Unidad 1: la célula, unidad estructural de los seres vivos




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títuloUnidad 1: la célula, unidad estructural de los seres vivos
fecha de publicación25.01.2016
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Liceo Manuel Barros Borgoño

Dpto. de Biología

Curso: 1º medio
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UNIDAD 1: LA CÉLULA, UNIDAD ESTRUCTURAL DE LOS SERES VIVOS.

TEMA 2: BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS II.


1. ÁCIDOS NUCLEICOS.
1.1 Composición y estructura. Estas biomoléculas están formadas por átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo (C, H, O, N, P). Los ladrillos de construcción de los ácidos nucleicos corresponden a los monómeros llamados NUCLEÓTIDOS (Figura 1). Los nucleótidos están formados por 3 componentes:


  • una AZÚCAR PENTOSA, un monosacárido formado por 5 átomos de carbono;

  • un GRUPO FOSFATO, molécula con carga negativa formada por átomos de P y O. El grupo fosfato le confiere carga negativa al nucleótido y, en consecuencia, a los ácidos nucleicos; y

  • una BASE NITROGENADA, molécula formada por átomos de C, H, O y N.



Figura 1. Estructura de un nucleótido

Existen dos tipos de bases nitrogenadas: las que tienen un doble anillo reciben el nombre de purinas, cuyos representantes son las adenina (A) y la guanina (G); en tanto las bases nitrogenadas de anillo simple se llaman pirimidinas, dentro de las cuales se encuentran la citocina (C), el uracilo (U; sólo se encuentra en el ARN) y la timina (T; sólo se encuentra en el ADN). La estructura química de cada una de ellas se detalla en la siguiente figura:

Los nucleótidos se unen entre sí mediante ENLACES FOSFODIÉSTER, formando largas cadenas de nucleótidos que reciben el nombre de POLINUCLEÓTIDOS (Figura 2 ). El componente del nucleótido que participa en la formación de dicho enlace es el grupo fosfato.





Figura 2. La figura muestra 4 nucleótidos unidos entre sí. Observe que estos se encuentran unidos por enlaces fosfodiéster. Decenas a miles de nucleótidos forman a los polinucleótidos, también llamados ácidos nucleicos.


1.2 Tipos. Existen 2 tipos de ácidos nucleicos: el ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico).
Desde un punto de vista estructural, estos ácidos nucleicos se diferencian en tres aspectos:


  • La azúcar presente en el nucleótido que forma parte del ADN corresponde a la pentosa desoxirribosa, en tanto, la azúcar pentosa presente en el ARN es la ribosa. Los nucleótidos que presentan desoxirribosa se llaman desoxirribonucleótidos y forman parte del ADN, mientras que los nucleótidos que contienen ribosa se denominan ribonucleótidos y forman al ARN.

  • Adicionalmente, el ADN se caracteriza porque su estructura está organizada a partir de dos polinucleótidos (también llamados hebras o cadenas), los que se entrelazan, generando una estructura semejante a una escalera de caracol, en donde las bases nitrogenadas de las 2 cadenas interactúan mediante fuerzas atractivas que las mantienen unidas. Estas fuerzas reciben el nombre de puentes de hidrógeno. La adenina siempre se une con la timina a través de dos puentes de hidrógeno y la citocina se une con la guanina mediante tres puentes de hidrógeno.

Por su parte, la estructura del ARN corresponde a sólo un polinucleótido. A continuación se presenta un dibujo esquemático que muestra esta última diferencia:




  • Finalmente, la base nitrogenada exclusiva del ADN es la timina (T), mientas que en el ARN lo es el uracilo (U). La A, C y G son comunes a ambos tipos de ácidos nucleicos.


1.3 Funciones. El ADN almacena, transmite y expresa la información genética de las células. Esta información controla toda la actividad celular, debido a que es la base para la síntesis de proteínas. El ARN, por su parte, permite la expresión de dicha información al participar de forma directa en la síntesis de proteínas (Figura 3). Las proteínas, por su parte, ejecutan las instrucciones de la información contenida en el ADN (son los “obreros de la célula).

Figura 3. La información contenida en el ADN es copiada y llevada por una molécula de ARNm hacia el citoplasma, en donde es captada por un ribosoma, el cual comienza a formar una proteína a partir de la información proporcionada por el ARNm.

1.4 Comportamiento respecto al agua: son hidrofílicos y solubles en agua.



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ACTIVIDAD 1. Comprendiendo las ideas principales.


1. Completa las siguientes oraciones.
a) Los carbohidratos están formados por átomos de _____________.

b) El nombre de los monómeros de los ácidos nucleicos recibe el nombre de _________________.

c) El nombre del polímero de los ácidos nucleicos recibe el nombre de ______________________.

d) Los monómeros de los ácidos nucleicos se unen mediante un enlace denominado ___________.

e) La función del ADN es _________________________________________________________.

f) La función del ARN es __________________________________________________________.

g) Los ácidos nucleicos poseen carga ________________.

h) Los ácidos nucleicos son _______________ y solubles en agua.
2. Contesta si las siguientes aseveraciones son verdaderas o falsas. Justifica las falsas.


1.

___

Un nucleótido está formado por un grupo fosfato, una azúcar de 6 carbonos y una base nitrogenada.

2.

___

En un nucleótido, el grupo fosfato se une directamente a la base nitrogenada.

3.

___

El grupo fosfato de los nucleótidos es el único componente (de los 3) que presenta un átomo de fósforo.

4.

___

Los nucleótidos se unen mediante enlaces peptídicos.

5.

___

Los ácidos nucleicos corresponden a cadenas de nucleótidos unidos entre sí.

6.

___

El ADN se diferencia del ARN en que éste último está formado por dos polinucleótidos.

7.

___

La azúcar presente en el ADN es la ribosa.

8.

___

El ARN se encarga transportar hacia el citoplasma la información contenida en el ADN.

9.

___

El ADN es capaz de controlar toda la actividad celular, gracias a que posee las instrucciones necesarias para la síntesis de todas las proteínas de una célula.

10.

___

Las proteínas son sintetizadas por los ribosomas al interior del núcleo.


3. Responde las siguientes preguntas.
1. Dibuja un nucleótido, indicando sus 3 componentes.





2. ¿Qué componente del nucleótido participa en la unión de un nucleótido con otro?

_______________________________________________________________________________
3. En el ADN los dos polinucleótidos se mantienen unidos por fuerzas llamadas puentes de hidrógeno. ¿Entre que estructuras del nucleótidos se establecen estas fuerzas?

_______________________________________________________________________________
4. Desde un punto de vista químico, ¿Qué es el ADN?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5. Indica 2 diferencias ente el ADN y el ARN.

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6. ¿En qué organelo de la célula se fabrican las proteínas? ¿Qué biomolécula tiene la información para ello? ¿Qué biomolécula permite la expresión de esa información?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
7. ¿Qué biomolécula lleva la información contenida en el ADN hacia el citoplasma para la fabricación de proteínas?

_______________________________________________________________________________



2. PROTEÍNAS.
2.1 Composición y estructura. Las proteínas están formadas por átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre (C, H, O, N, S). Estos átomos se unen entre sí, formando moléculas llamadas AMINOÁCIDOS, que representan los bloques de construcción de las proteínas, es decir, corresponden a los monómeros de estas biomoléculas. Existen 20 aminoácidos diferentes, sin embargo, todos ellos presentan la misma estructura básica que se muestra a continuación:



En la figura anterior, se observa un átomo de carbono central, al cual se une un grupo amino (-NH2), un grupo ácido carboxílico (-COOH), un átomo de hidrógeno y el grupo R (letra que simboliza al resto de la molécula). Este grupo R es variable y determina la identidad del aminoácido. Así por ejemplo, los aminoácidos glicina, alanina y valina tienen la misma estructura básica, diferenciándose sólo en el grupo R, tal como lo muestra la siguiente figura:


Es importante mencionar que de los 20 aminoácidos, sólo 2 de ellos presentan un átomo de azufre en su estructura (la metionina y la cisteína).
Además, de esos 20 aminoácidos, sólo 10 de ellos son fabricados por el organismo. Los otros 10 restantes deben ser incorporados en la dieta y reciben el nombre de aminoácidos esenciales. Es de vital importancia suministrar este tipo de aminoácidos en la dieta de los niños, ya que la falta de éstos limita el desarrollo de los organismos, impidiendo la renovación y producción de tejidos nuevos, como ocurre en el crecimiento.




Los aminoácidos se unen entre sí a través de ENLACES PEPTÍDICOS. Los enlaces peptídicos se establecen entre el grupo ácido carboxílico de un aminoácido y el grupo amino del aminoácido siguiente. Los enlaces peptídicos forman una larga cadena de aminoácidos llamada POLIPÉPTIDO (Figura 4), en consecuencia, el polipéptido corresponde al polímero de estas biomoléculas.

Figura 4. La imagen muestra un esquema simplificado de un polipéptido, en donde cada óvalo representa un aminoácido unido al siguiente a través de un enlace peptídico. Los polipéptidos suelen estar formados por decenas de aminoácidos, formando grandes macromoléculas.




Los polipéptidos se pliegan, formando una estructura tridimensional llamada PROTEÍNA (Figura 5). La estructura tridimensional que adopta una proteína le permite cumplir una función específica.

Figura 5. La imagen muestra una representación simplificada de un polipéptido que se ha plegado para originar una proteína con una forma tridimensional específica.
La estructura tridimensional de una proteína está determinada, a su vez, por el número, tipo y secuencia de aminoácidos que forman a dicha proteína. Los 20 tipos de aminoácidos pueden ordenarse en cualquier secuencia y estar repetidos varias veces en una mima proteína, de manera que la diversidad de proteínas posibles en los

organismos vivientes es prácticamente infinita.
Existen ciertos factores que provocan que la proteína pierda su forma normal, lo que tiene como consecuencia la pérdida de su función. A este fenómeno se le conoce con el nombre de DESNATURALIZACIÓN (Figura 6) y sucede, por ejemplo, cuando una proteína es sometida a elevadas temperaturas.

Figura 6. Cuando las proteínas son sometidas a ciertos factores, tal como elevadas temperaturas, estas biomoléculas pierden su forma y, en consecuencia, su función.


2.2 Funciones. Las proteínas son de primordial importancia para la vida de las células. Son las biomoléculas orgánicas más abundantes, representando más del 50% del peso seco de la célula. Constituyen las unidades básicas que estructuran la arquitectura celular y regulan todas las actividades que se llevan a cabo en ella. A continuación se presenta una tabla que resume algunas de sus funciones.



FUNCIÓN

EJEMPLOS

Estructural

La proteína queratina es un componente estructural de pelos y uñas; otras proteínas también forman parte de componentes celulares, como los ribosomas y la membrana plasmática.

Transporte de sustancias

La proteína de los glóbulos rojos se denomina hemoglobina y tiene la importante función de transportar el oxígeno; otras proteínas presentes en la membrana celular se encargan del transporte de sustancias a través de ella.

Defensa del organismo

Los anticuerpos son proteínas que combaten microorganismos que causan infecciones, como las bacterias o los virus.

Regulación de las actividades de un organismo.

La insulina, una hormona secretada por el páncreas, se encarga de la regulación de la glucosa en la sangre.

Movimiento

La actina y miosina son proteínas contráctiles que se encuentran en el interior de los músculos y que se encargan de la contracción muscular y, por lo tanto, del movimiento.

Aceleran reacciones químicas

Las proteínas que aceleran la ocurrencia de las reacciones químicas en la célula reciben el nombre de enzimas. Un ejemplo de ello es la catalasa que se encuentra en los peroxisomas, la cual es la responsable de que el agua oxigenada se descomponga rápidamente en agua y oxígeno.


2.3 Comportamiento respecto al agua. Las proteínas pueden ser hidrofílicas, hidrofóbicas o anfipáticas. Por otra parte, pueden ser solubles o insolubles en agua.



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ACTIVIDAD 2. Comprendiendo las ideas principales.

1. Completa las siguientes oraciones.
a) Las proteínas están formados por átomos de _____________.

b) El nombre de los monómeros de las proteínas recibe el nombre de _________________.

c) El nombre del polímero de las proteínas recibe el nombre de ______________________.

d) Los monómeros de las proteínas se unen mediante un enlace denominado ______________.
2. Contesta si las siguientes aseveraciones son verdaderas o falsas. Justifica las falsas.


1.

___

Los aminoácidos son los componentes estructurales de las proteínas.

2.

___

Los aminoácidos presentan un grupo amino y un grupo ácido carboxílico.

3.

___

Los 20 aminoácidos que existen tienen la misma estructura básica, diferenciándose sólo en el grupo R.

4.

___

Todos los aminoácidos están formados por átomos de C, H, O, N y S.

5.

___

Las proteínas resultan del plegamiento de los polipéptidos.

6.

___

La función de las proteínas no depende su forma tridimensional.

7.

___

La desnaturalización es el proceso mediante el cual el polipéptido se pliega para originar a una proteína.

8.

___

La hemoglobina es una proteína que provoca el desplazamiento de los glóbulos rojos por la sangre.

9.

___

Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química. Los catalizadores presentes en las células reciben el nombre de queratina.

10.

___

Algunas proteínas que se encuentran en la membrana celular ayudan al intercambio de sustancia entre la célula y su ambiente.

11.

___

Los anticuerpos son proteínas que permiten defendernos de las infecciones.

12.

___

Las proteínas tienen función estructural, ya que forman estructuras corporales como el pelo y las uñas.

13.

___

Los espermatozoides se desplazan gracias a las proteínas que se encuentran en su interior.

14.

___

Algunas hormonas (sustancias que regulan algunas funciones corporales) son proteínas, como la insulina o la hormona del crecimiento.

15.

___

De todas las biomoléculas orgánicas, las proteínas son las que cumplen una mayor diversidad de funciones.


3. Responde las siguientes preguntas.
1. ¿Cuál de las biomoléculas orgánicas es la más abundante?

_______________________________________________________________________________
2. ¿Qué alimentos son ricos en proteínas? (indica al menos 3).

_______________________________________________________________________________
3. ¿Qué diferencia existe entre un polipéptido y una proteína?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. La clara de huevo es rica en proteínas. Cuando se fríe cambia su consistencia debido a que el calor modifica su estructura química. ¿Cómo se llama este fenómeno?

_______________________________________________________________________________
5. ¿Qué son los aminoácidos esenciales?

_______________________________________________________________________________


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