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Biología
TEMA 1: NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LAS PROTEÍNAS
AMINOÁCIDOS
Los aminoácidos son compuestos orgánicos de baja masa molecular solubles en agua. Poseen un grupo funcional ácido carboxílico y un grupo funcional amino, además de una cadena lateral R de naturaleza variada que diferencia unos aminoácidos de otros. Son los componentes moleculares más sencillos de las proteínas, compuestas de 20 aminoácidos diferentes.
Proteínas → polímero no ramificado formado por aminoácidos.
ENLACE PEPTÍDICO
En la representación de péptidos y proteínas por convenio se representa a la izquierda el residuo amino libre (amino terminal o N-terminal) y a la derecha el residuo carboxilo libre (carboxilo terminal).
Plano de la amida → mismo plano en el que se sitúan los cuatro átomos implicados en torno al enlace peptídico (C, O, H, N). Dos planos de la amida contiguos pueden girar a través de los enlaces sencillos de carbono α. El giro no es totalmente libre porque la cadena lateral unida al carbono α dificulta la rotación. La cadena peptídica adquiere la estructura de unos planos sucesivos que pueden tomar diversos ángulos entre sí y de la que salen lateralmente los grupos químicos de cada aminoácido.
ESTRUCTURA
Las proteínas están constituidas por cadenas polipeptídicas de mayor o menor longitud que tiene una estructura que se puede estudiar a diferentes niveles de organización:
ESTRUCTURA PRIMARIA: orden o secuencia en que se colocan los diferentes aminoácidos para formar la cadena polipeptídica. Al escribir la secuencia se sigue la convección de poner a la izquierda el extremo N-terminal.
ESTRUCTURA SECUNDARIA: un fragmento de cadena polipeptídica puede adoptan diferentes disposiciones espaciales según los ángulos que forman entre sí los planos de la amida.
Hélice α (estructura más frecuente) → los planos de los sucesivos enlaces peptídicos se disponen formando una hélice dextrógira. Las cadenas laterales se proyecten fuera de la hélice. Los grupos N- H y C=O quedan hacia arriba o hacia abajo, permitiendo que se formen enlaces de hidrógeno cada 4 aminoácidos.
Estructura β u hoja plegada
ESTRUCTURA TERCIARIA: determinadas interacciones físico-químicas entre diversas cadenas laterales de la molécula pueden originar una disposición tridimensional más estable en el medio en que se encuentre la proteína.
Grupo carboxilo
Grupo amino
Carbono α
Aloma Riera Rodríguez
Las principales interacciones no covalentes entre las cadenas laterales de aminoácidos son:
o Puentes de hidrógeno o Interacciones electrostáticas o Interacciones de van der Waals o Interacciones hidrofóbicas.
Y las interacciones covalentes son puentes disulfuro.
ESTRUCTURA CUATERNARIA: proteínas que constan de dos o más cadenas polipeptídicas iguales o diferentes (oligómero). Las diferentes cadenas polipeptídicas se unen entre sí por el tipo de un ion antes descrito.
FACTORES QUE AFECTAN A LA CONFIGURACIÓN
Además de la estructura primaria las condiciones físicas y químicas también afectan a la conformación. Alteraciones en el pH, concentración de sales, temperatura u otros factores ambientales pueden cambiar el plegamiento.
Desnaturalización → pérdida de la conformación nativa de la proteína. Una proteína desnaturalizada es inactiva biológicamente.
Es difícil predecir la conformación de una proteína a partir de su conformación primaria. Se cree que la mayoría de las proteínas van adquiriendo diferentes estados hasta alcanzar la conformación más estable.
Chaperoninas → proteínas que ayudan al plegado de proteínas recién sintetizadas. Se unen y estabilizan proteínas parcialmente plegadas o mal plegadas protegiéndolas de los enzimas proteolíticos y redirigiéndolas a la ruta de plegado normal. Algunas “marcan” las proteínas desnaturalizadas para su degradación.
FUNCIÓN BIOLÓGICA
Reserva energética → principal reserva energética de los animales. Se depositan en el tejido adiposo.
Aislamiento térmico y físico → en numerosos animales la grasa se almacena en tejidos especiales. El citoplasma de los adipocitos se encuentra prácticamente ocupado por triacilgliceridos. Al conjunto del depósito se le denomina panículo adiposo.
CERAS
Son ésteres de ácidos grasos de cadena larga con alcoholes también de cadena larga. Generalmente son sólidas y totalmente insolubles en agua.
FUNCIÓN BIOLÓGICA
Recubrimiento → en los animales las plumas, el pelo, la piel están recubiertos por una capa de cera que los mantiene flexibles, lubricados e impermeables. En las plantas impide la pérdida de agua y las protege contra parásitos.
Reserva energética → reserva energética de numerosos componentes del plancton marino.
FOSFOLÍPIDOS=FOSFOGLICÉRIDOS
Son los principales componentes de las membranas biológicas, el más sencillo es el ácido fosfatídico.
BICAPA LIPÍDICA
Tienen una cabeza polar, dos colas hidrofóbicas (ácidos grasos) que pueden tener distinta longitud, una tiene uno o más dobles enlaces y la otra no tiene.
FLUIDEZ MEMBRANA
Las diferencias en longitud y grado de saturación afectan a la fluidez de la membrana. Esta característica es crucial para muchas funciones como el transporte y las actividades enzimáticas.
ESFINGOLÍPIDOS
Constituyentes de membranas animales y vegetales, abundantes en tejido nervioso.
o Aminoalcohol de cadena larga o Ácido graso o Cabeza polar
ESTEROIDES
Se caracterizan por un esqueleto carbonado de cuatro anillos fusionados. Se diferencian entre sí por el tipo y localización de sus grupos funcionales sustituyentes y por la presencia de dobles enlaces de los anillos.
COLESTEROL
El colesterol es un componente de la membrana plasmática de eucariotas: elevadas cantidades de colesterol.
o Refuerzan el carácter de barrera permeable o Inmovilizan los primeros grupos CH 2 de las cadenas hidrocarbonadas. Impide transiciones de fase=estabiliza. o La membrana se hace más rígida y menor permeabilidad a moléculas solubles pequeñas.
En los animales el colesterol es el precursor de muchos otros esteroides como son los ácidos biliares, la vitamina D y las hormonas.
ISOPRENOIDES
Son polímeros del hidrocarburo isopreno que pueden ser moléculas lineales o cíclicas.
NÚCLEO
Contiene la mayor parte de del ADN de las células eucariotas (también en los cloroplastos y en las mitocondrias).
Ribosomas → partículas constituidas por ARN ribosomal y proteína. Los ribosomas llevan a cabo la síntesis proteica en el citosol y en la superficie exterior del retículo endoplásmico o en la membrana nuclear.
El núcleo es generalmente el orgánulo de mayor tamaño y la membrana nuclear delimita el núcleo, separándolo del citoplasma.
RETÍCULO ENDOPLÁSMICO
Su función es biosintética. Constituye más de la mitad de la totalidad de membranas de muchas células eucarióticas. Este es continuo con la envoltura nuclear, el compartimiento interior se denomina lumen y sus repliegues hacen que su superficie sea varias veces superior a la superficie celular. Consta de dos regiones diferentes, aunque conectas entre sí.
RE liso → carece de ribosomas y se trata de una estructura más tubular. Dentro de su lumen algunas proteínas sintetizadas sobre el RE rugosos son modificadas químicamente. Es el lugar de síntesis de lípidos y donde se produce la hidrólisis de glúcidos y el almacenamiento intracelular de calcio. Hacen la desintoxicación de fármacos y sustancias tóxicas (biotransformación). Poseen enzimas que catalizan la incorporación de grupos funcionales a moléculas de fármacos, etanol, pesticidas, aumentando la solubilidad.
RE rugoso → con ribosomas adheridos al exterior de sus sacos aplanados, y son los encargados de sintetizar proteínas que se requieren fuera del citosol. Las proteínas entran en el interior del lumen conforme son sintetizadas. Una vez en el interior del lumen experimentan diferentes cambios que incluyen la formación de puentes disulfuro y el plegamiento en su estructura terciaria. También se les añade glúcidos dando lugar glucoproteínas.
APARATO DE GOLGI
Este consiste en sacos aplanados denominados cisternas. Sus funciones son:
o Recibe proteínas del RE que puede modificar o Sintetiza algunos polisacáridos de la pared celular de las plantas o Clasifica y empaqueta proteínas antes de ser enviadas al interior o exterior celular
LISOSOMAS
Es un saco membranoso lleno de enzimas digestivos, estos pueden hidrolizar proteínas grasas, polisacáridos y ácidos nucleicos. Mantienen un pH ácido en su interior mediante una bomba de protones que introduce protones con gasto energético. Estos también utilizan enzimas para reciclar orgánulos y macromoléculas, un proceso de autofagia.
VACUOLAS
Son los componentes característicos de las células vegetales, cada vacuola es una vesícula muy grande, llena de líquido y rodeado por una membrana denominada tonoplasto. Se forman por fusión de vesículas procedentes del aparato de Golgi. El número de vacuolas varía según el tipo de célula y las distintas fases del desarrollo.
PEROXISOMAS
Son compartimientos metabólicos especializados rodeados por una única membrana y que contienen enzimas oxidativas. Sus funciones son:
o Reacciones oxidativas de degradación de ácidos grasos y aminoácidos o Reacciones de desintoxicación o En plantas existen glioxisomas que transforman las grasas almacenadas en las semillas en azúcares.
intermediarios no varía. Entradas (acetato, agua y transportadores de electrones oxidados) y salidas (CO 2 , transportadores de electrones reducidos NAD +^ y FAD y ATP). El proceso de síntesis de ATP como resultado de la oxidación de los trasportadores de electrones (NADH+^ Y FADH 2 ) en presencia de oxígeno, hay dos etapas la cadena trasportadora de electrones y la quimiosmosis.
Cadena transportadora de electrones → los electrones del NADH y FADH 2 pasaran a través de una serie de transportadores de electrones asociados a la membrana. Este flujo de electrones involucra el transporte de protones a través de la membrana interna de la mitocondria, fuera de la matriz hacia el espacio intermembrana, creando un gradiente de concentración de protones.
FERMENTACIÓN
No utiliza O 2 , por lo que es anaerobia. Tiene lugar cuando el oxígeno no está disponible, y convierte el piruvato en ácido láctico o alcohol etílico. Se libera mucha menos energía que con la respiración celular. El NADH actúa como transportados de energía en las reacciones de oxidoreducción. Tiene lugar en el citosol.
En ausencia de oxígeno:
Glucolisis + fermentación= 2 moléculas de ATP
En presencia de oxigeno:
Glucólisis + oxidación piruvato + respiración celular = 32 moléculas de ATP
Biología
TEMA 5: FOTOSÍNTESIS (FASE LUMINOSA Y FASE OSCURA)
La fotosíntesis es el proceso que convierte la energía solar en energía química, directa o indirectamente, y nutre a todos los seres vivos. Tiene lugar en plantas, algas, ciertos protistas y algunos procariotas.
Cloroplastos → lugar donde se produce la fotosíntesis en las plantas. Se encuentran principalmente en las células del mesófilo (tejido interior de las hojas). La clorofila se encuentra en las membranas de los tilacoides (sacos conectados en el cloroplasto), que pueden estar apilados en columnas formando granas. También contienen un fluido denso llamado estroma.
Las hojas de los vegetales son la principal localización de la fotosíntesis, su color verde se debe a la clorofila (el pigmento verde de los cloroplastos). La luz absorbida por la clorofila impulsa la síntesis de moléculas orgánicas en el cloroplasto. La existencia de unos poros microscópicos denominados estomas permite que el CO 2 entre en la hoja y salga el O 2.
Los cloroplastos escinden el agua en el hidrógeno y oxígeno incorporando los electrones del hidrógeno en moléculas de azúcar, la fotosíntesis es un proceso redox en el que el agua se oxida y el CO 2 se reduce.
6CO 2 +12 H 2 O+ luz = C 6 H 12 O 6 +6H 2 O+6O (^2)
La fotosíntesis consiste en muchas reacciones que suelen dividirse en: fase luminosa y fase oscura. La fase luminosa está impulsada por la energía de la luz y convierte la energía luminosa en energía química (ATP y NADPH + H +). Y la fase oscura no utiliza la luz directamente, sino que utiliza ATP, NADPH + H+^ y CO 2 para sintetizar azúcares.
Las reacciones de la fase luminosa y la fase oscura dependen de la luz, ya que sin ella ninguna de las dos fases podría llevarse a cabo por su dependencia.
FASE LUMINOSA
Luz → forma de energía electromagnética.
La cantidad de energía contenida en un único fotón es inversamente proporcional a la longitud de onda. Para que un fotón se active en un proceso biológico debe ser absorbido por una molécula receptora y debe tener energía suficiente para realizar el trabajo químico requerido.
Cuando un fotón encuentra una molécula pueden ocurrir 3 cosas:
o El fotón puede rebotar en una molécula = es reflejado o dispersado. o El fotón puede atravesar la molécula: es transmitido. o El fotón puede ser absorbido por la molécula. La absorción es en único proceso que modifica la molécula.
síntesis quimiosmótica). Proporciona ATP extra para satisfacer la alta demanda del ciclo de Calvin. Los cloroplastos y las mitocondrias generan ATP por quimiosmosis, pero utilizan diferente fuente de energía y la organización espacial es diferente.
FASE OSCURA
El ciclo de Calvin tiene lugar en el estroma de los cloroplastos donde se acumulan los productos de la fase lumínica. Se distinguen 3 etapas: fijación del CO 2 , reducción y regeneración de la ribulosa-1,5-bifosfato.
FIJACIÓN DEL CO 2
El CO 2 se incorpora al ciclo de Calvin y se una a un azúcar de cinco de carbonos, la ribulosa 1,5 bifosfato (proceso catalizado por la enzima rubisco). El producto de ésta reacción es un compuesto de 6 carbonos muy inestable que inmediatamente forma dos moléculas de tres carbonos (3-fosfoglicerato). Dado que este es un compuesto orgánico supone la fijación del carbono inorgánico del CO 2 en compuestos orgánicos.
REDUCCIÓN
El 3-fosfoglicerato es un compuesto demasiado oxidado para que pueda participar en la síntesis de monosacáridos y otros compuestos orgánicos, para reducirlo intervienen los productos energéticos sintetizados en la fase luminosa. Se produce glicerlaldehido-3-fosfato que puede participar en la síntesis de azúcares y de otros compuestos orgánicos.
REGENERACIÓN DE LA RIBULOSA-1,5-BIFOSFATO
Parte del gliceraldehido es aprovechado para la síntesis de compuestos orgánicos, y otra parte (la mayoría) es utilizado para regenerar la ribulosa-1,5-bifosfato para poder continuar con la fijación del CO 2. El ATP necesario viene proporcionado por la fotofosforilación.
Biología
TEMA 6: REPLICACIÓN DEL ADN
COMPLEJO DE REPLICACIÓN
El ADN se replica mediante la interacción de la cadena molde con un complejo proteico enorme, que es el complejo de replicación. El modelo clásico describe la replicación como una locomotora (enzimas) que se mueve a lo largo de una vía (ADN). El complejo de replicación está quieto y el ADN se mueve (Enhebrado de la aguja).
ORÍGEN DE A REPLICACIÓN
La replicación de una molécula de ADN comienza en sitios especiales (orígenes de la replicación). El cromosoma bacteriano es circular y tiene un único origen de replicación (tramo de ADN con una secuencia de nucleótidos específica). Las proteínas que indican la replicación reconocen esta secuencia y se fijan al ADN, separando las dos cadenas y abriendo una burbuja de replicación.
La replicación avanza en ambas direcciones desde el origen. En cada extremo de la burbuja hay una horquilla de replicación, región en forma de Y donde están creciendo nuevas cadenas de ADN.
Los cromosomas eucariontes pueden tener cientos o miles orígenes de replicación. Las burbujas de replicación se pueden acabar fusionando.
PROCESO DE REPLICACIÓN
ADN HELICASA
El primer acontecimiento de la replicación es el de desenrollamiento localizando ADN. Hebras unidas por puentes de hidrógeno e interacciones hidrofóbicas de la base. El ADN helicasa utiliza energía de la hidrólisis del ATP para desenrollar el ADN, ayudado por unas proteínas especiales que se unen a las cadenas desenrolladas impidiendo que se reasocien.
ADN POLIMERASAS
La elongación de una cadena nueva de ADN en la horquilla de replicación se cataliza por enzimas denominadas ADN polimerasas. A medida que los nucleótidos individuales se alinean con nucleótidos complementarios a lo largo de la cadena molde de ADN, la ADN polimerasa los añade, uno a uno, al extremo en crecimiento de la nueva cadena de ADN.
Cada nucleótido que se añade a la cadena es en realidad un nucleósido trifosfato, son químicamente reactivos por la presencia de fosfatos. A medida que cada monómero se une en cadena en crecimiento pierde dos grupos fosfato en forma pirofosfato, que al romperse da lugar a la reacción de polimerización. Se unen nucleótidos mediante enlaces fosfodiéster a cada cadena en crecimiento en una secuencia determinada por el apareamiento de bases complementarias con las bases de la cadena modelo.
Biología
TEMA 7: SÍNTESIS DE PROTEÍNAS (TRANSCRIPCIÓN Y TRADUCCIÓN)
TRANSCRIPCIÓN
En un gen dado sólo una de las dos cadenas de ADN (la cadena molde) actúa como molde para la transcripción. La ARN polimerasa es un catalizador de la transcripción. Tiene tres pasos: iniciación, elongación y terminación.
PROCESO DE TRANSCRIPCIÓN
INICIACIÓN
Requiere un promotor (secuencia determinada de ADN) al cual se une la ARN polimerasa. Parte del promotor es el sitio de iniciación, donde comienza la transcripción. Los grupos de nucleótidos “corriente arriba” desde el sitio de la iniciación ayudan al enzima a unirse.
Promotor → secuencia específica en el ADN que lee en una dirección en particular, orienta la ARN polimerasa y así la “dirige” a la cadena correcta que tiene que usar como molde. Estos determinan como debe leerse una secuencia de palabras de una oración.
ELONGACIÓN
La ARN polimerasa no requiere cebador, desenrolla en el ADN unos 10 pares de bases, lee la cadena de molde de 3’ a 5’ y construye la cadena de ARN al adicionar nucleótidos al extremo 3’.
TERMINACIÓN
Secuencias de bases particulares especifican la terminación (en qué punto se detiene la transcripción), el transcrito de ARN se separa del ADN molde.
Las procariotas no tienen envoltura nuclear y pueden tener ribosomas cerca del cromosoma, la traducción suele comenzar cerca del extremo 5’ del ARNm antes de que se complete la transcripción. En cambio, en las eucariotas existe una separación espacial entre la transcripción (núcleo) y la traducción (citoplasma), el ARNm debe ser “procesado” antes de ser traducido.
EN EUCARIOTAS
Para que se produzca la transcripción una proteína debe unirse a la caja TATA sobre el promotor y otros factores de transcripción deben ensamblarse sobre dicha proteína, antes de que la ARN polimerasa pueda unirse al promotor. El conjunto de los factores de transcripción y la ARN polimerasa II unida a un promotor se denomina complejo de iniciación de transcripción.
Una serie de enzimas del núcleo modifican el pre-ARNm antes de que el mensaje genético se envíe al citoplasma, durante el procesado se alteran los dos extremos del transcrito. Cada extremo es modificado de una forma, el extremo 5’ recibe una caperuza de nucleóticos modificados. Al extremo 3’ se añade una cola poly-A. Estas modificaciones tienen diversas funciones: facilitar la exportación al citoplasma del ARNm, protegen el ARNm de enzimas hidrolíticos y ayudan a los ribosomas a que se unan al extremo 5’.
“CORTE Y EMPALME” DEL ARNm
Además, generalmente algunas partes internas de la molécula se acorta y elimina y con los otros trozos se realizan empalmes “corte y empalme”. La mayoría de sus genes y sus transcritos tienen regiones de nucleótidos no codificantes situadas entre las regiones codificantes, las regiones no codificantes se denominan intrones y las otras regiones exones porque pueden llegar a expresarse generalmente dando lugar a un polipéptido. Esta técnica elimina los intrones y junta exones, creando una molécula de ARNm con una secuencia codificante continua.
Hay que tener en cuenta la importancia de los intrones, ya que algunos genes pueden codificar más de un tipo de polipéptido, dependiendo de qué fragmento sea tratado como exón durante el splicing. Estas variaciones se conocen como splicing alternativo. Debido a esta técnica el n o^ de proteínas que un organismo puede producir es mayor que su n o^ de genes.
Ribozimas → moléculas de ARN catalíticas que funcionan como enzimas que pueden escindir el ARN, su descubrimiento hizo abandonar la idea obsoleta de que todos los catalizadores biológicos eran proteínas.
TRADUCCIÓN
La traducción es un proceso metabólico muy complejo consistente en la síntesis de proteínas de acuerdo con las instrucciones contenidas en el ARNm.
ELEMENTOS IMPLICADOS
Los elementos implicados en este proceso son: información (ARNm), la “molécula adaptadora” propuesta por Crick que uniera a la vez nucleótidos y aminoácidos (ARNt), los aminoácidos en forma químicamente reactiva, los enzimas que catalicen la reacción, el código para traducir el lenguaje de la secuencia de nucleótidos en secuencia de aminoácidos (código genético) y los ribosomas.
CÓDIGO GENÉTICO
El código genético es la relación entre la secuencia de bases en el ARNm y la secuencia de aminoácidos en la proteína, son tripletes de bases nucleótidas de ARNm (codones). El código es redundante (degenerado), pero no ambiguo. Presenta codones correspondientes a los 20 aminoácidos específicos, pero también codones de iniciación y de finalización. Los codones deben leerse en el marco de lectura correcto para que den lugar al polipéptido especificado.
ARN DE TRANSFERENCIA
No son todos iguales, hay al menos 20 tipos diferentes, uno para cada aminoácido. Este tipo de ARN se encarga de llevan cargado un aminoácido, de asociarse con moléculas de ARNm e interactuar con ribosomas.
Poliribosomas → varios ribosomas pueden traducir en el mismo ARNm formando un poliribosoma. Estos permiten a la célula sintetizar muchas copias de un polipéptido muy rápidamente.
CITOCINESIS DE LA CÉLULA VEGETAL
La citocinesis de la célula vegetal se completa cuando dos células hijas se separan mediante una placa celular. Las células hijas depositan una sustancia pegajosa dentro de la placa celular (laminilla media). A continuación, cada célula secreta celulosa y otros polisacáridos que forman la pared primaria. Una vez que la expansión celular se detiene, puede depositar capas adicionales de celulosa en la parte interna de la pared primaria (pared secundaria).
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TEMA 8 : ESTRUCTURA DE LAS PLANTAS
Los órganos vegetativos de las angiospermas se dividen en sistema radical (raíces) y sistema del vástago (tallos y hojas). Los tres sistemas de tejidos que se extienden a lo largo del cuerpo de la planta son: tejido vascular, tejido dérmico y tejido fundamental.
SISTEMAS DE TEJIDOS
Un tejido es un grupo organizado de células que presentan características comunes y que trabajan en conjunto en una unidad estructural y funcional, se agrupan en sistemas de tejidos.
Sistema del tejido vascular → incluye el xilema que conduce agua y minerales absorbidos por las raíces y el floema que conduce los productos de la fotosíntesis por todo el cuerpo de la planta.
Sistema del tejido dérmico → protege la superficie del cuerpo de la planta. En plantas sin crecimiento secundario constituye la epidermis.
Sistema del tejido fundamental → produce y almacena nutrientes y otras sustancias y provee de soporte mecánico.
Las células de los tubos conductores del floema son células vivas en su madurez funcional. Estas células vivas carecen de núcleo, de ribosomas y de vacuola. Los poros de la placa cribosa permiten el paso de una célula a otra. Las células acompañantes poseen núcleos y ribosomas cuyos productos son utilizados por las células que forman el tubo criboso.
CÉLULAS VEGETALES
Las paredes de las células están separadas por una laminilla media, cada célula tiene su propia pared primaria. Algunas producen una pared secundaria gruesa, que puede estar impregnada con lignina (resistencia) o suberina (flexibilidad).
Plasmodesmos → conectan las células vegetales adyacentes.
TIPOS DE CÉLULAS VEGETALES
