

Las funciones que desempeñan las proteínas en el ser vivo son: Estructural: como el colágeno de los ligamentos y tendones, o la queratina, que

forma las uñas o el pelo. Transportadora: como la hemoglobina, que transporta el oxígeno de la sangre. Reguladora: hormonas como la insulina, que regula el nivel de azúcar en la

sangre. Contráctil: la actina y la miosina forman filamentos de cuya interacción se deriva

la contracción muscular. Defensa inmunitaria: como los anticuerpos, que se fabrican para neutralizar a las

sustancias extrañas que penetran en el organismo. Enzimática: las enzimas son proteínas y actúan como biocatalizadores.

Los ácidos nucleicosLos ácidos nucleicos son biomoléculas formadas por carbono, hidrógeno,

oxígeno, nitrógeno y fósforo. Se trata de moléculas de gran tamaño por lo que se

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definen como polímeros constituidos por la unión de unas unidades moleculares (monómeros) hidrolizables, denominados nucleótidos.

Los nucleótidos son las unidades que forman los ácidos nucleicos. Cada nucleótido es una molécula relativamente compleja, compuesta por la unión de tres unidades:

Un monosacárido (una pentosa), que puede ser de dos tipos: Ribosa (β-D-ribofuranosa), que forma parte de los nucleótidos constituyentes del ARN; y desoxirribosa (β-2-desoxi-D-ribofuranosa), que forma parte de los nucleótidos constituyentes del ADN.

Una base nitrogenada. Las bases nitrogenadas son derivadas de dos compuestos heterocíclicos: purina y pirimidina.

o Bases púricas: Adenina (A) y guanina (G).o Bases pirimídicas: Citosina

(C), timina (T) y uracilo (U). Uno o varios grupos fosfatoUna molécula de base nitrogenada

(púrica o pirimídica), se une a una molécula de pentosa, originando un nucleósido. La unión, denominada enlace N-glucosídico, se establece entre el átomo de nitrógeno del carbomo 1 de la bases pirimídicas o el nitrógeno del carbono 9 de las bases púricas y el grupo OH del carbono 1´de la pentosa.

Base nitrogenada + pentosa = nucleósidoLos nucleótidos son ésteres fosfóricos de nucleósidos en los que el ácido

fosfórico (P) esterifica a uno de los grupos hidroxilo libres de la pentosa. En los nucleótidos que forman los ácidos nucleicos, se trata del grupo –OH situado en el carbono 5´de la pentosa.

Nucleósido + ácido fosfórico = nucleótidoLa unión de un gran número de nucleótidos, mediante enlaces covalentes,

formando largas cadenas, da lugar a los polinucleótidos o ácidos nucleicos.El polinucleótido constituido por una larga

cadena de desoxirribonucleótidos recibe el nombre de ácido desoxirribonucleico (ADN), mientras que si la cadena está formada por ribonucleótidos, se trata del ácido ribonucleico (ARN)

Los ácidos nucleicos, tanto ADN como ARN, químicamente son polinucleótidos en los que los sucesivos nucleótidos se unen mediante enlaces o puentes fosfodiester que se establecen entre el grupo hidroxílo del fosfato situado en el carbono 5´ de la pentosa de un nucleótido y el grupo hidroxílo del carbono 3´ de la pentosa del otro nucleótido. El enlace se denomina, enlace nucleotídico.

Por tanto, el esqueleto de los polinucleótidos está constituido por grupos alternantes de pentosa y de ácido fosfórico; las bases nitrogenadas representan cadenas laterales unidas a las pentosas del esqueleto.

Todos los organismos vivientes contienen dos tipos de ácidos nucleicos: ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido ribonucleico), excepto los virus que sólo poseen un tipo, bien ARN o bien ADN.

El ADN es el material genético, portados de los caracteres hereditarios, por lo que debe cumplir dos funciones:

Almacenar la información genética: esto quiere decir que el ADN contiene la información para el crecimiento y desarrollo del organismo, con las características típicas de su especie. Como las proteínas son las biomoléculas específicas, y las características de cada organismo son consecuencia de su contenido proteico, el ADN de un organismo ha de contener las instrucciones

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precisas para sintetizar unas proteínas determinadas y no otras. Por tanto, el ADN dirige el proceso de síntesis de proteínas.

Transmitir la información genética, es decir, copiarse exactamente en cada generación. Antes de que una célula se divida, su ADN tiene que formar copias exactas de si mismo para que cada célula hija reciba una copia. Este proceso se denomina replicación o duplicación del ADN.

Como los seres vivos se reproducen mediante células (esporas, gametos) y toda célula procede de otra, por división de la misma, gracias a la duplicación del ADN los caracteres hereditarios se transmiten de padres a hijos, generación tras generación.

La función del ARN es expresar la información genética, es decir, ejecutar las órdenes contenidas en el ADN. Por tanto, el ARN es el encargado de sintetizar las proteínas específicas de cada organismo. Además, en algunos virus, es el material hereditario.

El ADN contiene la información, y el ARN la utiliza para sintetizar las proteínas específicas.

El ADNEl ADN está formado por macromoléculas lineales formadas por la polimerización

de desoxirribonucleótidos de adenina, guanina, citosina y timina (carece de uracilo). Las moléculas de ADN son muy largas pero están formadas por la repetición de tan solo cuatro subunidades básicas, denominadas nucleótidos. Cada uno de los nucleótidos posee una molécula (una base nitrogenada), diferente: A, T, C, G. Se encuentra en el núcleo de las células eucariotas, en las mitocondrias y cloroplastos.

La secuencia polinucleotídica se dispone en el espacio en forma de una doble hélice, según la estructura propuesta por James Watson y Francis Crack en 1953.

El ADN está constituido por dos cadenas polinucleotídicas unidas entre sí en toda su longitud.

Las dos cadenas son antiparalelas, lo que significa que el extremo 3´ de una de ellas se enfrenta con el extremo 5´ de la otra.

La unión entre las cadenas se realiza por medio de puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas de ambas: concretamente, la adenina forma dos enlaces por puentes de hidrógeno con la timina y la guanina tres con la citosina. Las dos cadenas no son idénticas, sino complementarias, ya que una de ellas tiene la secuencia de bases complementaria de la otra.

Las dos cadenas están enrolladas en espiral formando una doble hélice alrededor de un eje imaginario.

Las bases nitrogenadas quedan en el interior de la doble hélice, mientras que los esqueletos pentosa-fosfato se sitúan en la parte externa. De esta forma, las cargas negativas de los grupos fosfato se unen a las cargas positivas de cationes o de otras moléculas presentes en el medio, estabilizando la estructura.

Los planos de las bases nitrogenadas enfrentadas son paralelas entre sí y perpendiculares al eje de la hélice.

El enrollamiento de la doble hélice es plectonémico, es decir, las cadenas no se pueden separar sin desenrollarlas.

La doble hélice es dextrógira: el enrollamiento gira en el sentido de las agujas del reloj.

La anchura de la doble hélice es de 2 nm, mientras que la longitud de cada vuelta es de 3,4 nm y cada 0,34 nm se encuentra un par de bases complementarias. Puede deducirse, por tanto, que existen 10 pares de nucleótidos por cada vuelta.

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¿Cómo se codifica la información genética del ADN?: la única diferencia entre moléculas de ADN de distintos individuos es el orden en que se disponen sus nucleótidos (bases nitrogenadas); lo que se denomina secuencia. Las bases son como las letras con las que se escribe un texto que contiene las claves de cada ser vivo; el texto es diferente para cada organismo, aunque el idioma utilizado sea el mismo.El ARN

Está constituido por nucleótidos de ribosa, con las bases adenina, guanina, citosina y uracilo. No tiene, pues, timina como el ADN. El ARN es casi siempre monocatenario, excepto en los reovirus que es bicatenario.

En los monocatenarios, algunas zonas de su molécula, denominadas horquillas, pueden presentar estructura de doble hélice como resultado de la formación de enlaces de hidrógeno entre bases complementarias. Cuando las zonas complementarias están separadas por regiones no complementarias, se forman bucles.

Las cadenas de ARN son más cortas que las del ADN y pueden aparecer tanto en el núcleo como en el citoplasma de la célula.

Hay varios tipos de ARN: ARNt (transferente): transporta los aminoácidos específicos hasta los

ribosomas y los coloca donde le indica el ARNm (mensajero) ARNm (mensajero): su función es transmitir la información contenida en el ADN

y llevarla hasta los ribosomas, para que en ellos se sinteticen las proteínas a partir de los aminoácidos que aportan los ARNt. Es una copia del mensaje genético del ADN.

ARNr (ribosómico): está asociado con proteínas ribosómicas, formando los ribosomas, orgánulos donde se unen los aminoácidos para formar las cadenas proteicas.

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