Resumen: Bioquímica estructural y metabolismo

📋 Esquema del Curso

1. Niveles moleculares y bioelementos
2. Carbono y fuerzas intermoleculares
3. Agua, solubilidad y ósmosis
4. Glúcidos y sus enlaces
5. Lípidos y sus funciones
6. Aminoácidos y proteínas
7. Nucleótidos y ácidos nucleicos
8. Replicación del ADN
9. Mutaciones y reparación del ADN
10. Transcripción del ADN
11. Maduración y tipos de ARN
12. Código genético y traducción

📖 1. Niveles moleculares y bioelementos

★ Imprescindible

• La célula es la estructura fundamental de los organismos vivos.

• La organización molecular comprende cuatro niveles:

  • Unidades monoméricas, como nucleótidos, aminoácidos y azúcares
  • Macromoléculas, como ADN, proteínas y celulosa
  • Complejos supramoleculares, como membrana plasmática, cromosomas y pared celular
  • Célula y órganos

• Los bioelementos primarios C, H, O y N representan el 99 % de la masa celular según el apunte.

Complementos

• El apunte clasifica como bioelementos secundarios P, K, Na y Ca, con una proporción indicada de 3-4 %.

• El apunte atribuye a los oligoelementos una proporción del 0,1 %.

💡 Truco mnemotécnico

Del monómero se asciende a macromolécula, complejo supramolecular y célula.

📖 2. Carbono y fuerzas intermoleculares

★ Imprescindible

• El carbono puede formar enlaces:
  • Simples
  • Dobles
  • Triples

📌 Un enlace simple entre dos carbonos permite gran rotación, mientras que un enlace doble permite poca rotación y presenta ángulos de 120° con los otros átomos implicados.

📌 Las interacciones iónicas son atracciones electrostáticas entre cargas opuestas que no comparten electrones y que el apunte describe como fáciles de romper.

Complementos

• En una disposición tetraédrica, el carbono forma ángulos de 109,5° con otros átomos.

• En los enlaces químicos participan los electrones de la última capa de valencia, de acuerdo con la regla del octeto.

• Los puentes de hidrógeno son interacciones no covalentes entre hidrógeno y un átomo electronegativo, y el apunte los describe como difíciles de romper.

💡 Truco mnemotécnico

El enlace covalente construye estructuras estables; las interacciones no covalentes las mantienen con menor estabilidad.

📖 3. Agua, solubilidad y ósmosis

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Sustancias anfipáticas: Las sustancias anfipáticas tienen una parte polar que interactúa con el agua y una parte apolar que no interactúa con ella; pueden formar monocapas y bicapas, como las membranas plasmáticas.
• Ósmosis: Difusión pasiva de agua a través de una membrana semipermeable desde el compartimento menos concentrado en solutos hacia el más concentrado.

★ Imprescindible

• El agua representa aproximadamente el 70 % del peso de una célula y cada molécula está formada por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno.

📌 Las sustancias hidrofílicas son polares e interactúan o se disuelven en agua, mientras que las hidrofóbicas son apolares, suelen contener C y H y no se disuelven en ella.

Complementos

• La distribución desigual de cargas hace que el agua sea un dipolo con cargas parciales δ− y δ+.

• A 25 °C, cada molécula de agua forma aproximadamente 3-4 puentes de hidrógeno; al aumentar la temperatura, disminuye su número.

💡 Truco mnemotécnico

Hidrofílico se mezcla con el agua; hidrofóbico la evita; anfipático combina ambas partes.

📖 4. Glúcidos y sus enlaces

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Glúcidos: Los glúcidos son biomoléculas formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno; la mayoría son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas.

★ Imprescindible

• Por complejidad, los glúcidos se clasifican en:
  • Monosacáridos, de una unidad
  • Disacáridos, de dos monosacáridos
  • Oligosacáridos, de 2-10 unidades
  • Polisacáridos, de más de 10 unidades

📌 Las aldosas tienen un grupo aldehído en el carbono 1, mientras que las cetosas tienen un grupo cetona que no está en el carbono 1.

• La formación de un ciclo puede producir un carbono anomérico; las formas piranosa y furanosa tienen anillos de seis y cinco lados, respectivamente, y la orientación del OH define las configuraciones α y β.

Complementos

• Las pentosas citadas son ribosa y desoxirribosa, y las hexosas citadas son glucosa, fructosa y galactosa.

📌 En la proyección de Fischer, la posición del grupo OH determina las formas D y L; los epímeros difieren en la posición del OH en un único carbono, y los enantiómeros son imágenes especulares.

📖 5. Lípidos y sus funciones

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Triglicéridos: Los triglicéridos son lípidos saponificables formados por glicerol y tres ácidos grasos unidos mediante enlaces éster; sirven como reserva energética y protección frente al frío y los golpes.

★ Imprescindible

📌 Los lípidos saponificables contienen ácidos grasos, mientras que los insaponificables no los contienen.

📌 Los ácidos grasos saturados solo tienen enlaces simples y se empaquetan más compactamente, mientras que los insaturados tienen uno o más dobles enlaces que torsionan la cadena y dificultan las fuerzas de Van der Waals.

• La temperatura de fusión aumenta con el número de carbonos y disminuye al aumentar el número de dobles enlaces; la de los ácidos grasos saturados es mayor que la de los insaturados.

Complementos

• La esterificación une un ácido graso y un alcohol mediante un enlace éster covalente, y la saponificación reacciona un ácido graso con una base fuerte como NaOH para formar una sal de ácido graso o jabón.

📌 Las ceras son lípidos saponificables formados por un ácido graso y un alcohol de cadena larga unidos por un enlace éster, y pueden impermeabilizar superficies.

💡 Truco mnemotécnico

Saponificable significa que contiene ácidos grasos; insaponificable, que no los contiene.

📖 6. Aminoácidos y proteínas

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Aminoácidos: Los aminoácidos son las unidades estructurales de las proteínas y contienen un grupo amino, un grupo carboxilo y un radical que determina sus propiedades.
• Anfoterismo de los aminoácidos: Los aminoácidos anfóteros pueden actuar como ácido o base según el pH, ionizarse y funcionar como sustancias tamponadoras.
• Punto isoeléctrico: El pH al que un aminoácido tiene carga eléctrica neta cero.

📝 Puntos esenciales

• Según el radical, se clasifican en:

  • Alifáticos no polares
  • Aromáticos
  • Cargados positivamente
  • Cargados negativamente
  • Polares sin carga

• El enlace peptídico se forma entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino de otro, libera una molécula de agua y produce una unión fuerte y rígida que no permite rotación.

📌 La estructura primaria es la secuencia lineal de aminoácidos; la secundaria incluye hélice α y lámina β; la terciaria es el plegamiento que da función a la proteína, y la cuaternaria es la unión de estructuras terciarias.

💡 Truco mnemotécnico

La proteína se organiza de primaria a secundaria, terciaria y, si existe, cuaternaria.

📖 7. Nucleótidos y ácidos nucleicos

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Nucleótido: Un nucleótido está formado por una aldopentosa, una base nitrogenada y uno o más grupos fosfato; el nucleósido carece del grupo fosfato.

★ Imprescindible

• Las bases púricas son adenina y guanina, mientras que las pirimidínicas son citosina, timina y uracilo; el ADN contiene timina y el ARN uracilo.

• Los nucleótidos se unen mediante enlaces fosfodiéster entre el OH del carbono 3′ de un nucleótido y el fosfato unido al carbono 5′ de otro, liberando agua y dejando extremos 5′ y 3′.

📌 El ADN es bicatenario, antiparalelo y complementario, con apareamientos A-T mediante dos puentes de hidrógeno y C-G mediante tres; el ARN suele ser monocatenario y contiene U en lugar de T.

• El ARNt transporta aminoácidos a los ribosomas, el ARNm lleva información genética desde el núcleo al citoplasma y el ARNr forma parte de los ribosomas.

Complementos

• 🔄 La compactación del ADN sigue esta secuencia:
  1. Doble hélice
  2. Nucleosomas o collar de perlas
  3. Fibra de 30 nm o solenoide
  4. Bucles
  5. Rosetas
  6. Cromosoma

💡 Truco mnemotécnico

El nucleósido reúne azúcar y base; el nucleótido añade fosfato.

📖 8. Replicación del ADN

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Replicación del ADN: La replicación es la copia del material genético para que las células hijas reciban la misma información que el ADN parental; debe ser rápida y fiel.

★ Imprescindible

📌 La replicación semiconservativa conserva una cadena parental en cada molécula hija; la conservativa deja una molécula con todo el ADN parental y otra con ADN nuevo; la dispersiva mezcla fragmentos parentales y nuevos en ambas moléculas.

📌 La replicación procariota suele partir de un origen en un cromosoma circular, mientras que la eucariota parte de múltiples orígenes en cromosomas lineales; en ambos casos es bidireccional.

• La síntesis de ADN ocurre en dirección 5′ a 3′; la cadena conductora se sintetiza continuamente y la cadena rezagada de forma discontinua mediante fragmentos de Okazaki que luego se unen.

Complementos

• Los experimentos de Meselson y Stahl con Escherichia coli y nitrógeno-15 y nitrógeno-14 confirmaron la replicación semiconservativa: tras la primera generación apareció una banda intermedia y tras la segunda, una intermedia y otra alta.

• La ADN polimerasa III es la principal enzima de síntesis de ADN en procariotas y la ADN polimerasa I elimina los cebadores de ARN y rellena los huecos con ADN.

💡 Truco mnemotécnico

Iniciación, elongación y terminación guían la copia del ADN.

📖 9. Mutaciones y reparación del ADN

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Mutación: Una mutación es un cambio del ADN que no se repara y queda de forma permanente en el material genético.

★ Imprescindible

• Las mutaciones pueden consistir en sustitución, inserción o deleción de pares de bases; las inserciones y deleciones pueden alterar el marco de lectura.

Complementos

📌 Una mutación con cambio de sentido cambia aminoácidos, una sin sentido genera un codón de parada prematuro, una neutra no cambia el aminoácido y una silenciosa cambia el aminoácido sin afectar la actividad proteica según el apunte.

• La reparación directa modifica una base alterada sin cortar el ADN, mientras que la reparación por escisión de base elimina la base incorrecta.

• La reparación por escisión de nucleótidos elimina un segmento de ADN cuya estructura está distorsionada, lo sustituye mediante ADN polimerasa y sella la cadena con ADN ligasa.

💡 Truco mnemotécnico

Una lesión reparada no queda como mutación; una lesión no corregida puede hacerse permanente.

📖 10. Transcripción del ADN

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Transcripción: La transcripción copia selectivamente una cadena molde de ADN en ARN y produce una molécula monocatenaria en dirección 5′ a 3′.

★ Imprescindible

📌 La transcripción es selectiva porque copia solo los genes que la célula necesita, reiterativa porque puede copiar un fragmento varias veces y monocatenaria porque utiliza una cadena de ADN como molde.

• La unidad transcripcional comprende un promotor que marca el inicio, una secuencia codificante y una señal de terminación; los factores de transcripción pueden favorecer o inhibir la transcripción.

• En procariotas, la ARN polimerasa con factor sigma reconoce el promotor, abre el ADN, incorpora ribonucleótidos y sintetiza ARN en dirección 5′ a 3′ sin necesitar cebador.

Complementos

• Los promotores procariotas presentan regiones consenso −35 y −10 que participan en el inicio de la transcripción.

📌 La terminación procariota independiente de Rho utiliza secuencias palindrómicas que forman lazos y desestabilizan el híbrido; la dependiente de Rho requiere que Rho avance sobre el ARN y rompa el híbrido.

💡 Truco mnemotécnico

Reconocer el promotor, abrir el ADN, elongar el ARN y terminar la copia.

📖 11. Maduración y tipos de ARN

★ Imprescindible

• El pre-ARNm eucariota madura mediante:
  • Adición de una caperuza en 5′
  • Adición de una cola de poli-A en 3′
  • Splicing que elimina intrones y une exones

Complementos

• En eucariotas, la ARN polimerasa I sintetiza ARNr, la ARN polimerasa II sintetiza ARNm y la ARN polimerasa III sintetiza ARNt y algunos ARNr.

• La caperuza 5′ del ARNm contiene una 7-metilguanina.

• La cola de poli-A se añade al extremo 3′ y contiene aproximadamente 20-25 adeninas según el apunte.

📌 El splicing alternativo puede producir distintas combinaciones de exones, y el apunte señala como forma habitual la omisión de un exón.

• La transcriptasa inversa de los retrovirus copia ARN en ADN, que puede incorporarse al genoma de la célula infectada.

💡 Truco mnemotécnico

El ARNm eucariota recibe CAP, cola poli-A y splicing antes de madurar.

📖 12. Código genético y traducción

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Código genético: Relaciona los codones de nucleótidos con los aminoácidos de las proteínas.

★ Imprescindible

• El código genético es degenerado, no ambiguo y casi universal; utiliza una pauta de lectura en tripletes, con AUG como codón de inicio y UAA, UAG y UGA como codones de parada.

• 🔄 La síntesis proteica sigue estas etapas:
  1. Activación del aminoácido y carga en su ARNt
  2. Iniciación del complejo ribosomal
  3. Elongación de la cadena
  4. Terminación y liberación
  5. Plegamiento y tratamiento postraduccional

Complementos

• El ARNt reconoce codones del ARNm mediante un anticodón; el apareamiento flexible de la tercera base del codón, denominado hipótesis del tambaleo, permite que un ARNt reconozca más de un codón.

• Los ribosomas poseen sitios A, P y E: el sitio A recibe el ARNt cargado, el sitio P participa en la formación del péptido y el sitio E permite la salida del ARNt.

• En procariotas, la subunidad ribosomal grande es 50S y la pequeña 30S; en eucariotas, son 60S y 40S, respectivamente.

💡 Truco mnemotécnico

Activación del aminoácido, iniciación, elongación, terminación y plegamiento.

📊 Tablas de síntesis

Comparación entre ADN y ARN