Biología molecular
Bioelementos primarios y secundarios
Porcentaje de bioelementos presentes en
el cuerpo humano.
En el transcurso de la formación de los
seres vivos se fueron eligiendo de manera natural aquellos que tenían la
capacidad de combinarse con otros y tener un numero atómico bajo. De
los 92 elementos naturales que se conocen, 25 son los que forman parte de los
seres vivos y cumplen en ellos una función.
Los elementos que forman parte de los seres vivos
se conocen como elementos biogenesicos y se clasifican
en bioelementos primarios y secundarios. Estos elementos son
fundamentales para la formación de biomolecular fundamentales,
tales como carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
Estos elementos constituyen aproximadamente el 97% de la materia viva y son carbono,
hidrogeno, oxigeno, nitrógeno, fosforo y azufre.
Los bioelementos secundarios son todos
los elementos biogenéticos restantes. Se pueden distinguir entre
ellos los que tienen una abundancia mayor al 0.1% en los organismos. Esto no
significa que no tengan importancia, ya que una pequeña cantidad de ellos es
suficiente para que el organismo viva.
Calcio, sodio, cloro, potasio, magnesio, flúor,
cobalto, cobre, yodo, hierro, manganeso, silicio, selenio y zinc.
Moléculas inorgánicas de interés biológico
EL AGUA
Las propiedades del agua son muy especiales,
tanto que gracias a ella la vida se ha podido desarrollar en nuestro planeta. Está
formada por dos átomos de hidrogeno y uno de oxígeno y su
formula química es H20
la molécula del agua no tiene carga neta, pero su carga interna se encuentra distribuida de manera desigual, de forma que el extremo donde está el oxígeno es un tanto negativo y el extremo donde están los hidrógenos un tanto positivo. De manera que esta polarizada. De manera que se forman puentes de hidrogeno que son breves y unen las moléculas del agua.
Propiedades:
la molécula del agua no tiene carga neta, pero su carga interna se encuentra distribuida de manera desigual, de forma que el extremo donde está el oxígeno es un tanto negativo y el extremo donde están los hidrógenos un tanto positivo. De manera que esta polarizada. De manera que se forman puentes de hidrogeno que son breves y unen las moléculas del agua.
Propiedades:
- cohesión.- entre las moléculas del agua es elevada y hace
que el agua sea casi incompresible. le brinda turgencia a las plantas (les
da forma).
- tensión superficial.-película o capa sobre la superficie
provocada por puentes de hidrogeno.
- adhesión.- da lugar a la capilaridad por lo cual es agua sube por
un capilar. favorece el sistema vascular de los árboles y plantas.
- tiene alto calor especifico.- los puentes
de hidrogeno gastan energía por lo que para elevar la
temperatura hay que aplicar gran cantidad de calor. permite esta característica que
las células se mantengan estables y no hiervan con el
calor que provocan sus procesos
- sirve como solvente.- sirve como solvente para gran cantidad de
sustancias, como las azucares y otras moléculas polares, a
las llamadas hidrofilas.
Sales minerales
Generalmente ingresan a nuestro organismo como
parte de una sal.
las sales minerales actúan como
soluciones buffer o amortiguadoras, que mantienen el pH del
organismo, lo cual es esencial para que las funciones no se alteren.
Biomoleculas organicas.
El carbono es un elemento muy versatil. Juega
un papel muy importante en los procesos de los seres vivos, ya que toda
la química de la vida gira alrededor de él. Los compuestos orgánicos siempre
contienen carbono, por lo que el estudio de la química del carbono se
le ha llamado la química orgánica.
Su propiedad más importante es que puede formar
enlaces covalente con otros átonos y con más carbono.
El carbono contiene 4 electrones en la última capa
de valencia. Este elemento tiene una tendencia a compartir, más que a donar o
recibir electrones. Esta capacidad ha dado origen a muchas moléculas, que
cumplen infinidad de funciones al participar de manera activa en los
procesos químicos de los seres vivos.
Los compuestos del carbono pueden asumir formas de
cadenas, ramificaciones y anillos, y pueden estar formados por cientos o hasta
miles de átomos, como sucede en las moléculas tan complejas como las proteínas
del ADN. La función está determinada por la estructura molecular. Las
principales moléculas orgánicas de los seres vivos son los carbohidratos, los lípidos,
las proteínas los ácidos nucleicos. Estas moléculas suelen estar formadas por
subunidades que se ensamblan entre sí, como si fueran ladrillos que conforman
una construcción. Cada unidad es llamada monómero y a la unión de monómeros se
les llama polímeros.
Carbohidratos
Siempre contienen C, H, y O, y químicamente se
pueden definir como polialcoholes con un grupo carbonilo (aldehído o cetona).
Realizan las siguientes funciones:
- Proporcionan energía, hasta 4 Klas/gr (glucosa),
y la almacenan (almidón, glucógeno).
-Forman estructuras (celulosa, ribosa del RNA,
etc.)
-Constituyen moléculas de tipo dinámico (vitamina
C, heparina, etc.).
Los carbohidratos se clasifican en:
Monosacáridos
Aldosas
Cetosas
Disacáridos
Sacarosa
Maltosa
Lactosa
Polisacárido
Almidón
Glicógeno
Dextrina
Celulosa
Los carbohidratos se forman de cadenas
de 3 a 7 carbonos. Llamados por este número: triosas, tetrosas, pentosas y asi
sucesivamente. Entonces la glucosa, que está formada por 6 carbonos, es una
hexosa, lo mismo que la fructosa o azúcar de las frutas.
En el caso de la fructosa y la glucosa
es que tienen el grupo cetona o el grupo aldehído.
La glucosa no se encuentra en forma
lineal en la naturaleza, tiende a formar un anillo.
Ejemplos de monosacáridos:
Ribosa: presente en el ARN, participa
en la elaboración de proteínas.
Desoxirribosa. Es también una pentosa y
forma parte del ADN, la molécula de la herencia.
Fructosa. Es el azúcar de las frutas
Glucosa: es el monosacárido más
abundante en los seres vivos. lo producen las plantas por la fotosíntesis.
Galactosa: Es una hexosa que forma
parte del azúcar de la leche.
Oligosacáridos
Son dulces y proporcionan energía. Un
ejemplo es la sacarosa que se obtiene a partir de la caña de azúcar o de la
remolacha.
Los oligosacáridos están formados por
dos monosacáridos unidos por medio de un enlace glucosúrico. Al unirse dos moléculas
de azúcar, se pierde una molécula de agua. En la sacarosa, se unen una molécula
de glucosa y una e fructosa.
Otro disacárido es la lactosa, que es
el azúcar de la leche. esta formada por la unión de una molécula de glucosa y
una de galactosa.
La maltosa es el disacárido que se
produce cuando se rompen polisacáridos formados por unidades de glucosa. Está
formado por la unión de moléculas de glucosa y aparece en nuestro tubo
digestivo cuando iniciamos la digestión de los alimentos que contienen polisacáridos.
polisacáridos
Los polisacáridos son polímeros
formados por la unión de muchos monosacáridos. Algunos de ellos funcionan como
reserva energéticas, tanto en plantas como animales. Otros cumplen funciones
estructurales y dan firmeza a ciertos organismos.
Almidón: es el polisacárido de reserva
de la plantas. Está formado por la unión de cientos de unidades de glucosa que
forman espirales compactas, de manera que se puedan almacenar adecuadamente. El
enlace que se forma entre estas unidades de glucosa se conoce como alfa-glucosúrico.
Glucógeno: se le conoce como almidón
animal. Está formado por la unión de moléculas de glucosa formando una
estructura muy ramificada, es decir, con muchas cadenas laterales que se
desprenden de una cadena lateral. Los enlaces que se forman son alfa-glucosúricos.
Celulosa: la celulosa contiene
moleculas de glucosa enlazadas de manera distinta a como se une el almidon y el
glucogeno. En este caso los enlaces son beta-glucosidicos. La orientacion de
las moleculas de glucosa hace que la celulosa sea fibrosa y por ello cumpla función
estructural. los polímeros de glucosa, en este caso se unen para formar
microfrillas y estas, a su vez, forman fibrilla que dan la forma a los tallos y
hojas de las plantas. La celulosa se encuentra en las paredes de las células
vegetales. Debido al enlace existente en las unidades de la celulosa, esta no
es digerible para los seres humanos. Pero cumple la función de eliminar mejor
los desechos como un vehículo que permite mantener la regularidad en las
evacuaciones intestinales.
quitina: este polisacárido se encuentra
en el exoesqueleto de cangrejos, langostas e insectos y también forma parte de
la pared celular de los hongos.
La quitina se puede utilizar para
elaborar un tipo especial de hilo que se usa como material de sutura.
Lípidos
Son conocidos como grasas y forman un
grupo amplio de sustancias diversas cuya característica principal es ser
insolubles en el agua y solubles en solventes orgánicos no polares como el
eter, el cloroformo o el benceno. Están formados de carbono, hidrogeno y oxígeno.
Los lípidos funcionan como reservas
energéticas, de las que se obtiene más energía en comparación a los
carbohidratos los lípidos también sirven de capa aislante que se ubica debajo
de la piel de muchos animales. Así, las ballenas y los mamíferos marinos tienen
una capa importante de grasa debajo de la piel.
Los lípidos se clasifican en 3 tipos
principales:
- lípidos simples, que solo tienen carbono, hidrogeno y oxigeno
- lípidos complejos, que además tienen otros elementos como fosforo
o nitrógeno. A este grupo pertenecen los fosfolípidos.
- Esteroides, que son moléculas formadas por anillos fusionados.
lípidos simples
En este grupo se clasifica a los
aceites, grasas y ceras. Las funciones principales de aceites y
grasas, es de reservas energéticas. Muchas de las grasas naturales se forman
mediante la unión de una molécula de glicerol con tres de ácido graso, de allí
que también se les llame triglicéridos.
Los ácidos grasos pueden ser saturados
si todos los enlaces de la cadena son simples o insaturados si existe algún
doble enlace entre ellos. Estos en laces dobles, le dan la propiedad de ser
menos rigidos y que se conviertan más fácil de solido a líquido.
En el caso de las ceras, estas forman
cubiertas aislantes que protegen el pelaje, plumaje, hojas y frutos. Los lípidos
evitan la entrada o salida de agua en exceso de los organismos.
Lípidos complejos: fosfolípidos.
Los fosfolípidos contienen un grupo fosfato
asociado a un lípido, Esencialmente se forman de la misma manera que un triglicérido,
solo que en este caso se coloca un grupo fosfato en lugar del tercer ácido
graso. Este grupo se convierte entonces en la cabeza polar de la molécula, que
va a ser hidrofilica y las dos cadenas de ácidos grasos se convierten en las
colas hidrofobias.
Estos fosfolípidos forman las membranas nucleares
de las células y por lo tanto forman parte de todos los seres vivos.
Esteroides
Los esteroides son estructuralmente diferentes a
todos los demás lípidos. Se componen de cuatro anillos de carbono fusionados,
unidos a distintos grupos funcionales.
Como el colesterol, el cual es un componente vital
de las membranas de las células animales y también participa en la síntesis de
otros esteroides, como las hormonas sexuales femeninas y masculinas, o la aldosterona,
hormona que controla los niveles de sal.
Proteínas
Son los elementos principales que forman a los
seres vivos.
Las uñas que están formadas por queratina; la piel
que envuelve el cuerpo está envuelta en colágeno; debajo de la piel en los músculos
esta la actina y misiona; la sangre contiene hemoglobina que transporta el oxígeno
a las celulas; la insulina tambien es transportada por la sangre y controla los
niveles de azucar en la sangre; los anticuerpos que defienden el organismo en
caso de infecciones tambien son proteínas.
Son biomoleculas grnades, formadas de la union de monómeros
llamados aminoacidos. Un aminoacido contiene un carobono central al que se une
un grupo amino, un grupo carboxilo, un hidrogeno y algun sustituyente al que
llamamos grupo R.
Hay veinte aminoacidos que forman parte de los
seres vivos y la diferencia entre ellos esta exclusivamente en el grupo R.
Cada organismo produce varios cientos de proteinas
diferentes, caracteristicas de su especie. En una proteina los aminoacidos se
encuentran unidos por medio de enlaces peptidicos. los enlaces se forman por la
union del grupo amino de un aminoacido con el grupo carboxilo del otro.
Estructura primaria
Se refiere a la secuencia de aminoacidos que la
forma. En este caso la proteina es lineal y se distingue de otras por las
secuencias de aminoacidos que estan determinadas por el ADN.
Estructura secundariaLos distintos grupos R de cada aminoacido de una proteina tienden a interactuar entre sí, los que tienen ligeras cargas positivas y negativas forman puentes de hidrogeno, de manera que se acercan o alejan entre si , dando forma a la cadena de aminoacidos. Se puede formar entonces una estructura enrrollada parecida a un resorte, llamada helice alfa. o en otras como la lamina beta plegada que se asemeja a una lamina de asbesto ondulada.
Estructura terciaria
Cuando las proteinas adoptan una forma
tridimensional a la que llamamos terciaria. Esta forma de aminoacidos de la
proteina que, situados en algunos puntos, pueden unirse fuertemente aun estando
alejados unos de otros. En el caso de los aminoacidos se forman
puentes disulfuro y modifican la forma de la proteina. Deacuerdo con su forma
tridimensional, las proteinas pueden clasificarse en globulares, de forma
esferica y fibrosas, de forma delgada.
Estructura cuaternaria
Este nivel solo se presenta cuando las proteinas
estan formadas de dos o más cadenas polipeptidicas como en el caso de la
hemoglobina que contiene cuantro cadenas unidas entre si por medio de puentes
de hidrogeno.
Las proteínas pierden su funcionalidad si se someten a calor excesivo o a un pH extremo. En este caso se rompen los enlaces débiles y se dice que la proteína se ha desnaturalizado.
Las proteínas pierden su funcionalidad si se someten a calor excesivo o a un pH extremo. En este caso se rompen los enlaces débiles y se dice que la proteína se ha desnaturalizado.
3.2 NIVELES
DE ORGANIZACIÓN ESTRUCTURAL DEL CUERPO HUMANO (CÉLULA, TEJIDO, ÓRGANO, SISTEMA)
El cuerpo humano presenta varios niveles de
complejidad estructural el más sencillo
de los cuales es el nivel químico.
En este nivel, los átomos son minúsculas unidades de materia, que se
combinan para formar moléculas de agua, azúcar y proteínas las cuales a su vez se asocian de formas
determinadas para formar células microscópicas, las unidades más pequeñas de
los seres vivos.
Todas las células desempeñan funciones comunes,
pero cada tipo de célula específico puede variar en tamaño y forma, reflejando
sus funciones en el cuerpo.
Los seres vivos más sencillos se componen de una
sola célula pero la escala estructural
de los seres vivos más complejos, como los árboles o los seres humanos, han
avanzado hasta el nivel tisular.
La célula contiene tres partes importantes: su
núcleo, que posee la información genética (los ácidos nucleicos o ADN); el
citoplasma, que contiene a todos los organelos que llevan a cabo diversas
funciones vitales para la subsistencia de la célula; y la membrana plasmática,
que es la entrada de nutrientes y salida de desechos. No todas las células
contienen esos tres elementos, por ejemplo, en el ser humano existen algunas
células que no contienen esos tres elementos, por ejemplo, en el ser humano
existen algunas células que no tienen núcleo, como los glóbulos rojos, otras
contienen varios núcleos, como los glóbulos blancos, denominados leucocitos
polimorfonucleares, como lo son los neutrófilos.
Los óvulos femeninos son las células más grandes de
todo el cuerpo. En el caso de las neuronas humanas, éstas no realizan mitosis,
es decir, si se inactivan algunas de ellas, no existe manera de producir más de
estas células.
Los tejidos son tipos de células similares con una
función común. (Tejido epitelial, conectivo, muscular y nervioso) desempeñan
una función definida y diferente en el cuerpo.
Tejido
epitelial: Formados por una o varias capas de células, los
epitelios conforman el recubrimiento interno de cavidades, conductos del
cuerpo, órganos huecos y piel, además de formar las mucosas y las glándulas.
Tipos
de tejidos epitelial:
Escamoso simple
Cuboide simple
Cilíndrico simple
Seudoestratificado
Escamoso estratificado
Cuboide estratificado
Cilíndrico estratificado
Tejido
conectivo: El tejido conectivo o conjntivo incluye diversos
tejidos, los cuales se caracterizan por poseer células separadas ampliamente,
en cuyos espacios intercelulares se encuentra la matriz extracelular; una
mezcla de una solución viscosa conocida como sustancia fundamental y diversas
fibras secretadas por células del mismo tejido.
Clasificación
del tejido conectivo:
Tejido conetivo laxo
Tejido conectivo denso
Tejido adiposo
Tejido óseo
Tejido cartilaginoso
Sangre
Tejido
muscular: Existen dos tipos de tejido muscular: el estriado
y el liso. Los músculos estriados mueven al esqueleto y comúnmente se les
denomina músculos voluntarios, ya que se pueden mover a voluntad del individuo.
El músculo liso envuelve las paredes de los órganos internos como los órganos
digestivos, la vejiga, el útero, los vasos sanguíneos y tampoco está bajo
control voluntario.
Tejido
nervioso: Está compuesto por dos células: las neuronas y las
células de la glía o sostén.
Un órgano es una estructura compuesta de dos o más
tipos de tejido que desempeña una función específica en el cuerpo. En este
nivel orgánico ya son posibles algunas funciones extremadamente complejas. Por
ejemplo el intestino delgado que desempeña la función de digerir y absorber los
alimentos.
Un sistema orgánico es un grupo de órganos que
funcionan de forma conjunta para alcanzar un objetivo común. Por ejemplo el
aparato digestivo incluye el esófago el estómago y los intestinos grueso y
delgado, cada uno de los cuales desempeña su propia su función Mediante la colaboración de cada uno de ellos
mantienen los alimentos en movimiento en el aparato digestivo.
Nota: La
Citología (es una herramienta especial para la Anatomía microscópica) e
histología (término que proviene de la raíz griega histos, que significa tejido
y logos que es tratado o estudio y es la encargada de estudiar los tejidos,
tanto en animales como en vegetales y es una herramienta especial para la
Anatomía macroscópica) son ramas de la Biología que estudian a las células y
tejidos
En forma general los niveles
estructurales fundamentales del cuerpo humano son:
- Nivel químico: Representa la organización
de los constituyentes químicos del cuerpo humano. El resultado en materia
viva, lo cual implica metabolismo, irritabilidad, conductividad,
contractilidad, crecimiento, y reproducción.
- Nivel celular: La unidad básica de la vida es la célula.
Estas unidades de la vida, todas juntas, dan lugar al tamaño, forma y
característica del cuerpo. Cada célula tiene tres partes principales que
son: el citoplasma, núcleo y la membrana. Las células son controladas por
genes, las unidades de la herencia. Los genes contienen las instrucciones
biológicas que conforman las características del cuerpo humano. Todas las
células de nuestro cuerpo se generan de la célula creada por la fusión de
un espermatozoide proveniente del padre y de un óvulo proveniente de la
madre.
- Nivel tisular: Las células se organizan
para formar los tejidos del organismo, los cuales se especializan para
ejecutar ciertas funciones especializadas. Por ejemplo, los tejidos se
puede especializar como epitelial, conectivo, muscular y nervioso.
- Nivel de órgano: Los órganos se forman cuando diversos tejidos
se organizan y agrupan para llevar a cabo funciones particulares. Además,
los órganos no solo son diferentes en funciones, pero también en tamaño,
forma, apariencia, y localización en el cuerpo humano.
- Nivel de sistema o aparato: Representan el nivel más complejo de las
unidades de organización del cuerpo humano. Involucra una diversidad de
órganos diseñados para llevar a cabo una serie de funciones complejas. En
otras palabras, un sistema es la organización de varios órganos para
desempeñar funciones específicas. Los órganos que integran un sistema
trabajan coordinados para efectuar una actividad biológica particular,
i.e., trabajan como una unidad. Los principales sistemas del cuerpos son,
a saber: 1) tegumentario o piel, 2) esquelético y articular, 3) muscular,
4) nervioso, 5) endocrino, 6) cardiovascular o circulatorio, 7) linfático
e inmunológico, 8) respiratorio o pulmonar, 9) digestivo o gastrointestinal.
10) urinario o renal, y 11) reproductorio.
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