Operación Mundo: Bioloxía, Xeoloxía e Ciencias Ambientais 1 Bacharelato (demo)

S.Clemente, A. Domínguez, A.Olmos, A. B. Ruiz

Índice

4 As funcións vitais nas plantas

• Por que estudar as plantas? Celestino Mutis

1. A nutrición nas plantas

2. A relación nas plantas

3. A reprodución nas plantas

1 A base molecular da vida

• Por que estudar a composición dos seres vivos? Margarita Salas

1. A composición da materia viva

2. A auga e os sales minerais

3. Os glícidos

4. Os lípidos

5. As proteínas

6. Os ácidos nucleicos

7. A organización dos seres vivos

8. As fronteiras da vida

Traballa co aprendido

2 A organización celular e os tecidos

• Por que estudar a organización celular? Santiago Ramón y Cajal

1. A célula: unidade de vida

2. Os modelos de organización celular

3. O metabolismo celular

4. A reprodución celular: o ciclo celular

5. A reprodución celular: a mitose

6. A reprodución celular: a meiose

7. Os ciclos biolóxicos

8. A especialización celular

9. Os tecidos vexetais

10. Os tecidos animais

Traballa co aprendido

3 A clasificación da vida

• Por que estudar taxonomía? Lynn Margulis

1. Como se clasifican os seres vivos

2. Cinco reinos ou tres dominios?

3. O reino das moneras

4. O reino dos protoctistas

5. O reino dos fungos

6. O reino das plantas

7. O reino dos animais

Traballa co aprendido

4. As adaptacións das plantas ao medio

Traballa co aprendido

5 A nutrición nos animais

• Por que estudar a nutrición dos animais? Marcelo Malpighi

1. A función de nutrición nos animais

2. A obtención de nutrientes orgánicos

3. O intercambio de gases

4. O transporte de substancias

5. A excreción

Traballa co aprendido

6 A relación nos animais

• Por que estudar a función de relación?

Elena García Armada

1. Os procesos da relación

2. Os receptores sensoriais

3. O sistema nervioso dos animais invertebrados

4. O sistema nervioso dos animais vertebrados

5. O funcionamento do sistema nervioso

6. A coordinación hormonal

7. O sistema endócrino dos animais invertebrados

8. O sistema endócrino dos animais vertebrados

9. A resposta. Os efectores

Traballa co aprendido

7 A reprodución nos animais

• Por que estudar a reprodución nos animais? Anne Mclaren

1. Así se reproducen os animais

2. A reprodución asexual

3. A reprodución sexual

4. A gametoxénese

5. A fecundación

6. O desenvolvemento embrionario

7. O desenvolvemento postembrionario

8. Reprodución e adaptación

Traballa co aprendido

104

132

160

188

• Por que estudar a dinámica da Terra?

Inge Lehmann

1. O estudo do noso planeta

2. A atmosfera e a súa dinámica

3. A hidrosfera e a súa dinámica

4. A estrutura da xeosfera

5. A dinámica terrestre: deriva continental e extensión dos océanos

6. A teoría da tectónica de placas

7. Consecuencias da dinámica terrestre Traballa co aprendido

12 A evolución da vida na Terra

• Por que estudar a historia da vida na Terra? Charles Darwin

1. A evolución: a orixe da biodiversidade

2. As teorías evolutivas actuais

3. A especiación

4. A orixe da vida

5. A evolución da vida na Terra

Traballa co aprendido

13 O medio ambiente e a súa dinámica

• Por que estudar os ecosistemas? Ramón Margalef

1. A biosfera e os ecosistemas

2. Os factores abióticos

310

• Por que estudar a composición da Terra? Florence Bascom

1. A composición da xeosfera

2. A clasificación dos minerais

3. As propiedades dos minerais

4. O magmatismo e as rochas magmáticas

5. O metamorfismo e as rochas metamórficas

6. A formación das rochas sedimentarias

7. As rochas e os minerais na nosa vida Traballa co aprendido

3. Os factores bióticos

4. As relacións tróficas

5. Os parámetros tróficos e as pirámides ecolóxicas

6. O fluxo de enerxía no ecosistema

7. Os ciclos da materia nos ecosistemas

Traballa co aprendido

336

• Por que estudar os cambios no relevo terrestre? William Morris Davis.

1. O relevo evoluciona

2. Os procesos endóxenos e o relevo

3. Os procesos exóxenos e o relevo

4. Os riscos xeolóxicos

Traballa co aprendido

11 A historia xeolóxica da Terra

• Por que estudar o pasado da Terra?

Charles Lyell

1. O pasado xeolóxico

2. O rexistro estratigráfico

3. O tempo xeolóxico: os métodos de datación

4. Mapas e cortes xeolóxicos

5. A reconstrución da historia xeolóxica

6. A historia xeolóxica da Terra

Traballa co aprendido

288

• Por que estudar o medio ambiente? Rachel Carson

1. O medio ambiente e a súa importancia

2. A xestión dos recursos e os impactos ambientais

3. A contaminación

4. O cambio climático

5. Os efectos do cambio climático

6. O desenvolvemento sostible

Traballa co aprendido

DIFUNDE A CIENCIA

A divulgación científica permítenos facer accesible o coñecemento científico para toda a sociedade. Ao longo da historia, a divulgación foi de vital importancia para mellorar a calidade de vida das persoas. Coa aparición de internet o acceso á información científica converteuse en algo moito máis sinxelo, pero segue ocasionando algúns problemas como encontrar información concreta no océano que é internet, que esta se axuste ao nivel de concreción que necesitamos ou que sexamos capaces de diferenciar os datos científicos dos que non o son.

A orixe da vida, a evolución e a clasificación dos seres vivos son algúns dos temas científicos que seguen sendo descoñecidos para boa parte da sociedade. Cando se orixinou a vida? Por que se di que o ser humano vén do mono? Por que xa non hai dinosauros? Cal é o mecanismo da evolución? Por que o rexistro fósil está incompleto? Son algunhas das preguntas máis comúns que xorden ao falar da ciencia da evolución.

O RETO: propoñémosvos xerar diversos materiais de divulgación en distintas plataformas e formatos para dar a coñecer algúns dos aspectos máis importantes da actualidade científica no campo da evolución, prestándolles especial atención ás teorías da orixe da vida e á importancia da clasificación dos seres vivos.

PERFIL DE SAÍDA

Consulta e descarga o perfil de saída en anayaeducacion.es

SECUENCIA DE APRENDIZAXE

Concretade o tema da vosa investigación

Cales son as principais dúbidas relacionadas con este tema?

Buscade información que permita resolver esas preguntas

Ordenade a información e reformuládea para facela accesible

CIDADES E COMUNIDADES SOSTIBLES

ALIANZAS PARA LOGRAR OS OBXECTIVOS

DEIXA A TÚA PEGADA

Mediante a divulgación científica facemos accesible a ciencia a toda a poboación, motivamos outras persoas a cuestionarse o porqué das cousas, a ter curiosidade por cousas que descoñecían e a querer saber máis.

1. Realizade un estudo no voso ámbito educativo preguntando de forma anónima curiosidades sobre que dúbidas teñen sobre a orixe da vida, a evolución ou a clasificación dos seres vivos. Seleccionade as dúbidas máis comúns e intentade respondelas. Podedes ampliar a enquisa preguntando por calquera dúbida relacionada coa ciencia.

2. Gravade un vídeo no que respondades a todas as preguntas usando recursos audiovisuais para facilitar as explicacións e difundídeos no voso ámbito.

3. Facede unha segunda enquisa para valorar o impacto do voso contido divulgativo. Con esta enquisa poderedes comprobar o impacto dos vosos vídeos científicos. Algún necesita mellora? Se o estudo revela que algún non foi eficaz, reformulade o contido e gravade unha nova explicación.

Contextualización do tema escollido sobre Bioloxía/ Ciencia.

Argumentación (motivos, causas, etc.) da selección para a proposta.

Evidencias que demostren o argumentado (fontes de información, enquisas, etc.).

Resultados das enquisas dos teus compañeiros e das familias. Busca solucións.

REVISA AS TÚAS COMPETENCIAS E O TRABALLO EN GRUPO

Investiga, encontra solucións, difunde a ciencia de forma creativa. Amplía a sociedade.

Revisa as competencias que traballaches e o desempeño do teu grupo neste proxecto enchendo a rúbrica que podes encontrar en anayaeducacion.es

Seleccionade os formatos audiovisuais para a divulgación

Divulgade os contidos que creastes

Analizade o impacto da vosa acción de divulgación

A base molecular da vida

POR QUE ESTUDAR...

… A COMPOSICIÓN DOS SERES VIVOS?

Os seres vivos estamos compostos do mesmo tipo de materia ca o resto de corpos que nos rodean. Non obstante, a nosa composición química é moi particular. Unha química moi especial que dotou o noso pequeno canto do universo de algo tan marabilloso como singular: a vida. Un dos grandes avances no coñecemento dos seres vivos foi o desenvolvemento da chamada bioloxía molecular. Todos os procesos que teñen lugar na célula baséanse en reaccións químicas entre as súas moléculas. Ademais, os procesos moleculares son os responsables da interacción entre as células dun organismo, de organismos diferentes e, mesmo, da consciencia e do raciocinio humanos.

O estudo das biomoléculas e das súas interaccións é un paso esencial para as persoas que se dedican á ciencia. Permítelles comprender os mecanismos dos procesos vitais e descubrir a forma de intervir neles cando non funcionan correctamente. Estudar a química dos seres vivos axudarache a coñecer e comprender o seu funcionamento.

RESPONDEMOS EN GRUPO

1. Entre as ramas da ciencia que estudan a composición dos seres vivos encóntranse a bioquímica e a bioloxía molecular. Investigade en grupo como se pode chegar a ser un profesional destas ciencias e expoñédeo na clase.

• Que estudos se deben realizar para poder exercer estas profesións? Como se accede a eles?

• Que diferenzas hai entre estas dúas disciplinas?

• Que capacidades (observación, tenacidade, minuciosidade...) deben ter as persoas que decidan realizar estes estudos?

• Cales son as posibles saídas profesionais que teñen as persoas que realizan estes estudos?

MARGARITA SALAS

Margarita Salas é unha gran química, viróloga, investigadora científica e inmunóloga española.

As súas investigacións céntranse no estudo da resposta inmunitaria fronte ás infeccións causadas por virus, e, en especial, en aspectos relacionados coa base do funcionamento das vacinas. Entre as súas investigacións destaca o estudo de mecanismos moleculares e a presentación de antíxenos, que foron a base de varios ensaios clínicos de deseños de vacinas fronte ao virus da sida ou da malaria. Tamén descubriu, xunto ao seu equipo, un novo mecanismo de inicio da replicación do material xenético do fago Phi29, ao encontrar que o ADN deste fago ten unha proteína unida aos seus extremos que é fundamental para que comece a duplicación. Pero o seu achado máis relevante foi descubrir o ADN-polimerasa estudando o mecanismo mediante o cal un fago infecta unha bacteria e reprodúcese no seu interior. Esta proteína ten unha propiedade que a fai única para amplificar o ADN: consegue miles ou ata millóns de copias de ADN partindo de cantidades moi pequenas. O descubrimento desta proteína patentouse e os seus beneficios repercutiron ata 2009 no CSIC.

Que vas descubrir?

Nesta unidade

• Por que estudar a composición dos seres vivos

1. A composición da materia viva

2. A auga e os sales minerais

3. Os glícidos

4. Os lípidos

5. As proteínas

6. Os ácidos nucleicos

7. A organización dos seres vivos

8. As fronteiras da vida

• Traballa co aprendido

En anayaeducacion.es

Para motivar

• Fenómenos osmóticos nas células

• Obxectivos de Desenvolvemento Sostible. Meta 2.1

Para detección de ideas previas

• Avaliación de ideas previas

Para aprender

• Como facer un mapa conceptual xerárquico

• Os fosfolípidos e as membranas celulares

• Os tipos de aminoácidos

• Como facer un organigrama radial

• Modelos que explican a especifidade dos enzimas

• Luc Montagnier

Para exercitar

• Aprende xogando

• Ponte a proba

Os contidos e as actividades desta unidade poden resultar de utilidade para a realización do proxecto multidisciplinario «Difunde a ciencia» que se presenta no anexo.

A composición da materia viva

1.1. Características que definen os seres vivos

Todos os seres vivos que habitan na Terra teñen en común tres características que permiten diferencialos da materia non-viva:

• Unha composición química similar. A pesar das diferenzas existentes entre eles, todos os seres vivos están compostos polos mesmos elementos químicos, entre os que destaca o carbono.

• Organízanse a partir de unidades similares. Todos os seres vivos están formados por células.

• Levan a cabo as mesmas funcións vitais: a nutrición, que lles permite obter materia e enerxía do medio e transformala en substancias complexas para o seu mantemento; a relación, que lles permite detectar os cambios do medio e manter o seu equilibrio controlando todas as súas funcións, e a reprodución, que lles permite perpetuar a especie.

1.2. Os bioelementos

Os seres vivos están compostos por átomos e moléculas dos mesmos elementos químicos que forman o resto do universo, pero organizados dun xeito especial, o que lle confire á materia viva un maior grao de complexidade, tanto química coma estrutural.

Os bioelementos son os elementos químicos que interveñen na formación dos seres vivos. Clasifícanse, segundo a súa abundancia, en bioelementos primarios, secundarios e oligoelementos.

• Os bioelementos primarios supoñen o 96 % da materia viva e son indispensables para formar as biomoléculas que constitúen os seres vivos. O elemento principal é o carbono (C), e xunto a el encóntranse o hidróxeno (H), o osíxeno (O), o nitróxeno (N), o fósforo (P) e o xofre (S). Estes elementos, e non outros, son os idóneos para a vida, xa que son relativamente abundantes, asimílanse doadamente, teñen unha masa atómica baixa e forman enlaces covalentes moi estables.

• Os bioelementos secundarios, aínda que aparecen en menor cantidade, levan a cabo funcións fisiolóxicas importantes. Son principalmente o sodio (Na), o potasio (K), o magnesio (Mg), o calcio (Ca) e o cloro (Cl).

• Os oligoelementos están presentes en proporción moi pequena. Non obstante, son indispensables. Moitos deles actúan como catalizadores nas reaccións químicas. Entre eles encóntranse o ferro (Fe), o cobre (Cu), o iodo (I) ou o litio (Li).

Actividades

1 Que características dos bioelementos os fan idóneos para os seres vivos?

2 Como se clasifican os bioelementos?

3 Clasifica os seguintes elementos: Cu, Mo, C, O, Ca, Mg, Fe, I, H, Na e Cl.

COMPARTIMOS ELEMENTOS COA CODIA TERRESTRE?

Coñécense máis de cen elementos químicos dos que só 60 forman parte da materia viva e 25 deles son comúns a todos os seres vivos. Ademais 6 dos 60 constitúen o 96 % da materia da que estamos formados. Na táboa, móstranse algúns destes elementos químicos e a súa abundancia en % en peso na codia terrestre e no ser humano. Que diferenzas encontras ao comparar o % de abundancia entre elementos da codia terrestre e do ser humano?

Que elementos representan o 96 % da materia que forman os seres vivos?

Dos elementos que aparecen na táboa, cales son bioelementos primarios? Hai algún oligoelemento?

Características do átomo de carbono

O carbono é o elemento químico esencial no que se basea a vida no noso planeta. As súas propiedades químicas permítenlle formar estruturas que serven de base para a construción das biomoléculas orgánicas.

As características do átomo de carbono son a súa tetravalencia, que pode formar longas cadeas e que permite unha gran variabilidade molecular.

A tetravalencia

O átomo de carbono únese, como máximo, a outros catro átomos. Pode formar enlaces covalentes con outros átomos de carbono; estes poden ser sinxelos, dobres ou triplos. Son enlaces estables que acumulan moita enerxía, que pode ser liberada cando rompen. Nas moléculas orgánicas, a maioría dos enlaces son sinxelos. Nesta situación, o carbono compórtase coma se estivese no centro dun tetraedro (imaxe da molécula de metano), cuxos vértices corresponden ás súas catro valencias, o que dota a molécula dunha estrutura tridimensional.

Pode formar longas cadeas

Os tetraedros tenden a unirse lateralmente a outros, formando cadeas longas e resistentes (cadeas carbonadas). As máis sinxelas e frecuentes son as cadeas de hidrocarburos, onde o esqueleto de carbono se completa unicamente con átomos de hidróxeno. As cadeas de carbono poden ser lineais, ramificadas ou cíclicas, é dicir, pechadas en forma de anel. Ademais de saturadas (teñen enlaces sinxelos) e insaturadas (teñen dobres ou triplos enlaces).

Permite gran variabilidade molecular

O carbono permite a existencia de gran variabilidade molecular, xa que pode formar enlaces con distintos elementos. Combínase dunha forma estable co H, O, e N, formando diversos grupos funcionais, que poden converterse uns noutros mediante reaccións químicas de oxidación redución (red-ox).

Actividades

4 Que tipos de enlace se establecen entre os átomos de carbono?

5 Debuxa unha cadea hidrocarbonada insaturada, de oito átomos de carbono, con algunha ramificación.

Molécula de metano (tetravalencia)

Enlace covalente sinxelo

Cadea

Átomo de carbono no centro do tetraedro

Átomo de hidróxeno no vértice do tetraedro

Tipos de cadeas e enlaces que pode formar o átomo de carbono

Molécula de etano (enlace C–C sinxelo)

Cadea ramificada

Molécula de isobutano

Cadea ramificada

Molécula de ciclopropano (cadea cíclica)

Dobres enlaces

Molécula de eteno (enlace C=C dobre)

Triplos

Molécula de etino (enlace C≡C triplo)

1.3. As biomoléculas orgánicas e os compostos inorgánicos

As biomoléculas orgánicas son moléculas exclusivas dos seres vivos, formadas pola combinación de diferentes bioelementos. Os compostos inorgánicos non son exclusivos dos seres vivos e son a auga, os sales minerais e algúns gases.

As biomoléculas orgánicas

As biomoléculas orgánicas, exclusivas da materia viva, son os glícidos ou hidratos de carbono, os lípidos, as proteínas e os ácidos nucleicos.

As propiedades das moléculas orgánicas veñen determinadas por:

• A disposición dos átomos de carbono (cadea lineal, ramificada...).

• A lonxitude da cadea, que diminúe a polaridade da molécula, é dicir, a súa capacidade para establecer interaccións electrostáticas e, polo tanto, a súa solubilidade en auga.

• O grupo funcional, que caracteriza a molécula e que lle confire propiedades específicas.

Os grupos funcionais

Un grupo funcional é un átomo ou conxunto de átomos que substitúen un ou máis dos hidróxenos unidos á cadea carbonada e que lle confiren á molécula as súas propiedades características.

Principais grupos funcionais de interese biolóxico

Actividades

6 Que é un grupo funcional?

7 Descubre o grupo ou grupos funcionais presentes nos seguintes compostos: metionina, etanol, galactosa, ácido oleico, testosterona.

Grupo funcional Fórmula xeral Importancia biolóxica Clase de composto Exemplo

Hidroxilo R-OH

Confire polaridade. Forma pontes de hidróxeno. Alcohol Metanol

Carboxilo R-COOH

É un ácido débil, polo tanto, dador de hidróxeno: cando perde un ión hidróxeno adquire carga negativa.

Ácido orgánico Ácido graxo

Carbonilo R-CHO

Confire polaridade permitindo a súa solubilidade. É característico dos azucres.

Aldehido Glicosa

Cetona Frutosa

Amino R-NH2

É unha base débil (aceptor de hidróxeno): cando acepta un ión hidróxeno adquire carga positiva.

Amina Aminoácido

Éster R-COOR

Hidrolízanse con auga descompoñéndose en ácidos e alcohois.

Éster Colesterol

Fosfato R-PO4H2

É un ácido (dador de hidróxeno), en solución presenta habitualmente carga negativa.

Composto fosforilado

ATP (adenosín trifosfato)

Os tipos de fórmulas dos compostos do carbono

A fórmula molecular. Indica o número total de átomos que forman a molécula, como, por exemplo,

C2H6

C2H6 CH3 CH3

H H C H

A fórmula semidesenvolvida. Adoita ser a máis utilizada, e nela aparecen agrupados todos os átomos que están unidos a un mesmo átomo de C.

H H C H C2H6 CH3 CH3

A Escribe as fórmulas molecular e desenvolvida dun hidrocarburo de cadea lineal saturada de seis átomos de carbono.

1.4. A isomería

Os isómeros son substancias químicas diferentes que teñen a mesma fórmula molecular.

Existen dous tipos de isomería: a estrutural e a espacial.

A isomería estrutural

Nesta isomería, os mesmos átomos constitúen diferentes moléculas. Prodúcese cando:

• Aparecen grupos que poden ter diferentes posicións na cadea (isómeros de cadea); por exemplo, un grupo funcional que pode situarse en máis dunha posición ou unha cadea que pode ser lineal ou ramificada.

• Hai diferentes grupos funcionais, formados polos mesmo átomos; por exemplo, un aldehido e unha cetona.

A isomería espacial

A isomería espacial ou esteroisomería prodúcese cando existen grupos que poden ter diferentes orientacións espaciais, xerando moléculas con estruturas tridimensionais diferentes. Algúns tipos de isomería espacial son:

• A isomería xeométrica cis/trans, na que dous grupos poden estar situados cara ao mesmo lado da estrutura (isómero cis) ou cara a lados diferentes (isómero trans).

• A isomería óptica débese á presenza de carbonos asimétricos (carbonos unidos a catro grupos diferentes). Estes poden presentar diferentes orientacións, orixinando moléculas que son imaxes especulares; é dicir, non se poden superpoñer. Adóitanse denominar formas D-(dextroxira) e L-(levoxira).

A fórmula desenvolvida. Indica como se encontran unidos entre si os átomos que forman a molécula

H

H C H

H

H C H CH3 CH3

B Os alcohois teñen un grupo funcional –OH unido a un átomo de carbono. Poderías engadir este grupo funcional ao composto que escribiches no apartado anterior?

Tipos de isómeros

Isómeros estruturais

Isómeros funcionales CH3 CH3 O

Isómeros espaciais

Isómeros de cadea

H3C

cis/trans

Isómeros

Isómeros

Isómeros

H2 H2

CH2

C

H3C CH3

H3C CH3 C

A auga e os sales minerais

A auga e os sales minerais son os compostos inorgánicos que compoñen a materia viva. Diferéncianse das biomoléculas orgánicas en que están presentes tamén na materia inerte.

2.1. A estrutura da auga

A auga é a substancia química máis abundante da materia viva.

A molécula de auga está formada por dous átomos de hidróxeno e un de osíxeno, que ao unirse distribúen de forma irregular os electróns que comparten, quedan máis próximos ao átomo de osíxeno por ser este máis electronegativo.

Este feito confírelle á molécula de auga un carácter dipolar; é dicir, ten unha parte con maior densidade de carga negativa (electronegativa) máis preto do osíxeno e unha parte con maior densidade de carga positiva (electropositiva) sobre os hidróxenos.

O carácter dipolar da auga permítelle establecer enlaces por pontes de hidróxeno con outras moléculas de auga, formando así grupos de maior masa molecular que fan que a temperatura ambiente se encontre en estado líquido. A auga tamén pode formar pontes de hidróxeno con outras substancias polares.

Estrutura dipolar da auga

Átomo de hidróxeno

Densidade de carga positiva

Densidade de carga negativa

Estrutura da auga líquida

Enlace covalente

Átomo de osíxeno

As propiedades e as funcións da auga

Propiedade da auga Función biolóxica nos seres vivos

A polaridade da molécula fai que sexa o principal disolvente biolóxico.

Enlaces por pontes de hidróxeno.

A elevada calor específica e a elevada calor latente de vaporización permítenlle acumular grandes cantidades de calor, que libera lentamente, amortecendo así os cambios de temperatura.

A menor densidade en estado sólido, debido á dilatación que sofre a auga ao conxelarse, permite que o xeo flote sobre a auga líquida.

A elevada forza de cohesión que presentan as moléculas de auga, grazas ás pontes de hidróxeno, fai que a auga sexa un líquido con elevada tensión superficial.

• A auga ten unha función de transporte, sendo o medio no que circulan a maioría de substancias polo interior dos organismos.

• A auga ten unha función metabólica, xa que é o medio onde se ocasionan a maioría das reaccións bioquímicas, nas que pode intervir como reactivo ou produto.

• A auga cumpre unha importante función termorreguladora, que axuda a manter constante a temperatura dos seres vivos.

• O xeo que se forma na superficie das masas de auga ten unha función termoillante, grazas á cal é posible a existencia de vida acuática nos climas moi fríos.

• Permite o desprazamento de pequenos organismos sobre a superficie da auga e o fenómeno da capilaridade.

• A auga ten unha función mecánica amortecedora, evitando, por exemplo, o rozamento de estruturas óseas durante o movemento.

• A auga ten unha función estrutural, xa que lles dá volume ás células.

2.2. Os sales minerais

Os sales minerais son compostos inorgánicos que realizan gran variedade de funcións. Nos organismos preséntanse fundamentalmente de dúas formas: como sales precipitados ou disoltos en auga.

Os sales precipitados

Estes sales, principalmente, teñen unha función esquelética; é dicir, danlle consistencia a estruturas esqueléticas. Por exemplo, os carbonatos forman as cunchas ou coirazas de moitos animais, os fosfatos deposítanse nos ósos, ou os silicatos encóntranse no esqueleto interno das esponxas.

Os sales disoltos

Na auga, os sales encóntranse disociados en anións como cloruros, fosfatos, carbonatos, nitratos, bicarbonatos..., e catións, como calcio, magnesio, ferro, sodio, potasio... Estes ións teñen diferentes funcións:

• Funcións reguladoras, que contribúen ao mantemento da homeostase, ou estabilidade do medio interno, a través de procesos como:

– O mantemento da salinidade e pH constantes dentro do organismo.

– A regulación da actividade encimática.

– A regulación da presión osmótica e o volume celular.

• Funcións específicas, nas que interveñen algúns sales; por exemplo:

– A contracción muscular, na que interveñen o sodio, o potasio e o magnesio.

A coagulación sanguínea, na que desempeña un papel fundamental o calcio.

– A transmisión do impulso nervioso, na que actúan o sodio, o potasio e o calcio.

ORGANIZA A TÚA MENTE

AS SUBSTANCIAS INORGÁNICAS

son son

Introduciuse un ovo de galiña nunha disolución de vinagre durante 72 horas. Ao cabo dese tempo obsérvase que o ovo está recuberto por unha membrana que pode considerarse semipermeable e que aumentou o seu tamaño como mostra a fotografía. Podes explicar este fenómeno?

Recorda que entre dous medios de diferente concentración, separados por unha membrana semipermeable (como as membranas celulares) se produce o fenómeno da osmose, polo cal as concentracións dos dous medios tenden a igualarse. Como o soluto non pode atravesar a barreira, a auga pasa á parte máis concentrada, chegando a provocar unha diferenza de presión: a presión osmótica.

A continuación, lávase o ovo e introdúcese nunha disolución saturada de azucre, e espérase 24 horas. Ao cabo dese tempo o ovo engúrrase.

Podes explicar que lle sucedeu ao ovo?

Mapa conceptual xerárquico. Amplía o esquema, no teu caderno, dos compostos inorgánicos, engadindo as funcións máis importantes dos sales precipitados e disoltos en auga. Aprende a facer un mapa conceptual co recurso dispoñible en anayaeducacion.es

Os sales minerais, que poden estar

Precipitados Disoltos

Os glícidos ou hidratos de carbono son biomoléculas orgánicas, formadas fundamentalmente por carbono, hidróxeno e osíxeno, e que responden á fórmula xeral

C nH2nOn

Os glícidos pódense clasificar en tres grandes grupos, dependendo do seu tamaño e estrutura: os monosacáridos, os disacáridos e os polisacáridos.

Os glícidos denomínanse tamén azucres, debido ao seu sabor doce.

3.1. Os monosacáridos

Os monosacáridos son os glícidos máis sinxelos, non se descompoñen en moléculas máis pequenas.

Algúns monosacáridos importantes son a glicosa, a frutosa e a ribosa.

Características dos monosacáridos

Estes glícidos presentan as seguintes características:

• Conteñen de 3 a 7 átomos de C, unidos entre si.

• Cada átomo de carbono está unido a un grupo funcional, que pode ser:

– Un grupo carbonilo: un grupo aldehido nun carbono terminal, ou un grupo cetona no carbono máis próximo ao carbono terminal.

– Un grupo hidroxilo unido a cada un dos carbonos restantes.

• A partir de cinco átomos de C, os monosacáridos en disolución tenden a pecharse, formando unha estrutura cíclica. Esta estrutura cíclica pode ser de cinco átomos de carbono, denominada furanosa; ou de seis átomos de carbono, denominada piranosa.

Nomenclatura e clasificación dos monosacáridos

Os monosacáridos clasifícanse atendendo a diferentes criterios, para os que se utiliza unha nomenclatura, á que se engade sempre a terminación -osa. Estes criterios son:

• O número de átomos de carbono que conteñen. Para indicalo úsanse os prefixos tri- (3), tetra- (4), penta(5), etc. Así os monosacáridos clasifícanse e noméanse como triosas, tetrosas, pentosas, etc.

• O grupo funcional (aldehido ou cetona). Para indicalos empréganse os prefixos aldo- (se se trata dun grupo aldehido) e ceto- (se se trata dun grupo cetona). Polo tanto, os monosacáridos poden ser aldosas e cetosas. Por exemplo, a glicosa é un monosacárido que contén seis átomos de C e un grupo aldehido en posición terminal, polo que dicimos que é unha aldohexosa.

Os monosacáridos e a isomería

Os monosacáridos presentan isomería estrutural e espacial.

Isomería estrutural

O H

Aldehido

H C HO H C

C HO

Isomería espacial

Glicosa D-Glicosa Frutosa L-Glicosa Cetona Mesma fórmula molecular C CH2OH O H H C OH H C OH H C OH H C HO C CH2OH O H HO C H H H H C OH HO C C HO CH2OH H H H OH OH H OH OH H CH2OH H H H OH OH H OH OH H Enantiómeros α-D-glicosa β-D-glicosa Anómeros cíclicos 3

É o caso da glicosa e da frutosa, que comparten a mesma fórmula molecular (C6H12O6), pero teñen grupos funcionais diferentes: a glicosa, un grupo aldehido; a frutosa, un grupo cetona. C CH2OH C6H12O6

C6H12O6 CH2OH C H C

OH OH

H

3.2. Os disacáridos

Os disacáridos son glícidos sinxelos, formados por dous monosacáridos unidos mediante un enlace covalente, denominado O-glicosídico.

Algúns disacáridos de interese biolóxico

• A sacarosa, formada pola unión dunha molécula de glicosa e unha molécula de frutosa. É o azucre común, que se obtén da cana de azucre e da remolacha.

• A lactosa, formada pola unión dunha molécula de glicosa e unha molécula de galactosa. É o azucre presente no leite.

• A maltosa, formada pola unión de dúas moléculas de glicosa. Na natureza aparece como resultado da dixestión de polisacáridos complexos, como, por exemplo, o amidón ou a celulosa.

O enlace O-glicosídico

Este enlace fórmase entre dous grupos hidroxilo, un de cada unha das moléculas de monosacárido, e sempre con desprendemento dunha molécula de auga.

SABÍAS QUE...?

Os disacáridos hidrolízanse, é dicir, descompóñense nos monosacáridos que os forman. Estas reaccións químicas de hidrólise están catalizadas por enzimas que son específicos para cada disacárido. Denomínanse segundo o nome do azucre que hidrolizan, ao que se lle engade o sufixo –asa. Por exemplo, a sacarasa é o enzima que degrada a sacarosa, transformándoa en glicosa e frutosa.

Despréndese unha molécula de auga.

Actividades

1 Escribe a fórmula da glicosa (seis átomos de carbono) e da ribosa (cinco átomos de carbono).

2 Deduce o número de átomos de carbono e o grupo funcional dunha heptocetosa, unha aldotriosa e unha aldopentosa. Poderías construír a molécula desta última?

3 En que tres grandes grupos se clasifican os glícidos? Que cres que indican os seus nomes?

4 Por que cres que se di que os monosacáridos son polialcohois?

5 Explica coas túas propias palabras como se forma o enlace O-glicosídico.

6 Que tipo de isómeros son a α-D-glicosa e a β-Dglicosa? Debúxaos no teu caderno.

7 Como se denominan os enzimas que degradan especificamente a lactosa e a maltosa?

3.3. Os polisacáridos

Os polisacáridos son glícidos complexos, formados por centos ou miles de moléculas de monosacáridos, unidos mediante enlaces O-glicosídicos.

Os polisacáridos caracterízanse por non ter sabor doce.

Algúns polisacáridos de interese biolóxico

• A celulosa, de orixe vexetal, está formada por cadeas lineais de β-D-glicosa. Estas cadeas enlázanse entre si mediante pontes de hidróxeno, formando unha estrutura fibrosa.

• O amidón, de orixe vexetal, está formado por dous tipos de moléculas, a amilosa e a amilopectina, ambas as dúas compostas de α-D-glicosa. A amilosa está constituída por cadeas lineais, que forman estruturas helicoidais. A amilopectina está formada por cadeas ramificadas.

• O glicóxeno, de orixe animal, está formado por cadeas de α-D-glicosa cun alto grao de ramificación.

3.4. As funcións dos glícidos

Os glícidos cumpren importantes funcións para a célula.

Función enerxética

• A glicosa é a principal fonte de enerxía para a célula. Utilízase como combustible na respiración celular. Monosacáridos, como a frutosa, disacáridos e polisacáridos transfórmanse na célula en glicosa, proporcionando tamén enerxía.

• Algúns polisacáridos constitúen moléculas de reserva enerxética para a célula. O amidón almacénase nas células vexetais, fundamentalmente en tubérculos e sementes. O glicóxeno almacénase nas células do fígado e do músculo esquelético nos animais.

Función estrutural

• A celulosa é o compoñente principal das paredes celulares das células vexetais.

• A ribosa e a desoxirribosa forman parte da estrutura dos ácidos nucleicos.

Outras funcións

Algúns glícidos son precursores doutras substancias con función reguladora, por exemplo, a glicosa é o precursor da vitamina C ou ácido ascórbico.

Existen glícidos unidos a algunhas das proteínas das membranas celulares, glicoproteínas, implicadas no recoñecemento entre células.

Actividades

8 Investiga que enzimas hidrolizan no noso organismo o amidón.

9 En que se parecen e en que se diferencian a celulosa, o amidón e o glicóxeno?

10 Cales son as principais funcións dos glícidos no noso organismo?

Os lípidos

Os lípidos son un grupo de biomoléculas moi diversas, formados por carbono, hidróxeno, osíxeno e en ocasións fósforo. Caracterízanse por ser pouco densas, insolubles en disolventes polares, como a auga, e solubles en disolventes orgánicos apolares, como o éter ou o cloroformo.

4.1. A clasificación dos lípidos

Os lípidos clasifícanse en dous grandes grupos: lípidos saponificables e non-saponificables, segundo conteñan ou non ácidos graxos na súa estrutura.

• Os lípidos saponificables son os máis abundantes. Son ésteres de ácidos graxos. Estes lípidos reaccionan con bases fortes (NaOH ou KOH) dando como produtos da reacción sales de ácidos graxos e alcohois. Esta reacción coñécese como reacción de saponificación. Son lípidos saponificables as graxas, os fosfolípidos, os glicolípidos e as ceras.

• Os lípidos non-saponificables non teñen ácidos graxos na súa composición; polo tanto, non dan a reacción de saponificación. Son os terpenos e os esteroides.

4.2. Os ácidos graxos

Son ácidos orgánicos que presentan as seguintes características:

• Están formados por unha cadea hidrocarbonada longa, cun número par de átomos de carbono, comprendido entre 12 e 24.

• Teñen como grupo funcional un grupo carboxilo, unido a un dos extremos da cadea.

• Poden ser ácidos graxos saturados, cando a cadea de carbono só ten enlaces simples, e ácidos graxos insaturados, se a cadea ten un ou varios dobres enlaces.

• Os dobres enlaces máis habituais nos seres vivos teñen a forma isomérica cis, que provoca a curvatura da cadea hidrocarbonada. Cando o dobre enlace presenta a forma trans, o ácido graxo mantén unha estrutura lineal, similar á dos ácidos graxos saturados.

Actividades

1 Explica que características teñen en común todos os lípidos e cales se utilizan para diferencialos.

2 Observa a imaxe da dereita e deduce que tipo de dobre enlace presenta o ácido palmitoleico mostrado na ilustración desta páxina.

Reacción de saponificacón

Estrutura dos ácidos graxos

Forma da estrutura dos ácidos graxos segundo a forma isométrica do dobre enlace.

Cis (forma curva)

4.3. Os lípidos saponificables e as súas funcións

As graxas

As graxas están formadas por unha molécula de glicerina (un alcohol) unida a un, dous ou tres ácidos graxos, denominándose neste último caso triacilglicéridos.

Son moléculas hidrofóbicas (repelen a auga), xa que non conteñen grupos polares ou con carga eléctrica. As súas funcións son:

• Almacenar enerxía nas células adiposas animais, ou nalgunhas partes das plantas, como os aceites das sementes ou os froitos.

• Illar termicamente o organismo, situándose baixo a pel de animais de hábitats fríos.

• Protexer órganos vitais como o corazón, o ril, etc.

Os fosfolípidos

A fosfolípidos son lípidos nos que un grupo fosfato entra a formar parte da súa molécula.

Clasifícanse en dous grandes grupos: os fosfoglicéridos e os esfingolípidos.

• Os fosfoglicéridos están formados por glicerina, unida a dous ácidos graxos e a un grupo fosfato, que se une á súa vez a outro alcohol.

• Os esfingolípidos están formados por esfingosina (un aminoalcohol), unida a un ácido graxo e a un grupo fosfato unido a outro alcohol.

Todos os fosfolípidos son anfipáticos, é dicir, presentan unha zona hidrofílica ou cabeza polar (os grupos fosfato e alcohol) e unha zona hidrofóbica ou colas apolares (os ácidos graxos). A súa función é a de constituír a base de todas as membranas plasmáticas, grazas á súa capacidade para formar bicapas nas que a cabeza polar queda no lado externo ou acuoso e as colas apolares se esconden no interior. Os esfingolípidos son específicos das vaíñas de mielina que recobren os axóns neuronais.

SON TODAS AS GRAXAS LÍQUIDAS?

A presenza de insaturacións (dobres enlaces) e a lonxitude das moléculas dos lípidos inflúen sobre o punto de fusión.

Tendo en conta estas características explica por que os aceites son líquidos a temperatura ambiente e as manteigas sólidas.

Zona

Zona hidrófila (afinidade pola auga)

Os glicolípidos

Os glicolípidos están formados por un esfingolípido, que leva unido un glícido de cadea curta e carece de grupo fosfato.

Son un compoñente das membranas celulares. O glícido oriéntase cara ao exterior e actúa como receptor e no recoñecemento celular de determinadas substancias.

As ceras

As ceras están formadas por ácidos graxos que esterifican alcohois de cadea longa. Son lípidos moi apolares e hidrofóbicos.

A súa función é impermeabilizar partes dos seres vivos, como a face das follas, a pel dos froitos, as plumas ou a pelaxe dalgúns animais.

R C O OH + CH2 CH3 (CH2)n HO C O

4.4. Os lípidos insaponificables e as súas funcións

Os esteroides

Os esteroides están formados por un derivado dunha molécula cíclica denominada esterano.

Entre as súas funcións encóntranse:

• Formar parte da membrana celular, como o colesterol, que lle proporciona unha maior rixidez.

• Regular algúns procesos, como a reprodución sexual, no caso das hormonas sexuais; ou o metabolismo do calcio, como a vitamina D.

Os terpenos

Os terpenos están formados por derivados dunha molécula chamada isopreno.

As súas funcións son:

• Participar na fotosíntese, como os pigmentos chamados xantofilas e carotenos.

• Regular algúns procesos celulares, como o β-caroteno, que é o precursor da vitamina A.

CH3 18 17 11 13 14

12 9 10 8 7 6

16 15 CH2 CH2 CH

O CH3 + H2O (CH2)n CH2 R Auga Cera Monoalcohol Esterificación Ácido graxo + +

CH3 19

1 2 3 5 4

CH3 C a b c d

Actividades D C B A

3 Que característica dos fosfolípidos os fai idóneos para formar as membranas celulares?

4 Preparar a tarefa. En parellas, citade todas as hormonas sexuais que recordedes e descubride se son esteroides.

5 O β-caroteno encóntrase en froitas e verduras de cores vermella, amarela e alaranxada. Redacta os beneficios da súa presenza na dieta.

As proteínas

As proteínas están formadas por carbono, hidróxeno, osíxeno, nitróxeno e, en menor cantidade, xofre e fósforo. Son macromoléculas formadas pola unión de unidades máis simples denominadas aminoácidos.

As proteínas son as biomoléculas máis abundantes nos seres vivos, despois da auga. Existen miles de proteínas diferentes, cada unha delas cunha función concreta dentro do organismo.

5.1. Os aminoácidos

Os aminoácidos son moléculas orgánicas que conteñen un grupo amino (-NH2), un grupo carboxilo (-COOH) e unha cadea lateral grupo funcional (R).

Hai moitos aminoácidos diferentes, determinados polo grupo R, aínda que só vinte deles compoñen as proteínas. Estes aminoácidos denomínanse α-aminoácidos porque o grupo amino, o grupo carboxilo e o radical se unen a un átomo de carbono denominado carbono α

Características dos aminoácidos

Debido á presenza dos grupos amino e carboxilo:

• Os aminoácidos presentan un comportamento anfótero, é dicir, poden comportarse como ácidos ou como bases.

• O grupo amino dun aminoácido pode unirse ao grupo carboxilo doutro mediante un enlace peptídico para formar un dipéptido, tripéptido, etc. A unión de moitos aminoácidos dá lugar a polipéptidos e proteínas.

As proteínas son polipéptidos formados por un gran número de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos.

Diferéncianse unhas doutras polo número e pola secuencia dos seus aminoácidos.

Medio ácido, o COO− acepta protóns

neta 5

neta + + R

diminúe H3N CH COO R H3N CH COOH +

Actividades

1 Nomea e explica brevemente a estrutura dun aminoácido.

2 Representa no teu caderno a reacción de formación do dipéptido alanina-leucina mediante un enlace peptídico.

3 Grupo nominal. Descubride que aminoácidos é capaz de fabricar o organismo e cales deben inxerirse coa dieta.

A estrutura das proteínas

As proteínas, segundo a secuencia de aminoácidos, teñen unha estrutura tridimensional, a estrutura nativa, que lles confire a capacidade de realizar unha función biolóxica.

Se a proteína perde esta estrutura, perde a súa función. Este proceso denomínase desnaturalización.

A estrutura primaria a

É a secuencia ou orde dos aminoácidos que forman a proteína. Esta estrutura mantense mediante os enlaces peptídicos, enlaces covalentes estables.

A estrutura secundaria b c

É un pregamento da cadea polipeptídica, no que se producen interaccións entre diferentes aminoácidos, próximos na estrutura primaria. A estrutura mantense grazas a estes enlaces non covalentes, fundamentalmente pontes de hidróxeno. Existen dous tipos de estrutura secundaria, que poden darse en diferentes rexións da mesma proteína, a α - hélice e a β - laminar ou folla pregada β

A estrutura terciaria d

É a forma que adopta a molécula no espazo. A maioría das proteínas teñen unha forma globular, na que a cadea polipeptídica se prega, dando lugar a formas compactas próximas á esfera. Adoitan ser solubles en auga. Esta estrutura mantense grazas a diferentes tipos de interaccións (hidrofóbicas, iónicas...) entre residuos de aminoácidos, que poden estar moi afastados na estrutura primaria, pero que quedan próximos ao pregarse a cadea polipeptídica.

A estrutura cuaternaria e É a unión de varias cadeas proteicas, ou monómeros, entre si, dando lugar a dímeros, trímeros, tetrámeros, etc. Moitas proteínas non alcanzan este nivel de estrutura, sendo o monómero a proteína funcional.

Actividades

4 Que é a desnaturalización das proteínas? Descubre algún proceso da túa vida diaria no que teña lugar.

5 O glicagón é un polipéptido de 29 aminoácidos e a insulina consta de 51 aminoácidos, repartidos en dous monómeros. Recorda as súas funcións e describe as súas estruturas a partir da ilustración da dereita.

As proteínas desnaturalízanse cando rompen as interaccións que manteñen a súa estrutura, debido a cambios de temperatura, de pH ou de salinidade.

Nas proteínas pódense distinguir catro niveis estruturais, que se mostran a continuación.

5 As proteínas

5.2. As funcións das proteínas

As proteínas realizan importantes funcións para os seres vivos:

• Función estrutural. Moitas proteínas forman parte das estruturas celulares e orgánicas. Algúns exemplos de proteínas que realizan esta función son: as glicoproteínas, que forman parte da membrana celular, e interveñen na sinalización; o coláxeno nos tendóns, que lles dá flexibilidade e resistencia aos tecidos; a queratina das uñas ou do pelo, que proporcionan dureza; as histonas que forman parte da cromatina e dos cromosomas.

• Función de reserva. Algunhas proteínas achegan aminoácidos para o desenvolvemento das crías, como a ovoalbúmina do ovo ou a caseína do leite.

• Función de transporte. Algunhas proteínas encárganse de transportar outras substancias; por exemplo, a hemoglobina transporta osíxeno; as lipoproteínas transportan lípidos polo sangue.

• Función de defensa. Os anticorpos defenden o organismo dos axentes patóxenos; o fibrinóxeno e a trombina interveñen na coagulación sanguínea tras unha ferida ou hemorraxia.

• Función contráctil. Algunhas proteínas permítenlles aos organismos desprazarse, como a actina e a miosina, responsables da contracción muscular.

• Función hormonal. As hormonas proteicas regulan multitude de procesos, por exemplo, a insulina e o glicagón, regulan o metabolismo da glicosa; a hormona luteinizante (LH) e a foliculoestimulante (FSH) regulan o ciclo ovárico.

• Función enzimática. Os enzimas encárganse de catalizar ou acelerar as reaccións químicas do metabolismo. Algúns exemplos son a amilase, que degrada o amidón, ou a lipasa, que disgrega os lípidos.

A TEMPERATURA E O PH MODIFICAN AS PROPIEDADES DAS PROTEÍNAS

• O leite contén caseína, unha proteína con función de reserva. Observouse que cando se deixa o leite a temperatura ambiente en días calorosos se corta, mentres que se se deixa no frigorífico non sucede o mesmo.

• A hemoglobina é unha proteína do sangue cuxa función é transportar osíxeno, Como afectaría un cambio de pH no sangue á función da hemoglobina?

Actividades

6 En diferentes organismos, son equivalentes as funcións e as estruturas da hemoglobina e da hemocianina? E da queratina e da quitina?

7 Na actualidade, utilízanse enzimas en moitos procesos industriais. Redacta un breve informe sobre algún deles.

Estrutural Coláxeno Lipasa Amilase

Funcións Dereserva De transporte

Contráctil Dedefensa Fibrinóxeno Anticorpos

Histonas Ovoalbúmina Caseína Hemoglobina Lipoproteínas Enzimática Hormonal Glicagón Insulina Miosina Actina

5.3. Os enzimas

Os enzimas son proteínas que catalizan, é dicir, aumentan a velocidade das reaccións químicas do metabolismo celular.

Aínda que existe unha gran diversidade de enzimas, todos teñen en común as seguintes características:

• Son catalizadores, é dicir, actúan en pequena cantidade e recupéranse indefinidamente (non se consomen).

• Son moi específicos, actúan sobre un ou poucos substratos e cada reacción está catalizada por un enzima específico.

A catálise

Nunha reacción química, os reactivos ou substratos (S) transfórmanse en produtos (P). Este proceso é posible porque a enerxía final dos produtos é menor ca a dos substratos. Pero hai unha barreira enerxética que impide que os substratos se transformen de xeito espontáneo nos produtos. Esta barreira corresponde ao nivel enerxético do estado de transición e denomínase enerxía de activación.

Etapas dunha reacción enzimática

Aproximación do enzima e do seu substrato

a

Substrato

Enzima

Formación do complexo enzima-substrato (estado de transición)

Canto menor sexa a enerxía de activación, maior será a velocidade da reacción.

Os catalizadores actúan diminuíndo a enerxía de activación da reacción, sen modificar o seu balance enerxético nin o equilibrio da reacción.

Enerxía da reacción

Estado de transición

Enerxía de activación sen catalizador

Enerxía de activación con catalizador

Produtos Reactivos

Tempo

As reaccións enzimáticas

Os enzimas son os catalizadores das reaccións que teñen lugar nas células. Grazas a eles, as velocidades de reacción dos procesos celulares teñen lugar a unha velocidade (moito maior) adecuada a eles.

Actividades

8 Pode catalizar un enzima unha reacción enerxeticamente desfavorable? Xustifica a túa resposta. De que depende a especificidade dun enzima?

Este complexo fórmase no centro activo do enzima, que consta dun sitio de unión, formado polos aminoácidos que contactan co substrato, e por un sitio catalítico, formado polos aminoácidos que levan a cabo a reacción.

b

Estado de transición

Formación de produtos e liberación do enzima para que comece un novo ciclo de reacción.

c

Enzima

Produtos

Substratos (S) Estado de transición Produtos (P)

Os ácidos nucleicos

Os ácidos nucleicos, o ADN e o ARN, son macromoléculas encargadas de almacenar e transmitir a información xenética.

Estes ácidos encontráronse por primeira vez no núcleo das células eucariotas.

En canto á súa estrutura, os ácidos nucleicos son polímeros formados por subunidades máis pequenas, os nucleótidos, que conteñen carbono, hidróxeno, osíxeno, nitróxeno e fósforo.

6.1. Os nucleótidos

Existen cinco nucleótidos diferentes, que teñen unha estrutura común, formada por tres compoñentes diferentes:

• Unha pentosa, un monosacárido de cinco átomos de carbono, que pode ser:

– A β-D-ribofuranosa (D-ribosa) no ARN.

– A β-D-desoxirribofuranosa (D-2-desoxirribosa) no ADN.

• Unha base nitroxenada, un composto orgánico cíclico, que contén dous ou máis átomos de nitróxeno, que pode ser de dous tipos:

– Unha purina: a adenina (A) ou a guanina (G).

– Unha pirimidina: a citosina (C), a timina (T) ou o uracilo (U).

– As bases nitroxenadas A, G, C e T encóntranse no ADN, mentres que no ARN o T é substituído polo U.

• Unha molécula de ácido fosfórico.

A formación dun nucleótido

Un nucleótido fórmase pola unión de:

• A pentosa a unha base nitroxenada. Un carbono da pentosa únese a un nitróxeno da base nitroxenada. Este enlace chámase N-glicosídico.

• A pentosa a unha molécula de ácido fosfórico. Un carbono da pentosa (diferente ao que se uniu á base nitroxenada) únese ao ácido fosfórico mediante un enlace éster.

A clasificación dos nucleótidos

Os nucleótidos clasifícanse en:

• Os desoxirribonucleótidos, que conteñen como azucre a D-2-desoxirribosa e como bases nitroxenadas a adenina, a guanina, a citosina e a timina.

• Os ribonucleótidos, que conteñen como azucre a D-ribosa e como bases nitroxenadas a adenina, a guanina, a citosina e o uracilo (que substitúe a timina).

1 Que é unha base nitroxenada? Indica as bases nitroxenadas presentes no ADN e no ARN.

6.2. A formación dos ácidos nucleicos

Os ácidos nucleicos están formados por moitos nucleótidos, que se unen entre si formando longas cadeas.

A unión dos nucleótidos prodúcese mediante un enlace éster entre un grupo OH do ácido fosfórico dun nucleótido e un grupo OH da pentosa do seguinte nucleótido. Polo tanto, cada molécula de ácido fosfórico forma dous enlaces éster, un coa pentosa dun nucleótido e outro coa pentosa do seguinte nucleótido. Este enlace denomínase enlace fosfodiéster.

6.3. O ADN

O ácido desoxirribonucleico ou ADN está formado por deso-xirribonucleótidos, cuxa pentosa é a β-Ddesoxirribofuranosa (D-2-desoxirribosa), e as bases nitroxenadas, A, T, C ou G.

O ADN é a molécula da herdanza, cuxa información vén definida pola secuencia dos nucleótidos e determina as características de cada individuo. Nas células ecucariotas encóntrase no núcleo.

A estrutura do ADN

O ADN ten distintos niveis de complexidade estrutural:

• A estrutura primaria é a secuencia de nucleótidos da cadea.

• A estrutura secundaria é a disposición espacial das dúas cadeas do ADN, determinada por Rosalind Franklin e descrita por Watson e Crick no seu modelo de dobre hélice, segundo o cal:

– As cadeas son antiparalelas, é dicir, teñen sentido oposto.

– As cadeas enfróntanse polas súas bases nitroxenadas, sempre entre unha base púrica e unha base pirimidínica que son complementarias (A=T) ou (G≡C).

– A unión das dúas cadeas prodúcese mediante pontes de hidróxeno entre as bases complementarias.

– A dobre cadea enrólase en forma de hélice dextroxira, é dicir, que xira cara á dereita, vista desde arriba.

– As bases nitroxenadas sitúanse cara ao interior da hélice; as pentosas e os fosfatos forman o esqueleto.

• A estrutura terciaria ten que ver co empaquetamento do ADN. As cadeas de ADN son moi longas, polo que nas células eucariotas o ADN se asocia a proteínas básicas, que permiten a súa condensación en forma de fibras de cromatina e cromosomas.

Actividades

2 Como se chama o enlace que une os nucleótidos nos ácidos nucleicos? A que se debe o seu nome?

3 Debuxa unha molécula de ADN que teña cinco nucleótidos.

4 Na purificación dun fragmento de ADN no laboratorio degradouse unha parte das dúas cadeas. Reconstrúe a cadea que falta e explica como o fixeches.

6.4. O ácido ribonucleico (ARN)

O ácido ribonucleico ou ARN está formado por ribonucleótidos, cuxa pentosa é a β-D-ribofuranosa (D-ribosa), e as bases nitroxenadas son A, U, C ou G.

Características do ARN

• O ARN é monocatenario, non forma unha dobre cadea como o ADN, agás en certos virus, como os reovirus.

• O seu tamaño é menor ca o do ADN, xa que contén un menor número de nucleótidos.

• O ARN pode localizarse tanto no núcleo coma no citoplasma das células eucariotas.

• A estrutura tridimensional do ARN pode ser moi complexa, xa que a miúdo forma pregamentos e apareamentos entre bases nitroxenadas en diferentes rexións da molécula, formando o que se denominan forquitas de estrutura secundaria.

Tipos de ARN

• O ARN mensaxeiro (ARNm). É o ARN que transporta a información para a síntese de proteínas. Este ARN sintetízase no núcleo celular e trasládase ao citoplasma.

• O ARN ribosómico (ARNr). Asóciase cunha gran cantidade de proteínas diferentes e forma os ribosomas. Está composto por moléculas de diferentes tamaños que, nalgunhas zonas, presentan unha estrutura secundaria en forquita.

• O ARN transferente (ARNt). Transporta os aminoácidos aos ribosomas, colocándoos segundo indica a secuencia do ARNm para sintetizar as proteínas. Son moléculas pequenas, formadas por unha soa cadea, pregada, polo que presenta unha estrutura secundaria en forma de forquita nalgunhas zonas. Cada ARNt únese a un aminoácido específico.

6.5. Funcións dos ácidos nucleicos

Os ácidos nucleicos cumpren na célula tres importantes funcións:

• O ADN é a molécula que transmite a información xenética dunha célula á súa descendencia.

• A información contida no ADN é necesaria para que se poidan levar a cabo as funcións celulares. A maior parte da información contida no ADN utilízase para sintetizar proteínas. Neste proceso intervén o ARN.

• O ADN é o que permite os cambios xenéticos nos organismos e, polo tanto, a súa evolución.

Estas importantes funcións que realizan os ácidos nucleicos nas células lévanse a cabo a través de dous procesos fundamentais, que son a replicación e a síntese de proteínas que ten dúas etapas diferenciadas: a transcrición e a tradución.

5 En que se parecen e en que se diferencian o ADN e o ARN?

6 Que tipos de ARN existen nas células? Cal é a súa función?

A replicación e a síntese de proteínas

A replicación

A replicación é o proceso polo cal unha molécula de ADN se duplica, xerándose dúas copias idénticas dela.

Cadeas novas

A partir dun determinado punto, a dobre hélice ábrese e as dúas cadeas de nucleótidos sepáranse.

A síntese de proteínas

1. A transcrición a

A transcrición é o proceso polo que a información dun fragmento de ADN, correspondente a un xene, se copia en forma de molécula de ARN mensaxeiro. A transcrición prodúcese no núcleo das células eucariotas e está catalizada por un enzima denominado ARN polimerasa, que é capaz de sintetizar unha cadea de ARN, mentres avanza pola cadea de ADN. A copia realízase segundo a complementariedade das bases, e nela o T é substituído por U.

2. A tradución b

A tradución é o proceso polo cal se sintetiza unha proteína cunha determinada secuencia de aminoácidos, a partir da información contida no ARNm. A tradución ten lugar no citoplasma das células eucariotas e lévana a cabo os ribosomas, que son capaces de «ler» a información do ARNm, que está codificada en forma de tripletes de nucleótidos (codóns) e unir os aminoácidos nunha determinada secuencia, grazas á complementariedade entre o ARNm e o ARNt. O ARNt, que se une especificamente a un aminoácido, contén un triplete de nucleótidos, o anticodón, complementario ao codón do ARNm, que codifica para ese aminoácido. Só cando existe o recoñecemento entre estas dúas secuencias complementarias se produce a unión do aminoácido. Así, triplete a triplete, o ribosoma transforma a secuencia de nucleótidos do ARNm nunha secuencia de aminoácidos, unha proteína.

Actividades

7 Se a secuencia do ADN que copia a ARN polimerasa para construír o ARNm é:

ACGGGTTACTATATATATGGCGACT, cal sería a secuencia do ARNm creado?

Orixe da replicación

Fórmanse dúas cadeas novas, cada unha delas complementaria á súa cadea «proxenitora».

A organización dos seres vivos

7.1. A complexidade da materia viva

Como sabes, as biomoléculas que constitúen a materia dos seres vivos están formadas polos mesmos elementos químicos que compoñen a materia inerte e reaccionan quimicamente de forma similar.

Non obstante, a materia dos seres vivos é algo máis ca un conxunto de biomoléculas. A materia viva organízase de forma xerárquica, dando lugar ao que se denominan niveis de organización. Cada nivel de organización alcánzase cando interaccionan elementos do nivel anterior, proporcionando estruturas de gran complexidade.

Neste tipo de organización, o conxunto é máis ca a suma das partes, xa que aparecen o que se denominan propiedades emerxentes.

Por exemplo, o corazón humano é un órgano formado por diferentes tecidos (muscular, epitelial, conxuntivo). Ningún dos tecidos que forman o corazón ten a capacidade de bombear o sangue a través dos vasos sanguíneos. Esta é unha propiedade emerxente que adquire o conxunto de tecidos, ao organizarse entre si para formar un órgano.

7.2. Os niveis de organización da materia viva

Os niveis de organización da materia viva son, de menor a maior, os niveis elemental, subatómico, atómico, molecular, orgánulo, celular, tisular, orgánico, sistémico, organismo, poboación, ecosistema, bioma e biosfera.

Estes niveis de organización pódense clasificar en abióticos e bióticos, segundo representen ou non materia viva. O primeiro nivel de organización biótico é a célula.

Das partículas elementais ás células

A materia está formada por partículas elementais, que non teñen estrutura interna e, polo tanto, non conteñen dentro delas outras partículas. Estas partículas, segundo o modelo estándar que identifica as partículas elementais, divídense en:

• Partículas materiais, que forman a materia e se denominan fermións. Son os leptóns e os quarks.

• Partículas de campo, que transmiten forzas e se denominan bosóns, entre os que se encontran os fotóns, os gluóns...

As partículas elementais e as súas interaccións forman as partículas subatómicas (protóns, neutróns...) constituíntes dos átomos. Á súa vez, os átomos reaccionan entre si para formar moléculas.

O nivel molecular é moi heteroxéneo, pois pode haber moléculas tan pequenas e sinxelas como unha molécula de auga, ou macromoléculas, tan grandes e complexas coma unha molécula de ADN. As macromoléculas únense entre si para formar estruturas supramoleculares; por exemplo, a cromatina. Estas grandes estruturas constitúen os orgánulos celulares, como as mitocondrias, dos que están constituídos as células.

Das células aos organismos

Unha única célula pode constituír un organismo unicelular, un ser vivo capaz de realizar as tres funcións vitais; por exemplo, unha bacteria ou un fermento.

Quarks

Leptóns Materia

PARTÍCULAS ELEMENTAIS

Portadoras de forza

Actividades

1 Que son as propiedades emerxentes? Por que aparecen?

2 Nomea os niveis de organización da materia viva, de menor a maior e, nunha táboa, clasifícaos en abióticos e bióticos.

3 Investiga de que tipo de macromoléculas está formada a cromatina.

Fotóns

Bosóns Gluóns

Non obstante, existen organismos moito máis complexos, formados por millóns de células que se organizan en niveis superiores ao nivel celular. Nestes organismos pluricelulares, as células forman tecidos, conxuntos de células especializadas nunha mesma función.

Os tecidos organízanse entre si para formar órganos, que funcionan de xeito coordinado nos aparatos e sistemas dos que forman parte e que constitúen o organismo.

Máis alá do organismo

Os organismos non viven illados na natureza, senón que establecen relacións ecolóxicas con outros seres vivos. Os organismos forman poboacións, conxuntos de individuos dunha mesma especie que habitan unha zona determinada. As poboacións de diferentes especies tamén establecen entre si interaccións ecolóxicas e constitúen as comunidades ou biocenose, compoñentes bióticos dos ecosistemas, nos que os seres vivos interaccionan tamén co medio físico. A totalidade dos organismos que poboan a Terra forman a biosfera.

4 Que niveis de organización non están presentes nos organismos unicelulares?

5 Deduce tres propiedades emerxentes para niveis de organización diferentes.

6 Sitúa cada elemento no seu nivel de organización: auga, nervioso, leucocito, musgo, taiga, fotón, flaxelo, colesterol, ferro e electrón.

As fronteiras da vida

Unha das características que definen os seres vivos é o feito de estar formados por células. Non obstante, existen na natureza outras formas que carecen de estrutura celular, non poden alimentarse, nin crecer, e, aínda que poden reproducirse, só o fan dentro dunha célula á que invadiron e da que utilizan as súas estruturas vitais. Por esta razón, estas formas acelulares son obxecto de estudo e investigación, e pódese dicir que se encontran na fronteira de ambos os dous mundos, o vivo e o inerte. Son os virus, os viroides e os prións.

8.1.

Os virus

Os virus son axentes infecciosos e parasitos, formados fundamentalmente por ácidos nucleicos e proteínas, que se replican só dentro das células vivas que infectan, xa que necesitan da maquinaria celular para reproducirse.

Os virus encóntranse alí onde hai vida e probablemente existiron desde que apareceron as primeiras células. Poden infectar a todos os tipos de formas de vida: os animais, as plantas, os protoctistas, os fungos e as bacterias. Segundo o Comité Internacional de Taxonomía de Virus (ICTV), descubríronse 5 000 especies de virus, pero estímase en centos de miles o número de especies que quedan por descubrir.

Estrutura dos virus

Os virus teñen unha estrutura moi simple, formada por:

• Un ácido nucleico, que constitúe o seu xenoma. Pode ser ADN ou ARN e presentarse en forma de simple cadea ou de dobre cadea. O tamaño do xenoma é moi variable, desde os 1 700 nucleótidos do virus da hepatite delta aos 800 000 nucleótidos dalgúns virus xigantes, como o mimivirus.

• A cápsida, unha cuberta de proteínas codificadas polo virus que envolve o seu xenoma.

• Algúns virus presentan unha membrana lipídica que rodea a cápsida; como, por exemplo, o virus da sida.

• Os virus máis complexos, como os bacteriófagos, teñen outras estruturas: unha cola, a través da que inxectan o ácido nucleico no interior das bacterias; fibras proteicas, que interveñen no recoñecemento da célula hospedadora, etc.

Actividades

1 Que son os virus? Que nivel de organización cres que alcanza un virus?

2 Que compoñentes forman parte da estrutura dun virus?

3 En que se parecen e en que se diferencian o xenoma dun virus e o dunha célula?

4 Existe unha importante polémica entre os científicos sobre se os virus se deben considerar ou non como entidades vivas. Discute cos teus compañeiros e dá argumentos a favor e en contra.

Como se reproducen os virus

O ciclo reprodutivo dun virus consta destas fases:

• Recoñecemento do hospedador e penetración na célula. A maioría dos virus teñen na súa cápsida proteínas que se unen especificamente a proteínas receptoras da membrana da célula a infectar. Nalgúns casos, o virus entra completo na célula; outras veces só o fai o seu ácido nucleico.

• Replicación do virus. Prodúcense múltiples copias do xenoma do virus, as proteínas da cápsida e outros compoñentes virais. Este proceso depende dos xenes do virus e da célula. En ocasións, o virus pode permanecer durante longos períodos de tempo dentro da célula, sen chegar a replicarse; é o que se coñece como ciclo lisoxénico.

• Formación de virións e saída da célula. Os compoñentes do virus, virións, ensámblanse, formando novas partículas de virus capaces de infectar novas células. A saída dos virións pode implicar ou non a rotura (lise) e morte da célula.

8.2. Os viroides

Os viroides son axentes patóxenos que infectan plantas.

Son máis sinxelos ca os virus, non posúen cápsida nin envoltura lipídica. A estrutura dun viroide consta exclusivamente dun ARN de cadea sinxela circular e covalentemente pechado, con forma de bastón. O tamaño do xenoma dos viroides abrangue desde uns 200 nucleótidos ata uns 2 000.

Os viroides non codifican ningunha proteína e para a súa replicación empregan a maquinaria celular. Suxeriuse que constitúen unha etapa primitiva dos virus.

8.3. Os prións

Os prións son axentes infecciosos formados unicamente por unha proteína que presenta alteracións na súa estrutura tridimensional.

A infección ten lugar cando un prión ou proteína infecciosa contacta coa proteína nativa, que ten un pregamento normal. O prión modifica o pregamento da proteína normal, que se transforma noutro prión. Esta reacción en cadea produce agregados non funcionais da proteína, que causan a enfermidade.

Os prións son responsables dalgunhas encefalopatías esponxiformes de mamíferos, como o mal das vacas tolas, que se transmite ao inxerir un animal con prións.

ORGANIZA A TÚA MENTE

ARN de cadea simple e circular

A súa estrutura ten xenoma

Os viroides

AS FORMAS ACELULARES

A súa estrutura ten proteína de pregamento anormal

Os virus

Os prións

Ás veces, cola, fibras proteicas...

Cápsida (cuberta proteica) Xenoma; pode ser de ADN e ARN de dobre e cadea simple

A Mapa conceptual xerárquico. Que diferenzas hai entre os virus e os viroides?

B Que son os prións?

C Investiga e pon exemplos para cada unha das posibilidades de formas acelulares presentes no esquema.

D anayaeducacion.es Consulta a información sobre Luc Montagnier e fai unha presentación sobre o seu descubrimento.

Traballa co aprendido

Repasa e comprende

1 Que diferenza existe entre os bioelementos primarios, os secundarios e os oligoelementos? Pon un exemplo de cada un deles.

2 Cita as características do átomo de carbono.

3 Indica a importancia da auga como disolvente biolóxico.

4 De que forma poden presentarse os sales minerais nos seres vivos?

5 Cita tres funcións da auga e tres dos sales minerais nos seres vivos.

6 Clasifica os seguintes glícidos en monosacáridos, disacáridos e polisacáridos: amidón, glicosa, frutosa, glicóxeno, lactosa, ribosa, celulosa.

7 Cita todas as funcións dos lípidos nos seres vivos.

8 Escribe a fórmula xeral dun aminoácido. Cantos tipos interveñen na formación das proteínas? En que se diferencian uns doutros?

9 Copia e completa no teu caderno: Un enlace peptídico establécese entre o grupo ...... dun ...... e o grupo ...... do ..... seguinte, desprendéndose unha molécula de ......, e dando lugar a un ...... .

10 Define enzima e explica as súas características.

11 Nomea os compoñentes dun nucleótido. Que diferenza hai entre un ribonucleótido e un desoxiribonucleótido? Como se chama o enlace que se establece entre dous nucleótidos?

12 Explica as características da estrutura secundaria da molécula de ADN.

Analiza e aplica

13 Identifica o tipo de molécula da imaxe. Como se chama o enlace que une os dous monómeros? Que se desprende ao formarse?

14 Explica as diferenzas entre:

• Ácido graxo saturado e ácido graxo insaturado.

• Lípido saponificable e lípido non-saponificable.

• Esteroides e terpenos.

• Aceite e manteiga.

15 Identifica a seguinte molécula e contesta:

• Mediante que reacción se une á glicerina?

• Que molécula se desprende nesa reacción?

• Como se chama a reacción inversa?

16 Establece as diferenzas en canto a estrutura e función entre as diferentes moléculas de ARN (ARNm, ARNt, e ARNr).

17 Razoa por que os virus son parasitos obrigados.

18 Relaciona as seguintes afirmacións co organismo acelular a que fan referencia:

a) Hainos de ADN e de ARN.

b) Non conteñen cápsida e infectan plantas.

c) Non conteñen ácidos nucleicos.

d) Son responsables de encefalopatías como o mal das vacas tolas.

e) O seu xenoma é como máximo duns 2 000 nucleótidos.

f) Teñen un ciclo reprodutivo con fases de recoñecemento, replicación e formación de virións.

Lembra seleccionar o material de traballo desta unidade no teu portafolio.

Interpreta resultados

19 O leite contén moitas das biomoléculas que estudaches nesta unidade: glícidos, lípidos, proteínas, sales minerais, auga e vitaminas. No laboratorio é posible identificar e separar algunhas destas moléculas. Mira o resultado que se obtivo ao realizar esta práctica e comproba se che sae o mesmo a ti.

• A lactosa, que é o glícido do leite, identifícase mediante a reacción de Fehling, que é positiva se a mostra se volve de cor vermella-ladrillo e dá negativa se queda de ton azul-verdoso.

• Os triglicéridos, que son os lípidos que contén o leite, identifícanse mediante a reacción co colorante Sudán III. Esta reacción dá positiva se a mostra se colorea de vermello alaranxado.

• A caseína é a proteína maioritaria do leite, identifícase mediante a reacción de Biuret, que é positiva se a mostra se torna violeta. Esta proteína, soluble no leite, precipita ao baixar o pH.

Unha vez que se fixo o fraccionamento dunha mostra de leite e que se recolleron as fraccións en tres tubos de ensaio, marcados con A, B e C seguindo os protocolos adecuados, procédese á identificación. Os resultados móstranse na táboa seguinte:

Mostras Resultados

Tubo de ensaio A

Tubo de ensaio B

Tubo de ensaio C

Avanza

20 Sabendo que na saliva temos un enzima amilase chamado ptialina, e que o amidón é o principal compoñente do pan, explica por que se mastigas e mantés na boca un tempo un miolo de pan notas un lixeiro sabor doce.

Con reactivo de Fehling, a mostra vólvese de cor vermella-ladrillo.

Co colorante Sudán, a mostra coloréase de vermello alaranxado.

A mostra tórnase violeta coa reacción de Biuret.

a) Que principio inmediato hai en cada fracción?

b) Na práctica, precipitamos a proteína caseína do leite artificialmente, pero na realidade o leite cállase de xeito natural a temperatura ambiente por culpa da bacteria Lactobacillus acidophilus. Que tipo de composto debe producir a bacteria para conseguilo?

21 A celulosa, tamén coñecida como fibra vexetal, non nos proporciona enerxía ao inxerila; non obstante, é importante o seu consumo. Explica onde se encontra a celulosa e por que temos que tomala cos alimentos.

Obxectivos de Desenvolvemento Sostible

22 Consulta a información relacionada coa meta 2.1 do obxectivo 2 do desenvolvemento sostible «Fame cero» en anayaeducacion.es

Ao redor de 815 millóns de persoas no mundo sofren malnutrición e é a causa de case a metade das mortes de nenos e nenas menores de cinco anos. Por outro lado, o sobrepeso e a obesidade están aumentado en case todos os países do mundo. Estímase que uns 41 millóns de nenos e nenas teñen este problema. A malnutrición e a sobrenutrición coexisten con frecuencia dentro do mesmo país, comunidade e mesmo no mesmo individuo. As causas da malnutrición e do sobrepeso e da obesidade son similares: a pobreza, a falta de acceso a un réxime alimentario adecuado, as malas prácticas de alimentación cos bebés, a comercialización e venda de bebidas e alimentos pouco saudables.

a) Que bioelementos e biomoléculas debe ter unha dieta saudable?

b) En grupo, organizade unha campaña na que propoñades ideas para contribuír a conseguir que as persoas en situacións máis vulnerables teñan acceso a unha dieta sa e equilibrada durante todo o ano.

© GRUPO ANAYA, S.A., 2023 - C/ Valentín Beato, nº 21 - 28037 Madrid.

Reservados todos los derechos. El contenido de esta obra está protegido por la Ley, que establece penas de prisión y/o multas, además de las correspondientes indemnizaciones por daños y perjuicios, para quienes reprodujeren, plagiaren, distribuyeren o comunicaren públicamente, en todo o en parte, una obra literaria, artística o científica, o su transformación, interpretación o ejecución artística fijada en cualquier tipo de soporte o comunicada a través de cualquier medio, sin la preceptiva autorización.