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Unidad 1 – La célula como unidad de los seres vivos

Seres vivos
Todos los seres vivos se caracterizan por tener:
- Organización morfológica y funcional específica: Todos los seres vivos están formados por al menos una célula, y cada una de ellas posee el poder de captar nuevas moléculas y crecer, teniendo vida y desarrollo independiente. (Ejemplo los huevos, y que donde hay una célula, hubo otra antes de donde esta salió)

Teoría celular: Todos los seres vivos están constituidos por una o más unidades llamadas células, y cada célula es capaz de mantenerse viva independientemente del resto. Las células solo pueden provenir de otras células.

- Nutrición y metabolismo: Todos los seres vivos necesitan aporte constante de materia y energía para mantener el conjunto de reacciones químicas y transformaciones energéticas para vivir. La suma de esas reacciones y transformaciones hacen al metabolismo, el cual varia de acuerdo a la complejidad y el tamaño del organismo, su hábitat su ciclo vital, etc.

- Homeostasis: Equilibrio y regulación permanente de distintas variables que caracterizan a un organismo o célula. (ejemplo regulación de agua, sales, oxigeno)

- Crecimiento: Proceso regulado propio de cada especie y organismo, aumento de masa celular y de número de células. Esto esta genéticamente determinado, por eso algunos crecen permanentemente y otros hasta cierto punto.

- Reproducción: Todo ser vivo nace de otro semejante a el, sexual o asexualmente se trata de una división del ADN, una transferencia de información hereditaria.

- Irritabilidad: Captar y responder a estímulos provenientes del medio o del propio organismo.

- Movimiento: Movimiento producto de la actividad del organismo, traslación en animales y rotación de hojas en algunos árboles por ejemplo.

- Adaptación: Posibilidad de cambiar la estructura, el funcionamiento o comportamiento para mejorar las posibilidades de subsistencia.

- Automantenimiento autopoyesis: capacidad de los sistemas de producirse a sí mismos, o sea, de generar los propios componentes que a su vez vuelven a producir los componentes que los produjeron. Entonces, un sistema autopoyético es un sistema que en vez de ser programado desde fuera, se hace a sí mismo. Por ejemplo: el ADN tiene información para la síntesis de proteínas pero, a su vez, hay proteínas que intervienen en la síntesis de ADN. (de ahí el término autopoyesis: auto = propio, poiesis = creación)


Niveles de organización
(en machete 1)
Reinos
(Cuadro en otro Word)
Encontramos:
- Productores: son los autótrofos y los que dan comienzo a toda cadena trófica por ser los responsables de captar la energía lumínica y materia inorgánica (agua, dióxido de carbono, etc.) y transformarlos en materia orgánica con energía química.
- Consumidores: son heterótrofos. Los de primer orden son los que se alimentan de los productores; los de segundo orden son los que se alimentan de los consumidores de primer orden; los de tercer orden son los que se alimentan de los de segundo orden; etc.
- Descomponedores: son hongos y bacterias responsables de degradar los restos orgánicos de los otros seres vivos y transformarlos en moléculas inorgánicas que serán reutilizadas por los productores. Su rol tiene que ver con el reciclado de la materia.

Organización general de la célula
Formas de estudiar las células:
Microscopía: Hay dos tipos básicos de microscopios: microscopios ópticos y microscopios electrónicos. Dentro de estos últimos encontramos los microscopios electrónicos de transmisión o MET y microscopios de barrido o MEB. Se distinguen por su límite de resolución, los electrónicos ven mucho mas.
¿Qué podemos observar con cada uno de estos microscopios?
- Microscopio óptico: las células observadas pueden estar vivas o muertas. Se puede observar la presencia o ausencia de núcleo, la forma celular, las mitocondrias y cloroplastos (sin detalle).
- MET: las células observadas deben estar muertas después de haber sido tratadas con iones de metales pesados. Permite la observación de detalles a escala macromolecular.
- MEB: para observar células muertas, después de haber sido tratadas con iones de metales pesados. Permite obtener imágenes tridimensionales.
Al conjunto de técnicas de preparación de las muestras previas a su observación, se lo denomina técnica histológica.
- Fraccionamiento celular: Esta técnica permite aislar los distintos componentes celulares para, de este modo, poder estudiarlos separadamente. Se basa principalmente en que los componentes celulares tienen distintas densidades, lo que posibilita separarlos por medio de la centrifugación (decanta lo más denso y lo menos denso queda en solución).
- Cultivos celulares o cultivos de tejidos: Consisten en la extracción de las células de interés, de su medio natural, para luego colocarlas en recipientes especiales y adecuados. Se debe tener especial cuidado en mantener la nutrición, la oxigenación y la temperatura, y asegurar el cierre hermético del recipiente para evitar contaminaciones.

Características que hacen considerar a las células vivas:
- Unidad de composición: La célula está formada por agua y por las mismas clases de moléculas orgánicas (ácidos nucleicos, proteínas, glúcidos, lípidos)
- Unidad de estructura: no pueden dividirse en partes, se moriría.
- Unidades de función: deben cumplir todas las funciones vitales esenciales de la materia viva (respirar, alimentarse, reproducirse, etc)
- Son sistemas complejos, sus estructuras y organelas desempeñan funciones específicas, hacen posible una organización general armónica, coordenada y eficiente.
- Se reproducen, a través de una división celular (mitosis, implica la duplicación de todas las estructuras celulares y sus cromosomas, formados por ADN)
- Metabolizan, se construye materia y se almacena energía, o se degrada materia y libera energía. Por ejemplo: las células fotosintetizadoras captan energía lumínica y la transforman en energía química, almacenándola al formar moléculas de glucosa. Estas moléculas energéticas serán el combustible para el resto de las células heterótrofas (animales, protozoos, hongos, etc.)
- Mantienen un equilibrio interno (homeostasis) es la autoregulacion, controlan situaciones, ejemplo: hidratación, variaciones nutricionales, etc)
- Irritabilidad, responden a estimulos
- Evolucionan, tuvieron adaptaciones que les permiten sobrevivir en el medio y tiempo.

Células procariontes
Son poco complejas internamente, sin núcleo, su material genético esta distribuido por el citoplasma en un espacio llamado nucleoide, y carecen de membrana o envoltura nuclear. (son importantes, pueden ser descomponedores de restos orgánicos o pueden fijar el nitrógeno atmosférico, y pueden ser bacterias)
Células bacterianas: Su tamaño esta determinado genéticamente y puede estar influido por el ambiente. Al ser pequeñas crecen y se multiplican muy rápido. Tienen alta capacidad adaptativa a diferentes ambientes,
Estructuras presentes en una célula procarionte:
- Cápsula: formada por un material mucoso. Permite a las bacterias adherirse entre sí o a sustratos.
- Flagelos: Su función se relaciona con los desplazamientos de estas células.
- Pared celular: rígida o flexible, porosa. Brinda protección.
- Membrana plasmática: bicapa de fosfolípidos con proteínas asociadas. Ausencia de colesterol. Presenta pliegues hacia el interior que aumentan su superficie con diversas funciones (respiración celular, fotosíntesis, etc.). Uno de ellos es el mesosoma (punto de unión de la membrana con el ADN).
- ADN: una sola molécula circular, no asociada a histonas. Está disperso en el citoplasma.
- Ribosomas 70S aislados o agrupados en polirribosomas.




Células eucariotas
Tienen un sistema de membranas internas (endomembranas) que separan las funciones en diferentes compartimentos, tiene un núcleo (estructura de doble membrana que contiene el ADN) y el resto del contenido se llama citoplasma.
Osea que la célula tiene ADN y citoplasma. En el citoplasma se llevan a cabo las reacciones metabólicas y se encuentran compartimentos celulares rodeados por membranas llamados organelas. Es mucho mas grande que la procarionte, se resiste mas a los cambios en el ambiente, requiere mas energía y tiene división del trabajo.
Estan delimitadas por una membrana plasmática, y en el interior están divididas en un sistema de compartimientos rodeada por una membrana de la misma naturaleza que la plasmática. Estos compartimientos tienen diferente estructura y diferente función.
El núcleo está limitado por una envoltura de doble membrana con poros y contiene el material genético de la célula.
Compartimentos delimitados por doble membrana: son los que se encargan de las reacciones de transformación y almacenamiento de energía útil para la célula. Son las mitocondrias: son organelas (compartimentos rodeados por una membrana) que se encuentran libres en el citoplasma, intervienen en la oxidación de moléculas organicas y en la consecuente producción de energía en la celula. En ella es posible hallar ADN desnudo y ribosomas propios de la mitocondria. Y los cloroplastos: son organelas que tienen solo las células eucariotas autótrofas (que se pueden alimentar a si mismas) en ellos se realiza la fotosíntesis, osea que están en las células animales, estas células también tienen plástidos: contienen microgotas de lípidos y poseen material genético propio.

Virus
Los virus no son células, estas estructuras se encuentran formadas por macromoléculas que poseen una o mas cadenas de acido nucleico contenido en una cápside formada por proteínas, pero sin red de sistemas. Estas macromoléculas deben valerse de alguna célula y utilizar su maquinaria, osea que son parásitos intracelulares obligados, dependen de una célula huésped para reproducirse y para sintetizar sus proteínas, y replicar su genoma, ya que carecen de la capacidad para incorporar materia y transformar energía. Son pequeños y pueden pasar a través de los filtros diseñados para retener a las bacterias.
El virion (partícula vírica) es un genoma de acido nucleico envuelto por una cubierta proteica o membrana, puede contener proteínas que se asocian con el genoma y forman nucleocapsides. El genoma puede ser ADN o ARN.
Los virus pueden tener envoltura o pueden estar desnudos, los desnudos no suelen soportar el medio, por eso solo se transmiten por vía fecal-oral o por aguas residuales, los que tienen envoltura lo hacen a través de sangre y otros fluidos corporales.
Etapas de su multiplicación:
- Adsorción: fase invasiva, primero debe reconocer y adherirse a las células que permitan su reproducción, se lleva a cabo por la interacción de las proteínas virales de la envoltura del virus, con las proteínas de la membrana celular.
- Una vez que se adhiere, la penetra y se desnuda, quedando el acido nucleico viral libre dentro de la célula, es cuando el genoma puede realizar copias de si mismo utilizando las enzimas de la célula.

Todos los virus con ADN duplican su genoma con mecanismos y herramientas similares a los empleados por las células pudiendo usar sus enzimas (excepto el Poxvirus que tiene una enzima propia y se replica en el citoplasma)

Los virus con ARN se duplican con tres estrategias: 1- el ARN es infectivo por si mismo porque funciona como ARNm; 2- el ARN tiene ARN polimerasa, que transcribe el ARNm del ARN original; 3- el ARN se transforma en ADN, el cual penetra el núcleo de la célula y se integra al genoma del huésped para luego ser transcripto como un gen celular mas. (Retrovirus, ejemplo HIV)

Infecciones virales
Un virus puede ingresar al organismo a través de fisuras en la piel o de membranas mucoepiteliales existentes en los orificios corporales. Una vez adentro, se replica en células que expresan receptores específicos y tienen una maquinaria biosintética apropiada.
La infección vírica de una célula puede conducir a tres resultados:
- La infección fracasa y el virus no puede multiplicarse: infección abortiva
- La célula es infectada y se produce la muerte de la célula con la liberación del virus a otras células: infección lítica.
- La célula se infecta pero se produce multiplicación del virus sin muerte celular: infección persistente.
Cuando se produjo una progenie (reproducción) viral puede pasar:
- Que el virus se disemine en forma local infectando a células vecinas
- Que el virus se distribuya por todo el organismo: viremia.

Agentes sub-virales
Los viroides: composición y estructura
Los viroides son entidades infectivas subvirosicas que producen enfermedades a las plantas. También son parásitos intracelulares obligatorios y presentan ARN.
Están formados por una corta cadena de ARN, (unida en los extremos, formando un circulo) por lo tanto carecen de suficiente información para codificar una proteína que les permita reproducirse. No poseen envoltura. Este ARN esta localizado dentro del núcleo de la célula infectada.
Los viroides se asocial al núcleo y es probable que también al sistema endomembranoso de la célula. Se propagan aprovechando el proceso de reproducción vegetatica de algunas plantas a partir de tubérculos y gajos, siendo capaces algunos de transmitirse a través de las semillas.


Priones
Son proteínas infecciosas. Agentes responsables de encefalopatías espongiformes transmisibles, que afectan al sistema nervioso central (entre ellas la conocida enfermedad de la vaca loca, por ejemplo). Pertenecen al nivel de organización macromolecular por estar formados por una proteína. Su transmisión puede ser: esporádica, hereditaria o infecciosa.
Virus satélites y ARNs satélite.
Los virus satélites son similares a los virus, son capaces de producir enfermedades que se asocian a ciertos virus pero dependen del virus común para poder multiplicarse y enfermar a un organismo.
Los ARN satélites son pequeñas moléculas de ARN lineal que existen en ciertos virus, pueden estar relacionados al ARN del virus (empaquetados en sus capsides) o también al ARN de las células del organismo hospedante. Se reproducen solo en presencia del virus colaborador. Atenúan las infecciones virales, puede ser una respuesta protectiva del hospedante.

Organización molecular de la célula
Una unión química es una fuerza de atracción electrostática que mantiene unidos a los átomos, se unen por la energía que tiene cada uno, cuanto más energía más fuerte es la unión.
Un enlace covalente se forma cuando dos átomos comparten uno o mas pares de electrones, para alcanzar cada uno de ellos la configuración electrónica mas estable. Si comparten un par es un enlace covalente simple, si comparten dos pares es doble y si comparten tres pares es triple.
Un enlace iónico se forma como resultado de la atracción entre iones de carga opuesta. Los iones se forman por la tendencia a ganar o perder electrones para alcanzar la configuración electrónica mas estable. Su fuerza depende del medio, cuanto más polar es, más débil es la unión.
Todos los organismos vivientes están organizados alrededor del elemento carbono. Las moléculas organizadas a su alrededor constituyen los compuestos orgánicos. El átomo de carbono forma uniones covalentes muy fuertes entre si y con átomos de otros elementos, dando origen a diversos grupos funcionales. Posee la capacidad de establecer enlaces simples, dobles y triples con los otros átomos de carbono formando cadenas y anillos de diferentes tamaños, esto le da la posibilidad de participar en la formación de muchos compuestos.
Ordenamiento de las moléculas dentro de la célula
Esta controlado por uniones débiles que se establecen entre átomos de la misma o de diferentes moléculas. Las uniones dentro de la misma molécula contribuyen a darle la forma y la flexibilidad de las que depende su función. Las uniones intermoleculares débiles participan en el reconocimiento de los componentes celulares y en la formación de organelas.
La vida se origino en el agua, que es el componente más abundante de los seres vivos y es una molécula polar. El agua es el solvente donde se hallan disueltas las sustancias necesarias para la existencia de las células. Las estructuras, propiedades y comportamiento de las biomoleculas (glúcidos, lípidos, ácidos nucleicos y proteínas) están influenciadas por el agua.
Los compuestos iónicos y las moléculas polares son solubles en agua, el agua tiene propiedades solventes únicas debido a la naturaleza polar de sus moléculas y a su capacidad para formar uniones puente de hidrogeno.
Es imposible insertar en el agua una molécula orgánica no polar, incapaz de establecer enlaces puente hidrogeno. La tendencia de las moléculas no polares a asociarse en presencia del agua, se llama interacciones hidrofobicas. Las interacciones hidrofobicas son importantes en las interacciones moleculares en los sistemas biológicos (enzima-sustrato, antígeno-anticuerpo) y en la formación de estructuras subcelulares como las membranas. Existen otros grupos de sustancias que tienen en sus moléculas simultáneamente grupos polares y no polares, son las sustancias anfipaticas o anfifilicas (ejemplo el jabon)

Todos los seres vivos están formados por las mismas clases de biomoléculas, que están constituidas por:
- Glúcidos: todos derivados de los monosacáridos. Son sustancias que tienen en común los grupos funcionales aldehído o cetona y alcoholes.
- Lípidos: que constituyen una gran variedad de sustancias con la característica común de ser insolubles en solventes polares
- Proteínas: de las que hay varios miles diferentes, todas formadas por los mismos veinte aminoácidos.
- Ácidos nucleicos: responsables de nuestra identidad, son el resultado de la combinación en largas cadenas de cuatro nucleótidos diferentes.

Proteínas
Las proteínas son las macromoléculas mas abundantes en las células, todas las características de los seres vivos dependen de estas, son las biomoleculas de mayor variedad estructural y funcional, sus funciones se dividen en dinámicas (proteínas globulares) y estructurales (proteínas fibrosas)
Los procesos bioquímicos requieren estructuras dinámicas: muchas proteínas (las globulares) realizan sus funciones a través de la unión con otras moléculas a las que reconocen específicamente. La unión que se establece entre estas es dinámica. La proteína reconoce su molécula específica, se le une y en algunos casos interactúa con ella, después la libera.
La actividad metabólica de la célula depende de las proteínas enzimáticas que catalizan reacciones químicas, los genes llevan la información que determina cada una de las proteínas del organismo, y a su vez estos genes requieren de proteínas que cooperan con los ácidos nucleicos, como las que replican el ADN, o la síntesis de ARN y de las mismas proteínas.
Otras proteínas, las que permiten la entrada y salida de sustancias de los compartimentos celulares, cumplen la función de transporte. (ejemplo glucosa o aminoácidos, necesitan de transportadores)
Las proteínas son importantes en el control del metabolismo celular, algunas son mensajeros químicos (hormonas) y otras ubicadas en las membranas reconocen a los mensajeros, constituyen receptores específicos de hormonas o neurotransmisores.
La defensa del organismo contra las infecciones por virus, bacterias y parásitos, es llevada a cabo por proteínas globulares (inmunoglobulinas). Otra forma de protección frente a una herida es una coagulación de la sangre, en donde participa la proteína fibrina.
El mantenimiento de la estructura celular requiere proteínas fibrosas: pueden estas asociadas a las membranas o formas estructuras dentro de las células (colageno). También constituye cilios y flagelos que intervienen en los movimientos coordinados de células. Y en la protección, pelos, uñas y plumas (queratina).
Forma de las proteínas:
Los aminoácidos son las unidades estructurales de las proteínas, osea: una proteína es una secuencia de aminoácidos. Todas las proteínas están formadas por los mismos 20 aminoacidos comunes.

Aminoácido:
COOH (acido)
|
H2N - C - H
(amino) | (hidrogeno)
R
R varía en cada aminoácido (hay 20), y de esto depende su propiedad. Los aminoácidos se clasifican en polares sin carga, polares con carga e hidrofobicos.
Los aminoácidos se combinan entre si mediante uniones peptidicas (rígida y plana) formando cadenas lineales no ramificadas
Estructura de las proteínas:
Primaria: se describe el orden, la cantidad y la clase de aminoácidos que la constituyen.
- Secundaria: la cadena toma espontáneamente la conformación mas favorable en el espacio, permitida por las limitaciones que le imponen los restos laterales de los aminoácidos y la secuencia en que están.
- Terciaria: conformación tridimensional del polipeptido plegado. La cadena polipeptidica se pliega sobre si misma espontáneamente, adoptando una postura energéticamente mas favorable, sucede por los restos laterales hidrofobicos, que evitan el contacto con el medio acuoso o con grupos polares, mientras quedan en la superficie los restos laterales polares. Esto determina su forma, y su forma determina su función.
Dominios: porciones continuas de una cadena polipeptidica que adoptan una forma espacial compacta y globular, con una función específica dentro de la molécula. La mayoría de las proteínas son modulares, están formadas por dos o tres dominios, cada uno con una función.
- Cuaternaria: la manera en que interactúan las subunidades de una proteína multimerica, osea formadas por mas de una cadena polipeptidica (cada cadena se llama subunidades o monómero, pueden ser o no iguales)
Las proteínas pierden la actividad biológica cuando se rompe su conformación. Las uniones de las estructuras secundarias, terciaria y cuaternaria son mas débiles que la primaria, se rompen fácilmente, con temperaturas altas, por solventes orgánicos, desnaturalizan y pierden la conformación nativa.
Proteínas conjugadas: contienen grupos prostéticos, no peptidicos.

Dinámica y función de las proteínas
Relación entre la estructura y la función de las proteínas:
El colágeno tiene función de protección y sosten. Pertenece a una familia de proteínas fibrosas presentes en todos los animales, son las proteínas mas abundantes en los vertebrados. Es el principal componente de la piel, huesos, tendones, cartílagos, vasos sanguíneos y dientes. Forma fibras insolubles de gran resistencia mecánica. Su estructura primaria es atípica, y la triple hélice es una estructura secundaria exclusiva del colágeno., esta formada por tres cadenas polipeptdicas de mil aminoácidos que pueden no ser iguales. Esta triple hélice se denomina tropocolageno, y muchas fibras de tropocolageno forman la molecula de colágeno
La mioglobina(Mb) y hemoglobina(Hb) son proteínas globulares conjugadas, con funciones de transporte y oxigeno, solucionan el problema de requerimiento de oxigeno en los organismos pluricelulares. La hemoglobina (proteína tetramerica) transporta oxigeno desde los pulmones hasta los tejidos donde lo libera, el dióxido de carbono desde los tejidos hasta los pulmones que lo liberan, y participa de la regulación del pH de la sangre. La mioglobina (monomerica) que esta en los musculos, sirve de reserva de oxigeno intracelular y facilita la difucion del mismo hacia las mitocondrias, esta es capaz de unirse al oxigeno, impedir que se reduzca y poder liberarlo de acuerdo a las necesidades de los tejidos.

Ácidos nucleicos
Los nucleótidos son las unidades estructurales de los ácidos nucleicos, están distribuidos en todos los tipos celulares. Una de sus funciones es ser precursor monomerico de los ácidos nucleicos, ADN y ARN. También son transportadores de energía metabólica, mediadores de procesos fisiológicos (transmisión de información del medio extracelular al intracelular), agentes de transferencia de otros grupos químicos y efectores alostericos.
Los nucleótidos se componen de una base nitrogenada, una aldopentosa y uno, dos o tres acidos fosfóricos.
Son parte de las coenzimas, sustancias cuya presencia es imprescindible en determinadas reacciones enzimáticas. Estas actúan como transportadores transitorios de electrones o grupos funcionales específicos.
Los nucleótidos sirven como activadores y transportadores de intermediarios requeridos para una variedad de reacciones
ADN y ARN, las moléculas de la herencia
Los ácidos nucleicos son las macromoléculas que contienen y transmiten la información hereditaria. Las proteínas determinan la forma, funciones y movimiento de la célula y catalizan y regulan las reacciones celulares, pero son los ácidos nucleicos los que contienen las instrucciones para que la célula sintetice sus proteínas, estas instrucciones están en un lenguaje codificado como secuencias lineales de bases nitrogenadas. La célula traducirá estas secuencias a la secuencia de aminoácidos de las proteínas que determinara la estructura tridimensional de estas.
Hay dos tipos de acidos nucleicos: ADN y ARN, la información genética en todos los organismos pro o eucariota esta en el ADN, sin embargo en los virus esta información puede estar en cualquiera de los dos.
Ambos están formados por combinaciones de cuatro nucleótidos diferentes, los nucleótidos que del ADN poseen un grupo fosfato, la pentosa desoxirribosa y una de las siguientes bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina o timina. Los que forman parte del ARN tienen un grupo fosfato, la pentosa ribosa y una de las siguientes bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina o uracilo.
Ambos poseen un esqueleto covalente constante formado por pentosas unidas con fosfatos, la parte variable es la secuencia de bases nitrogenadas de los nucleótidos.
El modelo de Watson y Crick sostiene que el ADN esta formado por dos cadenas de nucleótidos complementarias y antiparalelas enrolladas en una doble hélice, la importancia de este modelo es que permite hacer dos predicciones fundamentales: 1) sugiere la forma en que el ADN puede replicarse, proceso indispensable para que la información genética pase de una generación a la siguiente. 2) hace pensar que la secuencia de bases nitrogenadas es la responsable de la secuencia de aminoácidos de la proteína, significando que la información para sintetizar proteínas esta almacenada en el ADN en forma codificada y que de alguna manera seria traducida al lenguaje diferente de secuencias de aminoácidos en las proteínas. Surgia asi el concepto de código genético.
La replicación de ADN es semiconservativa. El mecanismo consiste en que las dos cadenas que forman la doble hélice se separan y cada hebra sirve como molde para la síntesis de la cadena complementaria. La cadena sintetizada se unirá con la cadena molde formando puentes de hidrogeno
((Uniones puente hidrogeno – débiles, y dsp están otras uniones que son covalentes)
El código genético esta constituido por tripletes de nucleótidos Cada clase de proteína esta constituida por una secuencia de aminoácidos específicos y esta secuencia se corresponde con una secuencia determinada de nucleótidos del ADN, osea que la celula maneja dos idiomas distintos: uno con cuatro signos (las cuatro bases nitrogenadas) para almacenar la información, y otro con 20 signos (los aminoácidos) para llevar a cabo lo que dicha información indica. Osea que: la información contenida en el ADN se expresa a través de las proteínas.
Surge el problema de cómo la célula descifra la información almacenada en el ADN para construir las proteínas, para esto es necesario la existencia de un código genético que relacione la secuencia de nucleótidos con la secuencia de aminoácidos.
Empieza con una molécula de ARN mensajero (que se sintetiza del ADN) complementaria a la secuencia de ADN que contiene la información requerida, su secuencia de bases nitrogenadas es leída en grupos de tres nucleótidos llamados tripletes o codones, cada triplete equivale a un aminoácido, de forma tal que la secuencia de nucleótidos del ADN lleva un mensaje univoco para la síntesis de cada proteína.
Cuando ocurre un cambio en la secuencia de nucleótidos del ADN se produce una mutación, la cual puede determinar un cambio en la secuencia de aminoácidos de las proteínas codificadas con importantes consecuencias en su actividad biológica.
Las moléculas de ADN de distintas especies tienen diferente longitud.
La doble hélice es una molécula flexible que puede encontrarse en forma lineal o circular, esto le permite adaptarse a las dimensiones de la célula o la capside viral. El ADN de las bacterias y algunos virus son moléculas circulares cerradas (para replicarlas están las topoisemorasas, enzimas que cortan desenrollan y vuelven a unir las cadenas)
La función del ARN en la celula es la de traducir la información genética contenida en el ADN a la secuencia de aminoácidos de las proteínas, pero existen virus (el de la gripe) que solo poseen ARN y en este caso tiene la misma función que el ADN, almacenar información genética.
Las células contienen tres tipos de ARN: ribosomal (ARNr), mensajero (ARNm) y de transferencia (ARNt). Los tres son sintetizados a partir de la información del ADN mediante un proceso llamado transcripción.
ARNt: (tiene forma de cruz) cumple con la función de molécula adaptadora en la síntesis de proteínas, en sus extremos tienen dos grupos de bases nitrogenadas no apareadas, uno de estos forma el anticodon, cuyas tres bases se aparearan con las de un triplete complementario de la molécula de ARNm. Por otro lado en uno de sus lados tiene la secuencia CCA que se unirá covalentemente a un aminoácido especifico, de esta forma permite que los aminoácidos se alineen de acuerdo con la secuencia de nucleótidos del ARNm y la proteína codificada de dicha información.
ARNr: forma parte de los ribosomas, todos los acontecimientos de la síntesis proteica se producen en los ribosomas, que son complejos supramoleculares formados por proteínas y ARNr. Desempeña un papel central en las actividades catalíticas del ribosoma.
ARNm: poseen secuencias de ADN de las que han sido transcriptos, estas tienen información para la secuencia de aminoácidos de las proteínas. En las células eucariontes también existe ARN nuclear pequeño (snARN) que interviene en la maduración del ARNm.

Glúcidos (hidratos de carbono)
Son estructuralmente sencillos pero también los mas importantes, de hecho los tres compuestos orgánicos mas abundantes de la biosfera (celulosa: conforma las paredes celulares de la mayor parte de los vegetales, quitina: es el componente fundamental del exoesqueleto de los artrópodos y almidón: reserva energética intracelular de vegetales) pertenecen a este grupo de biomoleculas.
Estas biomoleculas aportan una parte considerable de la energía necesaria para cubrir las necesidades metabolicas, tanto de procariotas como de eucariotas. (en especial la glucosa) y también están los monosacáridos que tienen un papel importante en la interaccion entre las células, del mismo individuo y de otras especies (como las infecciones)
Monosacáridos: son las unidades que forman los glúcidos, son polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas.
Caracteristicas: Son polares (solubles en agua). Se disuelven en agua porque se forman puentes hidrogeno entre los OH y el agua. Son de gusto dulce, no son hidrolizables. Los azucares de 5 y 6 C pueden existir en forma cíclica (hemiacetalica) o lineal.
Se clasifican según el numero de carbonos: 3C: Triosas, 4C: Tetrosas, 5C: Pentosas, 6C: Hexosas.
Sus funciones: Las triosas y las tetrosas son intermediarios metabolicos. Las pentosas forman parte de los nucleótidos y las hexosas son combustibles celulares.

Disacáridos: Están formados por dos monosacáridos con perdida de la molecula de agua. (Unión glicosidica) Son polares (solubles en agua). De gusto dulce, se hidrolizan dando unidades de monosacáridos.
Hay dos formas de uniones glucosidicas: a y b.
Casi todos los disacáridos tienen poder reductor. La sacarosa no tiene poder reductor.
Se clasifican en:
- Maltosa (2 glucosas unidas por enlace a): tiene poder reductor en la cebada cerveza se encuentra libre pero generalmente se obtiene por hidrólisis enzimática del almidon, el hombre posee una enzima especifica (maltasa) que hidroliza este disacárido.
- Isomaltosa: tiene poder reductor, no se encuentra libre en la naturaleza, se obtiene por hidrólisis enzimática de glucógeno. El hombre posee una enzima especifica (glucosidasa) que hidroliza, específicamente este disacárido.
- Celobiosa (2 glucosas unidas por enlace b): tiene poder reductor, no se encuentra libre, se obtiene por hidrólisis enzimática de la celulosa. Los rumiantes (no el hombre) poseen enzimas especificas (de origen microbiano) que atacan las uniones b.
- Sacarosa (glucosa + fructosa): no tiene poder reductor, se encuentra en la caña y remolacha. Es el azúcar común de la cocina. El hombre posee una enzima (sacarosa) especifica que hidroliza la unión glucosidica a.
- Lactosa (galactosa + glucosa): tiene poder reductor, se encuentra en la leche. Los mamíferos poseen una enzima (lactasa) especifica que rompe la unión galactosidica b.
Funciones: diversas, ej: la sacarosa es la forma de transporte de glúcidos en los vegetales y la lactosa es el azúcar de la leche de los mamíferos.
Oligosacaridos: resultan de la unión de más de dos monosacáridos (hasta 20) los de mayor interés biológico son los relacionados con proteínas (glucoproteínas) compuestos que resultan de una elaborada expresión genética.
La fracción glucidica de estas glucoproteinas y glucolipidos se asocia a funciones de reconocimiento y señalización (entre células o células y biomoleculas) por esta razón son abundantes en la superficie de las membranas biológicas (glucolipidos) y en las moléculas del sistema inmunitario (inmunoglobulinas). Estas funciones consisten en diferenciar lo propio de lo ajeno (toxinas, bacterias, células) y en los organismos pluricelulares sirven como guía en los procesos de migración celular y en la distribución de biomoleculas entre los distintos tejidos.
También cumplen funciones de protección.

Polisacáridos: La forma predominante de los glúcidos en la naturaleza es como polisacáridos. Estos son polímeros de alto peso molecular que por hidrólisis enzimática o acida dan unidades de monosacáridos. Están formados por cientos de unidades de monosacáridos, unidos también por uniones glucosídicas (estas impiden la formación de enodioles, los que dan poder reductor, osea que estos no tienen poder reductor) son polares (hidrofilicos) pero insolubles en agua debido a su gran tamaño. Se hidratan y forman soluciones coloidales. No tienen sabor dulce.
Estas macromoléculas poliméricas pueden estar formadas por un solo tipo de monómero o por dos tipos que se disponen en forma alternada.
Se clasifican en
- Homopolisacáridos: Pueden cumplir funciones de almacenamiento intracelular. Dan por hidrólisis un solo tipo de monosacáridos, como el almidón (la forma bajo la cual las células vegetales almacenan glucosa formando gránulos); glucógeno (es el equivalente al almidón en el reino animal); celulosa (que por hidrólisis da glucosa, es el polisacárido mas abundante de la naturaleza y es insoluble, forma la pared celular); insulina (que da fructosa); quitina (se encuentra en el exoesqueleto de moluscos y artrópodos donde puede servir de matriz para el depósito de sales minerales)
- Heteropolisacáridos: Dan por hidrólisis distintos tipos de monosacáridos, como es el caso de los Glucosaminoglucanos (cadenas de azúcares derivados) y Péptido glucano.
- Peptidoglucanos: Están presentes en las paredes bacterianas, la síntesis de estos puede ser inhibida por antibióticos (penicilina).

Lípidos
Se llama lípidos a una serie heterogenea de compuestos que tienen en común una propiedad física: son poco solubles, algunos insolubles directamente en agua, pero si son solubles en solventes no polares.
Saponificables: contienen siempre en su estructura por lo menos un ácido graso. Con respecto a su comportamiento en el medio acuoso, se definen dos zonas: la cabeza polar afin con el agua y la cola no polar que es hidrofobica. (a este tipo de biomoleculas con una parte polar y otra no, se las llama anfipaticas). Estan:
- Los ácidos grasos, cuantos más átomos de carbono poseen en la cadena, más insolubles son en agua y además, a temperatura ambiente (25º C) son sólidos. Por el contrario, cuanto más corta es la cadena, son líquidos a temperatura ambiente y más solubles. pueden ser saturados (sólidos a temperatura ambiente) o insaturados (líquidos a temperatura ambiente). Los ácidos grasos pueden unirse a alcoholes mediante uniones químicas denominadas “uniones tipo ester”. El alcohol que generalmente se “esterifica” con ácidos grasos se llama glicerol y posee tres carbonos. En cada carbono se puede unir un ácido graso, es decir que un glicerol puede unirse a tres ácidos grasos. La molécula que se forma se denomina triglicérido.
- Glicéridos(o grasas neutras): unión entre glicerol y 1, 2 ó 3 ácidos grasos (monoglicéridos, diglicéridos, triglicéridos). son los lípidos biológicos mas abundantes y cumplen un rol fundamental como reservorios energéticos citoplasmáticos. Esto se debe a su insolubilidad y a su alto valor calórico.
Saponificación: si se trata de un glicérido con un álcali se rompe el enlace éster, reconstituyéndose el glicerol, mientras que el acido graso toma el catión en lugar del hidrogeno, constituyéndose asi el jabón.
- Fosfoacilgliceridos (fosfolípidos): unión entre glicerol + 2 ácidos grasos + fosfato; la presencia de acido fosfórico le da un carácter anfipático. Cumplen funciones primordialmente estructurales, llegando a conformar buena parte de los lípidos de membrana. En el agua forman bicapas.
- Esfingolípidos: unión entre esfingol + ácido graso; son anfipáticos; su función: constituyentes de las membranas biológicas.
- Glucolipidos: compuestos de alto peso molecular, abundantes en el tejido nervioso y se caracterizan por poseer una parte hidrofobica y un oligosacarido hidrofilico. Si la porción glucosidica es solo una molecula de galactosa es un glucolipido cerebrosido, y si le agregamos un resto oligosacarido es un típico gangliosido.
Los lípidos y las membranas biológicas: las membranas biológicas separan dos soluciones acuosas: lo que queda afuera de la celula (extracelular) y lo que queda dentro (intracelular). Ambas soluciones tienen distinta composición química.
En eucariotas el medio intracelular esta separado en distintos compartimientos, limitados también por membranas biológicas. Los lípidos constituyen la mitad de los componentes moleculares de las membranas biológicas, conformando la matriz lipida de la misma.
Micelas: agrupaciones moleculares en las que las colas hidrofobicas se orientan hacia adentro, y las polares hacia la fase acuosa.
Insaponificables: Estos lípidos no presentan uniones ester, porque derivan de la polimerización de un hidrocarburo de 5 carbonos, el isopreno.
Se clasifican en:
- Terpenos: formados por dos o mas unidades de isopreno, pueden ser moléculas lineales, cíclicas o ambas. Son importantes ya que de ellos deriva la coenzima Q (que interviene en el transporte de electrones de la cadena respiratoria) y las vitaminas liposolubles A, E, K.
Los derivados del isopreno también se hallan difundidos entre los vegetales verdes, dado que las hojas de las plantas poseen pigmentos cuya estructura química puede considerarse derivada del isopreno (clorofila, carotenos y látex). Por su carácter hidrofobico se los encuentra asociados a la matriz lipidica de las membranas biológicas.
- Esteroides: son derivados cíclicos del isopreno, todos los esteroides naturales tienen en común un núcleo hidrocarbonado formado por 4 anillos de carbonos e hidrógenos. ejemplos: hormonas esteroideas, esteroles, ácidos biliares, vitaminas.
- Esteroles: se originan a partir del escualeno, el mas abundante en los tejidos animales es el colesterol, a partir de este se sintetizan sales biliares, la forma hormonalmente activa de la vitamina D, corticoides, andrógenos y estrógenos.

Introducción al metabolismo
Energía: es la causa capaz de producir trabajo. Puede ser potencial (cuando un objeto almacena energía por su posición: un auto parado, una célula en reposo), cinética (cuando existe movimiento: un auto en movimiento, el espermatozoide en movimiento), calórica (desprendimiento del calor durante el trabajo muscular), eléctrica (pasaje de iones a través de la membrana), química (la existente entre las uniones de átomos y moléculas), etc.
Termodinámica: es la ciencia que se encarga de estudiar los cambios energéticos que se producen en el universo. Mediante sus tres leyes solo se ocupa de los aspectos macroscópicos de un sistema: temperatura, presión, volumen, trabajo, calor, desorden, etc. Le interesa la variación que se produce en el sistema antes y luego del cambio, sus leyes son:
- Ley de conservación de la energía: establece que la energía no puede ser creada o destruida, puede cambiar de forma o transferirse de un lugar a otro. Cuando un sistema cambia de un estado a otro (gaseoso, liquido o solido) la cantidad total de energía transformada es la misma independientemente del cambio. (ej: si se quema glucosa mediante una llama hasta convertirla en dióxido de carbono y agua, liberara la misma cantidad de energía la celula para formar glucosa).
Cuando un sistema cambia de un estado a otro puede perder o ganar energía bajo la forma de calor y trabajo, a costa del entorno, osea, el trabajo puede efectuarse contra otra fuerza, ejemplo: al levantar algo lo hago contra la fuerza de gravedad)
Los sistemas materiales están constituidos por atomos y moléculas en continuo movimiento, las que pueden estar en estado gaseoso, liquido y/o solido, según en que estado se encuentren, el movimiento será mayor o menor, osea, tendrán distinta energía cinética (lo que nosotros podemos sentir como calor). La materia no contiene calor, sino que tiene energía de distintas formas, pudiéndose transferir de un sistema a otro en forma de calor. (de un cuerpo a otro, del mas caliente al mas frio).
Solo una parte de la energía producida es útil, o capaz de realizar trabajo, esta cantidad de energía útil se la llama energía libre. La parte inútil de la energía es la que contribuye a aumentar el desorden que se conoce como entropía.
- Segunda ley: relación entre la energía libre y la entropía. Siempre que se produce una transformación de energía capaz de generar trabajo, parte de la misma se pierde en forma irrecuperable aumentando el desorden. Como el universo tiende en forma constante a aumentar este desorden en busca de estados mas estables, los cambios de energía en los sistemas tenderán a producirse de forma tal que cada vez quede menos energía útil para realizar el trabajo. Entonces la ley dice: todo cambio energético se produce de estados de mayor energía a menor energía. La consecuencia de esto es que durante los cambios energéticos la tendencia espontanea será la que permita la realización de un trabajo aumentando la entropía (el desorden del universo) (los procesos químicos y físicos tienen a aumentar la entropía, en todo proceso aumenta el desorden del universo)

Proceso exergónico: es un proceso en el cual el contenido energético, al inicio, es mayor que en el estado final; por lo tanto, en dicho proceso se ha liberado energía al medio.
Proceso endergónico: es un proceso en el cual el contenido energético inicial es menor que en el estado final; por lo tanto, en dicho proceso se ha entregado energía al sistema .
Entropía: es una forma de cuantificar el desorden de un sistema. A mayor entropía, mayor desorden.

Bioenergética
Los seres vivos tienen un elevado grado de orden molecular, pero viven en un entorno que se encuentra desordenado.
Crean y mantienen su complicado orden molecuar en un entorno caótico porque los seres vivos no escapan a las leyes de la termodinámica.
Según la primera ley, la energía total del sistema (las células) y de su entorno permanece constante, esto significa que nuestro sistema no puede consumir ni crear energía, sino que puede transformarla de un tipo a otro. Es decir, los seres vivos absorben del entorno energía que les es útil (energía libre) la cual sera capaz de realizar trabajo en la celula (ej: transportar moléculas, contraer musculos) y devuelven la misma cantidad de energía en energía calórica.
La segunda ley explica que la energía inútil que devuelve la célula al entorno, aumenta la entropía del entorno, manteniendo su orden esencial. Osea, mantiene su orden a expensas de aumentar el desorden de su entorno.
La célula es una maquina química isotérmica (todas sus partes tienen la misma temperatura) que extrae energía libre del medio, y que constituye un sistema abierto en estado estacionario. La energía que la célula toma de su entorno la recupera en forma de energía química, la cual se transforma en la maquinaria celular para realizar un trabajo químico como ocurre en la síntesis de los componentes celulares, un trabajo mecánico como ocurre en la contracción muscular, etc.
La energía libre que va a utilizar la celula para sus trabajos, la recuperan en forma de energía química (es la contenida en los enlaces que realizan los atomos para constituir moléculas, y es la que los mantiene unidos entre si, al romperse un enlace químico, la forma de energía que se libera es la energía química)
No todas las células obtienen del entorno el mismo tipo de energía, hay dos grupos:
- Las células fotosintéticas: utilizan la luz solar, energía lumínica absorbida por un pigmento llamado clorofila y es transformada por la maquinaria celular en energía química, la cual es utilizada en distintos trabajos dentro de la celula. Son células autótrofas, fabrican su propio alimento a partir de la energía absorbida.
- Las células heterotróficas: no sintetizan sus alimentos, aprovechan del entorno la energía química contenida en diferentes moléculas (glucosa)
Ambos grupos recuperan la energía en forma de energía química y la centralizan en un compuesto químico llamado ATP, que es un transportador de energía química,