Niveles y clasificación
Niveles y organización de la materia
Subatómico: Partículas elementales que forman parte de los átomos, como neutrones, protones y
electrones.
Atómico: Elementos químicos que contienen distintas propiedades derivadas de la cantidad de electrones,
protones y neutrones y de su disposición.
Molecular: Es la agrupación de dos o más átomos que pueden ser iguales entre sí o distintos. En este nivel
encontramos a las cadenas de moléculas.
Macromolecular: Es similar al nivel molecular, pero se utiliza para moléculas de gran tamaño, como por
ejemplo, los ácidos nucleicos o los polisacáridos, los viroides y los priones.
Macromolecular complejo: Cuando dos o más macromoléculas se unen para formar una estructura más
compleja como son los ribosomas (proteína y ARN) o las glucoproteínas (glúcidos y proteínas).
Subcélular: Son complejos macromoleculares con funciones metabólicas dentro de las células. También se
llaman organelas. La mitocondria es una organela encargada de la función de la respiración celular.
Celular: Unidad estructural y funcional que poseen los seres vivos. Sistema complejo que presenta las
características de los seres vivos. Algunos ejemplos son las bacterias y los protozoos.
Tisular: Grupo de células con características morfológicas y funcionales similares que se organizan para
cumplir una función específica como las esponjas marinas.
Órgano: Son diferentes tejidos que se agrupan para desarrollar una función específica.
Sistema de órganos: Son individuos donde los órganos de agrupan en sistemas más complejos.
Población: Grupo de individuos de la misma especie que cohabitan y coexisten. Grupo de maras de la
provincia de Chubut, año 2011.
Comunidad: Conjunto de poblaciones como por ejemplo los individuos que habitan en un humedal: juncos,
totoras, patos, garcitas, y otros.
Bioma: Grupo de ecosistemas que se desarrollan bajo determinadas condiciones climáticas como la selva
misionera.
Biosfera: Todos los seres vivos que habitan sobre la corteza terrestre.
Características de los seres vivos
El metabolismo tiene que ver con el conjunto de reacciones químicas que pueden ser de síntesis
(fabricación) o de degradación que ocurren dentro de los seres vivos. Los compuestos se degradan para obtener
energía que permite al individuo poder hacer todas sus funciones. La alimentación tiene que ver con esto.
La complejidad estructural refiere a que la mínima unidad estructural y funcional de los seres vivos es la
célula. Los organismos pueden ser unicelulares, como las bacterias, o pluricelulares. Los seres unicelulares crecen
en tamaño, mientras que los pluricelulares, en cantidad de células.
Todo ser vivo tiene la capacidad de reproducirse, ya que un organismo es capaz de crear a otro ser vivo a
través de fisión binaria, reproducción sexual o asexual. La autopoiesis es el término con el que se designa un
sistema capaz de reproducirse y mantenerse por sí mismo.
Otra característica de los seres vivos es que tienen la capacidad de evolucionar y esto se descubrió luego
que se dejara de lado la teoría del fijismo que postulaba que los seres vivos no evolucionaban con el paso del
tiempo.
Además tienen la capacidad de regular su medio interno, independientemente de lo que suceda en el
exterior. Esta característica se denomina homeostasis y es lo que permite mantener una cierta estabilidad en los
rangos a pesar de las fluctuaciones.
La irritabilidad es lo que permite a los seres vivos responder ante los estímulos tanto internos como
externos, adaptándose a lo que ofrece el medio. Tiene que ver con la comunicación, los tropismos y los taxismos.
Además se puede decir que son sistemas abiertos porque intercambian con el ambiente, por ejemplo a la hora de
respirar.
Clasificaciones
Clasificación ecológica: Incluye a los productores autótrofos, consumidores heterótrofos (carnívoros,
herbívoros, omnívoros, detritívoros) y a descomponedores heterótrofos (hongos y bacterias).
Clasificación genética
Clasificación en reinos por Whitaker
Evolución
Las primeras células que habitaron nuestro planeta fueron
las procariotas lo que significa, antes del núcleo. Estas células
aparecieron alrededor 3 billones 500 mil años atrás. Estas células
carecen de membranas internas y su ADN está en el citoplasma
ocupando un espacio que se denomina nucleoide. Estas células son
de un tamaño muy pequeño, poseen una rápida reproducción
celular y pueden sobrevivir en diversos ambientes.
Las primeras células eran procariontes heterótrofas y
anaeróbicas ya que no había oxígeno libre disponible. Las
moléculas orgánicas cada vez eran más escasas en el ambiente y de
a poco se empezaron a desarrollar células capaces de producir su
propio alimento, lo que fueron las primeras células autótrofas.
Como eran capaces de utilizar la materia inorgánica, pudieron
predominar en el medio. La fotosíntesis que estas células
realizaban permitió convertir el CO2 en exceso del aire en O2,
transformando la atmósfera en oxidante. Estas nuevas condiciones
atmosféricas permitieron el desarrollo de nuevas formas de vida
como las células eucariontes.
Hoy por hoy se acepta la teoría endosimbiótica para explicar cómo se pasó de la célula procarionte a la
eucarionte. Según esta teoría, ciertas bacterias primitivas fueron incorporadas por células eucariontes
heterótrofas, estableciéndose una relación simbiótica entre ellas dada por la protección, los nutrientes y proteínas
de la célula eucarionte, y el ATP o la fotosintetización de la procarionte.
Virus, viroides y priones
Virus
Los virus no son seres vivos porque no cumplen con la mayoría de las características de los mismos. Están
formados por proteínas y ácidos nucleicos. Son un conjunto de macromoléculas. Se dice que no se reproducen sino
que se replican, y que son endoparásitos intracelulares porque necesitan rodearse de una célula para subsistir.
Son complejos macromoleculares formados por una cápsula proteica, una molécula de ADN o ARN y una
cubierta membranosa. Son parásitos sumamente específicos con respecto a la célula que pueden infectar y
necesitan de la maquinaria celular, su materia y energía para poder reproducirse. Esta característica de
reproducción es la única que comparten con los seres vivos. Aunque no poseen metabolismo ni organización
celular.
Ciclo lítico y lisogénico de un bacteriófago: Los bacteriófagos son virus específicos de las baterías. Su infección en
la célula se realiza por etapas.
1. Fijación: Los virus se unen a la cubierta de la pared bacteriana
2. Contracción: La cola del virus se contrae y el ácido nucleico del virus se empieza a inyectar en la bacteria.
3. Penetración: El ácido penetra en el citoplasma de la bacteria y puede seguir dos caminos:
Ciclo lítico: El ADN del virus toma la maquinaria de síntesis de la célula para sintetizar sus propias
proteínas y para copiar el ADN viral. Una vez que hay una cantidad suficiente de estas moléculas, se
produce el ensamblaje y la célula se lisa, liberando nuevos virus al medio, produciendo la muerte
de la célula.
Ciclo lisogénico: El ADN del virus se integra al ADN de la bacteria. Los genes del virus no se
expresan, sino que quedan como profagos. Pero ante un estímulo se puede desencadenar el ciclo
lítico, destruyendo así la célula hospedadora.
Priones
Son agentes patógenos formados por la proteína del prion. Pueden producir enfermedades como la de la
“vaca loca” o encefalopatía bovina espongiforme. Esta proteína se acumula en el cerebro de animales dando lugar
a una estructura esponjosa de la corteza cerebral. Estas enfermedades pueden transmitirse verticalmente,
hereditariamente o de manera infectiva.
La estructura primaria del prion normal tiene una secuencia de aminoácidos que es igual a la de un prion
patogénico. En lo que se diferencias estos dos es en las estructuras de tipo secundaria y terciaria de sus
aminoácidos ya que la normal posee una mayor cantidad de hélices alfa, y la patógena de láminas beta. Pero la
proteína alterada tiene el poder de cambiar la conformación de un prion normal alterándolo.
Viroides
Son moléculas de ARN circular desnudo que se encuentran en las plantas. Uno de ellos es el que causa la
enfermedad de tubérculo fusiforme en la papa y en el tomate, denominado PSTV.
Biomoléculas
Compuestos
Inorgánicos
Son los compuestos que no están formados Carbonos que se encuentran directamente unidos a
Hidrógenos. Algunos seres vivos están formados por este tipo de compuestos. Los más importantes son las
sales minerales, los iones y el agua. Algunos iones característicos son el protón H+, Mg+, K+, Na2+, Ca2+.
Orgánicos
Son los que están formados por cadenas de Carbonos unidos a Hidrógenos, y a su vez, esta se une a otros
elementos químicos. La mayoría de los seres vivos se encuentran formados por este tipo de estructuras, con lo
cual se denominas biomoléculas. Las mismas se dividen en hidratos de carbono o glúcidos, lípidos, proteínas y
ácidos nucleicos.
El orden de degradación de la materia orgánica se da desde los hidratos a las proteínas en ese orden de
prioridad, degradándose primero los monosacáridos y disacáridos, luego los polisacáridos, los lípidos y por
último las proteínas. Los ácidos nucleicos no pueden degradarse.
GRUPOS FUNCIONALES POLARES
ORGÁNICOS
Oxidrilo o grupo alcohol
Carboxilo o grupo ácido
Éster
Aldehído
Cetona
Amino
La importancia del agua
El agua como molécula tiene una gran importancia. Constituye del 75% al 90% del peso de un organismo
dependiendo de la especie, la edad del individuo y el tipo de tejidos al que hagamos referencia. Es el entorno en el
que se llevan a cabo las reacciones químicas y metabólicas del organismo y de las células. A su vez, tiene una
importante función relacionada con el transporte ya que es un solvente universal. Además tiene una función
denominada amortiguación térmica, ya que los organismos homeotermos precisan de agua para poder mantener
la homeostasis de su temperatura, y la misma es de gran utilidad porque tiene una alta capacidad calorífica.
Es una molécula polar formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno que se encuentras
distribuidos de forma heterogénea en el espacio formando ángulos de aproximadamente 105°. Tiene una forma
angular. La misma puede unirse intermolecularmente por medio de puentes de hidrógeno a hasta cuatro moléculas
de agua mediante uniones débiles, lo que significa que con poca energía se pueden romper esos enlaces.
Glúcidos o hidratos de carbono
Son moléculas formadas por los elementos C, H y O. Tienen un grupo aldehído (aldosas) o un grupo cetona
(cetosas) y varios grupos oxidrilo. Son compuestos solubles en agua ya que pueden formar puentes de hidrógeno.
Monosacáridos: Están formados por una molécula. Los que tienen 3 átomos se denominan triosas, los que
tienen 4 tetrosas, los que tienen 5 pentosas, y así sucesivamente con las hexosas y las hectosas. Tanto la
ribosa como la desoxi-ribosa son ejemplos de pentosas. La glucosa, fructosa y galactosa son hexosas.
Constituyen junto con los disacáridos la primera fuente de materia degradable.
Disacáridos: Están formados por la unión de dos monosacáridos. La unión por la cual se forma se denomina
glucosídica o glicosídica. Es una fuente de energía degradable.
SACAROSA GLUCOSA + FRUCTOSA
LACTOSA GLUCOSA + GALACTOSA
MALTOSA GLUCOSA + GLUCOSA
Oligosacáridos: Se forman por la unión de diez-doce monosacáridos. No tienen función energética, sino
que se unen entre sí para formar moléculas complejas que reconocen y transmiten señales.
OLIGOSACÁRIDO + LÍPIDO GLICOLÍPIDO
OLIGOSACÁRIDO + PROTEÍNA GLICOPROTEÍNA
Polisacáridos: Los polisacáridos están formados por la unión de miles de monosacáridos. Son una
importante fuente de energía que a la hora de degradarse lo hace de a disacáridos, cuando ya no hay
disponibles monosacáridos y disacáridos para sintetizar. El glucógeno tiene la función de reserva en las
células animales, mientras que el almidón la tiene en las vegetales. Por otra parte la celulosa es la que se
encuentra en la pared celular de las células vegetales, y la quitina (cadenas de glucosa modificada) es la
que forma parte del exoesqueleto de insectos y artrópodos, como así también en la pared celular de los
hongos. También tienen una función de tipo estructural.
Lípidos
Estas biomoléculas están formadas por los elementos C, H y O. Al ser hidrofílicas no pueden disolverse en
agua con lo cual deben unirse a moléculas polares o a otro lípidos para poder ser transportados. Poseen múltiples
funciones como almacenar energía a largo plazo en animales y funciones de tipo compleja como hormonales,
vitamínicas y nerviosas, ya que recubren las vainas de mielina para permitir el impulso nervioso.
Ácidos grasos: Es una cadena hidrocarbonada con un grupo carboxilo en
su extremo. Este grupo carboxilo puede ser insaturado cuando tiene un
doble o triple enlace, o saturado que presenta todos enlaces simples. Los
insaturados son líquidos a temperatura ambiente, tuercen su cadena y
forman aceites; mientras que los saturados, son sólidos a temperatura
ambiente y forman las grasas. Al colocarlos en agua las colas (que son
hidrofílicas) se agrupan entre sí y forman una estructura que se denomina
“micelas”.
Acilglicéridos: Están formados por un glicerol unido a un ácido graso que puede ser saturado o insaturado.
Dependiendo de la cantidad de ácidos grasos que tenga el acilglicérido puede ser un monoglicérido,
diglicérido o triglicérido. Al formarse el acilglicérido mediante la unión éster, se forma una molécula de
agua.
Los triglicéridos permiten almacenar energía a largo plazo.
Los fosfolípidos son un tipo particular de acilglicéridos. Están formados por un glicerol, dos ácidos
grasos y un fosfato. Tienen una cabeza hidrofílica y colas hidrofóbicas. Al colocar estos fosfolípidos
en agua se forma la membrana. En la membrana pueden difundir, rotar o hacer movimientos de
flip-flop (saltar de una capa a la otra). A la vez, pueden unirse y formar vesículas llamadas
liposomas.
Ceramidas: Están formadas por ácidos grasos unidos a esfingosinas (esfingol + grupo amino). Hay derivados
de las Ceramidas que forman los esfingolípidos que forman la esfingomielina y los glucoesfingolípidos que
se dividen a su vez en cerebrósidos y en gangliósidos.
Esteroides: Derivan de una estructura de cuatro ciclos. Derivan del colesterol que podemos encontrar en la
membrana, el cual es el precursor de las hormonas esteroideas. Estas pueden ser sexuales como el
estrógeno o la progesterona, o renales. Del colesterol también derivan ciertas vitaminas, ácidos biliares y
pigmentos. Es integrante de las membranas biológicas. Se ubica entre los fosfolípidos regulando la fluidez
de los mismos.
Proteínas
Son macromoléculas que tienen funciones muy diversas en los seres vivos que van desde el transporte de
moléculas y iones, las de tipo estructural y contráctil hasta funciones receptoras o reguladoras de la fluidez del
citoplasma. Los procedimientos a seguir para la síntesis de proteínas se encuentran en el ADN. Esta información
indica el tipo y ubicación de cada aminoácido en las distintas proteínas.
Las proteínas son polímeros de aminoácidos. Un
aminoácido está
formado por un grupo amino, un grupo carboxilo, un hidrógeno y un
radical R que varía según el aminoácido. Este radical es el que diferencia a
los aminoácidos entre sí, formando 20 tipos distintos. Ciertos aminoácidos
tienen en su radical azufre, como por ejemplo la Metionina.
Un aminoácido polar es aquel que es soluble en agua, en cambio,
los no polares se caracterizan por ser hidrofóbicas. A su vez, los polares
pueden tener carga o no. Si tienen carga positiva se denominan básicos y
si tienen carga negativa, ácidos.
Los aminoácidos se unen entre sí mediante enlaces peptídicos lo que
permite formar cadenas peptídicas. Cada proteína es una macromolécula
que está formada por una o más cadenas peptídicas. Cualquier alteración
en la secuencia de aminoácidos produce alteraciones de diferente
importancia en las proteínas. Al igual que cualquier mutación del ADN
provocará ciertos cambios tanto positivos como negativos en la proteína,
que hará que se tenga que replegar de una forma distinta.
El grupo ácido del primer aminoácido se une con el grupo amino del
segundo formando una unión N C dando polaridad a la proteína
por formar un extremo amino terminal y un carboxi terminal.
Se dice que las proteínas son ESPECÍFICAS porque cada especie posee sus propias proteínas. Por ejemplo,
los humanos poseemos la proteína pigmentación de ojos, que un arácnido no posee. Pero son específicas
también desde el punto de vista de la Regulación de la expresión genética. Esto significa que nuestro ADN
contiene todo la información necesaria para sintetizar todas las proteínas que nuestro cuerpo necesita,
pero una proteína del estómago no va a ser sintetizada por el ojo, y viceversa porque están “bloqueadas”
gracias a la diferenciación celular. Además, son específicas porque dentro de una misma especie, los
individuos pueden tener proteínas diferentes, como por ejemplo la proteína que califica para ojos verdes, o
la que califica para ojos celestes.
Funciones
Transporte: Como el canal de potasio, la mioglobina y la albúmina que transporta sustancias insolubles en
agua como los lípidos. La hemoglobina, por ejemplo participa en el transporte de oxígeno a todas las
células del cuerpo y se encuentra en los eritrocitos.
Estructura: Como el colágeno y las historias que provocan el enrollamiento del ADN.
Catálisis: Tiene que ver con la aceleración de las reacciones químicas. Para este propósito se producen
enzimas. Cada reacción química se produce en presencia de las enzimas. Algunas de ella son lisosoma,
pepsina y la polimerasa ADN.
Movimiento: Como la miosina que participa en la contracción de la fibra.
Regulación y señalización: Como los factores de transmisión que participan en la regulación de la
expresión, la insulina que es una hormona proteica que regula la glucosa en sangre haciéndola entrar en la
célula para que no se acumule en la sangre, y las inmuno-gamma-globulinas que son anticuerpos de origen
proteico.
Estructuras
Primaria: Es una cadena lineal de aminoácidos unidos mediante uniones covalentes, las cuales son muy
fuertes. Su secuencia está determinada en el ADN. Todas las proteínas poseen, al menos, una estructura
primaria. La función de las proteínas está asociada a su estructura. Si pierde por alguna razón alguna de sus
niveles estructurales, deja de funcionar, es decir, pierde su actividad biológica.
Secundaria: Se da cuando las estructuras primas se enrollan formando puentes de
hidrógeno y otras fuerzas entre varios aminoácidos. La cadena de aminoácidos adopta
una en forma en espiral llamado Alfa hélices o en hoja plegada que se denomina
lámina plegada Beta. Esta última tiene mucha más resistencia, un ejemplo de las
mismas son los priones.
Terciaria: Ocurre cuando la macromolécula se sigue plegando y es la conformación espacial que forma
glóbulos.Se produce en las que tienen azufre, provocando uniones
puente disulfuro que pueden romperse a través de enzimas biológicas.
Pueden adoptar una estructura globular o fibrosa que tiene apariencia
de alargada. Existen sectores o dominios hidrofóbicos e hidrofílicos.
Muchas proteínas con función enzimática forman glóbulos, así como
también proteínas con función de transporte en membranas biológicas.
Cuaternaria: Es la estructura más compleja. Se da cuando está formada por dos o más polipéptidos que se
mantienen unidos por uniones débiles y fáciles de romper.
La desnaturalización se da cuando la proteína pierde su estructura cuaternaria, terciaria o secundaria,
perdiendo al mismo tiempo su función, pero manteniendo intactos los enlaces peptídicos, es decir que se
mantiene la estructura primaria. Puede ser reversible, caso en el que se puede recuperar la actividad
biológica; o irreversible, se pueden perder grupos funcionales que impiden que pueda renaturalizarse. En
caso de ser irreversible, la proteína perderá su función. Los factores que las desnaturalizan son:
temperatura, cambios en el pH, radiaciones, agitación o contacto con ciertas sustancias químicas.
La hidrólisis se da cuando se rompen los enlaces peptídicos entre los aminoácidos ya que las uniones entre
los monómeros pueden romperse y liberar las moléculas. Este cambio resulta irreversible. Hidrólisis
significa “ruptura por el agua”, puesto que en el proceso de separación de monómeros requiere la
intervención de una molécula de agua. El producto que se obtiene de la hidrólisis total de una proteína es
un conjunto de aminoácidos.
Ácidos nucleicos
El ADN y el ARN son polímeros conformados por uniones de nucleótidos. Un nucleótido está siempre
formado por una pentosa, una base nitrogenada y un grupo fosfato. Hay 5 tipos de nucleótidos distintos. Todos los
nucleótidos que forman parte del ADN (ácido desoxi-ribonucleico) tienen como pentosa una desoxi-ribosa; y los
que forman parte del ARN tienen como pentosa a la ribosa.
ADN
ARN
Cadenas
Doble helicoidal
Una sola cadena y no helicoidal
Base nitrogenada
Adenina, Timina; Citosina, Guanina
Adenina, Citosina; Guanina, Uracilo
Pentosa
Desoxi-ribosa
Ribosa
Ubicación dentro de la célula
Está en el núcleo de las células
eucariontes y en el citoplasma de las
procariontes
Se sintetiza en el núcleo y tiene
actividad en el citoplasma de la
célula
Tipos
1
ARNm, ARNt, ARNr
Comportamiento en el núcleo
No abandona el núcleo
Sale del núcleo hacia el citoplasma
cuando sintetiza proteínas
Funciones de los nucleótidos
Los nucleótidos pueden estar libres en la célula, cumpliendo funciones relacionadas con el transporte de
electrones, de protones y de energía.
Cuando un nucleótido está libre puede estar unido a uno, dos o tres grupos
fosfatos, por lo tanto puede ser monofosfatados, difosfatados, o trifosfatados. Los que forman parte de las cadenas
son los monofosfatos.
Un nucleótido libre fundamental para el metabolismo es el ATP
(adenosín trifosfato), que está formado por ribosa, unida a Adenina y a
tres grupos fosfatos. Al romper ATP se libera energía. Esta energía química
como ATP es almacenada en los enlaces químicos; al romperse la energía
se libera en gran cantidad.
Existen nucleótidos de estructura más compleja como El NAD y el
FAD que son coenzimas derivadas de los nucleótidos que intervienen en
procesos como la respiración celular y la fotosíntesis.
Polinucleótidos
Los nucleótidos se pueden unir formando largas cadenas o polinucleótidos. En los ácidos nucleicos
los nucleótidos se unen por medio de una unión fosfodiester uniendo un grupo fosfato al oxidrilo del tercer
carbono C – O – P – O – C. Es una unión covalente fuerte. Luego de la unión quedan dos extremos libres que se
llaman Carbono 5’ libre y Carbono 3’ libre. Los polinucleótidos constituyen los ácidos nucleicos: ADN y ARN.
Composición del ADN
Una molécula de ADN porta
información genética y está formada por dos
cadenas o hélices de nucleótidos que son
bicatenarias, complementarias y antiparalelas.
Que sean complementarias significa que se
juntan las bases A y T o C y G, por la cantidad
de anillos. Esta unión de bases se mantiene
gracias a puentes de hidrógeno, siendo la
unión de C y G más fuerte que la A y T. Las
cadenas son antiparalelas y polares porque
una va en sentido 5´ 3´y la otra en el sentido
contrario.
Composición del ARN
Una molécula de ARN está
formada por una sola cadena de
nucleótidos que puede plegarse en sí.
Puede ser de tipo ribosomal,
mensajero o de transferencia. Ambos
tres participan en la síntesis de
proteínas. El ARN mensajero es lineal;
el ARN de transferencia se pliega
sobre sí mismo usando la
complementariedad de A y U o de C y
G; y el ARN ribosomal se enrolla
como un ovillo con proteínas que se le unen formando RIBOSOMAS, que pertenecen al nivel del complejo
macromolecular.
El ARN mensajero es un polinucleótido que tiene como función llevar la información de la estructura
primaria de la proteína desde el ADN hasta los ribosomas, que constituyen el sitio donde se sintetizan las
proteínas.
El ARN de transferencia es una cadena plegada que se une de manera específica a los aminoácidos que
transporta. Los lleva desde el citoplasma hasta los ribosomas.
El ARN ribosomal constituye cadenas que se unen a proteínas para formar las dos subunidades del
ribosoma (mayor y menor). Ambas subunidades se unen en el citoplasma en el momento de sintetizar una
proteína.
Polímeros
Son cadenas de eslabones de una misma biomolécula que se repite, es decir que son macromoléculas.
Dentro de los hidratos de carbono encontramos a los polisacáridos. Los lípidos nunca forman esta estructura, en
cambio las proteínas y los ácidos nucleicos siempre forman polímeros.
Energía y metabolismo
La
energía es la capacidad de realizar un trabajo (desplazamiento, reproducción, síntesis de moléculas). Hay
distintos tipos de energía: cinética (de movimiento), potencial, eléctrica, eólica, lumínica, hidroeléctrica, entre
otras. Un tipo de energía muy importante es la energía química. Esta energía es la que se encuentra almacenada en
los enlaces de las moléculas. Las enzimas son las sustancias proteicas que rompen estos enlaces, para poder
obtener energía. La materia inorgánica contiene menos energía que la orgánica.
La Termodinámica es rama de la Física que estudia la energía y sus transformaciones. Tiene dos leyes esenciales y
básicas para el funcionamiento de la física:
LA ENERGÍA NO SE CREA NI SE DESTRUYE, SINO QUE SE TRANSFORMA. Por ejemplo, la energía hidráulica
puede generar energía en forma de electricidad a través de una diferencia de potencial por altura y unas
turbinas. Los seres vivos son sistemas abiertos porque intercambian materia y energía con el ambiente.
Como ejemplo podemos poner el caso del reino vegetal y protista, que utilizan la energía lumínica para
generar glucosa a través de la energía química, la cual guarda una gran cantidad de energía química.
Y la segunda ley enuncia que LA ENERGÍA TOTAL PERMANECE CONSTANTE. Como la energía no se crea ni
se destruye, permanece constante en el universo. Si hay más cantidad de energía en el sistema, habrá
menos en el universo, pero el total no se modifica. En toda conversión energética, la energía potencial (útil)
del estado final siempre es menor que la energía potencial del estado inicial (siempre y cuando no se quite
ni suministre energía extra al sistema que se estudia). Es decir que en toda transformación energética hay
una “inevitable” pérdida de energía no útil (calor), por lo que los sistemas tienden a un estado menos
organizado, de mayor desorden o entropía.
Cada vez que ocurre una transformación química, algo de energía se pierde en forma de calor. A su vez, el calor
del universo siempre aumenta. Se necesita mantener cierto orden, pero al degradar materia aumenta el grado de
desorden entropía.
En la luz del sistema digestivo se degrada la materia convirtiendo los lípidos en ácidos grasos y glicerol y los
hidratos en monosacáridos. Al pasar por el intestino delgado, los nutrientes viajan por todo el torrente sanguíneo
hasta llegar a las células en las que se produce la respiración celular (procariotas en el citoplasma y en las laminillas;
eucariotas en las mitocondrias). Los enlaces se rompen, la energía se libera, se pierde calor, y se sintetizan
moléculas de ATP para guardar la energía obtenida. El monómero de los ácidos nucleicos son los nucleótidos. El
ATP es un nucleótido formado por una base de Adenina y tres grupos fosfatos cuando se encuentra libre. Los
enlaces entre los fosfatos contienen mucha energía, aunque el proceso de almacenamiento no es 100% eficaz
debido a las pérdidas de calor. A su vez, todo este proceso es favorecido y catalizado a través de distintos tipos de
enzimas.
Metabolismo
El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas de síntesis o de degradación. Abarca al anabolismo y
al catabolismo. Este metabolismo implica un intercambio de materia y energía
con el medio ambiente.
Anabolismo: Es el conjunto de reacciones metabólicas de síntesis o
fabricación de moléculas complejas a partir de moléculas más simples.
Son un tipo de reacción endergónica porque precisan de energía para
poder obtener moléculas complejas. Algunos ejemplos son la
fotosíntesis o la síntesis de proteínas.
Catabolismo: Es el conjunto de reacciones metabólicas de degradación
o ruptura de moléculas complejas en moléculas más simples. Son un
tipo de reacción exergónica porque liberan energía a partir de la
degradación de moléculas complejas.
E>0
E<0
Para que las moléculas se encuentren necesitan moverse. Esta energía
potencial se denomina
energía de activación. Las enzimas, al tener una función
catalizadora, disminuyen la energía de activación para que la misma se
produzca a mayor velocidad, pero sin modificar la energía final ni la inicial de la
reacción. En el esquema a continuación se muestra el camino que sigue la
molécula en presencia de la enzima catalizadora.
ATP y transporte de energía
La síntesis de ATP acompaña la degradación de compuestos orgánicos ya que esa energía que se libera, debe ser
almacenada. Para eso se junta el ADP con un grupo P para formar la molécula de ATP, la cual es capaz de
almacenar una gran cantidad de energía en el organismo. Las reacciones catabólicas están acopladas a la síntesis
de ATP; mientras que las anabólicas están relacionadas a la degradación de ATP. La molécula de ATP transporta
energía en sus uniones entre grupos fosfato, llamadas Uniones de Alta Energía. Por eso se dice que el ATP es un
intercambiador de energía.
Enzimas
En las células, las transformaciones químicas son muy rápidas, ocurren en minutos o en segundos. Esto es
posible debido a la presencia de las enzimas: moléculas proteicas que catalizan las reacciones bioquímicas y
regulan el metabolismo. Algunas de sus características son:
Son proteínas
Son específicas porque se unen a un determinado reactivo o sustrato
Actúan en bajas concentraciones
Se liberan sin sufrir modificaciones
Son reutilizables
No modifican la energía inicial de los reactivos ni la energía final de los productos
Como mencionamos antes, las enzimas son específicas. Antes se creía en lo que se denominó
modelo llave-
cerradura
. Este modelo decía que la enzima y el sustrato poseen complementariedad geométrica porque sus
estructuras encajan exactamente una en la otra. La región de la enzima donde se une el sustrato se llama sitio
activo.
La teoría que se tiene hoy en día es la del modelo del encaje inducido en la cual cuando el sustrato entra en
contacto con el sitio activo de la enzima, la misma se modifica para poder encajar.
E + S ES EP E + P
Las enzimas pueden ser simples o conjugadas, dependiendo si están unidas a otras moléculas o partículas.
Las conjugadas tienen iones (cofactor) o moléculas orgánicas (coenzima) unidas a la parte proteica. Las coenzimas
son pequeñas moléculas orgánicas, que se unen a la enzima. Las coenzimas colaboran en la reacción enzimática
recibiendo transitoriamente algún grupo químico: H
+
, OH, CH
3
. El NAD, NADP y el FAD son coenzimas que ayudan a
las enzimas a realizar su función. Los cofactores son sustancias diferentes, no proteicas, necesarias para la actividad
enzimática. En general son iones como el Cu, K, Mn, Mg.
Se llama CINÉTICA ENZIMÁTICA (MICHAELIANA) a
la curva hiperbólica que se puede graficar sobre la
variación de la velocidad en relación a la concentración de
un sustrato. La variable Y depende de la variable X. A
medida que se aumenta la concentración de sustrato,
aumenta la velocidad. Pero llega un punto en el que po
más que se aumente la concentración del sustrato, la
velocidad permanece constante. En este punto la enzima
se dice que se saturó ya que todos sus sitios activos están
siendo ocupados. Allí es cuando se alcanza la velocidad
máxima.
El KM es una medida de concentración que indica la concentración de sustrato que se alcanza a la mitad de
la velocidad máxima. Este valor indica la afinidad con los sustratos.
PH
Cada enzima actúa a un pH determinado de
forma óptima. Una enzima de la saliva, por ejemplo, se
inactivará en el estómago ya que el pH del último es
mucho más ácido que el de la saliva. Las variaciones del
pH del medio pueden cambiar las uniones de las
enzimas, alterándolas. El pH sanguíneo es de 7,4. Otro
factor que influye en estas biomoléculas es la
temperatura, ya que pueden desnaturalizarse. Todas
las proteínas se desnaturalizan por encima de los 40°,
con lo cual una enzima que se vea afectada por una
temperatura no podrá cumplir su función. Lo mismo pasa a temperaturas inferiores a los 36,6°, ya que tampoco
funcionan en estas condiciones.
> KM < AFINIDAD
< KM > AFINIDAD
Inhibiciones enzimáticas
INHIBICIÓN COMPETITIVA: Una molécula ajena al organismo, con una estructura similar a la del sustrato
compite con éste por el sitio activo de la enzima. Se une solo a la enzima libre. La velocidad máxima no se
altera, pero el KM cambia. En el caso de que se aumente la cantidad de sustrato, el inhibidor competitivo
es desplazado y se forma producto. Puede revertirse
INHIBICIÓN NO COMPETITIVA: Una molécula ajena se une a un lugar
diferente del sitio activo la enzima. Por acción del inhibidor
disminuye la velocidad máxima pero el valor de KM no se altera.
Cuando el inhibidor se une a la enzima, impide la formación de
producto ya que el sustrato no puede reconocer el sitio activo.
Puede revertirse.
INHIBICIÓN IRREVERSIBLE: Se produce la inactivación permanente de la enzima. El inhibidor se une a la
enzima en forma permanente e irreversible interfiriendo con el normal desarrollo de una reacción o vía
metabólica. Esta inhibición no suele tener causas fisiológicas.
Enzimas alostéricas
Son las enzimas que poseen además de un sitio
activo, un sitio alostérico al que se unen moléculas
moduladoras. Además poseen una curva sigmoidea en
relación a su energía cinética. Los moduladores modifican
la afinidad de la enzima por el sustrato y, por lo tanto, la
velocidad de la reacción. Si el modulador alostérico es
negativo (inhibidor) disminuye la afinidad de la enzima por
el sustrato y la reacción se hace más lenta; si el modulador
es positivo (activador), aumenta la afinidad de la enzima
por el sustrato acelerando la reacción. Si la enzima no tiene
modulador, la curva es basal, ya que mantiene una
velocidad media. De esta forma se pueden regular las
velocidades de las reacciones metabólicas de acuerdo a las
necesidades de las células.
Son enzimas que tienen una estructura cuaternaria y tienen un efecto cooperativo ya que al unirse un
sustrato en una de sus cadenas, se unen los demás sustratos automáticamente.
Sistemas multienzimáticos o vía metabólica
El metabolismo presenta una gradualidad a través de las vías metabólicas. Una vía metabólica es una
cadena de reacciones químicas. En una vía metabólica el producto de la actividad de una enzima es sustrato de la
siguiente. Con lo cual, las reacciones están “encadenadas” y si una de las enzimas se inactiva o está modulada
negativamente, toda la vía se ve afectada. Los puntos de control se encuentran en las enzimas alostéricas. El
producto final de la vía puede actuar como modulador negativo de la E1 cuando está en exceso. A su vez, un exceso
del sustrato inicial puede actuar como modulador positivo de E1, activando la vía.
Biomembranas
Características de la membrana
La membrana plasmática es la estructura que envuelve a la célula y la delimita. Tiene un grosor aproximado
de 0.0075 a 0.01 µm. Esta estructura se encuentra dentro del nivel macromolecular complejo. La membrana forma
parte, tanto de la célula eucariota, como de la procariota y no sólo existe la membrana plasmática, sino que
también existen las membranas nucleares y las endomembranas.
Bicapa fosfolipídica (lípidos y colesterol), proteínas y oligosacáridos en distintas proporciones. Cabe
aclarar que únicamente las células eucariotas animales son las que tienen colesterol. Se dice que la bicapa
es ANFIPÁTICA porque las cabezas de los fosfolípidos son polares, y por tanto hidrofílicas, y las colas
hidrofóbicas.
Se dice que es fluida porque hay un constante movimiento de los lípidos y las proteínas en la bicapa.
Además es asimétrica porque las dos monocapas son diferentes gracias a la contribución de las proteínas y
de los oligosacáridos. Por ejemplo, los oligosacáridos, se encuentran en la monocapa externa.
Presenta permeabilidad selectiva ya que controla el paso de sustancias a través de ella. Esta selectividad
depende del tamaño, de la polaridad y de las concentraciones de moléculas e iones.
Funciones de la membrana
Delimitar la célula y sus compartimientos, separándolos de su entorno.
Controlar el intercambio de sustancias mediante una barrera con permeabilidad selectiva.
Controlar el flujo de información entre las células y su entorno.
Constituir el anclaje del citoesqueleto y el sitio de uniones celulares para poder mantener la forma de la
célula.
Modelo del mosaico fluido
Se dice que este modelo sobre la membrana es justamente un modelo porque nadie puedo verlo, sino que
es un gráfico aproximado a lo que es una membrana. Fue propuesto por Singer y Nicolson en 1972, y hoy por hoy
es el esquema que aceptamos. En él podemos ver a la bicada de fosfolípidos con las cabezas polares por afuera; a
proteínas que traspasan toda la membrana a las que se las llama proteínas integrales, y a las periféricas; también se
puede ver al colesterol entre los fosfolípidos y a los glúcidos ramificados en la capa externa (solos o unidos a
proteínas o lípidos).
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