Introducción a la Biología
Celular y Molecular

Tema 1.2 — Composición Química de los Seres Vivos

Dogma Central de la Biología Molecular

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CONTENIDO

Temas de esta Unidad

🧬 Biomoléculas

Definición, clasificación y estructura general de las macromoléculas de los organismos vivos.

⚗️ Bioelementos

Macroelementos y microelementos que componen los organismos vivos.

🔬 Proteínas

Aminoácidos, niveles estructurales, clasificación y funciones biológicas.

🍬 Carbohidratos

Monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos: clasificación y funciones.

🧈 Lípidos

Clasificación en simples, compuestos y asociados. Funciones en el organismo.

🧪 Ácidos Nucleicos

Nucleótidos, ADN y los tipos de ARN.

⚡ Dogma Central de la Biología Molecular

Flujo de la información genética: ADN → ARN → Proteína.

01 — BIOMOLÉCULAS

¿Qué son las Biomoléculas?

Se llaman biomoléculas a todas las moléculas que intervienen en la estructura y funcionamiento del organismo vivo, tanto las grandes moléculas poliméricas (macromoléculas) como sus monómeros e intermediarios metabólicos.

📚 Clasificación en 7 categorías

Desde un punto de vista práctico, las biomoléculas se agrupan en siete categorías que son los principales componentes de la dieta:

  • Carbohidratos — combustible metabólico principal
  • Proteínas — moléculas más activas en la vida celular
  • Lípidos — mayor reserva de energía
  • Agua — componente más abundante (70 %)
  • Iones (minerales) — ingresan como sales, se ionizan en los líquidos
  • Vitaminas — cofactores esenciales
  • Ácidos nucleicos — portadores de información genética
01 — BIOMOLÉCULAS

Composición Química del Organismo Humano

La composición química del organismo humano no difiere significativamente de la de otros mamíferos. Casi dos terceras partes del peso corporal es agua, cerca de una tercera parte es materia orgánica y solo una pequeña fracción son minerales.

70% Agua
15% Prot.
11%
3%
1%
Agua (70 %)
Proteínas (15 %)
Grasas (11 %)
Minerales (3 %)
Carbohidratos (1 %)
⚖️ Equilibrio Fundamental

En todo organismo vivo existen tres balances clave: intercambio de materia (entrada = salida), intercambio de energía (energía que ingresa = energía que sale) y balance de información (la información del ambiente se procesa y se devuelve al ambiente).

01 — BIOMOLÉCULAS

Estructura: Monómeros y enlaces

Cada macromoléculas se forma por el encadenamiento de monómeros unidos mediante enlaces característicos. Los polisacáridos, proteínas y ácidos nucleicos tienen enlaces hidrolizables: se pueden romper con agua, liberando los monómeros.

Macromolécula Monómero Enlace característico Tipo
Carbohidratos Monosacáridos (glucosa) Glucosídico (α 1-4 y α 1-6) Hidrolizable
Proteínas Aminoácidos Peptídico Hidrolizable
Ácidos Nucleicos Nucleótidos Fosfodiéster Hidrolizable
Lípidos Ácidos grasos Hidrofóbico / Ester Variable
💡 Moléculas informativas

Las proteínas y los ácidos nucleicos requieren información detallada sobre la secuencia de monómeros, por lo que se distinguen como "moléculas informativas". En los ácidos nucleicos, la lectura de la secuencia de nucleótidos es la base de la codificación de la información genética.

02 — BIOELEMENTOS

Macroelementos y Microelementos

Los elementos que componen los organismos vivos se clasifican según su proporción en el cuerpo humano en macroelementos (los 10 más abundantes) y microelementos (solo el 1.6 % del peso corporal).

🟢 Macroelementos (98.4 %)

Elemento% peso corporal
Oxígeno (O)62 %
Carbono (C)19 %
Hidrógeno (H)11 %
Nitrógeno (N)3 %
Calcio (Ca)1.5 %
Fósforo (P)0.96 %
Potasio (K)0.38 %
Azufre (S)0.31 %
Cloro (Cl)0.15 %
Sodio (Na)0.15 %

🟡 Microelementos (1.6 %)

Aunque representan solo el 1.6 % del peso corporal, son indispensables para el funcionamiento celular.

Co Cu Cr Fe F I Mg Mn Mo Zn
📌 Nota

Los minerales ingresan al organismo como sales; al disolverse en los líquidos corporales se ionizan y actúan como iones.

03 — PROTEÍNAS

Aminoácidos: Unidades Básicas

Las proteínas son macromoléculas formadas por los elementos C, H, O, N, S (y a veces P), de alto peso molecular. Están compuestas por alfa-aminoácidos en enlace peptídico, en un número que varía entre 50 y más de 1 000.

🧪 Estructura general del aminoácido

H   O
|    ‖
H₂N — C — C — OH
         |
         R

Los aminoácidos difieren entre sí por la naturaleza de su grupo R.

📊 Datos clave

  • Existen 22 aminoácidos que forman todas las proteínas de los seres vivos.
  • El cuerpo humano utiliza 20 de ellos.
  • Puede sintetizar 10 a partir de carbohidratos y lípidos.
  • Los otros 10 aminoácidos esenciales deben ingerirse con la dieta.
  • Son quirales: su imagen en el espejo no es superponible.
🔗 Enlace Peptídico

Se forma por una reacción de condensación entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino de otro. El aminoácido que aporta el grupo carboxilo se nombra primero con terminación -il (ejemplo: glicilalanina, abreviado Gly-Ala).

03 — PROTEÍNAS

Niveles Estructurales de las Proteínas

Las proteínas son capaces de organizarse en el espacio para formar un número casi infinito de configuraciones, estudiar mediante cuatro niveles estructurales.

① Estructura Primaria

Secuencia lineal de aminoácidos estabilizada por el enlace peptídico. Es la única estructura codificada en los genes; de ella derivan los demás niveles.

② Estructura Secundaria

Plegamiento de la cadena en dos formas principales, estabilizadas por puentes de hidrógeno (enlace débil entre CO y NH):

  • Alfa-hélice: giro a la derecha, conferye elasticidad (ej: tropomiosina, fibrina).
  • Hoja plegada: estructura en zig-zag, rígida (ej: fibroína de la seda).

③ Estructura Terciaria

Forma global tridimensional (esférica) determinada por los recodos y giros de la alfa-hélice. Responsable de la función enzimática gracias a la afinidad del sitio activo con el sustrato.

④ Estructura Cuaternaria

Disposición espacial de múltiples cadenas polipeptídicas que forman una proteína de mayor jerarquía. Generalmente peso molecular > 50 000. Ejemplo clásico: hemoglobina.

03 — PROTEÍNAS

Clasificación y Funciones

Por conformación nativa

🧵 Fibrosas

Estructura secundaria dispuesta a lo largo de un eje. Insolubles en agua, gran resistencia física. Asociadas a acciones mecánicas.

Ejemplos: elastina, queratina, colágeno.

🔴 Globulares

Cadenas plegadas en forma esférica compacta (estructura terciaria). Solubles en agua, papel muy dinámico.

Ejemplos: enzimas, algunas hormonas, proteínas transportadoras.

Por composición química

Simples

Su hidrólisis produce solo aminoácidos. Ejemplo: insulina.

Compuestas

La hidrólisis produce aminoácidos + compuestos orgánicos o inorgánicos. Ejemplo: hemoglobina.

⚡ Funciones principales

Enzimas (catalizadores), hormonas (insulina, glucagón), transporte (hemoglobina transporta O₂, albúmina transporta ácidos grasos), inmunidad (anticuerpos: inmunoglobulinas G, M, A, D, E), estructura (colágeno, queratina) y nutrición (principal ingreso nitrogenado).

04 — CARBOHIDRATOS

¿Qué son los Carbohidratos?

Los carbohidratos son moléculas formadas por C, H y O. Desde el punto de vista químico son polihidroxi aldehídos o cetonas y sus polímeros. Se representan con la fórmula general Cₙ(H₂O)ₙ.

🔋 Combustible

Fuente principal de energía metabólica. 1 g de carbohidrato = 4 Kcal.

🏗️ Precursores

En la biosíntesis de ácidos grasos y algunos aminoácidos.

🧩 Componentes

Constituyentes de glucolípidos, glucoproteínas, nucleótidos y ácidos nucleicos.

🌍 Importancia en la biosfera

La glucosa es universalmente utilizada por las células. El glucógeno (hígado y músculo) es la reserva de energía más accesible. La celulosa es la molécula orgánica más abundante del planeta (madera, algodón). La sacarosa (azúcar de mesa) es un disacárido producido en millones de toneladas anualmente.

04 — CARBOHIDRATOS

Clasificación según el número de unidades

1️⃣ Monosacáridos

Unidades mínimas. Cristalinos, solubles en agua y de sabor dulce. No se pueden hidrolizar más.

Dos familias:

  • Aldosas (contienen grupo aldehído)
  • Cetosas (contienen grupo cetona)

Ej: glucosa, galactosa, fructosa, ribosa, desoxirribosa.

2️⃣ Oligosacáridos

Unión de 2 a 10 monosacáridos mediante enlace glucosídico. Los más importantes son los disacáridos:

MaltosaGlucosa + Glucosa
SacarosaGlucosa + Fructosa
LactosaGalactosa + Glucosa
CelobiosaGlucosa + Glucosa

3️⃣ Polisacáridos

Muchos monosacáridos unidos por enlaces glucosídicos. No cristalinos, insolubles en agua y sin sabor dulce.

  • Glucógeno: reserva de energía animal
  • Almidón: reserva de energía vegetal
  • Celulosa: componente estructural vegetal
📌 Clasificación de monosacáridos por número de carbonos

Triosas (3C): gliceraldehído, dihidroxiacetona  |  Tetrosas (4C): eritrosa, eritrulosa  |  Pentosas (5C): ribosa, desoxirribosa  |  Hexosas (6C): glucosa, galactosa, fructosa

05 — LÍPIDOS

¿Qué son los Lípidos?

Los lípidos son un grupo heterogéneo de sustancias orgánicas que comparten ser no polares, insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos. Están formados por C, H, O y en ocasiones P, N y S.

Funciones principales

🏗️ Membranas celulares

Aportan la bicapa de fosfolípidos: cabezas polares hacia fuera, colas no polares hacia dentro.

🔋 Reserva de energía

Mayor reserva energética del organismo. 1 g de grasa = 9 Kcal. Pueden mantener el gasto energético durante ~50 días de inanición.

🧊 Aislante térmico

Proteccion del frío ambiental (gruesa capa subcutánea en animales de zonas frías).

⚡ Hormonas y vitaminas

Hormonas esteroideas, prostaglandinas, vitaminas liposolubles A, D, E y K.

📊 Nutrición

Los lípidos aportan alrededor del 30 % de las kilocalorías de la dieta y son fuente de los ácidos grasos indispensables: linoleico, linolénico y araquidónico.

05 — LÍPIDOS

Clasificación de los Lípidos

🟢 Lípidos Simples

  • Ácidos grasos: cadena lineal R-COOH. Los más abundantes son el oleico (~30 %) y el palmítico (10-50 %). Pueden ser saturados o insaturados.
  • Acilgliceroles: ésteres de glicerol + ácidos grasos. Los triglicéridos son los más abundantes: mayor reserva de energía.
  • Ceras: ácido graso de cadena larga + alcohol de cadena larga. No son asimilables. Ej: cera de abeja, lanolina.

🔵 Lípidos Compuestos

  • Glicerofosfolípidos: derivados del ácido fosfatídico, fundamentales en membranas (ej: lecitinas, cefalinas).
  • Esfingolípidos: derivados de la esfingosina; unidad base = ceramida.
  • Glucolípidos: cerebrósidos y gangliósidos, abundantes en tejido nervioso.
  • Lipoproteínas: solubles en agua; transportan sustancias no polares en el plasma.

🟡 Lípidos Asociados

  • Terpenoides: derivados del isopreno (5C). Incluyen fitol (clorofila), escualeno (precursor del colesterol), vitamina A.
  • Esteroides: estructura base = colesterol (27C). Comprenden hormonas sexuales, cortisol, vitamina D, ácidos biliares.
  • Eicosanoides: derivados del ácido araquidónico (20C). Actúan como hormonas locales: prostaglandinas, leucotrienos, tromboxanos.
05 — LÍPIDOS

Ácidos Grasos: Saturados e Insaturados

Los ácidos grasos son ácidos monocarboxílicos de cadena lineal (R-COOH). La longitud de la cadena varía entre 4 y 24 carbonos, siendo los más comunes los de 16 o 18 carbonos.

🟤 Saturados

Sin dobles enlaces C=C. Sólidos o semisólidos a temperatura ambiente.

Ejemplos: palmítico (16:0), esteárico (18:0), láurico, butírico.

Fuentes: sebo, manteca, mantequilla, margarina.

🟢 Insaturados

Con 1 a 4 dobles enlaces C=C. Líquidos a temperatura ambiente (aceites). Tienen puntos de fusión más bajos.

Ejemplos: oleico (18:1 Δ9), linoleico (18:2 Δ9,12), linolénico, araquidónico.

📝 Nomenclatura práctica

Se indica: nº de carbonos : nº de dobles enlaces. Ejemplo: palmítico = 16:0 (16 carbonos, sin dobles enlaces); oleico = 18:1 (18 carbonos, 1 doble enlace). Si se añade Δ se indica la posición del doble enlace: oleico = 18:1 Δ9.

06 — ÁCIDOS NUCLEICOS

Nucleótidos: los Monómeros

Los ácidos nucleicos son macromoléculas resultantes de la polimerización lineal de nucleótidos, monómeros complejos formados por tres partes:

1️⃣ Fosfato inorgánico

Grupo de fósforo con oxígenos (O-P-O). Forma los enlaces fosfodiéster entre nucleótidos.

2️⃣ Pentosa

Azúcar de 5 carbonos. Puede ser:

  • Ribosa → forma parte del ARN
  • Desoxirribosa → forma parte del ADN

3️⃣ Base nitrogenada

Anillos heterocíclicos formados por C, N e H. Dos clases:

  • Purinas: adenina (A), guanina (G)
  • Pirimidinas: citosina (C), timina (T) / uracilo (U)
⚡ ATP — La moneda de energía celular

La adenosina-trifosfato (ATP) es un nucleótido que actúa como intermediario energético. Sus enlaces de alta energía (~) liberan energía cuando la célula la requiere:

ATP → ADP + P + Energía

Otros nucleótidos clave: NAD (nicotinamida-adenina-dinucleótido) y FAD (flavina-adenina-dinucleótido), cofactores enzimáticos.

06 — ÁCIDOS NUCLEICOS

ADN: La Molécula de la Información

El ADN (ácido desoxirribonucleico) es una molécula enorme (peso molecular entre 6 y 16 millones de uma). Se encuentra principalmente en el núcleo celular, guardando la información genética y regulando la producción de proteínas.

🔀 Estructura: Doble Hélice

Dos cadenas enrolladas una en la otra, propuesta en 1953 por Watson y Crick. Ambas cadenas se mantienen unidas por puentes de hidrógeno entre bases complementarias:

A — T  (2 puentes de H)
C — G  (3 puentes de H)

Las dos cadenas son complementarias, no idénticas.

🔁 Replicación

Durante la división celular los filamentos de ADN se desenrollan y cada uno sirve como plantilla para sintetizar una cadena complementaria nueva.

Resultado: dos moléculas idénticas de ADN, una para cada célula hija.

📌 Bases del ADN

Adenina (A), Guanina (G), Timina (T), Citosina (C)

06 — ÁCIDOS NUCLEICOS

ARN: Tres Tipos, Tres Funciones

El ARN (ácido ribonucleico) está formado por una sola cadena (simple) que puede ser lineal o adoptar estructuras particulares (horquillas o rizos). Sus bases son A, G, C y Uracilo (U) en lugar de timina.

🏭 ARN Ribosómico (ARNr)

Forma parte de la estructura de los ribosomas, los sitios donde se sintetizan las proteínas.

El más abundante de los tres tipos de ARN.

📨 ARN Mensajero (ARNm)

Lleva la información genética del ADN al ribosoma. Indica la secuencia de aminoácidos que formará la proteína a sintetizar.

Es la "copia" del gen.

🚚 ARN de Transferencia (ARNt)

Estructura en "hoja de trébol". Peso molecular relativamente bajo. Su función es transportar específicamente los aminoácidos al ribosoma para su acople en la secuencia.

📌 Información que proporcionan juntos

El ARNm y el ARNt permiten conocer: (1) qué aminoácidos componen la proteína, y (2) en qué orden o secuencia deben ubicarse.

🎯 EJERCICIO 1

Práctica: Biomoléculas y Bioelementos

📝 Instrucciones

Completa los espacios en blanco con la palabra correcta.

⚡ DOGMA CENTRAL

Flujo de la Información Genética

El Dogma Central de la Biología Molecular indica que la información genética fluye de una manera específica y ordenada. Este flujo se denomina expresión génica: la información contenida en los genes (secuencias de nucleótidos del ADN) se manifiesta en algo funcional para la célula, como una proteína.

Almacena info
ADN
Copia & transporta
ARNm
Transcripción
Producto final
Proteína
Traducción
🔁 Replicación del ADN

Además del flujo ADN → ARN → Proteína, el ADN también se replica (genera una copia idéntica de sí mismo). Esto asegura que cuando las células se dividan, ambas células hijas tengan una copia de ADN idéntica capaz de llevar a cabo el flujo de información genética.

⚡ DOGMA CENTRAL

Transcripción y Traducción

📖 Transcripción: ADN → ARNm

El ADN pasa por el proceso de transcripción para generar una copia llamada ARN mensajero (ARNm).

  • Se realiza en el núcleo celular.
  • El ARNm es una copia de la secuencia del gen.
  • El ARNm sale del núcleo al citosol.

🏭 Traducción: ARNm → Proteína

El ARNm se traduce en el citosol (en los ribosomas) para formar un polipéptido (secuencia de aminoácidos).

  • El ARNt transporta los aminoácidos.
  • El ARNr forma parte del ribosoma.
  • Si el polipéptido adquiere estructura 3D → se convierte en proteína.
🔄 Retrotranscriptasa: una excepción importante

Algunos retrovirus (como el VIH) poseen la enzima retrotranscriptasa, que permite el flujo inverso: ARN → ADN. Esta excepción permite que el material genético viral se integre al ADN de la célula infectada.

⚡ DOGMA CENTRAL

Experimentos que Cambiaron la Biología

Varios experimentos históricos fueron clave para demostrar que el ADN es el material genético y para entender el flujo de la información:

🧫 Griffith (1928)

Demostró que existe un "principio transformador" que puede cambiar una bacteria no virulenta en virulenta. Esto sugirió que hay información que se transfiere de un organismo a otro.

🧬 Avery, McLeod y McCarty (1944)

Identificaron al ADN como el principio transformador de Griffith. Fue la primera evidencia directa de que el ADN porta la información genética.

🦠 Hershey y Chase (1952)

Usando bacteriófagos (virus que infectan bacterias) y marcadores radioacitivos, confirmaron definitivamente que el ADN (no la proteína) es el material genético que ingresa a la célula.

🔬 Beadle y Tatum / Jacob y Monod

Beadle-Tatum: hipótesis "un gen – una enzima". Jacob-Monod: descubrieron el ARN mensajero y el concepto de operon, explicando la regulación de la expresión génica.

🎯 EJERCICIO 2

Práctica: Proteínas y Carbohidratos

📝 Instrucciones

Selecciona la respuesta correcta para cada pregunta.

🎯 EJERCICIO 3

Práctica: Lípidos y Ácidos Nucleicos

📝 Instrucciones

Completa los espacios en blanco.

🎯 EJERCICIO 4

Práctica: Dogma Central

📝 Instrucciones

Selecciona la opción correcta.

RESUMEN

Puntos Clave de la Unidad

🧬 Biomoléculas

Las macromoléculas (proteínas, carbohidratos, lípidos, ácidos nucleicos) se forman por la unión de monómeros mediante enlaces característicos e hidrolizables.

⚗️ Bioelementos

10 macroelementos (O, C, H, N…) representan el 98.4 % del peso corporal; 10 microelementos el 1.6 % restante.

🔬 Proteínas

Formadas por aminoácidos (20 utilizados por el cuerpo, 10 esenciales). Tienen 4 niveles estructurales y funciones enormemente diversas.

🍬 Carbohidratos

Clasificados en monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. La glucosa es el combustible metabólico universal; la celulosa la molécula orgánica más abundante del planeta.

🧈 Lípidos

Grupo heterogéneo (simples, compuestos, asociados). Mayor reserva de energía (9 Kcal/g). Fundamentales en membranas, aislamiento y hormonas.

🧪 Ácidos Nucleicos & Dogma Central

ADN (doble hélice, información genética) y ARN (mensajero, ribosómico, transferencia). El flujo ADN → ARN → Proteína es la base de la expresión génica.

BIBLIOGRAFÍA

Fuentes y Recursos

📄 Documento escrito

Universidad Nacional del Litoral — Unidad 9: Biomoléculas: carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. Programa de Ingreso UNL / Curso de Articulación Disciplinar: Físico-Química. Autora: Leandra Micocci.

https://www.unl.edu.ar/ingreso/cursos/medicina/

🎥 Video — Dogma Central de la Biología Molecular

Explicación del flujo ADN → ARN → Proteína, experimentos históricos (Griffith, Avery, Hershey-Chase) y el papel de la retrotranscriptasa.

YouTube — Dogma central de la biología molecular | ADN-ARN-Proteína

📚 Recursos complementarios

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