Composición química de la célula

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Autor: mirka2
Typ práce: Ostatné
Dátum: 22.11.2021
Jazyk: Španielčina
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Composición química de la célula

  1. NIVELES DE ORGANIZACIÓN EN LOS SERES VIVOS

Niveles SUBATÓMICO (partículas subatómicas)

Abióticos ATÓMICO (átomos)

MOLECULAR (moléculas)

CELULAR (células procariotas y eucariotas)

Niveles ORGÁNICO (tejidos, órganos, aparatos/sistemas)

Bióticos POBLACIÓN (conjunto de individuos de una misma especie que viven en un lugar)

COMUNIDAD (conjunto de poblaciones)

ECOSISTEMAS (comunidad, biotopo y sus relaciones)

  1. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS
  • Bioelementos o elementos biogénicos

Son solo unos 20 y están presentes en todos los seres vivos

  1. a) Bioelementos primarios: C, H, O, N, P, S

Forman la materia orgánica y constituyen el 99% de la masa de las células.

C, H, O, N: constituyentes básicos de las moléculas de los seres vivos

P: forma parte de fosfolípidos, ácidos nucleicos, ATP

S: forma parte de muchas proteínas

  1. b) Bioelementos secundarios: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl, ….

Están presentes en pequeñas cantidades aunque su carencia puede provocar graves trastornos.

Na+, K+, Cl: Participan en la transmisión del impulso nervioso

Ca2+: Contracción muscular, coagulación sanguínea y transmisión del impulso nervioso

  1. Oligoelementos: Fe, F, …

Están en una proporción menor al 0.1 %.

Fe: Constituyente del grupo hemo de la hemoglobina

F: constituyente de huesos y dientes

  • Biomoléculas o principios inmediatos

Se distinguen dos tipos:

  1. Inorgánicas: AGUA Y SALES MINERALES
  2. Orgánicas:GLÚCIDOS, LÍPIDOS, PROTEÍNAS Y ÁCIDOS NUCLEICOS
  1. AGUA
  • Estructura de la molécula de agua

La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno unidos por enlaces covalentes simples. Aunque su carga neta es neutra, el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno (atrae a los electrones compartidos en el enlace), por lo que se produce un exceso de carga negativa sobre el oxígeno (δ) y un exceso de carga positiva (δ+) sobre los dos átomos de hidrógeno. La molécula es un dipolo eléctrico.

Debido a su carácter polar, cada molécula de agua puede unirse teóricamente con otras cuatro moléculas de agua, mediante puentes de hidrógeno.

  • Propiedades del agua

Derivan de la polaridad y de la elevada cohesión de sus moléculas.

  • Gran poder disolvente

El agua es uno de los mejores disolventes líquidos. Si se introduce en un medio acuoso un compuesto iónico o polar, las moléculas de agua rodean a cada ion con sus zonas de carga opuesta. También puede establecer puentes de hidrógeno con moléculas polares.

De esta propiedad derivan importantes funciones biológicas:

_ Permite el transporte de sustancias por el interior de los seres vivos.

_ Constituye el medio en el que se realizan la mayoría de las reacciones bioquímicas.

  • Elevada tensión superficial

En la superficie de contacto con otro medio, aumenta la cohesión entre las moléculas de agua y se forma una “película superficial” que permite el desplazamiento sobre ella de algunos organismos.

  • Elevada fuerza de adhesión

Las moléculas de agua se adhieren a las paredes de conductos de diámetros pequeños ascendiendo en contra de la gravedad. Este fenómeno se llama capilaridad y explica el ascenso de la savia en las plantas.

  • Elevado calor específico

Calor específico (Ce): cantidad de calor necesaria para elevar 1ºC la temperatura de un gramo de dicha sustancia.

Explica su función termorreguladora, es decir, su capacidad de amortiguar los cambios bruscos de temperatura.

  • Elevado calor de vaporización

La evaporación del agua líquida absorbe mucho calor. Esto explica la formación del sudor en los humanos como mecanismo refrigerante.

  • Variación anómala de la densidad

Es máxima a 4ºC por lo que en estado líquido es más densa que el hielo. Permite la vidaacuática ya que en climas fríos, sólo se hiela la superficie de lagos o del mar.

  1. SALES MINERALES

Pueden encontrarse disueltas o en estado sólido (precipitadas):

  • Disueltas

Son solubles en agua y se encuentran disociadas en sus iones:

Aniones (carga negativa): Cl, PO43−, CO32−, HCO3, NO3, …

Cationes (carga positiva): Na+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Fe3+, K+, …

Funciones:

_ Mantener la homeostasis (equilibrio del medio interno)

_ Regular la actividad enzimática

_ Generar potenciales eléctricos

_ Regular el pH

  • Precipitadas

Son insolubles en agua y están en estado sólido.

CaCO3: forma parte de caparazones de organismos marinos, constituye el esqueleto externo de los corales, conchas, exoesqueleto, espinas, huesos, dientes, …

Su principal función es formar estructuras de protección o sostén.

  1. GLÚCIDOS, HIDRATOS DE CARBONO O CARBOHIDRATOS

Están constituidos por C, H y O según una fórmula empírica: Cn H2n On, aunque también excepcionalmente pueden contener N, S y P. Químicamente son aldehídos o cetonas con muchos grupos –OH. Las unidades estructurales son los monosacáridos u osas y son los más sencillos. Los restantes se forman por la unión dos o más unidades de monosacáridos: oligosacáridos y polisacáridos.

  • Monosacáridos

Presentan entre 3 y 7 átomos de carbono. Son polialcoholes con un grupo carbonilo (- C = O). Son sólidos, de color blanco y dulces. Si el grupo carbonilo es un aldehído, se llaman aldosas y si es un grupo cetona, cetosas. Según el número de átomos de carbono pueden ser triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, etc…

Ejemplos importantes:

_ Gliceraldehído y dihidroxiacetona (3): intermediarios del metabolismo celular

_ Ribosa y desoxirribosa (5): constituyentes de los ácidos nucleicos

_ Glucosa, fructosa y galactosa (6): combustibles metabólicos

  • Oligosacáridos

Formados por entre 2 y 10 monosacáridos. Los más importantes son los disacáridos. Son el resultado de la unión de dos monosacáridos mediante un enlace o-glucosídico.

Ejemplos importantes:

_ Maltosa (2 glucosas): azúcar de malta

_ Sacarosa (glucosa + fructosa): azúcar que se obtiene de la caña de azúcar o de la remolacha

_ Lactosa (glucosa + galactosa): azúcar de la leche de los mamíferos

  • Polisacáridos

Son los glúcidos más abundantes en los seres vivos. Están formados por más de 10 unidades de monosacáridos:

  • De reserva:

_ Almidón: polisacárido de glucosas presente en las células vegetales. Abundante en el maíz, la patata y las semillas en general. La glucosa se degrada para la obtención de energía.

_ Glucógeno: polímero de glucosas presente en las células animales. Abundante en el hígado y en los músculos.

  • Estructurales:

_ Celulosa: polímero de glucosas. Constituyente fundamental de la pared celular de los vegetales. Se aprovecha para uso industrial (algodón es 100 % celulosa, madera, papel)

_ Quitina: polímero de N-acetil-glucosamina. Es un componente fundamental de la pared celular de los hongos y del exoesqueleto de artrópodos.

  1. LÍPIDOS

Están constituidos por C, H y O y, en muchos casos, P y S. Son sustancias untuosas al tacto, insolubles en agua pero solubles en disolventes orgánicos apolares (éter, cloroformo,…).

Funciones:

_ Base estructural de las membranas celulares

_ Recubrimiento protector (hojas, plumas, pelos)

_ Depósitos de reserva y transporte de energía

_ Aislante térmico

_ Pigmentos fotosintéticos

_ Hormonas y vitaminas

Según su estructura molecular se clasifican en:

  • Saponificables: ésteres de ácidos grasos y un alcohol. Forman jabones. Son acilglicéridos (grasas), ceras, fosfolípidos y esfingolípidos.

Un ácido graso es un ácido orgánico de cadena larga con un número par de átomos de carbono (12-24): CH3 – CH2 - …… - CH2 – COOH

Pueden ser saturados (sin dobles enlaces) o insaturados (con algún doble enlace). Los primeros son sólidos a temperatura ambiente y los segundos suelen ser líquidos (aceites).

Acilglicéridos o grasas neutras: se trata de ésteres de ácidos grasos y glicerina. Los que forman la mayor parte de las grasas saturadas se llaman Triglicéridos. Las grasas son las principales reservas de combustible metabólico ya que proporcionan más energía que glúcidos o proteínas. La acumulación de grasa bajo la piel tiene función de aislante térmico, especialmente en animales de climas fríos.

Ceras: se trata de ésteres de ácidos grasos más un monoalcohol. Su función principal es proteger o impermeabilizar estructuras como piel, pelo, plumas, hojas, frutos, … Otros ejemplos son la cera de las abejas y el cerumen de los oídos.

Fosfolípidos: es glicerina esterificada con un grupo fosfato y dos ácidos grasos (uno insaturado y el otro saturado). Son moléculas anfipáticas, con una región apolar hidrofóbica y una región polar hidrofílica. Forman parte de la estructura de las membranas celulares. 

  • Insaponificables: no tienen ácidos grasos. Son los terpenos y esteroides.

Terpenos: son derivados del isopreno, muy abundantes en células vegetales. La presencia de dobles enlaces le confiere una coloración característica. Destacan los carotenoides como los carotenos (color anaranjado) y las xantofilas (color amarillo), ambos pigmentos fotosintéticos.

Esteoroides: derivan del ciclopentano-perhidro-fenantreno. Destaca el colesterol, componente de todas las membranas de todas las células eucarióticas, sobre todo de mamíferos. El exceso provoca el depósito de placas en las arterias. Es precursor de hormonas como las sexuales y adrenocorticales.

  1. PROTEÍNAS
  • Los aminoácidos (aa) y las proteínas

Son compuestos orgánicos sencillos de bajo peso molecular que al unirse entre sí forman las proteínas. Químicamente están compuestos por C, H, O y N. Como su nombre indica, se trata de una molécula que contiene un grupo carboxilo (-COOH), un grupo amino (-NH2), un átomo de H y una cadena lateral o grupo R, todos ellos unidos por enlace covalente a un átomo de C llamado Carbono α (el siguiente al del grupo carboxilo).

Las proteínas de todos los seres vivos están formadas por un conjunto de 20 aminoácidos distintos que se diferencian en la cadena lateral R. Cuando los aa se encuentran en disolución acuosa (pH neutro) forman iones dipolares, lo cual explica su comportamiento anfótero (pueden actuar como ácidos o como bases según convenga). Todos los aa, excepto la glicina, tienen un carbono asimétrico, Cα, que está unido a 4 radicales distintos. Por ello, pueden presentar dos configuraciones espaciales D y L, según que el grupo –NH2 esté a la derecha o a la izquierda respectivamente. Estas configuraciones se llaman estereoisómeros y son imágenes especulares y no superponibles.

Los organismos heterótrofos no son capaces de sintetizar todos los aminoácidos que necesitan, por lo que es necesario que los adquieran con el alimento. La especie humana no puede sintetizar 8 aminoácidos, a los que se les denomina esenciales porque tienen que ser ingeridos en la dieta.

Los aminoácidos se unen entre sí mediante ENLACES PEPTÍDICOS y son el resultado de la unión entre el grupo carboxilo, – COOH, de un aminoácido y el grupo amino, ─ NH2, de otro, con la pérdida de una molécula de agua.

Posee cierto carácter de doble enlace, lo que le impide girar libremente. Los únicos enlaces que pueden girar, y no del todo libremente, son los formados por C-C y C-N. Las características de este tipo de enlace explican que las proteínas adopten formas tridimensionales definidas.

Las cadenas formadas por la unión de aminoácidos mediante enlaces peptídicos se llaman PÉPTIDOS.

Dipéptido → 2 aminoácidos

Tripéptido → 3 aminoácidos

Oligopéptido → < 50 aminoácidos

Polipéptido → > 50 aminoácidos

Se numeran desde el aminoácido N-terminal y se escriben de izquierda a derecha en el orden que ocupan en la cadena.

Existen péptidos naturales como son algunas vitaminas (ácido fólico y ácido pantoténico), ciertas hormonas como la insulina (regula el nivel de azúcar en la sangre) y la oxitocina (regula las contracciones del útero), y algunos antibióticos (la penicilina).

  • Estructura de las proteínas

Estructura primaria

La tienen todas las proteínas e indica los aminoácidos que la forman y el orden en que están unidos. Se trata de una estructura en zig-zag.

-Glu-Ala-Val-Ser-Asp-Gly-Pro-

Estructura secundaria

Las cadenas polipéptídicas forman fácilmente puentes de hidrógenoentre el O del grupo carboxilo de un aminoácido y el H del grupo amino de otro. Los modelos más frecuentes son:

  • α-hélice: estructura en espiral dextrógira (gira en el sentido de las agujas del reloj) mantenida por puentes de hidrógeno intercatenarios cada 4 aminoácidos. Las cadenas laterales (radicales R) se sitúan hacia el exterior de la hélice.
  • β-lámina o lámina plegada β: estructura mantenida por la formación de puentes de hidrógeno intracatenarios entre los aminoácidos más alejados en la cadena o entre cadenas diferentes. Las cadenas polipéptidicas que forman la lámina pueden unirse de dos formas: paralela (en la misma dirección) o antiparalela (en direcciones contrarias).

Estructura terciaria

Es la forma en que la proteína está plegada en el espacio. Las interacciones que contribuyen al mantenimiento de esta estructura son puentes de hidrógeno, fuerzas electrostáticas (entre grupos de distinta carga), interacciones hidrófobas (entre radicales de las cadenas laterales), puentes disulfuro (entre los extremos –SH de dos CYS) y fuerzas de Van der Waals.

La estructura fibrosa es resistente e insoluble en agua. Ejemplos: colágeno y queratina en los animales.

 La estructura globular forma una estructura esférica. Suele ser soluble en agua y tener funciones dinámicas en la célula. Ejemplos: enzimas, anticuerpos, hemoglobina y algunas hormonas.

Estructura cuaternaria

Es la disposición en el espacio de varias cadenas polipeptídicas de una proteína que tiene más de una cadena. Cada cadena que tiene estructura terciaria es una SUBUNIDAD y pueden ser iguales o distintas.

Ejemplo: Hemoglobina → tetrámero

  • Funciones de las proteínas (Fotocopia)
  1. ÁCIDOS NUCLEICOS
  • Los nucleótidos y los ácidos nucleicos

La estructura de los ácidos nucleicos está formada por subunidades de NUCLEÓTIDOS. Todos los nucleótidos están formados por:

  • ácido fosfórico (H3PO4)
  • un glúcido de 5 átomos de carbono (pentosa)

Puede ser β- D – ribosa en el ARN y β – D- desoxirribosa en el ADN

  • una base nitrogenada (compuesto rico en nitrógeno): son compuestos cíclicos formados por carbono y nitrógeno que forman estructuras planas. Pueden ser: púricas (derivan de la purina) y son Adenina (A) y Guanina (G) o pirimidínicas (derivan de la pirimidina) y son Citosina (C), Timina (T) y Uracilo (U).

La unión de una pentosa con una base nitrogenada mediante enlace N-glucosídico entre el C1 de la pentosa y el nitrógeno que ocupa la posición 1 en las bases pirimidínicas y la posición 9 en las púricas, se denomina NUCLEÓSIDO. Por tanto:

NUCLEÓTIDO = NUCLEÓSIDO + FOSFATO

Los ácidos nucleicos son polinucleótidos en los que los nucleótidos se unen mediante enlace fosfodiéster, por un lado, al carbono 3´ de la pentosa de un nucleósido y, por el otro, al carbono 5´ de la pentosa de otro nucleósido.

  • Clasificación de los ácidos nucleicos
  1. EL ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO

Es el portador de la información genética. Por tanto, los genes están compuestos por ADN.

Estructura primaria

Cadena larga lineal definida por su secuencia de nucleótidos o, lo que es lo mismo, su secuencia de bases.

Estructura secundaria

La estructura secundaria del ADN fue propuesta por Watson y Crick, y la llamaron el modelo de doble hélice de ADN. Para ello se basaron en los experimentos sobre composición del ADN de Chargaff:

  • Principio de equivalencia de bases: El contenido de adenina es igual al de timina y el de guanina al de citosina (A = T y C = G)
  • La suma de bases púricas es igual a la de bases pirimidínicas

Las bases se enfrentan constituyendo puentes de Hidrógeno. Adenina forma dos puentes de hidrógeno con Timina. Guanina forma tres puentes de hidrógeno con Citosina.

También se basaron en los experimentos de difracción de rayos X que aportaban imágenes de la estructura del ADN de las que se deducía una estructura helicoidal.

▪ La estructura secundaria del ADN es una doble hélice dextrógira (a derechas) de dos cadenas complementarias enrolladas sobre un eje común. Las cadenas son complementarias (la secuencia de B.N. se corresponde con las leyes de Chargaff), opuestas (las B.N. están enfrentadas) y antiparalelas (una va en sentido 3´- 5´ y la otra en sentido 5´- 3´).

▪ Las bases nitrogenadas se disponen hacia el interior y los grupos fosfato hacia el exterior.

▪ Las bases complementarias están unidas mediante puentes de hidrógeno.

El modelo de doble hélice B es el más característico pero existen otras formas de doble hélice, tales como el Z-ADN y el A-ADN.

  1. EL ÁCIDO RIBONUCLEICO

Tipos de ARN

ARN mensajero (ARNm)

ARN lineal, que contiene la información, copiada del ADN, para sintetizar una proteína. Se forma en el núcleo celular, a partir de una secuencia de ADN. Sale del núcleo y se asocia a ribosomas, donde se construye la proteína. A cada tres nucleótidos (codón) corresponde un aminoácido distinto. Así, la secuencia de aminoácidos de la proteína está configurada a partir de la secuencia de los nucleótidos del ARNm.

ARN ribosómico (ARNr)

El ARN ribosómico, o ribosomal, unido a proteínas de carácter básico, forma los ribosomas. Los ribosomas son las estructuras celulares donde se ensamblan aminoácidos para formar proteínas, a partir de la información que transmite el ARN mensajero. Hay dos tipos de ribosomas, el que se encuentra en células procariotas y en el interior de mitocondrias y cloroplastos, y el que se encuentra en el hialoplasma o en el retículo endoplásmico de células eucariotas.

ARN transferente (ARNt)

El ARN transferente o soluble es un ARN no lineal. En él se pueden observar tramos de doble hélice intracatenaria, es decir, entre las bases que son complementarias, dentro de la misma cadena. Esta estructura se estabiliza mediante puentes de Hidrógeno.

Además de los nucleótidos de Adenina, Guanina, Citosina y Uracilo, el ARN transferente presenta otros nucleótidos con bases modificadas. Estos nucleótidos no pueden emparejarse, y su existencia genera puntos de apertura en la hélice, produciendo bucles.

En el ARNt se distinguen tres tramos (brazos). En uno de ellos aparece una secuencia de tres nucleótidos, denominada anticodón. Esta secuencia es complementaria con una secuencia del ARNm, el codón. En el brazo opuesto, en el extremo 3' de la cadena, se une un aminoácido específico de la secuencia de anticodón.

La función del ARNt consiste en unirse en el ribosoma a la secuencia complementaria del ARNm, mediante el anticodón. A la vez, transfiere el aminoácido correspondiente a la secuencia de aminoácidos que está formándose en el ribosoma.

ARN heteronuclear (ARNhn)

El ARN heteronuclear, o heterogéneo nuclear, agrupa a todos los tipos de ARN que acaban de ser transcritos (pre-ARN). Son moléculas de diversos tamaños. Este ARN se encuentra en el núcleo de las células eucariotas. En células procariotas no aparece. Su función consiste en ser el precursor de los distintos tipos de ARN.

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