Biologia General I Y II

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Contiene Historia de la Biología, la Química celular, Micro y ultra microestructura de las células, Fisiología celular, Microbiología, Inmunologia, Biotecnología, Taxonomía vegetal y animal, y Ecología.

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Biologia General I Y II

  1. 1. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 1 BIOLOGÍA GENERAL I Y II BIOLOGÍ A GENERA L
  2. 2. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 2 BIOLOGÍA GENERAL I Y II I Y II Mg. MÁXIMO SABINO GARRO AYALA CHIMBOTE – PERU 2008
  3. 3. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 3 BIOLOGÍA GENERAL I Y II © Copyright 2206 SISTEMA DE EDUCACIÓN ABIERTA -ULADECH Elaborador por: © Mg. Máximo Sabino Garro Ayala Edición: © Lic. Manuel Antonio Cardoza Sernaque Universidad Los Ángeles de Chimbote Leoncio Prado 453 Chimbote (Perú) www.uladech.edu.pe PRESENTACIÓN El propósito del presente texto de BIOLOGÍA GENERAL I Y II, es proporcionar a los estudiantes y todo lector interesado, los nuevos conocimientos del mundo viviente incluyendo al hombre y el ambiente en que vivimos. En la selección de los temas, se ha tenido en cuenta un modelo alternativo operativo en la enseñanza de BIOLOGÍA GENERAL I Y II basado en la integración curricular con otras ciencias, teniendo en cuenta las últimas investigaciones en Biología Molecular, Genética y Biotecnología. Para estar en acorde con la investigación científica se han introducido nuevos capítulos y términos biológicos que no se encuentran en otros textos de Biología, además normas ambientales necesarios para difundir la Defensa de nuestro Medio Ambiente de tanto daño ecológico que se le hace. El contenido abarca treinta y dos
  4. 4. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 4 BIOLOGÍA GENERAL I Y II sesiones de aprendizaje, que se puede desarrollar en dos ciclos. Los esquemas son inéditos. Se sugiere complementar la lectura de los diferentes sesiones con textos que se ocupan del tema de manera más amplia, que se encuentra en la Bibliografía, así mismo, el estudiante tendrá que recurrir a toda información del día: periódicos, revistas especializadas, TV, Páginas Web, etc. Finalmente, el presente texto de BIOLOGÍA GENERAL I Y II es la continuación y ampliación de los otros libros de biología, el primero se publicó en 1984, el segundo en 1987, el tercero en 1991, el cuarto en 200 y el quinto 2004. En todas las ediciones los textos de Biología ha tenido gran acogida, cuyas ediciones y reimpresiones han marcado enorme demanda. Del mismo modo esperamos plasmar los objetivos de los estudiantes y de todo lector que desea buscar la verdad científica y actualizada del mundo viviente desde su nivel molecular hasta su nivel ambiental. Chimbote, Enero 2008. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala ÍNDICE GENERAL Pág. Sesión de Aprendizaje Nº 1: Biología General 5 Sesión de Aprendizaje Nº 2: Biología Molecular 14 Sesión de Aprendizaje Nº 3: Proteínas y Ambiente 27 Sesión de Aprendizaje Nº 4:Acidos Nucleicos 35 Sesión de Aprendizaje Nº 5: Enzimas 42 Sesión de Aprendizaje Nº 6: Bionergética 50 Sesión de Aprendizaje Nº 7: Vitaminas 54 Sesión de Aprendizaje Nº 8: Biología Celular 60 Sesión de Aprendizaje Nº 9: Fisiología Celular 84 Sesión de Aprendizaje Nº 10: Microbiología 99 Sesión de Aprendizaje Nº 11: Cinoabacterias 106
  5. 5. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 5 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Sesión de Aprendizaje Nº 12: Virus 109 Sesión de Aprendizaje Nº 13: Inmunología 113 Sesión de AprendizajeNº 14: Biología Tisular 120 Sesión de Aprendizaje Nº 15: Biología Taxómica 131 Sesión de Aprendizaje Nº 16: Reino Hongo 137 Sesión de Aprendizaje Nº 17: Reino Plantas 141 Sesión de Aprendizaje Nº 18: Reino Animal 143 Sesión de Aprendizaje Nº 19: Biología Humana 148 Sesión de Aprendizaje Nº 20: Cuerpo Humano 151 Sesión de Aprendizaje Nº 21: Aparato locumotor 154 Sesión de Aprendizaje Nº 22: Sistema Nervioso y Sensorial 157 Sesión de Aprendizaje Nº 23: Sistema Endocrino 161 Sesión de Aprendizaje Nº 24: Sistema Cardiovascular 163 Sesión de Aprendizaje Nº 25: Sistema Respiratorio 167 Sesión de Aprendizaje Nº 26: Sistema Reproductor y Embriogénesis 170 Sesión de Aprendizaje Nº 27: Genética 176 Sesión de Aprendizaje Nº 28: Principios Genéticos 183 Sesión de Aprtendizaje Nº 29: Biotecnología 195 Sesión de Aprendizaje Nº 30: Clonación y bioética 201 Sesión de Aprendizaje Nº 31: Ecología 211 Sesión de Aprendizaje Nº 32: Legilación Ambiental 238 Bibliografía 243 SESION DE APRENDIZAJE Nº1 BIOLOGÍA GENERAL Biología: La biología es la ciencia sobre la vida en general. Ciencia que estudia la vida en general. Estudia la forma, tamaño, estructura. Fenómenos físico – químicos que ocurren en las máquinas vivientes; su origen, desarrollo, evolución a través del tiempo y sus relaciones ambientales. El DICCIONARIO ENCICLOPÉDICO SALVAT. (1985: 524) define a la Biología como: “Ciencia de la vida o más exactamente, ciencia que estudia los fenómenos vitales (génesis, nutrición, desarrollo, reproducción, patogenia, etc.) y la estructura y la dinámica funcional comunes a todos los seres vivos con el fin de establecer las leyes generales que rigen la vida orgánica y los principios explicativos fundamentales de esta”. Para CLAUDE A. VILLEE (1985: 2), “La Biología estudia las múltiples formas que pueden adoptar los seres vivos así como su estructura, función, evolución, crecimiento y relaciones con el medio”.
  6. 6. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 6 BIOLOGÍA GENERAL I Y II DESARROLLO HISTÓRICO DE LA BIOLOGÍA: La biología es una ciencia muy antigua, puesto que el hombre siempre ha deseado saber más acerca de lo que tenemos y de todo ser vivo que nos rodea, por razones didácticas estamos dividiendo en etapas: Etapa Milenaria: En la China antigua, entre el IV y III milenio a.C y a se cultivaba el gusano productor de la seda China también ya tenían tratados de medicina naturista y de acumputura. La antigua civilización Indu, curaba sus pacientes basados en el pensamiento racional, en la fuerza de la mente. La cultura milenaria Egipcia, desarrollaron la agricultura basado en la mejora de la semilla y de la producción, además conocían la Anatomía humana y las técnica de embalsamamiento de cadáveres. En el III Milenio a.C los egipcios ya tenían jardines botánicos y zoológicos para el deleite de sus reyes y sus princesas. Etapa Helénica: Los pueblos de la Grecia antigua por su ubicación geográfica tenían mucha relación con el cercano y medio oriente a demás con Egipto y la Costa Mediterránea de Europa. En el siglo IV a.C Anaximandro estableció el origen común de los organismos, el agua. Alcneón de Crotona (S. VI a.C) fundó la primera Escuela de Medicina siendo su figura más relevante Hipócrates (S. V a.C), quien escribió varios tratados de Medicina y de Bioética que se hace mención con el “Juramento Hipocrático.” Anaximandro estableció el origen común de los organismos, el agua. Alcneón de Crotona (S. VI a.C) fundó la primera Escuela de Medicina siendo su figura más relevante Hipócrates (S. V a.C), quien escribió varios tratados de Medicina y de Bioética que se hace mención con el “Juramento Hipocrático.” Anaximandro (610 – 546 a.C) Hipócrates ( 460 - ¿? a.C) La investigación formal se inicia con Aristóteles (384-322 a.C.), quién estudió algunos sistemas anatómicos y clasificó a las plantas y animales que abundaban en aquellos tiempos, quién escribió su libro Historia de los Animales. Se escribieron mucho, en Alejandría, ciudad Egipcia que floreció entre los años 300 y 30 a.C., encontraron los romanos abundantes escritos de partes y estructuras anatómicas realizadas con disecciones de cadáveres, sin duda fue una investigación seria. Lamentablemente los romanos una vez establecidos en Alejandría mediante “Decretos” prohibieron toda investigación directa utilizando el cuerpo humano.
  7. 7. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 7 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Aristóteles (384 – 322 a.C) Galeno (131 – 200 d.C) Los atenienses tenían en esos tiempos las mejores escuelas, uno de sus hijos Galeno (131 – 200 d.C.) fue el primer fisiólogo experimental, sus descripciones perduraron más de 1300 años, por su puesto se le encontró muchos errores posteriormente. Etapa Moderna: Con la creación de las Universidades en España, Italia, Francia a partir del siglo XIV, los nuevos estudiantes de medicina se vieron obligados a realizar disecciones de cadáveres, se fundaron los anfiteatros en las Facultades de Medicina, de donde surgieron destacados anatomistas y fisiólogos: Leonardo de Vinci (1452–1519), Vesalio (1514–1564) Vesalio y sus dibujos Servet (1511–1553), Fallopio (1523–1562) Fabricius (1537–1619), Harvey (1578–1657).Con el invento del microscopio a principios del siglo XVII, se pudieron estudiar células y tejidos de plantas y animales, así como también los microbios, destacan: Robert Hooke (1635 - 1703), quien observó y grafico las cédulas (1665), Malpighi (1628 – 1694), Graaf (1641 – 1673), Leeuwenhoek (1632 – 1723).
  8. 8. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 8 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Robert Hooke Marcelo Malpighi Anton Van Leeuwenhoek Así mismo destacan Swammerdan (1637 – 1680) realizó observaciones microscópicas de estructuras de animales, Grew (1641 – 1712) estudió las estructuras de las plantas. El naturalista sueco Carlos Linneo (1707 - 1778)proporcionó las técnicas de clasificación de plantas y animales, llamo el sistema binomial escrito en latín clasico. También tenemos al biólogo francés Georges Cuvier (1769 - 1832), quien se dedicó a la Taxonomia y paleontología. Kart Von Linne Georges Cuvier Después de unos 150 años de que Hooke, publicará su libro Micrographia, Bichat (1771 – 1802) llegó a la conclusión de que las células forman los tejidos y los tejidos a las estructuras macroscópicas. Hizo una lista de 21 tipos de tejidos en animales y en el hombre. Así mismo Mirbel en 1802 y Dutrochert en 1824 confirmaron que los tejidos vegetales tienen base en sus propias células. El naturalista francés Juan Bautista Lamarck (1744 - 1829), en su obra Hidrogeología (1802) y G.R Treviranus(1776 - 1837) en su obra Biologie Oder Philophie der leveden Natur (1802) introdujeron independientemente la palabra Biología. Juan Bautista Lamarck G.R Treviranus El escocés botánico Robert Broun (1773 - 1858), identificó al núcleo celular en 1831y también el movimiento browniano. El zoologo alemán Theodor Schuwann (1810 - 1882), y el botanico aleman Mattias Schleiden (1804 - 1881) enunciaron la teoria celular.
  9. 9. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 9 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Robert Brouwn Theodor Schuwann Mattias Schleiden El médico alemán Rudolf Virchow (1821 - 1902) publicó su libro Célular Patholog (1858), donde propuso que toda celula viene de otra celula (ovnis cellula e cellula). Decubrió la enfermedad del cáncer. Rudolf Virchow Carlos Darwin En 1859 el médico naturista inglés Carlos Darwin (1809 - 1882) publicó su libro el Origen de las Especies, donde defendía la teoría de la evolución 1859 el médico naturista inglés Carlos Darwin (1809 - 1882) publicó su libro el Origen de las Especies, donde defendía la teoría de la Evolución. En el año 1865 el monje y naturalista austiaco Gregor Mendel (1882 - 1884) describió las leyes que rigen la herencia biológica. En 1879 el citogenético alemán Walter Fleming (1843 - 1905) identificó los comosomas y descubrió las fases de la mitosis celular. Gregor Mendel Walter Fleming Dibujo de Walter Etapa de la Biotecnología: Actualmente a principios del siglo XXI, la Biología está desempeñando un papel fundamental en la vida moderna. Después del descubrimiento de la estructura del ADN por Watson y Crick en 1953 ha surgido la Biología molecular, Biotecnología e Ingeniería Genética. En el año 1985 se inició el Proyecto Genoma Humano con el objetivo de responder: ¿Cuáles son cada uno de los 40 mil genes de la especie humana? ¿A dónde se encuentra cada uno de los 40 mil genes? ¿Qué rol cumplen cada uno de los 40 mil genes? En el año 2000 ya se había culminado con el borrador del Proyecto. Estos días (2007) ya todo está culminado inclusive se está trabajando con el genoma de los animales.
  10. 10. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 10 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Los científicos han encontrado que el 99,99% de los genes son idénticos para todos los seres humanos, la variación de una persona y otra es de solo 0,01%. Es por esa razón para que en la prueba biológica del ADN, es positivo cuando la relación entre los dos individuos pasa del 99,99%. El 98% de los genes del Chimpancé, por ejemplo son idénticos a los seres humanos, pero nadie duda que un mono y una persona son diferentes. Así mismo el 30% de los genes de las ratas son idénticos a los genes humanos. No somos nada especial, compartimos numeroso material genético no sólo con el resto de los mamíferos sino con organismos, con insectos, con lombrices de tierra, pero la mayor diferencia está en el modo en que otros genes interactúan. Es lo que está trabajando el Proyecto Genoma Humano. Recientemente la aplicación de la Biología en otras ciencias ha llegado a modificar las estructuras de dichas ciencias, por ejemplo en el Perú con la aplicación de la prueba biológica (ADN) ley No. 27048, ha influido decisivamente en el Derecho Civil, y ya es tiempo que incluyan los legisladores nuevas normas en el Código Civil acerca de: La fecundación en laboratorio o In vitro. La inseminación artificial humana homóloga y heteróloga La fecundación e inseminación post morten. El alquiler de vientre uterino. El congelamiento de espermatozoides, óvulos y embriones. La determinación de la maternidad y de la paternidad en los casos de fecundación asistida. La clonación humana y si el clon es descendiente o copia. Los abortos. Los trasplantes de órganos y donación en vida. También es necesario una revisión del Código Penal, en lo que concierne a los Delitos Ecológicos ya que contamos con nuevos atentados contra la naturaleza y acelerando la pérdida del equilibrio ecológico global. De igual manera fue promulgado el año 2005la ley Nº 28611: “Ley General del Ambiente”que contiene la politica ambiental, gestion ambiental, aprovechamiento sostenido de los recursos naturales, responsabilidad ambiental entre otros. Actualmente los estudiantes de las diferentes carreras profesionales de nivel universitario tienen en sus currículas el Curso de Biología, por múltiples razones, que se harán mención durante el desarrollo del curso. ¿PORQUE SE ESTUDIA LA BIOLOGÍA?: Existen múltiples razones: Para conocernos mejor a nosotros mismos. Para conocer mejor las leyes biológicas y sus aplicaciones. Para conocer mejor el ambiente en que vivimos. Por sus múltiples aplicaciones del saber biológico en la medicina, jurisprudencia, salud pública, agricultura, zootecnia, estudios sociales y antropológicos y legislación ambiental. DIVISIÓN DE LA BIOLOGÍA: Comprende muchas ciencias que de una u otra manera estudian los seres vivientes. Biología General: Es una ciencia inductiva, que llega a establecer las características generales de los seres vivientes y las leyes que las rigen. Comprende: Bioquímica, Biofísica, Bioestática,
  11. 11. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 11 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Biodinámica, Biogenia: Ontogenia y Filogenia, Genética, Biotaxía, Biogeografía, Biometría, Ecología, Biotecnología. Biología Especial: Es una ciencia altamente especializada, que estudia la sistemática y los niveles de organización específica. Comprende: Bacteriología, Microbiología, Micología, Parasitología, Botánica, Zoología, Paleontología, Citología, Histología, Macalogía, Ictiología, Herpetología, Entomología, Ornitología, Mamología, Antropología. Biología Aplicada: Es la ciencia que estudia las relaciones de los seres vivientes con otras ciencias como la Medicina, Agricultura, Zootecnia, Farmacología, Ingeniería (Ingeniería Genética), Sociología, Sicología. Derecho (Biología Forense).¿ QUÉ ES LA VIDA? El DICCIONARIO ENCICLOPÉDICO SALVAT (1985: 3686), define a la vida como: “Conjunto de intercambios físicos, químicos y actitudes de un ser que tiene lugar como consecuencia del metabolismo y de las relaciones de éste con el medio ambiente (hábitat, condiciones climatológicas del hábitat), de individuos de la misma o distinta población, etc.”. Mientras tanto El DICCIONARIO ENCICLOPÉDICO ILUSTRADO VISOR (1998: 1049), señala así: “La vida es el estado de actividad de los seres humanos”. La vida (del latin vita) se define como la estructura molecular capaz de establecer un soporte material de transferencia energetica,homeostatica que tiene retroalimentacion sostenible que da lugar a cada ciclo vital. Así como estas definiciones podemos agregar, “La vida es la respuesta a los estímulos”. La muerte (del latin mortus, necros), la muerte es lo contrario de la vida. Y el hecho contreto es simple: es dificil de enfrentra la transformaion del movimineto en quietud permanente y presenciada el cambio de actividad vital de un organismo cuya tempretarura se enfria progresivamente (constantemente)y del que ya no podewmos obtener respuestas, sensaciones o impulsos fisiologicos en resumen se a perdido la comunicación por completo. ¿Cómo se originó la vida? El hombree siempre ha tratado de explicar como se originó la vida sobre el planeta, de tal manera que aparecen diversas teorías acerca de este mecanismo y como se fueron poblando los diferentes espacios de la Tierra. La ENCICLOPEDIA TEMÁTICA ESCOLAR VISOR (1999: 45) explica así: “Durante millones de años no existieron las condiciones propicias para la vida en nuestro planeta. En la atmósfera primitiva el oxígeno estaba libre, también existía agua en forma de vapor, dióxido y monóxido de carbono, metano, nitrógeno, gas sulfuroso y amoniaco”. Al enfriarse la corteza terrestre, el vapor de agua se condensó en forma de lluvia; las aguas acumuladas cubrieron la superficie del globo y dieron origen a los océanos, inclusive se encuentra indicado en la Biblia (Génesis 1: 9-10), que dice así: “Júntense las aguas que están debajo de los cielos en un lugar (mares), y descúbrase lo seco (tierra)”. En las aguas primitivas dieron lugar a los elementos y moléculas existentes, donde se produjeron las primeras manifestaciones de vida. ¡La vida se originó en el agua!. Con el tiempo, millones de años, ciertas formas vivas se propagaron a tierras emergidas, libres de aguas permanentes, y allí se inició otro largo proceso de adaptación.
  12. 12. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 12 BIOLOGÍA GENERAL I Y II La explicación en mención se refiere a la teoría QUIMIOSINTETICA de Oparín, existen otras como la VITALISTA de Aristóteles y la COSMOGÓNICA del científico Arrhenius. SER VIVO ¿Qué son los seres vivos? “Los seres vivos son porciones limitadas de materia, que presentan una organización compleja. Son sistemas abiertos, que realizan un constante intercambio de materia y energía con su entorno, con metabolismo, reacciones químicas muy veloces que les permiten autoconservarse, capacidad de reproducción y evolución, es decir capacidad de transformar a través del tiempo (COMPENDIO ACADÉMICO DE BIOLOGÍA Y ANATOMÍA DE ADUNI, 2003: 12)”. Mientras tanto la ENCICLOPEDIA ESCOLAR PLANETA (2002: 10), define a los seres vivos como: “Los organismos que tienen capacidad de extraer y transformar la materia y la energía de su entorno a partir de materias primas sencillas y emplearlas para construir y mantener en el tiempo y en el espacio sus estructuras y poder desarrollar sus funciones”. A estas dos definiciones agregamos: “Un ser vivo es una porción de materia viva con una organización y función compleja”. CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS Composición Química: Los seres vivientes entre unos y otros tienen alrededor de 40 elementos químicos de los 100 y tantos que tenemos en la naturaleza. Los más abundantes: Oxígeno (O) Hierro (Fe) Carbono (C) Calcio (Ca) Hidrógeno (H) Magnesio (Mg) Nitrógeno (N) Sodio (Na) Fósforo (P) Cloro (Cl) Azufre (S) Flúor (F) Potasio (K) Yodo (I) ..... Metabolismo: Conjunto de reacciones que se llevan a cabo dentro de las células. Tiene dos fases: anabolismo (síntesis de sustancias nuevas) y catabolismo (descomposición de sustancias complejas en sustancias cada vez más simples). Fases del Metabolismo Irritabilidad: Es la respuesta a la acción de un estímulo, que es un agente externo que provoca una reacción en los seres vivientes. Para Spencer (1820 – 1903), la vida es la respuesta a los estímulos.
  13. 13. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 13 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Dependencia energética: Los cuerpos vivos representan sistemas abiertos para la admisión de energía. La energía es la capacidad que tienen las células y los organismos para realizar un trabajo. La energía reside en las ergomoléculas (ATP) Reproducción: Es un proceso biológico que permite mantener la continuidad de las células y de las especies. La base de la reproducción reside en el ADN. La reproducción es una función biológica íntimamente ligado con los factores hereditarios. Crecimiento: Es el incremento constante del número de células o de individuos hasta alcanzar los límites genéticos o ecológicos. Desarrollo: Es el cambio regular dirigido e irreversible que se da en los seres vivientes que puede ser individual o de especie. Herencia: Consiste en la capacidad de los seres vivientes de transmitir sus factores hereditarios de generación en generación. La herencia está condicionada por el ADN. Mutabilidad: Es el cambio en la matriz hereditaria (ADN), para dar origen a otros factores hereditarios. La mutación crea un material variado para la selección natural, que permite el surgimiento de nuevas formas de vida y nuevas especies. Discreción: Se refiere a un conjunto de partes aisladas unas de otras en su ámbito espacial interrelacionadas unas con otras tanto estructuralmente y funcionalmente. Organización: Es el incremento constante de complejidad estructural y funcional que tienen los seres vivientes desde las biomoléculas hasta la biosfera. Se denominan niveles de organización de los seres vivientes.
  14. 14. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 14 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Ritmicidad: Es la coordinación de las funciones orgánicas con relación al tiempo y a los cambios ambientales. Diremos que todos los organismos tienen su reloj biológico. Los ritmos biológicos son tan numerosos: ritmo cardiaco, horas del sueño y vigilia, horario laboral, de alimentación, de siesta, el ciclo menstrual, las vacaciones, la primavera, etc. Autorregulación: Es la capacidad de los seres vivientes de mantener constante su homeostasis e intensidad de los procesos biológicos según las exigencias de vida y ambiente. Adaptación: Es la capacidad de los seres vivientes de adquirir formas y funciones de vida que permiten continuar viviendo en nuevas condiciones ambientales. Los organismos que no se adaptan sucumben por la misma ley natural. SESION DE APRENDIZAJE Nº 2 BIOLOGÍA MOLECULAR La Biología Molecular es el estudio de la vida a un nivel molecular. Esta área se solapa con otros campos de la Biología y la Química, particularmente Genética y Bioquímica. La biología molecular concierne principalmente al entendimiento de las interacciones de los diferentes sistemas de la célula, lo que incluye muchísimas relaciones, entre ellas las del ADN con el ARN, la síntesis de proteínas, el metabolismo, y el cómo todas esas interacciones son reguladas para conseguir un afinado funcionamiento de la célula. Al estudiar el comportamiento biológico de las moléculas que componen las células vivas, la Biología molecular roza otras ciencias que abordan temas similares: así, p. ej., juntamente con la Genética se interesa por la estructura y funcionamiento de los genes y por la regulación (inducción y represión) de la síntesis intracelular de enzimas (v.) y de otras proteínas. Con la Citología, se ocupa de la estructura de los corpúsculos subcelulares (núcleo, nucléolo, mitocondrias, ribosomas, lisosomas, cte.) y sus funciones dentro de la célula. Con la Bioquímica estudia la composición y cinética de las enzimas, interesándose por los tipos de catálisis enzimática, activaciones, inhibiciones competitivas o alostéricas, etc. También colabora con la Filogenética al estudiar la composición detallada de determinadas moléculas en las distintas especies de seres vivos, aportando valiosos datos para el conocimiento de la evolución. Sin embargo, difiere de todas estas ciencias enumeradas tanto en los objetivos concretos como en los métodos utilizados para lograrlos. Así como la Bioquímica investiga detalladamente los ciclos metabólicos y la integración y desintegración de las moléculas que componen los seres vivos, la
  15. 15. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 15 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Biología molecular pretende fijarse con preferencia en el comportamiento biológico de las macromoléculas (ADN, ARN, enzimas, hormonas, etc.) dentro de la célula y explicar las funciones biológicas del ser vivo por estas propiedades a nivel molecular. MATERIA VIVA Concepto: Es una mezcla extraordinaria de diversas sustancias inorgánicas y orgánicas en porcentaje indeterminado que forman el protoplasma celular. El CEPRE DE LA UNMSM (2002: 15, Biología), define así: La materia viva está representado en moléculas que pueden alcanzar un alto grado de complejidad presentando propiedades que no posee la materia inerte. La primera materia viva se formó hace cuatro mil millones de años, en forma de un coacervado, del que se originaron las primeras bacterias hace unos tres mil millones de años y posteriormente todas las células por agregación de más biomoléculas. Principios Inmediatos: Son los elementos constitutivos de la materia viva que se encuentran en los seres vivos combinados en forma de molécula a veces muy grandes y complejos. Los principios inmediatos son inorgánicos, el agua y las sales minerales; y “Los principios inmediatos orgánicos son los glúcidos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. Éstas moléculas son características de la materia viva, puesto que en la actualidad solo encontramos en los seres vivos o en las materias de origen orgánico como la leche, la madera. Sin embargo muchas de ellas pueden obtenerse en el laboratorio y en los procesos de síntesis industrial”. (ENCICLOPEDIA TEMÁTICA ILUSTRADA GRIJALBO, 2003: 45. Tomo 2: Biología). Agua: Sustancia inorgánica vital para la vida. Es el constituyente importante del protoplasma en quién se encuentra en forma libre y combinada.
  16. 16. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 16 BIOLOGÍA GENERAL I Y II DIBUJO: MOLECULA DE AGUA Propiedades Biológicas: Es una molécula bipolar, el cual le permite entrar activamente en múltiples reacciones dentro del protoplasma y fuera de ella. Sus moléculas provocan la disociación de una serie de sustancias solubles en agua, en cationes y aniones. Como resultado, los iones entran rápidamente en reacciones químicas. Es un gran disolvente para una enorme cantidad de sustancias inorgánicas y orgánicas. Lo cuál permite la ósmosis: endósmosis y exósmosis de sustancias a través de la membrana citoplasmática. Como resultado de la catálisis, entra en reacciones de hidrólisis: + - H20 H + OH El agua posee una buena conductibilidad térmica y una gran capacidad calórica. En estado líquido forma macromoléculas, lo cual es importante para la estabilidad coloidal dentro del protoplasma. Da flexibilidad y elasticidad al protoplasma. Sin el agua la vida se extingue. Una persona no debe perder más del 20% de su agua corporal, que podría ser fatal para alguna función orgánica. Los organismos vivientes tienen como promedio 70% de agua al igual que el protoplasma. Lo cual varía en ciertas especies o circunstancias. La vida se originó en el agua. Sales Minerales: Son sustancias y iones que están presentes en cantidades pequeñas en los organismos asegurando las actividades vitales. En la materia viviente podemos encontrar los iones en forma de cationes (+) y aniones (-): Un catión es un ion (sea átomo o molécula) con carga eléctrica positiva, esto es, con defecto de electrones. Los cationes se describen con un estado de oxidación positivo. Las sales típicamente están formadas por cationes y aniones (aunque el enlace nunca es puramente iónico, siempre hay una contribución covalente). Cationes importantes Hidronio o protón hidratado : H+ Metales alcalinos y alcalinotérreos: Fe++, Cu++, Mo++, Ni++, Zn++, Cd++
  17. 17. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 17 BIOLOGÍA GENERAL I Y II sodio: Na+ potasio: K+ magnesio: Mg++ calcio: Ca++ Metales de transición: Amonio: NH4+ Un anión es un ion (sea átomo o molécula) con carga eléctrica negativa, esto es, con exceso de electrones. Los aniones se describen con un estado de oxidación negativo. Las sales típicamente están formadas por cationes y aniones (aunque el enlace nunca es puramente iónico, siempre hay una contribución covalente). Aniones importantes Hidróxido: OH- Halogenuros: Fluoruro: F- Cloruro: Cl- Bromuro : Br- Yoduro: I- Formas básicas de oxoácidos: Nitrito: NO2- Nitrato: NO3 PO4 Fosfato: PO4 --- Sulfato: SO4 -- Acetato: CH3 - COO- El ADN es un anión Muchas proteínas son aniónicas a pH fisiológico Propiedades Biológicas La concentración de los iones varía en los tejidos y células. Mantiene el equilibrio osmótico y ácido base de los organismos. Regula el intercambio de agua, el volumen del plasma y los líquidos extracelulares. Constituyen las formaciones esqueléticas y dentarias (huesos y dientes). CA3 (PO4)2, Mg3 (P04)2, CaCO3, CaF2 El Fósforo inorgánico (Pi) interviene en los procesos metabólicos de la respiración celular con la ulterior formación del ATP por medio de la fosforilación oxidativa. El Yodo influye en la función de la glándula tiroidea. El Hierro permite la formación de la hemoglobina y mioglobina.
  18. 18. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 18 BIOLOGÍA GENERAL I Y II El Cobre en la formación de la hemocianina de la sangre de los invertebrados. El Flúor protege al esmalte dentario. El Calcio, Potasio y Sodio son importantes en la irritabilidad, excitabilidad y conducción del impulso nervioso. Permite la formación del jugo gástrico: HCl. La concentración de las sales en los organismos depende de su correspondiente “amortiguador”. Se llama “amortiguador” (tampón) la capacidad de la célula de mantener a un nivel constante, la reacción ligeramente alcalina de su contenido. El líquido extracelular y la sangre desempeñan el papel de “amortiguador”. Glúcidos o Carbohidratos: Definición: A los carbohidratos se les definía como compuestos de carbono, hidrógeno y oxigeno con la formula general Cn (H2O)n. con el tiempo al tenerse un mayor número de datos la definición tuvo que ser modificada y ampliada. Ahora puede definirse como derivados aldehído o cetona de los alcoholes polihidroxilados (más de un grupo OH) o como compuestos que producen estos derivados en la hidrólisis. Triosas C3H603 Gliceroaldehido Terrosas C4H804 Eritrosa G MONOSACÁRIDOS Ribosa, Xilosa L Pentosa C5H1005 Arabinosa Ú C5H1004 Desoxirribosa C I Hesoxas C6H1206 Glucosa, Fructosa, Galactosa, Manosa D Sacarosa, Lactosa, O DISACÁRIDOS C12H22011 Maltosa, Celobiosa S Almidón, Glucó-geno, POLISACÁRIDOS (C6H1005)n Celulosa, Insulina. HETEROSIDOS Quintina, Pectina Propiedades:
  19. 19. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 19 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Están ampliamente distribuidos en vegetales y animales donde desempeñan funciones estructurales y funcionales. Todos los azúcares poseen al mismo tiempo dos grupos o más –OH (alcoholicos) y un grupo de – CHO (aldehídos) en azúcares denominados aldosas o un grupo =CO (cetona, en los azúcares llamados cetosas). Tiene isomería, la misma formula estructural, pero que modifican la configuración espacial. Clasificación: Monosacáridos: Son aquellos carbohidratos que no pueden ser hidrolizados en moléculas mas semillas. NOMBRE FÓRMULA ALDOSA CETOSA Triosas (C3 H6 H3) Glicerosa Dihidroxiacetona Terrosa (C4 H8 O4) Eritrosa Eritrulosa Pentosa (C5 H10 O5) Ribosa Ribulosa Hexosa (C6 H12 O6) Glucosa Fructosa Hexosas: Son sólidos blancos, cristalinos, solubles en agua de sabor dulce. Presentan esterioisomerias Desvían el plano de la luz polarizada a la derecha (dextrógira) o a la izquierda (levógira). Son sustancias de funciones mixtas: Alcohol – aldehído (Aldosas) Alcohol – cetona (Cetosas) Son reductores fácilmente se oxidan. Se hidrogenan con finalidad: C6H12O6 2CH3-CH2OH + 2CO2 Glucosa: C6H12O6 (sinonimia: dextrosa, hexanopentolal, α - D – Glucopiranosa, β - D – Glucopiranosa azúcar de uva). Esterioisómeros
  20. 20. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 20 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Hexanopentolal α - D – Glucosa (Glucopiranosa) (Cadena abierta) Obtención: Por hidrólisis de ciertos holósidos C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 Sacarosa glucosa levulosa C12H22O11 + H2O 2C6H12O6 glucosa Maltosa Propiedades: La glucosa se presenta en cristales blancos inodoros y de sabor dulce, algo menos intenso que el azúcar de caña, es poco endulcorante. Es muy soluble en agua. Presenta muta-rrotación, sucede cuando se disuelven en agua los isómeros α β los cuales cambian gradualmente con el tiempo, la capacidad de rotación óptica para alcanzar u equilibrio final de las formas α y β - dextro-glucosa (1/3 α D-glucosa y 2/3 β-D-glucosa) Reduce el licor de Fehlin caliente, precipitando oxido cuproso de color rojo. Las soluciones de glucosa fermentan con la levadura de cerveza (Saccharomyces cerevisiae) La glucosa es el carbohidrato más importante, la mayor cantidad del carbohidrato dietético pasa al torrente sanguíneo en forma de glucosa o es convertida en el hígado a partir de ella, pueden formarse los demás carbohidratos del cuerpo. La glucosa en el organismo es convertida a otros carbohidratos que tienen funciones altamente específicas por ejemplo: glucógeno. Usos: Como endulcorante en jarabes. Constituye el “azúcar” del organismo. Es el azúcar que transporta la sangre y el que principalmente usan los tejidos. Fructosa o levulosa: C6H12O6 (sinonimia: α - D – fructosa. Levulosa, hexanopentalona, α - D – fructopiranosa, α - D – fructofuranosa, azúcar de miel. Obtención:
  21. 21. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 21 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Se obtiene de las frutas y sobretodo de la miel de abeja. Por hidrólisis del azúcar de caña y de la inulina Estereoisómeros: CH2OH CHOH CHOH CHOH CO CH2OH α - D fructosa α - D fructofuranosa Propiedades: Es sólida, difícilmente cristalizable y muy soluble en agua; las disoluciones acuosas son fuertemente levógiras de allí su nombre. Usos: El hígado y el intestino pueden convertirla en glucosa y en esta forma la usa el organismo. Disacáridos Son azúcares compuestos de dos residuos de monosacáridos unidos por un enlace glucosídico, siendo los más importantes: sacarosa, maltosa, lactosa y trehalosa. Sacarosa: C12H22O11 (sinonimia azúcar de caño, azúcar de remolacha) Formula: Sacarosa, la mitad de la molécula de la izquierda es hemiacetalica piramósica y corresponde a la glucosa mientras la mitad de la derecha es hemiacetálica furanosa y corresponde a la fructosa. Propiedades: La sacarosa se presenta en cristales blancos, dulces solubles en agua fría, se funde a 160°C desprendiendo de un olor característico y una masa compacta llamada caramelo. Las disoluciones se de sacarosa son fuertemente dextrogiras
  22. 22. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 22 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Los ácidos diluidos, la levadura de cerveza y otros fermentos desdoblan en glucosa y levulosa. C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 Sacarosa glucosa levulosa Usos: Es el endulcorante universal. Es fábricas de jarabes y bebidas refrescantes. Propiedades: Esta formado por al unión de un residuo de azúcar D-galactosa con otro de D-glucosa. Por hidrólisis: C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 lactosa galactosa glucosa Polisacáridos: Los polisacáridos como su nombre lo indica están formados por varios o un gran numero de monosacáridos y llegan a tomar de acuerdo con el numero de unidades que las forman, un peso molecular elevado. Propiedades: Son insolubles en agua, insípidos, no son reductores. Por hidrólisis (por acción de ácidos diluidos o diestásicas) van disminuyendo su numero de unidades de monosacáridos hasta llegar principalmente a glucosa. Se dividen en homopolisacáridos y heteropolisacáridos, según estén formados por un solo tipo de monosacáridos (como el almidón) o por diferentes tipos (como la celulosa). Almidón: Propiedades Sustancia blanca amorfa, insoluble en agua fría, alcohol eter. Con el agua caliente se hincha, forma engrudo.
  23. 23. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 23 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Glúcido polisacárido de formula (C6H10O5), formados por cadenas de amilasa (cadenas lineales de maltosa) y por amilopectina (cadenas ramificadas de matosa). Estas últimas son más responsables de la insolubilidad del almidón en agua. Con el yodo colorea en azul intenso. El almidón puede ser hidrolizado por acción de los ácidos, o enzimaticamente, por dos enzimas: la α-amilasa y la β-amilasa, para la amilasa y 1-6 glucosidasa para la amilopectina, que finalmente se degrada en maltosa y glucosa. Usos: En alimento diario como pan, tubérculos, cereales, granos. En la fabricación de glucosa y alcohol. Glucogeno: Propiedades: Es un polvo blanco y amorfo. Es una estructura mucho mas ramificada que la amilopectina. Con el yodo se tiñe de color negrovioláceo. Se desdoble por acción de los ácidos diluidos y α y β amilasa en maltosa y glucosa. Celulosa: La celulosa, es el componente orgánico más importante y difundido de las fibras y tejidos vegetales. Cumple una función estructural. La mayoría de los glúcidos, son utilizados en la alimentación de los animales y del hombre. Se consideran alimentos energéticos. Quitina: La quitina es el componente estructural más importante del esqueleto externo de los artrópodos y hongos. LIPIDOS Los lípidos son un grupo de componentes emparentados, real o potencialmente, con los ácidos grasos.
  24. 24. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 24 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Tributirina S Tripalmitina I GRASAS NEUTRAS Triestearina M Trioleina P L L E De hojas de caucho CERAS S De abeja Í Lecitina P FOSFOLÍPIDOS Cefalina I C Esfingomielina O GLUCOLÍPIDOS Cerebrosidos D M Gangliosidos P O U E Ácidos biliares S Corticoides S T Estrógenos O S ESTEROIDES Andrógenos Colesterol Vitaminas lisposo- lubles: “A”, “D”, “E”, “K”. Propiedades: Son blancos o amarillentos, untuosos al tacto, inodoro e insípido. Son insolubles en agua y en alcohol frío, muy solubles en cambio en el éter, sulfuro de carbono, benceno e hidrocarburos líquidos. Manchan el papel dejándolo translúcido, y esta mancha no desaparece por el calor. Su consistencia a la temperatura ordinaria puede ser liquido o sólido, si es líquida se llama aceite y si es sólida grasa animal. Fácilmente se funden pero si la temperatura es elevada se desaparecen y la glicerina separada se deshidrata transformándose en aldehído de olor desagradable, es una rancia. Algunos lípidos se comportan como anfipático, por tanto parte de la molécula es hidrófoba, o insoluble en agua y en parte es hidrófila o soluble en agua. En las interfaces aceite-agua se orientan con el grupo polar en la fase acuosa y el no polar en la fase oleosa como ocurre en una lipoproteína plasmática típica. Forman miscelas cuando se halla una concentración crítica de lípidos polares en un medio acuoso. Forman emulsiones, son particulares muchos más grandes, usualmente formadas por lípidos no polares en un medio acuoso. Acidos grasos: Los ácidos grasos son ácidos carboxílicos alifáticos obtenido principalmente de la hidrólisis de grasas y aceites naturales. Acido Formula Estado natural
  25. 25. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 25 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Butírico CH2- CH2- CH2-COOH Existen en pequeñas cantidades en Valérico CH3-(CH2)3-COOH ciertas grasas (especialmente en la Caproico CH3-(CH2)4-COOH mantequilla). Cáprílico CH3-(CH2)6-COOH Existen en pequeñas cantidades en Caprico CH3-(CH2)8-COOH las grasas de origen vegetal. Laúrico CH3-(CH2)10-COOH Existe en aceite de almendra y coco. Miristico CH3-(CH2)12-COOH Aceite de mirto y coco. Palimítico CH3-(CH2)14-COOH Comunes en todas las grasas Esteárico CH3-(CH2)16-COOH animales y vegetales. Araquídico CH3-(CH2)18-COOH Oléico Aceite de cacahuate (araquis) CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH Linoleico Comunes en todas las grasas CH3-(CH2)4-CH=CH-(CH2)4-CH]= animales y vegetales. CH-(CH2)4-COOH Aceite de linaza, maíz, semilla de algodón, de soya y numerosos aceites vegetales. Ácidos grasos modificados: Prostaglandinas (PG) Son compuestos que tienen actividad funcional parecida a las hormonas. Son sintetizados por el organismo a partir del ácido araquidónico (ácido prostanoico) Las prostaglandinas, así llamadas por haber sido descubiertas en el liquido seminal. Ahora se sabe que las prostaglandinas se hallan, en pequeñas cantidades casi en todos los tejidos de los mamíferos y de otros animales. Triacilgliceroles (glicéridos) Los Triacilgliceroles (Triglicéridos), llamadas grasas neutras son ésteres de alcohol glicerol y ácidos grasos. Los Triacilgliceroles constituyen un material de depósito en las plantas y animales; cuando tienen consistencia sólida a temperatura del ambiente se llaman grasas y cuando están en forma liquida se llaman aceites. Fosfolípidos: Los fosfolípidos o fosfálidos que contiene fósforo y que por hidrólisis proporciona ácidos grasos, glicerol y un compuesto nitrogenado.
  26. 26. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 26 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Representación de la Molécula de Fosfolípido Glucolipidos: Se encuentran en el tejido nervioso especialmente en el cerebro. Biomédica: Galactosilceramida Se encuentra en el cerebro y otros tejidos nerviosos. Glucosilceramida Predomina en los tejidos extraneurales y en pequeñas cantidades en el cerebro. Esteroides: Son compuestos que tienen un núcleo cíclico semejante al fenantreno al cual se une un anillo de ciclopentano (ciclopentanoperhidrofinantreno) Bajo esta denominación se agrupa a las hormonas sexuales, las corticosuprarrenales, los glucósidos cardiotónicos, los ácidos biliares, los esteroles (colesterol, sitoesterol, vitamina D), los venenos de batracios, las saponinas.
  27. 27. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 27 BIOLOGÍA GENERAL I Y II SESION DE APRENDIZAJE Nº 3 AMINOACIDOS Y PROTEINAS AMINOÁCIDOS Son compuestos orgánicos caracterizados por la presencia de la molécula, al mismo tiempo, del grupo amino – NH2 (básico) y del grupo carboxilo – COOH (ácido). Los aminoácidos son las unidades fundamentales de las proteínas. Actualmente se conocen unos 300 aminoácidos de los cuales solamente 20, llamados alfa aminoácidos forman la estructura molecular de las proteínas entre una y otra, haciendo que existan millones de proteínas diferentes en la naturaleza viviente. Formula general: Los aminoácidos restantes a pesar de tener alguna función biológica, ya sea en estado libre o combinado, nunca forman parte de las proteínas. Propiedades: Los aminoácidos son todos sólidos y moderadamente solubles en agua y solventes polares, en cambio insolubles en solventes apolares (éter dietílico, benceno, etc). Para reconocerlos se usa la ninhidrina, que reacciona con ellos dando una coloración azul – violeta. La reactividad química se relaciona estrechamente a la de los grupos funcionales, de manera que pueden dar, por ejemplo, ésteres y aminoalcoholes. Buen número de aminoácidos son anfóticos, es decir reaccionan como bases y como ácidos. Los aminoácidos que se obtienen de las proteínas presentan girorotación, es decir desvían la luz polarizada hacia la derecha: dextrorotatorios (+), y hacia la izquierda: levorrotatorios (-). Estructura y Clasificación de los aminoácidos: En esta grupo se encuadran los aminoácidos cuya cadena lateral es alifática, es decir una cadena hidrocarbonada.
  28. 28. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 28 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Glicina, Gly, G Alanina, Ala, A Valina, Val, V Leucina, Leu, L Isoleucina, Ile, I Aminoácidos aromáticos La prolina también tiene una cadena lateral de naturaleza alifática, pero difiere de los demás aminoácidos en que su cadena lateral está unida tanto al carbono alfa como al nitrógeno del grupo amino. En está grupo se encuadran los aminoácidos cuya cadena lateral posee un anillo aromático. La fenialalanina es una alanina que lleva unida un grupo fenílico. La tirosina es como la fenilalanina con un hidroxila en su anillo aromático, lo que lo hace menos hidrofóbico y mas reactivo. El triptófano tiene un grupo indol. Fenilalanina, Phe, Prolina, Pro, P F Tirosina, Tyr, Y Triptófano, Trp, W Aminoácidos hidroxilados Aminocidos azufrado Hay dos aminoácidos cuyas cadenas Otros dos aminoácidos tienen cadenas alifáticas laterales poseen átomos de azufre, son la hodroxiladas, la serina y la treonina. El grupo cisteína, que posee un grupo sulfhidrilo, y hidroxilo hace de estos aminoácidos mucha más la metionina, que posee un enlace tioéster. hidrofílicos y reactivos. Cisteina, Cys, C Serina, Ser, S Treonina, Thr, T Metionina, Met, M Aminoácidos básicos
  29. 29. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 29 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Dentro de los aminoácidos con cadenas laterales muy polares encontramos tres aminoácidos básicos: lisina, arginina e histidina. Lisina, Lys, K Histidina, His, H Arginina, Arg, R Aminoácidos ácidos y sus amidas En este grupo encontramos dos aminoácidos con cadenas laterales de naturaleza ácida y sus amidas correspondientes. Estos son el ácido aspártico y el ácido glutámico (a estos aminoácidos se les denomina normalmente aspartato y glutamato par resaltar que sus cadenas laterales están cargadas negativamente a pH fisiológico). Los derivados sin carga de estos dos aminoácidos son la asparragina y la glutamina que contienen un grupo amida terminal en lugar del carboxilo libre. Ácido aspártico, Asparragina, Asn, N Ácido glutámico, Glu, Asp, D Glutamina, Gln, Q E Péptidos: Los péptidos son dos o más residuos de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos con más de 10 residuos de aminoácidos se denominan Polipéptidos. Los Polipéptidos se encuentran entre los aminoácidos y las proteínas tanto por el número de aminoácidos, así como también en su paso de síntesis y catabolismo entre ellos tenemos a la insulina. La estructura primaria de los péptidos o polipéptidos es lineal y la secuencia de sus aminoácidos previamente fueron diseñados por el ADN, de quien sus bases nitrogenadas de cada peldaño equivale a un determinado aminoácido, que esta explicado en el código genético. PROTEÍNAS Las proteínas son compuestos orgánicos presentes en la célula. Las proteínas son polipéptidos de peso molecular (PM) levado, por lo tanto la base de su estructura molecular son los aminoácidos. Además si son proteínas simples solo contienen aminoácidos y si
  30. 30. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 30 BIOLOGÍA GENERAL I Y II son proteínas complejas contienen además otros materiales orgánicos o inorgánicos como el Fe, I, S. Así como en los polipéptidos la secuencia de los aminoácidos en la proteína esta determinada por el ADN, del que se transcribe según el código genético. Propiedades de las proteínas Es abundante en los tejidos y humores casi el 16% en los organismos animales y en menor proporción en los tejidos vegetales. Tiene elevado peso molecular, más de 6000 u.m.a. Las proteínas puras son, en general, sustancias sólidas incoloras, habiéndose conseguido en algunos casos hacerlas cristalizar (albúminas, insulina, hemoglobina, globulinas vegetales), como la hemoglobina de la sangre (roja) y la hemocianina de la sangre de los insectos (azulina) Existen proteínas que son solubles en agua (las albúminas, la caseina) y otros completamente insolubles en agua (colágeno de los huesos y cartílagos, la queratina de pelos y uñas). Las proteínas sin generalmente inodoras e insípidas. No son volátiles, el color descompone las proteínas secas. Se hinchan carbonizan y despiden olor a cuerno o cabello quemado. Las proteínas solubles dan, en realidad soluciones coloidales (hidrosolubles), cuyas miscelas no pueden atravesar las membranas animales y el pergamino o el celofán de los dializadores. Por esto no atraviesan las paredes de las células en las que están contenidas. Se coagulan por el color, o en la intemperie, la clara de huevo, el humor vitrio del globo ocular, el semen. También los ácidos coagulan, entre ellos el ácido nítrico, ácido tricloroacetico, ácido metafosfórico, ácido sulfosalicílico, etc. Además algunas proteínas como la caseína de la leche se “cortan” por acción de bacterias acidófilos. Las proteínas se precipitan. Las proteínas producen reacciones en el organismo una vez inoculadas. Químicamente se comportan como sustancias anfóteras (se comportan como ácidos o como básicos) PROTEINA PESO MOLECULAR Insulina 12000 Ovalbumina 34000 Pepsina 39000 Sueroalbúmina 69000 Hemoglobina 68000 Caseína 98000 Hemo cianina de langosta 414000 Virus de la fiebre amarilla 2500000 Hemocianina de Helix 6600000 Virus papiloma del conejo 47100000 Proteinas más importantes:
  31. 31. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 31 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Insulina. Esta formada por dos cadenas polipeptídicas ligadas covalentemente por enlaces de disulfuro. Ambas cadenas son sintetizadas como una cadena polipeptídica única, la proinsulina regula el metabolismo de la glucosa. Modelo de la molécula de la Insulina Miosina: Forma parte de los filamentos gruesos de las miofibrillas Fibroina: Forma la seda de los capullos y telas de araña. Albúminas: Son proteínas en agua, coagulan por el calor y precipitan por el sulfato de amonio. Ejem: Ovoalbúmina, de la clara de huevo de las aves, sueroalbúmina de la sangre y linfa de los vertebrados y factoalbúmina de la leche. Globulinas: Estas proteínas son insolubles en agua, pero se disuelven cuando existen pequeñas cantidades de sales, coagulan por le calor y precipitan por el sulfato de amonio ejem: fibrinógeno del suero sanguíneo Escleroproteínas: Son proteínas que resisten a los agentes mecánicos físicos y químicos (además a enzimas), son sustancias protectoras y de sostén, ejem: Colágeno de los huesos, cartílagos y ligamentos, queratina de la epidermis, pelos, lanas, plumas, uñas, cuernos, pezuñas. Mioglobina Es una proteína del tejido muscular rojo. Consta de una sola unidad polipeptídica asociada a un grupo hemo. Su peso molecular es alrededor de 18000. almacena oxígeno. Hemoglobina (Hb) Es una proteína de la sangre de los vertebrados, es decir en los eritrocitos en forma soluble. Es una macromolécula, constituida de cuatro gruposfirrólicos (porfirina) unidos a un átomo de Fe, y cuatro unidades polipeptídicas formadas por dos pares de cadenas idénticas (dos alfa, dos beta). La Hb. Tiene un peso molecular aproximado de 68000. trasporta el oxígeno en la sangre.
  32. 32. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 32 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Hemocionina (Hc) Proteina de la sangre de algunos invertebrados también se encarga de tranportar el oxigeno y el gas carbonico Clasificación de las proteínas: SEGÚN SU ESTRUCTURA: Estructura de las Proteínas Se refiere a la disposición de los polipéptidos en el espacio: Estructura Primaria: Sucesión de aminoácidos en la cadena polipeptídica, como las cuentas de collar. Ejemplo: La hormona insulina. Estructura Secundaria: Las cadenas polipeptídicas forman estructuras enrolladas o dobladas en rizos que se conservan unidas mediante puentes de hidrógeno o de disulfuro. Ejemplo: en las proteínas de las fibras musculares, ligamentos y tendones. Estructura Terciaria: Es el plegamiento de los epirales polipeptídicos en forma de glóbulos sobre si mismo de manera precisa, mediante fuerzas interatómicas débiles como enlaces de hidrógeno o fuerzas de Van Der Waals. Ejemplo: las proteínas globulares. Estructura Cuaternaria: Representa la unión funcional de varias (dos, tres o más) moléculas de proteínas con la organización terciaria. Ejemplo: La hemoglobina, su molécula consta de cuatro moléculas unidas entre sí. El esquema representa la estructura terciaria y cuaternaria de la hemoglobina. Esta proteína está compuesta por cuatro grupos hem, y cuatro globinas, que una con otra forma un dímero. SEGÚN SU COMPOCISIÓN: ovoalbumina, seroalbumina Albuminas P ovoglobulina, seroglobulina Globulinas R SIMPLES O HOLOPROTEÍNAS gliadina (trigo), hordeina (cebada), Prolaminas zeina (máiz). O glutenina (trigo), oricenina (maíz). T Glutelinas E Protaminas esperminas. hemoglobina, mioglobina, Í Cromoproteínas hemocianina. Fosfoproteínas caseína, vitelina CONJUGADAS O mucina, mucoide, cuerpo vítreo. N Glucoproteínas HETEROPRO-TEINAS del timo, de la levadura Nucleoproteínas A Lipoproteínas de membranas citoplasmática. S Propiedades Biológicas Proporciona los materiales necesarios para restituir el tejido gastado. En la contracción : miosina, actina.
  33. 33. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 33 BIOLOGÍA GENERAL I Y II En las estructuras: colágeno, elastina, queratinas. Transporte: hemoglobina, licitoproteínas, albúminas (de bilirrubina). Coordinación química: hormonas (insulina, somatotropina). Biocatalizador: enzimas proteínicas. Regulación del gen: histonas (proteínas nucleares). Es fundamental para la defensa: inmunoglobinas, interferon, fibrinas. Ninguna forma de vida puede existir sin las proteínas. LECTURA N° 1 PROYECTO PORTEOMA HUMANO (EL FUTURO) Una vez secuenciado el genoma, comienza la tarea de desentrañar lo que hacen los genes, es decir, para que sirven las proteínas que fabrican, por ejemplo. Hay fundadas esperanzas de que a partir de ahora podamos saber cuales son los genes cuyo mal funcionamiento origina algunas enfermedades, para poder reemplazarlos por otros corregidos. Es lo que se llama terapia génica. Pero para poder combatir estas y otras patologías, se precisa saber cómo funcionan las proteínas que produce un gen determinado. Comienza la era post genómica. La historia asistirá al relevo del genoma por el PROTEOMA HUMANO. ¿QUÉ ES UN PROTEOMA?: Es el conjunto de todas las proteínas que intervienen en los procesos biológicos de una especie la que son elaborados según el Código Genético de cada individuo. El Proyecto Proteoma Humano permitirá determinar composición, estructura y funciones de cada uno de las proteínas, que serían la clave para mejorar numerosos tratamientos terapéuticos, ya que muchas enfermedades temibles, son provocadas simples y sencillamente por una proteína. Un gen es un almacén de información para elaborar una proteína. Cada proteína es una máquina diminuta a la que está encomendada el cumplimiento de una función dentro de la célula, desde obtener energía quemado glucosa hasta dirigir la batalla contra una infección. Hay que llegar a descifrar la estructura de la proteína para entender su misión dentro de la célula. Todavía resulta bastante lento y tedioso, dada la complejidad de las mismas, su número y las posibles combinaciones. A partir de ahora, las palabras Proteoma, bioinformación, biochips serán de uso corriente y aparecerán en los diarios y revistas con asiduidad. Estamos ya en el futuro. La siguiente etapa constituye en su mayor parte el estudio de los ARN mensajeros (ARNm) y las proteínas Comparativamente» si el ADN es el anteproyecto que la célula utiliza para construir las proteínas, el ARNm sería el plano parcial que el contratista lleva a la obra cada día. El ADN permanece en el núcleo de la célula; los ARNm transcritos desde los genes activos lo abandonan para ocuparse de la fabricación proteica. Muchos de los ADN no se activan, es decir, no se copian en ARNm. Los hay que se activan y desactivan en determinados momentos o procesos. Una célula beta del páncreas suele estar repleta de instrucciones de ARNm, necesarias para fabricar insulina; cosa que no sucede en una célula del cerebro, por ejemplo. Se pensaba que un gen correspondía con un ARNm y una proteína.
  34. 34. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 34 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Hoy se sabe que esto es bastante más complicado. Los genes pueden leerse por partes, se cortan, se empalman, etc. los investigadores han de prestar atención, también, al transcriptoma (el conjunto de ARNm que una célula produce en un momento dado) SESION DE APRENDIZAJE Nº 4
  35. 35. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 35 BIOLOGÍA GENERAL I Y II ACIDOS NUCLEICOS Ácidos Nucleicos Son sustancias ácidas complejas que constituyen los grupos prostéticos de las nucleoproteínas. La historia de los ácidos nucleicos se remonta al siglo IV antes de nuestra era. Aristóteles planteó una hipótesis que se aceptó por más de dos mil años: los factores biológicos se heredaban a través de la sangre. Esta teoría influyó mucho en la mentalidad, inclusive de los juristas, aún hablamos de líneas de sangre y de parientes consanguíneos. En el siglo XVII se descubrieron los óvulos y los espermatozoides, aunque no se llegó a entender bien cuáles eran sus funciones. Recién en el siglo XVIII se revelaron que el espermatozoide se une al óvulo para formar un embrión, sin explicar la naturaleza de la herencia. El esclarecimiento no se produjo sino hasta 1866, cuando un monje austriaco, Gregor Mendel, publicó la primera teoría correcta de la herencia. En el año 1869, F. Meischer fue el primero en aislar del núcleo celular una sustancia ácida, al que llamó nucleína. En el año 1889 R. Altman introdujo el término de ácido nucleico, siendo analizado por A. Kossel, que dio como resultado: Ácido fosfórico Cuatro bases nitrogenadas Dos glúcidos En el año 1900 A. Levine reconoció dichos glúcidos: a los que denominó desoxirribosa y ribosa, sobre la base de dichos glúcidos nombró ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN) a los dos ácidos nucleicos. En el año 1910 T. Morgan descubrió que los genes se hallan en los cromosomas, estructuras celulares formadas principalmente por proteínas y ADN. Por años se suponían que las proteínas cromosómicas transmitían la información genética. Más tarde, en 1944 O.T. Avery y sus colaboradores demostraron que el ADN contenía la información genética de las células, descartando que los genes estuvieran formados por proteínas. En el año 1950 J. L. Pauling, sugirió que la estructura de la molécula de ADN podría ser un espiral. En el año 1953, J.L. Watson y F. Crick crearon el modelo de la estructura macromolecular del ADN. Ácido desoxirribonucleico (ADN): Es una molécula compleja de dos extensas cadenas polinucleotídicas enrrolladas mutuamente una alrededor de la otra. Dentro de cada célula hay un núcleo, centro de mando de la célula. Este contiene cromosomas, formados por moléculas de ADN estrechamente enroscados y por proteínas. También las mitocondrias y los cloroplastos contienen ADN, que se denominan ADN mitocondrial, ADN plastidal. Así mismo algunos virus tienen ADN y se llaman ADN virales. Clases de ADN: ADN desnudo,
  36. 36. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 36 BIOLOGÍA GENERAL I Y II ADN desprovisto de cubierta proteica o lipidica. ADN recombinante, Molienda de ADN formado por recombinación de fragmentos de ADN de orígenes diferentes. La (o las) proteína que codifica es una proteína recombinante. ADN mitocondrial El ADN mitocondrial es el material genético de las mitocondrias, los orgánulos que generan energía para la célula, se reproducen por sí mismos semi-autonómicamente cuando la célula eucariota que ellos ocupan se divide. ADN polimerasa La ADN polimerasa es una enzima que cataliza la síntesis de ADN a partir de desoxirribonucleótidos y de una molécula de ADN plantilla o molde que es la que será "copiada". Tras la acción de la ADN polimerasa I y una vez que se han eliminado y añadido alrededor de unas 10 bases, interviene la enzima ADN ligasa, que une los extremos libres del fragmento recién formado con el resto de la cadena, recuperando así el ADN su estructura normal. ADN fósil El estudio del ADN fósil, se usa en paleogenética, utiliza la reacción en cadena de la polimerasa PCR, permitiendo estudiar registros moleculares de ADN que sean lo suficientemente antiguos, pudiendo realizar secuenciaciones y estudiar su composición. Los restos de ADN del fósil más antiguo que se conoce (que han podido ser recuperados y leídos) pertenecen a los neandertales no sobrepasando los 50.000 años. Uno de sus usos ha sido los análisis comparativos de ADN que concluyen que en nuestro genoma no hay herencia neandertal. El ADN de la momia Juanita que se halló en el nevado de Ampato (Arequipa), indica que la mayor caracteristica genetico hereditaria de ella es parecido al habitante coreano actual y no tanto al habitante peruano actual, quiere decir que mantenía su linaje hereditario proveniente de lso hombres que habían llegado de Asia en la época Pre-Colombina. ADN complementario El ADN complementario o ADNc es un ADN de cadena sencilla. Se sintetiza a partir de una hebra simple de ARNm maduro. Se suele utilizar para la clonación de genes propios de células eucariotas en células procariotas, debido a que, dada la naturaleza de su síntesis, carece de intrones ADN superenrollado El ADN superenrollado es una molécula de ADN bicatenario que está retorcida o girada sobre sí misma, de tal modo que el eje de la doble hélice propia del ADN no sigue una curva plana sino que forma otra hélice, una superhélice. El concepto de ADN superenrollado aparece como resultado del análisis topológico de la molécula de ADN. Una molécula con la misma secuencia puede estar en estado relajado o en diferentes estados de enrollamiento. Estas moléculas se conocen como topoisómeros, ya que son idénticas excepto en lo relativo a su topología. Las moléculas pueden sufrir superenrollamiento tanto positivo como negativo, dependiendo del sentido de la torsión. Para que el superenrollamiento se mantenga, la molécula debe estar topológicamente restringida; así ocurre con un ADN bicatenario circular cerrado covalentemente. Un ADN bicatenario lineal puede estar restringido cuando está unido a proteínas o debido a la elevada longitud de su cadena.
  37. 37. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 37 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Receptores en la Transcripción de Genes Los receptores celulares, son componentes de la célula que son capaces de identificar substancias, sean neurotransmisores u hormonas. Hay receptores extracelulares que se encuentran en la superficie celular ya que su ligando no es capaz de traspasar la bicapa lipídica y otros denominados receptores intracelulares ya que se encuentra en el citosol y sus ligandos son capaces de traspasar la bicapa lipídica. Tanto los receptores extracelulares como intracelulares desencadenan una cascada de reacciones que participan en la transcripción génica. Composición Química del ADN Ácido fosfórico Desoxirribosa A D Bases Nitrogenadas Púricas Adenina N Guanina Pirimídicas Citosina Timina Propiedades Biológicas del ADN Duplicación, es un mecanismo que permite producir dos moléculas de ADN de una existente. La duplicación del ADN se lleva a cabo en tres etapas: El ADN en toda su extensión se encuentra con sus dos “hebras” enroscadas una en torno de la otra, semejante a una escalera de caracol o una escalera de travesaños retorcidas. Ambas hebras se conectan por sus bases nitrogenadas. Cuando las condiciones están dadas se van separando las dos hebras. Luego, de acuerdo con estrictas reglas de formación de pares de bases, las bases libres (disponibles) del protoplasma se unen con sus correspondientes bases de las dos hebras originales. Por último, se elaboran dos duplicados del código. De este modo cuando la célula se divide, cada una de las células nuevas tendrá el mismo código de ADN.
  38. 38. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 38 BIOLOGÍA GENERAL I Y II El ADN, lleva y transmite la información hereditaria de una generación a la siguiente y así sucesivamente muchas generaciones, de acuerdo al plan maestro de las unidades familiares, razas, especies, géneros, familias, órdenes, clases, subreinos y reinos. Forma la estructura de los cromosomas y de los genes (proporciones de ADN). Programa la forma y las funciones generales y específicas de las células principalmente a través de la sintesis proteica. El ADN ejerce este control de la siguiente manera: Permite resolver problemas penales y civiles con la aplicación de la prueba del ADN, Ley No. 27048. En Ingeniería genética y biotecnología. En el Proyecto Genoma Humano. Toda la molécula de ADN se denomina Genoma, pero de este genoma apenas el 2% son genes, el resto es simplemente materia química. Los científicos ya lo tienen el Mapa del Genoma (se dio conocer en Junio del 2000 en Londres) debidamente secuenciados los 40 mil genes con un total de tres mil millones de combinaciones moleculares, lo que significa igual número de información hereditarias específicas.
  39. 39. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 39 BIOLOGÍA GENERAL I Y II El Mapa del Genoma Humano es un hito histórico que presenta grandes posibilidades y grandes peligros. Con su aplicación se cambiará la historia de la medicina y permitirá desarrollar tratamientos para enfermedades hasta ahora incurables, como la diabetes, el cáncer, el parkinson, mal de Alzheimer, sordera, enfermedad de Huntington, fibrosis quística, anemia de célula falciforme, hemofilia, daltonismo, gota, etc. Mediante el Proyecto Genoma Humano se pretende reprogramar muchas funciones celulares a favor de una vida sana y saludable para el ser humano, a lo que los alquimistas lo llamaron en el siglo XVI elixer de la vida. Descodificación Redacción Central de EFE, 26 junio 2000.- El desciframiento del “libro de la vida”, formado por más de 3.000 millones de pares de letras químicas, abrirá las puertas de una revolución médica y permitirá a la Humanidad dirigir su propia evolución y la de otras especies. La utilización oficial del Mapa del Genoma Humano marcará, en opinión, de muchos científicos y especialistas, el comienzo de una nueva era en la historia de nuestra especie. Para la ciencia médica, el ADN cromosómico encierra las claves para entender y combatir una gran parte de las enfermedades, entre ellas el cáncer, la diabetes, la obesidad, el envejecimiento, los trastornos del sistema inmunológico y las degeneraciones nerviosas y cerebrales como el mal de Parkinson de Alzheimer. Los más de 3.000 millones de pares de “letras químicas” se juntan a su vez para formar palabras, se calcula que entre 35.000 y 40.000, que son en realidad los genes, responsables de codificar la estructura de los verdaderos engranajes de la vida orgánica: las proteínas. Con el conocimiento que la ciencia acaba de proporcionar al hombre, será posible a partir de ahora, y en un período de tiempo de pocos años o décadas, desarrollar medicamentos que modifiquen las funciones incorrectas de las proteínas, la verdadera causa de las enfermedades. En el ADN –código de la vida– están contenidas las características físicas, psíquicas, intelectuales, culturales y sensitivas así como las instrucciones para que el organismo se desarrolle, crezca, viva y muera como también todas las instrucciones necesarias para su posible replicación –crear un ser humano– y su manipulación; abriendo las puertas de la revolución Biotecnológica, Médica y la Ingeniería Genética, y a todos las aplicaciones que deriven del uso de la información genética. Se considera ya posible que en un plazo de veinte años cada persona pueda tener su “mapa genético individualizado”, de tal manera que sabrá sus puntos débiles constitucionales y su propensión a padecer ciertas enfermedades. El siguiente paso lógico será el diseño de fármacos específicos para cada persona, y luego, hacia el año 2030, los genetistas creen que podrán manipularse los genes responsables del envejecimiento, hasta lograr aumentar la esperanza media de vida hasta cien años o más. Semejantes avances modelarán un tipo de sociedad notablemente diferente de la que ahora conocemos, y ello es ya motivo de preocupación para políticos, sociológicos y juristas, que tratan de intuir hasta dónde llegarán los cambios y cómo establecer límites éticos. Las cada vez más frecuentes y exitosas clonaciones han suscitado las primeras voces de alerta, pero fue hace ya diez años, cuando proliferaron los ensayos genéticos prácticos, que el mundo supo con asombro que es posible intercambiar genes entre especies diferentes. Fue de esa manera como se obtuvieron resultados tan chocantes como llantas que brillan en la oscuridad con la fosforescencia “prestada” por las luciérnagas, o el crecimiento de una oreja humana en el lomo de un ratón. Acido Ribonucleico (ARN): Es un polímero de ribonucleótidos de una sóla hebra. El ARN normalmente es una sola hebra, pero es capaz de replegarse sobre sí mismo formando asas ahorquilladas con porciones de hebras en la molécula individual. En los virus el ARN tiene dos hebras.
  40. 40. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 40 BIOLOGÍA GENERAL I Y II El ARN se localiza en los cromosomas, en el jugo nuclear, citoplasma, ribosomas y en la mayoría de los virus. Composición Química del ARN Ácido fosfórico Ribosa A R Púricas Adenina N Bases Nitrogenadas Guanina Pirimídicas Citosina Uracilo Clases de ARN: En todas las células existen tres clases de moléculas de ARN: 1ARN mensajero (ARNm), 2ARN de transferancia (ARNt), 3ARN ribosómico (ARNr) Cada clase difiere de las otras en su tamaño, función y estabilidad general. ARNm. Se sintetiza en el núcleo celular durante el proceso llamado transcripción, en el cual uno de los polinucleótidos del ADN actúa como patrón dando lugar un solo ARN m. El ARNm recién formado se separa del ADN y abandona el núcleo, llevando las instrucciones codificadas del ADN en el cual se establecen las características de la estructura de cada proteína de la célula. ARNt: Son moléculas pequeñas que permanecen disueltos en el citoplasma, se componen de 80 a 100 nucleótidos. El ARN de transferencia tiene dos extremos importantes: Uno reconoce el código del ARN mensajero y el otro porta los aminoácidos correctos. El ARN de transferencia cumple las siguientes funciones: Captura un aminoácido que se une por unos momentos al primer codón. Captura un segundo aminoácido, que se une al segundo codón. Ambos aminoácidos están tan cerca el uno del otro que entre ellos se forma un enlace peptídico. Este mecanismo se repite en cada codón, hasta llegar a un codón terminal, es decir ya es un polipéptido. ARNr: Son moléculas que junto con las proteínas ribosómicas forman los ribosomas y polisomas; se encuentra flotando en el citoplasma, adherido al retículo endoplasmático e inclusive en el interior de las mitocondrias y cloroplastos. Durante la síntesis de la proteína el ribosoma se mueve a lo largo del ARM m, al progresar el ribosoma a lo largo del ARNm, se forma una cadena de aminoácidos, lo que vendría a ser un polipéptido o una proteína requerida por el ADN, luego el ribosoma libera la cadena.
  41. 41. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 41 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Si la proteína recién formada es celular, se que queda en la misma célula, y sí es proteína de exportación llegará hasta los tejidos y órganos que lo requieren mediante los fluidos extracelulares y corporales Propiedades Biológicas del ARN 1En la síntesis de polipétidos y proteínas. 2En la síntesis de ADN por medio de enzimas retrotranscriptasa. Sólo es posible en los virus que tienen de genoma ARN. DIFERENCIAS ENTRE ADN Y ARN ACIDOS ESTRUCTURALES COMPOCISION FUNCIÓN ADN Dos cadenas: doble Pentosa: Desoxirribosa Almacena hélice Base pirimidicas: Conserva Timina Transmite la información genetica ARN Monocatenaria Pentosa: Ribosa Articula la infoermación Lineal (ARN m) Base pirimidica: genetica del ADN en la Cruciforme (ARN t y Uracilo síntesis de polipectidos ARN r) y proteínas
  42. 42. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 42 BIOLOGÍA GENERAL I Y II SESION DE APRENDIZAJE Nº 5 ENZIMAS Concepto: Las enzimas son catalizadores proteínicos altamente específicos de las reacciones, todas las reacciones bioquímicos son catalizados por enzimas. Propiedades: Las enzimas hacen posible la vida en la tierra. Catalizan reacciones específicas. Las enzimas reconocen a los sustratos específicos y actúan sobre ellos y no sobre otros tipos de sustancias. Su extraordinaria capacidad catalizadora hace posible que en el organismo tengan lugar reacciones químicas que de no ser así requerirían elevadas temperaturas o condiciones particulares de PH y presión incompatibles con la vida. Las enzimas analógicamente a los catalizadores comunes influencian la velocidad de una reacción en ambos sentido sin alterar el equilibrio. La dirección en que se verifica una reacción está siempre determinada por la ley de acción de masas y por la energía libre. Por tanto que, en un enzima es capaz de acelerar la descomposición de una determinada sustancia, así mismo es capaz de acelerar la síntesis de la misma. Naturaleza química y mecanismo de acción La mayor parte de las enzimas están constituidos por proteínas puros o por metaloproteínas. Algunas enzimas, además de contener una parte proteica (aproenzima), constan de un grupo no proteico (coenzima) que deriva corrientemente de un factor vitamínico. Al conjunto de ambas partes se denomina holoenzima. Se ha constatado que invitro el coenzima podría por si solo efectuar, en algunos casos, la reacción catalizada por el holoenzima, pero la velocidad de la reacción sería enormemente inferior a la obtenida por el enzima completo. Esto viene a señalar que el coenzima es en parte responsable de la especificidad de la reacción catalizada por el enzima, debiéndose fundamentalmente al apoenzima la capacidad de reducir la energía de activación del sustato. A todo enzima se le atribuye la posesión de un sitio catalítico, también se le llama sitio activo o centro activo, que para las enzimas provistos de coenzima coincide generalmente con un grupo químico de dicho coenzima. Es a este sitio catalítico al que deben unirse los sustratos durante periodos de tiempo extraordinariamente breves pero suficientes , para que el enzima modifique su estructura , convirtiéndose de ese modo en los productos de la reacción. Es posible atribuir el sitio catalítico una configuración típica, a la que solo el sustrato específico puede adaptarse como una llave a su propia cerradura (chapa o candado). Es decir las enzimas son específicas. Cada quien para quien.
  43. 43. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 43 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Características del sitio catabólico El sitio catabólico representa únicamente una pequeña porción de la totalidad de la enzima, la mayoría de residuos de aminoácidos que forma la enzima no quedan en contacto con el sustrato. El sitio catalítico es “elástico”, es decir se adecua a la molécula o materia sobre quien actúa. Inclusive con pequeños cambios en sus aminoácidos para “quedar bien”. El sitio catalítico se “une” al sustrato por medio de fuerzas relativamente débiles. El sitio catalítico mantiene su conformación una vez que dejó de actuar, inclusive tiene “memoria” para los nuevos sustratos. Ecuación de Michaeliz –Menten. Una reacción catalizada enzimáticamente consta de tres pasos: Formación de un complejo enzima – sustrato. E+S [ES] Catálisis, Que convierte el sustrato en producto. [ES] [EP] Liberación Del producto: [ES] E + PA + PB. Sitio activo o catalítico de la enzima Factores que modifican la actividad enzimática Temperatura. Dentro de sus límites máximo y mínimo de las enzimas, la velocidad de una reacción catalizada es proporcional a su temperatura: Velocidad de reacción Temperatura
  44. 44. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 44 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Velocidad de reacción Temperatura Las enzimas conservan la vida en temperaturas extremas, los peces que habitan en le punto de congelación del agua (mar Ártico) no se congelan porque tienen enzimas que les permiten vivir a esas temperaturas 0°C. Asimismo microorganismos, plantas ya nimales pueden vivir en las aguas termales más de 80°C sinq ue sean perturbados, tal como hemos visto en años del Inca (Cajamarca), Yura (Arequipa), Gonoy (Huanuco), Monterrey y Chancos (Ancash). En estos casos la temperatura óptima del enzima está cerca del punto de congelación (aguas heladas) o cerca del punto de ebullición (aguas calientes). pH. Los cambios moderados de pH afectan el estado iónico de la enzima y con frecuencia también del sustrato. Las enzimas tienen pH óptimo de 5 a 9 pH, es decir ligeramente ácido, neutro y ligeramente básico. pH óptima Velocidad de reacción 3 5 7 9 11 pH Las enzimas se desnaturalizan cuando su PH baja o sube de los límites indicados.
  45. 45. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 45 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Concentración de los reactantes. A concentraciones altas de los reactivos, tanto el número de moléculas como energía suficientes para reaccionar como su frecuencia de colisiones serán altas. La velocidad de reacción es, por tanto, proporcional a las concentraciones de las moléculas reaccionantes. Velocidad de reacción Concentración Concentración de la enzima. Se refiere a la mayor o menor cantidad de enzimas y a su vez concentración espacial. La velocidad de reacción es proporcional a la cantidad de enzima presente. Velocidad de reacción Concentración de sustrato. Se refiere que el sustrato debe estar Cantidad de enzima reaccionar. bien concentrado para Baja concentración Media concentración Alfa concentración La velocidad de reacción crece al aumentar la concentración del sustrato por le punto donde se dice que la enzima está “saturada” con el sustrato.
  46. 46. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 46 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Velocidad máxima Velocidad de reacción Concentración de sustrato Inhibidores enzimáticos. El estudio de los inhibidores enzimáticos ha servido para obtener información sobre el mecanismo de la catálisis enzimática, especificidad del sustrato, la naturaleza de los grupos funcionales en el sitio catalítico y la participación de ciertos grupos en el mantenimiento de la conformación de la molécula enzimática. Existen tres tipos de inhibición enzimática, la competitiva y no competitiva. Los inhibidores enzimáticos son de enorme importancia en terapia, por ejemplo, para evitar la formación de más células malignas en el cáncer se utilizan inhibidores específicos, así ya no hay formación de más células malignos: E + I EI E = Enzima I = Inhibidor EI = Complejo enzima inhibidor En el caso del VIH (SIDA), se están utilizando retrovirales para evitar que la enzima retrotranscriptasa actúe libremente produciendo más virus VIH en las células. ¿CÓMO ACTÚAN LOS ENZIMAS? La interacción enzima – sustrato se realiza en un área del enzima llamado centro activador, que es particularmente sensible a los cambios químicos. Entre el enzima y el sustrato se forman varias uniones débiles, produciendo un complejo relativamente estable como en la llave a su cerradura. El sustrato es químicamente modificado y convertido en uno o más productos, conforme nos muestra la ecuación: E + S = [ E S ] = E + P1 + P2 En donde E, enzima : ES, enzima – sustrato; S, Sustrato; P, productos. Clasificación: La comisión para las enzimas de la unión Internacional de Bioquímica, estableció en 1961 una clasificación oficial de las enzimas, basado en el tipo de reacción que catalizan:
  47. 47. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 47 BIOLOGÍA GENERAL I Y II Oxidorreductoras. Son las enzimas responsables de los procesos de oxido-reducción de los cuales procede la energía necesaria para la vida. Transferiosas. Transfieren grupos específicos (grupos metilo, amino, fosfato, etc) de un sustrato (donador) a otros (aceptador) A–G+B A+B -G Estas enzimas ejercen una función primaria en la génesis, en las transferencias y en el almacenamiento de la energía. Hidrolasas. Son las enzimas que escinden hidrolíticamente los respectivos sustratos, es decir con introducción de una molécula de agua. A – B + H2O A – OH + B - H Las enzimas de este grupo son numerosísimos: pertenecen a las enzimas digestivos. Liasas. Comprende las enzimas que catalizan la escisión de sus sustratos sin incorporación de agua:
  48. 48. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 48 BIOLOGÍA GENERAL I Y II A–B A+B Ejemplo, los descarboxilasas, aquellas que intervienen en la respiración celular. Isomerasas. Son enzimas que catalizan la isomerización de sus sustratos. Ligasas o sintetasas. Comprende las enzimas encargadas de la síntesis de algunos metabolitos o factores biológicos particulares. Enzimas alostericas: A la enzima que actúa en la primera secuencia de eventos, la cual es inhibida por el producto final, se le conoce como enzima alostérica.Las enzimas alostéricas tienen un elevado peso molecular, además son aligoméricas, o sea que consisten en dos o más subunidades polipeptídicas son más complejas que las enzimas ordinarias. Las enzimas alostéricas poseen además del sitio catalítico, común a todas las enzimas, otro sitio en el cual actúa un modulador específico que puede unirse a la enzima en forma reversible, es decir, en unión no covalente, sin establecer enlace químico firme. En general el sitio alostérico es tan específico en su capacidad de unirse con el modulador, como lo es el sitio catalítico para unirse al sustrato. Propiedades Biológicas Los enzimas hacen posible la vida en la Tierra. Aceleran o inhiben las reacciones químicas que se llevan a cabo en las células u órganos. En condiciones normales mantiene el metabolismo estándar, en condiciones anormales aumenta la actividad metabólica produciendo la fiebre, su inverso es la hipotermia. Ambos casos son fatales. Mantiene la homeostasis, tendencia a la uniformidad o estabilidad del equilibrio físico químico del medio interno en cada organismo. En el tratamiento de ciertas enfermedades hereditarias, muchas se deben a anormalidades en la síntesis de enzimas, determinados por su propio ADN. En la fabricación de medicamentos. Es posible que algunas enzimas “sintéticas” pueden ser agentes terapéuticos poderosos. La inhibición enzimática favorece la vida en los extremos térmicos de sobrevivencia, por ejemplo existen peces del Artico que viven a 1ºC, sin que sus tejidos se congelen, así mismo, los organismos llamados termófilos que viven en las aguas termales entre 50 y 80ºC sin afectar a sus tejidos del permanente calor natural de sus aguas. Para detener el envejecimiento. Los investigadores han revelado que las células humanas normales son mortales, puesto que se dividen solo en número limitado de veces y después dejan de hacerlo. Una teoría sostiene que la clave del envejecimiento se halla en los extremos de cada hebra de ADN, sección llamada telómero. Los científicos han observado que, cada vez que ciertas células se dividen, los telómeros se acortan como una mecha que arde. Al parecer, con el tiempo se acortan tanto que la célula deja de multiplicarse. Ahora bien, los telómeros no se reducen cuando está
  49. 49. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 49 BIOLOGÍA GENERAL I Y II presente cierta enzima, por lo que según la teoría, esta podría aportar a la célula el poder de continuar multiplicándose indefinidamente. Para detener enfermedades cancerosas, mediante enzimas inhibidoras de la división celular. En otras palabras inversa a la anterior propiedad. En la síntesis del ADN a partir del ARN, solamente ocurre en forma natural en los retrovirus, ejemplo: VIH. En análisis enzimático. Facilita la determinación de sustancias a concentraciones que no podrían ponerse de manifiesto con los métodos químicos usuales. En el diagnóstico de ciertas enfermedades. El análisis de la actividad de determinados enzimas en los líquidos biológicos, en las secreciones y en los tejidos puede poner de manifiesto anomalías y síntomas bioquímicos patognómicos de una enfermedad.
  50. 50. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 50 BIOLOGÍA GENERAL I Y II SESION DE APRENDIZAJE Nº 6 BIOENERGETICA Concepto: La bioenergética o termodinámica bioquímica, es el estudio de los cambios de energía que acompañan a las reacciones bioquímicas. Los sistemas no biológicos utilizan mayormente la energía calorífica para realizar trabajo, en cambio los sistemas biológicos, como son isotérmicos, emplean la energía química para todo su trabajo o proceso vital. Flujo de energía Toda forma de energía que tenemos tiene su origen en el sol. Las plantas utilizan en primer lugar para llevar acabo la fotosíntesis, cuya energía se va acumulando en las plantas como energía química, que es consumido por los animales quienes van perdiendo es energía química en diferentes formas, al final dicha energía se desperdicia como calor. Energía Energía E. Luminosa luminosa química E. Eléctrica SO PLANTA ANIMAL E. Química + calor L E. Mecánica E. Calórica Energía libre y las leyes de la termodinámica El cambio en la energía libre (∆G) es esa porción del cambio de la energía total de un sistema que está disponible para realizar trabajo, es decir la energía útil, conocida también en dos sistemas químicos como potencial químico. La primera ley de la termodinámica establece que la “energía total de un sistema, más de la de su entorno, permanece constante”. Esta es también la ley de la conservación de la energía. El principio dice: “la energía no se crea no se destruye, sólo se transforma” La segunda ley de la termodinámica establece que “si un proceso ocurre espontáneamente, la entropía total de su sistema debe aumentar”. La entropía representa la extensión de desorden o lo fortuito del sistema y se torna máxima en un sistema cuando éste se aproxima al equilibrio verdadero. Es condición de temperatura y presión constantes, la relación entre el cambio de energía libre (∆G) de un sistema en reacción y el cambio de la entropía (∆S) esta dada por al siguiente ecuación que combina las dos leyes de la termodinámica.
  51. 51. Mg. Máximo Sabino Garro Ayala 51 BIOLOGÍA GENERAL I Y II ∆G = ∆ H – T ∆ S Donde ∆ H es el cambio de la entalpía (calor) y T es la temperatura absoluta (Kelvin). Bajo las condiciones de las reacciones bioquímicas, debido a que ∆H es aproximadamente igual a ∆ Е, que es el cambio total en la energía interna de la reacción, la reacción anterior puede expresarse asi: ∆G = ∆E– T ∆S Si ∀ organ1

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