Grupo 11

BIOMOLÉCULAS PARA LA VIDA. ADN

1.- Biomoléculas
1.1.- Biomoléculas inorgánicas
1.1.1.- Agua
1.1.2.- Sales minerales
1.2.-Biomoléculas orgánicas
1.2.1.- Glúcidos
1.2.2.- Proteínas
1.2.3.- Lípidos
2.- Introducción al ADN
2.1.- Composición química
2.2.- Los nucleótidos
2.3.- Cadenas de ácidos nucleicos
3.- El ácido desoxirribonucleico (ADN )
3.1.- Estructura primaria
3.2.- Estructura secundaria
3.2.1.- Modelo de la doble hélice
3.2.2.- Estructura terciaria
3.3.- Tipos de ADN
4.-Ácido ribonucleico (ARN )
5.- Transcripción y traducción
5.1.- Transcripción en procariotas
5.2.- Transcripción en eucariotas
6.- Replicación del ADN
7.-El código genético
8.-Las mutaciones
9.-Bibliografía


1.- Las biomoléculas.


Las biomoléculas son los constituyentes macroscópicos principales de los seres vivos.Estas a su vez están formadas por bioelementos. Estos se clasifican en :
  • Principales: oxígeno (O), carbono (C), hidrógeno (H) y nitrógeno (N). Constituyen el 95% de la masa de los seres vivos. Tienen capas electrónicas externas incompletas,de modo que pueden formar fácilmente enlaces covalentes y dar lugar a las biomoléculas. Poseen un número atómico bajo, por lo que los electrones compartidos en la formación de los enlaces se hallan próximos al núcleo y las moléculas originadas son estables. Dado que el oxígeno y el nitrógeno son elementos electronegativos, muchas biomoléculas son polares, y , por ello, solubles en agua, requisito importante para que tengan lugar las reacciones biológicas fundamentales de la actividad vital. Son fácilmente incorporables a los seres vivos desde el medio externo, debido al intercambio de materia entre ambos. El carbono desempeña un papel fundamental gracias a su estructura tetraédrica y la existencia de electrones desapareados.
  • Secundarios: calcio (Ca), fósforo (P), cloro (Cl), potasio (Na), azufre (S), sodio(K) y magnesio (Mg). Componen alrededor del 4%de la masa de los organismos vivos, se localizan en diversos lugares y cumplen funciones muy variadas. Por ejemplo, el calcio forma parte de los huesos y el magnesio de la clorofila de las plantas que permite llevar a cabo la fotosíntesis.
  • Oligoelementos: los principales son el hierro (Fe), cobre (Cu), cinc (Zn), silicio (Si), manganeso (Mn) ,yodo (I) y flúor (F).
Mediante diferentes técnicas de análisis basadas en métodos físicos, como la filtración, la destilación, la centrifugación y la decantación, es posible separar las biomoléculas de un ser vivo sin que sufran alteraciones. A pesar de la enorme variedad de biomoléculas, las podemos dividir en dos grandes grupos: inorgánicas y orgánicas.


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1.1 Biomoléculas inorgánicas

El agua y las sales son moléculas inorgánicas. Estas son comunes a toda la materia, tanto la viva como la inerte.

1.1.1. Agua

Sin agua no hay vida. Es la molécula que se encuentra en mayor proporción en los organismos, por término medio constituye el 70% del peso de los seres vivos. La cantidad de agua presente en los seres vivos depende de tres factores: la especie (por ejemplo, en el cuerpo de una medusa puede alcanzar el 95% de su masa mientras que en una semilla se limita al 10%), la edad del individuo (las estructuras biológicas de los organismos jóvenes presentan una mayor proporción de agua) y del tipo de tejido u órgano (los tejidos con una gran actividad bioquímica contienen una proporción de agua mayor que los más pasivos).

  • Estructura química del agua: la unión entre el oxígeno y el hidrógeno se realiza mediante enlaces covalentes, en los que se comparten 2 electrones por enlace. Los pares de electrones compartidos se ven atraídos con más fuerza por el núcleo del átomo de oxígeno, ya que la electronegatividad de este es mayor. Por otro lado, el oxígeno posee 4 electrones más sin compartir, por lo que presenta una carga negativa débil en la zona de los electrones no compartidos y forma la geometría triangular de manera que los forman al oxígeno un ángulo de 104,5 º. Esto y la menor electronegatividad del hidrógeno, crea una asimetría eléctrica en la molécula de agua, que la aparición de cargas parciales opuestas: la zona de los electrones no compartidos del oxígeno es negativa y la zona donde se sitúan los hidrógenos es positiva. Por eso, a pesar de ser eléctricamente neutra pues no presenta carga eléctrica neta, la molécula de agua tiene un carácter dipolar. Esta polaridad favorece la interacción entre las moléculas de agua, de forma que la zona con carga eléctrica parcial negativa de una de ellas es atraída por la zona con carga parcial positiva de otra, estableciéndose entre ambas puentes de hidrógeno. Los enlaces de hidrógeno son mucho más débiles que los enlaces covalentes por lo que se rompen y se renuevan de manera constante, lo que mantiene las interacciones y permite que las moléculas de agua se unan con una fuerza considerable confiriendo una gran cohesión interna al agua líquida.
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  • Propiedades y funciones:
PROPIEDADES
FUNCIONES
Poder disolvente del agua: medido por la constante dieléctrica que indica la fuerza de
las moléculas de un disolvente mantienen separados a los iones de carga opuesta y que
permite que el compuesto iónico permanece disuelto. El agua es un buen disolvente
(es polar) y su constante es 80 a 20º C.
El agua actúa de medio donde tienen lugar las reacciones bioquímicas características de la actividad vital.
Elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas: permite que el agua se mantenga
líquida a temperatura ambiente( entre 0º y 100º).
Vehículo de transporte en el interior de un organismo vivo y como medio
lubricante en las estructuras de movimiento.
Líquido prácticamente incompresible: el elevado grado de cohesión entre sus
moléculas, el volumen del agua líquida no disminuye apreciablemente.
Determina las deformaciones citoplasmáticas y permite que el agua actúe
como esqueleto hidrostático en las células vegetales.
Capilaridad: elevado grado de cohesión muy alto más cohesión que combinado con la
adhesión a la superficie de otras estructuras (debida a su polaridad)
Permite que el agua pueda ascender a lo largo de conductor estrechos, por ejemplo el ascenso de la savia bruta por los tubos del xilema en los vegetales.
Elevada tensión superficial: los puentes de hidrógeno se cohesionan entre sí en el
interior en todas direcciones del espacio. Sin embargo las moléculas de agua situadas
en la superficie únicamente están sometidas a la acción de las moléculas de agua del
interior del líquido al no existir fuerzas de cohesión con las moléculas de aire.Se origina
la tensión superficial y permite que la superficie libre del agua se comporte como una
membrana elástica tensa.
Causa la mayoría de las deformaciones celulares y de movimiento citoplasmáticos o que algunos insectos puedan andar sobre el agua.
Elevado calor específico: cuando se aplica calor al agua, parte de la energía se emplea en romper los enlaces de hidrógeno y no en elevar la temperatura, por lo que la temperatura del agua asciende y desciende más lentamente.
Actúa como buen regulador térmico interno (sangre, mar...)
Elevado calor de vaporización: Para pasar del estado líquido al gaseoso es necesario que los enlaces de hidrógeno se rompan, requiere un aporte considerable de energía.
Por ejemplo la capacidad refrigerante del sudor.
Menor densidad del hielo que del agua líquida: sus moléculas se acercan tanto que cada una de ellas puede formar enlaces de hidrógeno con otras 4 moléculas, se
forma un retículo espacial estable que ocupa más volumen que el agua líquida, por lo que el hielo es menos denso y flota en ella.
Permite la supervivencia de los organismos acuáticos durante el invierno.
Ionización del agua: Algunas moléculas de agua sufren un proceso de ionización
cuando un átomo de hidrógeno de una de ellas se une, mediante enlace covalente,
al átomo de oxígeno de otra molécula a la que estaba unida por un puente de hidrógeno. Se obtienen dos iones, con carga opuesta y en igual concentración.
Participación en reacciones de hidrólisis entre otras.

1.1.2. Sales minerales.

Las sales minerales, al ser de origen inorgánico, no están formadas por cadenas de carbono y oxígeno, a diferencia de las sustancias de origen orgánico. Sin embargo, son unos constituyentes muy importantes de las células.

  • Podemos distinguir tres tipos de sales en función de como podamos encontrarlas en los seres vivos:

Las sales minerales solubles o disueltas.

Se encuentran disociadas en sus iones (aniones y cationes), que son los responsables de su actividad biológica.
Por ejemplo, la transmisión del impulso nervioso depende del intercambio de iones Na+ y K+, entre el medio intracelular y extracelular, a través de la membrana plasmática.
  • Función catalítica. Algunos iones actúan como cofactores enzimáticos, como por ejemplo el Cu+, Mn2+, Mg2+, Zn+.

  • Función osmótica. Intervienen en los procesos relacionados con la distribución del agua entre el interior celular y el medio donde habita dicha célula. Los iones de sodio, potasio, cloro y calcio, participan en la generación de gradientes electroquímicos, imprescindibles en el mantenimiento del potencial de membrana y del potencial de acción y en la sinapsis neuronal.

  • Función tamponadora. Los sistemas carbonato-bicarbonato y monofosfato-bifosfato llevan a cabo esta función.

Los iones contribuyen al balanceo iónico de los seres vivos, el cual afecta a la permeabilidad, la irritabilidad, la contractilidad y la viscosidad celulares. Los efectos de los iones pueden ser antagónicos; por ejemplo el K+ reduce la viscosidad del citoplasma y el Ca2+ la aumenta.

Las sales minerales insolubles o precipitadas.

Este tipo de sales forma estructuras sólidas que sirven de sostén o con función protectora.
  • En los vertebrados encontramos fosfatos, cloruros y carbonatos de calcio formando parte del esqueleto interno.
  • Los caparazones, en crustáceos y moluscos (como el caracol), y las células de algas calcáreas están compuestos por carbonato cálcico y magnesio.
  • En el caso de las plantas, las sales minerales son elementos nutritivos e influyen en el medio interior de la célula en menor medida que en los animales. En las gramíneas hay un endurecimiento (impregnación con sílice) de las células vegetales.
  • Los otolitos del oído interno están formados por cristales de carbonato cálcico. Esto ayuda al equilibrio.

Las sales minerales asociadas a moléculas orgánicas.

Suelen encontrarse asociadas a proteínas, como las fosfoproteínas; a lípidos, fosfolípidos; y a glúcidos constituyendo el agar-agar.

Algunos iones pueden asociarse a moléculas que les permite realizar funciones que por sí solos no podrían, e igualmente la molécula a la que se asocia, no podría cumplirlas si no tuviera el ion.

La hemoglobina es capaz de transportar oxígeno en la sangre porque está unida a un ion Fe2+.
Los citocromos actúan como transportadores de electrones porque poseen un ion
Fe3+.
La clorofila captura energía luminosa en el proceso de fotosíntesis por contener un ion Mg2+ en su estructura.

Las funciones de las sales minerales.


  • Constitución de estructuras de sostén y protección. Las sales precipitadas (como el carbonato cálcico o la sílice) forman estructuras tan importantes como los huesos, los caparazones o las conchas de muchos organismos.

  • Funciones fisiológicas y bioquímicas. Los iones procedentes de las sales minerales hidrosolubles cumplen distintas funciones, como son el mantenimiento de la homeostasis (equilibrio interno del organismo) o distintas funciones enzimáticas, asociándose a enzimas imprescindibles para las reacciones metabólicas. Estos iones, además generan potenciales eléctricos, al variar su concentración a uno y otro lado de la membrana plasmática.

  • Mantener una concentración osmótica adecuada. Todos los medios líquidos biológicos (sangre, plasma, líquido cefalorraquídeo, etc.) son disoluciones de agua (disolvente) y sales (soluto), de manera que la regulación de la concentración de soluto resulta de vital importancia para la célula y el propio organismo. A los procesos que dependen de este equilibrio se les llama procesos osmóticos. La ósmosis es el proceso mediante el cual se produce la difusión de un disolvente a través de una membrana semipermeable (permite el paso del disolvente, pero no del soluto), desde una concentración más diluida (hipotónica) a otra más concentrada (hipertónica).

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Cuando el agua pasa a la disolución hipertónica ésta se diluye y la hipertónica se concentra. El proceso continúa hasta que ambas concentraciones se igualan, es decir se hacen isotónicas. Para evitar el paso de agua habría que ejercer una presión desde el medio hipertónico, llamada presión osmótica.

La membrana plasmática es semipermeable. Por tanto, se hace necesario mantener una concentración salina en el interior que sea igual a la del medio exterior para que ésta no tenga ganancia ni pérdida neta de agua.

Si la concentración del medio intracelular es mayor que la del medio externo, la excesiva entrada de agua provocaría el hinchamiento de la célula, a lo que se denomina turgencia, que puede provocar la rotura de la membrana y la muerte celular.

Si la concentración del medio intracelular es menor que la del medio externo, el agua sale de la célula y ésta disminuye su volumen, a lo que se llama plasmólisis, que también puede provocar la muerte celular.



  • Mantener el pH en medios biológicos y estructuras. La actividad biológica en el medio interno celular se produce a un determinado valor de pH y las reacciones químicas que ocurren en los seres vivos provocan que ese pH sufra variaciones. Las sales minerales disueltas amortigüan estas alteraciones ayudando a mantener un pH constante. A las disoluciones de sales que realizan ésta función se las llama disoluciones amortigüadoras o tampón. Un ejemplo son los sistemas tampón-fosfato y tampón bicarbonato. El primero es el más importante en el medio intracelular: H2PO4- <=> PO42- , el segundo lo es en el medio extracelular: HCO3- <=> H2CO3.




1.2 Biomoléculas orgánicas


  • GLÚCIDOS
  • PROTEÍNAS
  • LÍPIDOS
  • ÁCIDOS NUCLEICOS

1.2.1 Glúcidos

Composición química: Son biomoléculas constituidas por C, H, y O (a veces tienen N, S, o P). y su fórmula general suele ser (CH2O)n Químicamente son polihidroxialdehídos, polihidroxicetonas.
Las principales funciones de los lípidos pueden ser:

estructurales:

moleculares: como la ribosa que forma parte de los ácidos nucleicos.
celulares: como la celulosa y hemicelulosa las cuales forman parte de las pareces celulares vegetales.
orgánicas: como la quitina del exoesqueleto de los artrópodos.

energéticas:

como fuente de energia: los azucares, en especial la glucosa, son la fuente de energía de las química de las células.
como reserva de energía:la glucosa es almacenada como almidón o glucógeno, que funcionan como reserva de energía.
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Clasificación:


-MONOSACÁRIDOS U OSAS: Glúcidos de 3 a 7 átomos de C., con propiedades reductoras. No son hidrolizables. ÓSIDOS . Asociación de monosacáridos con enlaces o-glucosídicos. Son hidrolizables, son sólidos cristalinos que tienen sabor dulce.
el poder reductor de los monosocáridos:todos los monosacáridos que tienen un grupo aldehído, son reductores debido a la presencia del carbono carbonílico, que se oxida a ácido carboxílico.
los mas importantes son : en las triosas el gliceraldehido, en las pentosas: la ribisa y la desoxirribosa componentes estructurales de los ácidos nucleicos las hexosas:la glucosa, la galactosa, la mano

-HOLÓSIDOS: Uniones de monosacáridos constituidos por carbono, hidrógeno y oxígeno, exclusivamente. engloba a los oligosacáridos y polisacáridos.

-OLIGOSACARIDO: De 2 a 10 monosacáridos. Resultan de especial interés disacáridos y trisacáridos; son resultantes de la unión mediante enlaces O-glucosídicos de cadenas cortas de monosacáridos. son hidrolizables, de sabor dulce, cristalizables y solubles.

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enlace O-glucosídico

-POLISACÁRIDOS: unión de más de 10 monosacáridos, pueden ser homoplisacáridos como el almidón o el glucógeno (formados por las mismas osas, tienen función de reserva o estructural, están unidos por enlaces O-glucosídicos ) heteropolisacáridos ( compuesto formado por distintas osas, los heteropolisacáridos, al ser hidrolizados dan lugar a dos o mas tipos diversos de osas) como las hemicelulosas.

-HETERÓSIDOS: unión de Monosacáridos y otras sustancias no glucídicas . Además de carbono, hidrógeno y oxígeno, contienen otros elementos químicos( alcoholes, esteroides...) de los heterósidos cabe destacar los glucolípidos y las glucoproteínas

- Glucolípidos: son heterósidos, que contiene ceramida unida a un oligosacárido complejo, son los componentes externos de las membranas Gram negativa y son los objetos principales de los anticuerpos contra esas bacterias; los mas importantes son los cerebrósidos y gangliósidos.

-Glucoproteínas: compuestos formados por una fracción glucídica y una fracción proteíca como:
mucinas: tienen una gran fracción glucídica y se encuentran presentes en las vias respiratorias y genitales lubricando e impidiendo la infeccion bacteriana.
peptidoglucanos: componente rígido de las paredes bacterianas





1.2.2 Proteínas:

Las proteínas son moléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos,Las proteínas desempeñan un papel fundamental para la vida y son las biomoléculas
más versátiles y más diversas. Son imprescindibles para el crecimiento del organismo.Realizan una enorme cantidad de funciones diferentes: estructurales, inmunológicas, traducción de señales o defensivas, entre otras muchas.

Las proteínas están compuestas por aminoácidos que es una molécula orgánica con un grupo ami (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH ) unidos a un carbono central.
los aminoácidos se clasifican por las características de sus cadenas laterales y pueden ser: neutros apolares, neutros polares, ácidos y básicos:



-Aminoácidos apolares neutros: contienen principalmente grupos R formados por cadenas hidrocarbonadas que no llevan carga ni positiva ni negativa. Son hidrófobos debido a su poca interacción con el agua, y gracias a esto participan de manera importante en la estructura tridimensional de las proteínas.
los aminoácidos apolares pueden ser:
-Aromáticos: contienen estructuras cíclicas que constituyen una clase de hidrocarburos insaturados con propiedades únicas
-Alifáticos: hidrocarburos lineales
-Aminoácidos polares neutros: pH=7 su carga neta es 0 las cadenas laterales son hidrófilas debido a que presentan grupos polares sin carga lo que les permite formar puentes de hidrógeno con el agua, es la causa de su gran solubilidad.

-Aminoácidos ácidos: a pH=7 tienen carga negativa debido a que en la cadena lateral llevan un grupo carboxilo que está ionizado.
-Aminoácidos básicos: a pH=7 tienen carga positiva debido a que en la cadena lateral llevan un grupo amino que está ionizado.

Estructura de las proteínas:
Es la manera como se organiza una proteína para adquirir cierta forma, presentan una disposición característica en condiciones fisiológicas, pero si se cambian estas condiciones como temperatura, pH, etc. pierde la conformación y su función, proceso denominado desnaturalización. La función depende de la conformación y ésta viene determinada por la secuencia de aminoácidos.
Para el estudio de la estructura es frecuente considerar una división en cuatro niveles de organización, aunque el cuarto no siempre está presente.
Conformaciones o niveles estructurales de la disposición tridimensional:

  • Estructura primaria.(la estructura primaria es la secuencia lineal de aminoácidos que forman la proteína, nos indican el orden de los aminoácidos que lo componen)

  • Estructura secundaria.(es la disposición que adopta en el espacio la cadena de aminoácidos)

  • Estructura terciaria.(es la disposición que adopta la cadena secundaria en el espacio se denomina conformación y puede ser globular si al compactar adopta forma esférica o fibrosa si la proteína tiene forma alargada)

  • Estructura cuaternaria.( solo la presentan aquellas proteínas que tienen protómeros y nos indica como se enlazan los protómeros entre sí para formar proteínas)


.
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1.2.3 Lípidos


Los lípidos son biomoléculas orgánicas presentes de en el tejido de los animales y plantas, que se caracterizan por ser solubles en disolventes orgánicos e insolubles en agua. Son la principal reserva energética de los seres vivos.

Clasificación

Los lípidos se pueden clasificar de acuerdo a su estructura química entre los que presentan enlaces éster y pueden ser hidrolizados, como las ceras y glicéridos, que se denominan lípidos hidrolizables y los que no presentan enlaces ésteres, denominados no hidrolizables entre los que se encuentran los esteroles, esteroides, terpenos y terpenoides.

Los lípidos también se pueden clasificar según las reacciones químicas que experimentan, de esta manera aquellos que reaccionan con disolución de NaOH, una base fuerte, originando sales se denominan lípidos saponificables, y los que no experimentan este tipo de reacción se consideran lípidos no saponificables.

Los lípidos también se clasifican considerando su procedencia, si provienen de células vegetales y aportan ácidos grasos reciben el nombre de esenciales; y los no esenciales son producidos por el metabolismo animal y no aportan ácidos grasos.

Los lípidos más abundantes en la naturaleza en forma de ceras y glicéridos, a su vez los glicéridos se encuentran en forma de grasas y aceites.

  • Las ceras son mezclas de ésteres de alta masa molecular formadas por ácidos grasos y alcoholes monohidroxilados.
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  • Los glicéridos están constituidos por ácidos grasos de alta masa molecular y alcoholes trihidroxilados como el propanotriol, glicerol o glicerina. Los glicéridos pueden presentar un grupo hidroxilo esterificado, denominados monoacilglicérido, diacilglicérido cuando presentan dos grupos hidroxilos esterificados y triacilglicérido, cuando se esterificaron los tres grupos hidroxilos.
  • Las grasas tienen cadenas carbonadas saturadas, cuyos ácidos grasos son de cadenas saturadas. Las grasas son sustancias sólidas.
Saponificación
El jabón es una mezcla de sales de metales alcalinos, provenientes de ácidos de 16 a 18 átomos de carbono. La preparación del jabón no ha variado mucho, se trata la grasa o aceite con disolución de NaOH, mediante la reacción conocida como Saponificación, entonces se produce la hidrólisis de los triglicéridos formando ácidos grasos y glicerol o glicerina los ácidos se convierten en sales en presencia de una base.


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Ecuación general de saponificación de un triglicérido
El jabón es purificado en agua a la temperatura de ebullición, precipitado, secado en moldes, adicionados varios aditivos, como perfumes, sustancias medicinales, bactericidas etc.
  • Los fosfolípidos son lípidos hidrolizables. Estos compuestos usualmente contiene dos grupos ésteres formado por ácidos grasos y un enlace éster con el grupo fosfato en el átomo de carbono tres. La particularidad de los fosfoglicéridos es que sus moléculas contienen dos largas cadenas hidrofóbicas y un grupo hidrofílico altamente polar. Los fosfoglicéridos son por esta razón surfactantes neutrales.


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  • Los esteroides son lípidos no hidrolizables, no saponificables en general, que contienen una estructura química muy particular, presentando cuatro anillos condensados, designados por A, B, C, D. Los esteroides pueden ser encontrados en casi todos los tejidos de los organismos vivos. Muchos esteroides actúan como hormonas en animales y el hombre.







2.-Introducción al ADN

Para empezar a hablar sobre el ADN, debemos empezar hablando de los ácidos nucleicos.

Los ácidos nucleicos son macromoléculas biológicas de carácter ácido que se descubrieron en el interior del núcleo de las células eucariotas. Se distinguían de los otros componentes del núcleo, porque eran muy ricas en fósforos, concretamente en ácido fosfórico.

2.1 Composición química


Los ácidos nucleicos son polímeros formados por la unión de nucleótidos, cada nucleótido está formado por un ácido fosfórico (H3PO4), una pentosa( en el caso del ADN, es la 2-desoxirribosa), y una base nitrogenada(adenina, guanina, timina o citosina).

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2.2 Los nucleótidos


Los nucleótidos a su vez se forman por la unión de un nucleósido (una pentosa y una base nitrogenada) y un ácido fosfórico, mediante un enlace éster fosfórico.

el enlace N-glucosídico: nucleósido

la unión de una pentosa y una base nitrogenada mediante un enlace N-glucosídico forma el denominado nucleósido.
la unión se lleva a cabo entre el C´1 de la pentosa y el N que ocupa la posición 1 en las bases pirimidicas y el N 9 en las bases púricas.



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2.3 Cadenas de ácidos nucleicos


Las cadenas de ácidos nucleicos presentan dos extremos, el extremo 5’, donde hay un grupo fosfato unido al carbono 5’ del primer nucleótido, y el extremo 3’, donde hay un radical hidroxilo unido al carbono 3’ del último nucleótido.
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3.-El ácido desoxirribonucleico (ADN)


El ácido desoxirribonucleico o ADN está constituido por dos cadenas de nucleótidos enrolladas formando una doble hélice.
Según el modelo celular, el ADN se puede encontrar en distintos lugares de la célula y presentar distintas características.
  • ADN de células eucariotas. Se encuentran principalmente en el núcleo, pero también en mitocondrias y cloroplastos.
-ADN nuclear: Está unido a unas proteínas básicas, denominadas histonas, y a una pequeña cantidad de un grupo heterogéneo de proteínas, denominadas proteínas no histónicas. Esta asociación se conoce como fibra de cromatina.
-ADN de mitocondrias y cloroplastos: Este tipo es similar al de las células procariotas.
  • ADN de células procariotas. Está asociado a proteínas parecidas a las histonas, a ARN y a proteínas no histónicas, formando una condensación denominada nucleoide, que, a diferencia del núcleo, no esta delimitado por ninguna membrana envolvente.
El ADN presenta diferentes rangos de complejidad estructural y se pueden distinguir tres niveles estructurales:
Estructura primaria o secuencia de nucleótidos
Estructura secundaria o de doble hélice
Estructura terciaria o ADN superenrollado, que surge de la torsión de la doble hélice sobre sí misma.
La estructura terciaria puede condensarse más hasta llegar a una superespiralización cuando se inicia la mitosis, momento en el que la fibra de cromatina se compacta para formas cromosomas.

3.1 Estructura primaria


Es la secuencia de nucleótidos, y esta secuencia estructuran una determinada información, la llamada información genética.

3.2 Estructura secundaria


La estructura secundaria del ADN corresponde a la disposición en el espacio de dos hebras o cadenas de polinucleótidos que forman una doble hélice, con las bases nitrogenadas enfrentadas y unidas mediante enlaces de hidrógeno.
A partir de datos experimentales, el químico Edwin Chargaff, en 1950 observó que todos los ADN tienen tantas moléculas de Adenina como de Timina, y tantas moléculas de Citosina como de Guanina.
Esto implica que los puentes de hidrógeno se establecen entre las adeninas y las timinas y, por otro lado entre las citosinas y las guaninas y, por tanto, existía una complementariedad entre las bases. Debido a las características de la adenina y timina, se establecen dos puentes de hidrógeno, y entre las citosinas y guaninas tres puentes de hidrógeno.
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3.2.1 Modelo de la doble hélice
Los físicos James Watson y Francis Crick, en 1953, basándose en algunas aportaciones científicas sobre la estructura del ADN, establecieron el modelo de la doble hélice.
  • -Los grupos hidrófobos (-CH3 y –CH= ) de las bases se disponen hacia el interior de la molécula, estabilizándose interacciones hidrofóbicas que proporcionan, junto con los puentes de hidrógeno, estabilidad a la macromolécula. Las pentosas y los grupos fosfato quedan en el exterior y la ionización de estos últimos proporcionan el carácter ácido de esta macromolécula.
  • -Las cadenas de ADN que forman la doble hélice son:
-Antiparalelas. Tiene los extremos 5’-3’ orientados en sentidos contrarios
-Complementarias. Como hemos explicado anteriormente.
  • -El enrollamiento de la doble hélice es dextrógiro y plectonímico, es decir, que para que se separen las dos cadenas una debe girar con respecto a la otra.

La doble hélice en estado natural si se calienta por encima de los 100º, se dispersa en fibras, se produce una desnaturalización del ADN.
Si este ADN se enfría por debajo de 65º se renaturaliza.
Gracias a este proceso, se pueden hibridar cadenas de ADN de diferentes individuos para conocer su parentesco.

3.3. Estructura terciaria


Al ADN de doble hélice se le unen proteínas (nucleoproteínas). Solo aparece en células eucariotas (unión ADN a proteína). En las células procariotas el ADN se encuentra desnudo (no lleva asociado proteínas). Además el ADN en las células eucariotas es más largo por lo que tiene la necesidad de enrollarse para que quepa en la célula.

Las proteínas que podemos encontrar en esta estructura que se asocian al ADN son:

-Histonas: en todas las células, salvo los espermatozoides. La presencia de estas proteínas da lugar a una estructura denominada Estructura collar de
perlas (nucleosoma).

-Protaminas: aparecen en espermatozoides y dan lugar a la Estructura cristalina.

  • Estructura del collar de perlas o modelo del nucleosoma. Recibe este nombre debido a que al microscopio electrónico se ve como un collar de perlas.

El nucleosoma esta hecho de :
- Una parte nuclear o núcleo (core): estructura voluminosa. Está compuesto por un octámero de proteínas, histonas, denominadas H2A, H2B, H3 y
H4. Cada tipo de histona se presenta en número par. Esta estructura está rodeada por un tramo de ADN que da una vuelta y 3/4 en torno al octámero.
-ADN linker (ligador): formado por un tramo de ADN que une un nucleosoma con otro y una histona H1.

El conjunto de la estructura se denomina fibra de cromatina de 100Å. Tiene un aspecto repetitivo en forma de collar de perlas, donde las perlas
serían los nucleosomas unidos por los linkers.

El ADN se va enroscando alrededor de las proteínas de la siguiente manera:



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  • Estructura cristalina . Solo en espermatozoides (gametos masculinos). Los espermatozoides tienen muy poco peso con lo que el ADN está
mas enrollado (ADN mas compacto en el núcleo de espermatozoides). Varía según la especie. En este caso, el ADN se
une a proteínas de carácter más básico, denominadas protaminas (son mas pequeñas) . El ADN se enrolla sobre estas proteínas, formando una estructura muy compacta.

3.4 Tipos de ADN


Las moléculas de ADN se pueden clasificar atendiendo a diversos criterios.
Según el número de cadenas que forman, se clasifican en:
  • ADN monocatenario: ES muy poco frecuente. Se ha encontrado una forma lineal en los parvovirus, y en forma circular en el virus Φ-X-174

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Virus bacteriófago

  • ADN bicatenario: Es el que presentan la mayoría de los organismos. El ADN bicatenario puede presentar superenrollamientos o estar concatenado.
Atendiendo a su forma pueden ser:
  • Lineal. El ADN del núcleo de las células eucariotas es lineal y también el de algunos virus como el bacteriófago T4 y el virus del herpes.
  • Circular. El ADN es circular en las bacterias, en las mitocondrias, y en los cloroplastos, y en algunos virus como el SV40 y el virus del papiloma.

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Virus del papiloma



4.- Ácido ribonucleico ( ARN)

Es un polímero no ramificado formado por una serie de nucleótidos unidos por enlaces éster fosfóricos que difiere del ADN en que la pentosa de los nucleótidos constituyentes es la ribosa y que en las bases nitrogenadas aparece uracilo en lugar de timina. El ARN suele tener una única cadena, en lugar de las dos que presenta en la mayoría de los casos el ADN. Estas cadenas son más cortas en el ácido ribonucleico y pueden aparecer en el citoplasma celular. Tipos de ARN:
  • ARN mensajero (ARNm): es una copia de ADN ( la correspondiente a cada gen que vaya a expresarse) que será utilizada por los ribosomas como información para unir los aminoácidos en el orden adecuado y poder así constituir una proteína concreta.
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  • ARN ribosómico (ARNr): forma parte de los ribosomas por lo que participa en el proceso de unión de los aminoácidos para sintetizar las proteínas. Existen varias cadenas distintas de ARNr que se diferencian por su coeficiente de sedimentación.
  • ARN de transferencia (ARNt): se encarga de transportar los aminoácidos presentes en el citoplasma celular hasta los ribosomas, donde se unirán para constituir las proteínas. Las moléculas de ARNt poseen una estructura secundaria característica, en la que existen tramos de doble cadena, por emparejamiento intracatenario (brazos)



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5.- Transcripción y traducción

Transcripción

La transcripción es un proceso mediante el cual una secuencia de nucleótidos de una hebra de ADN pasa a formar un ARN-mensajero (ARNm) y esta a su vez, pasa a ser una proteína. Los organismos son capaces de sintetizar estas proteínas en uno o varios momentos de su vida, usando la información de esa secuencia de nucleótidos.

El código genético determina la relación entre la secuencia de nucleótidos del ADN y del ARN-mensajero y la secuencia de aminoácidos de la proteína, que se utiliza durante el proceso de traducción o síntesis de proteínas. El código genético codifica tripletes (grupos de tres nucleótidos). Estos tripletes se representan por las tres letras iníciales de las bases nitrogenadas. Estos tripletes de ADN se transcriben en sus bases complementarias en el ARN-mensajero, que pasan a denominarse codones.

Estos codones, pasan al ribosoma, donde interaccionan con una molécula de ARN de transferencia que contiene el triplete complementario, denominado anticodón. Estos ARN de transferencia portan el aminoácido correspondiente al codón de acuerdo con el código genético, de este modo se van uniendo todos los aminoácidos que posteriormente formaran las diferentes proteínas.

5.1. Transcripción en procariotas

El proceso es muy simple. Se puede transcribir todo el ADN en cualquier momento. Interviene un solo tipo de ARN-polimerasa. El ARN de transcrito primario es funcional (no precisa maduración postranscripcional). Los ARNm se empiezan a traducir según van siendo sintetizados.

1-Fase de iniciación
Se copia de una de las dos cadenas de ADN, para empezar a copiar se tiene que encontrar una señal de inicio (promotor o zona promotora).
2-Fase de elongación ó alargamiento
El ARN-polimerasa realiza la copia y lectura de diferente manera:
- Copia: 5' → 3'
- Lectura: 3' → 5'
3-Fase de finalización
Es necesaria una señal de finalización.
Todo ello ocurre en el citoplasma. Por otra parte, transcripción y traducción tienen lugar a la vez porque son más primitivas.

5.2. Transcripción en eucariotas
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El proceso es más complejo.Solo se puede transcribir el ADN que constituye la eucramatina (cromatina descondensada). Intervienen tres ARN-polimerasa (enzimas) distintos I, II y III, que sintetizan los distintos tipos de ARN.

1-Fase de maduración
El ARN tiene intrones y exones (los intrones se quitan).
2-Fase de inicio
Se desarrolla igual que en la transcripción en procariotas.
3-Fase de elongación
Igual que en la transcripción en procariotas
4-Fase de terminación
El ARN transcrito primario sufre en el núcleo el proceso de maduración o el procesamiento postranscripcional. Los ARNm deben ser transportados al citoplasma para participar en la traducción.
Transcripción y traducción por separado, tanto en lugar como en tiempo.

Traducción

La traducción es el paso de la información transportada por el ARN-m a proteína. Este proceso se lleva a cabo en cuatro pasos:

1.- Activación de aminoácidos.

aa1 + ARN-t1 + ATP → ARN-t1-aa1 + AMP + PPi (con ayuda de la enzima aminoacil-ARNt sintetasa).
2.- Iniciación.
Este paso a su vez está dividido en tres fases. en la primera fase, el ARNm se une a la subunidad pequeña del ribosoma. En la segunda fase, el ARNt iniciador se une al sitio P del ribosoma. Y, por último, en la tercera fase, se une la dubunidad grande del ribosoma. Todas estas fases conllevan un gasto de energía en forma de GTP.
3.- Elongación.
La elongación también está dividida en tres fases. En la primera fase, entra el segundo aminoacil-ARNt al sitio A del ribosoma. En la segunda fase, se forma un enlace peptídico entre los aminoácidos. Y, por último, en la tercera fase, se lleva a cabo la translocación del ribosoma. La elongación se produce muchas veces seguidas hasta que comienza la terminación.
4.- Terminación.
La terminación comienza cuando se encuentraun codón de terminación (UAA, UGA, UAG), en este momeno se acopla un factor de liberación y separa el ribosoma del ARNm y de todas las enzimas o factores, que favorecen ente proceso.



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6.-Replicación del ADN

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La replicación del ADN es un proceso mediante el cual se obtienen replicas idénticas de una molécula de ADN. Este proceso es fundamental para la transferencia de la información genética de una generación a la siguiente, esta es la base de la herencia genética.

Este mecanismo consiste en la separación de las dos hebras de la doble hélice, estas hebras sirven como molde para la posterior síntesis de cadenas complementarias a cada una de ellas, que se denominaran ARN-mensajero. El resultado final son dos moléculas idénticas a la original.
vídeo de la explicativo de la replicación:


Niveles de condensación del ADN:

La cromatina es el conjunto de ADN, histonas y proteínas no histónicas que se encuentra en el núcleo de las células eucariotas y que constituye el cromosoma eucariótico. Las unidades básicas de la cromatina son los nucleosomas.


Entre cada una de las asociaciones de ADN e histonas existe un ADN libre llamado ADN "espaciador", de longitud variable entre 0 y 80 pares de nucleótidos que garantiza flexibilidad a la fibra de cromatina. Este tipo de organización, permite un primer paso de compactación del material genético, y da lugar a una estructura parecida a un ``collar de cuentas´´

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Posteriormente, un segundo nivel de organización de orden superior lo constituye la "fibra de 30nm" o solenoide compuestas por grupos de nucleosomas empaquetados uno sobre otros adoptando disposiciones regulares gracias a la acción de la histona H1. el solenoide se pliega en forma de bucles y estas estructuras se compactan formando rosetones y espirales de rosetones las cuales dan lugar a las cromátidas.

Finalmente continúa el incremento del empaquetamiento del ADN hasta obtener los cromosomas que observamos en la metafase, el cual es el máximo nivel de condensación del ADN.

Video explicativo de la condensación del ADN



La desnaturalización del ADN:

-La desnaturalización de ácidos nucleicos como el ADN por altas temperaturas produce una separación de la doble hélice, que ocurre porque los enlaces o puentes de hidrógeno se rompen. Esto puede ocurrir durante la reacción en cadena de la polimerasa; las cadenas del ácido nucleico vuelven a unirse (renaturalizarse) una vez que las condiciones "normales" se restauran. Si las condiciones son restauradas rápidamente, las cadenas pueden no alinearse correctamente.

-El ADN también se puede desnaturalizar por pH; el ADN desnaturalizado se puede renaturalizar cuando los valores de pH se sitúan dentro de los parámetros biológicos.



7. El código genético

La correspondencia entre los tripletes de nucleótidos del ARNm y los aminoácidos que forman las proteínas recibe el nombre de código genético. Se trata de un código universal, es decir, la correspondencia es la misma en todos los seres vivos. El conocimiento de la correspondencia se debe a diferentes descubrimientos.
  • El 1995, Severo Ochoa, y Marianne Grunberg-Manago asilaron la enzima polinucleótido fosforilasa, capaz de sintetizar ARNm sin necesidad de modelo y a partir de cualquier tipo de nucleótidos que hubiera en el medio
  • Marshall Nirenberg observó que las proteínas están formadas por veinte tipos de aminoácidos distintos, mientras que sólo existen cuatro tipos de nucleótidos, por lo que la relación no se podía establecer entre un nucleótido y un aminoácido, ni entre dobletes de nucleótidos (42=16) y aminoácidos. Como mínimo la relación debía establecerse entre tripletes de nucleótidos (43=64) y aminoácidos.
Existen en total 64 tripletes posibles, de los cuales:
-Varios codifican para un mismo aminoácido
-Algunos, como el triplete UAA, el AUG y el UGA, no codifican para ningún aminoácido, sino que marcan el final del proceso de traducción.
-El triplete AUG actúa como señal de inicio para el comienzo de traducción, y si el proceso ha comenzado, codifica para el aminoácido metionina.
  • En el código genético se puede observar que algunos aminoácidos están codificados por varios tripletes distintos.
Esta situación se denomina degeneración del código genético y representa una gran ventaja, puesto que , en determinados casos, que se producen errores en la copia de un nucleótido, se puede mantener la colinearidad entre el triplete y el aminoácido.
Sin embargo, según el código genético existente, simplemente habría un aminoácido diferente y esto, salvo que pertenezca al centro activo de una enzima, no suele ser peligroso.
*El código genético no presenta imperfecciones, no hay ningún codón que codifique el mismo aminoácido que otro.

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8.-Las mutaciones génicas

Las mutaciones génicas son alteraciones en la secuencia de nucleótidos de un gen. Por ello, también se denominan mutaciones puntuales.
Tipos de mutaciones génicas
Según el tipo de alteración que se produzca, se clasifican las mutaciones por sustitución de bases y mutaciones por pérdida o inserción de nucleótidos
  • Mutaciones por sustitución de bases: Constituyen un 20% de las mutaciones espontáneas y se producen por el cambio de unas bases por otras. Estas, a su vez pueden ser:
    • Transiciones: son sustituciones de una base púrica (adenina y guanina) por otra o de una base pirimidínica (timina, citosina y uracilo)
    • Transversiones: son sustituciones de una base púrica por una pirimidínica, o viceversa.
Estas mutaciones provocan alteraciones en un triplete del gen y normalmente no alteran la función de las proteínas. En otras ocasiones, la mutación hace que cambie un aminoácido del centro activo de una enzima o afecta a un triplete de finalización, en estos casos puede resultar perjudicial.
  • Mutaciones por pérdida o inserción de nucleótidos: pueden ser delecciones, cuando se pierde un nucleótido, o inserciones, cuando se añade un nuevo nucleótido. La consecuencia de estas mutaciones es un corrimiento en el orden de lectura de los tripletes a partir del punto en el que ocurre la mutación y por tanto, alteran todos los tripletes siguientes. Constituyen el 80% de las mutaciones espontáneas.
Las causas de estas mutaciones suelen ser los errores de lectura durante la replicación del ADN y son debidos a cambios tautoméricos y de fase, también se pueden deber a lesiones fortuitas o a transposiciones, estos últimos se deben a la existencia de de segmentos de ADN llamados transpones que cambian de lugar espontáneamente produciendo mutaciones.





9.-BIBLIOGRAFÍA

-M. Sanz Esteban, S. Serrano Barrero y B. Torralba Redondo , Biología 2º Bachillerato, TESELA, OXFORD UNIVERSITY PRESS (ISBN978-84-673-50055-5)

- R. Calixto Flores, L. Herrera Reyes, V. D. Hernández Guzmán, Biología 1, Editorial PROGRESO, S. A. de C. V. (ISBN 970 - 641 - 487 - 8).

-A.Jimeno, M.Ballesteros, L.ugedo, M.A.Madrid, Biología 2 Bachillerato, Proyecto La Casa del Saber Santillana. (ISBN 978-84-294-0979-6)

- C. Plaza, J. Hernandez, J. Martinez, P. Castro, JJ. Martinez-Aedo, FJ. Medina. Biologia 2º bachilerato, Anaya.


- Apuntes biología sengundo de bachillerato.


-José María Gómez de Salazar, Benjamín Fernández Ruiz, Juan Jesús Bastero Monserrat, María Jesús Méndez García, José Alcamí Pertejo, Javier Slöcker. Biologia 2º Bachillerato, SM. (ISBN 9788467534719)

-http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/contenidos18.htm

-http://www.bioygeo.info/pdf/Transcripcion(procariotas_vs_eucariotas).pdf

-http://pubs.rsc.org/en/journals/journalissues/ob

-http://www.um.es/molecula/gluci.htm

-http://www.monografias.com/trabajos16/lipidos/lipidos.shtml