Biología, la vida en la tierra con fisiología Tomo 01-páginas-15

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Mulé«.ulai biológicas 51
orgánica co n h ie rro llam ada g rup o hem o ( lo s d iscos rojos e n las 
figuras 3-20c y 3-20d), q u e puede unirse a un a m o lécu la d e oxige­
n o (d e dos á to m o s).
Las funciones de las proteínas se relacionan 
con sus estructuras tridim ensionales
D entro de un a p rote ina , el tipo , p os ic ió n y n ú m e ro exacto de 
am in o ác id o s que lle va n gm pos R específicos determ inan la es­
tructura d e la p rote ina y su fu n d ó n b io lóg ica. Po r e jem p lo , en 
la h e m o g lo b in a los a m in o án d o s q ue llevan gm pos R especificas 
deben estar e n los lugares p redsos para su je tar e l g rup o hemo- 
con h ie rro , q ue se un e al oxígeno. En cam b io , los am inoác idos 
po lares d e l exterior d e l a m o lécu la s irven p rin c ipa lm en te para 
m an tenerla d isuelta e n e l c ito so l d e u n g lób u lo ro jo . Po r tan to , 
m ientras los am in o ác id o s sean h id ro fllicos, sus cam b ios n o al­
teran la fu n c ió n d e la proteína. En cam b io , u n a m utac ión que 
reem plazara u n a m in o á d d o h id ro f íl ic o con u n o h id ro fó b ico p o ­
d ría tener efectos ca tastró ficos e n la m o lécu la d e h em o g lob ina y 
causar anem ia fa lt ifo rm e, u n trasto rno do lo roso q ue llega a po­
ne r e n pe lig ro d e m uerte (véanse las páginas 190-191).
La ¡m p o rtan d a d e la estructura d e n iv e l superio r d e una 
prote ína se hace evidente cu an d o un a proteina se d e s n a tu ra ­
liza . lo que s ign ifica q ue sus estructuras secundaria, te rcia ria o 
cuaternaria se a lte ran d e jan d o in tac ta la p rin c ipa l. U n a proteína 
desnaturalizada tien e prop iedades d ife ren tes y deja d e cu m p lir su 
fu nc ió n . P o r e jem p lo , e n un h u e vo estrellado, e l c a lo r de la sartén 
produce tan to m o v im ien to d e los á to m o s d e la p ro te ín a a lb ú m i­
n a q ue los en laces de h id ró gen o se ro m pen . P o r la pérd ida d e su 
estructura secundaria y terciaria, el aspecto d e la yem a pasa de 
transparente a b lan co y su textura de líq u id a a só lid a . C u a n d o se 
ap lic a un rizad o p erm anen te a l cabello , se a lte ran los en laces d i­
su lfu ro de la quera tina y desnatu ra lizan la p ro te ín a na tu ra l, co m o 
se describe e n e l ap añ ad o "D e cerca: Pro te ínas y textura d e l cabe­
l lo ' . Para e lim in a r bacterias y v in ts , se d esnatu ra lizan sus prote í­
nas, lo q ue se consigue p o r m e d io d e ca lo r, rayos u ltrav io leta o 
so luciones salinas o ácidas. Po r e jem p lo , los a lim en to s en latados 
se esterilizan ca len tándo los, e l agua a veces se esteriliza con lu z 
u ltrav io le ta y los p ep in illo s se preservan del a taq ue de la s bacte­
rias e n un a sa lm uera ád da .
3.6 ¿Q U É SO N LO S N U C LE Ó T ID O S 
Y LO S Á C ID O S N U C LE IC O S?
U n n u d e ó t id o es un a m o lécu la con tres e lem entos e n su estruc­
tura: un azúcar d e c in co carbonos, un g rup o func io na l fo sfa to y 
un a base n itrogenada q ue v a r ía según los nu deó tido s . Los nu- 
d eó tid o s se encuentran e n dos clases generales: n u d e ó tid o s de 
desox in ibosa y d e ribosa (ufase la figura 3-6). Todas las bases n i­
trogenadas t ien e n áto m o s d e ca rb o n o y n itrógeno e n los a n illo s y 
en a lgunos de los á to m o s d e ca rb o n o se u n e n grupos funcionales, 
la s bases de los n u d e ó tid o s de desoxirribosa son aden ina , gua­
n in a , d to s in a y t im in a . La ad en ina y guan ina t ien e n d o s an illos, 
m ien tras q ue la a to t in a y la t im in a , an illo s s im p les ( n f a w las 
figuras 3-24 y 11-3). E n la F IG U R A 3-22 se ilustra u n n u d e ó t id o 
con la base adenina.
lo s n u d e ó t id o s pueden fu n r io n a rc o m o m o lécu las trans­
portadoras d e energ ía, co m o m ensajeros in trace lu lares o co rn o
azúcw
A F IG U R A 3-22 N u d e ó t id o d e d e s o x irr ib o sa
un idad es d e lo s p o lím e ro s lla m ad o s á d d o s n u d e ic o s (véase 
ab a jo ).
Los nudeótidos actúan com o portadores 
de energía y m ensajeros intracelulares
EJ ad e n o s ín t r i fo s fa to (A T P , p o r sus siglas e n ing lés) es u n nu- 
c le ó tid o d e ribosa con tres gm pos fu nd on a les (F IG U R A 3*23). Esta 
m o lécu la inestab le lleva energ ía a distintas panes d e la cé lu la y la 
guarda e n los en laces entre sus grupos fosfato. La energ ía se libera 
p a ra im pulsar las reacao nes q ue la necesitan cu an d o se rom pen 
los enlaces q ue unen e l ú lt im o fosfato del A T P , co m o la síntesis de 
proteínas.
O H O H
A F IG U R A 3-23 L a m o lé c u la p o r ta d o r a d e e n e rg ía ad e n o s ín 
t r i fo s fa to ( A T P )
O tro s n u d e ó tid o s , N A D * y F A D * , se conocen co m o 'trans- 
p onadores d e e lec tro n es ' q ue tran sp o n an energ ía e n la fo rm a de 
e lectrones m u y energéticos. En los cap ítu lo s 6, 7 y 8 se estud iará 
m ás d e estos n u d e ó tid o s . El n u d e ó t id o adenosín m onofosfato 
c íc lico (c A M P , p o r sus siglas e n ing lés) actúa co m o m ensa jero 
d en tro d e la célu la y m uchas veces d a in ic io a un a serie d e reac- 
d o n e s celulares.
E l A D N y el A R N , m oléculas d e la herencia, 
son ád d os nucleicos
lo s n u deó tido s sim ples (m o n ó m e ro s ) pueden unirse e n largas 
cadenas y form ar p o lím eros llam ados á c id o s n u d e ic o s . E n es­
tos ád d o s nucle ico^ u n oxígeno del grupo funciona l fosfato de un 
n u d e ó tid o se un e p o r en lace covalente al azúcar d e l siguiente. FJ 
p o lím ero de los nudeó tidos d e desoxirribosa, llam ad o á c id o des- 
o x ir r ib o n u c le ic o (A D N ) , puede con tener m illo nes d e n u d e ó ti­
dos (F IG U R A 3-24). E l A D N se encuentra e n los crom o so m as de
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5 2 H ] : i l » 7 JH l U v * i a d e la c é lu la
A F IG U R A 3-24 Á c id o d e s o x ir r ib o n u d e ic o Como una escalera 
de caracol, la doble hélice d e l ADN está formada por cadenas de 
nudeótldos que se entrelazan una alrededor d e otra, unidas por 
enlaces de hidrógeno entre las bases de nudeótidos de la cadena 
opuesta, d e modo q ue estas bases conectadas son a modo de 
‘ peldaños' de la escalera. Las bases se Identifican por sus Iniciales: 
A, adem na;C , cltoslna; T, tlm lna, y G . guanina.
todas las célu las. S u secuencia d e n u d e ó tid o s , co m o los p un to s y 
rayas de u n có d ig o M orse b io lóg ico , d eta llan la in fo rm a d ó n ge­
nética necesaria para e lab o ra r todas las proteínas de un organis­
m o. U n a m o lécu la d e A D N consta d e dos cadenas de n u deó tido s 
entrelazados e n la fo rm a d e un a d ob le hé lice y un ida por enlaces 
d e h id ró g e n o (véase la figura 3-24). Las cadenas s im p les d e los 
n u d e ó tid o s de ribosa, llam adas á d d o r ib o n u c le ic o (A R N ) se 
cop ian del A D N y d irigen la síntesis d e proteínas (véanse los ca ­
p ítu lo s 1 1 y 1 2 ).
E s tu d io de ca so c o n t i n u a c i ó n
Proteínas sorprendentes
Todas las cé lu las tom an e l ADN com o plano general para 
produdr m ás cé lu las y los v irus usan A D N o ARN. A ntes del 
descubrim iento d e los priones, no se había descubierto ningún 
agente Infeccioso q ue careciera com pletam ente d e material 
genético com puesto por ácidos nucle icos. Los científicos se 
m ostraron extrem adam ente escépticos co n la hipótesis de 
Pruslner d e q ue las proteínas podían, de hecho, ‘ reproducirse", 
hasta q ue e n num erosos estud ios se com probó q ue no hay 
rastros d e material genético en los priones.
E s tu d iode c a s o otro v i s t a z o 
Proteínas sorprendentes
Pruslner y sus colegas detectaron una versión mal p legada de 
una protelna que se encuentra e n todo e l reino animal com o 
la causa d e la tem bladera. EEB y enferm edad d e Creutzfeld- 
Jakob . Pero ¿cóm o se ‘ reproduce* es ta in fección? Prusiner y 
o tros investigadores tienen sólidas ev idencias experim entales 
que justifican una h ipótesis rad ical: e l p rion m al plegado 
interactúa con proteínas p rión icas norm ales y hace q ue cam bien 
su configuración y se dob len en la estructura secundaria de 
lám ina p legada d e la forma Infecciosa. Estas nuevas ‘ proteínas 
mal p legadas' transform an m ás proteínas priónicas normales 
en una reacción en cadena Interm inable. Com o e n e l caso de 
Charlene, pueden pasar años tras la Infección para q ue se hayan 
transform ado suficientes proteínas y se m anifiesten los síntomas 
de la enferm edad. Los Investigadores estudian cóm o ocu rre el 
piegamiento anorm al, cóm o se Induce e l doblam iento equivocado 
e n las proteínas p rión icas norm ales y cóm o las proteínas mal 
plegadas causan la enfermedad.
Los esfuerzos d e S tan ley Prusiner llevaron a l conocim iento 
de un proceso patogénico com pletam ente nuevo. Una gran 
ventaja del método científico e s q ue las hipótesis pueden 
probarse experlm entalm ente. Si experim entos repetidos validan 
la hipótesis, hay q ue vo lver a exam inar y aun m odificar hasta los 
principios c ien tíficos m ejor establecidos; por e jem p lo , e l princip io 
de q ue todos los agentes infecciosos deben tener material 
genético. Quedan pocos científicos q ue todavía insisten en q ue las 
proteínas no pueden ser infecciosas, pero los trabajos d e Prusiner 
han sido tan convincentes en tre la com unidad científica que se le 
o torgó e l prem io Nobel e n 1997.
C o n s id e r a e s to
Se ha visto un trastorno llamado ‘enfermedad caquexia crónica 
de los alces" en poblaciones d e estos rumiantes silvestres y en 
cautividad, en entidades occidentales de Estados Unidos. Com o la 
tembladera y la EEB, la enfermedad caquexia crónica e s un trastorna 
cerebral mortal causado por priones. Hasta la fecha, no se ha 
confirmado ningún caso humano. Si fueras cazador en una región 
afectada, ¿comerías carne o leche d e venado? Explica tu respuesta.
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M o l é c u l a s b io ló g i c a s 5 3
Repaso del capítulo
Resum en de conceptos d ave
3.1 ¿P o r qué el carbono es tan im portante 
en las m oléculas biológicas?
las moléculas orgánicas están tan diversificadas porque el átomo 
de carbono puede formar muchos tipos de enlaces. Gracias a esta 
capacidad, las moléculas orgánicas (las moléculas que tienen un 
esqueleto de carbono) se organizan en formas complejas, como 
tadenas ramificadas, hélices, láminas y anillos, la presencia de gru­
pos funcionales acrecienta la diversidad de las moléculas biológi­
cas (ufase la labia 3-1).
3 .2 ¿Cóm o se sintetizan las m oléculas orgánicas?
la mayor parte de las moléculas biológicas grandes son políme­
ros sintetizados por el enlace de muchas unidades de pequeños 
monómeros. las unidades están conectadas por enlaces covalen- 
les mediante reacciones de síntesis por deshidratación; las cadenas 
pueden degradarse por reacciones de hidrólisis, las moléculas or­
gánicas más importantes pertenecen a una de cuatro clases: carbo­
hidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos [véase la tabla 3-2).
3 .3 ¿Q u é son los carbohidratos?
Los carbohidratos comprenden monosacáridos como la glucosa, 
disacáridos como la sacarosa y polisacáridos como el almidón, el 
glucógeno, la quitina y la celulosa. Ix» azúcares (monosacáridos y 
disacáridos) almacenan energía temporalmente y sirven también 
para la síntesis de otras moléculas. Almidón y glucógeno son po- 
ILsacáridos que proporcionan almacenamiento de energía de largo 
plazo en plantas y animales, respectivamente. La celulosa forma 
las paredes de las plantas y la quitina refuerza el exoesqueleto de 
muchos invertebrados y las paredes celulares de los hongos. Otros 
polisacáridos forman las paredes celulares de las bacterias.
3 .4 ¿Q ué son los lípidos?
los lípidos son moléculas no polares insolubles en agua con di­
versa estructura química. Incluyen los aceites, las grasas, las ceras, 
los íbsfolípidos y los esteroides. los lípidos sirven para almacenar 
energía (aceites y grasas), como recubrimiento impermeable para 
el exterior de plantas y animales (ceras), como el principal com­
ponente de las membranas celulares (fosfolípidos y colesterol) y 
como hormonas (esteroides).
3 .5 ¿Q ué son las proteínas?
las proteínas son cadenas de aminoácidos que poseen estructuras 
primaria, secundaria, terciaria y, a veces, cuaternaria, la estructura y 
la función de las proteínas están determinadas por la secuencia de 
aminoácidos de la cadena, así como por la interacción de los ami­
noácidos unos con otros y con el entorno, las proteínas pueden ser 
enzimas (que fomentan y encauzan las reacciones químicas), molé­
culas estructurales (por ejemplo, pelo, cuernos), hormonas (como 
la insulina) o moléculas de transporte (como la hemoglobina).
3 .6 ¿Q ué son los nucleótidos y los ácidos nucleicos?
Un nucleótido está compuesto por un grupo fosfato, un azúcar de 
cinco carbonos (ribos.» o de*>xinibosa) y una base nitrogenada, las 
moléculas formadas por nucleótidos únicos comprenden los men- 
sijeros dentro de Lis células, como el AMP cíclico, y moléculas trans­
portadoras de energía, como el ATP. las moléculas del ácido des- 
cncirribonucleiro (ADN) y del árido ribonucleico (ARN), que llevan 
d plano hereditario de células y virus (incluyendo las instrucciones 
pira foimar proteínas), están formadaspor cadenas de nucleótidos.
Térm inos d ave
ace ite , 4.1 g lu có g en o , 41
á c id o d eso x irr ib o n u c le ico g lu c o s a 40
(A D N ) , 51 g ra s a 45
á c id o graso. 43 grasas trans, 46
ác id o n u c le ico , 51 g rup o fu n c io n a !. 17
ác id o r ib o n u c le ico hé lice , 48
(A R N ) . 52 h id ró lis ia 1 8
ad e n o s in tr ifo s fa to in o rg án ico . 37
(A T P ) . 51 insa tu rad o . 44
a lm id ó n , 41 la c to s a 41
a m in o ác id o , 47 lá m in a p le g a d a 48
azúcar, 38 líp id o , 43
base. 51 m a lto s a 41
ca rb o h id ra to , 1 8 m o n ó m e ro , 37
ce lu lo sa , 41 m o n o sacá rid o , 38
cera . 44 n u c le ó tid o , 51
desnatu ra liz a r . 51 o rg án ico , 37
d is a c ir id o . 59 p ép tid o , 47
o ila c e d e d isu lfu ro . 47 p o lím e ro , 37
en lace p ep tid ico , 47 p o lisa cá r id o , 39
en z im a , 45 p ro te ína . 45
estero ide , 44 q u it in a , 43
estru c tu ra c u a te rn a r ia 50 s a c a ro s a 40
estructu ra p r im a r ia , 48 satu rado. 43
estru c tu ra s e c u n d a r ia 48 s ín te s is p o r
estructu ra te rc ia ria , 48 d esh id ra ta c ió n , 38
fb s fo líp id o , 44 trig licé rid o , 43
g lice ro l, 41
Razonam iento de conceptos
Llena los espacios
I. En las moléculas orgánicas hecha de cadenas de unidades,
cada unidad se llam a_____________y las cadenas se llaman
___________________ . Ix» carbohidratos que consisten en
largas cadenas de azúcares se llam an . Estas
cadenas se degradan mediante reacciones______________ .
TYes tipos de carbohidratos formados por cadenas lar- 
gis de glucosa son . y
2. Uena el espado con el tipo de lípido correspondiente: in-
saturado, líquido a temperatura ambiente:_______________ ;
las abejas la usan para hacer los panales: ______________ ;
almacena energía en los animales: ; las hor­
monas sexuales son sintetizadas a partir de:______________ ;
la forma LDL contribuye a las enfermedades del corazón:
_______________ ; componente importante de la membranas
celulares que tiene cabeza polar:____________.
3. las proteínas se sintetizan en una reacción llamada sínte­
sis , que libera ______________._Las_unida­
des que componen las proteínas se llam an____________.
la secuencia de las unidades de las proteínasse llama es­
tructura . Dos configuraciones normales de
la estructura secundaria de una proteína so n _____________
y ____________ . ¿Cuál de estas estructuras secundarias
es característica de las proteínas priónicas infecciosas? 
_______________. Cuando se destruye la estructura secunda­
ria, terciaria o ata ternaria de una proteína, se dice que ésta se
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5 4 • I L a v x l a d e la c é lu la
4 . L len a e l e sp ad o co n e l té rm in o específico q ue describa el 
en lace de que se trate: produce flex iones de las cadenas
d e ca rbono e n los ád d o s grasos d e los a c e ite s :____________;
m an tien e la estructura h e lico id a l d e m uchas proteínas:
________________ ; un e cadena d e p o lipép tidos y hace q ue se
d o b len las p ro te ín a s :_________________ ; un e las dos cadenas
d e la d ob le hé lice d e l A D N : ________________________ ; un e am i­
n o ád d o s para form ar la estructura p rim a ria d e las proteínas:
5, Un nudeótido consta de tres partes: ______________ ,
__________________ y ______________. U n n u d e ó t id o q ue actúa
co m o tran spo rtad o r d e energ ía es 
ád d o s n u d e ico s im portantes son
Dos
- y
F.l g rup o fu n c io n a l q ue u n e los nurleó-
tidos e n los ád d o s nu d e ico s es
6 . Los priones infecciosos so n agentes peculiares porque no
co n t ie n e n ________________ . A lgunas personas h a n su frid o un a
enferm edad p r ió n ica l la m a d a _______________. C as i co n toda
seguridad, estos parien tes co m ie ro n carne d e teses que tu ­
v ie ro n un a enferm edad llam ada . Es posib le
que las varas hayan co n tra íd o la enfe rm ed ad d e ovejas que 
ten ían un a en fe rm ed ad l la m a d a _____________________.
P r e g u n t a s d e r e p a s o
1. ¿ Q u é le d ice a un q u ím ico el té rm in o 'o rg á n ic o '?
2 . A n o ta los cuatro tipos p rincipa les d e m o lécu las b io lóg icas y 
d a un e je m p lo d e ca d a una.
3 . ¿ Q u é fu n d on es cu m p len los n u d e ó tid o s e n los organism os?
4 . U n a m aneras d e convertir e l aceite d e m aíz e n m argarina (u n 
só lid o a temperatura am b ien te ) es agregar átom os d e hidróge­
n o , lo q ue reduce el núm ero de en laces dobles d e las m oléculas 
del aceite. ¿C ó m o se llam a este proceso? ¿Po r qué fiin rion a?
5 . D escrib e y co m p ara la reacdó n d e s ín tesis por deshidrata­
c ió n con la re a cd ó n p o r h id ró lis is . D a un e jem p lo d e un a 
sustanda fo rm ad a p o r cada re a cd ó n q u ím ica y exp lica la re­
a c d ó n q ue ocu rre e n cada caso.
6 . D istingue en tre los siguientes: m onosacárido , d isacárido y 
p o lisacárido . D a dos e jem p lo s d e cada u n o y ano ta sus fun ­
ciones.
7. D escribe la síntesis d e u n a proteína a partir d e am in o ád d o s . 
A co n tin u ad ó n , describe las estructuras p rim aria , secunda­
ria, terciaria y cuaternaria d e un a proteína.
8. E n e l m undo na tu ra l, ¿dó nd e encontram os ce lu losa? ¿D ó n ­
d e encon tram os q u it in a ? ¿ E n q ué se parecen estos po lím e­
ros? ¿ E n q ué so n diferentes?
9 . ¿Q u é enlaces e n tre las m o lécu las de quera tina se alteran 
cu an d o e l cabe llo ( a ) se hum edece y se deja secar en ro llado 
e n rizadores, y ( b ) se le ap lic a u n rizado perm anente?
A p licación de conceptos
1. E n e l ca p ítu lo 2 ap rend is te q ue las m o lécu las h id ro fób icas 
se ag lu tinan cuando se sum ergen e n agua. E n este cap ítu lo , 
le iste q ue un fo s fo líp id o tien e un a cabeza h id ro fílica y colas 
h id ro fób icas. ¿C u á l crees q u e sería la o rien tac ió n d e fosfo- 
líp id o s sum erg idos e n agua? ¿C u á l sería s i s e sum ergen en 
aceite?
2 . La grasa co n tie n e el d o b le d e ca lorías p o r u n id ad d e peso 
q ue los carboh id ratos, a s i q u e la grasa es u n m é to d o efi- 
d e n te d e g ua rdar energía en tre los an im a les, q u e 9on m óvi- 
les. C o m p a ra lo q u e pasa co n las grasas y los ca rboh id ratos 
cu an d o se sum ergen e n agua y exp lica p o r q u é esta interac- 
d ó n tam b ién d a a las grasas un a ven ta ja d e peso p a ra a lm a ­
cenar energía.
3 . A lgunas personas creen q u e con sum ir sustitu tos d e aceite y 
azúcar es un a buena m anera d e adelgazar, m ientras que otras 
ob je tan estos 'a ta jo s ' d ietéticos. Exp lica y justifica u n a d e las 
dos posiciones.
4 . l a saliva de c ie rvos infectados puede tran sm itir la en fe rm e ­
dad caquex ia crón ica de lo s alces, causada p o r p rote ínas prió ­
n icas m a l plegadas. Ixw priones in fecciosos pueden suhsistir 
en el sue lo . ¿C ó m o es posib le q ue se contag ie la en ferm edad 
de u n a n im a l a otros d e la m anada?
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