Bioelementos y Biomoléculas

La materia viva está compuesta por **biomoléculas**, formadas a su vez por la unión de átomos de ciertos elementos químicos. Estos elementos se denominan **bioelementos**.

Tipos de Enlaces Químicos

Enlace Covalente

Son los enlaces más fuertes y permiten la construcción de **moléculas estables**, las cuales constituyen la base de la materia viva. También los grupos funcionales poseen enlaces covalentes.

Enlace Iónico

Se produce por la **interacción electrostática** entre aniones y cationes. Este tipo de enlaces se encuentra en moléculas importantes como las **proteínas**, por ejemplo, en las enzimas y en las estructuras cristalinas.

Enlace de Hidrógeno

Presente en múltiples moléculas, permite a estas mantener su **estabilidad** y/o **funcionalidad**. Es un enlace menos fuerte que los anteriores, lo cual posibilita su fácil rotura y formación. Es fundamental en las **reacciones reversibles** y en las **uniones transitorias** entre moléculas.

Mutaciones

Las **mutaciones** son **cambios en el material genético** que constituyen una fuente de **variabilidad genética**, permitiendo la **evolución de las especies**, aunque en ocasiones pueden ser letales.

Clasificación de las Mutaciones

Mutaciones Somáticas

Afectan a una célula somática, por lo que **no se transmiten a la descendencia**.

Mutaciones Germinales

Afectan a las células germinales, por lo que tienen **importancia evolutiva**: afectan a los gametos y se pueden transmitir a la descendencia.

Mutaciones Génicas

Afectan a la **secuencia de nucleótidos** de un gen.

Mutaciones Cromosómicas

Afectan a la **secuencia de los genes** de un cromosoma.

Mutaciones Genómicas

Afectan al **número de cromosomas** del individuo.

Cáncer

El **cáncer** es la **proliferación incontrolada de células**.

Agentes Cancerígenos

Son **agentes mutágenos** que provocan cáncer.

Genes Relacionados con el Cáncer

Oncogenes

Son genes que, al expresarse, transforman una célula normal en **cancerosa**.

Protooncogenes

Son genes inactivos que, si sufren una **mutación**, se transforman en **oncogenes**.

Genes Supresores de Tumores

La mutación de estos genes, que codifican **proteínas inhibidoras de la división celular**, puede llevar a una **proliferación celular descontrolada** al perder su función reguladora.

Lípidos

Características de los Lípidos

Están compuestos principalmente por **carbono (C)** e **hidrógeno (H)**, y en menor proporción por **oxígeno (O)**. Algunos, además, pueden contener nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). Son **insolubles en agua (H2O)** y disolventes polares. Son **solubles en disolventes apolares** u orgánicos, como gasolina, éter o benceno.

Clasificación de los Lípidos

Lípidos Saponificables (con ácidos grasos)

Intervienen en las reacciones de **saponificación** o hidrólisis alcalina y forman jabones.

Lípidos Insaponificables (sin ácidos grasos)

Son derivados de los hidrocarburos lineales o cíclicos insaturados. No contienen ácidos grasos, por lo que no dan reacciones de saponificación y no forman jabones.

Ácidos Grasos

Son moléculas formadas por una **larga cadena hidrocarbonada** de tipo alifático (lineal), con un número par de carbonos, donde el primero constituye un **grupo carboxilo (-COOH)** o grupo ácido.

Clasificación de los Ácidos Grasos

Ácidos Grasos Saturados

Solo poseen **enlaces simples** entre sus carbonos, por lo que son **sólidos a temperatura ambiente** y tienen un mayor punto de fusión (Pf). Sus cadenas son rectilíneas. Ejemplos: **ácido palmítico** y **ácido esteárico**.

Ácidos Grasos Insaturados

Poseen uno o más **enlaces dobles o triples** entre carbonos, por lo que son **líquidos a temperatura ambiente**, tienen un menor punto de fusión (Pf), y sus cadenas presentan “codos” en cada doble enlace. Si tienen un único doble enlace, se denominan **monoinsaturados** (ej. **ácido oleico**); si tienen más, se llaman **poliinsaturados** (ej. **ácido linoleico**).

Lípidos Complejos o Heterolípidos

Fosfoglicéridos

Son moléculas que forman parte de la **membrana plasmática**. Los más abundantes son la **cefalina** (presente en el cerebro) y la **lecitina** (presente en el hígado, cerebro y yema de huevo).

Fosfoesfingolípidos

Son ésteres formados por un **ácido graso**, una **esfingosina**, un **grupo fosfato** y un **aminoalcohol**. La esfingosina es un aminoalcohol de cadena muy larga y carácter anfipático. El fosfoesfingolípido más frecuente es la **esfingomielina**, presente en las **membranas plasmáticas** y las **vainas de mielina** que recubren los axones neuronales.

Glucoesfingolípidos

Son la unión de un **ácido graso**, una **ceramida** y un **glúcido**. No presentan grupo fosfato. Se sitúan en la **capa externa de las membranas plasmáticas**, donde actúan como **receptores de moléculas externas**. Son abundantes en las neuronas cerebrales, donde actúan como receptores de neurotransmisores.

Glúcidos

Los **glúcidos** son **biomoléculas** constituidas por cadenas formadas por **carbono (C)**, **oxígeno (O)** e **hidrógeno (H)**, generalmente en la proporción (CH2O)n. Se les denomina comúnmente **azúcares** (porque muchos son dulces) o **hidratos de carbono**. Están formados por átomos de carbono unidos a **grupos hidroxilo (-OH)** (hidrófilos) y a átomos de hidrógeno (-H). En todos ellos hay un **grupo carbonilo** (un carbono unido a un oxígeno por un doble enlace).

Los Monosacáridos

Son glúcidos constituidos por una **sola cadena** que presentan entre 3 y 6 átomos de carbono.

Propiedades Físicas

Son **sólidos cristalinos**, blancos, **hidrosolubles** y dulces. Su solubilidad en agua (H2O) se debe a los grupos hidroxilo (-OH), ya que se establecen fuerzas de atracción eléctrica entre ellos y las moléculas de H2O, que también son polares.

Propiedades Químicas

Son capaces de **oxidarse**: pierden electrones (e-) ante otras sustancias que los aceptan, reduciéndose y liberando energía (E). También tienen la capacidad de **aminarse** (asociarse a grupos amino -NH2), o pueden reaccionar con ácidos e incorporar grupos fosfato y grupos sulfato, por lo cual pueden contener átomos de nitrógeno (N), azufre (S) y fósforo (P). Además, pueden unirse con otros monosacáridos.

Enlace O-glucosídico

Este enlace tiene lugar entre el **grupo hidroxilo del carbono anomérico** del primer monosacárido y cualquier grupo hidroxilo del segundo monosacárido. Los monosacáridos quedan enlazados por un átomo de oxígeno (O) y se desprende una molécula de agua (H2O). Hay dos tipos, según si el carbono del segundo monosacárido es o no anomérico:

Enlace Monocarbonílico

Se forma entre el **carbono anomérico** del primer monosacárido y un **carbono no anomérico** del segundo. El disacárido resultante es capaz de **reducir el reactivo de Fehling**. Ejemplos: **maltosa**, **celobiosa**, **lactosa**.

Enlace Dicarbonílico

Se forma entre los **carbonos anoméricos** de ambos monosacáridos. El disacárido resultante **no puede reducir el reactivo de Fehling**. Ejemplo: **sacarosa**.

Los Disacáridos

Son el resultado de la unión de **dos monosacáridos** mediante un **enlace O-glucosídico**. Ejemplos: **maltosa**, **sacarosa** y **lactosa**.

Polisacáridos

Son glúcidos formados por la unión de **muchos monosacáridos** mediante **enlaces O-glucosídicos**. Son **sólidos amorfos**, **insolubles** (como la celulosa) o forman **dispersiones coloidales** (como el almidón), que no tienen sabor dulce y que no reducen el reactivo de Fehling.

Núcleo Celular

El **núcleo celular** es un orgánulo característico de las **células eucariotas**. En su interior contiene la **información genética** en forma de **ADN** y es el lugar donde se sintetizan los **ARN**. Por tanto, es el principal centro de almacenamiento y gestión de la información genética.

Características del Núcleo Celular

Elementos Estructurales

• **Doble membrana**: Forma la **envoltura nuclear**.
• **Nucleoplasma**: Contiene la **cromatina** y los **nucléolos**.

Los núcleos pueden ser **uninucleados** o **polinucleados**. Tienen una forma y tamaño variables.

Envoltura Nuclear

Membrana Externa

En su cara externa presenta **ribosomas asociados**. Esta membrana está en comunicación con el **retículo endoplasmático rugoso**.

Membrana Interna

Sirve de **anclaje para las proteínas** que constituyen la lámina nuclear. Entre las dos membranas se encuentra el **espacio perinuclear** o intermembranoso.

Lámina Nuclear o Lámina Fibrosa

Es una capa densa de **proteínas fibrilares**, situada debajo de la membrana interna. Se une a la membrana interna y **fija las fibras de cromatina**.

Poros Nucleares

Su número aumenta al incrementarse la **actividad celular**. Cada poro está formado por una serie de proteínas que lo rodean, el llamado **complejo de poro nuclear**, compuesto por ocho gránulos. Los poros regulan el paso de moléculas, incluyendo subunidades ribosomales y proteínas.

ADN (Ácido Desoxirribonucleico)

El **ADN** está formado, excepto en algunos virus, por una **doble cadena de desoxirribonucleótidos** de adenina (A), guanina (G), citosina (C) o timina (T). Puede ser **lineal** (en eucariotas) o **circular** (en procariotas). Se encuentra principalmente dentro del **núcleo celular** y en algunos orgánulos como las **mitocondrias** y los **cloroplastos**.

Función del ADN

Su función principal es contener la **información genética** del ser vivo.

Estructura del ADN

Estructura Primaria

Se corresponde con la **secuencia lineal de los desoxirribonucleótidos**. Al igual que con las proteínas, la estructura primaria dependerá de la secuencia ordenada de las **bases nitrogenadas**, ya que la desoxirribosa y el grupo fosfato son constantes.

Estructura Secundaria

Formada por **dos cadenas polinucleotídicas antiparalelas** con un enrollamiento plectonémico dextrógiro, formando una **doble hélice**.

ARN (Ácido Ribonucleico)

El **ARN** es una **macromolécula** formada por **ribonucleótidos** de adenina (A), guanina (G), citosina (C) y uracilo (U). Generalmente, el ARN es **monocatenario**, aunque en el ARNt existen zonas bicatenarias y en los retrovirus puede ser bicatenario. Las cadenas de ARN son más cortas que las del ADN, aunque su concentración es mayor. Se encuentra tanto en el **núcleo** como en el **citoplasma**.

Función del ARN

La función principal del ARN es la **síntesis de proteínas**.

Tipos de ARN

Según el papel que desempeñe en esta función, se distinguen los siguientes tipos de ARN:

ARN Mensajero (ARNm)

Es una **cadena lineal corta** originada por la **transcripción de un gen** (fragmento de ADN). Por lo tanto, su secuencia es complementaria a la de la cadena de ADN molde. Después de su maduración, sale al citoplasma donde se asocia a los **ribosomas** para la **síntesis de proteínas**. Se sintetiza solo cuando es necesario.

ARN Ribosómico (ARNr)

Tiene una **función estructural**, ya que forma parte de los **ribosomas**. 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 hasta los **ribosomas**, donde se unen para formar las proteínas. Cada ARNt transporta un aminoácido específico. Los ARNt tienen una **estructura secundaria peculiar, en forma de trébol**, con cuatro brazos. En el extremo de uno de ellos se encuentra un **triplete de bases (anticodón)**, complementario al triplete de bases nitrogenadas del ARNm (**codón**).