Ácido ribonucleico (ARN)

El ADN ha sido el protagonista de la genética desde su descubrimiento, mientras que el ARN solo era considerado un simple intermediario entre el ADN, sin embargo, décadas de estudios han revelado funciones de transcripción y regulación genéticas que son esenciales para el desarrollo y funcionamiento de un organismo. A continuación podrás conocer más sobre esta importante biomolécula.

¿QUÉ ES EL ARN?

El ácido ribonucleico o ARN es un heteropolímero lineal no ramificado de ribonucleótidos, es una molécula similar a la de ADN, se compone de sucesiones de nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster. Los nucleótidos están formados por una base nitrogenada y un azúcar. En el ARN el azúcar es una ribosa y las bases nitrogenadas son: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y uracilo (U). Este último sustituye a la timina (T) del ADN.

El ARN está estructurado por la adenina, citosina, uracilo, guanina, ribosa, nucleótido, pirimidina, purina y fosfato de azúcar.

El ARN se encuentra en las células procariotas así como en las eucariotas, dado que se trata del único material genético que se produce para ciertos virus. El ARN se ubica con el ADN en el núcleo, sin embargo, puede salir de él y hacer vida en el citoplasma

TIPOS DE ARN

Existen tres tipos de ARN: el ARN mensajero, el ARN de transferencia y el ARN ribosomal.

ARN mensajero (ARNm)

Es la molécula que se forma al copiar la información del ADN en forma de cadena simple, es el responsable de tomar la información del ADN del núcleo al citoplasma, donde se produce la proteína. Dado que el ARN es una réplica de una de las cadenas de ADN, es a partir de esa información que el ARN mensajero determinará qué aminoácidos son necesarios para la formación de una proteína dada, ya que tiene las grietas de la base de nitrógeno que define cada aminoácido.

ARN de transferencia (ARNt)

El ARNt se encuentra disperso por todo el citoplasma, este se produce a partir de una cadena de ADN, se denomina de transferencia porque es responsable del transporte de los aminoácidos que se usarán en la formación de proteínas a los ribosomas, donde en realidad habrá síntesis de proteínas.

ARN ribosomal (ARNr)

Está formado por moléculas muy largas con numerosos plegamientos y regiones en las que aparecen bases nitrogenadas apareadas, incluye moléculas de diferentes tamaños con estructuras tridimensionales complejas que participan activamente en la síntesis de proteínas. Forma parte de los ribosomas, que es donde se interpreta la secuencia de bases del ARN mensajero y la proteína es sintetizada.

Ribosoma durante la síntesis de proteínas. La interacción de un ribosoma con ARNm y el inicio del proceso de la traducción.

Diferencias entre el ADN y el ARN

  • El ADN es de cadena doble, mientras que el ARN es de cadena simple.
  • El azúcar que los compone es diferente. En el ADN es la desoxirribosa y en el ARN la ribosa.
  • En las bases nitrogenadas del ARN la Timina se sustituye por Uracilo.
  • El peso molecular del ARN es menor que el del ADN.
  • El ADN contiene la información genética y el ARN es el que permite que esta sea comprendida por las células.
  • El ARN presenta una sola cadena polinucleotídica, y es de menor tamaño que el ADN.

¿CUÁL ES LA FUNCIÓN DEL ARN?

  • Síntesis de proteínas: el ARN es el responsable de garantizar la síntesis de proteínas, en este proceso, el ARNm se lee en los ribosomas, y el ARNt transporta los aminoácidos necesarios para formar la proteína. Por lo tanto, podemos decir que el ARN es una molécula intermedia en la síntesis de proteínas, ya que garantiza que el ADN se traduzca en proteínas.
  • Acción catalítica: el ARN también puede actuar como enzimas denominadas “ribozimas” para acelerar las reacciones químicas.
  • Transporte de información: en varios virus clínicamente importantes, el ARN, en lugar del ADN, transporta la información genética viral.
  • Regulación de procesos celulares: el ARN también desempeña un papel importante en la regulación de los procesos celulares, desde la división celular, la diferenciación y el crecimiento hasta el envejecimiento y la muerte celular.Los defectos en ciertos ARN o la regulación de los ARN se han implicado en una serie de enfermedades humanas importantes, incluidas enfermedades cardíacas, algunos tipos de cáncer, derrames cerebrales y muchos otros.
¿Sabías qué?
El ADN y ARN son los ácidos nucleicos que conforman la base de nuestro genoma, ambas biomoléculas determinan lo que somos como especie y lo que somos como individuos.

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

La síntesis de proteínas se lleva a cabo en las células, siendo los ribosomas quienes intervienen en la unión de los aminoácidos, mediante enlaces peptídicos.

Los ribosomas son orgánulos celulares cuya función es sintetizar proteínas de acuerdo a información del ADN que se transcribió en ARN mensajero (ARNm). Se componen de proteínas y ARN ribosómico (ARNr).

La síntesis de proteínas se efectúa en el citoplasma, siguiendo la formación impuesta por el ARNm. Al unirse varios aminoácidos se obtiene la cadena proteica o polipéptido, dando origen a proteínas variadas. Según la disposición de la cadena, pueden formar proteínas fibrosas o globulares. Las primeras, también denominadas fibrilares, son poco solubles en agua y facilitan la contracción muscular, por lo que se hallan en tendones, también en cartílagos y huesos.

CAPÍTULO 6 / TEMA 4

NUTRICIÓN Y RESPIRACIÓN CELULAR

Las células necesitan energía para poder realizar todas sus funciones vitales. La mejor manera de obtenerla es mediante la respiración celular llevada a cabo en las mitocondrias, que tiene como resultado la producción de adenosín trifosfato o ATP. Se conoce como respiración al conjunto de reacciones bioquímicas mediante las cuales la energía es liberada a partir de sustancias alimenticias, como por ejemplo la glucosa obtenida principalmente de los nutrientes.

¿CÓMO OBTIENE ENERGÍA LA CÉLULA?

Se necesita energía para realizar trabajos pesados y ejercicios, pero los humanos también utilizamos energía mientras pensamos e incluso mientras dormimos. De hecho, las células vivas de cada organismo utilizan constantemente energía. Los nutrientes y otras moléculas se importan a la célula, se metabolizan (se descomponen) y, posiblemente, se sintetizan en nuevas moléculas, se modifican si es necesario, se transportan alrededor de la célula y posiblemente se distribuyen a todo el organismo.

La mayor parte de las estructuras que componen a los seres vivos pertenecen a tres tipos de moléculas básicas: aminoácidos, azúcares y grasas. Estas moléculas son vitales y el metabolismo se centra en sintetizarlas para la construcción o reparación de células y tejidos, o en degradarlas y utilizarlas como recurso energético.

De los carbohidratos se obtiene la mayor cantidad de energía a través del metabolismo de la glucosa o glucólisis y la respiración celular.

¿Qué es el metabolismo?

Es la circulación continua de materia y energía a través del cuerpo. El metabolismo es una red de procesos que generan energía y le permiten a los seres vivos perpetuarse y autorrepararse.

¿QUÉ ES LA RESPIRACIÓN CELULAR?

Es el el proceso mediante el cual los organismos combinan el oxígeno con las moléculas de los productos alimenticios y desvían la energía química de estas sustancias a actividades que sustentan la vida y los descartan, como productos de desecho, dióxido de carbono y agua.

¿Sabías qué?
Los organismos que no dependen del oxígeno degradan los alimentos en un proceso llamado fermentación.

Glucólisis

Es el conjunto de reacciones químicas en las que la energía es extraída de la glucosa mediante su ruptura en dos moléculas llamadas piruvato. Este mecanismo es parte de la respiración celular y es la primera etapa del metabolismo de los carbohidratos, específicamente del catabolismo, donde las moléculas grandes se transforman en otras más pequeñas. Al romperse la glucosa, se libera energía en forma de dos moléculas de ATP. Finalmente, el producto resultante del piruvato puede ser utilizado en la respiración celular para almacenar aún más energía.

La glucólisis consta de 2 etapas: la fase de requerimiento energético, donde se gastan dos moléculas de ATP, y la fase de liberación de energía, donde se genera piruvato.

Ciclo de Krebs

Es la segunda etapa del proceso de respiración celular, mecanismo mediante el cual las células vivas descomponen moléculas de combustible orgánico en presencia de oxígeno para recoger la energía que necesitan para crecer y dividirse.

El combustible orgánico, ahora piruvato, es degradado a acetil coenzima A o acetil coA para poder entrar al ciclo de Krebs, el cual consta de 8 reacciones: citrato sintasa, acontinasa, isocitrato deshidrogenasa, alfa-cetoglutarato deshidrogenasa, succinil CoA sintetasa, succinato deshidrogenasa, fumarasa y malato deshidrogenasa. De todas estas reacciones se producen 2 moléculas de ATP, 6 de NADH y 2 de FADH2, de estas dos últimas se generarán 18 ATP y 4 ATP respectivamente.

Cadena transportadora de electrones

Es la ruta final de la respiración aerobia y, además, es la única parte del metabolismo de la glucosa donde se utiliza el oxígeno atmosférico. Se lleva a cabo en la membrana interna de la mitocondria y tiene como finalidad crear un gradiente de protones (hidrogeniones H+) que luego puede ser utilizado en la fosforilación oxidativa para producir energía en forma de ATP.

El transporte de electrones es un conjunto de reacciones de óxido-reducción (reacciones de transferencia de electrones) que se asemejan a una especie de carrera de relevos. Allí los electrones son pasados rápidamente de un componente a otro hasta llegar al final de la cadena, donde los electrones reducen el oxígeno molecular y producen agua.

Los electrones transferidos en esta etapa pertenecen a las coenzimas NADH+H y FADH, provenientes de la glucólisis y el ciclo de Krebs, en total son 10 NADH+H y 2 FADH.

La cadena transportadora está formada por 4 complejos transportadores: complejo I o NADH deshidrogenasa, complejo II o succinato deshidrogenasa, complejo III o citocromo bc1 y complejo IV o citocromo oxidasa.

LA FABRICA DE ENERGÍA CELULAR: LA MITOCONDRIA

Las mitocondrias actúan como las centrales eléctricas de la célula. Contienen dos membranas principales. La membrana mitocondrial externa rodea completamente la membrana interna, con un pequeño espacio intermembrana en medio. La membrana externa tiene poros basados ​​en proteínas y suficientemente grandes para permitir el paso de algunos iones y moléculas.

Tanto el ciclo de Krebs como la cadena transportadora de electrones se producen dentro de la mitocondria.

En contraste, la membrana interna tiene una permeabilidad mucho más restringida. Al igual que la membrana plasmática de una célula, también está cargada de proteínas involucradas en el transporte de electrones y la síntesis de ATP. Esta membrana rodea la matriz mitocondrial, donde el ciclo de Krebs produce los electrones que viajan de un complejo de proteínas a otro en la membrana interna. El aceptor final de electrones es el oxígeno, y esto en última instancia forma agua. Al mismo tiempo, la cadena de transporte de electrones produce ATP.

¿QUÉ ES EL ATP?

El adenosín trifosfato o ATP es una molécula transportadora de energía y se encuentra en las células de todos los seres vivos. El ATP captura la energía química obtenida de la descomposición de las moléculas de los alimentos y la libera para alimentar otros procesos celulares.

¿Cómo es la estructura del ATP?

El ATP es un nucleótido que consta de tres estructuras principales: la base nitrogenada, la adenina; el azúcar (ribosa) y una cadena de tres grupos fosfato unidos a la ribosa.

La cadena de fosfato del ATP es la fuente de energía real que la célula utiliza. La energía disponible está contenida en los enlaces de los fosfatos y se libera cuando se rompen, lo que ocurre mediante la adición de una molécula de agua (un proceso llamado hidrólisis). Por lo general, solo el fosfato externo se elimina del ATP para producir energía; cuando esto ocurre, el ATP se convierte en difosfato de adenosina (ADP), la forma del nucleótido que tiene solo dos fosfatos.

De ADP a ATP

La mayor parte del ATP en las células es producido por la enzima ATP sintasa, que convierte el ADP y el fosfato en ATP.

RECURSOS PARA DOCENTES

Artículo “Glucólisis: la energía del azúcar”

En este artículo encontrará información acerca de la glucólisis y sus etapas.

VER

Artículo “Respiración: cadena transportadora de electrones”

Este artículo contiene todos los pasos de la cadena transportadora de electrones, parte de la respiración celular.

VER

Artículo “Ciclo de Krebs: respiración celular”

Este artículo contiene toda la información necesaria acerca del ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico.

VER

Biomoléculas: los carbohidratos

Las biomoléculas son componentes orgánicos presentes en las estructuras básicas de todos los organismos vivos. Existen varios tipos: proteínas, lípidos, carbohidratos y ácidos nucleicos, cada uno de ellos con una estructura que los define y con funciones particulares dentro de nuestro cuerpo.

Carbohidratos

Se conocen también con el nombre de glúcidos o sacáridos, los carbohidratos son uno de los tres principales tipos de macronutrientes del cuerpo, junto con las proteínas y los lípidos. Además, son la fuente más importante de energía para las células.

Las harinas son alimentos ricos en carbohidratos.

Los carbohidratos son los azúcares, almidones y fibras que se encuentran en muchos alimentos como, las frutas, los granos, las verduras y los productos lácteos. Aunque muchas veces su importancia es puesta en duda, los hidratos de carbono son uno de los grupos alimenticios básicos necesarios para llevar una vida sana.

¿Sabías qué...?
El consumo excesivo de carbohidratos refinados puede producir enfermedades como la obesidad, la cual tiene severas consecuencias en nuestra salud, como la hipertensión arterial o la diabetes. Por lo que siempre deben ser consumidos con moderación.
Para llevar una vida saludable es importante incluir en nuestra dieta carbohidratos, sin embargo, debe ser con moderación, ya que su exceso produce obesidad.

Estructura de los carbohidratos

Los carbohidratos están compuestos por tres elementos principales: el carbono, el hidrógeno y el oxígeno, su fórmula general es (CH2O)n sin embargo, esta puede variar de acuerdo al tipo de clasificación de los carbohidratos, sean monosacáridos o polisacáridos.

Estructura básica de un carbohidrato.

Clasificación de los carbohidratos

Monosacáridos

Son los carbohidratos más simples, por lo que también se denominan azúcares simples, se caracterizan por la incapacidad que tienen en ser descompuestos en carbohidratos más pequeños y además, por ser los bloques de construcción de los carbohidratos más grandes.

La fórmula típica de los monosacáridos es (CH2O)n, donde n puede ser 3, 5 o 6 según el número de átomos de carbono presentes, en base a estos los monosacáridos se pueden clasificar de la siguiente manera:

Triosas Si n es igual a 3, es decir, si presentan 3 átomos de carbono. Por ejemplo, gliceraldehido.
Pentosas Si n es igual a 5, es decir, si presentan 5 átomos de carbono. Por ejemplo, la ribosa y la desoxirribosa.
Hexosas Si n es igual a 6, es decir, si están compuestas por 6 átomos de carbono. Por ejemplo, la glucosa, la fructuosa y la galactosa.

Los monosacáridos son el principal combustible del metabolismo y por lo tanto del cuerpo, son utilizados como fuente de energía y como biosíntesis para otros carbohidratos, a menudo polisacáridos.

La glucosa es una hexosa ampliamente distribuida en la naturaleza, se encuentra libre en la mayoría de las frutas y en la miel. Es la principal fuente de energía que obtenemos de los alimentos y se absorbe al torrente sanguíneo en el proceso de digestión.

Estructura química de la glucosa.

Por otro lado, la galactosa se encuentra en la leche y la fructuosa o azúcar de las frutas se encuentra en la mayoría de las plantas.

La ribosa y desoxirribosa son los azúcares del ARN y el ADN respectivamente

Disacáridos

Son carbohidratos formados por la combinación de dos o más monosacáridos, se caracterizan, al igual que sus precursores, por ser dulces y solubles en agua, sin embargo, a diferencia de los monosacáridos, éstos sí pueden ser descompuestos en moléculas más pequeñas.

Dentro de los más importantes se encuentran:

  • Sacarosa: es un disacárido formado por la unión de una fructuosa y una glucosa, se obtiene usualmente de la caña de azúcar, sin embargo, está presente en muchas frutas y en el néctar de las flores.
La combinación de una molécula de glucosa con una de fructosa forma la sacarosa.
  • Maltosa: es un disacárido formado por la combinación de dos moléculas de glucosa unidas entre sí, se produce cuando se descompone el almidón y el glucógeno.
Estructura básica de la maltosa.
Almidón

El almidón es un carbohidrato de origen vegetal que proporciona entre el 70 % y el 80 % de las calorías totales consumidas por las personas. Está presente en cereales como, el maíz, el trigo o el arroz, y en tubérculos como la papa.

Al igual que otros carbohidratos, es dulce, sin embargo, no tanto como la sacarosa, por lo que no es usado como endulzante, su utilidad está relacionada con el malteado de cebada durante la elaboración de la cerveza.

La maltosa es fundamental para la elaboración de cerveza.
  • Lactosa: es un disacárido compuesto por una molécula de galactosa y una de glucosa, se se encuentra en la leche de los mamíferos.
Estructura básica de la lactosa, el carbohidrato de la leche.

Función de los carbohidratos

  • Función estructural: ciertos carbohidratos, forman parte de las paredes celulares de muchos vegetales, hongos y bacterias, lo que permite que dichas células puedan soportar cambios del medio intracelular o extracelular.

Un ejemplo común de carbohidrato estructural es la celulosa, un compuesto formado por glucosa que le confiere rigidez a las células vegetales.

La pared celular de los vegetales está compuesta por celulosa.
  • Función energética: los carbohidratos son las moléculas de uso inmediato para la obtención de energía en la mayoría de los seres vivos. Las células cubren sus necesidades energéticas mediante la degradación de los carbohidratos, la descomposición de la glucosa y la respiración.
  • Función de desintoxicación: durante el metabolismo se pueden formar ciertos compuestos de desecho que son altamente tóxicos para el cuerpo, una manera de eliminarlos es mediante la combinación con ciertos carbohidratos, quienes los hacen más solubles al agua y permiten que sean expulsados a través de, por ejemplo, la orina.
  • Función informativa: los carbohidratos unidos a proteínas (glicoproteínas) que se encuentran en la superficie de las células, se encargan de reconocer agentes extraños como virus o bacterias.
Presencia de carbohidratos en la membrana plasmática.