Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1ºdo Bachillerato 2024-2025: Composición de los Seres Vivos PDF

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Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos La naturaleza básica de la vida I. Composición de los seres vivos ¿QUÉ ES LA VIDA? Definir el concepto de “vida” resulta complicado en términos científicos. Gran parte de esa dificultad recae en la abrumadora diversidad del mundo vivo y en el solapamiento aparente de diversas propiedades de la materia viva y de la inanimada. Como consecuencia, se ha considerado a la vida una propiedad intangible que desafía cualquier explicación y suele describirse en términos operacionales, tales como movimiento, reproducción, adaptación y reactividad a estímulos externos. Y además, existen una serie de características claramente diferenciables propias de los seres vivos: I. La vida es compleja y dinámica. Todos los organismos se encuentran constituidos por el mismo conjunto de elementos químicos, principalmente C, N, O, H, S y P. Gran parte de las biomoléculas, o sea, las moléculas sintetizadas por los organismos vivos, son orgánicas (basadas en el carbono). Los procesos de la vida, como el crecimiento y el desarrollo, utilizan miles de reacciones químicas en las que variedades ingentes de moléculas vibran y giran, interaccionan, chocan, se enlazan y se reagrupan en moléculas nuevas. II. La vida es organizada y se sustenta de forma autónoma. Los seres vivos son sistemas organizados jerárquicamente, es decir, constan de patrones de organización que van del más pequeño (átomo) al más grande (organismo). Todas las células están compuestas por multitud de biomoléculas y macromoléculas, dispuestas en estructuras supramoleculares más complejas. En el nivel químico, grupos de moléculas interdependientes crean eficientes vías químicas que convierten una o más moléculas entrantes en uno o más productos finales. La organización y el funcionamiento ordenado de los seres vivos requieren adquirir continuamente energía y materia y eliminar las moléculas de desecho. Estas tareas las realizan cientos de reacciones bioquímicas que son catalizadas (aceleradas) por enzimas. Se denomina metabolismo a la suma total de todas las reacciones químicas que ocurren en un ser vivo. La capacidad de los seres vivos para regular los procesos metabólicos, a pesar de la variabilidad de sus ambientes interno y externo, se denomina homeostasis (capacidad reguladora). III. La vida es celular. Las células se diferencian mucho en estructura y función, pero todas están rodeadas por una membrana que controla el transporte de algunas sustancias químicas al interior y al exterior de la célula. La membrana también participa en la respuesta de la célula a los componentes del ambiente extracelular. Si se divide una célula en sus partes componentes, se detiene el funcionamiento vital. Las células se originan únicamente por la división de células que ya existen (excepto la célula huevo o zigoto). IV. La vida se fundamenta en la información. Los seres vivos pueden considerarse como sistemas procesadores de información, debido a que el mantenimiento de su integridad estructural y de los procesos metabólicos requiere interacciones entre un conjunto enorme de moléculas dentro de las células y entre ellas. Toda la información biológica se expresa en forma de mensajes codificados, y cobra especial importancia una molécula singular: el DNA (deoxyribonucleic acid), y en él unas secuencias lineales de nucleótidos denominadas genes, que son la clave para definir las características propias e irrepetibles de cada individuo. V. La vida se adapta y evoluciona. Toda la vida sobre la Tierra tiene un origen común, y las nuevas surgen a partir de otras antiguas. Cuando un organismo individual se autorreproduce, las modificaciones del DNA inducidas por las agresiones y los errores que tienen lugar cuando se copian las moléculas de DNA pueden dar lugar a mutaciones o cambios de la secuencia. La mayoría de las mutaciones son silenciosas; es decir, o bien las repara la célula o no tienen efecto sobre el funcionamiento del organismo. Sin embargo, algunas son nocivas y sirven para limitar el éxito reproductor de los descendientes. En ocasiones poco frecuentes, las mutaciones pueden contribuir a aumentar la capacidad del organismo para sobrevivir, para adaptarse a circunstancias nuevas y para reproducirse. La principal fuerza impulsora de este proceso es la capacidad de explotar las fuentes de energía. Los individuos que poseen características que les permiten explotar mejor una fuente energética específica dentro de su hábitat pueden tener una ventaja competitiva cuando los recursos son limitados. A lo largo de muchas generaciones, la Página 1 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos interdependencia de los cambios ambientales y de la variación genética puede dar lugar a la acumulación de características favorables y, finalmente, a formas de vida muy diferentes. LA BASE QUÍMICA DE LA VIDA La vida en el planeta Tierra se ha construido sobre el carbono. Este elemento químico constituye el esqueleto de las biomoléculas orgánicas. Pero ¿por qué el carbono? ▪ En primer lugar, el carbono es capaz de formar enlaces hasta con cuatro elementos químicos. Entre estos elementos se incluye él mismo, lo que permite formar cadenas y grandes moléculas. ▪ En segundo lugar, las moléculas que se forman son tridimensionales, en las cuales el átomo de carbono se dispone en el centro de un hipotético tetraedro (una pirámide de base triangular), con los orbitales de enlace dirigidos hacia los vértices. ▪ En tercer lugar, forma unos enlaces, llamados covalentes, que son lo suficientemente fuertes como para formar moléculas estables pero que, a su vez, se pueden romper, permitiendo construir nuevas moléculas. Estas y otras propiedades químicas del carbono le permiten unirse a gran cantidad de átomos distintos para formar moléculas enormes y complejas encargadas de realizar un gran número de tareas como generar energía para el organismo, transmitir la información entre células, mantener los sistemas vitales funcionando… Hasta donde sabemos, el carbono es el único elemento que es capaz de abastecer a un organismo complejo de la diversidad química que necesita para existir. BIOELEMENTOS Todos los seres vivos estamos constituidos básicamente, por los mismos elementos químicos. De todos los que se hallan en la corteza terrestre, sólo unos 25 son componentes habituales, aunque, en los seres vivos se han llegado a encontrar hasta 70 diferentes. Teniendo en cuenta el grado de abundancia en la materia viva de algunos de estos bioelementos (también llamados elementos biogénicos), podemos clasificarlos en tres categorías: principales o primarios, secundarios y oligoelementos. Página 2 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos Bioelementos primarios o mayoritarios: (C, H, O, N, P, S) constituyen alrededor del 97% del total de la materia de viva y forman la materia orgánica. Bioelementos secundarios: Aunque están presentes en pequeñas cantidades desempeñan importantes funciones y su carencia puede provocar trastornos serios. Se incluyen en este grupo Na, K, Ca, Mg y Cl. Conforman algo menos del 2,5% de la materia viva. Oligoelementos: Se encuentran en una proporción en torno al 0,5% aunque desempeñan funciones esenciales en diferentes procesos bioquímicos y fisiológicos. Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes para casi todos, y estos son: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, yodo, boro, silicio, vanadio, cromo, cobalto, selenio, molibdeno y estaño. 5 de ellos (Mn, Fe, Co, Cu y Zn) existen en todos los seres vivos por lo que se denominan oligoelementos esenciales. PRINCIPALES BIOELEMENTOS EN LOS SERES HUMANOS Bioelemento Abundancia Ejemplo Necesario para la respiración celular; presente en casi todos los compuestos Oxígeno (O) 65 % orgánicos. Forma parte del agua. Constituye el esqueleto de las moléculas orgánicas; puede formar cuatro Carbono (C) 18 % enlaces con otros tantos átomos Hidrógeno (H) 10 % Presente en la mayoría de los compuestos orgánicos, forma parte del agua. Nitrógeno (N) 3% Componente de todas las proteínas y ácidos nucleicos. Componente estructural de los huesos y dientes; importante en contracción Calcio (Ca) 1,5% muscular, conducción de impulsos nerviosos y coagulación de la sangre. Componente de los ácidos nucleicos; componente estructural del hueso; Fósforo (P) 1% importante en la transferencia de energía. Principal ión positivo (catión) del interior de las células; importante en el Potasio 0,4 % funcionamiento nervioso y de la contracción muscular. Azufre 0,3 % Componente de la mayoría de las proteínas. Principal ión positivo del líquido intersticial (exterior de las células), importante Sodio (Na) 0,2 % en el equilibrio hídrico del cuerpo; esencial para la conducción de impulsos nerviosos. Página 3 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos Necesario para la sangre y los tejidos del cuerpo; forma parte de muchas Magnesio (Mg) 0,1 % enzimas de importancia. Principal ión negativo (anión) del líquido intersticial; importante en el equilibrio Cloro (Cl) 0,1 % hídrico. Hierro (Fe) Traza Componente de la hemoglobina y mioglobina; forma parte de ciertas enzimas. Yodo (I) Traza Componente de las hormonas tiroideas. BIOMOLÉCULAS Los bioelementos se estructuran formando una serie de biomoléculas o principios inmediatos. Biomoléculas inorgánicas: Agua y sales minerales Biomoléculas orgánicas: Glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. EL AGUA El agua, biomolécula inorgánica simple, puede ser considerada como el líquido de la vida. Es la sustancia más abundante en la biosfera, donde la encontramos en sus tres estados y es además el componente mayoritario de los seres vivos, pues entre el 65% y el 95% del peso de la mayor parte de las formas vivas es agua. El agua fue además el soporte donde posiblemente surgió la vida. El agua es una molécula con un comportamiento que la convierte en una sustancia diferente a la mayoría de los líquidos, y posee unas propiedades físicas y químicas que van a ser responsables de su importancia biológica. Está compuesta por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno. Aunque su carga total es neutra se comporta como un dipolo debido a la mayor electronegatividad del oxígeno. Este carácter polar permite la creación de puentes de hidrógeno con otras moléculas adyacentes. Estos enlaces tienen una gran importancia porque confieren al agua propiedades peculiares. Por ejemplo, sus elevados puntos de fusión y ebullición, imprescindibles para que el agua se encuentre en estado líquido a la temperatura de la Tierra. Otra propiedad, su alto calor específico, la convierte en un excepcional amortiguador y regulador de los cambios térmicos, manteniendo la temperatura corporal constante. Por otro lado, su alto valor del calor de vaporización permite eliminar, por medio del sudor, grandes cantidades de calor preservándonos de los “golpes de calor”. Otra propiedad que hace que esta molécula sea única es su amplia capacidad como disolvente de sustancias polares. Teniendo en cuenta la gran cantidad de agua que tienen los organismos vivos, la casi totalidad de las reacciones químicas producidas en nuestro interior se realizan en medio acuoso. El transporte de nutrientes y metabolitos y la excreción de sustancias de desecho también se realiza a través del agua. Página 4 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos LAS SALES MINERALES En todos los seres vivos se encuentran siempre determinadas cantidades de sales minerales. Estas sales pueden ser insolubles en agua o pueden ser también solubles en agua. 6.1. Sales insolubles: Su función es de tipo plástico, formando estructuras de protección y sostén, como por ejemplo: 🗹 Caparazones de crustáceos y moluscos (CaCO3) y caparazones silíceos de radiolarios y diatomeas. 🗹 Esqueleto interno en vertebrados (fosfato, cloruro, fluoruro y carbonato de calcio) y los dientes. 🗹 Determinadas células incorporan sales minerales, como las que se pueden encontrar en la pared de celulosa de los vegetales, o como forma de producto residual del metabolismo (cristales de oxalato cálcico, que puede contribuir al desarrollo de cálculos renales o biliares) 6.2. Sales solubles: La actividad biológica que proporcionan se debe a sus iones y desempeñan, fundamentalmente, las siguientes funciones: 🗹 Funciones catalíticas. Algunos iones como Mn+2, Cu+2, Mg+2, Zn+2, etc. actúan como cofactores enzimáticos siendo necesarios para el desarrollo de la actividad catalítica de ciertas enzimas. 🗹 El ion Mg+2 forma parte de las clorofilas y participa en los procesos de la fotosíntesis. 🗹 La hemoglobina es capaz de transportar oxígeno por la sangre porque está unida a un ion Fe+2. 🗹 Los citocromos (proteínas muy importantes para obtener energía) actúan como transportadores de electrones porque poseen un ion Fe+3, capaz también de combinarse con el oxígeno. Hemoglobina Clorofila 🗹 Funciones osmóticas. Los iones Na+, K+, Cl–, Ca+2, intervienen en la distribución del agua intra y extra celulares y controlan el volumen celular. A través de una membrana biológica que separa dos compartimentos con distinta concentración de sales, el agua pasa de las más diluida a la más concentrada hasta que se igualan las concentraciones: ▪ Si hay menos sales dentro de la célula que fuera, (poca concentración) sale agua de la célula, y la célula se encoge (plasmólisis) ▪ Si la cantidad de sales dentro y fuera de la célula es la misma, (misma concentración) entra y sale la misma cantidad de agua. ▪ Si la cantidad de sales dentro de la célula es mayor que fuera (mucha concentración), entra mucha agua a la célula y ésta se hincha (turgencia). célula hipotónica célula isotónica célula hipertónica Página 5 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos 🗹 Participan en la generación de gradientes electroquímicos, que son imprescindibles en el potencial de membrana y del potencial de acción en los procesos de la sinapsis neuronal, transmisión del impulso nervioso y contracción muscular. Cuando contraemos cualquier músculo, o al transmitirse información por el sistema nervioso, están interviniendo entre otros iones el calcio y el magnesio. 🗹 Permiten el paso de sustancias muy importantes a la célula, por ejemplo, el sodio permite que la glucosa entre a la célula. 🗹 Función tamponadora. Se lleva a cabo por los sistemas carbonato-bicarbonato y monofosfato-bifosfato. Éstos permiten controlar ligeros cambios en la concentración de H3O+ , es decir ayudan a mantener el pH. GLÚCIDOS Vulgarmente conocidos como azúcares o carbohidratos, los glúcidos son compuestos formados por C, H y O, que contienen grupos funcionales alcohol y carbonilo. En general, su fórmula se puede escribir como CnH2nOn. Los más sencillos se llaman monosacáridos. Estos se describen en función del número de carbonos y de la clase de grupo carbonilo que contienen: triosas 3C, tetrosas 4C, pentosas 5C, hexosas 6C y heptosas 7C. Los que poseen un grupo aldehído se denominan aldosas, y aquellos que poseen un grupo cetona se denominan cetosas. Los monosacáridos se suelen representar en un plano mediante fórmulas lineales o de cadena abierta, denominadas proyecciones de Fischer, en las que todos los átomos de la molécula se colocan en el mismo plano. Se sitúa el grupo principal (aldehído o cetona) en la parte superior (C1 y C2, respectivamente) y los grupos hidroxilo se sitúan a la izquierda o derecha de cada uno de los restantes carbonos formando ángulos de 90o. Página 6 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos Otros monosacáridos especiales se pueden representar también en su forma ciclada (formando anillos). A este tipo de representación se le denomina proyección de Haworth. Estos monosacáridos se comportan en disolución como si tuvieran un carbono asimétrico más. Este comportamiento se debe a que la molécula adopta una forma cíclica gracias a la formación de un enlace intramolecular entre el grupo aldehído (C1) o cetona (C2) y el penúltimo grupo alcohol (C5). Este enlace se llama hemiacetal (aldosas) o hemicetal (cetosas). Al nuevo carbono asimétrico se le llama carbono anomérico. Este comportamiento se muestra en aldopentosas y hexosas, tanto si se disuelven en agua como si forman parte de disacáridos o polisacáridos. La molécula ciclada puede adquirir el aspecto de un pentágono o de un hexágono. Los monosacáridos ciclados con aspecto de pentágono reciben el nombre de furanosas. Los monosacáridos ciclados con aspecto de hexágono reciben el nombre de piranosas. Estos nuevos isómeros se denominan anómeros. El carbono que portaba el grupo carbonilo (C1 en aldosas o C2 en cetosas) se convierte en un carbono asimétrico, en el que el OH puede localizarse en dos posiciones distintas: formas α (OH abajo) y ß (OH arriba). Los monosacáridos forman las estructuras básicas de las que se compondrán los glúcidos más complejos, es decir, se pueden unir formando estructuras más largas y complicadas como si fueran eslabones de una cadena. Los monosacáridos se unen entre sí mediante enlace O-glucosídico, liberándose en el proceso una molécula de agua. Este enlace se puede romper mediante hidrólisis. Página 7 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos Hay dos tipos de enlaces O-glucosídicos, en función de la posición del grupo hidroxilo del carbono anomérico del primer monosacárido: ▪ Las uniones en α, que los enzimas los rompen fácilmente, y son propios de disacáridos con función energética ▪ Las uniones en β, que hay pocos enzimas que los rompen, son enlaces mas rigidos y resistentes. Aparecen en moléculas con funciones estructurales. Por otra parte, se distinguen enlaces glucosídicos monocarbonílicos, en los que sólo está implicado el carbono carbonílico de un monosacárido, y enlaces glucosídicos dicarbonílicos, en los que están implicados los carbonos carbonílicos de los dos monosacáridos enlazados. 7.1. Polisacáridos En la naturaleza, la mayoría de los carbohidratos están en la forma de polisacáridos, polímeros que se obtienen por la unión en cadena de muchos monosacáridos, principalmente glucosa, mediante enlaces glucosídicos. Estos glúcidos funcionan como fuente y almacenamiento de energía y como soporte estructural de los organismos. El polisacárido más utilizado en la alimentación, es el almidón, que puede presentarse enrollado o como cadenas sin ramificaciones de hasta 1000 subunidades de glucosa o, más frecuentemente como cadenas ramificadas las cuales pueden estar constituidas por hasta medio millón de monómeros de glucosa. El almidón es la principal reserva alimenticia de la mayoría de las plantas. El glucógeno es la principal forma de almacenamiento de glucosa en la mayoría de los animales; tiene una estructura mucho más ramificada que el almidón. En los vertebrados, el glucógeno se produce en el hígado y se almacena en él y en los músculos. Cuando el organismo requiere de energía extra, el hígado hidroliza el glucógeno en glucosa. Uno de los polisacáridos estructurales más importantes es la celulosa, que forma la mayor parte de las paredes celulares de las plantas y aproximadamente la mitad de la masa del tronco de un árbol. La celulosa está formada por muchas cadenas de glucosa colocadas una junto a otra y unidas por puentes de hidrógeno. En conjunto, los enlaces estabilizan las cadenas y forman macizos compactos que se organizan en fibras. Los tres principales polisacáridos formados por glucosa. Observar sus distintas ramificaciones Página 8 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos Sólo pocos microorganismos (ciertas bacterias, protozoarios y hongos) pueden hidrolizar la celulosa. Las vacas y otros rumiantes, las termitas y las cucarachas pueden utilizar la celulosa como fuente de energía debido a las bacterias simbióticas que viven en sus sistemas digestivos, las cuales digieren la celulosa, es decir, rompen los enlaces entre las moléculas de glucosa. En los animales, el polisacárido estructural más abundante es la quitina, principal componente de los exoesqueletos de los artrópodos. La quitina también se encuentra formando parte de las paredes celulares de muchos hongos. Este polisacárido resistente y duro tiene una estructura parecida a la celulosa, sólo que en la quitina las glucosas tienen agregado un grupo amino. LÍPIDOS Los lípidos son un grupo diverso de sustancias solubles en solventes orgánicos (cloroformo, acetona, …), e insolubles en agua. Están formados por unos pocos bioelementos, C, H y O, y en algunos casos P y N. La clasificación de los lípidos resulta problemática, dadas las características químicas tan diversas que poseen. Usaremos la que divide a los lípidos en dos grandes categorías: lípidos saponificables, que contienen ácidos grasos unidos a algún otro componente, generalmente mediante un enlace tipo éster, y lípidos no saponificables, que no contienen ácidos grasos, aunque también incluyen algunos derivados importantes de éstos. Lípidos Clasificación de los lípidos Los ácidos grasos son ácidos monocarboxílicos que en general contienen un número par de átomos de carbono. En algunos organismos actúan como fuentes de energía. Los ácidos grasos están representados por la fórmula química R-COOH, en la que R es una cadena que contiene átomos de carbono e hidrógeno. Existen dos tipos de ácidos grasos: los ácidos grasos saturados, que no contienen dobles enlaces carbono-carbono, y los ácidos grasos insaturados, que poseen uno o varios dobles enlaces. En los ácidos grasos saturados las cadenas hidrocarbonadas son rectas. En los insaturados los dobles enlaces producen codos, con cambios de dirección. Todas las cadenas de los ácidos grasos forman entre sí enlaces débiles de van der Waals entre los grupos —CH2—. Los ácidos grasos son moléculas anfipáticas (se diferencian dos zonas): ▪ La parte que contiene el grupo carboxilo (cabeza) es polar hidrófila. Página 9 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos ▪ El resto de la molécula es una cadena hidrocarbonada (cola) que no presenta polaridad (apolar) y es una estructura hidrófoba. Como la cadena apolar es mucho más grande que la parte con carga (polar), la molécula no se disuelve en agua. El carácter anfipático de los ácidos grasos hace que cuando están en un medio acuoso formen unas estructuras características, en las que la zona polar se dirige al agua y la cola apolar se aleja de ella. Los ácidos grasos solamente se encuentran como moléculas independientes (libres) en los seres vivos en cantidades mínimas. La mayor parte se encuentra como componente de varias clases de moléculas lipídicas. 8.1. Acilgliceroles Son ésteres que contienen glicerol (un alcohol de tres carbonos con tres grupos hidroxilo) y uno, dos ó tres ácidos grasos. Se forman mediante un proceso llamado esterificación, que es la reacción entre un ácido orgánico y un alcohol. Se forma un compuesto llamado éster y se libera una molécula de agua Los triacilglicéridos se deben denominar realmente triacilgliceroles; la denominación triglicéridos, mucho más popular, es químicamente incorrecta, por lo que no se recomienda su uso. Los triacilgliceroles pueden ser simples, si contienen un sólo tipo de ácido graso, o mixtos, si contienen más de un tipo. Por otra parte, los triacilgliceroles ricos en ácidos grasos saturados se encuentran en estado sólido a temperatura ambiente y se denominan sebos o mantecas, mientras que los ricos en ácidos grasos insaturados permanecen líquidos a temperatura ambiente y se denominan aceites. Página 10 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos 8.2. Ceras Las ceras se forman al esterificarse un ácido graso de cadena larga con un monoalcohol de cadena larga. Son sólidos a temperatura ambiente y sus dos extremos hidrófobos determinan sus funciones: impermeabilizantes y protectores. Entre las más conocidas se encuentran la de abeja (ésteres del ácido palmítico con alcoholes de cadena larga) y la lanolina (grasa de lana de oveja). En general en los animales se encuentran en la piel, recubriendo el pelo, plumas y exoesqueleto de insectos. En los vegetales forman películas que recubren hojas, flores y frutos. 8.3. Fosfoglicéridos Determinadas moléculas de lípidos semejantes a los triacilgliceroles, que se denominan fosfoglicéridos, contienen dos ácidos grasos. En estas moléculas el tercer grupo hidroxilo del glicerol está acoplado con un grupo fosfato, el cual a su vez está unido a pequeños compuestos polares como la colina. También se les conoce como fosfolípidos. Los fosfoglicéridos son componentes estructurales importantes de las membranas celulares: se disponen formando una bicapa con las cabezas hidrófilas hacia los medios interno y externo, ya que ambos son acuosos, y las colas hidrófobas hacia el interior, sin contacto con el agua. 8.4. Esfingolípidos Página 11 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos Los esfingolípidos son también constituyentes de las membranas de las células animales y vegetales, y abundan en el tejido nervioso. Químicamente están formados por tres componentes básicos: una molécula del aminoalcohol de cadena larga (la esfingosina o uno de sus derivados), una molécula de un ácido graso y un grupo de cabeza polar. La unión entre un ácido graso y la esfingosina, da lugar a una ceramida que es la unidad estructural de todos los esfingolípidos. ▪ Las esfingomielinas forman parte de las membranas de las células animales y abundan en la vaina de mielina que envuelve a las neuronas. ▪ Los cerebrósidos y los gangliósidos actúan como marcadores biológicos y lugares de reconocimiento celular, formando parte del glucocálix. También intervienen en la transmisión de los impulsos nerviosos, en la especificidad de los grupos sanguíneos y en el anclaje de virus y toxinas. 8.5. Lípidos insaponificables que no contienen ácidos grasos) No son tan abundantes como los que saponificables, pero son muy importantes para la vida por las funciones que desempeñan. Los terpenos contienen varias o muchas moléculas de isopreno. Pertenecen a este grupo de lípidos sustancias aromáticas (mentol, geraniol, alcanfor,...) También pigmentos fotosintéticos, vitaminas (A, E, K), caucho,... Los esteroides son muy importantes, derivan todos de una misma molécula, el esterano que, a su vez deriva del isopreno. El colesterol es el más conocido y forma parte de las membranas celulares. Su función es regular el nivel de fluidez de las membranas. Otras moléculas, también muy conocidas, como vitamina D, ácidos biliares y ciertas hormonas (aldosterona, cortisona, testosterona, progesterona, estradiol) son esteroides. Página 12 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos PROTEÍNAS Las proteínas constituyen el grupo de biomoléculas orgánicas más abundante. Suponen el 50% del peso seco de la materia viva. Su nombre proviene del griego “proteios” que significa primero. Químicamente son biopolímeros (macromoléculas orgánicas), de elevado peso molecular, constituidas básicamente por C, H, O y N, aunque pueden contener también S y P y, en menor proporción, Fe, Cu, Mg, I, etc... Estos elementos químicos se agrupan para formar unidades estructurales (monómeros) llamados AMINOÁCIDOS, a los cuales podríamos considerar como los "ladrillos de los edificios moleculares proteicos". Estos edificios macromoleculares se construyen y desmoronan con gran facilidad dentro de las células, y a ello debe precisamente la materia viva su capacidad de crecimiento, reparación y regulación. Las proteínas participan prácticamente en todos los aspectos del metabolismo, ya que la mayoría de las enzimas, moléculas que aceleran las miles de reacciones químicas que tienen lugar en un organismo, son proteínas. Las proteínas son los componentes estructurales principales de células y tejidos. Por lo cual, el crecimiento, la reparación y el mantenimiento del organismo, dependen de estas. Existen otras funciones de las proteínas, algunas de ellas son el de transportar sustancias; por ejemplo, la proteína hemoglobina que se encuentra en los glóbulos rojos de la sangre, se encarga de transportar el oxígeno desde los pulmones hacia todos los tejidos del cuerpo. Otras proteínas son hormonas, como la insulina. El ser humano es capaz de sintetizar alrededor de 100 000 proteínas diferentes, y la información necesaria para construir cada una de ellas se encuentra en el material genético de nuestras células, el ADN. 9.1. Los aminoácidos Son los monómeros o unidades básicas que forman las proteínas. Su denominación responde a la composición química general que presentan, en la que un grupo amino (NH2) y otro carboxilo o ácido (COOH) se unen a un carbono central llamado carbono α. Las otras dos valencias de ese carbono quedan saturadas con un átomo de hidrógeno (H) y con un grupo químico variable al que se denomina radical (R). Formando parte de las proteínas existen 20 aminoácidos. Los seres autótrofos pueden sintetizar todos los aminoácidos a partir de compuestos inorgánicos. Los heterótrofos solamente pueden sintetizar algunos aminoácidos a partir de otros compuestos orgánicos, el resto los tienen que tomar necesariamente formando parte de las proteínas de la dieta. A estos aminoácidos que no pueden sintetizar se les denomina aminoácidos esenciales. 9.2. Los péptidos y el enlace peptídico Los aminoácidos se enlazan para formar péptidos mediante enlace peptídico. El enlace peptídico es una unión covalente tipo amida sustituida que se da al reaccionar el grupo amino de un aminoácido con el grupo carboxilo de otro aminoácido con desprendimiento de una molécula de agua. El término proteína se asigna a polipéptidos de elevado PM que suelen estar formados por más de una cadena polipeptídica. Más de cien aminoácidos se considera una proteína. El enlace peptídico es un enlace covalente y se establece entre el grupo carboxilo (-COOH) de un aminoácido y el grupo amino (-NH2) del aminoácido contiguo inmediato, con el consiguiente desprendimiento de una molécula de agua. Los átomos unidos al carbono y al nitrógeno que forman el enlace peptídico, están todos en el mismo plano. Página 13 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos Es conveniente resaltar que algunos péptidos cortos (oligopéptidos) presentan actividades biológicas importantes: ▪ La insulina (51 aminoácidos) es una hormona segregada por el páncreas, y su función consiste en permitir que la glucosa penetre en las células para ser utilizada como fuente de energía. Si la insulina no hace bien esta función, la glucosa se acumula en sangre y se produce hiperglucemia. ▪ El glucagón (29 aminoácidos) también es segregado por el páncreas, y es el responsable del metabolismo del glucógeno liberando glucosas: cuando el nivel de glucosa disminuye, se libera a la sangre (función opuesta a la insulina). ▪ La oxitocina (9 aminoácidos) es una hormona producida en el hipotálamo que estimula las contracciones del útero durante el parto. ▪ La bradiquinina (9 aminoácidos), hormona también generada en el hipotálamo, que inhibe la inflamación de los tejidos. ▪ La vasopresina (9 aminoácidos), hormona que aumenta la reabsorción de agua en el riñón (hormona antidiurética). ▪ Las endorfinas son péptidos cortos sintetizados en la pituitaria y en el hipotálamo durante el ejercicio físico, o en situaciones de excitación, dolor, enamoramiento, consumo de determinadas sustancias como picantes o chocolate, etc., y son muy similares a los opiáceos en su efecto analgésico y en la sensación de bienestar que producen. ▪ Algunos venenos extremadamente tóxicos producidos por algunas setas como Amanita phaloides también son péptidos, al igual que muchos antibióticos. 9.3. La estructura de las proteínas Las proteínas no son polímeros al azar de longitud indefinida, sino que cada una de ellas tiene una determinada composición en aminoácidos y estos están ordenados en una determinada secuencia. Hay que añadir a ello que en las células vivas las cadenas de las proteínas no se encuentran extendidas ni plegadas al azar adoptando estructuras caprichosas o variables, sino que cada una de ellas se encuentra plegada de un modo característico, que es igual para todas las moléculas de una misma proteína, y que recibe el nombre de estructura o conformación tridimensional nativa de la proteína. La estructura tridimensional de una proteína es un factor determinante en su actividad biológica. Tiene un carácter jerarquizado, es decir, implica unos niveles de complejidad creciente que dan lugar a 4 tipos de estructuras: primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria. Cada uno de estos niveles se construye a partir del anterior. ▪ Estructura primaria. La secuencia lineal de aminoácidos en una cadena de polipéptidos se llama estructura primaria y tiene una importancia fundamental para la función que desempeñará la proteína cuando termine de conformarse. La sustitución de un solo aminoácido en ciertas proteínas puede causar la pérdida de su función. Página 14 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos ▪ Estructura secundaria. Se origina por la disposición espacial que adopta la cadena peptídica (estructura primaria) a medida que se sintetiza en los ribosomas. Es debida a los giros y plegamientos que sufre como consecuencia de la capacidad de rotación del C y de la formación de enlaces débiles (puentes de hidrógeno). Las formas que pueden adoptar son: α hélice y lámina β (también denominada hoja plegada o lámina plegada). ▪ Estructura terciaria. Se origina cuando la estructura secundaria adopta una disposicion tridimensional debido a la atraccion entre la alfa helice y la hoja plegada, haciendo que la molecula se enrolle sobre si misma y dando origen a dos estructuras. Estas nuevas estructuras se mantienen estables gracias a los enlaces que se generan entre los residuos de los aminoácidos. (puentes de hidrógeno, enlaces disulfuro o fuerzas de Van der Waals). De acuerdo a su estructura terciaria, se reconocen dos tipos de proteinas: ▪ Globulares: solubles, con un alto grado de plegamiento (enzimas) ▪ Fibrosas: insolubles , con un menor grado de plegamiento (queratina). ▪ Estructura cuaternaria. Solamente la presentan ciertas proteínas. Algunas están constituidas por una cadena polipeptídica única, mientras que otras están compuestas de dos o más cadenas, llamadas protómeros, que al unirse dan lugar a la estructura cuaternaria. Solo algunas proteínas, como la hemoglobina o la insulina, tienen esta configuración. Al conjunto se le suele llamar oligómero. A finales de la década de los 60 del pasado siglo, al analizar proteínas mediante cristalografía de rayos X, se descubrió que había ciertas secuencias de aminoácidos que siempre se pliegan de la misma forma, independientemente de la proteína en la que se encontraran. A estos fragmentos se les llamó dominios proteicos, y se considera que son las unidades funcionales/estructurales en cualquier proteína. Es interesante comprobar cómo estos módulos o fragmentos se conservan a lo largo de la evolución, apareciendo en los diferentes seres vivos con la misma secuencia. Esto ha permitido crear en el laboratorio las llamadas proteínas quiméricas (también llamadas híbridas o recombinantes), que se obtienen insertando en secuencias proteicas de un individuo dominios que pertenecen a una especie o una línea celular distinta a la célula original. Un ejemplo de proteína recombinante es la insulina humana generada in vitro, obtenida a partir de cultivos de la bacteria E. coli. 9.4. Propiedades de las proteínas Las propiedades que manifiestan las proteínas dependen de los aminoácidos que la componen y de la estructura que conforman a través de los distintos niveles de plegamiento: ▪ Solubilidad: los radicales de los aminoácidos permiten a las proteínas interaccionar con el agua. Si abundan radicales hidrófobos, la proteína será poco o nada soluble en agua. Si predominan los radicales hidrófilos, la proteína será soluble en agua. ▪ Capacidad amortiguadora: Las proteínas tienen un comportamiento anfótero, esto es, pueden neutralizar las variaciones de pH del medio, ya que pueden comportarse como un ácido o una base y por tanto liberar o retirar protones (H+) del medio donde se encuentran. Página 15 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos ▪ Especificidad: Es una de las propiedades más características y se refiere a que cada una de las especies de seres vivos es capaz de fabricar sus propias proteínas (diferentes de las de otras especies) y, aún, dentro de una misma especie hay diferencias proteicas entre los distintos individuos. Esto no ocurre con los glúcidos y lípidos, que son comunes a todos los seres vivos. Esta propiedad explica algunos fenómenos biológicos como la compatibilidad o no de trasplantes de órganos, injertos biológicos, etc.., o los procesos alérgicos e incluso algunas infecciones. ▪ Desnaturalización: Consiste en la ruptura de los enlaces que mantenían sus estructuras cuaternaria, terciaria y secundaria, conservándose solamente la primaria. Los agentes que pueden desnaturalizar a una proteína pueden ser: calor excesivo, sustancias que modifican el pH, alteraciones en la concentración, agitación molecular,... El efecto más visible de este fenómeno es que las proteínas se hacen menos solubles o insolubles y que pierden su actividad biológica. Si el cambio de estructura es reversible, el proceso se llama renaturalización. 9.5. Funciones de las proteínas ▪ Función estructural: las membranas celulares son estructuras que contienen una alta proporción de proteínas. El colágeno, la elastina y la queratina son proteínas que aparecen formando parte de los huesos (colágeno), están bajo la piel (colágeno y elastina), o forman la epidermis de la piel, las uñas, los cuernos, los pelos o las plumas (queratina). ▪ Función de reserva: algunas como la albúmina del huevo, la caseína de la leche o la gliadina de las semillas de cereales son almacén de aminoácidos para los embriones en desarrollo. ▪ Función transportadora: hay proteínas sanguíneas que transportan lípidos (por ejemplo, el colesterol), la hemoglobina transporta oxígeno también en la sangre, la mioglobina lo hace en los músculos y los citocromos transportan electrones en las mitocondrias, permitiendo el proceso de la respiración celular. ▪ Función inmunológica: los anticuerpos que sintetizan los linfocitos son siempre proteínas (los anticuerpos son fabricados específicamente contra los antígenos o elementos extraños que penetran en el organismo). ▪ Función hormonal: muchas hormonas son proteínas, como la del crecimiento, la insulina o la adrenalina. ▪ Función contráctil: la actina y la miosina, responsables de la contracción muscular, son proteínas. ▪ Función protectora: el fibrinógeno es la proteína responsable del coágulo sanguíneo, así como muchos factores involucrados en la coagulación sanguínea son también proteínas. ▪ Función de reconocimiento celular: Los linfocitos y macrófagos usan diversas estructuras proteicas para reconocer las células propias de las extrañas. Página 16 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos ▪ Función enzimática o biocatalizadora: esta función es fundamental. Las enzimas son proteínas que favorecen y permiten que tengan lugar todas las reacciones químicas de las células (el metabolismo). Hay miles de ellas diferentes, que catalizan otras tantas reacciones. Son muy específicas y en su ausencia no tienen lugar las transformaciones químicas. Existen miles de enfermedades metabólicas congénitas debidas a la carencia de enzimas o a un defecto en las mismas. ÁCIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos son biomoléculas de elevado PM, compuestas por C, H, O, N y P. Se forman por la polimerización de unas subunidades denominadas nucleótidos. Según la composición se distinguen dos tipos: DNA y RNA. Estos dos ácidos nucleicos están presentes simultáneamente en todas las células vivas. En los virus, parásitos intracelulares obligados, aparecen de manera excluyente DNA o RNA. Son las moléculas encargadas de almacenar, transmitir y expresar la información genética, es decir, toda la información para la síntesis de la gran variedad de proteínas que se encuentran en los organismos está codificada en los ácidos nucleicos y es traducida por éstos. 10.1. Los nucleótidos Un nucleótido está formado por la unión de tres moléculas: un monosacárido de 5 carbonos ciclado (pentosa), una base nitrogenada y el ácido fosfórico. Al compuesto formado por la pentosa y la base nitrogenada lo conocemos como nucleósido: Al unirse el nucleósido con el ácido fosforico, se obtiene el nucleótido. En los nucleótidos, las pentosas pueden ser de dos tipos: ribosa y desoxirribosa. La ribosa se encuentra en los nucleótidos del ARN o ribonucleótidos y la desoxirribosa en los nucleótidos del ADN o desoxirribonucleótidos. Los átomos de C se numeran como 1´, 2´, 3´, 4´y 5´ para evitar confusión con los de las bases nitrogenadas. Por su parte, las bases nitrogenadas son compuestos heterocíclicos que contienen N. Forman estructuras planas y existen dos tipos: ▪ Bases púricas: Derivan de la purina. Son la adenina (A) y la guanina (G) ▪ Bases pirimidínicas: Derivan de la pirimidina. Son la citosina (C), la timina (T) y el uracilo (U). Página 17 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos Además de ser los constituyentes de los ácidos nucleicos, los nucleótidos y sus derivados cumplen otras funciones primordiales en las células. Cuando un nucleótido se modifica por la unión de dos grupos fosfato, se convierte en un transportador de energía, necesario para que se produzcan numerosas reacciones químicas celulares. El trifosfato de adenosina (ATP), que se compone de adenina, ribosa y tres grupos fosfato, es la molécula biológica proveedora de energía química más importante: es conocida como la “moneda energética” de las células, ya que es un depósito de energía química utilizada por las células en casi todos los procesos biológicos. Hay nucleótidos como el AMPc (adenosin monofosfato cíclico) actúan como mediadores en determinados procesos hormonales, transmitiendo al citoplasma celular señales químicas procedentes del exterior. Hay nucleótidos que tienen importantes funciones reguladoras: por ejemplo, las células contienen varios dinucleótidos como el FAD (flavin adenin dinucleótido) y el NAD (dinucleótido de nicotinamida y adenina), que actúan como coenzimas involucradas en reacciones de óxido-reducción. Para formar los ácidos nucleicos se establecen enlaces entre nucleótidos; el ácido fosfórico de un nucleótido se une a la pentosa del nucleótido siguiente, como se puede observar en la imagen. A ese enlace se le llama enlace nucleotídico (tipo fosfoéster). La adición de nuevos nucleótidos, hasta llegar a varios cientos o miles, origina un ácido nucleico, cuya molécula está formada por una larga cadena en la que las bases nitrogenadas quedan libres. 10.2. El ADN El ADN constituyente de los cromosomas es la molécula donde se encuentra codificada toda la información genética de un organismo. La información genética en el ADN se encuentra en la secuencia de los cuatro nucleótidos que lo componen. La información genética dicta la síntesis de proteínas, que son las verdaderas encargadas de construir las estructuras biológicas y de desarrollar las funciones de un ser vivo. Dado que un organismo tiene de millones (en las bacterias) a miles de millones (en las plantas y animales) de nucleótidos, las moléculas de ADN son capaces de codificar una cantidad muy grande de información. La estructura del ADN es conocida como estructura en doble hélice, y fue determinada en 1953 por James Watson y Francis Crick, gracias a trabajos previos en difracción de rayos X de Rossalind Franklin y Maurice Wilkins. Página 18 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos A esta doble hélice la consideramos la estructura secundaria del ADN, pero este puede compactarse mucho más. Gracias a unas proteínas denominadas histonas el ADN se enrolla y da lugar a unas estructuras denominadas nucleosomas, los cuales pueden empaquetarse generando lo que se conoce como el superenrrollamiento del ADN. El ADN presenta varios niveles de empaquetamiento: - Primer nivel de empaquetamiento o fibra de cromatina de 11 nm. Es conocido como "collar de perlas" o nucleosomas. Está constituida por la fibra de ADN de 2 nm (doble hélice) asociada a histonas, las cuales son proteínas básicas de baja masa molecular. - Segundo nivel de empaquetamiento o fibra de cromatina de 30 nm. Se le conoce como solenoide. Se forma por el enrollamiento sobre sí misma de la fibra de cromatina de 11 nm. - Tercer nivel de empaquetamiento. La fibra de 30nm forma una serie de bucles, denominados “dominios estructurales” en forma de bucle, de entre 20000 y 70000 pares de bases de longitud. Estos bucles miden de unos 300 a 700 nm. - Niveles superiores de empaquetamiento. Estas estructuras se van compactando durante la mitosis hasta formar los cromosomas. En células procariotas, mitocondrias y cloroplastos el ADN adopta una forma circular y se encuentra asociado a un número pequeño de proteínas que mantienen la estructura y el empaquetamiento. El ADN se localiza en el núcleo de la célula (ADN nuclear), formando la cromatina, y en el citoplasma, en el interior de las mitocondrias (ADN mitocondrial) o de los cloroplastos (ADN plastidial). La importancia del ADN se debe a dos propiedades que lo convierten en una biomolécula única e imprescindible para la vida. La primera es que contiene la información genética en la secuencia de sus bases nitrogenadas: según sea su orden y su distribución, así serán las proteínas que se sinteticen siguiendo las instrucciones del código genético, que hacen corresponder la secuencia de bases nitrogenadas del ADN con la secuencia de aminoácidos de la proteína. La segunda propiedad es que puede autoduplicarse, es decir, originar dos moléculas idénticas a sí mismo, lo que garantiza la conservación de la información genética a la descendencia. las moléculas de ADN se duplican para formar dos moléculas hijas idénticas. A este proceso se le llama replicación. La replicación es el proceso que garantiza que cuando una célula se divide cada una de las células hijas reciba una copia exacta e íntegra de la información hereditaria de la célula madre. Es un proceso semiconservativo en el que cada una de las moléculas hija contiene una hebra de la molécula original y otra nueva (o neoformada). En los organismos eucariotas los genes que codifican proteínas están divididos en exones (trozos de ADN codificantes) e intrones (trozos de ADN no codificantes). Página 19 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos Se estima que la porción funcional del genoma humano probablemente constituye solo de un 1,5% de nuestro ADN total. El resto de nuestro genoma (98,5% de nuestro ADN) es no codificante: no necesariamente materia genética nociva o tóxica, pero sí secuencias de nucleótidos ilegibles y fragmentadas que no son funcionales en términos de codificación de proteínas que estimulan las reacciones químicas importantes en nuestro organismo. En 1977 se secuenció el primer genoma que correspondía a un pequeño virus llamado bacteriófago Phi-X174. Su genoma tan sólo tenía 5386 pares de bases. Poco a poco se fueron secuenciando otros genomas cada vez más largos. El genoma humano es la totalidad de la información genética en las células humanas; incluye el contenido de ADN, tanto del núcleo como de la mitocondria. En el genoma está codificada la información necesaria para la expresión del fenotipo. El Proyecto Genoma Humano fue un proyecto de investigación científica que tenía el objetivo fundamental de determinar la secuencia de pares de bases nitrogenadas del ADN e identificar y cartografiar los genes del genoma humano desde un punto de vista físico y funcional. Se trataba de conocer la secuencia de nucleótidos de nuestro ADN y qué genes codificaban proteínas. Actualmente, se conoce que el número de pares de bases es de aproximadamente 3 000 millones en los 46 cromosomas humanos. El genoma humano se decodificó por completo en el año 2003. Algunas de las principales conclusiones obtenidas del Proyecto Genoma Humano son: ⮚ Tenemos unos 25000 genes de tamaño variable, formados por unos 3000 millones de nucleótidos. ⮚ Compartimos más del 99,9 % con los demás humanos. El 0,1 % es lo que hace que seamos distintos a los demás. ⮚ Compartimos muchos genes con otras especies. por ejemplo, compartimos más del 90 % de los genes con los ratones y el 98 % con los chimpancés. ⮚ Sólo el 1% del ADN codifica proteínas (ADN codificante), el resto (ADN no codificante) no se sabe aún del todo su función. ⮚ Cada gen codifica información para muchas proteínas, no solo una. Como curiosidad: tras realizar multitud de cálculos y operaciones matemáticas, son muchos los expertos que han dado con una cifra realmente sorprendente: en cada célula tenemos 2 m de DNA, por lo que en todo nuestro cuerpo poseería una longitud de más de 100 000 millones de kilómetros. Una extensión que representada físicamente podría cubrir la distancia de la Tierra a la Luna unas 7000 veces, y cuyo peso sería únicamente de 0,18 gramos. 10.3. El ARN El ARN es el ácido nucleico más abundante en las células y su proporción en general es muy superior a la del ADN: una célula típica contiene 10 veces más ARN que ADN. Al igual que el ADN, las moléculas de ARN son también polímeros formados por la unión de nucleótidos que, en este caso, son ribonucleótidos de adenina, guanina, citosina y uracilo y, en menor proporción y en algunos tipos de ARN, otras bases nitrogenadas. Página 20 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos Los ARN, excepto en el caso de algunos virus (reovirus) que son bicatenarios con estructura en doble hélice, son monocatenarios y suelen tener únicamente estructura primaria. Aunque los RNA tengan una sola cadena polinucleotídica, en algunos casos pueden presentar regiones de apareamiento complementarias en la cadena capaces de formar una doble hélice. Entre sus principales funciones están: ▪ Copiar la información del ADN (transcripción) para que, después, tenga lugar la traducción o síntesis de proteínas. ▪ Portar los aminoácidos específicos hasta los ribosomas. ▪ Formar los ribosomas. Los ARN de eucariotas se sintetizan en el núcleo y posteriormente van al citoplasma donde ejercen su función. En los virus donde no existe ADN (reovirus) el ARN es el encargado de portar y transmitir la información genética. Existe la hipótesis de que fue el ARN la primera molécula capaz de regir su autoduplicación y ser responsable del origen de la vida. Posteriormente esta capacidad quedó relegada al ADN ya que su estructura es más estable. Hay muchos tipos de ARN. Los tres más importantes son el mensajero (ARNm), el ribosómico (ARNr) y el de transferencia (ARNt). Además, existen ARN precursores, como el nucleolar (ARNn), del que deriva el ribosómico, el heterogéneo nuclear (ARNhn), que es el pre-ARMm, o los micro ARN (m-ARN). 🗹 ARN mensajero (ARNm): se sintetiza en el núcleo celular, y lleva la información genética desde el ADN hasta los ribosomas, donde se fabrican las proteínas. Constituye del 3% al 5% del ARN total, su tamaño es bastante variable (molécula corta y lineal de hasta 5000 nucleótidos), de vida corta y carece de estructura tridimensional definida (su estructura es primaria). Su función es copiar la información genética del ADN (transcripción) y existe un ARN mensajero distinto para cada tipo de proteína que se produce en la célula pues cada molécula de ARN mensajero recoge la información de un solo gen, y en general incluye la información para una única proteína. 🗹 ARN transferente (ARNt): son los ARN de menor tamaño, constan de 75 a 100 nucleótidos, y representan el 15% del ARN total. Está formado por moléculas pequeñas. Tiene forma de hoja de trébol, con 4 brazos con estructura primaria y secundaria. Existen unos 60 tipos diferentes de ARNt que se sintetizan en el núcleo por la transcripción de zonas concretas del ADN y tras madurar, salen al citoplasma donde realiza su función que consiste en captar aminoácidos específicos en el citoplasma y transportarlos hasta los ribosomas, donde, siguiendo la secuencia dictada por el ARNm, se sintetizan las proteínas. 🗹 ARN ribosómico (ARNr): es el ARN más abundante de todos: supone el 80% del total. Se fabrica en el nucléolo, y al salir al citoplasma su función es formar los ribosomas donde se realizará la síntesis de proteínas. 🗹 ARN pequeño nuclear (ARNpn), forma las ribonucleoproteínas nucleares, que eliminan intrones en el proceso de maduración del ARNm. 🗹 ARN de interferencia (ARNi), es utilizado por determinadas enzimas para reconocer ARNm concretos. Página 21 [email protected]  Colegio Nª Sra. de los Infantes. Toledo CURSO 2024 – 2025 Biología, Geología y Ciencias Ambientales 1º Bachillerato 1.I. Composición de los seres vivos 🗹 MicroARN (miARN), tienen gran importancia en la regulación de la expresión génica, estimándose que hasta un 20-30% de los genes del genoma humano puede estar regulado por el mecanismo de interferencia por miARN. Hasta el momento se han identificado más de 300 genes de miARN y se estima que pueden existir muchos más. Página 22 [email protected]