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BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR

La vida comienza con las células

LA VIDA COMIENZA CON LAS CÉLULAS

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NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS

•  ELEMENTOS •  IONES •  RESIDUOS •  PRECURSORES •  INTERMEDIOS •  MONOMEROS •  POLIMEROS (MACROMOLÉCULAS) •  SUPRAMOLÉCULAS •  ORGANELOS COMPLEJOS •  CELULAS •  TEJIDOS ORGANOS •  SISTEMAS •  ORGANISMO

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ORGANIZACIÓN MOLECULAR DE LA CÉLULA

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• Biomoléculas Inorgánicas Son aquellas moléculas que los organismos no podemos sintetizar y

debemos obtener del medio ambiente y que además no presentan carbono en su estructura

Agua y Sales Minerales

• Biomoléculas Orgánicas Se caracterizan por poseer un esqueleto molecular de átomos de carbono

unidos a átomos de hidrógeno (también se les conoce como hidrocarburos), y son sintetizadas por los organismos vivos.

Hidratos de Carbono – Lípidos – Proteínas – Ácidos Nucleicos y vitaminas

Propiedades: • Disolvente Universal • Calor específico • Fuerza de cohesión y

adhesión

Es un bipolo

Agua (componente mayoritario de la célula )

Funciones • Regulador térmico • Medio donde ocurren las

reacciones químicas • Transporte de sustancias • Lubricante • Favorece la turgencia

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Sales Minerales (1% de los componentes de la célula)

Cumplen funciones fundamentales, como por ejemplo: •  Sodio (Na+) • Calcio (Ca2+) • Hierro (Fe2+ ) Funciones en conjunto: • Regulador del equilibrio ácido-base • Regulador de l presión osmótica

Hidratos de carbono Polímeros de monómeros de sacáridos

Aspectos generales • Reciben este nombre por su fórmula general Cn(H2O)n

• Glúcidos (de la palabra griega que significa dulce), pero son muy pocos los que tienen sabor dulce.

• Sacáridos (de la palabra latina que significa azúcar)

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Clasificación

• Monosacáridos (1 monómero) • Oligosacáridos (hasta 20 monómeros) • Polisacáridos (más de 20 monómeros )

Monosacáridos

Número de C Nombre Ejemplos

4 Tetrosa Eritrosa, treosa

5 Pentosa Arabinosa, Ribosa, Xilosa

6 Hexosa Fructuosa, Galactosa,Glucosa, manosa

7 Heptosa Sedoheptulosa

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Oligosacáridos

• Los oligosacáridos son polímeros de hasta 20 unidades de monosacáridos.

•  La unión de los monosacáridos tiene lugar mediante enlaces glucosídicos Los más abundantes son los disacáridos, oligosacáridos formados por dos monosacáridos, iguales o distintos.

H20

Disacáridos Consiste en la unión de 2 azúcares simples

Disacárido Descripción Componentes Sucrosa Azúcar común Glu+fruc Maltosa En los almidones Glu+Glu Lactosa Azúcar de la leche Galac+glu

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Polisacáridos quitina

Almidón

Celulosa glucógeno

Funciones

• Energética • Estructural • Informativa • Detoxificación

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Energética Representan en el organismo el

combustible de uso inmediato. La combustión de 1g de HC produce unas 4 Kcal. La degradación de los HC puede tener lugar en condiciones anaerobias (fermentación) o aerobias (respiración).

Todas las células vivas conocidas son capaces de obtener energía mediante la fermentación de la glucosa, lo que indica que esta vía metabólica es una de las más antiguas. Tras la aparición de los primeros organismos fotosintéticos y la acumulación de oxígeno en la atmósfera, se desarrollaron las vías aerobias de degradación de la glucosa.

Estructural

• Las paredes celulares de plantas hongos y bacterias están constituídas por HC o derivados de los mismos.

• El exoesqueleto de los artrópodos está formado por el polisacárido quitina. Las matrices extracelulares de los tejidos animales de sostén (conjuntivo, óseo, cartilaginoso) están constituídas por polisacáridos.

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Informativa

• Los HC pueden unirse a lípidos o a proteínas de la superficie de la célula, y representan una señal de reconocimiento en superficie. Sirven como señales de reconocimiento para hormonas, anticuerpos, bacterias, virus u otras células. Los HC son también los responsables antigénicos de los grupos sanguíneos.

Detoxificación

• Tóxicos, que hay que eliminar o neutralizar de la forma más rápida posible (producidos por otros organismos o de compuestos como fármacos, drogas, insecticidas, etc).

• Todos estos compuestos son tóxicos y poco solubles en agua, por lo que tienden a acumularse en tejidos .Una forma de deshacerse de estos compuestos es conjugarlos con un derivado de la glucosa para hacerlos más solubles en agua y así eliminarlos fácilmente por la orina o por otras vías. 

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Lípidos (Polímeros de glicerol + ácidos grasos)

Aspectos generales

•  Biomoléculas cuya característica distintiva aunque no exclusiva ni general es la insolubilidad en agua, siendo por el contrario, solubles en disolventes orgánicos (benceno, cloroformo, éter, hexano, etc.).

• Una característica es la hidrofobicidad ( baja solubilidad debido a su estructura química fundamentalmente hidrocarbonada

Ácidos grasos • Los ácidos grasos son ácidos monocarboxílicos de cadena larga.

Por lo general, contienen un número par de átomos de carbono, normalmente entre 12 y 24.

Según la naturaleza de la cadena: Saturados Insaturados (acido palmitico, acido estearico) (acido oleico y acido linoleico)

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Clasificación

Simples Lípidos que sólo contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. Cuando son sólidos se les llama grasas y cuando son

líquidos a temperatura ambiente se llaman aceites • Triglicéridos

Complejos • Fosfolípidos • Esteres complejos (esteroides, colesterol)

Triglicéridos

Glicerol + 3 ácidos grasos Unidos por enlaces ésteres

3 H20

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Fosfolípidos

Esteres complejos lípidos de estructura cíclica

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Funciones

• Energética • Reserva de agua • Reserva de calor • Estructural •  Informativa

Energética

• Los lípidos (generalmente en forma de triglicéridos) constituyen la reserva energética de uso tardío del organismo. Su contenido calórico es muy alto (10 Kcal/gramo).

• A diferencia de los hidratos de carbono, que pueden metabolizarse en presencia o en ausencia de oxígeno, los lípidos sólo pueden metabolizarse aeróbicamente.

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Reserva de agua

Representan una importante reserva de agua. Al poseer un grado de reducción mayor que los hidratos de carbono, la combustión aerobia de los lípidos produce una gran cantidad de agua (agua metabólica). En animales desérticos, las reservas grasas se utilizan principalmente para producir agua.

Reserva de calor

En algunos animales, hay un tejido adiposo especializado que se llama grasa parda o grasa marrón. Estos lípidos se destinan a la producción calórica necesaria para los períodos largos de hibernación. En este proceso, un oso puede llegar a perder hasta el 20% de su masa corporal.

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Estructural El medio biológico es un medio

acuoso. Las células, a su vez, están rodeadas por otro medio acuoso. Por lo tanto, la interfase célula-medio debe ser hidrofóbica.

Esta interfase está formada por lípidos de tipo anfipático, que tienen una parte de la molécula de tipo hidrofóbico y otra parte de tipo hidrofílico.

Informativa

• Los organismos pluricelulares han desarrollado distintos sistemas de comunicación entre sus órganos y tejidos. Así, el sistema endocrino genera señales químicas para la adaptación del organismo a circunstancias medioambientales diversas. Estas señales reciben el nombre de hormonas. Muchas de estas hormonas (esteroides), tienen estructura lipídica.

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Proteínas Las macromoléculas más abundantes en los seres vivos después

del agua

• Formadas por C, H, O y N. Algunas también contienen S y otros elementos.

• Llevan a cabo una enorme variedad de funciones biológicas y se encuentran en todas las estructuras orgánicas.

• Son moléculas específicas, característica que determina la identidad biológica de los distintos organismos, de manera que se puede decir que cada ser vivo "es como es" por las proteínas que tiene.

Aminoácidos monómeros de las proteínas

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Clasificación de los aminoácidos

Neutros apolares

Neutros polares

Polares acidos Polares básicos

Reacción del enlace peptídico

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Niveles de conformación de las proteínas

• Estructura primaria

• Estructura secundaria

• Estructura terciaria

• Estructura cuaternaria

Cadena de aminoácidos

Cadena β

Cadena α Purntes de H

Estructura primaria Corresponde a la secuencia de aminoácidos: a,a que componen la

proteína y orden en que se encuentran. Cada proteína tiene una estructura primaria específica y distinta a cualquier otra proteína

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α hélice

Estructura secundaria • Interacción de enlaces de hidrógeno entre los elementos C=O y NH

de los enlaces peptídicos .

• Una misma cadena polipeptídica puede adquirir diferentes estructuras secundarias dependiendo del tipo de a,a que están unidos, es decir de la estructura primaria.

β-plegada

Estructura terciaria

• Es un conjunto de plegamientos característicos de la cadena peptídica dependiendo de la estructura secundaria.

• Determina la forma tridimensional global de la proteína. 

• Estos plegamientos se originan por la interacción entre las cadenas laterales R de los aminoácidos. 

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Estructura cuaternaria

Cuando una proteína está formada por varias cadenas polipeptídicas denominadas subunidades proteicas (existe un nivel estructural superior llamado estructura cuaternaria. Se trata la asociación entre las distintas subunidades)

Clasificación

Según su composición

Proteínas simples. Están formadas únicamente por cadenas polipeptídicas. 

Proteínas complejas o conjugadas. Además de las cadenas polipeptídicas, están compuestas también por un grupo no proteico. En este grupo están las metaloproteínas (ion metálico), glucoproteínas (glúcido), lipoproteínas (lípido), hemoproteínas como la hemoglobina (grupo hemo).

Según su estructura

Proteínas globulares. Tienen una forma más o menos esférica, generalmente son solubles en agua o en disoluciones salinas diluidas

Proteínas fibrosas con forma alargada; generalmente son insolubles en agua y son las responsables de la mayor parte de las estructuras fijas de los organismos.

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Catalizadora

Las proteínas que se encuentran en este grupo se denominan enzimas. Actúan como catalizadores de las reacciones que se producen en los seres vivos. En una célula eucariota hay miles de enzimas.

Transporte

Hay proteínas que se unen reversiblemente a un ligando y lo transportan de un lugar a otro del organismo. Por ejemplo la hemoglobina y la mioglobina que transportan oxigeno, la primera en la sangre y la segunda en el interior de las células musculares.

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Nutrición

Algunas proteínas constituyen una fuente de reserva de aminoácidos (no de energía), lo que permite la síntesis de proteínas fundamentalmente durante los procesos embrionarios. Son abundantes, por tanto, en las semillas de vegetales, en los huevos de los animales (ovoalbúmina de la clara del huevo) y la caseína en la leche de los mamíferos.

Defensa y Protección

Los anticuerpos o inmunoglobulinas son proteínas que reconocen y se combinan específicamente con sustancias extrañas o antígenos, presentes en virus, bacterias y células de otros organismos; de este modo el antígeno queda bloqueado y no puede ejercer su acción.

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Contráctil

Las proteínas forman parte esencial de los sistemas contráctiles, que producen movimientos. Por ejemplo la miosina y la actina en la contracción muscular, las proteínas que forman la estructura de cilios y flagelos, las proteínas  del huso mitótico que permite el movimiento de los cromosomas durante la división nuclear, etc.

Recepción y transmisión de señales

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Hormonal

Varias hormonas son sustancias peptídicas como la insulina y la somatropina (hormona del crecimiento.) Una vez secretadas ejercen su acción sobre otras células dotadas de un receptor adecuado.

Otras

• Coagulación: Hay una serie de proteínas plasmáticas que intervienen en la coagulación sanguínea.

• Regulación del pH: Determinadas proteínas solubles colaboran con otros sistemas tampón en el mantenimiento del pH de los líquidos biológicos.

• Anticongelante de ciertas glucoprotéinas de animales marinos antárticos

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Estructural

Las proteínas son el principal material de construcción de los seres vivos, formando pared de casi todas sus estructuras: desde las membranas celulares hasta ser el principal constituyente del tejido conectivo (colágeno), del pelo y uñas (queratina), etc.

Ácidos Nucleicos

• Macromoléculas o polímeros de nucleótidos • Cadenas polinucleotidicas

• Nucleótido pentosa

fosfato Bases nitrogenadas

ADN ARN

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Nucleótido

RIBOSA DESOXIRIBOSA

Bases nitrogenadas

purinas pirimidinas

adenina timina (ADN) guanina citosina uracilo (ARN)

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Enlace FOSFODIESTER

Unión de nucleótidos en una cadena

DNA Modelo de Watson y Crick

Características

1.  Doble Hélice 2.  Dextrógira 3.  Cadenas antiparalelas y complementarias 4. Cadenas unidas a través de las BN en el centro 5. Las BN siguen leyes de apareamiento: •  Purina con pirimidina •  Igual número de puentes de H2

A = T G = C

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Guarda la información genética

Se encuentra en el núcleo En células eucariontes

ARN CARACTERISTICAS 1.  Hebra simple 2.  Nucleótidos: ribosa+fosfato+BN AUGC 3.  Se encuentra principalmente en

el citoplasma 4.  Tres tipos: mensajero (mRNA) transferencia (tRNA) y ribosomal (rRNA)

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Tipos de RNA

mRNA mensajero Porta el mensaje del ADN

tRNA transferencia Traduce el mensaje en aminoácidos

rRNA ribosomal Forma al ribosoma donde ocurre la traducción

Comparación ADN con ARN

ADN ARN Pentosa desoxiribosa Ribosa Bases nitrogenadas

ATCG AUCG

Número de cadenas

2 1

Tipos 1 3 Función GUARDA

información genética

EXPRESA Información genética

Ubicación en la célula eucarionte

núcleo Citoplasma