Biologia - Composición y Organización de los Seres Vivos

54

Capítulo 3

54

La célula es la unidad estructural, funcional y de origen de todos los seres vivos. Los seres vivos más simples están formados por una célula; en cambio, los más complejos están formados por miles o millo-nes de células.

Composición y organización de los seres vivos

Esquema del capítulo

Reconoce los elementos químicos presentes en los seres vivos según su abundancia.��

Diferencia las moléculas orgánicas según su tipo y función.��

Conoce los diferentes niveles de organización en los seres vivos. ��

Al leer este capítulo aprenderás a:

55

Capítulo

3

5555

Esquema del capítulo

COMPOSICIÓN Y ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS

Organización molecular Niveles de organización de la materia viva

Elementos biogenésicosMolecular

Celular

Organismo

Población

Comunidad

Ecosistema

Biosfera

Grupo celular

Biomoléculas orgánicas

Carbohidratos

Ácidos nucleicos

Proteínas

Enzimas

Lípidos

LECTURA

Los elementos básicos de nuestro cuerpo

Analiza y responde• ¿Consideras importante conocer la composición química de nuestro cuerpo? ¿Cómo te ayudaría a mejorar tu calidad

de vida?

• ¿Qué piensas que deberías hacer desde tu colegio con esta información?

• ¿Es una motivación a seguir aprendiendo e investigando sobre este tema?

Hoy la información de la composición química de nuestro cuerpo se conoce con un detalle impresionante, tenemos 19,37% de carbono, 9,31% de hidrógeno, 62,81% de oxíge-no y 5,14 de nitrógeno; y no se diga de las grandes macromo-léculas como las proteínas que están en un 18%, los lípidos en un 10%, los carbohidratos en un 5% y iones en 2%. Además las investigaciones nos han llevado a descubrir el rol de cada componente que ingresa a nuestro cuerpo como por ejemplo saber que las grasas insaturadas son más sanas que las satu-radas, que los vegetales no contienen todos los aminoácidos esenciales que requerimos, que el calcio no solo es básico para los huesos sino para sino para la plasticidad neuronal reque-

rida para el aprendizaje y el transporte en membrana y que el hierro no solo favorece la oxigenación del cuerpo sino que es básico para la formación de nuevas neuronas. ¿Qué se busca con toda esta información? ¿Qué deberíamos hacer cuando se sabe todo esto? Pero a pesar de ello, las recientes publica-ciones en torno a la incidencia de sobrepeso y obesidad en el Perú muestran un incremento de un 80% en los últimos años, siendo mayor en hombres con un 26% que en mujeres con un 24%. Esto ha provocado una puesta en marcha de nume-rosos estudios y proyectos nutricionales donde la educación nutricional representa un elemento clave y que debe llevar a un cambio de comportamiento.

56

3.1 Composición química de los seres vivos

La composición química de los seres vivos ha estado condicionada, tanto por la disponi-bilidad de los materiales en el medio ambiente, como por las propiedades especiales de algunos átomos y moléculas que pueden realizar funciones específicas en los procesos de la vida.

Habíamos visto en el capítulo 2 que los denominados elementos biogenésicos son aquellos elementos químicos que forman parte permanente de los seres vivos. Cuando se compara cualitativa y cuantitativamente los elementos que entran a formar parte de la materia viva y de la corteza terrestre, se encuentran bastantes diferencias que pueden explicarse, al menos, parcialmente, teniendo en cuenta algunas consideraciones esen-cialmente químicas.

De los más de 100 elementos químicos existentes, sólo unos 20 se encuentran en los seres vivos y en distinta concentración, tal como se muestra en la tAbLA 3.1:

Tabla 3.1: Algunos elementos químicos presentes en los seres vivos

ELEMENTOS CORTEZA TERRESTRE (%) SISTEMAS VIVOS (% en peso)

Oxígeno (O) 49,5 65

Carbono (C) 0,08 18,5

Hidrógeno (H) 0,87 9,5

Nitrógeno (N) 0,03 3,3

Calcio (Ca) 3,39 1,5

Fósforo (P) 0,12 1,0

Potasio (K) 12,29 0,9

Otros 33,72 0,3

De acuerdo a la abundancia de los elementos en los seres vivos, los elementos quími-cos se clasifican en: macroelementos, microelementos y oligoelementos. En el capítulo anterior se revisó su ubicación y las especies características para cada uno de ellos. En este capítulo, aprenderás acerca de la función de ellos:

• Con los datos entregados en la tabla 3.1, realiza una grá-fica de barra comparativa.

• Investiga y recuerda los con-ceptos de: anión y catión.

Comprueba tu aprendizaje

Potasio (K):�� es el más importante catión intracelular, par-ticipando en la contracción muscular y en la generación del impulso nervioso. Interviene en el transporte activo a través d la membrana. Regula los fluidos corporales.

Sodio (Na):�� es un catión extrace-lular que participa en la regulación de la presión osmótica. Además genera, conduce y transmite el impulso nervioso en la neurona. Interviene en el transporte activo a través de la membrana.

57

Capítulo

3

Nitrógeno (N):�� componente básico de la proteínas, pues forma parte de sus aminoácidos. Se encuentra en forma molecular (N2) formando parte del aire. Está presente en compuestos como nitrato de pota-sio (KNO3), más conocido como salitre. y nitrato de sodio. El rol biológico destaca principalmente en el ciclo del nitrógeno, el cual permite que el nitrógeno sea asimilado por los seres vivos mediante una serie de procesos como:

• Fijación del nitrógeno: mediante bacteriasRhizobium en raíces, figura 3.1.

• Amonificación:conversiónaamonio.• Nitrificación:conversiónanitritosynitratos.• Desnitrificación: conversión de nitratos a nitró-

geno atmosférico nuevamente.

Cloro (Cl):�� este anión participa en la regu-lación de la presión osmótica.

Azufre (S):�� este elemento forma parte de molécu-las orgánicas complejascomo aminoácidos y polisacáridos.

Zinc (Zn): �� componente básico de la insulina y enzimas del cre-cimiento y de la reproducción. Forma parte de huesos ymús-culos.

Magnesio (Mg):�� es el constituyente principal de la clorofila (pigmento fotosintético). Además es uno de los catalizadores de más de 300 actividades enzimáticas y esencial para el funcionamiento de losnerviosymúsculos.

Calcio (Ca):�� formapartedetejidodehuesosydien-tes, participa en la coagulación sanguínea y en la contracción muscular. Participa en el transporte a través de la membrana y en la regulación del impulso nervioso.

Hierro (Fe):�� Constituyente de la hemoglobina (molé-cula transportadora de oxigeno).

Fósforo (P):�� participa en las reacción de de transferencia de energía bajo la formade ATP y forma parte del tejido de huesosy dientes. Existe en tres formas alotrópicas, fosforoblanco,rojoynegro.Porejemplo,elfósfororojoseutilizaenlaelaboracióndelascerillas.

Cobalto (Co):�� forma parte de vitaminas como la vitaminaB12encargadadeformarglóbulosrojosenla sangre.

Yodo (I):�� es el elemento más importante en animales superiores.Formapartedehormonastiroideascomola tiroxina y la triyodotironina “T3” producidas por la glándula tiroides.

Hidrógeno (H):�� pese a que no es el elemento más abundante de la corteza terrestre, su rol es fundamental porque se encuentra formando parte del agua y de hidrocarburos. Tiene la capacidad de combinarse con el carbono formando una gran variedad de compuestos orgánicos, con metales formando hidruros y con no metales formando ácidos como el HCl (ácido clorhídrico). Es el responsable de gene-rar la gradiente energética para producir ATP en la respiración celular y la fotosíntesis.

58

Carbono (C):�� Ya se mencionaron algunas características en el capitulo anterior. Sin embargo, existen otras, como producir dióxido de carbono (CO2) a partir de la combustión de hidrocarburos. El dióxido de carbono es el compuesto funda-mental para la realización de la fotosíntesis en los vegetales. De esta forma, el carbono se va ciclando en la naturaleza y pasando desde los seres vivos hacia la atmósfera y viceversa. En el ciclo del carbono, FIGuRA 3.2, las plantas absorben el dióxidodecarbonodelaireparaluegotransformarloenazúcares;estosazúcaresserán consumidos por animales al ingerir los vegetales. Así los animales lo trans-forman en dióxido de carbono regresándolo al aire. Una de las características importantes de los átomos de carbono es que pueden establecer enlaces simples (-C-C-), dobles (-C=C-) o triples (-C=C-) con otros átomos de carbono lo que permite una serie de estructuras, como los lípidos saturados o insaturados que tienepropiedadesdistintasapesardecontarconelmismonúmerodeátomosde carbono.

FIGuRA 3.2�� Ciclo del carbono.

• ¿Con qué elemento se relacionan las bacterias Rhizobium?

• ¿Con qué elemento se relaciona el salitre y los hidrocarburos?


1. Dibuja el ciclo del nitrógeno y el del carbono con los procesos más importantes.

2. ¿Cuál es el elemento más abundante y cuál es el menos abundante en la corteza

terrestre?

3. ¿Qué ocurriría con un organismo si no existiera el sodio ni el potasio? Explica 3

consecuencias.

Evaluación del tema 3.1

En Internet

1. http://www.windows2uni-verse.org/earth/life/nitrogen_cycle.html/lang=sp

2. www.youtube.com/watch

Ciclo del nitrógeno

• Investiga sobre el ciclo del nitrógeno y sus particularidades.

• Realiza un gráfico para explicarlo.

• Marca las diferencias con respecto al ciclo del carbono.

Investiga

59

Capítulo

3

FIGuRA 3.3�� Los monómeros.

3.2 Biomoléculas Orgánicas

Existen moléculas grandes en las células que se conocen como macromolécula, bio-moléculas o polímeros. Las cuales se forman mediante un proceso conocido como polimerización, de ahí su nombre. Los polímeros se forman al unirse, a modo de eslabo-nes de cadenas, moléculas más pequeñas conocidos como monómeros, los que pueden ser iguales o diferentes, ver FIGuRA 3.3.Porejemplo,elalmidónesunpolímeroformadopor cadenas largas de glucosa, monómero. La proteína es un polímero cuyo monómero es el aminoácido.

En el proceso de formación de un polímero, la unión de un monómero con otro pro-duce la liberación de una molécula de agua, proceso llamado condensación. Cuando se da el proceso contrario, es decir, la liberación del monómero se requiere de incorporar una molécula de agua para que se rompa el enlace, proceso conocido como hidrólisis. En el caso del almidón, cada vez que se une una glucosa a la cadena del almidón se libe-rará una molécula de agua (condensación). A la inversa, si se quiere liberar la glucosa, hará falta una molécula de agua (hidrólisis)

Sería muy difícil estudiar las millones de biomoléculas existentes sino se clasificarán en grupos. Los cuatro grupos de biomoléculas, que forman parte de los seres vivos son: carbohidratos, lípidos, ácidos nucleicos y proteínas.

Polimerización

Monómeros

Polímero

Hidrólisis Almidón Glucosa Condensación

Hidrólisis

Condensación

H2O (agua)

H2O (agua)

FIGuRA 3.4�� Xxxxxxx xxxxxx.

Monosacáridos

Polisacáridos

AminoácidosProteínas

GlucosaGlicerol

Grasa

E

EAlgunas contienen además nitrógeno (N) y fósforo (P).

Algunas además contienen nitrógeno (N) y otras a

veces azufre (S).

Ácidos grasosFructuosa

Hidrólisis

Hidrólisis

Hidrólisis

Hidrólisis

Condensación

Condensación

Condensación

Condensación

Todas las moléculas orgánicas contienen los elementos carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O).

La función biológica de las moléculas depende de su forma y estructura.

C

C

H

H

H

C OH

O

OH

OHC

Algunos contienen solo carbono (C), hidrógeno (H) y

oxígeno (O).

P

P P

CARBOHIDRATOS LÍPIDOS

PROTEINAS ÁCIDOS NUCLEICOS

• ¿Cuáles son los 4 grupos más importantes de bio-moléculas?


60

FIGuRA 3.5�� Xxxxxx xxxx

FIGuRA 3.6�� Monosacáridos formados por 6 y 5 átomos de carbono.

CarbohidratosSon moléculas que poseen en su estructura carbono, oxígeno e hidrógeno en una propor-ción 1:2:1 y los seres vivos los utilizan como su principal fuente de energía. Las plantas

y animales usan carbohidratos para sus propósitos estructurales. La degra-dacióndelosazúcares,comolaglucosa,proporcionaenergíainmediataparalasactividadescelulares.Losseresvivosalmacenanazúcaradicio-nalcomocarbohidratoscomplejosllamadosalmidones. Cada gramo de carbohidratoproporciona4 kilocaloríaspor gramo (16,8 kilojoulesporgramo).

Las moléculas sencillas de azúcar también reciben el nombre demonosacáridos. En este grupo están los monosacáridos formados por 6 átomos de carbonos, hexosas, como la glucosa en la FIGuRA 3.6 a);yaque-llos formados por 5 carbonos, pentosas, como la ribosa en la FIGuRA 3.6

b) y desoxirribosa componentes básicos de los ácidos nucléicos. Además de la glucosa, los monosacáridos incluyen la galactosa, componente de la

leche;ylafructosa en la FIGuRA 3.6 c), que se encuentra en muchas frutas.

¿Cómo identifico el almidón y la glucosa?

Procedimiento1. Coloca en dos tubos, uno A y otro B, maicena disuelta en

agua caliente. En otros dos tubos, C y D, agrega glucosa

disuelta en agua.

2. Agrega una gota de lugol o tintura de iodo al tubo A y C.

Agita y observa.

3. Agrega dos gotas de solución de Benedict a los tubos B

y D. Agítalos y colócalos en un baño maría a 60°C por 10

minutos. Observa que pasa con la coloración.

Analiza y responde• Si el lugol o el yodo da una coloración azul en presencia

de almidón y la solución de Benedict una coloración ver-

de amaríllenlo o naranja en presencia de glucosa. ¿Qué

tubos tenían polisacáridos y qué tubos monosacáridos?

• Podemos afirma que la solución de lugol es específica

para detectar almidón y la de Benedict para identificar a

la glucosa. Sustenta tu respuesta.

Laboratorio

CH2OH

Glucosa

6’

5’

4’

3’ 2’

1’

H

H

H

OH

OH

OH OH

O CH2OH

Fructosa

CH2OH

H

H

6’

5’

3’

2’

1’H

H

OH

OH

OHOCH2

Ribosa

H

5’

4’

3’ 2’

1’

H H H

OH

OH

OH

O

a) b) c)

Existen una serie de oligosacáridos, formados por dos o tres monosacáridos unidos por un enlace llamada glucosídico, en cuya formación por condensación se pierde una molé-cula de agua. Los disacáridos más importantes son la sacarosa (glucosa unida a la fructosa), azúcarpresenteenlacañadeazúcarybetarraga;lalactosa(galactosaunidaaglucosa),azúcardelaleche,ylamaltosa(glucosaunidaaotraglucosa),azúcardelamalta.

61

Capítulo

3

Lasplantasalmacenanelexcesodeazúcarenlaformadeunpolisacáridodistinto llamado almidón. El almidón lo encontramos en las raíces, cereales, legumbres y semillas, principalmente, FIGuRA 3.7.

Además, las plantas también producen otro polisacárido importante llamado celulosa cuya función es estructural. Las resistentes y flexibles fibras de celu-losa, le confieren a las plantas fuerza y rigidez. La celulosa es un componente importantede lamadera y el papel; por lo tanto, ahoramismoestás viendocelulosa.

Otro polisacárido de función estructural es la quitina que forma el exoesqueleto de los insectos.

LípidosSon moléculas que poseen en su estructura átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno, aunque la cantidad de carbonos e hidrógenos es mucho mayor que la de oxígeno. Son las moléculas biológicas de mayor diversidad estructural ysecaracterizanporsernosolublesenagua.Loslípidosalmacenanenergía;son el principal constituyente de la estructura de lasmembranas y actúancomomensajerosquímicos (hormonas)ypigmentos.Cadagramode lípidoproporciona9kilocaloríasporgramo(37,8kilojoulesporgramo).

Muchos lípidos se forman cuando moléculas de glicerol se combinan con ácidos grasos, para formar triglicéridos, como se muestra en la FIGuRA 3.8. Si los átomos de carbono en las cadenas de ácidos grasos de un lípido se une a otro átomo mediante un enlace simple, se dice que es un lípido saturado porque los ácidos grasos contienen la máxima cantidad posible de átomos de hidrógeno;mientrasquesiunácidograsocontienealmenosundobleenlaceentre los carbonos, es un lípido insaturado; si existe más de un doble enlace se reconoce como un lípido poliinsaturado.

Los lípidos incluyen a las grasas, aceites, ceras, fosfolípidos y esteroides. Los lípi-dos pertenecen al grupo de grasas saponificables, porque mediante la aplicación de un hidróxido de sodio o potasio podemos hidrolizar los ácidos grasos del glicerol.

Los esteroides pertenecen al grupo de los lípidos no saponificables. Los esteroides cumplen funciones de regulación, como las hormonas sexuales y de activación como las vitaminas D, A, E y K. Algunos esteroides, como el colesterol, son componentes estructu-rales básicos de las membranas celulares en los animales y forman parte de la estructura básica de las hormonas sexuales. Los ácidos biliares también están en este grupo.

FIGuRA 3.7�� Las papas y la yuca son tubérculos que almace-nan almidón.

FIGuRA 3.8�� Los lípi-dos más comunes son los triglicéridos, los que están formados por una molécula de glicerol y tres moléculas de ácidos grasos.

• ¿Qué son los carbohidratos? ¿Cómo lo usan los seres vivos?

• ¿Qué son los lípidos y cuál es su función?

• ¿Qué diferencia hay entre un lípido saturado y uno insaturado?


Composición molecular de una célulaanimal y una bacteria

Composición molecular

Porcentaje de la masa

de una célula animal

Porcentaje de la masa de una

célula bacteriana

carbohidratos 5 3

Lípidos 10 2

Proteínas 18 15

Ácidos

nucleicos

1 7

Otras

moléculas y

iones

2 3

Agua 65 70

Observa

• Haz un gráfico circular con los datos de la célula animal.

• ¿Qué macromolécula es la más abundante?

Investiga

• ¿Qué crees que pasaría si noso-tros almacenamos toda la energía como carbohidratos y no como lípidos? Explica Glicerol

H

H

H OH

OH

OH

C

C

C

H

H

TriglicéridoH

H

HO

O

O

C

C

C

H

H

O

O

O

Ácido graso libre

O

O-

+

62

FIGuRA 3.10�� Diferencias quími-cas entre ADN y ARN. Observa que las cadenas de ADN tienen desoxiri-bosa en su estructura y el ARN tiene ribosa. Así mismo, las dos cadenas de polinucleótidos que forman el ADN, además de ser complementa-rias, son antiparalelas.

Ácidos nucleicos Los ácidos nucleicos son macromoléculas orgánicas que contienen hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, carbono y fósforo.

Los ácidos nucleicos tienen la función de almacenar y transmitir la información genética o hereditaria. Hay dos tipos: ácido desoxirribo-nucleico o ADN y ácido ribonucleico o ARN. Ambos son polímeros compuestos por monómeros individuales llamados nucleótidos, FIGuRA

3.9. Los nucleótidos se componen de un grupo fosfato, un monosacárido y una base nitrogenada. A su vez, las bases nitrogenadas se dividen en:

Bases púricas o purinas: en ellas se encuentran la guanina (G) y la ade-nina (A).

Bases pirimidínicas o pirimidinas: en ellas se encuentran la citosina (C), timina (T) y uracillo (U).

La estructura espacial de los ácidos nucleicos varía de a cuerdo a diferentes criterios que se muestran en la FIGuRA 3.10.

La cadena de ADN se caracteriza por presentar dos cadenas de desoxirribonucleotidos queseenrollanentornoaunejeformandounahélice.Enlauniónambascadenasesta-blecen enlaces de hidrógeno entre sus bases nitrogenadas. Las bases nitrogenadas de las purinas se enlazan con las bases de las pirimidinas, es decir A=T y G=C. Por esta razón , cuando se establece la alineación de las bases de una de las cadenas, se define automáti-camente la secuencia de la otra.

El ADN humano posee 3 500 millones de nucleótidos y se organiza en regiones que codi-ficanllamadasgenes,aproximadamenteentre20000y25000;yregionesquenocodifican.

ADN

Pirimidinas

Extremo 5´

Extremo 5´Extremo 3´ Extremo 3´

Extremo 5´Extremo 3´

PirimidinasPurinas Purinas

A

G

U

Nucleótidos

BASES

Polinucleótidos

ARN

T

T

A

A

A

C

C

CG

G

Ribosa(azúcar)

Fosfato Desoxiribosa(azúcar)

OH H

O

H H

O–

–O P O

OC4` 1`

3` 2`

5`

C

C CH H

CH2

Base

Fosfato

OH OH

O

H H

O–

–O P O

OC4` 1`

3` 2`

5`

C

C CH H

CH2

Base

C

G

HO

D

D

D

D

P

P

P

P

HO

D

D

D

D

P

P

P

P

T

U

HO

R

R

R

R

P

P

P

P

G

C

A

FIGuRA 3.9�� Estructura de los nucleótidos.

Basenitrogenada

Grupofosfato

Azúcar de5 carbonos

• Observa la figura 3.10 , ¿Cuán-tas cadenas de nucleótidos presenta el ADN y ARN?

• ¿Qué tipo de monosacárido diferencia al ARN del ADN’

• ¿Qué tipo de bases nitro-genadas presenta el ARN y ADN?


Los nucleótidos

Cumplen funciones básicas como la de transferir energía de los procesos metabólicos, como el ATP, participar en los procesos de transmisión de las señales químicas que llegan a la membrana celular, como AMP cíclico, o formar parte de la estructura de los ácidos nucleicos, como el ADN y el ARN.

Conceptos clave

63

Capítulo

3

ProteínasLas proteínas son macromoléculas formadas por O, C, H, N. Además pueden contener en pequeñas proporciones: azufre, fósforo, hierro y magnesio. Son polímeros formados por aminoácidos. Los aminoácidos reciben ese nombre ya que poseen en su estructura química un grupo amino (NH2) y uno carboxilo (COOH) libre (también llamado grupo ácido), FIGuRA 3.11.

FIGuRA 3.11�� Estructura del aminoácido. El radical, R, es el que cambia en cada aminoácido.

• ¿Qué son las proteínas?

• ¿Qué es un aminoácido? Define y escribe su fórmula estructural.

• ¿Cuántos aminoácidos existen? ¿Todos forman proteínas?

• ¿Cómo se diferencia un aminoácido de otro?


FIGuRA 3.12�� Unión de dos aminoácidos para formar un dipéptido.

Aminoácidos esenciales

El ser humano puede sintetizar doce de los veinte aminoácido que forman las proteínas de nuestro organismo. Los otros ocho deben ser ingeridos con la dieta, por eso son llama-dos aminoácidos esenciales y son: lisina, triptófano, treonina, metionina, fenilalanina, leucina, isoleucina y valina.

Investiga, ¿qué alimentos contienen los aminoácidos esenciales?

Conceptos clave

COO–

H

R

CaNH3

+

R1

Aminoácido 1 Aminoácido 2 Dipéptido Agua

R1

H2N H2N H2O

R2 R2

H H H H H HO

C C C C C CNCOOH COOH

O

OH H + N+

+ +

+

HH

Aminoácidos

Alanina

H

H

H H

C C

O

OH

C

N

La diferencia entre un aminoácido y otro está en el grupo radical que acompaña, llamado grupo R. El grupo R es el que determina el comportamiento de los aminoácidos en la solución: ácidos, básicos, polares (hidrofílicos), no polares (hidrofóbicos). Algunos pueden tener carbonos organizados en anillos.

Las instrucciones para organizar la secuencia de aminoácidos en muchas proteínas están contenidas en el ADN. De los más de 160 aminoácidos existentes en la naturaleza, sólo un poco mas de 20 conforman todas las proteínas de nuestro organismo.

Las proteínas tienen una diversidad de funciones como: regular los procesos químicos (enzimas amilasa, lipasa, catalasa, lactasa), transportar sustancias (hemoglobina, proteí-nas carrier), controlar el movimiento (actina y miocina) formar estructuras (colágeno y queratina), regular funciones (insulinayglucagón), reserva (caseínauovoalbúmica)yproteger el cuerpo (anticuerpos).

Los aminoácidos, se unen a través de enlaces peptídicos, formándose en cada enlace una molécula de H2O (deshidratación o condensación), FIGuRA 3.12. El enlace entre los aminoácidos es un enlace covalente.

La unión de 2 hasta 10 aminoácidos conforma un oligopéptido. Cada proteína posee una composición química definida, una secuencia ordenada y exclusiva de aminoácidos y un determinado peso molecular.

64

Estructuras proteicasUno de los aspectos más importantes de la proteína es que para su funcionamiento biológico depende de su estructura tridimensional o espacial. Dicha estructura se puede comparar con los dientes de una llave que coincide con la forma de una cerradura, cualquier cambio en su estructura no permitirá que se abra la puerta. Esta estructura tridi-mensional depende de la secuencia de sus aminoácidos en la estructura final.

La conformación o estructura tridimensional de una proteína, está dada por la siguiente organización de las cadenas de aminoácidos:

Estructura primaria: corresponde al orden de aminoácidos en la cadena proteica. La estructura primaria de la proteína es la principal responsa-ble de las propiedades físicas, químicas y biológicas de las proteínas. Estas cadenas pueden ir de pocos aminoácidos a varios miles de ellos.

Estructura secundaria: se refiere a la forma que puede adoptar la secuencia de amoniácidos, es decir un primer nivel de plegamiento. La estructura secundaria de las proteínas es mantenida por puentes de Hidrógeno. Esta secuencia de aminoácidos puede adoptar 2 formas: lámina plegada β, FIGuRA 3.13 (a), y helicoidal, FIGuRA 3.13 (b).

Estructura terciaria: esta disposición plegada y compacta de la cadena polipeptídica determina una forma globular, como la mayoría de las enzimas y las inmunoglobulinas. Esta forma está estabilizada por puen-tes disulfuro (S-S) y por puentes de H. También existen interacciones iónicas, hidrofóbicas y otras. Cuando las proteínas alcanzan esta estruc-tura son biológicamente activas, antes no.

Estructura cuaternaria: disposición en el espacio de 2 o más cadenas polipeptídicas que conforman una proteína. Estas interacciones son

principalmente hidrofóbicas. Ejemplo: la hemoglobina está formada por cuatrosubunidades, FIGuRA 3.14.

DesnaturalizaciónLa desnaturación de una proteína se da cuando se produce la ruptura de los enlaces que le dan su forma, produciendose la pérdida de las estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias y, por lo tanto, la proteína pierde su actividad biológica.

La desnaturalización es un proceso irreversible en la mayoría de los casos. Es causada por los cambios en el pH, la concentración de sales o la temperatura.

La siguiente gráfica muestra la temperatura óptima a cual trabaja laenzima tripsina aproximadamente a 38° C, aunque se puede observar un rango de acción óptimo entre los 37 y 41°C. Luego se ve una caída brusca de la actividad debido a la desnaturalización de la tripsina.

FIGuRA 3.14�� La hemoglobina presenta estructura cuarternaria formada por dos polipéptidos alfa y dos beta de 140 aminoácidos cada uno y en los que encontramos el grupo Hemo que contiene el hierro.

(b)H

N

N

N

N

N

N

NN

N

N

N

N

H

HH

C

O

O

O

O

O

O

O

OO

O

O

O

CC

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

CC

C

C

C

C

C

C

CH

H

H

H

H

H

H

H

β - laminar

H

N

N

N N

NN

N

C

C

C

C

C

R

R RR

R

R

RR

O

O

O

O

O

O

O

O

CC

C

C

C

CC

CC

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

HH

H

H

(a)

FIGuRA 3.13�� En la estructura secundaria, los aminoácidos se unen a través de puentes de H for-mando una lámina plegada (a) o una hélice (b).

65

Capítulo

3

Las enzimasLa función más importante que tienen las enzimas es la de ser catalizadores. Controlan la velocidad de las reacciones químicas, la secuencia de los procesos metabólicos y permitenquelasreaccionesquímicasquenosmantienenvivossecumplanconunabajaenergía de activación.

Lasenzimas(E)ejercensuactividadbiológicauniéndoseaunadeterminadamoléculallamada sustrato. Las enzimas producen cambios químicos, ya sea rompiendo, formando o redistribuyendo los enlaces del sustrato (S). El resultado de la acción enzimática es llamadoproducto(P1,P2).Porejemplo,cuandolasacarosa,formadaporlaunióndelaglucosa con la fructosa, ingresa al organismo la enzima sacarasa se une a esta rompiendo el enlace y liberando la glucosa y la fructosa (FIGuRA 3.14).

Funciones de las proteínasLasproteínaspresentanmúltiplesfunciones,talescomo:

Formanpartedemembranas,cápsulasvirales,deestructurasdesostén,proteccióny��movimiento.

Formanpartedelasnucleoproteínas(ADN+proteínas)quepermitenelplegamiento��del ADN para formar los cromosomas. Son las histonas.

Presentan una función enzimática, catalizan las reacciones metabólicas como la ��peroxidasa, la lipasa o la peptidasa.

Son una reserva energética, cada gramo de proteína aporta 4 kilocalorías (16,8 kJ/g) ��como la ovoalbumina y la caseína.

Tienen una función hormonal, como la insulina, el glucagón, la adrenocorticotrópica, ��la calcitonina.

Presentan defensa inmunológica, forman parte de anticuerpos. ��

Ayudan en la coagulación sanguínea, formando parte de fibrinógeno y trombina.��

Ayudan en la contracción muscular, formando la actina y miosina.��

Regulan e influyen en la presión osmótica. Proteínas vinculadas con el transporte y la ��presión osmótica como las proteínas carriers.

Permiten el transporte de Oxígeno: hemoglobina, mioglobina.��

• ¿Qué diferencia hay entre estructura primaria, secun-daria y terciaria?

• ¿Todas las estructuras de formación proteica son acti-vas biológicamente?

• ¿Qué significa desnatura-ción?

• ¿Qué función cumplen las enzimas?

• ¿Qué supone actuar como un catalizador?


Glucosa

FructosaSacarosa

Sacarasa

Sitioactivo

E E+ +ES S

P1

P2

Velo

cida

dde

la re

acci

ón (V

)

Temperatura (en oC)

10 20 30 40 50 60

FIGuRA 3.15 �� La enzima facilita la reacción, pero no forma parte del producto.

66

“Desnaturalizando proteínas”

Procedimiento• Echalaclaradehuevoenelinteriordeunvasoconel

alcohol.

• Observaloacontecidoenelvasopormediahora.

• Tapaelvasoyvuelveaobservarloaldíasiguiente.

Juicio Crítico

Observar e Inferir ¿Qué forma adoptan las proteínas del

huevo? ¿Qué factores hacen que las cadenas de las proteínas

se desenrollen?

Comparar Puedes realizar un experimento similar utilizando

una solución de salina, disolviendo sal de cocina en agua en

lugar de alcohol.

Laboratorio

1. ¿En que se parecen los monómeros a los eslabones de una cadena?

2. ¿Qué es la polimerización?

3. ¿Por qué tipos de plegamiento pasan las proteínas? ¿Cuál es la estructura funcional?

4. Explica 3 funciones, que a tu juicio, son fundamentales en las proteínas.

5. ¿Qué son las enzimas? ¿Qué función cumplen?

6. Completa el siguiente cuadro comparativo:

Biomolécula orgánica Característica Constituido por

7. Completa el siguiente mapa conceptual que muestra a estructura química de las

macromoléculas.


MACROMOLÉCuLAS

Todas están formadas por:

Algunas solo contienen C; H, O

Algunas además contienen N y S

Algunas además contienen N y P

67

Capítulo

3

3.3 Niveles de organización de la materia viva

Desde siempre, el hombre ha buscado respuestas en relación a nuestra verdadera función en el universo, por lo tanto, es válido pensar que si somos parte de este universo somos parte de la materia viva existente, que es muy pequeña comparada con la del universo completo podríamos tener una función en ese sistema del que somos parte.

La biología como ciencia de la naturaleza estudia la materia viva de la cual somos parteeintentacolaborarenlasoluciónolabúsquedaderesolvernuestrasinquietudescomo seres humanos.

Los organismos vivos presentan características muy importantes que no logran obser-varseenlamateriainanimada,unadeellaslaconstituyelaorganizacióncomplejaquepresentan.Cuandohablamosdecomplejidadenlosseresvivosnosreferimosaquelasmoléculas se agrupan en estructuras altamente organizadas, las que a su vez forman los componentes celulares. Las mismas que asociadas con otras células forman los sistemas de un organismo.

FIGuRA 3.17�� Aunque los dos animales de la imagen vivan en el mar, las esponjas son menos com-plejos que los delfines.

FIGuRA 3.16�� El bacteró-fago T4 es menos complejo a nivel celular que el Euplotes, un protista eucariota.

Bacterófago T4

Euplotes

Niveles de organización: la materia se organiza en niveles que van desde las partícu-lassubatómicashastaorganismoscomplejos,losqueasuvezformancomunidadesqueserelacionanunasaotrasporelflujodelaenergíaylamateria.cadaunadelaspartes que componen a los seres vivos cumplen una función determinada. En la tAbLA

3.2 se presentan los niveles de organización:

Tabla 3.2: niveles de organización

Molécula Grupo de átomos, unidad más pequeña de la mayoría de los compuestos. Por ejemplo: ADN, proteínas. Este nivel va desde la organización de los átomos, como la mínima cantidad de materia organizada, como el Carbono e hidrógeno, pasando por las moléculas, como el agua, hasta llegar a las macromoléculas como las proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y carbohidratos.

Célula Unidad básica, porque es la mínima porción de materia organizada capaz de cumplir con las funciones vitales como: reproducirse, crecer y desarrollarse, nutrirse, responder a estímulos del entorno y evolucionar. Por ejemplo: células epiteliales, las células nerviosas, las células bacterianas, el paramecium.

Grupos de células Tejidos, órganos y sistemas orgánicos. Por ejemplo: tejido nervioso, cerebro, sistema nervioso.

Organismo Organismo vivo individual formado por un conjunto de sistemas que trabajan coordinadamente. Por ejemplo: llama.

Población Conjunto de organismos de una misma especie que se relacionan entre sí y que viven en la misma área. Por ejemplo: una manada de llamas.

Comunidad Conjunto de poblaciones que viven juntas en un área definida. Por ejemplo: la comunidad de la puna: zorros, cóndores, pumas, tarucas, bosques de keñoa, rodales de puyas, pajonales e ichu.

Ecosistema La comunidad de la puna tiene un ambiente de bajas temperaturas, se extiende entre los 3800 y los 6700 msnm, con vientos frios y secos, zonas de nieve permanente y terrno accidentado.

Biosfera Capa de la Tierra que contiene todos los ecosistemas .

68

1. ¿En base a qué criterio se ordenan los niveles de organización?

2. ¿Para qué crees tú es necesario ordenar a los seres vivos en niveles?

3. Construye una lista con los niveles de organización desde el más específico al más

general.

4. En qué nivel de organización ubicas:

a) pulmón humano d) proceso de respiración

b) membrana celular e) perro

c) hongos f) manada de elefantes

5. ¿Qué nivel de organización no presentan las bacterias y protistas? ¿Por qué?


Los organismos unicelulares no presentan un nivel de organizaciónLas bacterias y la mayoría de los protistas, como algunos hongos, son organismos unice-lulares,esdecir,esaúnicacélulaconstituyeelorganismo.Porlotanto,noformantejidos,no órganos ni sistemas, pero pueden formar poblaciones o colonias y comunidades.

La biosferaPara comprender la relación entre la biosfera y los individuos, los ecólogos estudian las interacciones particulares que se dan entre los organismos y su entorno. Los organismos o especie se agrupan formando una población, que se caracteriza porque los individuos son similares y capaces de reproducirse entre ellos para producir descendencia. Las poblacionesquecompartenunáreacomúndefinidaformanloqueseríaunacomunidad. Los ecosistemas relacionan a la comunidad con las particularidades físicas del ambiente que habitan, como el clima, la humedad, el suelo, la luz, el agua, etc. También podemos hablar del bioma,comounniveldeorganizaciónqueagrupaaunconjuntodeecosiste-mas que comparten el mismo clima y en las que predominan las mismas comunidades. Finalmente,elnivelmáscomplejodeorganización,quecontienetodoslosecosistemaso biomas sobre la tierra, la biosfera.

FIGuRA 3.18�� El Procariote más grande hasta ahora conocido llamado Epulopiscium fisheloni en comparación con un organismo eucariote.

FOTO MILLER

REEMPLAZAR X

PROCARIOTA.JPG

(NO LA ENCONTRÉ.

FRANCISCO)

• ¿Cómo definirías complejidad?

• ¿Qué relación conceptual existe entre biología – molécula – materia viva?


Webquest: El ADN

El ADN es una molécula que forma parte de todos los se-res vivos. Es una molécula que se caracteriza por tener una estructura característica en doble hélice, similar a una escalera de caracol. Realizar una breve investigación bibliográfica sobre el ADN.

Procedimiento1. En grupos de 4 alumnos realiza un trabajo escrito so-

bre el ADN, con una extensión máxima de 3 páginas con una letra a tamaño 12.

Una vez entregado el trabajo escrito, haz una presen-

tación oral para toda la clase. Para ello, realiza con el

apoyo de soporte visual (PowerPoint o en todo caso

transparencias). La duración máxima será de 10 mi-

nutos, y deberá estar repartido equitativamente en-

tre todos los integrantes del grupo.

2. Para realizar la investigación deberán recopilar infor-

mación sobre: ¿Qué es el ADN?, ¿Cómo es su estruc-

tura química? ¿Cuál es su función? ¿En qué partes

de la célula lo encontramos?

Preguntas Páginas web de referencias

1. ¿Qué es el ADN?2. ¿Cómo es la estructura química?3. ¿Cuál es su función?4. ¿En qué partes de la célula lo

encontramos?

http://www.cienciahoy.org.ar/hoy08/adn.htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_desoxirribonucleicohttp://learn.genetics.utah.edu/content/begin/tour/http://www.mitareanet.com/colaboraciones/ADNyARN.htmhttp://aportes.educ.ar/biologia/nucleo-teorico/estado-del-arte/el-libro-de-la-vida-el-adn/estructura_del_adn.phphttp://www.galileog.com/ciencia/biologia/adn/estructura.htm

69

Capítulo

3

“Extracción del polímeronatural ADN”

Introducción

Como el ADN es un polímero natural que se encuentra en todas las células de los seres vivos, incluyendo por supues-to los vegetales, intentaremos extraer esta importante mo-lécula a partir de una fruta o verdura.

Procedimiento

Se va a preparar una solución de fruta tratada con sal, agua destilada y champú (o lavalozas). Si quieren pueden usar dis-tintas frutas o verduras y así comparar el resultado final.

ACTIVIDAD DE INVESTIGACIÓN

Materiales: 1 plátano o verdura a elección �

1 tenedor �

Champú o lavalozas �

Sal de mesa (NaCl, cloruro de sodio) �

1 taza �

Agua destilada �

Alcohol (refrigerado previamente) �

Papel filtro �

1 pipeta �

a) Muele bien el plátano pelado con un tenedor junto con una taza de agua destilada, hasta que se produz-ca una mezcla homogénea. No debes licuarlo para no romper el ADN.

b) Disuelve dos pizcas de sal y una cucharadita de champú en 20 ml (4 cucharaditas) de agua destilada o llena la taza hasta 1/3, mezclando lentamente sin producir espuma. Puedes usar champú o jabón líquido de diferentes marcas para comparar la eficiencia de la extracción.

c) Agrega a la solución preparada en el paso b, tres cucharas soperas bien llenas de la mezcla de plátano (u otra fruta) del paso a. Mezcla la solución con la cuchara por 5 a 10 minutos sin producir espuma.

d) Coloca el filtro en una segunda taza. Dobla la orilla del filtro alrededor de la taza, para que el filtro no toque el fondo de la taza y el líquido se junte al fondo. Vierte la mezcla en el filtro y deja pasar la solución durante varios minutos hasta tener aproximadamente 5 mL de filtrado (que cubra el fondo de la taza). Luego colócalo en un tubo de ensayo grande o en un vaso de vidrio transparente.

e) Coloca en un tubo de ensayo unos 50 mL de alcohol muy frío. Para mejores resultados el alcohol debe estar lo más frío posible.

f) Toma con la ayuda de una pipeta el alcohol frío y agrégalo a la solución de plátano lentamente, dejando que el alcohol baje por la paredes del tubo o el vaso.

g) Deja reposar por 2-3 minutos sin perturbar la mezcla. Es importante no agitar el tubo de ensayo. Observa que se forman dos fases, en una de ellas podrás observar las fibras de ADN que van aparecindo.

Analiza y respondeObserva: ¿Qué funciones crees que tenía el triturar el plátano, el agregar soluciones salinas y el detergente? ¿Cómo crees que afectaron a las proteínas celulares la solución salina que agregaste? ¿Puedes afirmar que hubo desnaturalización de proteínas?

¿Qué habría pasado si hubieras agitado fuertemente la mezcla de alcohol y filtrado? ¿Por qué? ¿Qué función cumple el detergente y la sal en el proceso estudiado?

7070

EVALUACIÓN CAPÍTULO 3

Propuesta de aprendizaje

• Reconocer los elementos químicos presentesen los seres vivos según su abundancia)

1 Cuál de los siguientes moléculas es un polisacá-rido?a) Glucosab) Fructosac) Galactosad) Glucógeno

2 Los lípidos saponificables se caracterizan porque en su estructura químia encontramos:a) Aminoácidosb) Monosacáridosc) Glicerol y ácidos grasosd) Colesterol y esteroides.

3 El ADN en su estructura química presenta:a) Nucleótidos con azúcar ribosab) Nucleótidos con bases nitrogenadas de

Timina)c) Nucleótidos con azúcar glucosad) Nucleótidos con bases nitrogenadas de

Uracilo.

4 La estructura funcional biológica de la proteína se alcanza cuando el plegamiento llega:a) Estructura primaria y secundariab) Estructura secundaria c) Estructura terciaria y cuaternariad) Solo estructura terciaria)

5 Todos los aminoácidos están formados por grupo:a) Amino, carboxilo y R.b) Amino, azúcar y base nitrogenada)c) Glicerol, ácido graso y fosfato.d) Amino, R y azúcar.

6 La diferencia entre un aminoácido y otro, así como el que le confiere la característica funcio-nal es:a) Grupo amino.b) Grupo ácidoc) Grupo Rd) Grupo carboxilo.

7 ¿Qué es un monosacárido, un oligosacárido y un polisacárido? Da ejemplos.

8 Menciona 3 elementos químicos que componen a todos los seres vivos.

9 Observa el ejemplo, revisa las funciones de las proteínas y agrúpalas bajo el siguiente esquema:

Función Descripción EjemploReguladora a) Actúa como

hormona controlando el metabolismo.

b) Actúa como catalizador de las reacción químicas celulares

a) Hormona insulina, glucagón y adrnocorticotropa)

b) Catalasa, Lipasa, tripsinasa)

EstructuralTransporteInmunológicaReservaContráctiles

• Diferenciarlasmoléculasorgánicassegúntipoy función.

Observa la siguiente gráfica que muestra la velo-cidad de reacción de una enzima a diferentes valores de pH y contesta las preguntas 10 y 11.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14pH

Velo

cida

dde

la re

acci

ón (V

)

10 ¿Cuál es el pH óptimo para que la acción enzi-mática se máxima?

a) 6

b) 7

c) 8

d) 14

Repaso de contenidos

7171

11 ¿En qué pH la enzima se desnaturaliza?

a) 6 y 7

b) 7 y 8

c) 1 y 14

d) 6 y 8

12 Completa la tabla con las características estruc-turales que diferencian al ADN del ARN.

Estructura ADN ARN

Bases nitrogenadas

Monosacáridos

Forma

La tabla muestra los resultados de las pruebas hechas para identificar a las biomoléculas presentes en los alimentos. Analiza la informa-ción y responde a la pregunta 13 y 14:

Sustancia Yodo / lugol Benedict

A + -

B - +

13 ¿Qué podemos afirmar acerca de la sustancia A?

Es un:

a) Lípido

b) Carbohidrato

c) Proteína

d) Ácido nucleico.

14 ¿Qué podemos decir de la sustancia B?

Es:

a) Almidón

b) Glucosa

c) Sacarosa

d) Lactosa

15 La queratina del cabello y las uñas, la miosina muscular y la fibrina de coágulos sanguíneos, son proteínas propias del ser humano. Estas proteínas forman estructuras helicoidales. La forma antes mencionada corresponde a estructura:

a) Primaria

b) Secundaria

c) Terciaria

d) Cuaternaria

16 La siguiente secuencia de bases nitrogenadas corresponde a una de las cadenas que forma la doble cadena del ADN: GATACATTGGACC) Busca en las alternativas la secuencia de bases com-plementaria)

a) GATACATTGGACC

b) CUAUGUAACCUGG

c) CTATGTAACCTGG

d) AGCGTGCCAAGTT

17 ¿Cuál es la función de los carbohidratos, lípidos, proteína y ácidos nucleicos en el organismo?

18 Explica con tus palabras la siguiente afirmación: Las cadenas de ADN se aparean de manera complementaria)

• Conocerdiferentesnivelesdeorganizaciónenlos seres vivos

19 Si se toma una muestra de páncreas en un ser vivo, esa muestra corresponde al nivel:

a) Molecular

b) Grupo de células

c) Organismo

d) Celular

e) Población

20 ¿Cuál es el nivel de organización más complejo que pueden alcanzar la materia inerte?

a) Molecular

b) Grupo de células

c) Organismo

d) Celular

Biologia - Composición y Organización de los Seres Vivos

Documents

Transcript of Biologia - Composición y Organización de los Seres Vivos