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UniversidaddelZuliaFacultaddeIngenieraDoctoradoenIngenieraDra.CaterynaAielloMazzarri 2009
INGENIERABIOQUMICA
TEMA2:CONSTITUYENTESDELACELULA
2.2 INTRODUCCIN
Loselementosestructuralesdelasclulasdelosorganismosvivosincluyen:
compuestospolimricosdealtopesomoleculartalescomoprotenas,cidosnuclecos,
polisacridos,lpidos
otrosmaterialesdealmacenamiento talescomograsas,polihidroxubutiratoyglicgeno
clula
Paredcelular Polisacridos,protenasylpidosCitoplasma ProtenasenformadeenzimasNcleo cidosnuclecosenformadeADNOtrosmetabolitos salesinorgnicas:NH4
+,PO43,K+,Ca2+,Na+,SO4
2
Intermedios: piruvato,acetatovitaminas
Composicindelacluladeunabacteria:50%carbohidratos,20%oxgeno,14%nitrgeno,8%hidrgeno,3%fsforo,1%azufreypequeascantidadesdeK+, Na+,Ca2+,Mg2+,Clyvitaminas
Nivelesdeestudioycomprensin:
MOLECULAR:Biologamolecular,Bioqumica CELULAR:Biologacelular,Microbiologa
POBLACION:Microbiologa,Ecologa PRODUCCION:IngenieradeBioprocesos
2.2.1 AMINOCIDOSYPROTENAS
Molculasorgnicasmsabundantesenlosorganismosvivos: 4070% desupesosecoProtenas: polmeroorgnicoMonmero:aminocidos,conungrupocarboniloyungrupoamino,difierenenlaestructuradel
grupoR. Formanenlacespeptdicos.
Dostiposprincipales: 1.Protenasfibrosasy2.Protenasglobulares
Figura2.9 Pgina28
ClasificacindelasProtenas Protenasestructurales:glicoprotenas,colgeno,keratina
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Protenascatalticas:enzimas(+2000conocidas),altamenteespecficasensufuncin,granpodercataltico. Lamayorasonglobulares
ProtenasdeTransporte:hemoglobina,suerodealbumina Protenasregulatorias:hormonas(insulina,hormonadelcrecimiento) Protenasprotectoras:anticuerpos,trombina
20aminocidoscomunesSenombranenbasealgrupoRunidoalcarbonopticamenteactivos,dosformasisoelctricas: LyDSloLaminocidosenlasprotenas. RaroencontrarenlanaturalezaDaminocidos,enalgunasparedescelularesdemicroorganismosyenalgunosantibiticos.
L aminocido D aminocido
PuntoIsoelctrico: valordepHenelcuallosaanotienencarga,
varadependiendodelgrupoR nohaymigracindelosaabajolainfluenciadecampoelctrico tilenprocesosdepurificacindeprotenas
Hidrofbicos:aasconcadenasalifticas.Hidroflicos:aasconcidos,carbonilouotrosgruposhidroflicos.
Tabla2.4 (pgina30) 21aminocidoscomunesenprotenas
Formacindelenlacepeptdico:dosaminocidosseunenporcarboniloterminaldeunoyelaminoterminaldelsiguiente,resultandoenlacondensacindeunamolculadeagua.Elenlacepeptdicoesplanar.
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PPTIDOS:2omsaminocidosunidosporenlacespeptdicosPOLIPPTIDOS:menosde50aasPROTENAS:largascadenasdeaas.Puedencontenerotroscomponentesademsdeaas:tomosmetlicos,oligosacridos(cadenasdemaltosayotrosazcaresestasprotenassedenominanglicosilas).EstoscomponentessonllamadosGRUPOSPROSTTICOSyalasprotenasconestosgruposselesllamaPROTENASCONJUGADAS,Ej.Hemoglobina(contiene4gruposheme,loscualessoncomplejosorganometlicosquecontienenhierro)
Jerarquadelaestructuradelasprotenas:
EstructuraPrimaria:secuenciadeaminocidos.Cadaprotenatieneunasecuencianicayuna
definidacomposicindeaas.Tieneefectosenlaestructuratridimensionalyenlafuncindelasprotenas
EstructuraSecundaria:formacindelaestructuralocaldentrodelasprotenas,comoconsecuenciadelosenlacespeptdicosentrelosresiduosdeaascercanos.Dostiposdeestructurasecundaria:hlices(hlice)yhojas (sheet).
EstructuraTerciaria:Estructuratridimensionaldeaprotena,incluyendounsitioactivo(enelcasodelasenzimas).ResultadodelasinteraccionesentrelosgruposRmsalejadosalolargodelacadena.LosgruposRpuedeninteractuarporenlacescovalentes,enlacesdisulfurooenlacesdehidrgeno. TambinpuedenpresentarseinteraccioneshidroflicasehidrofbicasentrelosgruposR.
EstructuraCuaternaria:Sepresentaenprotenasquecontienenmsdeunacadenapolipeptdica(osubunidad).Lasinteraccionesentrelascadenasdeterminanlaestructuracuaternaria(Figura2.9),estaspuedenserenlacesdisulfurouotrasinteraccionesdbiles.
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Anticuerposeinmunoglobulinas
Sonprotenasqueseunenamolculasparticularesoporcionesdemolculasconunaltogrado
deespecificidad.
Lasmolculasdeanticuerpos(Ab) aparecenenlasangre(serum)enciertasclulasdelosvertebradosenrespuestaamacromolculasforneas,lascualessellamanantgenos(Ag).
LacombinacindelasmolculasdeunanticuerpoespecficoconelantgenodalugaralaformacindecomplejosAbAg.LaformacindeestecomplejoAbAgesdenominadarespuestainmunolgica.
Importanciaclnicaeindustrial:kitsdediagnostico,esquemasdeseparacindeprotenas,vasdetransportebiolgicodemedicamentosparaelcncer.LosanticuerpossonunodelosmsimportantesproductosdelaBiotecnologa
Abzimas leimparteactividadcatalticaalosanticuerpos.Sonanticuerposcatalticos.
Cincoprincipalesclasesdeinmnuoglobulinasenplasmasanguneohumano:IgG,IgA,IgD,IgMeIgE.IgGlamasabundanteyestudiada. Pesomolecular 150kilodaltons,exceptoIgMquetiene900Kd. (UnDaltoneslaunidaddemasaequivalenteauntomodehidrgeno.
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2.2.2 CARBOHIDRATOS
Loscarbohidratossonsintetizadosporfotosntesis.Principalfuentedeenergaenlamayoradelosorganismos.
Luz
CO2 + H2O Fotosntesis CH2O+O2
Respiracin
Energa
FormulaGeneral(CH2O)ndonden 3
Jueganunpapelimportantecomocompuestosestructuralesydealmacenamientoenlasclulas, Rolcrticoenlamodulacindesealesqumicasenplantasyanimales
MONOSACARIDOS
Carbohidratosmspequeos,contienen detresanuevetomosdecarbono(Tabla25)
Sonaldehdosocetonas,
LaGlucosaesunaaldohexosa,puedeestarpresenteenformadeestructuralinealodeanillo.En
solucin,laDGlucosaestaenformadeestructuradeanillo,piranosa.LaformaLjuegaunpapel
menorenlossistemasbiolgicos.
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Tabla25Monosacridosmscomunes:a)Aldosasyb)Cetosas
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Ungrupoimportanteloconformanla Dribosay Desoxiribosa,lascualessonestructurasdecinco
carbonosquesoncomponentesesencialesdelADNyARN.
DRibosa 2 DeoxyDRibosa
DISACRIDOS
Formadosporlacombinacindedosmonosacridos
Disacrido Descripcin Componentes
sucrosa azcarcomn glucosa12fructosa
maltosa productodelahidrlisisdelalmidn glucosa14glucosa
trehalosa seencuentraenloshongos glucosa11glucosa
lactosa elazcarprincipaldelaleche galactosa14glucosa
melibiosa seencuentraenplantasleguminosas galactosa16glucosa
celobiosa Enlasplantas,monmerodelacelulosa glucosa14glucosa
Lasacarosaeselazcarcomnrefinadodelacaadeazcarylaremolachaazucarera,eselcarbohidratoprincipaldelazcarmoreno,delazcartamizado,ydelamelaza.Lalactosaestformadaporunamolculadeglucosayotradegalactosa.Laintoleranciadelactosaescausadaporunadeficienciadeenzimas(lactasas)quedesdoblanlamolculadelactosaendosmonosacridos.Lainhabilidaddedigerirlalactosaresultaenlafermentacindeesteglcidoporbacteriasintestinalesqueproducencidolcticoygasesquecausanflatulencia,meteorismo,clicoabdominal,ydiarrea.Elyogurnocausaestos
problemasporquelosmicroorganismosquetransformanlalecheenyogurconsumenlalactosa.
LaMaltosaconsistededosmolculasdeDglucosaconelenlacealfadelcarbono1deunamolculaconectadoaloxgenoenelcarbono4delasegundamolcula.Estauninsellamaunenlaceglicosdico14 (tambinsellama"enlaceglucosdico"enmuchostextosenespaol).LatrehalosaconsistededosmolculasdeDglucosaconectadasconunenlace11. LacelobiosaesundisacridoformadopordosmolculasdeDglucosaconectadasporunenlace14comolacelulosa.Lacelobiosanotiene
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UniversiDra.
sabor,sacaro
Lactos
DG
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daddelZuliaaterynaAiello
INGENIE
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acultaddeIngeazzarri 2009
RABIO
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UMICA
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POLIS
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daddelZuliaaterynaAiello
INGENIE
CRIDOS
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RABIO
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UMICA
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GLUCGENO(Glicgeno)
Laglucosasealmacenacomoglucgenoenlostejidosdelcuerpoporelprocesodeglucognesis.Cuandolaglucosanosepuedealmacenarcomoglucgenooconvertirseinmediatamenteaenerga,esconvertidaagrasa.ElglucgenoesunpolmerodeDGlucosaidnticoalaamilopectina,perolasramificaciones
sonmascortas(aproximadamente13unidadesdeglucosa)ymsfrecuentes.Lascadenasdeglucosaestnorganizadasglobularmentecomolasramasdeunrboloriginandodeunpardemolculasdeglucogenina,unaprotenaconunpesomolecularde38,000quesirvecomocebadorenelcentrodelaestructura.Elglucgenoseconviertefcilmenteenglucosaparaproveerenerga.
Glucgeno
DEXTRANOS
Losdextranossonpolisacridossemejantesalaamilopectina,perolascadenasprincipalesestn
formadasporenlacesglicosdicos16ylascadenaslateralestienenenlaces13o14.Lasbacteriasbucalesproducendextranosqueseadhierenalosdientesformandoplacadental.Losdextranostienenusoscomercialesenlaproduccindedulces,lacas,aditivoscomestiblesyvoluminizadoresdelplasmasanguneo.
Dextrano
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INULINA
Algunasplantasalmacenanloshidratosdecarbononosolamentecomoalmidnsinotambincomoinulina.Lasinulinasseencuentranenmuchosvegetalesyfrutasinclusolascebollas,ajocomn,pltanos,papadeJerusaln,yjcama.Lasinulinassonpolmerosformadosporcadenasdefructosaconunaglucosa
terminal.Laoligofructosatienelamismaestructuraquelainulina,perolascadenastienendiezomenosunidadesdefructosa.Laoligofructosatieneaproximadamenteel30oel50porcientodeladulzuradelazcarcomn.Lainulinaesmenossolublequelaoligofructosaytieneunatexturacremosaquesesientecomograsaenlaboca.Lainulinaylaoligofructosasonindigestiblesporlasenzimasenlosintestinoshumanos,perosontotalmentefermentadasporlosmicroorganismosintestinales.Loscidosgrasosdecadenacortayellactatoproducidoporlafermentacincontribuyen1.5kcalporgramodeinulinauoligofructosa.Lainulinaylaoligofructosaseusanparareemplazarlagrasayelazcarenalimentoscomoloshelados,productoslcteos,dulces,yrepostera.
Inulina n=aprox.35
CELULOSA
LacelulosaesunpolmerolinealdecadenaslargasdeDGlucosaunidasporenlaces14glucosdicosysedistinguedelalmidnportenergruposCH2OHalternandoporarribaypordebajodelplanodelamolcula.Laausenciadecadenaslateralespermitealasmolculasdecelulosaacercarseunasaotrasparaformarestructurasrgidas.Supesomolecularvaraentre50.000y1millndedaltons.
Lacelulosaeselmaterialestructuralmscomnenlasplantas.Lamaderaconsisteprincipalmentedecelulosa,yelalgodnescasicelulosapura.Elenlace14glicosdicoesmuyresistentealahidrlisis.Lacelulosapuedeserhidrolizadaensusglucosasconstituyentespormicroorganismosqueresidenenelsistemadigestivodelastermitasylosrumiantes.Encontrarunsistemaeficientedehidrlisisdecelulosaesunodelosproblemasmsretadoresqueexisteyaquepermitiralaconversindedesechoscelulsicos(agroindustriales,industriales,municipales)enqumicosycombustibles.
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Lacelulosasepuedemodificarenellaboratoriotratndolaconcidontrico(HNO3)parareemplazartodoslosgruposhidroxilosconnitratos(ONO2)yproducirelnitratodecelulosa(nitrocelulosaoalgodnexplosivo)queesuncomponentedelaplvorasinhumo.Lacelulosaparcialmentenitrada,piroxilina,seusaenlaproduccindelcolodin,plsticos,lacas,yesmaltesdeuas.
Celulosa
(celobiosa)n
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UniversiDra.
LPIDO
cidos
Caden
Puede
Algun
Acido
Acido
AcidoAcido
Acido
Losc
daddelZuliaaterynaAiello
INGENIE
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Compuesto
polaresco
Principalco
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Grasos
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acultaddeIngeazzarri 2009
RABIO
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ntesenlasf
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UMICA
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+lpidos)yl
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H3CH2C
H3(CH2)2H3(CH2)4
H3(CH2)8
ntienendob
CH3(CH2
oenIngeniera
uesoninsol
yter.
cidosgraso
snoacuosa
ipopolisacri
las
(hidrofbico
2)nCOOH
OOH
COOHCOOH
COOH
leenlace
)7HC=CH
ublesenagu
,talescomo
dos(carbohi
s),conungr
n: 12 20.
=C como
(CH2)7COO
a,perosolub
lasmembran
ratos+lpid
pocarbonilo
orejemploe
lesencomp
asplasmtic
s)seencue
terminal(hi
lcidooleic
13
estosno
as.
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roflico).
:
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Algun
CH3(
Grasas
daddelZuliaaterynaAiello
INGENIE
scidosgra
CH2)10C
cidoTarri
Lasgrasas
glicerol.
Sirvencom
combustibl
La longitudnmerodefusindelaresiduosdecontenga,
acultaddeIngeazzarri 2009
RABIO
ospocousu
(CH2)4CO
co
onesteresd
oalmacenam
e
delosresiddobleenlacesgrasas.Entcidograsoasbajoser
nieraDoctora
UMICA
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OH
cidosgras
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osdecidosafectaelpemscorto msdoble
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CH3(CH2
c
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raso yelntodeseanlosenlacesusin.
CH2
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(CH2)9CO
illico
H
14
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Lehninger,Biochemistry
Fosfolpidos
Fosfogliceridosconestructurasimilaralasgrasas.
Elcidofosfricoreemplazauncidograsoyesesterificadoenunodelosterminalesdelglicerol.
Componentesclavesdelasmembranasbiolgicas
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Polihidroxialcanoatos
Lpidosdeimportanciatecnolgica(enaumento) Polihidroxibutirato(PHB) seutilizaparaformarunpolmeroclaroybiodegradable,elcualse
fabricaenformadehojasolminasmuydelgadas.Enalgunasclulas seformacomoproductodealmacenamiento.
Esteroides
Tambinseclasificancomolpidos Lashormonassonesteroidesnaturales.Son importantesreguladoresdeldesarrolloy
metabolismoanimalamuybajasconcentraciones(108M)
Colesterol presenteenmembranasdetejidoanimal
Cortisonaantiinflamatoriousadoparatratarartritisreumatoideyalgunasenfermedadesdelapiel.
Derivativosdeestrgenoyprogesteronausadoscomocontraceptivos Laproduccincomercialdeesteroidesdependedelaconversinmicrobiana.Debidoalgran
nmerodecentrosasimtricossusntesistotalesdifcil.
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CIDOSNUCLECOS,ADN,ARN
Jueganelrolcentralenlareproduccindelasclulasvivas.ADNyRNAsongrandespolmeroscompuestosdesusrespectivosnucletidos
ADN:cidoDesoxirribonucleico almacenaypreservalainformacingentica
ARN:cidoRibonucleicorolecentralenlasntesisdeprotenas NucletidosbloquesdeconstruccindelADNyARN.Molculasquealmacenanenergayel
poderreductor.
cidoFosfrico+pentosa(ribosaodexoxiribosa)+base(purinaopirimidina)
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Estructurageneraldelasbasesnitrogenadas:PirimidinayPurina
EstructuradelascincobasesnitrogenadasqueseencuentranenelADNyARN
Purinas: Adenina(A),Guanina(G)
Pirimidinas: Citosina(C),Timina(T)yUracil(U)
ADNcontieneA,T,GyC
ARNcontieneA,U,GyC
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ALMACENAMIENTODEENERGA
AdenosnTrifosfato:ATP,mscomn,llamadalamonedadeenergadelaclula
GuanosnTrifosfato:AGPmenoscomnqueATP.
LosenlacesfosfatodelATPyAGPsonenlacesdealtaenerga.Suformacin osuhidrlisissonlas
principalesmanerasdecmolaenergacelularesalmacenadaoutilizada.
Ej. EnlasntesisdeuncompuestoqueestermodinmicamentedesfavorablepuedeacoplarsealahidrlisisdeATPaADP(Adenosndifosfato)oAMP(Adenosnmonofosfato).Estareaccinpuedeprocederengranextensinyaqueelcambiodeenergalibresehacemuchomsnegativo.Enreaccionesqueliberanenerga(oxidacindeunazcar),laenergaescapturadayalmacenadaporlaformacindelenlacefosfatodondeelADPseconvierteenATP
AdemsdeusarelATPparaalmacenarenerga,lasclulasalmacenanyliberantomosdehidrgenodelasreaccionesbiolgicasdeoxidacinreduccin,usandonucletidosderivativos.Losdosmasimportantestransportistasdelpoderreductorsonladinocleotidodenicotinamidaadenina,NAD+,ynicotinamidaadenndinocleotidofosfato,NADP
ElNAD+intervieneenmltiplesreacciones
metablicasdexidoreduccin.Cuandouna
enzimaoxidaunsubstratopordeshidrogenacin,lostomosdehidrgenoarrancadosadicho
substratosoncedidosporlaenzimaalNAD+;
steactacomoagenteoxidantealaceptardos
electrones(yunprotn),quedandolibreenel
mediootroprotn:AH2+NAD+ A+NADH+H+
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ElNAmecan
ADNy
Los nu
importy estsucesi
ADNeunaeshlice,enroscpirimiqueloestrucdireccienespvanenEstan
quese
daddelZuliaaterynaAiello
INGENIE
P+eslanico
ismodeacci
ARN
cletidos, a
antesmonn unidos poos.
sunamacrotructuratridimuyparecidadas.Lasecinas)llevalaazucaresyural.Lasecun5 3.Liralalrededodireccionesstabilizadas
forman
acultaddeIngeazzarri 2009
RABIO
inamidaadenessimilar
ems deju
eros. Lospr enlaces fo
olculaopmensionaleoadoshebrenciadebasinformacinlfosfatocuenciadebasasdoshlicerdeunejecopuestas,5porlosenlac
nieraDoctora
UMICA
nndinucletaldescritop
gar un impo
olinucleotidosfodiester e
lmeroquefformadedslargases(purinasygentica,miplenunafusesescritaestnenrollmnylasca
3y3 5esdehidrg
* L
* Er
*
*
oenIngeniera
idofosfato,raelNAD+
rtante rol e
s,ADNyARtre los to
El
ormable
entrascinnlaadasdenas.no
asunidadesxterna,peroadena,
ldimetrodepitecada1,4nmasdoscadeidrgenoenC(3enlaceasecuenciaebesercom
iendolaNA
n el transpo
,seformanos de carb
efosfatoydlasbasesap
lahliceesresiduosen
assesostientreparesdesdeH)debasesnoplementaria.
PHsuforma
rte de ener
porlacondeono 3 y 5
exoxiribosauntanhacia
2nm.Laestrcadacaden
enjuntasmbases.SIEMP
strestringiLasecuenci
reducida;su
a de las c
nsacindene anillos de
stnenlasulcentrodel
ucturahelico, auninterv
dianteenlacREAT(2enl
a,perocadprecisadeb
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lulas, son
cletidosazucares
perficie
idalsealode
esdeacesH),
hebraases
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7/23/2019 COMPOSICION DE LA CELULA.pdf
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UniversidaddelZuliaFacultaddeIngenieraDoctoradoenIngenieraDra.CaterynaAielloMazzarri 2009
INGENIERABIOQUMICA
llevalainformacingentica.
ReplicacindeADN: seproducecundosegmentosdeADNsereplica,
unahebradeunnuevosegmentovienededirectamentedelADNoriginalomadreyseformaunanuevahebradeADN
elrecinformadoADNsesintetizausandocomoplantillaelsegmentooriginaldeADN. Esteesunprocesosemiconservativo.
Plsmidos
AlgunasclulascontienensegmentoscircularesdeADNenelcitoplasma,llamadosplsmidos SonsegmentosdeADNnocromosomal,autnomosyautoreplicativos Semuevenfcilmentehaciadentroyfueradelasclulas
Usadoseningenieragentica Algunosplsmidosnaturalespuedencodificarfactoresqueprotegenalasclulasdelos
antibiticosyotrosqumicosnocivos
PrincipalfuncindelADN:llevarlainformacingenticaensusecuenciadebases
Transcripcindelainformacingentica:molculasdeARN.
FormacindemolculasdeARNapartirdeADN
LasplantillasparalasntesisdeARNsonmolculasdeADN
lasmolculasdeARNsondecadenasimpleynosuelenformardobleshlicesextensas
Traduccin:Sntesisdeprotenas
FormacindepptidosyprotenasapartirdeARN
LasplantillasparalasntesisdeprotenassonmolculasdeARN
TiposdeARNenlasntesisdeprotenas
mARN:ARNmensajero:ElARNmensajero(ARNm)essintetizadoenloscromosomasyeseltipodeARNquellevalainformacindelADNalosribosomas,ellugardelasntesisdeprotenas.LasecuenciadenucletidosdelARNmdeterminalasecuenciadeaminocidosdelaprotena.Porello,elARNmesdenominadoARNcodificante.Esunamolculalargaconunavidamediacorta.
tARN:ARNdetransferencia:LosARNdetransferencia(ARNtotRNA)soncortosyestablespolmerosdeunos80nucletidosquetransfiereunaminocidoespecficoalpolipptidoencrecimiento. Seunenalugaresespecficosdelribosomadurantelatraduccin.Tienenunsitioespecficoparalafijacindelaminocido(extremo3')yunanticodnformadoporuntripletedenucletidosqueseunealcodncomplementariodelARNmmediantepuentesdehidrgeno.
o Uncodneslainformacingentica,contenidaenelARNm,seescribeapartirdecuatroletras,quecorrespondenalasbasesnitrogenadasdelARN(A,C,GyU),lascualesvan
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Universidad del Zulia Facultad de Ingeniera Doctorado en Ingeniera
INGENIERABIOQUMICA
agrupadasdetresentres.Cadagrupodetressellamacodnyestencargadodecodificarunaminocidoounsmbolodepuntuacin(Comienzo,parada).
rARN:ARNribosomal:ElARNribosomal(ARNroRNAr)sehallacombinadoconprotenasparaformarlosribosomas,donderepresentaunas2/3partesdelosmismos.Enprocariotas,lassubunidadmayordelribosomacontienedosmolculasdeARNrylasubunidadmenor,una.Enloseucariotas,lasubunidadmayorcontienetresmolculasdeARNrylamenor,una.Enamboscasos,sobreelarmaznconstituidoporlosARNrseasocianprotenasespecficas.ElARNresmuyabundanteyrepresentael80%delARNhalladoenelcitoplasmadelasclulaseucariotas