CURSO INTRODUCTORIO 2009 UNEY BIOLOGA PROFESORA Miriam Anglika

CURSO INTRODUCTORIO 2009 UNEY BIOLOGÍA PROFESORA: Miriam Angélika Pulido

¿Qué es la Bilogía? Biología proviene del griego bios que significa vida y logos que significa ciencia. Por tanto la biología es la ciencia de la vida. Se encarga de estudiar todos los aspectos relacionados con la vida: tanto los mecanismos de funcionamiento del interior de los propios organismos, tanto animales, como vegetales, como humanos; como la relación de los organismos entre sí y con el medio. Esto se estructura en varias especialidades o ciencias a las cuales generalmente se accede con una formación básica en biología como son: botánica (ciencia de las plantas), zoología (ciencia de los animales), ecología (ciencia que estudia la relación de los seres vivos con el medio), genética (estudio de los mecanismos de la herencia), biología marina(ciencia de la vida marina). . . hay amplias variaciones y ramas por las cuales se puede decantar una persona.

Objeto de la Biología Establecer las leyes generales a que obedecen los fenómenos propios de los seres vivos, es decir, de una manera general, todo lo relacionado a ello. Importancia de la Bilogía La Importancia de la Biología se desprende de su objeto, ya que trata de desentrañar la esencia misma de la vida y del hombre, tratando de resolver los enigmas que su complicada naturaleza ha planteado al mismo hombre, que este caso actúa como sujeto y objeto.

Ciencias Auxiliares de la Bilogía Química. Aporta a la biología el conocimiento de la composición química de las sustancias que conforman los seres vivos. Física y la Físico-química. Proporcionan a la Biología importantes datos sobre el comportamiento físico de la materia, cuyas leyes generales pueden aplicarse a los fenómenos vitales. Matemáticas. Se relaciona con la Biología a través de la biometría, la cual emplea el uso del cálculo y las ciencias estadísticas en los problemas de la Genética. De igual manera la Biología se relaciona con ciencias como la Geografía y la Geología.

Biomoléculas: La materia está formada por átomos. Los seres vivos, como materia que somos, estamos también formados por átomos, llamados Bioelementos, que se combinan formando moléculas, llamadas Biomoléculas. Los átomos que componen a los seres vivos se encuentran por todo el Universo, pero en la materia inerte se hallan en distinta proporción que en la materia viva. Es indudable que la Vida es algo más que simple materia, pero es importante conocer de qué materia se compone la Vida, para poder comprenderla mejor. En este tema podrás comprobar cómo se forman las moléculas que nos componen y entender sus funciones biológicas.

Materia Viva

Para entender la vida, tal y como la conocemos primero debemos saber un poco de química orgánica, las moléculas orgánicas contiene Carbono e Hidrógeno. Mientras otros compuestos orgánicos contiene otros elementos a parte del Carbono y el Hidrógeno es importante señalar que la unión de ambos es lo que hace a la materia orgánica

La materia viva esta constituida por diferentes elementos químicos en cantidades variables que pueden presentarse en estado libre o combinado. No todos los elementos químicos que se encuentran en la tierra entran en la composición de los seres vivos, . Todos los elementos como los compuestos químicos que derivan de sus combinaciones se encuentran en la célula en alguna de las formas siguientes: a. -) En estado iónico, es decir, formando iones, o sea, moléculas químicas disociadas que están provistas de cargas eléctricas, ya positivas o cationes, ya negativas o aniones. Así, entre los cationes más frecuentes encontramos: Na, K, Mg y entre los aniones Cl, SO 4 , CO 3 , etc. b. -) En estado molecular, en este estado los compuestos químicos no están disociados porque sus cargas eléctricas se encuentran en equilibrio

LOS BIOELEMENTOS La materia viva presenta unas características y propiedades distintas a las de la materia inerte. Estas características y propiedades encuentran su origen en los átomos que conforman la materia viva. Los átomos que componen la materia viva se llaman bioelementos. De los 92 átomos naturales, nada más que 27 son bioelementos. Estos átomos se separan en grupos, atendiendo a la proporción en la que se presentan en los seres vivos. Bioelementos % en la materia viva Átomos Primarios 96% C, H, O, N, P, S Secundarios 3, 9% Ca, Na, K, Cl, I, Mg, Fe Oligoelementos 0, 1% Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Ni, Si. . .

Tabla Periódica de los Elementos

Bioelementos primarios: Son los elementos más abundantes en los seres vivos. La mayor parte de las moléculas que componen los seres vivos tienen una base de carbono. Este elemento presenta una serie de propiedades que hacen que sea el idóneo para formar estas moléculas. Estas propiedades son las siguientes: 1. - Forma enlaces covalentes, que son estables y acumulan mucha energía. 2. -Puede formar enlaces, hasta con cuatro elementos distintos, lo que da variabilidad molecular. 3. -Puede formar enlaces sencillos, dobles o triples. 4. -Se puede unir a otros carbonos, formando largas cadenas. 5. -Los compuestos, siendo estables, a la vez, pueden ser transformados por reacciones químicas. 6. -El carbono unido al oxígeno forma compuestos gaseosos.

LAS BIOMOLÉCULAS Los bioelementos se combinan entre sí para formar las moléculas que componen la materia viva. Estas moléculas reciben el nombre de Biomoléculas o Principios Inmediatos. Las biomoléculas, para poder ser estudiadas, deben ser extraídas de los seres vivos mediante procedimientos físicos, nunca químicos, ya que si así fuera, su estructura molecular se alteraría. Los procedimientos físicos son la filtración, la diálisis, la cristalización, la centrifugación, la cromatografía y la electroforesis. Las biomoléculas se clasifican atendiendo a su composición. Las biomoléculas inorgánicas son las que no están formadas por cadenas de carbono, como son el agua, las sales minerales o los gases. Las moléculas orgánicas están formadas por cadenas de carbono y se denominan Glúcidos, Lípidos, Prótidos y Ácidos nucleicos. Las biomoléculas orgánicas, atendiendo a la longitud y complejidad de su cadena, se pueden clasificar como monómeros o polímeros. Los monómeros son moléculas pequeñas, unidades moleculares que forman parte de una molécula mayor. Los polímeros son agrupaciones de monómeros, iguales o distintos, que componen una molécula de mayor tamaño.

EL AGUA El agua es una biomolécula inorgánica. Se trata de la biomolécula más abundante en los seres vivos. En las medusas, puede alcanzar el 98% del volumen del animal y en la lechuga, el 97% del volumen de la planta. Estructuras como el líquido interno de animales o plantas, embriones o tejidos conjuntivos suelen contener gran cantidad de agua. Otras estructuras, como semillas, huesos, pelo, escamas o dientes poseen poca cantidad de agua en su composición. Estructura El agua es una molécula formada por dos átomos de Hidrógeno y uno de Oxígeno. La unión de esos elementos con diferente electronegatividad proporciona unas características poco frecuentes. Estas características son: 1. -La molécula de agua forma un ángulo de 104, 5º. 2. -La molécula de agua es neutra. 3. -La molécula de agua, aun siendo neutra, forma un dipolo, aparece una zona con un diferencial de carga positivo en la región de los Hidrógenos, y una zona con diferencial de carga negativo, en la región del Oxígeno. 3. -El dipolo facilita la unión entre moléculas, formando puentes de hidrógeno, que unen la parte electropositiva de una molécula con la electronegativa de otra.

Estructura del Agua

Importancia biológica del agua Las propiedades del agua permiten aprovechar esta molécula para algunas funciones para los seres vivos. Estas funciones son las siguientes: Disolvente polar universal: el agua, debido a su elevada constante dieléctrica, es el mejor disolvente para todas aquellas moléculas polares. Sin embargo, moléculas apolares no se disuelven en el agua. Lugar donde se realizan reacciones químicas: debido a ser un buen disolvente, por su elevada constante dieléctrica, y debido a su bajo grado de ionización. Función estructural: por su elevada cohesión molecular, el agua confiere estructura, volumen y resistencia. Función de transporte: por ser un buen disolvente, debido a su elevada constante dieléctrica, y por poder ascender por las paredes de un capilar, gracias a la elevada cohesión entre sus moléculas, los seres vivos utilizan el agua como medio de transporte por su interior. Función amortiguadora: debido a su elevada cohesión molecular, el agua sirve como lubricante entre estructuras que friccionan y evita el rozamiento. Función termorreguladora: al tener un alto calor específico y un alto calor de vaporización el agua es un material idóneo para mantener constante la temperatura, absorbiendo el exceso de calor o cediendo energía si es necesario.

LAS SALES MINERALES Las sales minerales son biomoléculas inorgánicas que aparecen en los seres vivos de forma precipitada, disuelta en forma de iones o asociada a otras moléculas. Precipitadas Las sales se forman por unión de un ácido con una base, liberando agua. En forma precipitada forman estructuras duras, que proporcionan estructura o protección al ser que las posee. Ejemplos son las conchas, los caparazones o los esqueletos. Disueltas Las sales disueltas en agua manifiestan cargas positivas o negativas. Los cationes más abundantes en la composición de los seres vivos son Na+, K+, Ca 2+, Mg 2+. . . Los aniones más representativos en la composición de los seres vivos son Cl-, PO 43 -, CO 32 -. . . Las sales disueltas en agua pueden realizar funciones tales como: Mantener el grado de salinidad. Amortiguar cambios de p. H, mediante el efecto tampón. Controlar la contracción muscular Producir gradientes electroquímicos Estabilizar dispersiones coloidales.

Asociadas a otras moléculas Los iones pueden asociarse a moléculas, permitiendo realizar funciones que, por sí solos no podrían, y que tampoco realizaría la molécula a la que se asocia, si no tuviera el ión. La hemoglobina es capaz de transportar oxígeno por la sangre porque está unida a un ión Fe++. Los citocromos actúan como transportadores de electrones porque poseen un ión Fe+++. La clorofila captura energía luminosa en el proceso de fotosíntesis por contener un ión Mg++ en su estructura.

LOS GLÚCIDOS Los glúcidos son biomoléculas orgánicas. Puede decirse que son compuestos orgánicos terciarios, es decir, constituidos por carbono, hidrogeno y oxigeno, en los que estos últimos elementos nombrados están en la mismo proporción que en el agua. • Constituyen una fuente de energía para las células animales y vegetales. • Su fórmula empírica general es C 2 H 2 n. On= C 2(H 2 O)n • De acuerdo a su grado de complejidad se clasifican en: • Monosacáridos • Disacáridos • Polisacáridos

Monosácaridos

LOS MONOSACÁRIDOS Son los glucidos más sencillos y se les denomina tambien azúcares reductores, porque tienen la propiedad de reducir la solución amoniacal de plata y el reactivo de Fehling Químicamente estan constituidos por cadenas de tres a seir atomos de carbono. De acuerdo al número de atomos en la cadena se clasifican en: • Triosas, si poseen 3 atomos de carbono • Tetrosas, si poseen 4 átomos de carbono • Pentosas, si poseen 5 átomos de carbono • Hexosas, si poseen 6 átomos de carbono.

Los monosacáridos se nombran atendiendo al número de carbonos que presenta la molécula: Triosas: tres carbonos

Tetrosas: cuatro carbonos

Pentosas: cinco carbonos

Hexosas: seis carbonos

Heptosas: siete carbonos

Ejemplos de monosacáridos relevantes en el metabolismo son la glucosa, la fructosa, la ribosa o la desoxirribosa, entre otros muchos. LA GLUCOSA Es un monosacárido de 6 carbonos que se utiliza para construir otras moléculas, como almidón, celulosa, lactosa o sacarosa. Se encuentra libre en la sangre y sirve como fuente de energía para las células. Se llama también Dextrosa o azúcar de la uva.

LA FRUCTOSA La fructosa es un monosacárido de 6 carbonos que se encuentra libre en las frutas o unida a la glucosa, formando la sacarosa. Recibe también el nombre de Levulosa. Se puede transformar en glucosa en las células del hígado. Se encuentra también en el líquido seminal, como nutriente para los espermatozoides.

Biológicamente, los más importantes son las pentosas y sobre todo las hexosas. La pentosa más importante es la ribosa, puesto que interviene en la composición de los ácidos nucleicos. Y las hexosas más importante es la glucosa o dextrosa, galactosa y fructosa

Ósidos Los Ósidos son Glúcidos formados por varios monosacáridos. La unión de monosacáridos se realiza a través de un enlace especial que libera una molécula de agua y que se llama enlace O-glucosídico, ya que un monosacárido se une al siguiente a través de un Oxígeno. Se llaman Holósidos a los ósidos formados por varios monosacáridos. Se denominan Heterósidos a los ósidos formados por monosacáridos y otras moléculas distintas a los Glúcidos, como pueden ser lípidos, que forman glucolípidos, o prótidos, que pueden formar glucoproteínas, entre otros. Los Holósidos se clasifican en Oligosacáridos y en Polisacáridos.

Oligosacáridos Los oligosacáridos son Glúcidos formados por un número pequeño de monosacáridos, entre 2 y 10. Se denominan Disacáridos, si están compuestos por dos monosacáridos, Trisacáridos, si están compuestos por tres monosacáridos, Tetrasacáridos, si están compuestos por cuatro monosacáridos y así sucesivamente. Los disacáridos se forman por la unión de dos monosacáridos, mediante un enlace O-glucosídico. Entre los disacaridos de mayor importancia biologica tenemos: • Matosa • Sacarosa • Lactosa

Lactosa Maltosa Enlace formado por una galactosa y una glucosa Enlace formado por dos moléculas de glucosa. Es un disacárido que se encuentra libre en la Naturaleza. Es el azúcar que posee la leche. Posee poder reductor. Es un disacárido que no se encuentra libre en la Naturaleza. Se obtiene por digestión de almidón o glucógeno. Posee poder reductor. Es un enlace que contiene mucha energía.

Sacarosa Es un disacárido que se encuentra libre en la Naturaleza. Se obtiene de la caña de azúcar y de la remolacha. Es el azúcar común. No posee poder reductor. Por hidrólisis o desdoblamiento de la molécula, la sacarosa origina, una molécula de glucosa y un de fructosa.

Polisacáridos Los polisacáridos son polímeros de monosacáridos, Los polisacáridos no tienen sabor dulce, no cristalizan y no tienen poder reductor. Su importancia biológica reside en que pueden servir como reservas energéticas o pueden conferir estructura al ser vivo que los tiene. La función que cumplan vendrá determinada por el tipo de enlace que se establezca entre los monosacáridos formadores. Los polisacáridos más abundantes en la Naturaleza son el almidón, el glucógeno, la celulosa y la quitina.

Almidón Aparece en células vegetales. Es un homopolísacárido con función de reserva energética, formado por dos moléculas, que son polímeros de glucosa, la amilosa y la amilopectina. La amilosa está formada por glucosas unidas por enlace a(1→ 4). La amilopectina está formada por glucosas unidas por enlaces a(1→ 4) y (1→ 6). Estos enlaces (1→ 6) originan ramificaciones, que se repiten en intervalos de secuencias desiguales de monosacáridos. La amilosa adquiere una estructura helicoidal y la amilopectina recubre a la amilosa. Glucógeno Es un homopolisacárido con función de reserva energética que aparece en animales y hongos. Se acumula en el tejido muscular esquelético y en el hígado. Está formado por glucosas unidas por enlace a(1→ 4) y presenta ramificaciones formadas por enlaces (1→ 6).

Celulosa Es un homopolisacárido formado por glucosas unidas por enlace b(1→ 4). Es típico de paredes celulares vegetales, aunque también la pueden tener otros seres, incluso animales. Su importancia biológica reside en que otorga resistencia y dureza. Confiere estructura al tejido que la contiene. Las cadenas de celulosa se unen entre sí, mediante puentes de Hidrógeno, formando fibras más complejas y más resistentes. Quitina Es un homopolisacárido con función estructural, formado por la unión de N-acetilb-D-glucosaminas. Se encuentra en exoesqueletos de artrópodos y otros seres, ya que ofrece gran resistencia y dureza.

Importancia Biológica 1. Constituyen una fuente energética para los seres vivos, ya que al oxidarse a nivel celular liberan energía; 4 cal por gr. 2. Pueden ser almacenados por los seres vivos en determinados órganos o tejidos, por lo que desempeñan funciones de reserva, lo cual queda a disposición del organismo para ser utilizada. Almidón, sacarosa, glucógeno 3. En otros casos, debido a su estructura molecular, ayudan a sostener o mantener los tejidos y los órganos vegetales, tal ocurre con la celulosa, que desempeña funciones de sostén en las plantas.

Lípidos

LOS LÍPIDOS Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas por Carbono, Hidrógeno y Oxígeno, que pueden aparecer en algunos compuestos el Fósforo y el Nitrógeno. Constituyen un grupo de moléculas con composición, estructura y funciones muy diversas, pero todos ellos tienen en común varias características: 1. -No se disuelven en agua, formando estructuras denominadas micelas. 2. -Se disuelven en disolventes orgánicos, tales como cloroformo, benceno, aguarrás o acetona. 3. -Son menos densos que el agua, por lo que flotan sobre ella. 4. -Son untosos al tacto.

Los lípidos se ordenan en los siguientes grupos moleculares: Ácidos grasos Acil-glicéridos Céridos Fosfoglicéridos y esfingolípidos Esteroides Isoprenoides Prostaglandinas

LOS ÁCIDOS GRASOS Los ácidos grasos son moléculas formadas por cadenas de carbono que poseen un grupo carboxilo como grupo funcional. El número de carbonos habitualmente es de número par. Los tipos de ácidos grasos más abundantes en la Naturaleza están formados por cadenas de 16 a 22 átomos de carbono. La parte que contiene el grupo carboxilo manifiesta carga negativa en contacto con el agua, por lo que presenta carácter ácido. El resto de la molécula 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.

Los ácidos grasos se clasifican en saturados e insaturados. Saturados Los enlaces entre los carbonos son enlaces simples, con la misma distancia entre ellos ( 1, 54 Å) y el mismo ángulo (110º). Esta circunstancia permite la unión entre varias moléculas mediante fuerzas de Van der Waals. Cuanto mayor sea la cadena (más carbonos), mayor es la posibilidad de formación de estas interacciones débiles. Por ello, a temperatura ambiente, los ácidos grasos saturados suelen encontrarse en estado sólido.

Insaturados En ellos pueden aparecer enlaces dobles o triples entre los carbonos de la cadena. La distancia entre los carbonos no es la misma que la que hay en los demás enlaces de la molécula, ni tampoco los ángulos de enlace (123º para enlace doble, 110º para enlace simple). Esto origina que las moléculas tengan más problemas para formar uniones mediante fuerzas de Van der Waals entre ellas. Por ello, a temperatura ambiente, los ácidos grasos insaturados suelen encontrarse en estado líquido.

ACIL-GLICÉRIDOS Los ácidos grasos forman parte de otros compuestos lipídicos. Todos aquellos lípidos que tienen ácidos grasos en su estructura tienen la capacidad de realizar la reacción de saponificación, y por ello se llaman lípidos saponificables. REACCIÓN DE SAPONIFICACIÓN Cuando un ácido graso se une a una base fuerte se forma un jabón, con parte polar, que se mezcla con el agua, y parte apolar, insoluble en agua. Es una molécula anfipática.

Los acil-glcéridos están formados por ácidos grasos, por lo que son lípidos saponificables. Son moléculas formadas por la unión de uno, dos o tres ácidos grasos, con una glicerina. La unión se da entre los grupos -OH de cada molécula. Se libera una molécula de agua. El enlace recibe el nombre de éster. Si la glicerina se une a un ácido graso, se forma un monoacilglicérido. Si se une a dos ácidos grasos se forma un diacilglicérido. Si se une a tres ácidos grasos se forma un triacilglicérido o, simplemente, triglicérido.

Los ácidos grasos se clasifican atendiendo al estado que presentan a temperatura ambiente. Los sólidos se denominan sebos, y están formados por ácidos grasos saturados. Los líquidos se llaman aceites, y están formados por ácidos grasos insaturados y saturados.

Funciones de los acil-glicéridos La importancia de los acil-glicéridos radica en que: 1. - Actúan como combustible energético. Son moléculas muy reducidas que, al oxidarse totalmente, liberan mucha energía (9 Kcal/g). 2. -Funcionan como reserva energética. Acumulan mucha energía en poco peso. Comparada con los glúcidos, su combustión produce más del doble de energía. Los animales utilizan los lípidos como reserva energética para poder desplazarse mejor. ¿Aguantarían nuestras articulaciones el peso del cuerpo si acumulásemos la energía en forma de glúcidos? 3. -Sirven como aislantes térmicos. Conducen mal el calor. Los animales de zonas frías presentan, a veces, una gran capa de tejido adiposo. Son buenos amortiguadores mecánicos. Absorben la energía de los golpes y, por ello, protegen estructuras sensibles o estructuras que sufren continuo rozamiento.

Importancia Biológica 1. Son una fuente de energía para el organismo, pues 1 gr. Produce 9, 3 calorías. 2. Constituyen sustancias de reserva, ya que se almacenan en determinados órganos o tejidos, El tejido adiposo de los animales está constituido casi exclusivamente por grasas. 3. Mantienen la temperatura del cuerpo, constituyendo un aislante que lo defiende de los rigores de medio externo.

Proteínas

Las Proteínas son sustancias orgánicas de elevado peso molecular y constituidas principalmente por carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno. En cuanto a su estructura química las proteínas están constituidas por largas cadenas, formadas por la unión de varias moléculas de aminoácidos. Estos son compuestos derivados de los ácidos orgánicos, en los que un átomo de hidrógeno de uno o más carbonos ha sido sustituido por un radical amino NH 2. La unión de dos aminoácidos da un dipéptido; la unión de tres aminoácidos da un tripéptido etc. , cuando se unen varios se denomina polipéptido. El enlace que une con otros se denomina enlace péptidico.

PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS Son sustancias indispensables para la vida, por consiguiente deben ser incluidos en la dieta diaria. Cuando los alimentos que las contienen sometidos a altas temperaturas se desnaturalizan o descomponen, lo cual se denomina desnaturalización. Son sustancias, inestables ya que sus propiedades se pueden alterar con la temperatura, ácidos, radiaciones, etc. Debido al gran tamaño que poseen forman con el agua soluciones coloidales.

CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS Por su naturaleza química las proteínas se dividen en dos grandes grupos: 1. Proteínas Simples: que están constituidas por varios animoácidos unidos por enlaces pétidicos, que se separan al hidrolizarse las proteínas. Entre ellas están: Las albuminas: son solubles en agua, las principales albuminas son la lactoalbumina de la leche y la ovoalbumina del huevo. Las Globulinas: Son insolubles en agua y se encuentran distribuidas tanto en los animales como en los vegetales. Las protaminas: se encuentran en los peces. Las histonas: se encuentran en los núcleos celulares y en algunos tejidos de sostén en los animales. Desempeñan un papel importante durante la diferenciación celular en el desarrollo embrionario. Las escleroproteínas: son insolubles en agua y muy duras o consistentes. Así, el colágeno forma los haces del tejido cartilaginoso y óseo.

2. Las Proteínas Compuestas: son aquellas cuya molécula esta constituida por una molécula de una proteína simple y otra sustancia diversa de la naturaleza. Las moléculas de estos compuestos están constituidas por dos partes: una proteica que es la proteína simple y una prostética, formada por un sustancia no proteica, es decir, que puede ser un lípido o un glúcido. Entre las principales tenemos: Las glucoproteínas: en las que el grupo protético esta constituido por un glúcido, resultan de la combinación de una proteína con un glúcido. La mucina es una glucoproteína segregada por las glándulas salivales y algunas mucosas. Las Lipoproteínas: provienen de la combinación de una proteína simple con un ácido graso superior. A éstas pertenece el fibrinogeno de la sangre. Las nucleoproteínas: su molécula está constituida por una proteína simple, y el grupo prostético lo forma un ácido núcleico. EL ADN y el ARN Las fosfoproteínas resultan de la combinación de una proteína simple con el ácido fosfórico. La caseína de la leche.

Importancia Biológica • Regeneran tejidos, contribuyendo a su formación. Suministran energía al organismo, ya que un gramo proporciona cuatro calorías. • Algunas son enzimas y como tales actúan activando ciertas reacciones que se llevan a cabo en las células. • Las proteínas nucleares constituyen la parte esencial de la sustancia cromática que, en definitiva, mantiene los caracteres específicos de cada ser a través de las generaciones.