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RESUMEN 1
Moléculas orgánicas y moléculas inorgánicas.
MOLÉCULAS: “Racimos” de átomos unidos entre sí.
Las hay tan sencillas como la de oxígeno, que está formada por dos átomos iguales (del mismo elemento químico: oxígeno).
Y las hay muy complejas, con miles de átomos de distintos elementos unidos de una manera determinada.
MOLÉCULAS INORGÁNICAS: Moléculas que no presentan un esqueleto formado por átomos de
carbono. (Ejemplos: H2O, CO2, O2....). Son siempre moléculas muy simples. Si presentan carbono,
éste está en una forma oxidada.
MOLÉCULAS ORGÁNICAS: Moléculas con un esqueleto formado por átomos de carbono unidos
entre sí; a este esqueleto se unen los demás átomos de la molécula. Son siempre mucho más complejas que las moléculas inorgánicas. El carbono de las moléculas orgánicas está en forma reducida.
M.O.S. / M.O.C.
Dentro de las moléculas orgánicas, es útil diferenciar las que son más sencillas (aunque siempre mucho más complejas que las inorgánicas). Las denominaremos siempre moléculas orgánicas sencillas
(o, usando las iniciales, MOS).
Las moléculas orgánicas más complejas (MOC, macromoléculas) se forman por la unión de MOS
(generalmente en gran número, formando largas cadenas; por norma general, las MOC de un grupo glúcidos, lípidos, prótidos, ácidos nucleicos- se forma por la unión de MOS de ese mismo grupo).
Esto es de gran importancia porque el hecho de que las MOC se compongan de la unión de muchas
MOS convierte su estudio en algo, si no sencillo, por lo menos posible. Además, el número de MOS
diferentes de cada uno de los grupos de moléculas orgánicas -glúcidos, lípidos, prótidos, ácidos nucleicos- es relativamente reducido, siendo su combinación en miles y miles de formas diferentes lo
que permite la extremada diversidad que presentan las MOC. Comparación simplificada reducida a
términos generales M.O.S. /M.O.C.
Propiedad considerada
M.O.S.
M.O.C.
Son estables, duran mucho
SÍ
NO
Son muy grandes (macromoléculas)
NO
SÍ
Son específicas (distintas en cada especie)
NO
SÍ
NO
SÍ
Tienen que ser producidas en cada célula
RESUMEN 2 (I)
MOC del grupo de los ácidos nucleicos (I): el ADN.
ADN. Ácido desoxirribonucleico. Contiene toda la información necesaria para el funcionamiento de
la célula (o del organismo pluricelular, en su caso). Esa información, además, se transmite de generación en generación permitiendo la perpetuación de la vida.
La información está en la propia secuencia de nucleótidos que forman el ADN, es decir, la secuencia
de nucleótidos del ADN es un mensaje en clave que la célula es capaz de descifrar. La traducción del
mensaje son moléculas de ARN y proteína.
De lo dicho se concluirá fácilmente que éstas son las moléculas más importantes de los seres vivos,
las verdaderas “moléculas de la vida”.
¿Cómo controla el ADN la actividad celular?
Regulando la fabricación de las distintas enzimas.
Toda la actividad de la célula se compone de numerosísimas cadenas de reacciones químicas. Estas
reacciones químicas son imposibles sin las enzimas que las catalizan (catalizar significa acelerar, pero
la aceleración producida por las enzimas es de tal magnitud que la diferencia entre su presencia y su
ausencia se traduce en la práctica por la producción o no de la reacción). Las enzimas
-éste es un
dato fundamental para entender cómo funcionamos los seres vivos- son específicas (cada enzima cataliza una reacción determinada, de modo que, en principio, deben producirse en la célula tantas enzimas distintas como reacciones químicas diferentes hayan de producirse en ella).
Para que una determinada reacción, llamémosla 1, se pueda producir, deberá fabricarse la enzima
correspondiente (enzima 1); cuando la reacción deba cesar, se dejará de fabricar la enzima 1.
El ADN regula qué enzimas se fabrican y qué enzimas se dejan de fabricar en cada momento en la
célula, controlando así toda su actividad.
Cada tramo de la molécula de ADN que contiene información para la fabricación de una enzima (o,
más en general, de una proteína) determinada recibe el nombre de gen.
También hay genes para codificar ARNr y ARNt (éstos son necesarios para la síntesis de proteínas,
como veremos más adelante)
En una primera aproximación, diremos que en el ADN de la célula habrá tantos genes como proteínas distintas deba fabricar la célula.
No olvides esta regla de oro.
Cada GEN -------------> 1 PROTEÍNA
La flecha suele leerse con la expresión “codifica para”
Para el caso más común, en el que la proteína es una enzima:
RESUMEN 2 (II)
1 GEN ----> 1 ENZIMA ---> 1 REACCIÓN (1 FUNCIÓN).
MOC del grupo de los ácidos nucleicos (II): el ARN.
ARN. Ácido ribonucleico.
Se puede decir que las moléculas de ácido ribonucleico son colaboradoras del ADN.
Se distinguen tres tipos de ARN:
1. ARN mensajero (ARNm): las moléculas de ARNm transportan la información del ADN hasta los
ribosomas (orgánulos citoplasmáticos encargados de la síntesis o fabricación de las proteínas). La
información contenida en cada gen es transportada por la molécula de ARNm correspondiente.
¿Cómo? La secuencia de nucleótidos del ADN se transcribe en la secuencia de nucleótidos del
ARNm correspondiente, que se ha fabricado empleando el gen como “molde”. La secuencia de nucleótidos del ARNm es el mensaje en clave que realmente entenderán los ribosomas. Así que el mensaje en clave del ADN se transcribe a un segundo mensaje en otra clave distinta (la secuencia de nucleótidos del ARNm) y éste a su vez es finalmente traducido a una proteína.
La regla “1 gen ---> 1 proteína” la podemos expresar, más exactamente como
“1 gen ---> 1 ARNm ---> 1 proteína”.
2. ARN ribosómico (ARNr). Forma parte de los ribosomas.
3. ARN transferente (ARNt).
Tanto los ARNr (en los ribosomas) como los ARNt (libres) están implicados en el proceso denominado traducción (traducción del mensaje en clave del ARNm a la proteína correspondiente; traducción es por tanto, un sinónimo de síntesis de proteínas).
Los genes que se usan como molde para fabricar los ARNr y los ARNt no se traducirán nunca a proteínas; es la excepción a la regla que veíamos antes (1 gen ---> una proteína).
RESUMEN 3.
Las moléculas y la energía. Metabolismo.
Las moléculas contienen energía en sí mismas. Más cuanto más complejas son.
Las MOC son más complejas que las MOS y éstas, a su vez, son muchísimo más complejas que las
moléculas inorgánicas (MI). Consiguientemente, el contenido energético de las MI será muy inferior
al de las MOS y éste, a su vez, inferior al de las MOC.
Cuando se fabrica una moléculas más compleja y rica en energía a partir de otras más sencillas y pobres en energía (¡y atención porque vamos a tocar otra de las campanas gordas de la catedral de la
biología molecular!) el contenido energético de la molécula compleja fabricada es superior a la
suma de los contenidos energéticos de las moléculas sencillas empleadas para construirla. Eso
significa que para que se pueda construir la molécula compleja, además de las moléculas sencillas
que servirán de materia prima, es necesario aportar energía.
La energía invertida en el proceso no se disipa sino que queda almacenada en la molécula compleja
fabricada; cuando el proceso se realiza a la inversa (destruyendo la molécula compleja en moléculas sencillas) se libera el exceso de energía almacenado en la molécula compleja. De este proceso
obtenemos los seres vivos el aporte continuo de energía que requerimos para mantener nuestra
actividad y seguir viviendo.
La vida se mantiene gracias a una continua sucesión de reacciones químicas que tienen lugar en las
células, de las que éstas obtienen las moléculas necesarias para mantener su estructura y para crecer,
así como el continuo aporte de energía sin el cual morirían inmediatamente. Ese complejísimo conjunto de reacciones químicas llevadas a cabo en la célula gracias a las enzimas se le denomina metabolismo.
Estudiar en detalle incluso una parte mínima del metabolismo es empresa para una vida entera de
estudio. Pero se puede tener una idea bastante buena de en qué consiste básicamente observando y
comprendiendo bien los esquemas de la presentación correspondiente.
RESUMEN 5.
La replicación del ADN. La formación de los cromosomas
Las moléculas de ADN están formadas por dos cadenas de desoxinucleótidos antiparalelas que se
enfrentan de modo que forman algo que recuerda una escalera donde cada peldaño está formado por
una base nitrogenada perteneciente al nucleótido de una cadena y otra del nucleótido situado en la
cadena de enfrente. Estas bases se hallan unidas entre sí por enlaces débiles (puentes de hidrógeno)
que, aunque son de escasa potencia aisladamente, constituyen entre todos una sólida unión entre las
dos cadenas de la molécula. Las bases nitrogenadas enfrentadas son siempre A---T (que establecen
dos puentes de hidrógeno entre sí) y G---C (que establecen tres puentes de hidrógeno entre sí). El
principio que indica este apareamiento sistemático se denomina COMPLEMENTARIEDAD de BASES.
Que las cadenas son antiparalelas significa que los nucleótidos de una y otra están unidos en dirección opuesta (3’  5’ en una cadena y 3’  5’ en la otra)
Las moléculas de ADN pueden ser duplicadas gracias a esta estructura y esta correspondencia entre
bases complementarias; el proceso por el que una molécula de ADN es duplicada, formándose dos
moléculas idénticas, se denomina REPLICACIÓN. Sólo se produce cuando la célula va a dividirse y
siempre va asociado a la formación de unas estructuras denominadas cromosomas: cada dos moléculas procedentes del proceso de replicación se enrollan de modo muy apretado siguiendo un rigurosísimo protocolo que las hace adoptar la forma de ovillos idénticos (cromátidas), que quedan unidos
entre sí mediante un “botón” proteico denominado centrómero. Esta estructura se denomina
CROMOSOMA
RESUMEN 6.
La mitosis.
Proceso por el que una célula se divide en dos células con idéntica información genética (e idéntica a
la que contenía la célula madre). Información genética es el término que se utiliza para referirse a la
información contenida en el ADN.
Una vez formados los cromosomas, segregan (se separan) las cromátidas de todos ellos, por rotura de
los centrómeros, yendo a parar un juego completo a cada una de las dos células hijas resultantes del
proceso de mitosis.
RESUMEN 7.
Células haploides y células diploides.
Como ya se ha dicho, en cada molécula de ADN hay numerosos genes, cada uno de ellos con información para fabricar una proteína determinada.
Hay células que tienen sólo una vez información para cada proteína (cada gen aparece una sola vez en
su genoma -se llama genoma al conjunto de moléculas de ADN de la célula). Estas células reciben el
nombre de haploides o n. Pueden tener una o más moléculas de ADN; en este segundo caso, cada
molécula de ADN contiene información (genes) para proteínas diferentes que las demás.
Otras células, como les pasa a las nuestras y a las de la mayoría de los animales y plantas que conoces, tienen en su genoma, en cambio, dos veces información para cada proteína. Es decir, tienen en
dos sitios distintos dos versiones de todos y cada uno de sus genes. Estas células se denominan diploides o 2n. Presentan sus moléculas de ADN (siempre un número par de ellas) por parejas muy
especiales, de manera que en cada una de estas parejas de moléculas hay información sobre las mismas proteínas en los mismos lugares.
Lógicamente, las dos moléculas de cada una de estas parejas son igual de largas entre sí porque tienen
información para las mismas proteínas (los mismos genes). Estas moléculas se dice que son homólogas entre sí o que forman una pareja de moléculas homólogas. Cuando se repliquen y se enrollen
para formar cromosomas (repasa cómo es eso) cada pareja de moléculas homólogas formará un par
de cromosomas igualmente homólogos, con el mismo tamaño y aspecto; y es más: como el proceso
de enrollamiento es rigurosamente idéntico tanto en las moléculas iguales como en las homólogas
entre sí, las posiciones que ocuparán finalmente los genes en los cromosomas serán las mismas.
Aquí hay que hacer una observación de capital importancia: si bien cada gen tiene información para
una proteína determinada, esta información puede presentarse en distintas “versiones”; cada una de
esas versiones se denomina alelo. Cada gen presenta varios alelos distintos. Lo explicaré con un
ejemplo metafórico: imagínate que la función “grapar” la realiza la enzima “grapadora”; el gen de la
enzima “grapadora” permite fabricarla; pero hay muchos objetos algo distintos que realizan la función de grapar y, por tanto, son grapadoras, es decir, hay muchos modelos o versiones diferentes de
grapadoras. Las distintas informaciones para elaborar cada una de esas distintas versiones de la enzima “grapadora” serían los diferentes alelos del gen de la enzima “grapadora”.
En la moléculas homólogas encontramos los mismos genes en los mismos lugares (lugares equivalentes, por decirlo con más exactitud), pero no necesariamente encontraremos para cada gen el mismo alelo en los dos sitios. El azar decide si se trata del mismo o de distintos alelos, por ello, unas
veces será el mismo y otras serán distintos. Como en una pareja de moléculas homólogas hay muchos
genes, es virtualmente seguro que para unos genes los dos alelos presentes serán iguales y para otros la mayoría, seguramente- serán dos alelos distintos. Las moléculas homólogas NO SON, por tanto,
IDÉNTICAS. Es de capital importancia no confundir moléculas homólogas con moléculas hermanas idénticas procedentes de procesos de replicación.
Cuando, por azar, en una célula diploide un gen se presenta las dos veces en la misma versión (mismo
alelo) se dice que la célula es homocigótica para ese gen; en el caso de que los dos alelos del gen sean
distintos se dice que la célula es heterocigótica para él. Podemos decir que siempre las células diploides son homocigóticas para unos genes y heterocigóticas para otros.
ESQUEMA 8.
La meiosis.
Es un proceso de división celular que sólo puede producirse en células 2n.
En una primera división (denominada R! I) la célula se divide en dos y de cada pareja de cromosomas
homólogos un cromosoma va a una célula y el otro a la otra (es decir: en la primera división meiótica
segregan los cromosomas homólogos). A partir de ese momento cada una de las dos células es ya
haploide porque ya no hay parejas de moléculas homólogas.
El paso siguiente (denominado R! II, segunda división meiótica) es una mitosis normal y corriente en
cada una de las dos células haploides formadas en la primera división. El resultado de una meiosis es
la formación de cuatro células haploides (genéticamente iguales dos a dos) a partir de una célula diploide.
ALGUNAS IDEAS PARA NO OLVIDAR:
Todas las células de un organismo pluricelular son genéticamente idénticas (es decir, tienen copias idénticas de las mismas moléculas de ADN) porque todas ellas proceden de una única célula
(el cigoto o célula huevo) por sucesivas mitosis.
Todos los individuos de una misma especie presentan los mismos genes; lo que diferencia a unos
de otros es que presentan distintos juegos de alelos. O sea: las especies se diferencian por tener genes
distintos, los individuos de una misma especie por presentar alelos diferentes de los mismos genes. Los gemelos univitelinos se parecen tanto porque sus juegos de alelos son idénticos, es decir, son
genéticamente idénticos; son un caso excepcional: el embrión del que proceden -uno solo, procedente
de una sola célula huevo- se dividió en dos accidentalmente y dio lugar, no a uno, sino a dos individuos.
Los genes en cada especie se localizan en moléculas homólogas. Es decir: las parejas de moléculas
homólogas de cualquier individuo presentan también homología con las parejas correspondientes de
cualquier otro individuo de la misma especie.
Nota sobre terminología: en rigor, los términos “mitosis” y “meiosis” no ser refieren a las células, sino a los núcleos
de las mismas; a la división del citoplasma celular se le denomina diacinesis y suele seguir al proceso de mitosis o
meiosis propiamente dicho, aunque de no ocurrir así la esencia de la historia es la misma, sólo que hablaríamos de
núcleos hijos por mitosis o por meiosis en lugar de hacerlo de células.
También este detalle técnico explica que no se hable de mitosis en las células procariotas, aunque el proceso de división celular de las mismas es esencialmente igual a la mitosis. No hay meiosis ni suceso equivalente en células procarióticas porque nunca son diploides.
ESQUEMA 4.
Esquema de las funciones de relación.
Habiendo hablado del metabolismo, que es la pieza central de las funciones de nutrición y de los procesos relacionados con la transmisión de la información genética (reproducción), sólo nos queda dedicar un pequeño espacio al otro gran grupo de funciones de los seres vivos.
Recordemos algunos términos clave:
Estímulo: Cualquier situación o variación ambiental perceptible para una célula determinada. Lo que
es un estímulo para una célula determinada puede muy bien no serlo para otras.
Respuesta: Actividad de la célula adecuada al estímulo percibido por ella. Las respuestas pueden ser
dinámicas (movimiento de la célula o de parte de ella) o estática (sin movimiento, generalmente consiste en la fabricación -o el cese en la fabricación- de determinadas moléculas).
Integración, coordinación: Para que a los estímulos (generalmente numerosos en cada instante) se le
haga corresponder la respuesta adecuada es necesario un proceso de elaboración de la misma, que se
denomina de este modo. Los muchas veces complejos sistemas nerviosos y hormonales en animales
(y éstos últimos solos en los vegetales) son los que habitualmente se estudian para ilustrar los procesos de coordinación. Pero en todos los casos, por simple que sea el organismo considerado, existen
mecanismos, al menos a nivel molecular, que desempeñan esta tarea de elaboración de la respuesta.