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ANTOLOGÍA DE BIOLOGÍA II
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COMPENDIO COMPLETO DE BIOLOGÍA II, MATERIAL PARA NIVEL DE BACHILLERATO...COLEGIO AMERICANO DE SAN CARLOS...tango/tango

COMPENDIO COMPLETO DE BIOLOGÍA II, MATERIAL PARA NIVEL DE BACHILLERATO...COLEGIO AMERICANO DE SAN CARLOS...tango/tango

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  • 1. Competencia a la que atribuye el Curso de Biología II: Analizar los diferentes procesos que regulan el cuero humano tales como la respiración, los procesos de Genética y Herencia para explicar su continuidad y la interrelación con las ciencias y tecnologías, lo cual permita identificar su impacto en la sociedad que vivimos. 1
  • 2. UNIDAD DE COMPETENCIA I Describirá la importancia biológica de los constituyentes orgánicos e inorgánicos, como una posible explicación de los principales procesos que regulan a los seres vivos. 1.1 Principales constituyentes inorgánicos. El análisis químico de la materia viva pone de manifiesto que en su composición se encuentran una serie de elementos llamados bioelementos o elementos biogénicos. Ninguno de ellos es propio y exclusivo de la materia viva ya que forman parte también, de la materia mineral, de tal manera que sólo un número relativamente reducido de los elementos que se encuentran en la naturaleza entra a formar parte de la materia viva. Los principales elementos biogénicos son cuatro: C, H, O y N. Estos 4 elementos forman parte de la materia viva en un porcentaje muy superior a los restantes gracias a poseer dos propiedades fundamentales: 1.- Tener un peso atómico bajo: C=12, H=1, O=16 y N=14. Esto les permite formar combinaciones por un lado muy complejas y por otro inestable, lo cual resulta muy útil para el continuo construir y destruir de materia a que se ven sometidos los seres vivos por su metabolismo. Estos 4 elementos son además muy solubles en agua, circunstancia favorable para ser incorporados al ser vivo o eliminados de él. 2.- Abundan en las capas más externas de la Tierra, es decir, atmósfera, hidrosfera y litosfera, que son las que se hallan más en contacto con los seres vivos. Esta propiedad es importante ya que los seres vivos necesitan formarse con elementos que puedan conseguir con facilidad, es decir, que abunden en la naturaleza para poder disponer de ellos en cualquier momento. Formando la vida existen dos grandes grupos de moléculas las inorgánicas y las orgánicas. Las inorgánicas son comunes a los seres que tienen vida y a los materiales que no la poseen (la materia inerte). Son el agua y las sales minerales. 2
  • 3. Estas moléculas se han clasificado tradicionalmente en los diferentes principios inmediatos, llamados así porque podían extraerse de la materia viva con cierta facilidad, inmediatamente, por métodos físicos sencillos, como: evaporación, filtración, destilación, disolución, etc. Los diferentes grupos de principios inmediatos son: Inorgánicos Orgánicos -Agua -Biomoléculas -CO2 Glúcidos o carbohidratos -Sales minerales -Lípidos -Prótidos o proteínas -Ácidos nucleicos 1.1.1 El agua El agua componente esencial de los Seres Vivos. Todos los organismos vivientes (vegetales, animales y seres humanos) que habitan el planeta están formados por una cierta proporción o porcentaje de agua. En los seres humanos, representa entre un 65 a 75 % de su peso corporal. Parte de ésta integra la sangre y otros fluidos del cuerpo humano. El ser humano, como embrión está formado por un 97 % de agua; y muere con un 65 a 70%. El porcentaje de agua que contienen las personas está relacionado con la edad y peso corporal. Alguna vez te has preguntado ¿qué papel juega el agua en nuestro organismo? No podríamos respirar, si nuestros pulmones no estuvieran permanentemente húmedos. Entra en la composición de las quot;lágrimasquot; que permiten lubricar y limpiar nuestros ojos; Forma parte de la quot;salivaquot;, la cual humedece la 3
  • 4. lengua para sentir los sabores de los alimentos. Gracias a la quot;transpiraciónquot; (sudor) podemos expulsar sustancias tóxicas (disueltas en agua) de nuestro organismo (proceso de evaporación), regularizando al mismo tiempo, nuestra temperatura corporal, etc. El agua en los animales - En los animales, el 60 a 90% de su peso está formado por agua, observándose casos extremos, como la Medusa de mar con 99% y en algunos insectos con 40%. Los peces, están constituidos por, aproximadamente, un 65 a 80% de agua. En general, en los animales se llevan a cabo procesos similares a los que se efectúan en los seres humanos. El agua en los vegetales Para tener en cuenta Los vegetales, contienen hasta un 95% de agua. Por El agua es el quot;medio ejemplo biológicoquot; imprescindible para Un árbol en crecimiento está compuesto de un 50% de la supervivencia de la mayoría agua de seres vivos del planeta. Un árbol leñoso contiene 75 % de agua Todos los seres vivos, Una planta acuática 95 % de agua independientemente de su El tomate contiene 95 % de agua nicho ecológico, requieren al Los vegetales utilizan el agua, en los siguientes procesos: menos de un quot;mínimoquot; quot;Vehículoquot; para transportar y distribuir las sustancias porcentaje de humedad nutritivas (disueltas en agua), desde el suelo a las distintas (relativa) para vivir. partes de la planta. En la respiración, transpiración y fotosíntesis. Amortiguadora de efectos ambientales (p. ej.: dilución de contaminantes). A través de la transpiración, los vegetales emiten vapor de agua hacia la atmósfera, regulando así su temperatura y aportando humedad (vapor de agua) a ésta. 1.1.1.1 Aspectos importantes sobre la molécula del Agua. 4
  • 5. SERES HUMANOS ANIMALES VEGETALES  Respiración  Vehículo para  Lágrimas: lubrica y transportar y distribuir limpia ojos  60 – 90% de su peso las sustancias nutritivas  Saliva: función es agua. disueltas en agua. organoléptica  Procesos similares a  Respiración,  Transpiración: los de los seres transpiración y Expulsión de humanos. fotosíntesis. sustancias tóxicas  Amortiguadora de disueltas en agua. efectos ambientales.  Regulador térmico. a. Propiedades del Agua. La vida, tal como se conoce en la Tierra, se desarrolla siempre en medio acuoso. Incluso en los seres no acuáticos el medio interno es básicamente hídrico. La inmensa mayoría de las reacciones bioquímicas se desarrollan en el seno del agua y obedecen las leyes fisicoquímicas de las disoluciones acuosas. Por todo ello no es de extrañar que el agua sea el principal componente de los seres vivos en cuanto a su cantidad. El cuerpo humano, por ej., está formado por término medio por un 75% de agua, aunque los tejidos que necesitan mucha actividad como el nervioso son agua en un 90%. Sólo los tejidos esqueléticos y las semillas de las plantas presentan una baja proporción de agua. Los seres vivos van renovando continuamente su contenido en agua, ingiriéndola con la alimentación y perdiéndola con la respiración como vapor y con la excreción (orina, sudor, etc.) El agua reúne una serie de características que la convierten en un disolvente único e insustituible en la Biosfera. En cuanto a sus propiedades fisicoquímicas cabe destacar: 5
  • 6. 1.- La molécula de agua tiene un marcado carácter bipolar. Aunque tiene una carga total neutra (posee el mismo número de protones y de electrones), presenta una distribución asimétrica de sus electrones: alrededor del O se concentra una densidad de carga negativa ( -) debido a que es un elemento mucho más electronegativo que el H, por ello los núcleos de H quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva (e +). Este carácter bipolar de la molécula de agua es de trascendental importancia y tiene múltiples consecuencias: La más relevante es que se pueden establecer interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua formando uniones electrostáticas llamadas puentes o enlaces de H: la carga parcial negativa del O de una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de H de otras moléculas adyacentes. Aunque son uniones débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras 3 moléculas unidas por puentes de H permite que se forme en el agua (líquida o sólida) una estructura reticular, responsable de su comportamiento anómalo y de la peculiaridad de sus propiedades fisicoquímicas. Todas las restantes propiedades del agua son, pues, consecuencia de ésta. 2.- El amplio margen de temperaturas en que permanece en fase líquida (0º-100º) proporciona variadas posibilidades de vida, desde los organismos psicrófilos que pueden desarrollarse a temperaturas próximas a 0º, hasta los termófilos que viven a 70º-80º. 3.- La anómala variación de la densidad con la temperatura, con una densidad máxima a 4º C, determina que el hielo flote en el agua líquida actuando como aislante térmico y, en consecuencia, posibilitando el mantenimiento de la gran masa de agua de los océanos en fase líquida albergando a la mayor parte de la Biosfera. 6
  • 7. 4.- El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal). Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de H, además de con otras moléculas de agua como se dijo anteriormente, con otras sustancias polares (grupos -OH de alcoholes y azúcares, grupos -NH2 de aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos, etc.), pues se disuelven cuando interaccionan con las moléculas del agua. 5.- El agua posee un elevado calor específico. Se denomina calor específico a la capacidad de almacenar energía para un aumento determinado de la temperatura: el agua puede absorber grandes cantidades de calor, mientras que, proporcionalmente, su temperatura sólo se eleva ligeramente. Del mismo modo, su temperatura desciende con más lentitud que la de otros líquidos a medida que va liberando energía al enfriarse. Esta propiedad permite que el contenido acuoso de las células sirva de protección a las sensibles moléculas orgánicas ante los cambios bruscos de temperatura. Además, el calor que se desprende en los procesos metabólicos no se acumula en los lugares donde se produce, sino que se difunde en el medio acuoso y se disipa finalmente hacia el medio externo. 6.- El agua posee una elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas. Los puentes de H mantienen a las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Gracias a esta propiedad algunos seres vivos utilizan el agua como esqueleto hidrostático. 7.- El agua posee una elevada fuerza de adhesión. Esta fuerza está también en relación con los puentes de H que se establecen entre las moléculas de agua y otras moléculas polares y es responsable, junto con la 7
  • 8. cohesión, del llamado fenómeno de la capilaridad, es decir, el ascenso de agua a través de las paredes de un capilar (delgado tubo de vidrio). b. Funciones biológicas del Agua. Las funciones del agua se relacionan íntimamente con las propiedades anteriormente descritas. Se podrían resumir en los siguientes puntos  Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas  Amortiguador térmico  Transporte de sustancias ASIGNACIÓN: Descripción de las diez  Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos funciones biológicas del agua.  Favorece la circulación y turgencia  Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos  Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo 1.1.1.2Importancia del Agua en los Seres Vivos.  Es el líquido más abundante en la corteza y uno de los pocos líquidos naturales.  Componente más abundante en los seres vivos, aproximadamente un 70 por ciento de un ser vivo es agua.  Medio de disolución y es el medio donde se dan los procesos químicos. 2/3 dentro de las células 1/3 intercelular o extracelular.  Es el medio vital, tanto de organismos unicelulares como acuáticos.  Es una sustancia reaccionable en procesos como la fotosíntesis, la respiración celular o la hidrólisis.  Hizo posible el origen de los seres vivos hace más de 3600 millones de años. 1.1.2 Sales Minerales Los Minerales son elementos químicos imprescindibles para el normal funcionamiento metabólico. Su función es reguladora, no aportan energía. El agua y las sales, que 8
  • 9. constituyen las sustancias inorgánicas o minerales del organismo, son indispensables para mantener la vida, pues desempeñan funciones específicas en los elementos celulares. Son constituyentes esenciales de las células, cada una de las cuáles tiene y conserva una composición hídrica y mineral característica y poco variable. Algunos compuestos minerales son abundantes en el organismo e intervienen para mantener la presión osmótica y el equilibrio ácido-base, como sucede con el cloruro de sodio. a. Propiedades de las Sales Minerales En todos los seres vivos, animales y vegetales, se encuentran siempre determinadas cantidades de sales minerales. Se clasifican en función de su solubilidad en agua. Las sustancias salinas insolubles en agua forman estructuras sólidas que suelen cumplir funciones de protección y sostén y que están muy extendidas en todos los seres vivos. Los Crustáceos y los Moluscos presentan caparazones de carbonato cálcico (CO 3Ca) mientras que en la Diatomeas son de sílice (SiO2). El esqueleto interno de los Vertebrados presenta una parte mineral formada por la asociación de varios componentes minerales, sobre todo carbonato y fosfato cálcico [(PO4)2Ca3]. Además, el esmalte de los dientes presenta fluoruro cálcico (F2Ca). En cuanto a las sales minerales solubles en agua, éstas se encuentran disociadas en sus iones correspondientes, que son los responsables de su actividad biológica. Los principales iones son: Cationes: Na+, K+, Mg2+, Ca2+ y amonio (NH4+). Aniones: Cl-, fosfatos (PO4-, PO4H2-), sulfato (SO4-), nitrato (NO3-) y carbonatos (CO3-, CO3H). 9
  • 10. Los iones minerales realizan múltiples funciones en el organismo, destacando las siguientes:  Regulación de los fenómenos osmóticos: cuando dos disoluciones salinas de distinta concentración se ponen en contacto a través de una membrana semipermeable (llamada así porque permite el paso de agua pero no de los iones disueltos en ella) las dos disoluciones tienden a equilibrar sus concentraciones y, como los iones no pueden atravesar la membrana, es el agua de la disolución más diluida la que va pasando a la más concentrada. Este trasiego de agua cesa cuando ambas disoluciones adquieren la misma concentración. La disolución más concentrada recibe el nombre de hipertónica respecto a la menos concentrada que es la hipotónica; en el momento del equilibrio se dice que las dos disoluciones son isotónicas. Este fenómeno se conoce con el nombre de ósmosis y el paso del agua a través de la membrana semipermeable genera una presión llamada presión osmótica. Esta será mayor cuanto mayor sea la diferencia en la concentración de las dos disoluciones. Los seres vivos mantienen en sus células una presión osmótica constante gracias a las sales minerales, fenómeno llamado homoósmia, y son muy sensibles a las variaciones de la misma, lo cual acarrea serios trastornos. Por esta razón toda disolución que se ponga en contacto directo con las células de un organismo debe ser isotónica con respecto a la disolución salina de su interior, ya que las membranas celulares se comportan como semipermeables. Existen dos ejemplos típicos que demuestran la importancia de los fenómenos osmóticos en el mantenimiento de la integridad celular. o Las células vegetales poseen una gran vacuola que comprime el citoplasma contra la pared celular. Al ponerlas en contacto con una solución salina hipertónica respecto del líquido de la vacuola, el agua de ésta fluye hacia el exterior de la célula y, como consecuencia, la vacuola se reduce de tamaño arrastrando al citoplasma, que puede llegar a separarse de la pared celular. Este fenómeno se denomina plasmólisis. Por el contrario, si la solución que se pone en contacto con la célula es hipotónica, la corriente de agua se 10
  • 11. establece hacia el interior, comprimiendo el citoplasma contra la pared celular. Este caso se llama turgencia. o Repitiendo la misma experiencia con glóbulos rojos, como éstos carecen de pared celular vegetal, al ponerlos en contacto con una solución hipertónica, disminuyen de volumen y se arrugan al salir agua al exterior. Si los ponemos en contacto con una solución hipotónica, el agua pasa al interior y el glóbulo rojo se dilata, pudiendo llegar a estallar rompiéndose su membrana. Este caso extremo se llama hemólisis. o Regulación del equilibrio ácido-base: En los seres vivos existe siempre una cierta cantidad de iones hidrógeno (H+) y de iones hidroxilo (OH-) que proceden de: a) La disociación del agua que proporciona los dos iones: H2O H+ + OH- b) La disociación de cuerpos con función ácida que proporcionan H+ : ClH Cl- + H+ c) La disociación de cuerpos con función básica que proporcionan OH-: NaOH Na+ + OH- o Los hidrogeniones tienen carácter ácido, mientras que los hidroxiliones lo tienen alcalino. Por lo tanto la acidez o alcalinidad del medio interno de un organismo dependerá de la proporción en que se encuentren los dos iones. Así será neutro cuando [H+]=[OH-], ácido cuando [H+]>[OH-] y alcalino cuando [H+]<[OH-]. Para que los fenómenos vitales puedan desarrollarse con normalidad es necesario que la concentración de H+, que se expresa en valores de pH sea más o menos constante y próxima a la neutralidad, es decir, pH=7. Sin embargo, en las reacciones que tienen lugar durante el metabolismo se están liberando productos tanto ácidos como básicos que tenderán a variar dicha neutralidad si no fuera porque los organismos disponen de unos mecanismos químicos que se oponen automáticamente a ASIGNACIÓN: Análisis comparativo del valor nutricional de 6 11 alimentos variados del consumo diario, incluyendo alimentos chatarra.
  • 12. las variaciones de pH. Estos mecanismos se denominan sistemas amortiguadores o sistemas tampón, y en ellos intervienen de forma fundamental las sales minerales 1.1.3 Tipos de Minerales Los Macrominerales, también llamados minerales mayores, son necesarios en cantidades mayores de 100 mg por día. Entre ellos, los más importantes que podemos mencionar son: Sodio, Potasio, Calcio, Fósforo, Magnesio y Azufre. Los Microminerales, también llamados minerales pequeños, son necesarios en cantidades muy pequeñas, obviamente menores que los macrominerales. Los más importantes para tener en cuenta son: Cobre, Yodo, Hierro, Manganeso, Cromo, Cobalto, Zinc y Selenio. 12
  • 13. 13
  • 14. 14
  • 15. 1.2 Constituyentes orgánicos celulares importantes. Las biomoléculas son las moléculas constituyentes de los seres vivos formadas por sólo cuatro elementos que son el hidrógeno, oxígeno, carbono, y nitrógeno, representando el 99 % de los átomos de los seres vivos. Estos cuatro átomos forman las biomoléculas debido a sus tamaños atómicos y distribución electrónica que: Facilitan la formación de enlaces covalentes entre ellos, compartiendo electrones, debido a su pequeña diferencia de electronegatividad. Estos enlaces son muy estables, la fuerza de enlace es directamente proporcional a las masas de los átomos unidos. o Facilitan a los átomos de carbono la posibilidad de formar esqueletos tridimensionales –C-C-C- para formar compuestos con número variable de carbonos. o Facilitan la formación de enlaces múltiples (dobles y triples) entre C y C, C y O, C y N, así como estructuras lineales ramificadas cíclicas heterocíclicas, etc. o Facilitan la posibilidad de que con pocos elementos se den una variedad de grupos funcionales (alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos, aminas, etc.) con propiedades químicas y físicas diferentes. a. Clasificación de las biomoléculas Según la naturaleza química las biomoléculas pueden ser: a. Biomoléculas inorgánicas: Agua, la biomolécula más abundante. Gases (oxígeno, dióxido de carbono). Sales inorgánicas: aniones como fosfato (HPO 4), bicarbonato (HCO4-) y cationes como el amonio (NH4+). b. Biomoléculas orgánicas o principios inmediatos: Glúcidos (glucosa, glucógeno, almidón). Lípidos (ácidos grasos, triglicéridos, colesterol, fosfolípidos, glucolípidos). Proteínas (enzimas, hormonas, hemoglobina, inmunoglobulinas etc.). Ácidos nucleicos (ADN y ARN). Metabolitos (ácido pirúvico, ácido láctico, ácido cítrico, etc.) 15
  • 16. Según el grado de complejidad estructural las biomoléculas pueden ser: a. Precursoras: moléculas de peso bajo molecular, cono el agua (H2O), anhídrido carbónico (CO2) o el amoníaco (NH3). b. Intermediarios metabólicos: moléculas como el oxaloacetato, piruvato o el citrato, que posteriormente se transforman en otros compuestos. c. Unidades estructurales También llamadas unidades constitutivas de macromoléculas como los monosacáridos (en celulosa, almidón), aminoácidos (de las proteínas), nucleótidos (de los ácidos nucleicos), glicerol y ácidos grasos (en grasas). d. Macromoléculas: de peso molecular alto como el almidón, glucógeno, proteínas, ácidos nucleicos, grasas, etc. 1.2.1 Carbohidratos La principal función de los glúcidos es aportar energía al organismo. De todos los nutrientes que se puedan emplear para obtener energía, los glúcidos son los que producen una combustión más limpia en nuestras células y dejan menos residuos en el organismo. De hecho, el cerebro y el sistema nervioso solamente utilizan glucosa para obtener energía. De esta manera se evita la presencia de residuos tóxicos (como el amoniaco, que resulta de quemar proteínas) en contacto con las delicadas células del tejido nervioso. Una parte muy pequeña de los glúcidos que ingerimos se emplea en construir moléculas más complejas, junto con grasas y proteínas, que luego se incorporarán a nuestros órganos. También utilizamos una porción de estos carbohidratos para conseguir quemar de una forma más limpia las proteínas y grasas que se usan como fuente de energía. 16
  • 17. 1.2.1.1Clasificación, Propiedades, función e Importancia. 1.2.1.1.1 Monosacáridos:  Se caracterizan por su sabor dulce y por ser solubles en agua.  También se conocen como azúcares simples.  Formados por una sola molécula y se clasifican por el numero de carbonos que la integran. Para nombrarlos se considera el número de carbonos, todos llevan la terminación OSA. MONOSACARIDOS DEFINICIÓN Biomoléculas que guardan la información hereditaria en las Ribosa y células. Desoxirribosa Componentes importantes en los ácidos nucleicos. Pertenece al grupo de las pentosas. Conocida como levulosa o azúcar de las frutas. Fructosa Grupo de las hexosas. Se halla en el jugo de las frutas, savia de las plantas, la sangre Glucosa y los tejidos animales. Monosacárido más común. Presente en el azúcar de la leche. Galactosa Forma parte de las reservas nutritivas de los animales. ASIGNACIÓN: Desarrollo de la estructura química de 6 monosacáridos aldosas y 6 monosacáridos cetosas. 17
  • 18. 1.2.1.1.2 Disacáridos:  No siempre tienen sabor dulce y por ser solubles en agua.  Se les conoce como azúcares dobles y oligosacáridos.  Formados por la unión de dos monosacáridos. DISACARIDOS FORMADO POR: DEFINICION Glucosa y Azúcar común o sucrosa. Sacarosa Fructosa Se encuentra en jugos de frutas y miel. Azúcar de la leche. Galactosa y Lactosa Tiene débil sabor dulce. Glucosa Forma parte de la leche materna y de vaca. Azúcar de malta. Maltosa Dos Glucosas Se encuentra en semillas de cebada malteada. ASIGNACIÓN: Realiza una tabla comparativa de características básicas de polisacáridos: almidón, celulosa y glucógeno. 18
  • 19. 1.2.1.1.3 Polisacáridos:  Carbohidratos más abundantes en los seres vivos.  Carecen de sabor dulce y no son solubles en agua.  Formados por mas de dos moléculas de monosacáridos, generalmente glucosa. POLISACARIDOS DEFINICION Producto de la fotosíntesis de las plantas. Almidón Se encuentra en forma de gránulos en hojas, tallos y raíces. Componente principal de la pared celular de los vegetales, razón Celulosa por la cual las plantas son rígidas. Se encuentra en las fibras de algodón, el yute y el lino. Constituye las reservas de los carbohidratos de los animales. Glucógeno Se almacena en el hígado y en los músculos Se encuentra en caparazones de los crustáceos, en las partes Quitina duras de insectos y en las pareces de los hongos.  Función: 1. Función energética; Los Hidratos de Carbono (HC) representan en el organismo el combustible de uso inmediato. La combustión de 1g de HC produce unas 4 Kcal. Los H C son compuestos con un grado de reducción suficiente como para ser buenos combustibles, y además, la presencia de funciones oxigenadas (carbonilos y alcoholes) permiten que interaccionen con el agua más fácilmente que otras moléculas combustible como pueden ser las grasas. Son los compuestos en los que se fija el carbono durante la fotosíntesis. La degradación de los HC puede tener lugar en condiciones anaerobias (fermentación) o aerobias (respiración). 19
  • 20. Todas las células vivas conocidas son capaces de obtener energía mediante la fermentación de la glucosa, lo que indica que esta vía metabólica es una de las más antiguas. 2. Función estructural: Las paredes celulares de plantas hongos y bacterias están constituidas por H y C o derivados de los mismos. El exoesqueleto de los artrópodos está formado por el polisacárido quitina. Las matrices extracelulares de los tejidos animales de sostén (conjuntivo, óseo, cartilaginoso) están constituidas por polisacáridos nitrogenados 3. Función informativa: Los HC pueden unirse a lípidos o a proteínas de la superficie de la célula, y representan una señal de reconocimiento en superficie. Tanto las glicoproteínas como los glicolípidos de la superficie externa celular sirven como señales de reconocimiento para hormonas, anticuerpos, bacterias, virus u otras células. Los HC son también los responsables antigénicos de los grupos sanguíneos. 4. Detoxificación En muchos organismos, ciertas rutas metabólicas producen compuestos potencialmente muy tóxicos, que hay que eliminar o neutralizar de la forma más rápida posible. Estos compuestos son tóxicos y muy poco solubles en agua, por lo que tienden a acumularse en tejidos con un alto contenido lipídico como el cerebro o el tejido adiposo. Una forma de deshacerse de estos compuestos es conjugarlos con ácido glucurónico (un derivado de la glucosa) para hacerlos más solubles en agua y así eliminarlos fácilmente por la orina o por otras vías. 20
  • 21. 5. Ahorro de proteínas: Si el aporte de carbohidratos es insuficiente, se utilizarán las proteínas para fines energéticos, relegando su función plástica. 6. Regulación del metabolismo de las grasas: En caso de ingestión deficiente de carbohidratos, las grasas se metabolizan anormalmente acumulándose en el organismo cuerpos ce tónicos, que son productos intermedios de este metabolismo provocando así problemas (cetosis).  Importancia.  La celulosa es el componente estructural predominante en los tejidos fibrosos y leñosos de las plantas.  La glucosa es la biomolécula combustible más importante para la mayor parte de los organismos y es también la unidad estructural básica o precursora de los polisacáridos más abundantes.  El almidón se encuentra en cantidades muy grandes en las plantas, de las que constituye la forma principal de combustible de reserva.  Los polisacáridos son componentes importantes de las rígidas paredes celulares de las bacterias y las plantas, así como de las cubiertas celulares blandas de los tejidos animales.  Las aldopentosas son componentes importantes de los ácidos nucleicos y varios derivados de las triosas y las heptosas, son intermediarios en el metabolismo de los glúcidos. 21
  • 22. 1.2.2 Lípidos Los lípidos, grasas o aceites están formados por Carbono, Oxígeno y Nitrógeno y algunos contienen Fósforo y Nitrógeno. Son insolubles en agua, pero pueden disolverse en compuestos orgánicos como cetona y éter. Los lípidos constituyen la principal fuente de reserva de energía del organismo que utiliza cuando los carbohidratos se terminan. Normalmente, sirven como aislantes térmicos, brindan protección a órganos blandos, forman parte de las membranas biológicas y son componentes de sustancias reguladoras celulares. 1.2.2.1 Clasificación, propiedades, función e Importancia. a. Saponificables: Que se pueden combinar con sustancias como el Hidróxido de Sodio o de Potasio. a. Grasas Neutras: Son las grasas sencillas y se componen principalmente por triglicéridos. La mayoría de los lípidos o grasas que consumimos provienen del grupo de los triglicéridos que están formados por una molécula de glicerol o glicerina a la que están unidos tres ácidos grasos de cada cadena. 22
  • 23. Dificultad para combinarse con otros compuestos. GRASAS GRASAS MANTECAS ACEITES SATURADAS INSATURADAS Las mantecas son de origen animal, Se encuentran se presentan en forma en su estructura principalmente en líquida, reciben el encontramos un De origen aquellos alimentos de nombre de aceites, los gran porcentaje vegetal, y son origen animal, por más comunes de de ácidos grasos líquidos a ejemplo, carne origen vegetal son, el saturados, lo que temperatura bovina, cordero, aceite de maíz, girasol, explica que sean ambiente. cerdo, pollo etc. de soja etc. sólidas a temperatura ambiente. b. Fosfolípidos: También conocido como Grasa Compuesta. Entre otras cosas, forman las membranas de nuestras células y actúan como detergentes biológicos. También cabe señalar al colesterol, sustancia indispensable en el metabolismo por formar parte de la zona intermedia de las membranas celulares, e intervenir en la síntesis de las hormonas. Son importantes en la coagulación de la sangre. b. Insaponificables: No se pueden combinar. No contienen ácidos grasos ni se fabrica jabón a partir de ellos. 23
  • 24. a. Esteroides: Es un grupo extenso de lípidos naturales o sintéticos con una diversidad de actividad fisiológica muy amplia. No se parecen a ningún otro lípido, se los ubica en esta clase por ser insolubles al agua. Entre ellos se encuentran: El colesterol existe en las membranas celulares (excepto las bacterianas y vegetales), un 25 % (peso en seco) de las membranas de los glóbulos rojos, y es un componente esencial de la vaina de mielina (cobertura de los axones de las neuronas). En cierta gente de edad avanzada forma depósitos grasos en el revestimiento interno de los vasos sanguíneos. Este depósitos pueden bloquear y reducir la elasticidad de los vasos, predisponiendo a la persona a sufrir: presión alta, ataques cardíacos, apoplejía. Las hormonas sexuales y las de la corteza renal también son esteroides que se forman a partir del colesterol de los ovarios, testículos y otras glándulas. Las prostaglandinas son un grupo de sustancias químicas que poseen acciones hormonales y derivan de los ácidos grasos. ASIGNACIÓN: Ensayo sobre la importancia biológica de azúcares, grasas y proteínas. c. Vitaminas Liposolubles. Son vitaminas no solubles en agua y químicamente se trata de lípidos insaponificables, caracterizados por su incapacidad para formar jabones, ya que carecen en sus moléculas de ácidos grasos unidos mediante enlaces éster. 24
  • 25.  Función Energéticamente, las grasas constituyen una verdadera reserva energética, ya que brindan 9 Kcal. (Kilocalorías) por gramo. Plásticamente, tienen una función dado que forman parte de todas las membranas celulares y de la vaina de mielina de los nervios, por lo que podemos decir que se encuentra en todos los órganos y tejidos. Aislante, actúan como excelente separador dada su apolaridad. Transportan proteínas liposolubles. Y dan sabor y textura a los alimentos. Las grasas son los constituyentes principales de las células almacenadoras de grasas en los animales y vegetales. Se emplean en grandes cantidades como materias primas para muchos procesos industriales, de donde se obtienen en algunos casos alimentos de la dieta diaria. Ejemplos, mantequilla, manteca, aceites, etc., además de otros productos de uso cotidiano jabón, aceites secantes, detergentes, etc. Representan una importante reserva de agua. Al poseer un grado de reducción mucho mayor el de los hidratos de carbono, la combustión aerobia de los lípidos produce una gran cantidad de agua (agua metabólica).  Importancia  Las grasas son los constituyentes principales de las células almacenadoras de grasas en los animales y vegetales.  Constituyen una de las reservas alimenticias importantes del organismo.  Se emplean en grandes cantidades como materias primas para muchos procesos industriales, de donde se obtienen en algunos casos alimentos de la dieta diaria. 25
  • 26. Ejemplos, mantequilla, manteca, aceites, etc., además de otros productos de uso cotidiano jabón, aceites secantes, detergentes, etc.  Respecto de los vínculos existentes entre las vitaminas y el deporte, o el rendimiento en los deportes, en los estudios realizados se observa que la vitamina E, por su función de estabilizadora de la estructura de las membranas y por sus propiedades antioxidantes, ha sido utilizada ampliamente entre los atletas. Si bien algunos trabajos que se basan en estudios controlados, indican una incidencia positiva en el rendimiento, muchos otros, demuestran una incidencia escasa de este suplemento en el rendimiento deportivo.  Esta vitamina del grupo de las liposolubles (soluble en grasa) es esencial para el crecimiento, contribuye a la formación del colágeno y así a la hidratación y mantenimiento de la piel, la visión, huesos, dientes, uñas y pelo.  Esta vitamina aparece ya formada en los alimentos de origen animal, mientras que en los vegetales aparece como betacarotenos. Los betacarotenos son pigmentos naturales que se pueden encontrar en frutas y hortalizas de color rojo, naranja y amarillo, o también en vegetales verdes oscuros. El betacaroteno, también llamado provitamina A, es una forma química requerida por el cuerpo para la formación de la vitamina. 26
  • 27. Vitamina Función (interviene en) Fuente A Intervienen en el Hígado, Yema de huevo, crecimiento, Lácteos, Zanahorias, Hidratación de piel, Espinacas, Brócoli, mucosas pelo, uñas, Lechuga, Radico, dientes y huesos. Albaricoques, Damasco, Ayuda a la buena visión. Durazno, Melones, Mamón Es un antioxidante natural. D Regula el metabolismo del Hígado, Yema de huevo, calcio y también en el Lácteos, Germen de trigo, metabolismo del fósforo. Luz solar E Antioxidante natural. Aceites vegetales, Yema Estabilización de las de huevo, Hígado, Panes membranas celulares. integrales, Legumbres Protege los ácidos grasos. verdes, Cacahuate, Coco, Vegetales de hojas verdes K Coagulación sanguínea. Harinas de pescado, Hígado de cerdo, Coles, Espinacas 1.2.3 Vitaminas Hidrosolubles. Se caracterizan porque se disuelven en agua, por lo que pueden pasarse al agua del lavado o de la cocción de los alimentos. Muchos alimentos ricos en este tipo de vitaminas no nos aportan al final de prepararlos la misma cantidad que contenían inicialmente. Para recuperar parte de estas vitaminas (algunas se destruyen con el calor), se puede aprovechar el agua de cocción de las verduras para caldos o sopas. A diferencia de las vitaminas liposolubles no se almacenan en el organismo. Esto hace que deban aportarse regularmente y sólo puede prescindirse de ellas durante algunos días. El exceso de vitaminas hidrosolubles se excreta por la orina, por lo que no tienen efecto tóxico por elevada que sea su ingesta. 27
  • 28. Las vitaminas hidrosolubles son generalmente coenzimas o precursores de ellos. En consecuencia, la carencia de una vitamina se traduce en el frenado o paralización de la reacción en la que está implicada, con las consecuencias biológicas previsibles. El ácido ascórbico, poe ejemplo, es esencial para la actividad de la prolinhidroxilasa, un enzima que intervienen en la síntesis del colágeno; la vitamina B12 es esencial para la actividad de la malonil-CoA mutasa, que transforma el metilmalonil-Coa en succinil-CoA, mientras que el folato es una parte esencial de la molécula del propio coenzima A. Las vitaminas liposolubles tienen funciones menos definidas, y en algunos casos todavía no bien conocidas a nivel molecular, aunque su deficiencia también da lugar a enfremedades carenciales. Conformada por las vitaminas B, como también por la C. Dentro de este grupo de vitaminas, las reservas en el organismo no revisten importancia, por lo que la alimentación diaria debe aportar y cubrir diariamente las necesidades vitamínicas. Esto, se debe justamente a que al ser hidrosolubles su almacenamiento es mínimo. La necesidad de vitaminas hidrosolubles debe siempre tener en cuenta el nivel de actividad física del individuo, dado que el ejercicio activa numerosas reacciones metabólicas cuyas vitaminas son las coenzimas. Así se llega a una situación en la que para las actividades físicas intensas, existen riesgos de carencias y por tanto aparecen los suplementos. ASIGNACIÓN: Cuadro comparativo de las funciones biológicas de vitaminas hidrosolubles y liposolubles. 28
  • 29. Vitamina Función (interviene en) Fuente Participa en el funcionamiento del Carnes, yema de huevo, sistema nervioso. levaduras, legumbres secas, B1 Interviene en el metabolismo de cereales integrales, frutas glúcidos y el crecimiento y secas. mantenimiento de la piel. Metabolismo de prótidos y glúcidos Carnes y lácteos, cereales, Efectúa una actividad oxigenadora y levaduras y vegetales verdes por ello interviene en la respiración B2 celular, la integridad de la piel, mucosas y el sistema ocular por tanto la vista. Metabolismo de prótidos, glúcidos y Carnes, hígado y riñón, lípidos lácteos, huevos, en cereales B3 Interviene en la circulación sanguínea, integrales, levadura y el crecimiento, la cadena respiratoria y legumbres el sistema nervioso. Metabolismo de proteínas y Yema de huevos, las carnes, aminoácidos el hígado, el riñón, los Formación de glóbulos rojos, células y pescados, los lácteos, granos B6 hormonas. integrales, levaduras y frutas Ayuda al equilibrio del sodio y del secas potasio. Crecimiento y división celular. Carnes, hígado, verduras Formación de glóbulos rojos verdes oscuras y cereales ácido integrales. fólico Elaboración de células Sintetizada por el organismo. Síntesis de la hemoglobina No presente en vegetales. B12 Sistema nervioso Si aparece en carnes y lácteos. Formación y mantenimiento del Vegetales verdes, frutas colágeno cítricas y papas C Antioxidante Ayuda a la absorción del hierro no- hémico. NOTA: Leer en anexo el artículo titulado “Vitaminas Liposolubles e hidrosolubles” del Departamento de Farmacología y Terapéutica Facultad de Medicina, de la Universidad Autónoma de Madrid. 1.2.4 Sustancias Psicoactivas. 29
  • 30. El punto de vista de la ciencia, fármaco o droga es toda sustancia química de origen natural o sintético que afecta las funciones de los organismos vivos. Los fármacos que afectan específicamente las funciones del Sistema Nervioso Central (SNC), compuesto por el cerebro y la médula espinal, se denominan psicoactivos. Estas sustancias son capaces de inhibir el dolor, modificar el estado anímico o alterar las percepciones Existen 10 grupos de sustancias psicoactivas capaces de producir abuso y dependencia. Pueden ser naturales o sintéticas: a. Alcohol: Irritación de la mucosa estomacal. Trastornos de la visión, de los reflejos, del pensamiento y del habla en dosis elevadas. Intoxicación aguda: Embriaguez, agitación, riesgo de muerte por paro respiratorio. b. Anfetaminas: hipertensión, taquicardia, hiperglucemia, midriasis, vasodilatación periférica, hiperpnea, hiporexia, etc. El estado de ánimo del adicto oscila entre la distrofia y la hipomanía, así como ansiedad, insomnio, cefalea, temblores y vértigo. Pueden aparecer cuadros depresivos y síndromes paranoides anfetamínicos. c. Alucinógenos (LSD, mescalina): sustancias que producen alucinaciones y otras alteraciones curiosas de los sentidos (se afecta la percepción de las cualidades de las cosas, y se presentan sinestesias: por ejemplo los colores se oyen y o las palabras se visualizan, etc.). d. Cafeína: Aunque la cafeína es una droga de la que se abusa muy frecuentemente, que produce síntomas de abstinencia y que da lugar a dependencia, es una sustancia amplia y legalmente usada en todo el mundo. No tiene efectos tan nocivos sobre la salud como otras sustancias de abuso, pero puede producir ansiedad, insomnio, y en personas con riesgo al respecto puede contribuir a desarrollar hipertensión arterial, etc. e. Cannabis: ansiedad, irritabilidad, temblores, insomnios. 30
  • 31. f. Cocaína: Es un estimulante cerebral extremadamente potente, de efectos similares a las anfetaminas. Además, es un enérgico vasoconstrictor y anestésico local, siendo absorbido por las mucosas nasales cuando se la aspira, se metaboliza en el hígado y se elimina por la orina. Fue usada inicialmente para el tratamiento de trastornos respiratorios y depresivos. Por su efecto analgésico, se usó en intervenciones quirúrgicas. Altamente adictiva. g. Fenilciclidina (PCP): inhiben la habilidad del usuario para concentrarse, pensar de manera lógica y articular. Ocurren cambios dramáticos en la percepción, los pensamientos y el estado de ánimo. Algunos usuarios experimentan una euforia de leve a intensa, mientras que otros se sienten amenazados por el miedo, la ansiedad o el pánico. Esta droga también puede dejar que broten problemas escondidos, ya sea emocional o mental. h. Inhalantes (hidrocarburos. solventes, cloruro de etilo): Los inhalantes son un grupo heterogéneo de sustancias volátiles como pinturas, colas, pegamento, barnices y combustibles, que se consumen por inhalación y provocan sensaciones de irrealidad, mareo, euforia, etc., Suelen ser empleadas por jóvenes con pocos medios económicos. Suelen ser sustancias tóxicas y el consumo asiduo de muchos de ellos se asocia a daños cerebrales, renales, pulmonares y hepáticos. i. Nicotina: Se trata de otra sustancia de abuso de amplio uso mundial, claramente perjudicial, por problemas bien conocidos (cáncer de pulmón, bronquitis y otros problemas pulmonares y cardiovasculares). Es una sustancia muy adictiva que crea tolerancia, dependencia y síndrome de abstinencia, aunque más leve que con otros tóxicos. j. Opiáceos (naturales: morfina, semisintéticos: heroína, sintéticos: codeína): pertenecen la heroína, la metadona, la codeína, la morfina, la bupremorfina, y otras muchas. Son drogas de las que se abusa y depende, pero también medicamentos muy útiles en el tratamiento del dolor, de la tos, de la diarrea, etc. NOTA: Leer en anexo el artículo titulado “Sustancias Psicoactivas” que publicó la Policía Nacional de Colombia. 31
  • 32. 1.2.5 Aminoácidos. Los aminoácidos son biomoléculas formadas por (C) Carbono, (H) Hidrogeno, (O) Oxígeno y (S) Azufre. Estos, son la única fuente aprovechable de nitrógeno para el ser humano, además son elementos fundamentales para la síntesis de las proteínas, y son precursores de otros compuestos nitrogenados. Los aminoácidos son las unidades elementales constitutivas de las moléculas denominadas Proteínas. 1.2.5.1Clasificación, propiedades e importancia. Cuando los científicos pusieron atención a los eventos relacionados con la nutrición, a principios del siglo XIX, rápidamente descubrieron que los productos naturales contenían Nitrógeno, eran esenciales para la sobrevivencia de los animales. En 1839, G.J. Mulder, un químico alemán, acuñó el término proteína (del griego proteios, que quiere decir primario). Los avances científicos y tecnológicos de ese entonces, no permitieron conocer la composición de las proteínas en sus monómeros, los aminoácidos, aunque el primer aminoácido fue aislado de un ser vivo en 1930. Durante mucho tiempo se pensó que las substancias que formaban a las plantas, incluyendo a las proteínas, se incorporaban del todo en el cuerpo de los animales. Este malentendido se aclaró cuando el procesos de la digestión quedó claro. Antes de determinar que en este proceso las proteínas son degradadas en aminoácidos, los científicos volcaron su atención a las propiedades nutricionales de esta biomoléculas. Los experimentos con la dieta de los animales demostraron que el contenido de aminoácidos de una proteína particular determina su contenido nutricional. Por ejemplo algunas proteínas de cereales son deficientes en el aminoácido Lisina, y los animales que se alimentan únicamente con estos cereales presentan trastornos metabólicos. Para 1925, todas las estructuras de los aminoácidos habían sido determinadas y su importancia en las proteínas estaba ampliamente documentada. 32
  • 33. Los estudios modernos de proteínas y aminoácidos nos han demostrado la importancia de los aminoácidos en el metabolismo del Nitrógeno, esencial para la vida. Los experimentos de Stanley Miller y Harold Urey en 1953, en donde una mezcla de H2O, CH4, NH3 y H2 se bombardeó durante una semana con rayos UV y descargas eléctricas, todo esto en condiciones anoxigénicas, dio origen a la generación de algunas moléculas solubles en agua. Los aminoácidos son sustancias cristalinas, casi siempre de sabor dulce; tienen carácter ácido como propiedad básica y actividad óptica; químicamente son ácidos carbónicos con, por lo menos, un grupo amino por molécula, 20 aminoácidos diferentes son los componentes esenciales de las proteínas. Aparte de éstos, se conocen otros que son componentes de las paredes celulares. Las plantas pueden sintetizar todos los aminoácidos, nuestro cuerpo solo sintetiza 16, aminoácidos, éstos, que el cuerpo sintetiza reciclando las células muertas a partir del conducto intestinal y catabolizando las proteínas dentro del propio cuerpo. Son las unidades elementales constitutivas de las moléculas denominadas Proteínas. Son pues, y en un muy elemental símil, los quot;ladrillosquot; con los cuales el organismo reconstituye permanentemente sus proteínas específicas consumidas por la sola acción de vivir. Estas sustancias se incorporan inicialmente al torrente sanguíneo y, desde allí, son distribuidas hacia los tejidos que las necesitan para formar las proteínas, consumidas durante el ciclo vital. Se sabe que de los 20 aminoácidos proteicos conocidos, 8 resultan indispensables (o esenciales) para la vida humana y 2 resultan quot;semi indispensablesquot;. Son estos 10 aminoácidos los que requieren ser incorporados al organismo en su cotidiana alimentación y, con más razón, en los momentos en que el organismo más los necesita: en la disfunción o enfermedad. Los aminoácidos esenciales más problemáticos son el triptófano, la lisina y la metionina. Es típica su carencia en poblaciones en las que los cereales o los tubérculos 33
  • 34. constituyen la base de la alimentación. El déficit de aminoácidos esenciales afectan mucho más a los niños que a los adultos. Su importancia radica en tres características fundamentales: • Cumplen un papel estructural dando forma a las células, tejidos y órganos. • Producción de energía. • Síntesis de proteínas. 1.2.5.2 Aminoácidos esenciales y no esenciales. Los esenciales: son aquellos que no pueden ser sintetizados en el organismo, y por ende deben incorporarse en la dieta mediante ingesta. Los aminoácidos esenciales para los vertebrados son aquellos que no se pueden sintetizar a partir de otros recursos de la dieta (el cuerpo humano no puede generarlos). Esto implica que la única fuente de estos aminoácidos en esos organismos es la ingesta directa a través de la dieta. Las rutas para la obtención de estos aminoácidos esenciales suelen ser largas y energéticamente costosas, por lo que los vertebrados las han ido perdiendo a lo largo de la evolución. Cuando un alimento contiene proteínas con todos los aminoácido esenciales, se dice que contiene proteína de alta calidad o buena calidad. Algunos de estos alimentos son: la carne, los huevos y los lácteos. No todos los aminoácidos son esenciales para todos los organismos (de hecho sólo ocho lo son), por ejemplo, la alanina (no esencial) en humanos se puede sintetizar a partir del piruvato Para algunos científicos la arginina e histidina son esenciales sólo en niños. Los aminoácidos que contienen azufre, metionina y cisteína, se pueden convertir uno en el otro, por lo que por conveniencia se consideran una única fuente. Del mismo modo, la arginina, ornitina y citrulina son ínter convertibles, y también se consideran una única 34
  • 35. fuente de aminoácidos nutricionalmente equivalentes. En otros mamíferos distintos a los humanos, los aminoácidos esenciales pueden ser considerablemente distintos. Aminoácidos esenciales Representación 1.- Fenilalanina Fen 2.- Isoleucina Ile 3.- Leucina Leu 4.- Lisina Lis 5.- Metionina Met 6.- Treonina Tre 7.- Triptófano Trp 8.- Valina Val Aminoácidos semiesenciales Representación 9.- Arginina Arg 10.- Histidina His Los no esenciales: son aquellos que son sintetizados en el organismo Aminoácidos FUNCION Aminoácidos No FUNCION esenciales esenciales Isoleucina Intervienen en la formación y Alanina Interviene en el metabolismo reparación del tejido de la glucosa. muscular. Leucina Interviene con la formación y Arginina Producción de la Hormona del reparación del tejido Crecimiento, directamente muscular. involucrada en el crecimiento de los tejidos y músculos y en el mantenimiento y reparación del sistema inmunológico. Lisina Crecimiento, reparación de Aspargina Interviene específicamente en tejidos, anticuerpos del los procesos metabólicos del sistema inmunológico y Sistema Nervioso Central síntesis de hormonas. 35
  • 36. Metionina Colabora en la síntesis de Ácido Aspártico Desintoxicación del Hígado y proteínas y constituye el su correcto funcionamiento. principal limitante en las proteínas de la dieta Fenilalanina Interviene en la producción Cistenina Salud de los cabellos por su del Colágeno, elevado contenido de azufre. fundamentalmente en la estructura de la piel y el tejido conectivo, y también en la formación de diversas neurohormonas. Treonina Ayuda al hígado en sus Ácido Glutámico funcionamiento del Sistema funciones generales de Nervioso Central y actúa desintoxicación. como estimulante del sistema inmunológico Triptofano Está implicado en el Glicina componente de numerosos crecimiento y en la producción tejidos del organismo hormonal, especialmente en la función de las glándulas de secreción adrenal. Valina Estimula el crecimiento y Prolina Producción de colágeno y reparación de los tejidos, el tiene gran importancia en la mantenimiento de diversos reparación y mantenimiento sistemas y balance de del músculo y huesos. nitrógeno. Histidina Serina Desintoxicación del organismo, crecimiento muscular, y metabolismo de grasas y ácidos grasos. Tirosina eficaz en el tratamiento de la depresión, en combinación con otros aminoácidos necesarios Histidina Contribuyen al crecimiento y reparación de los tejidos con un papel específicamente relacionado con el sistema cardio-vascular. ASIGNACIÓN: Ensayo sobre la importancia biológica de azúcares, grasas y proteínas. 1.2.6 Proteínas. 36
  • 37. Las proteínas (del griego proteion, primero) son macromoléculas de masa molecular elevada, formadas por aminoácidos unidos mediante enlaces peptídicos. Pueden estar formadas por una o varias cadenas. Las proteínas son biomoléculas formadas básicamente por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Suelen además contener azufre y algunas proteínas contienen además fósforo, hierro, magnesio o cobre, entre otros elementos. La unión de un número pequeño de aminoácidos da lugar a un péptido:  Oligopéptido: número de aminoácidos <10  Polipéptido: número de aminoácidos > 10  Proteína: número de aminoácidos > 50 Son las más abundantes de las biomoléculas, pues constituyen más del 50 por ciento del peso seco de las células. Son sustancias muy versátiles que se forman en el ribosoma a partir de la información suministrada por los genes. 1.2.6.1Clasificación, Propiedades, funciones e Importancia. Se suelen clasificar de acuerdo a los siguientes criterios a. Según su forma:  Fibrosas: Presentan cadenas polipéptidas largas y una típica estructura segundaria. Son insolubles en agua y en soluciones acuosas. Algunos ejemplos de estas son la queratina y colágeno  Globulares: Se caracterizan por doblar apretadamente sus cadenas en una forma esférica apretada o compacta. La mayoría de las enzimas, anticuerpos, algunas hormonas, proteínas de transporte, son ejemplo de proteínas globulares. b. Según su composición química: 37
  • 38.  Simples u holoproteínas: Su hidrólisis sólo produce aminoácidos. Ejemplos de estas son la insulina y el colágeno (fibrosas y globulares). o Globulares. 1. Protaminas. Son pequeñas proteínas ricas en arginina y lisina, básicas. No se encuentran libres sino unidas a ácidos nucleicos (nucleoproteínas) y sólo se detectan en el núcleo celular. 2. Histonas. Son básicas, pero de peso molecular algo mayor. Constituyen junto a los ácidos nucleicos los cromosomas. Hay varios tipos diferenciados por la concentración de arginina y lisina, que son H1, H2A, H2B, H3, H4. 3. Albúminas. Presentan todos los aminoácidos, pero el contenido en glicina es escaso. Sirven de transporte de sustancias, desempeñan funciones nutritivas. 4. Globulinas. Son ricas en ácido aspártico y ácido glutámico, por tanto ácidas. Tienen funciones defensivas. Pueden unirse a glúcidos formando las alfa, beta y gamma globulinas. o Fibrilares. Sólo tienen estructura primaria y secundaria. Se pueden dividir en dos grupos. a. Insolubles o escleroproteínas. Destacan: 1. Alfa-queratinas. Tienen función protectora. Forman pelos, plumas, cuernos, uñas. Tienen composición rica en cisteína. 2. Beta-queratinas. No poseen tanta cisteína y son menos resistentes. 38
  • 39. 3. Colágeno. Es la proteína más abundante en mamíferos. Se encuentra en el tejido conjuntivo. Está formada por unidades de tropocolágeno y presenta estructura secundaria característica (hélice de colágeno). 4. Elastina. Se encuentra en el tejido conjuntivo y es responsable de las fibras elásticas. Está formada por unidades básicas de tropoelastina. Aparece en tendones, ligamentos, en la pared de las arterias. b. Solubles. 1. Fibrinógeno. Su polimerización forma una red de fibrina que establece la etapa final de la coagulación sanguínea. 2. Miosina y actina. Son responsables de la contracción muscular.  Conjugadas o heteroproteínas: Su hidrólisis produce aminoácidos y otras sustancias no proteicas. (sólo globulares). Las heteroproteínas presentan parte proteica y parte no proteica. Todas son globulares, y se clasifican en función del grupo prostético. 1. Fosfoproteínas. Presentan ácido fosfórico y son de carácter ácido. Enzimas. (caseína alfa, beta y gamma). 2. Glucoproteínas. : Glúcido unido covalentemente a la proteína. Desempeñan funciones enzimáticas, hormonales, de coagulación etc. Destacan las inmunoglobulinas. 39
  • 40. 3. Lipoproteínas: Lípido más proteína. Abundan en las membranas mitocondriales, en el suero. Por ejemplo los quilomicrones. 4. Nucleoproteínas: ADN más proteína. Hay dos tipos, los que presentan ácido ribonucleico (ribosomas) o ADN (cromosomas). 5. Cromoproteínas: Se caracterizan porque la fracción no proteica presenta coloración debido a la presencia de metales. Las funciones de las proteínas se resumen en la siguiente tabla: Función Ejemplo La Actina y Miosina son necesarias para la contracción de las fibras Movimiento musculares. El colágeno es la proteína mas abundante en el cuerpo humano: forma huesos, tendones, ligamentos y cartílagos. Estructura La queratina forma piel y cabello. Las lipoproteínas forman parte de las membranas celulares. Conocidas como Enzimas, ayudan al control de las reacciones quimicas en las células. Regulación Las proteínas que son Hormonas regulan procesos metábolicos; ejemplo la insulina. La hemoglobina de la leche es una proteína de los eritrocitos que lleva el Transporte oxígeno a todo el cuerpo. La Caseína de la leche es una proteína proveedora de aminoácidos que Nutrición pueden utilizan algunos animales recién nacidos. Los anticuerpos son proteínas que ayudan a los animales a luchar contra Defensa la invasión de virus y bacterias 40
  • 41. Las proteínas son una fuente potencial de energía, cada gramo produce un promedio de cuatro calorías. Pertenecen al grupo de sustancias, que son los principales constituyentes nitrogenados del citoplasma de células vegetales y animales. Las proteínas desempeñan una gran variedad de funciones dentro del organismo, entre ellas podemos mencionar las siguientes: son necesarias para la formación de nuevos tejidos, participan como catalizadores en cada una de las reacciones que se realizan en el organismo; constituyen el principal material sólido de los músculos, órganos y algunas glándulas; son los principales formadores de la matriz de los huesos y los dientes; piel, uñas, cabello, las células y el suero de la sangre. De hecho, cada célula viviente y todos los fluidos del cuerpo, a excepción de la bilis y la orina, contiene proteínas. Además las proteínas tienen funciones altamente especializadas en la regulación de procesos corporales. Por ejemplo la hemoglobina, es una proteína que contiene hierro, es el principal constituyente de los glóbulos rojos de la sangre y su función es, transportar el oxígeno a los tejidos de todo el organismo. La resistencia del cuerpo a la enfermedad es mantenida, en parte, por anticuerpos que son de naturaleza proteica. Las enzimas, que son catalizadores específicos para los procesos metabólicos, también son proteínas. Las hormonas que regulan las reacciones metabólicas son también, muchas de ellas, de naturaleza proteica; entre ellas, la insulina y la hormona tiroidea. 1.2.6.2Enzimas. La Enzima Como Unidad Fundamental De Vida. Cada célula y cada tejido tienen su actividad propia, lo que comporta continuos cambios en su estado bioquímico, en la base de la cual están las enzimas, que tienen el poder de catalizar, facilitar, y agilizar determinados procesos sintéticos y analíticos. Los propios genes son reguladores de la 41
  • 42. producción de las enzimas; por tanto, genes y enzimas pueden considerados como las unidades fundamentales de la vida. Este concepto poco difundido casi hasta el siglo XX, se ha desarrollado y concretado cada vez mas, y constituye un componente esencial de diversas disciplinas: la microbiología, la fisiología, la bioquímica, la inmunología y la taxonomía, formando además parte del campo aplicado, en gran variedad de industrias. El rasgo particular de las enzimas es que pueden catalizar procesos químicos a baja temperatura, compatible con la propia vida, sin el empleo de sustancias lesivas para los tejidos. La vida es, en síntesis, una cadena de procesos enzimáticos, desde aquellos que tienen por sustratos los materiales mas simples, como el agua (H2O) y el anhídrido carbónico (CO2), presentes en los vegetales para la formación de hidratos de carbono, hasta los mas complicados que utilizan sustratos muy complejos. Los enzimas son proteínas que catalizan reacciones químicas en los seres vivos. Los enzimas son catalizadores, es decir, sustancias que, sin consumirse en una reacción, aumentan notablemente su velocidad. No hacen factibles las reacciones imposibles, sino que solamente aceleran las que espontáneamente podrían producirse. Ello hace posible que en condiciones fisiológicas tengan lugar reacciones que sin catalizador requerirían condiciones extremas de presión, temperatura o pH La estructura enzimática Por su estructura y composición química puede afirmarse que el origen de las enzimas esta vinculando al origen de las sustancias proteicas. Al hablar del origen de la vida se ha citado el éxito de los experimentos realizados en el laboratorio para la producción de aminoácidos; estos aminoácidos son los que precisamente constituyen la base del edificio proteico. También en el laboratorio se ha intentado la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos. La sede de las enzimas es el citoplasma. Los cloroplastos vegetales contienen una amplia gama enzimas encargadas de la función clorofílica, proceso que a través de 42
  • 43. reacciones químicas complejas y encadenadas transforman compuestos inorgánicos, como el agua, y el anhídrido carbónico, en sustancias complejas adecuadas para ser entre otras cosas el alimento fundamental de los animales. En las mitocondrias existe un sistema de transporte de electrones que determinan importantes fenómenos de oxidorreducción, durante los cuales se forman notables cantidades de ATP, que es un compuesto altamente energético del que depende la mayor parte de metabolismo, y coma, por tanto el trabajo de las células; en las mitocondrias se produce el metabolismo enzimático de los ácidos grasos, los cuales son en parte elaborados también en el citoplasma. En los ribosomas tiene lugar concretamente todas la s síntesis de las sustancias proteicas, mientras que en los lisosomas se producen enzimas hidrolíticos que con la intervención del agua, convierten moléculas grandes en otras menores, que pueden a su vez ser utilizadas por las células; en cambio, las enzimas glucolíticos están difundidos en el citoplasma. La localización de las sedes de las distintas operaciones enzimáticas antes mencionadas ha sido posible a través del sistema de ruptura de las células y de la separación de los distintos componentes mediante centrifugación diferencial del homogeneizado de estas la ruptura celular y la subdivisión de los componentes subcelulares se realizan actualmente utilizando los tejidos, por ejemplo con saltos bruscos desde temperaturas inferiores a 0° C hasta temperaturas mas elevadas con cambios de presión osmótica o mediante ultrasonidos. Modo de acción de las enzimas. Prácticamente todas las reacciones químicas que tienen lugar en los seres vivos están catalizadas por enzimas. Los enzimas son catalizadores específicos: cada enzima cataliza un solo tipo de reacción, y casi siempre actúa sobre un único sustrato o sobre un grupo muy reducido de ellos. En una reacción catalizada por un enzima: 43
  • 44. La sustancia sobre la que actúa el enzima se llama sustrato. 1. El sustrato se une a una región concreta de la enzima, llamada centro activo. El centro activo comprende (1) un sitio de unión formado por los aminoácidos que están en contacto directo con el sustrato y (2) un sitio catalítico, formado por los aminoácidos directamente implicados en el mecanismo de la reacción 2. Una vez formados los productos el enzima puede comenzar un nuevo ciclo de reacción 3. Los enzimas, a diferencia de los catalizadores inorgánicos catalizan reacciones específicas. Sin embargo hay distintos grados de especificidad. El enzima sacarasa es muy específico: rompe el enlace b-glucosídico de la sacarosa o de compuestos muy similares. Así, para el enzima sacarasa, la sacarosa es su sustrato natural, mientras que la maltosa y la isomaltosa son sustratos análogos. El enzima actúa con máxima eficacia sobre el sustrato natural y con menor eficacia sobre los sustratos análogos. Entre los enzimas poco específicos están las proteasas digestivas como la quimotripsina, que rompe los enlaces amida de proteínas y péptidos de muy diverso tipo. 1.- El enzima y su 2.- Unión al centro 3.- Formación de sustrato activo productos 44
  • 45. UNIDAD DE COMPETENCIA II Diferenciar las características de los procesos metabólicos (anabolismo – catabolismo) y su importancia en la obtención de la energía dentro de los procesos biológicos que se generan en los diferentes organismos. 2.1 Metabolismo. Etimológicamente el origen de la palabra metabolismo procede del griego metabolé (μεταβολισμος) que significa cambio, transformación. El metabolismo es el conjunto de reacciones bioquímicas común en todos los seres vivos, que ocurren en las células, para la obtención e intercambio de materia y energía con el medio ambiente y síntesis de macromoléculas a partir de compuestos sencillos con el objetivo de mantener los procesos vitales (nutrición, crecimiento, relación y reproducción) y la homeostasis. (Es el estado de equilibrio dinámico o el conjunto de mecanismos por los que todos los seres vivos tienden a alcanzar una estabilidad en las propiedades de su medio interno y por tanto de la composición bioquímica de los líquidos). Cada una de las sustancias que se producen en este conjunto de reacciones metabólicas se denominan compuestos endógenos o metabolitos. 2.1.1 Los objetivos del metabolismo son: 45
  • 46. 1. Obtención de energía química que es almacenada en los enlaces químicos fosfato del ATP. 2. Transformación de sustancias químicas externas en moléculas utilizables por la célula. 3. Construcción de materia orgánica propia a partir de la energía y de las moléculas obtenidas del medio ambiente. Estos compuestos orgánicos almacenan gran cantidad de energía en sus enlaces. 4. Catabolismo de estas moléculas para obtener la energía que necesitan las células para realizar diferentes tipos de trabajo biológico. 2.1.2 Tipos de metabolismo: 1. Metabolismo autótrofo fotosintético: La fuente de carbono procede del anhídrido carbónico (CO2) y la energía de la luz solar. 2. Metabolismo autótrofo quimiolitotrófico: La fuente de carbono también procede del CO2 pero la energía procede de reacciones químicas exotérmicas inorgánicas. (Organismo que es capaz de obtener la energía para su subsistencia de materia inorgánica.). a. Si la fuente de Carbono es inorgánica y la de energía también inorgánica estaríamos ante organismos quimiolitotróficos autótrofos. b. Si la fuente de Carbono es orgánica pero la energía inorgánica estaríamos ante organismos quimiolitótrofos heterótrofos 3. Metabolismo heterótrofo: La fuente de carbono procede de moléculas orgánicas y la energía procede de la oxidación de estás moléculas orgánicas absorbidas a través de la membrana celular. ASIGNACION: Fases del metabolismo. 2.1.3 Fases del metabolismo: El mantenimiento de la vida requiere de un cambio continuo de sustancias y una constante transformación de la energía, para que ocurran estos cambios se deben cumplir tres fases que son las siguientes: 46
  • 47. 1. Absorción. Es la fase donde penetran en el protoplasma las sustancias químicas y la energía que procede del medio ambiente. La energía puede penetrar en la célula: bajo forma de energía radiante (calor, luz electricidad, etc.) La absorción de la materia consiste en la penetración de especies químicas a través de la membrana plasmática. Esto implica que todo lo que absorbe el protoplasma debe hallarse en solución sean, sólidas, líquidas o gaseosas. 2. Transformación. La fase de transformación abarca todos los actos por los que el protoplasma transforma las especies químicas y la energía absorbidas. Comprende especialmente: a) La secreción.- Consiste en que el protoplasma produzca compuestos (enzimas o fermentos) que intervienen en las transformaciones. b) La digestión.- Consiste en hacer solubles las sustancias absorbidas que las pone en condiciones de entrar en reacción con formación de otras sustancias químicas. c) La asimilación.- Consiste en que el protoplasma se transforme en algunos de sus componentes propios. d) La desasimilación.- Consiste en que en el protoplasma se desintegra parte de sus componentes o de sus reservas, de los que resultan los compuestos y la energía que interviene en la asimilación. 3. Excreción. Consiste en la eliminación de las especies químicas que no sé incorporados al protoplasma o se dispersa energía (calor, luz). La absorción, transformación y excreción que constantemente se produce en los organismos vivos dan un crecimiento de la materia y de la energía (anabolismo) o de un decrecimiento o pérdida de materia y energía (catabolismo). 47
  • 48. Tradicionalmente se ha separado el metabolismo en anabolismo y catabolismo, según las necesidades energéticas de las células o las necesidades de síntesis de determinadas moléculas: Estos dos procesos, catabolismo y anabolismo integran el metabolismo celular. 2.2 ANABOLISMO El anabolismo o biosíntesis es una de las dos partes del metabolismo, encargada de la síntesis o bioformación de moléculas orgánicas (biomoléculas) más complejas a partir de otras más sencillas o de los nutrientes, con requerimiento de energía, al contrario que el catabolismo. Aunque anabolismo y catabolismo son dos procesos contrarios, los dos funcionan coordinada y armónicamente, y constituyen una unidad difícil de separar. El anabolismo es el responsable de: • La formación de los componentes celulares y tejidos corporales y por tanto del crecimiento. • El almacenamiento de energía mediante enlaces químicos en moléculas orgánicas. Las células obtienen la energía del medio ambiente mediante tres tipos distintos de fuente de energía que son: • La luz solar, mediante la fotosíntesis en las plantas. • Otros compuestos orgánicos como ocurre en los organismos heterótrofos. • Compuestos inorgánicos como las bacterias quimiolitotróficas que pueden ser autótrofas o heterótrofas. El anabolismo se puede clasificar académicamente según las biomoléculas que se sinteticen en: • Replicación o duplicación de ADN. • Síntesis de ARN. 48
  • 49. • Síntesis de proteínas. • Síntesis de glúcidos. o carbohidratos • Síntesis de lípidos. 2.3 CATABOLISMO El catabolismo es la parte del metabolismo que consiste en la transformación de moléculas orgánicas o biomoléculas complejas en moléculas sencillas y en el almacenamiento de la energía química desprendida en forma de enlaces fosfato de moléculas de ATP, mediante la destrucción de las moléculas que contienen gran cantidad de energía en los enlaces covalentes que la forman, en reacciones químicas exotérmicas. El catabolismo es el proceso inverso del anabolismo. La palabra catabolismo procede del griego kata que significa hacia abajo. Control del catabolismo El control del catabolismo en los organismos superiores se realiza por diversos mensajeros químicos como las hormonas catabólicas clásicas que son: • Cortisol: Hormona que tiene acción contraria a la insulina (Interviene en el aprovechamiento metabólico de los nutrientes.) • Glucagón: Eleva el nivel de glucosa en la sangre. • Adrenalina: (Epinefrina) Aumenta el nivel de glucosa en la sangre, aumenta la presión arterial y por lo tanto el ritmo cardiaco. • Catecolaminas: Neurotransmisor del sistema nervioso. • Citocinas: Proteínas que regulan la función de las células que las producen u otro tipo. • Tiroxina: Hormona tiroidea, cuya función es regular el metabolismo de los carbohidratos y grasas, activando el oxígeno asi como las proteínas dentro de las células. 49
  • 50. 2.4 Respiración celular: Es el conjunto de reacciones bioquímicas que ocurre en la mayoría de las células, en las que el ácido pirúvico producido por la glucólisis se desdobla a anhídrido carbónico (CO2) y agua (H2O) y se producen 36 moléculas de ATP. En las células eucariotas la respiración se realiza en las mitocondrias y ocurre en tres etapas que son: • Oxidación del piruvato. • Ciclo de los ácidos tricarboxílicos. • Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa del ADP a ATP. La respiración celular es una parte del metabolismo, concretamente del catabolismo, en la cual energía contenida en distintas biomoléculas, como los glúcidos, es liberada de manera controlada. Durante la respiración una parte de la energía libre desprendida en estas reacciones exotérmicas, es incorporada a la molécula de ATP, que puede ser a continuación utilizado en los procesos endotérmicos, como son los de mantenimiento y desarrollo del organismo. 2.5 Clasificación de la Respiración celular: La respiración celular podría dividirse en dos tipos, según el papel atribuido al oxígeno: • Respiración aerobia: Hace uso del O2 como aceptor último de los electrones desprendidos de las sustancias orgánicas. Es la forma más extendida, propia de una parte de las bacterias y de los organismos eucariontes, cuyas mitocondrias derivan de ellas. Se llama aerobios a los organismos que, por este motivo, requieren O2. • Respiración anaerobia: No interviene el oxígeno, sino que se emplean otros aceptores finales de electrones, muy variados, generalmente minerales y, a menudo, subproductos del metabolismo de otros organismos. Un ejemplo de aceptor es el SO4 2+ (ión sulfato), que en el proceso queda reducido a SH2. La respiración anaerobia es propia de procariontes diversos, habitantes sobre todo de suelos y sedimentos, y algunos de estos procesos son importantes en los ciclos biogeoquímicos de los elementos. No debe confundirse la respiración anaerobia con la fermentación, que es 50
  • 51. una oxidación-reducción interna a la molécula procesada, en la que no se requiere ni O2 ni ningún otro aceptor de electrones. Oxidación de la Glucosa 51
  • 52. 2.6 Respiración Anaerobia. 52
  • 53. 2.6.1 Glucólisis La glucólisis o glicolisis o glicólisis o ruta de EMBDEN-MEYERHOF es la secuencia metabólica consistente en diez reacciones enzimáticas, en la que se oxida la glucosa produciendo dos moléculas de piruvato (es un producto que se sintetiza en el organismo durante el metabolismo de los carbohidratos y las proteínas) y dos equivalentes reducidos de NADH o NADH2 (nicotinamida adenín dinucleótido, cuya principal función es el intercambio de hidrogeniones), que al introducirse en la cadena respiratoria, producirán dos moléculas de ATP. La glucólisis es la única vía en los animales que produce ATP en ausencia de oxígeno. Los organismos primitivos se originaron en un mundo cuya atmósfera carecía de 0 2 y por esto, la glucólisis se considera como la vía metabólica más primitiva y por lo tanto, está presente en todas las formas de vida actuales. Es la primera parte del metabolismo energético y en las células eucariotas ocurre en el citoplasma. • En esta fase, por cada molécula de glucosa se forman 2 ATP y 2 NADH • La reacción global de la glucólisis es: Glucosa + 2 NAD + + 2 ADP + 2 Pi → 2 NADH + 2 piruvato + 2 ATP + 2 H2O + 4 H+ Partes de la glucólisis: La glucólisis se divide en dos partes: • En la primera parte la glucosa es fosforilada (Adición de una molécula de fosfato (PO4) a una proteína o molécula pequeña) con el gasto energético de una molécula de ATP para dar glucosa-6-fosfato, que se isomeriza para formar fructosa-6-fosfato. A partir de la fructosa-6-fosfato y con gasto de otra molécula de ATP se forma la fructosa-1,6- bifosfato. Hasta esta parte se gastan dos moléculas de ATP. Esta es una reacción irreversible en la que intervienen la glucosa y el ATP, además de ser indispensable el catión Mg2+ y consta de cinco reacciones bioquímicas. (INVERSION DE ENERGÍA). • En la segunda parte de la glucólisis, la fructosa-1,6-bifosfato se separa en dos moléculas: gliceraldheído-3-fosfato y dihidroxiacetona-fosfato, por medio de una 53
  • 54. enzima aldolasa. La dihidroxiacetona-fosfato se transforma en gliceraldheido-3-fosfato por lo que la glucólisis se multiplica por dos a partir de aquí. El gliceraldheído-3-fosfato, sufre cinco reacciones bioquímicas más hasta convertirse en ácido pirúvico. (COSECHA DE ENERGIA). 2.6.2 Fermentación. La fermentación es un proceso catabólico de oxidación incompleto, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones. El proceso de fermentación anaeróbica se produce en ausencia de oxígeno como aceptor final de los electrones del NADH producido en la Glicolisis (que funciona como proceso anaerobio). La necesidad de un aceptor final, para los electrones procedentes del NADH, distinto del oxígeno hace que se emplee un compuesto orgánico que se reducirá para poder reoxidar el NADH. El compuesto orgánico que se reduce (acetaldehído, piruvato,...) es un derivado del sustrato que se ha oxidado anteriormente. En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico y en él no interviene la cadena respiratoria. Son propias de los microorganismos, como las bacterias y levaduras. También se produce la fermentación en el tejido muscular de los animales, cuando el aporte de oxígeno a las células musculares no es suficiente para el metabolismo y la contracción muscular. Desde el punto de vista energético, las fermentaciones son muy poco rentables si se comparan con la respiración, ya que a partir de una molécula de glucosa, sólo se obtienen 2 moléculas de ATP, mientras que en la respiración se producen 38 moléculas de ATP a partir de una molécula de glucosa. Esto se debe a la oxidación del NADH2, que en lugar de penetrar en la cadena respiratoria, cede sus electrones a compuestos orgánicos con poco poder oxidante. ASIGNACION: Investigar Tipos de fermentaciones: • Fermentación láctica. 54
  • 55. • Fermentación alcohólica. • Fermentación butírica. • Fermentación de la glicerina. 2.7 Respiración Aerobia: La respiración aerobia, consiste en una serie de reacciones catalizadas enzimáticamente y tiene como propósito la producción de energía biológicamente útil en células que viven en presencia de oxígeno. En este proceso, se transfieren electrones desde la glucosa hasta el oxígeno molecular para producir energía, bióxido de carbono y agua; cabe señalar que el oxígeno molecular interviene como reactivo en el paso final de dicho proceso. Glucosa + 6O2 6CO2 + 6H2O + 36 ATP En los organismos eucariotas la respiración aerobia sucede en las mitocondrias, mientras que en los organismos procariotas, este tipo de respiración se efectúa en el citosol y en la membrana citoplasmática. Etapas o fases de la Respiración aerobia. En presencia de oxígeno, el ácido pirúvico obtenido durante la respiración anaerobia o glucólisis, es oxidado para proporcionar energía, bióxido de carbono y agua. A esta serie de reacciones se le conoce con el nombre de respiración aerobia y se divide en tres etapas:  Glucólisis.  Ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico.  Cadena terminal respiratoria o mecanismo de citocromos. 2.7.1 Oxidación del Piruvato Es el lazo entre la glucólisis y la respiración celular Es un complejo de reacciones catalizado por un sistema de enzimas localizado en la membrana mitocondrial interna. 55
  • 56. El ácido pirúvico debe ser transportado al interior de la mitocondria con ayuda de un transportador especial. Ya en el interior, las dos moléculas de ácido pirúvico son oxidadas hasta dos moléculas de acetil-CoA, las cuales ingresan al ciclo de Krebs. Un evento importante dentro de esta oxidación es la liberación de dos pares de hidrógenos, estos, al ser transportados a la cadena terminal respiratoria liberarán su energía y producirán moléculas de ATP. Resumen de los eventos: • El piruvato difunde hasta la matriz de la mitocondria, cruzando ambas membranas. • Cada ác. pirúvico reacciona con la coenzima-A, desdoblándose en CO2 y un grupo acetilo de dos carbonos que se une inmediatamente a la coenzima-A formándo acetil coenzima-A (acetilCoA) que entrará al ciclo de los ác. tricarboxílicos. En esta reacción se forma un NAD (Nicotinamida adenina dinucleotido) + H2 56
  • 57. 2.7.2 Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos Tricarboxílicos o Ciclo del Ácido Cítrico Serie de reacciones químicas que ocurren en la vida de la célula y su metabolismo. Fue descubierto por Sir Hans Adolf Krebs Este ciclo, también conocido como Ciclo de Krebs o Ciclo del ácido cítrico tiene esencialmente la función de completar el metabolismo del piruvato derivado de la glicólisis. Las enzimas del ciclo de los ácidos tricarboxílicos (Krebs) están localizadas en la matriz de la mitocondria (unas pocas de estas enzimas están la membrana interna de la mitocondria). Su punto de partida es el Acetil-CoA, obteniéndose CO2 y transportadores de electrones reducidos. Balance de un ciclo: Acetil-CoA (2-C) + 3 NAD+ + FAD -------> 2 CO2 + 3NADH + FADH2 + ATP Balance para una molécula de glucosa que se convierte en 2 piruvatos, luego en 2 Acetil-CoA y luego a CO2 en la vía el ciclo de los ácidos tricarboxílicos , con todo el NADH y el FADH (Flavin adenina dinúcleotido reducida) convertidos en ATP por la respiración: 1 glucosa + 38 ADP + 38 Pi -------> 6 CO2 + 38 ATP Balance del Ciclo de los Ácidos Tricarboxílicos El ciclo de los ácidos tricarboxílicos completa la oxidación del carbono del piruvato a su forma más oxidada (CO2); los electrones originalmente en los enlaces C-H pasan por los portadores NADH y FADH para ser usados en la respiración. La eficiencia de la respiración llega casi al 40%. de la energía presente inicialmente en la molécula de glucosa, y es conservada en forma de ATP; el resto se libera como calor Si bien las células pueden transferir electrones directamente desde el NADH al oxígeno, esto produciría directamente la liberación de la energía como calor. Si los electrones se transfieren directamente al oxígeno: NADH + O2 -------> NAD + H2O 57
  • 58. CICLO DE KREBS 58
  • 59. 2.7.3 Transporte de electrones. La cadena de transporte de electrones separa los electrones y los protones de cada uno de los diez átomos de hidrógeno. Los diez electrones se envían a lo largo de la cadena y acaban por combinarse con oxígeno y los protones para formar agua. La energía se libera a medida que los electrones pasan desde las coenzimas a los átomos de oxígeno y se almacena en compuestos de la cadena de transporte de electrones. A medida que éstos pasan de uno a otro, los componentes de la cadena bombean aleatoriamente protones desde la matriz hacia el espacio comprendido entre las membranas interna y externa. Los protones sólo pueden volver a la matriz por una vía compleja de proteínas integradas en la membrana interior. Este complejo de proteínas de membrana permite a los protones volver a la matriz sólo si se añade un grupo fosfato al compuesto difosfato de adenosina (ADP) para formar ATP en un proceso llamado fosforilación. 2.7.4 Fosforilación Oxidativa. La fosforilación oxidativa o cadena de transporte de electrones es la transferencia de electrones de los equivalentes reducidos NADH, NADPH (Nicotiamida- Adenina Dinucleotido fosfato, reduce el Co2 a carbón orgánico), FADH, obtenidos en la glucólisis y en el ciclo de Krebs hasta el oxígeno molecular, acoplado con la síntesis de ATP. Este proceso metabólico está formado por un conjunto de enzimas complejas que catalizan varias reacciones de óxido-reducción, donde el oxígeno es el aceptor final de electrones y donde se forma finalmente agua. La fosforilación oxidativa es un proceso bioquímico que ocurre en las células. Es el proceso metabólico final (catabolismo) de la respiración celular: la glicólisis y el ciclo del ácido cítrico. De una molécula de glucosa se obtienen 36 moléculas de ATP mediante la fosforilación oxidativa. Dentro de las células, la fosforilación oxidativa se produce en las membranas biológicas. En procariotas es la membrana plasmática y en eucariotas es la membrana interna de las dos que forman la membrana mitocondrial. El NADH y FADH2, moléculas donadores de electrones que quot;fueron cargadasquot; durante el ciclo del ácido cítrico, se utilizan en un mecanismo intrincado (que implica a numerosas enzimas como la NADH-Q 59
  • 60. reductasa, la citocromo c oxidasa y la citocromo reductasa), gracias a la bomba H+ que moviliza los protones contra un gradiante de membrana. Un gran complejo proteico llamado ATP-sintetasa situado en la membrana, permite a los protones pasar a través en ambas direcciones; genera el ATP cuando el protón se mueve a favor de gradiente, y consume una molécula de ATP para bombear un protón en contra de gradiente. Debido a que los protones se han bombeado al espacio intermembranoso de la mitocondria en contra de gradiente, ahora pueden fluir nuevamente dentro de la matriz mitocondrial y mediante la vía ATP-sintetasa, se genera ATP en el proceso. La reacción es: ADP3- + H+ + Pi ↔ ATP4- + H2O Cada molécula de NADH contribuye suficientemente a generar la fuerza motriz de un protón que produzca 3 moléculas de ATP. Cada molécula de FADH2 produce 2 moléculas de ATP. Todas juntas, las 10 moléculas de NADH y las 2 FADH2 contribuyen a través de la oxidación de la glucosa (glucólisis, conversión de piruvato en acetil-CoA y ciclo de Krebs) a formar 34 de las 38 moléculas totales de ATP transportadoras de energía. Hay que decir que estos valores de moléculas de ATP son máximos. En realidad cada molécula de NADH contribuye a formar entre 2 y 3 moléculas de ATP, mientras que cada FADH2 contribuye a un máximo de 2 moléculas de ATP. 60
  • 61. RENDIMIENTO DEL ATP EN LA METABOLIZACION DE LA GLUCOSA. 61
  • 62. Balance de la oxidación de la glucosa La eficiencia de la respiración llega casi al 40%. de la energía presente inicialmente en la molécula de glucosa, y es conservada en forma de ATP; el resto se libera como calor. Resumen de reactivos y productos: C6H12O6 + 6 O2 -->> 6 CO2 + 6 H2O + 36 ATP Glucólisis: +2 glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+-> ATP 2 piruvatos + 2 NADH 1º. cada 2 ác. pirúvico + coenzima-A, --> 2 CO2 y un grupo acetilo que se une inmediatamente a la coenzima-A formando 2 acetil coenzima-A + 2 NADH 2º. Ciclo de ac. cítrico: +2 2 Acetil-CoA + 6 NAD+ + 3 FAD ----> ATP 4 CO2 + 6 NADH + 2 FADH2 3º. Cadena respiratoria: los 10 NADH+ 2 FADH2 de los pasos = 34 anteriores dan ---> ATP Nota: 1 NADH --> 3 ATP= 30 ATP 1 FADH2 --> 2 ATP=4 ATP - 2 ATP usados en el reingreso de -2 ATP 2NADH producidos en la glucólisis: total= 36 ATP Balance para una molécula de glucosa que se convierte en 2 piruvatos, luego en 2 Acetil-CoA y luego a CO2 en la vía el ciclo de los ácidos tricarboxílicos , con todo el NADH y el FADH convertidos en ATP por la respiración: 1 glucosa + 38 ADP + 38 Pi -------> 6 CO2 + 38 ATP 62
  • 63. UNIDAD DE COMPETENCIA III: Aplicar los principios básicos de genética a y herencia en la creación de modelos de estructuras de genes, cromosomas e Ingeniería genética, así como en la solución de problemas basados en la teoría mendeliana. 3.1 Concepto de Genética. La ciencia de la genética nació en 1900, cuando varios investigadores de la reproducción de las plantas descubrieron el trabajo del monje austriaco Gregor Mendel, que aunque fue publicado en 1866 había sido ignorado en la práctica. Mendel, que trabajó con la planta del guisante (chícharo), describió los patrones de la herencia en función de siete pares de rasgos contrastantes que aparecían en siete variedades diferentes de esta planta. Observó que los caracteres se heredaban como unidades separadas, y cada una de ellas lo hacía de forma independiente con respecto a las otras. Señaló que cada progenitor tiene pares de unidades pero que sólo aporta una unidad de cada pareja a su descendiente. Más tarde, las unidades descritas por Mendel recibieron el nombre de genes. Genética: Ciencia que estudia la herencia y variación de los seres vivos. Estudio científico de cómo se transmiten los caracteres físicos, bioquímicos y de comportamiento de padres a hijos. 3.2 Estructura y Función de los genes. Un gen (del griego genos = nacimiento, raza; del latín genus = raza, origen): segmentos específicos de ADN que controlan las estructuras y funciones celulares; la unidad funcional de la herencia. Secuencia de bases de ADN que usualmente codifican para una secuencia polipeptídica de aminoácidos.. Es considerado como la unidad de almacenamiento de información y unidad de herencia al transmitir esa información a la descendencia. 63
  • 64. EL Exon es el DNA. El Intron es el RNA que entra en la trancscripción. EXON: Región de un gene que contiene el código para la producir la proteína de los genes. Cada código del exon contiene una porción específica para complementar la proteína. El algunas especies (incluyendo humanos) , los exones de los genes son separados por una larga porción de DNA (llamadas intrones o algunas veces basura del DNA) la cual aparentemente no tiene función. INTRON: Una secuencia no codificada del DNA que es inicialmente copiada al RNS, pero se elimina en la trascripción. FORMACION DE GENES: • El ARN y la transcripción. (Proceso bioquimico que permite la duplicación del material genético a partir de una molécula patrón) 64
  • 65. Para que la información genética pueda ser interpretada es necesario que el mensaje contenido en el ADN se copie en una molécula semejante llamada ARN. La transcripción se realiza en una molécula de ADN molde. La cadena que no es copiada se denomina ADN complementario. 65
  • 66. Proceso de Transcripción: 1. Iniciación: El ARN polimerasa se une a la molécula de ADN y la copia en tres tipos de ARN. a. ARNm: Mensajero: Contiene la información genética que dirige la síntesis de proteínas. b. ARNr: Ribosomal: Componente estructural de las proteínas. c. ARNt: Transferencia: Interviene en el proceso de síntesis de proteínas cuando capta del citoplasma los aminoácidos que las forman. 2. Elongación: Una vez que el ARN polimerasa se une en la región específica del ADN, comienza la formación de proteínas (Síntesis), y con ello el crecimiento longitudinal de la molécula de ADN. 3. Término: Se detiene la formación de ARN, y la síntesis de proteína. 4. Maduración: Cuando el ARN duplicado carece de algunas fracciones para completar la cadena, las adquiere de las bases nitrogenadas que se hallan libres en el nucleoplasma, es decir, el ARN se ajusta a las necesidades de la célula. 66
  • 67. 3.3 Estructura y Función de los Cromosomas: Poseen forma de bastón y se encuentran en el núcleo de las células Eucariontes, constituidas principalmente por una sustancia llamada CROMATINA (Sustancia compuesta por ADN y Proteínas, llamadas HISTONAS). En los cromosomas se reconocen dos estructuras llamadas Cromátidas Hermanas, las cuales están unidas por el Centrómero, éste divide imaginariamente las cromátidas en dos pares de brazos. 67
  • 68. Según la posición el centrómero, los cromosomas pueden ser de cuatro tipos. 1. Metácentricos: El centrómero se encuentra en la parte media de las cromáticas hermanas, los brazos son de igual tamaño. 2. Submetácentricos: Los brazos situados arriba del centrómero son más pequeños que los de abajo. 3. Acrocéntrico: Centrómero se localiza hacia un extremo del cromosoma, razón por la cual un par de brazos es considerablemente mas largo que el otro. 4. Telocéntrico: El centrómero está muy cerca del extremo, por lo que el cromosoma sólo tiene un par de brazos con forma de bastón. 68
  • 69. 3.3.2 Función de los cromosomas. Guardar la información hereditaria contenida en el ADN. 3.3.2 Cromosomas sexuales: En muchos organismos, uno de los pares de los cromosomas homólogos es distinto al resto, realizando la determinación genética del individuo. A estos cromosomas se les llama cromosomas sexuales o heterocromosomas, porque determina el sexo por la proporción de los dos cromosomas homólogos. Definición: Uno de los dos cromosomas que definen el sexo genético de un organismo. Los humanos tienen dos clases de cromosomas sexuales, uno se llama X y el otro Y. Las mujeres normales poseen dos cromosomas X y los hombres normales poseen un cromosoma X y uno Y. Especie Número de cromosomas Mosca 8 Paloma 16 Caracol 24 3.3.3 Gusano 36 Autosomas. Gato 38 Cerdo 40 Los humanos tenemos Ratón 40 Trigo 42 46 cromosomas, Conejo 44 organizados en 23 Hombre 46 pares. De estos pares, Simio 48 Oveja 54 22 son iguales para Vaca 60 mujeres y hombres. En Caballo 64 el vigésimo tercer par, el Perro 78 Pollo 78 de los cromosomas Mariposa ~380 sexuales, está la Helecho ~1200 diferencia entre hombres y mujeres. Los 22 cromosomas que son iguales para ambos sexos se denominan autosomas. No determinan el sexo del organismo. 69
  • 70. 3.3.4 Célula haploide El número de cromosomas en un espermatozoide o en un óvulo, o sea la mitad del número diploide. . Haploide por otra parte, sería el número de copias del genoma en las células reproductoras maduras de los organismos: los óvulos y los espermatozoides. Haploide significa la mitad del número de copias en el genoma diploide. 3.3.5 Célula Diploide. El término diploide describe el número completo de copias del genoma en una célula determinada. Di significa dos y ploide se refiere al número de copias. Así, la inmensa mayoría de las células normales contienen dos copias del genoma, cada una proveniente de cada progenitor y se conocen como células diploides GENOMA: describe la colección completa de ADN de una célula 3.3.6 Polipliodia. Poliploide (del griego polys = mucho; ploion= nave): Célula u organismo con más de dos conjuntos de cromosomas completos por núcleo. 3.3.7 Autopoliploidía. Relativo a un individuo, organismo, raza o célula que tiene mas de dos dotaciones cromosómicas genéticamente idénticas o casi idénticas y que derivan de la misma especie ancestral. Resultan de la duplicación de una combinación cromosómica haploide y se denominan autotriploides, autotetraploides, autopentaploides, autohexaploides, etc, dependiendo de los múltiplos de la dotación haploide que contengan. Célula, u organismo en donde sus células son poliploides porque los cromosomas provienen todos de la misma especie. 70
  • 71. 3.3.8 Aneuploidía Célula cuyo número cromosómico difiere del número de cromosomas normal de una especie en un cromosoma 3.3.9 Híbrido y raza pura. Hibrido: Descendiente del cruce entre especies, géneros o familias distintas. Raza pura: Descendiente directo del cruce de especies, géneros o familias iguales. 3.3.10 Fenotipo y Genotipo.  Fenotipo: se refiere a la apariencia de un organismo tal como puede ser detectado visualmente o con la ayuda de instrumentos especiales, tal como análisis químicos.  Genotipo: es la constitución genética real de un organismo. 3.4 Anormalidades cromosómicas. Los cromosomas son filamentos en espiral que contiene el DNA. Los humanos tenemos 23 pares de cromosomas. Algunos tipos de alteraciones cromosómicas afectan el numero de cromosomas, a todo un cromosoma o solo a un fragmento del mismo. Los errores que rara vez se producen durante la replica del DNA son los que causan las mutaciones que sufren los cromosomas. Estas mutaciones también pueden ser causadas por temperaturas altas, la radiación y varios compuestos químicos. La mayoría de las anormalidades cromosómicas perjudican el organismo que las porta. Estas mutaciones son transmitidas hereditariamente y por esta razón, el numero de personas portadoras de genes mutados tienden a aumentar debido a la reproducción de especies, pero también tiende a disminuir debido a que los individuos con mutaciones genéticas no sobreviven o se reproducen menos que sus semejantes. 71
  • 72. Los genes que causan mutaciones cromosómicas en su mayoría son genes dominantes. Una persona que tenga justo una copia del gen recesivo se determina como portador, ya que esta persona tiene el gen pero no es afectado por el. En la figura de arriba el verde representa el gen dominante y el azul al portador. Algunos tipos de mutaciones que causan anormalidades son el ganar o el perder por completo o parcialmente un nucleótido (molécula formada por una pentosa, una base nitrogenada y un fósforo inorgánico). Además, estas pueden causar modificaciones más obvias o graves alterando la propia forma y el número de los cromosomas. Algunos tipos de mutaciones cromosómicas son: la monosomía, la disomía, la trisomía, la euploidía, la aneuploidía, la aberración cromosomica, el síndrome de down, el síndrome de klinnefelter, el síndrome de turner, la deficiencia cromosómica, la translocación y la inversión. Las anormalidades referidas tienden a producir incapacidades graves dependiendo que pareja de cromosomas afecte. Como un solo grupo, estos desordenes cromosómicos afectan a 7 de cada 1000 infantes. Algunas descripciones cortas de algunas anormalidades mencionadas son: Una deficiencia cromosómica es cuando a un cromosoma le hacen falta genes (cigotos). Una 72
  • 73. translación es cuando un parte de un cromosoma se pasa a otro creando 4 cromosomas distintos, causando que dos parejas de cromosomas no sean homologuitas. Una inversión es un cambio en el orden de los genes de un cromosoma. Una monosomía es cuando el numero de cromosomas es inferior al normal e impar (Ej. 45 cromosomas/ 21 pares + 1). Una disomía es cuando cada cromosoma se encuentra duplicado y una trisomía cuando hay más cromosomas de lo normal e impar (Ej. 47 cromosomas/ 23 pares +1). 3.4.1 Alteraciones Cromosómicas (a nivel gen). Las alteraciones numéricas son un cambio en la dotación de cromosomas. Cuando existen uno o más juegos de cromosomas completos, se habla de euplodía (triploidía, tetraploidía y en general poliploidía). En el caso de existir un defecto de cromosomas, se habla de monosomía. Si el defecto o exceso es de cromosomas incompletos, se habla de aneuploidias Casi la mitad de las alteraciones cromosómicas que se encuentran en el recién nacido son la presencia de un cromosoma extra (aneuploidía) ya que las monosomías totales son incompatibles con la vida. Las trisomías constituyen la anomalía cromosómica más frecuente y, dentro de estas, las más conocidas son la trisomía 21 (síndrome de Down), la trisomía 18 (síndrome de Edwards) y la trisomía 13 (síndrome de Patau). Solo los niños con síndrome de Down sobreviven hasta la edad adulta, mientras que los que tienen trisomías 18 y 13 mueren por lo general antes del primer año. Las anomalías de los cromosomas sexuales tienen una menor repercusión fenotípica que la de los restantes autosomas y suele ser la esterilidad. Las alteraciones más frecuentes de los cromosomas sexuales son el síndrome de Turner (45, X), el síndrome de Klinefelter (47, XXY), el síndrome de la triple X (47, XXX) y el síndrome de la doble Y (37, XYY). Además de estas alteraciones numéricas, los cromosomas sexuales pueden experimentar, como los autosomas, alteraciones morfológicas (translocaciones entre dos cromosomas sexuales o translocaciones entre un cromosoma sexual y un autosoma). 73
  • 74. 74
  • 75. El síndrome de Turner ocurre cuando una mujer no tiene uno o parte de uno de los cromosomas X. Esto puede ocurrir cuando un óvulo es fertilizado Síndrome de Turner Monosomia por un espermatozoide con un cromosoma X anormal, o cuando el óvulo no tiene el cromosoma X. Exceso de material genético en el cromosoma 21, Síndrome de Down por lo que se llama Trisomía 21. Trisomia mortal. El exceso de material genético se Sindrome de Patau encuentra en el cromosoma 13 Condición que se presenta en hombres, ya que Sindrome de tienen un cromosoma X extra, y cuyo sintoma mas Klinefelter común es la infertilidad. Síndrome XX Síndrome del ovario Poliquistico. Trisomías Los individuos afectados son generalmente muy altos y delgados. La mayoría presenta un acné severo durante la adolescencia. Pueden asociar Sindrome YY también problemas antisociales o del comportamiento o tener una inteligencia inferior a la media (XYY) Síndrome de Edwars Exceso de material genético en el cromosoma 18. Esta alteración del par de cromosomas número 5 (del que toma su nombre) fue diagnosticada por primera vez en 1963 y afecta aproximadamente a Síndrome del un bebé por cada 20.000 nacidos vivos. Algunos de maullido sus rasgos característicos son retraso mental, bajo Delecciones de gato (5p) peso al nacer, dificultades con el lenguaje, cabeza pequeña y una peculiar forma de llorar similar al maullido del gato, provocada por un estrechamiento de laringe. 3.4.2 Mutación (a nivel cromosoma). 75
  • 76. Alteración o cambio en la información genética (fenotipo) de un ser vivo y que, por lo tanto, va a producir un cambio de una o varias características, que se presenta súbita y espontáneamente, y que se puede transmitir o heredar a la descendencia. La unidad genética capaz de mutar es el gen que es la unidad de información hereditaria que forma parte del ADN. En los seres multicelulares, las mutaciones sólo pueden ser heredadas cuando afectan a las células reproductivas. 3.4.2.1En número. 3.4.2.1.1 Aneuploidía: Son las mutaciones que afectan sólo a un número de ejemplares de un cromosoma o más, pero sin llegar a afectar al juego completo. Las aneuploidías pueden ser monosomías, trisomías, tetrasomías, etc, cuando en lugar de dos ejemplares de cada tipo de cromosomas, que es lo normal, hay o sólo uno, o tres, o cuatro, etc. 3.4.2.1.2 Poliploidia: Es la mutación que consiste en el aumento del número normal de “juegos de cromosomas” . Los seres poliploides pueden ser autopoliploides, si todos los juegos proceden de la misma especie, o alopoliploides, si proceden de la hibridación, es decir, del cruce de dos especies diferentes. 3.4.2.2En estructura: 3.4.2.2.1 Delección. Pérdida del material genético de un cromosoma. 3.4.2.2.2 Duplicación: 76
  • 77. Una parte del cromosoma está duplicado o presenta dos copias. El resultado es el material genético adicional, aun cuando el total de cromosomas está generalmente dentro de lo normal. Dado que una pieza muy pequeña de un cromosoma puede contener muchos genes diferentes, el material genético presente en una duplicación puede provocar que dichos genes no funcionen correctamente. Como consecuencia de estas quot;instrucciones adicionalesquot;, pueden producirse errores en el desarrollo de un bebé. 3.4.2.2.3 Translocación: Es la fusión de un cromosoma de un par con otro de otro par después de la pérdida de un segmento de esos cromosomas. La translocación más frecuente es la de Robertson: translocación de un cromosoma 21 en un cromosoma 15 con fenotipo normal. 3.4.2.2.4 Inversión: Se utiliza cuando un cromosoma se fragmenta en dos puntos y el segmento intermedio gira al revés y luego vuelve a unirse. 77
  • 78. 3.5 Concepto de Herencia. Herencia: es el conjunto de caracteres fenotípicos y del genoma (material genético contenido en los cromosomas) que transmite un individuo a la descendencia. 3.6 Teoría Mendeliana • PRIMERA LEY DE MENDEL: A esta ley se le llama también Ley de la uniformidad de los híbridos de la primera generación (F1). , y dice que cuando se cruzan dos variedades individuos de raza pura ambos (homocigotos) para un determinado carácter, todos los híbridos de la primera generación son iguales. • SEGUNDA LEY DE MENDEL: A la segunda ley de Mendel también se le llama de la separación o disyunción de los alelos. • TERCERA LEY DE MENDEL: Se conoce esta ley como la de la herencia independiente de caracteres, y hace referencia al caso de que se contemplen dos caracteres distintos. Cada uno de ellos se transmite siguiendo las leyes anteriores con independencia de la presencia del otro carácter. 3.6.1 Primera Ley de la segregación: 1. El experimento de Mendel.- Mendel llegó a esta conclusión trabajando con una variedad pura de plantas de guisantes que producían las semillas amarillas y con una variedad que producía las semillas verdes. Al hacer un cruzamiento entre estas plantas, obtenía siempre plantas con semillas amarillas. 78
  • 79. Interpretación del experimento.- El polen de la planta progenitora aporta a la descendencia un alelo para el color de la semilla, y el óvulo de la otra planta progenitora aporta el otro alelo para el color de la semilla; de los dos alelos, solamente se manifiesta aquél que es dominante (A), mientras que el recesivo (a) permanece oculto. 3.6.2 Segunda Ley de la Segregación 1. El experimento de Mendel. Mendel tomó plantas procedentes de las semillas de la primera generación (F1) del experimento anterior y las polinizó entre sí. Del cruce obtuvo semillas amarillas y verdes en la proporción que se indica en la figura siguiente. Así pues, aunque el alelo que determina la coloración verde de las semillas parecía haber desaparecido en la primera generación filial, vuelve a manifestarse en esta segunda generación. Interpretación del experimento. Los dos alelos distintos para el color de la semilla presentes en los individuos de la primera generación filial, no se han mezclado ni han desaparecido, simplemente ocurría que se manifestaba sólo uno de los dos. Cuando el individuo de fenotipo amarillo y genotipo Aa, forme los gametos, se 79
  • 80. separan los alelos, de tal forma que en cada gameto sólo habrá uno de los alelos y así puede explicarse los resultados obtenidos. Tercera Ley de la Segregación Independiente: Interpretación del experimento. Los resultados de los experimentos de la tercera ley refuerzan el concepto de que los genes son independientes entre sí, que no se mezclan ni desaparecen generación trás generación. Para esta interpretación fue providencial la elección de los caracteres, pues estos resultados no se cumplen siempre, sino solamente en el caso de que los dos caracteres a estudiar estén regulados por genes que se encuentran en distintos cromosomas. No se cumple cuando los dos genes considerados se encuentran en un mismo cromosoma, es el caso de los genes ligados. 3.6.5 Herencia ligada al sexo. 80
  • 81. En la especie humana los cromosomas X e Y presentan diferencias morfológicas ( el Y es mas pequeño que el X )y tienen distinto contenido génico. Están compuestos por un segmento homólogo donde se localizan genes que regulan los mismos caracteres y otro segmento diferencial, en este último se encuentran tanto los genes exclusivos del X , caracteres ginándricos, como los del cromosoma Y, caracteres holándricos. Los caracteres cuyos genes se localizan en el segmento diferencial del cromosoma X, como daltonismo, hemofilia, ictiosis están ligados al sexo. 3.6.6 Experimento de Morgan. En uno de sus primeros experimentos, Morgan cruzó un macho de moscas de ojos rojos (normales) con una hembra que había encontrado casualmente y que tenia los ojos blancos. Las moscas que obtuvo en esta primera generación o F1 tenían todas los ojos rojos, tal y como se describe en la primera ley de Mendel. Pero cuando cruzó entre si estas moscas para obtener la segunda generación filial o F2, descubrió que los ojos blancos solo aparecían en las moscas macho y además como un carácter recesivo. Por alguna razón, la característica «ojos blancos» no era transmitida a las moscas hembras, incumpliendo, al menos parcialmente, la segunda ley de Mendel. Al mismo tiempo, en sus observaciones al microscopio, Morgan había advertido con extrañeza que entre los cuatro pares de cromosomas de los machos, había una pareja en la que los cromosomas homólogos no tenían exactamente la misma forma. Era 81
  • 82. como si a uno de ellos le faltase un trozo, por lo que a partir de ese momento a esta pareja se la denomin6 cromosomas XY. Sin embargo en la hembra, la misma pareja de cromosomas homólogos no presentaba ninguna diferencia entre ellos, por lo que se la denominó cromosomas XX. Morgan pensó que los resultados anómalos del cruzamiento anterior se debían a que el gen que determinaba el color de los ojos se encontraba en la porción que faltaba en el cromosoma Y del macho. Por tanto, en el caso de las hembras (xx) al existir dos alelos, aunque uno de ellos fuese el recesivo (ojos blancos), el carácter manifestado era el normal (ojos rojos). En los machos, sin embargo, al disponer Únicamente de un alelo (el de su único cromosoma X), el carácter recesivo si que podía ser observado. De esta manera quedaba también establecido que el sexo se heredaba como un carácter más del organismo. 3.6.7 Enfermedades ligadas al sexo • Daltonismo. Consiste en la incapacidad de distinguir determinados colores, especialmente el rojo y el verde. Es un carácter regulado por un gen recesivo localizado en el segmento diferencial del cromosoma X. Los genotipos y fenotipos posibles son: MUJER HOMBRE XDXD: visión normal XD Y : visión normal XDXd: normal/portadora Xd Y : daltónico XdXd:daltónica • Hemofilia: Se caracteriza por la incapacidad de coagular la sangre, debido a la mutación de uno de los factores proteicos. Igual que en el daltonismo, se trata de un caracter recesivo, y afecta fundamentalmente a los varones ya que las posibles mujeres hemofílicas Xh Xh no llegan a nacer, pues esta combinación homocigótica recesiva es letal en el estado embrionario. Los genotipos y fenotipos posibles son: MUJER HOMBRE 82
  • 83. XHXH: normales XH Y : normal XHXh: normal/portadora Xh Y : hemofílico XhXh:hemofílica (no nace) 3.7 Ingeniería Genética: Introducción Todo organismo, aún el más simple, contiene una enorme cantidad de información. Esta información se encuentra almacenada en una macromolécula que se halla en todas las células: el ADN. Este ADN está dividido en gran cantidad de sub-unidades (la cantidad varía de acuerdo con la especie) llamadas genes. Cada gen contiene la información necesaria para que la célula sintetice una proteína. Así, el genoma (y por consecuencia el proteoma), va a ser la responsable de las características del individuo. Los genes controlan todos los aspectos de la vida de cada organismo, incluyendo metabolismo, forma, desarrollo y reproducción. Por ejemplo, la síntesis una proteína X hará que en el individuo se manifieste el rasgo quot;pelo oscuroquot;, mientras que la proteína Y determinará el rasgo quot;pelo claroquot;. La carga genética de un determinado organismo no puede ser idéntica a la de otro, aunque se trate de la misma especie. Sin embargo, debe ser en rasgos generales similar para que la reproducción se pueda concretar. Y es que una de las propiedades más importantes del ADN, y gracias a la cual fue posible la evolución, es la de dividirse y fusionarse con el ADN de otro individuo de la misma especie para lograr descendencia diversificada. Otra particularidad de esta molécula es su universalidad. No importa cuán diferente sean dos especies: el ADN que contengan será de la misma naturaleza: ácido nucleico. Siguiendo este razonamiento, y teniendo en cuenta el concepto de gen, surgen algunas incógnitas: ¿Son compatibles las cargas genéticas de especies distintas? ¿Puede el gen de una especie funcionar y manifestarse en otra completamente distinta? ¿Se puede aislar y manipular el ADN? 83
  • 84. La respuesta a todas estas preguntas se resume en dos palabras: Ingeniería Genética. Definición de Ingeniería Genética La Ingeniería Genética (en adelante IG) es una rama de la genética que se concentra en el estudio del ADN, pero con el fin su manipulación. En otras palabras, es la manipulación genética de organismos con un propósito predeterminado. 3.7.2 Aplicaciones La Ingeniería genética tiene numerosas aplicaciones en campos muy diversos, que van desde la medicina hasta la industria. Sin embargo, es posible hacer una clasificación bastante simple bajo la cual se contemplan todos los usos existentes de estas técnicas de manipulación genética: aquellos que comprenden la terapia génica, y aquellos que se encuentran bajo el ala de la biotecnología. Usos de la terapia génica. quot;En marzo de 1989, los investigadores norteamericanos Steve Rosenber y Michael Blease, del Instituto Nacional del Cáncer, y French Anderson, del Instituto Nacional del Corazón, Pulmón y Sangre, anunciaron su intención de llevar a cabo un intercambio de genes entre seres humanos, concretamente en enfermos terminales de cáncer. Los genes trasplantados no habían sido diseñados para tratar a los pacientes, sino para que actuaran como marcadores de las células que les fueron inyectados, unos linfocitos asesinos llamados infiltradores de tumores, encargados de aniquilar las células cancerígenas. Las víctimas de cáncer murieron, pero la transferencia había sido un éxito”. Este fue uno de los primeros intentos de utilizar las técnicas de IG con fines terapéuticos. . Hoy el desafío de los científicos es, mediante el conocimiento del Genoma Humano, localizar 84
  • 85. quot;genes defectuososquot;, información genética que provoque enfermedades, y cambiarlos por otros sin tales defectos. La ventaja quizá más importante de este método es que se podrían identificar en una persona enfermedades potenciales que aún no se hayan manifestado, para o bien reemplazar el gen defectuoso, o iniciar un tratamiento preventivo para atenuar los efectos de la enfermedad. Por ejemplo, se le podría descubrir a una persona totalmente sana un gen que lo pondría en un riesgo de disfunciones cardíacas severas. Si a esa persona se le iniciara un tratamiento preventivo, habría posibilidades de que la enfermedad no llegue nunca. A través de una técnica de sondas genéticas, se puede rastrear la cadena de ADN en busca de genes defectuosos, responsables de enfermedades genéticas graves. Si bien la información del Genoma Humano fue recientemente descubierta, ya se han localizado los quot;locusquot; de varias enfermedades de origen genético. He aquí algunas de ellas: Hemofilia – Alcoholismo – Corea de Huntigton – Anemia Falciforme – Fibrosis quística – Hipotiroidismo Congénito – Retraso Mental – Miopatía de Duchenne – Maníacodepresión – Esquizofrenia – Síndrome de Lesch Nyhan – Deficencia de ADA – Hidrocefalia – Microcefalia – Labio Leporino – Ano Imperfecto o Imperforación – Espina Bífida. Los alcances de la terapia génica no sólo se limitan a enfermedades genéticas, sino también a algunas de origen externo al organismo: virales, bacterianas, protozoicas, etc. Se sintetizó un gen capaz de detener la multiplicación del virus responsable de la inmunodeficiencia (SIDA), y lo insertaron en células humanas infectadas. El resultado fue exitoso: el virus detuvo su propagación e incluso aumentó la longevidad de ciertas células de defensa, las CD4. Otra técnica peculiar inventada recientemente es la del xenotransplante. Consiste en inocular genes humanos en cerdos para que crezcan con sus órganos compatibles con los humanos, a fin de utilizarlos para transplantes. 85
  • 86. Esto nos demuestra que la Ingeniería Genética aplicada a la medicina podría significar el futuro reemplazo de las técnicas terapéuticas actuales por otras más sofisticadas y con mejores resultados. Sin embargo, la complejidad de estos métodos hace que sea todavía inalcanzable, tanto por causas científicas como económicas. a. Biotecnología. Las biotecnologías consisten en la utilización de bacterias, levaduras y células animales en cultivo para la fabricación de sustancias específicas. Permiten, gracias a la aplicación integrada de los conocimientos y técnicas de la bioquímica, la microbiología y la ingeniería química aprovechar en el plano tecnológico las propiedades de los microorganismos y los cultivos celulares. Permiten producir a partir de recursos renovables y disponibles en abundancia gran número de sustancias y compuestos. Aplicadas a escala industrial, las tales biotecnologías constituyen la bioindustria, la cual comprende las actividades de la industria química: síntesis de sustancias aromáticas saborizantes, materias plásticas, productos para la industria textil; en el campo energético la producción de etanol, metanol, biogas e hidrógeno; en la biomineralurgia la extracción de minerales. Además, en algunas actividades cumplen una función motriz esencial: la industria alimentaria (producción masiva de levaduras, algas y bacterias con miras al suministro de proteínas, aminoácidos, vitaminas y enzimas); producción agrícola (donación y selección de variedades a partir de cultivos de células y tejidos, especies vegetales y animales trangénicas, producción de bioinsecticidas); industria farmacéutica (vacunas, síntesis de hormonas, interferones y antibióticos); protección del medio ambiente (tratamiento de aguas servidas, transformación de deshechos domésticos, degradación de residuos peligrosos y fabricación de compuestos biodegradables). Los procesos biotecnológicos más recientes se basan en las técnicas de recombinación genética descritas anteriormente. b. Industria Farmacéutica. 86
  • 87. Obtención de proteínas de mamíferos. Una serie de hormonas como la insulina, la hormona del crecimiento, factores de coagulación, etc. tienen un interés médico y comercial muy grande. Antes, la obtención de estas proteínas se realizaba mediante su extracción directa a partir de tejidos o fluidos corporales. En la actualidad, gracias a la tecnología del ADN recombinante, se clonan los genes de ciertas proteínas humanas en microorganismos adecuados para su fabricación comercial. Un ejemplo típico es la producción de insulina que se obtiene a partir de la levadura Sacharomces cerevisae, en la cual se clona el gen de la insulina humana. El sistema tradicional de obtención de vacunas a partir de microorganismos patógenos inactivos, puede comportar un riesgo potencial. Muchas vacunas, como la de la hepatitis B, se obtienen actualmente por IG. Como la mayoría de los factores antigénicos son proteínas lo que se hace es clonar el gen de la proteína correspondiente. c. Agricultura. Mediante la ingeniería genética han podido modificarse las características de gran cantidad de plantas para hacerlas más útiles al hombre, son las llamadas plantas transgénicas. Las primeras plantas obtenidas mediante estas técnicas fueron un tipo de tomates, en los que sus frutos tardan en madurar algunas semanas después de haber sido cosechados. 3.7.2 .1 Clonación. En genética la clonación es el proceso de hacer copias de un fragmento específico de ADN, generalmente un gen. Para ello se aísla la secuencia de ADN que se va a clonar y se implanta en un microorganismo, usado como vector de clonación (normalmente algún 87
  • 88. tipo de bacteria), para obtener gran número de copias del fragmento insertado, como por ejemplo en el caso de la insulina para uso humano. En este caso particular, se extrae del ADN humano la secuencia de aminoácido que sintetiza la insulina y se inserta en una bacteria, de forma que quede como un nucleoide de la misma. Si se inyectan estas bacterias a un diabético producirán la proteína de insulina humana. En Biología un clon es un organismo multicelular que es genéticamente idéntico a otro organismo. Un ejemplo en la naturaleza son los hermanos gemelos procedentes de un mismo zigoto, también llamados univitelinos. El hito en los experimentos de clonación animal tuvo su representante en la oveja Dolly. El proceso de clonación es bastante simple y sencillo de realizar, primero se recoge el núcleo de una célula adulta (en este caso de las glándulas mamarias de la madre de Dolly) y se introduce en un óvulo sin fecundar, ese óvulo empieza a dividirse sucesivas veces hasta formar un embrión y un nuevo individuo con la misma dotación genética del individuo que donó la célula. Sin embargo, el proceso ha reportado algunos inconvenientes: la oveja Dolly murió por problemas similares a una vejez prematura, por lo que, a nivel científico aún se debate sobre su aplicabilidad en los seres humanos. Recientes descubrimientos parecen indicar que el problema de la muerte prematura de Dolly se debe a los telómeros de la célula utilizada para clonarla. Un telómero es el trozo final de un cromosoma, cada alelo pierde un trozo (unos cuantos genes sin utilidad práctica) después de cada división, esto hace que una célula tenga tan solo un número determinado de divisiones mitóticas. En el caso de Dolly la célula que utilizaron para clonarla era adulta y tenía un gran numero de divisiones ya realizadas, por lo tanto al utilizarla para recrear un individuo, la longitud de los telomeros es la misma que en la célula adulta original por lo que tendrá menos esperanza de vida. Cuando un cromosoma pierde totalmente sus telómeros la célula deja de reproducirse ya que estos son vitales para la reproducción celular. Desde el punto de vista ético, la futurible clonación humana destinada a producir otro ser humano (clonación reproductiva), es objeto de controversia, dado que desde 88
  • 89. diferentes planteamientos éticos de partida, muchos lo consideran como algo éticamente reprobable. La clonación terapéutica no se lleva a cabo a partir del material genético de una célula adulta para obtener un embrión en el estado de quot;blastocistoquot; o quot;blástulaquot;, (también llamado quot;embrión preimplantatorio (no preembrión)quot; por ser éste el estado en el que se implanta en el endometrio en la reproducción). En éste estado se disgrega el blastocisto para obtener células madre embrionarias destinadas a producir diferentes tejidos u órganos con fines terapéuticos. La palabra fue acuñada por el genetista británico J. B. S. Haldane en 1963, y hace referencia a mellizo. Los científicos actuales prefieren el término de transferencia nuclear, que es en realidad el método que se utiliza y su campo de aplicacción terapéutica el de medicina regenerativa 3.2.7.2 Hibridación. Proceso de generación de una molécula, célula u organismo combinado con material genético procedente de organismos diferentes. En las técnicas tradicionales, los híbridos se producían mediante el cruzamiento de variedades distintas de animales y plantas por alineación o apareamiento de bases de dos moléculas de ADN de cadena sencilla que son homólogas o complementarias. La tecnología de fusión celular y la manipulación transgénica son las nuevas modalidades de hibridación introducidas por la manipulación genética. Un híbrido es el descendiente de dos padres que difieren en uno o más rasgos heredables. Sus padres pueden pertenecer a variedades o especies distintas; por ejemplo: la mula resulta de cruzar un asno o burro con una yegua o un caballo con una burra. Si se cruza un toro Brahman con una vaca Shorthorn, se obtiene la raza conocida como Santa Gertrudis. 89
  • 90. En 1840, Albert Von Kolliker propuso que el óvulo y el espermatozoide eran células. En 1879, Hermann Folobs, la fecundación de un óvulo de estrella de mar por un espermatozoide, así se concluyó que la unión de dos gametos uno femenino y otro masculino se originaban de un descendimiento y que ese mismo proceso debía de ocurrir tanto en animales como en plantas de reproducción sexual. El estudio de la transmisión de las características hereditarias permitía entender porque al nacer niñas o niños o porque se transmiten características no deseadas como enfermedades hereditarias o alteraciones genéticas.  Los cromosomas sexuales constituyen el par 23 en la mujer se denominan por XX mientras en el hombre producen dos tipos XY.  Los cromosomas X y Y determinan el sexo del ser humano.  Los seres humanos, varones y mujeres, heredan a sus descendientes características propias del ser humano, les heredan, por ejemplo, la capacidad de razonamiento, postura y el bipedalismo.  No obstante que por lo general los descendientes heredan de sus padres caracteres deseables también heredan no deseables. 3.2.7.3 Agentes mutantes. Es provocado por agentes mutantes como son: anilinas, rayos x, gama, infrarrojos, drogas, alcohol, medicamentos, radiaciones químicas, tabaco. 90