Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología

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APUNTES BIOLOGÍA EBAU Canarias AprenAI 2026-2027 Apuntes de Biología orientados a la preparación integral de las pruebas de acceso a la universidad, abarcando desde las bases bioquímicas y la ultraestructura celular hasta la genética molecular, la biotecnología y el sistema inmunitario. APREN.AI Índice 1 Tema 1: Bioelementos, agua y sales minerales 7 1. La materia viva: bioelementos y principios inmediatos 7 2. El agua: estructura molecular y propiedades fisicoquímicas 8 3. Sales minerales y mantenimiento del equilibrio homeostático 10 4. Sistemas amortiguadores del pH (disoluciones tampón) 11 5.

Comportamiento coloidal de la materia celular 11 El agua como disolvente: sustancias hidrófilas, hidrófobas y anfipáticas 12 Clasificación de las sustancias según su afinidad por el agua 12 Comportamiento de las moléculas anfipáticas 12 Interacciones intermoleculares débiles 13 2 Tema 2: Glúcidos 15 1. Concepto químico y clasificación general 15 2. Monosacáridos: estructura, isomería y ciclación 16 3. El enlace O-glucosídico y los disacáridos 18 4.

Polisacáridos: reserva energética frente a arquitectura estructural 19 3 Tema 3: Lípidos 22 Concepto y clasificación de los lípidos 22 Ácidos grasos: arquitectura, reactividad y propiedades físico-químicas 24 Lípidos saponificables: almacenamiento energético y membranas 26 Lípidos insaponificables: señalización y regulación 28 4 Tema 4: Proteínas: estructura y funciones 30 1. Los aminoácidos: unidades estructurales de las proteínas 30 2. El enlace peptídico 32 3. Niveles de organización estructural de las proteínas 33 4. Propiedades fisicoquímicas de las proteínas 36 5. Clasificación y funciones biológicas 36 5 Tema 5: Enzimas, vitaminas y cofactores 39 1.

Mecanismo de acción enzimática y energía de activación 39 2. El centro activo y los modelos de interacción enzima-sustrato 40 3. Cinética enzimática y constante de Michaelis-Menten 41 4. Factores que regulan la actividad enzimática 42 5. Componentes de la enzima y clasificación funcional 43 6. Vitaminas: clasificación y función como precursoras 44 6 Tema 6: Ácidos nucleicos 47 1. Composición química: nucleósidos y nucleótidos 47 2. El enlace fosfodiéster 47 Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 1 3. Nucleótidos no nucleicos y derivados energéticos 48 4. Ácido desoxirribonucleico (ADN) 48 5.

Ácido ribonucleico (ARN) 50 7 Tema 7: Membrana plasmática: estructura, transporte y ósmosis 53 1. Estructura y composición: el modelo del mosaico fluido 53 2. Mecanismos de transporte a través de la membrana 55 3. Transporte de macromoléculas mediado por vesículas 57 4. Comportamiento osmótico celular: células animales y vegetales 59 Tema 8: Teoría celular,microscopía y orgánulos celulares 8 Teoría celular, núcleo y cromosomas 63 1. La teoría celular y el origen de la célula eucariota 63 2. Organización celular: procariotas frente a eucariotas 64 3. Entidades acelulares: los virus 65 4. El núcleo celular en interfase 66 5. Dinámica de la cromatina: niveles progresivos de compactación 68 6.

Anatomía y clasificación de los cromosomas 68 9 Sistema de endomembranas y bioenergética celular 71 El sistema de endomembranas 71 Retículo endoplásmico: morfología y especialización 71 Aparato de Golgi y dinámica del tráfico vesicular 73 Lisosomas, peroxisomas y vacuolas 74 Bioenergética celular: mitocondrias y cloroplastos 75 10 Citoesqueleto, ribosomas y envolturas externas 79 1. Ribosomas: maquinaria supramolecular de traducción 79 2. El citoesqueleto: dinámica y arquitectura celular 80 3. Centrosoma y orgánulos motores: cilios y flagelos 82 4. Envolturas celulares externas 84 Tema 9: Metabolismo: visión general y catabolismo 11 Conceptos generales y catabolismo de glúcidos 89 1.

Principios generales del metabolismo celular 89 2. Glucólisis: fase citosólica de degradación de la glucosa 90 3. Descarboxilación oxidativa del piruvato 90 4. El ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico) 91 12 Cadena respiratoria, fermentaciones y catabolismo lipídico 93 1. La cadena de transporte electrónico y la fosforilación oxidativa 93 2. Vías catabólicas anaerobias: las fermentaciones 95 3. Catabolismo lipídico y la espiral de la β-oxidación 96 13 Tema 10: Anabolismo: fotosíntesis y quimiosíntesis 98 1. Clasificación metabólica según las fuentes de energía y de carbono 98 Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 2 2.

Fotosíntesis oxigénica: pigmentos y fotosistemas 99 3. Fase lumínica o fotoquímica: membrana tilacoidal 100 4. Fase biosintética (oscura) o Ciclo de Calvin: fijación en el estroma 101 5.

Quimiosíntesis 103 Principales rutas anabólicas heterótrofas 103 Origen del NADPH y anfibolismo 103 Gluconeogénesis 104 Glucogenogénesis 105 Biosíntesis de ácidos grasos y lípidos 105 Síntesis de aminoácidos 106 Tema 11: Ciclo celular,mitosis y meiosis.Cáncer 14 El ciclo celular y la mitosis 109 El ciclo celular y la interfase 109 Morfología cromosómica y organización previa 110 La mitosis (cariocinesis) 111 Citocinesis: partición citoplasmática 112 15 Regulación del ciclo celular: puntos de control, ciclinas y quinasas 113 Qué es un punto de control 114 El motor molecular: ciclinas y CDK 114 Señales externas y fase G0 115 Los frenos: pRb y p53 116 Fallo del control y cáncer 116 16 Meiosis, reproducción y base del cáncer 117 La meiosis I: división reduccional 117 La meiosis II: división ecuacional 119 Comparación entre mitosis y meiosis 120 Ciclos biológicos en la reproducción sexual 121 Bases moleculares del cáncer: desregulación del ciclo celular 121 17 Tema 12: Replicación del ADN 123 1.

El modelo de replicación: el experimento de Meselson y Stahl 123 2. Características generales del proceso replicativo 124 3. Maquinaria y fases de la replicación en procariotas 124 4. Particularidades de la replicación en eucariotas 127 5.

El problema del extremo del cromosoma lineal y la telomerasa 127 Tema 13: Expresión génica: transcripción,traducción y código genético 18 Del ADN al ARN: transcripción y maduración 131 El flujo de la información genética: dogma central y excepciones 131 Mecanismo molecular de la transcripción 132 Diferencias procariotas-eucariotas y maduración del ARN 133 Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 3 19 Código genético, traducción y regulación 136 1. El código genético: fundamentos y características 136 2. La biosíntesis de proteínas: traducción 136 3.

Regulación de la expresión génica 139 20 Gen, genoma, diferenciación celular y epigenética 142 Gen y genoma 142 Genotipo, fenotipo y ambiente 142 Diferenciación celular 142 Mecanismos epigenéticos 143 Herencia de las marcas y papel del ambiente 143 21 Tema 14: Mutaciones y genomas procariota y eucariota 144 Organización del material genético: procariotas frente a eucariotas 144 Parasexualidad y transferencia genética horizontal en bacterias 145 Concepto y clasificación de las mutaciones 145 Mutaciones génicas o puntuales 146 Mutaciones cromosómicas estructurales 147 Mutaciones genómicas o numéricas 148 Agentes mutágenos y mecanismos de reparación 148 Herencia mendeliana y cruzamientos dihíbridos 149 Mutaciones, evolución y biodiversidad 150 La mutación, fuente última de variabilidad 150 Mutaciones germinales y somáticas 151 Efecto de las mutaciones y selección natural 151 Duplicaciones génicas y poliploidía 152 Fidelidad de la replicación y equilibrio estabilidad-variabilidad 152 De la mutación a la biodiversidad 153 Genética mendeliana: conceptos básicos y leyes de Mendel 153 Vocabulario genético básico 153 Tipos de relación entre alelos 153 Primera ley: uniformidad de la F1 154 Segunda ley: segregación de los alelos 154 Tercera ley: transmisión independiente de los caracteres 155 Cruzamiento prueba o retrocruzamiento 155 Proporciones típicas y deducción de genotipos parentales 156 22 Tema 15: Biotecnología e ingeniería genética 158 1.

Fundamentos y herramientas del ADN recombinante 158 2. Amplificación y lectura del material genético 159 3. Edición génica precisa: CRISPR-Cas9 160 4. Clonación: estrategias celulares, reproductivas y terapéuticas 161 5.

Aplicaciones biotecnológicas y ramas por colores 162 Técnicas y conceptos complementarios de ingeniería genética 163 Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 4 Electroforesis en gel de agarosa 163 Etapas de la clonación molecular 163 Genotecas: genómica frente a ADNc 164 Organismos transgénicos y cisgénicos 164 Huella genética en ciencia forense 164 Debate ético sobre los OMG 165 Los microorganismos: tipos, ciclos biogeoquímicos e industria 165 Grupos de microorganismos 165 Las bacterias: nutrición, oxígeno, reproducción y ecología 166 Ciclos biogeoquímicos 166 Microorganismos en la industria 167 Biorremediación: tipos y estrategias 168 Según el lugar: in situ y ex situ 168 Según la estrategia: bioestimulación y bioaumentación 168 Según el metabolismo: biodegradación aerobia y anaerobia 168 Fitorremediación: el papel de las plantas 169 Aplicaciones ambientales 170 23 Tema 16: Inmunidad: componentes, respuesta innata y respuesta específica 172 Concepto de inmunidad e inmunocompetencia 172 Barreras defensivas primarias: la primera línea inespecífica 172 Barreras secundarias innatas: células efectoras e inflamación 172 Anatomía del sistema inmune: órganos linfoides 174 Inmunidad adaptativa: presentación de antígenos y activación de linfocitos T 175 Inmunidad humoral frente a inmunidad celular 176 Enfermedades infecciosas: agentes, transmisión y fases 177 Conceptos básicos 177 Factores de virulencia 177 Tipos de agentes patógenos 177 Vías de transmisión 178 Fases de una enfermedad infecciosa 178 Conceptos epidemiológicos 178 Prevención y tratamiento 178 Inmunidad innata frente a adaptativa: comparación y barreras específicas e inespecíficas 179 Dos líneas de defensa con lógicas distintas 179 Componentes de la inmunidad innata 180 Componentes de la inmunidad adaptativa 180 Defensas inespecíficas y específicas 180 Cooperación entre ambas respuestas 181 Tema 17: Tipos de inmunidad,memoria inmunológica y patologías del sistema inmunitario 24 Antígenos, anticuerpos y memoria inmunológica 184 1.

Antígenos, epítopos y haptenos 184 Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 5 2. Estructura y clases de inmunoglobulinas 185 3. Reacciones antígeno-anticuerpo 186 4. El sistema del complemento 187 5. Dinámica de la respuesta humoral y memoria inmunológica 188 6. Clasificación de la inmunidad: natural frente a artificial, activa frente a pasiva 188 25 Inmunopatología, trasplantes y bioterapéutica 190 1. Alteraciones por exceso: autoinmunidad e hipersensibilidad 190 2. Inmunodeficiencias: el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) 193 3. Trasplantes de órganos y bases del rechazo 195 4.

Bioterapéutica moderna e inmunidad antitumoral 196 26 Alergias: diagnóstico, tratamiento y prevención 199 Diagnóstico: demostrar la sensibilización 199 Tratamiento y prevención 200 27 Resumen para repasar 201 Tema 1: Bioelementos, agua y sales minerales 201 Tema 2: Glúcidos 202 Tema 3: Lípidos 202 Tema 4: Proteínas 202 Tema 5: Enzimas, vitaminas y cofactores 203 Tema 6: Ácidos nucleicos 203 Tema 7: Membrana plasmática 204 Tema 8: Teoría celular, orgánulos y envolturas 204 Tema 9: Catabolismo 205 Tema 10: Anabolismo 205 Tema 11: Ciclo celular, mitosis, meiosis y cáncer 206 Tema 12: Replicación del ADN 206 Tema 13: Expresión génica 206 Tema 14: Mutaciones, genomas y genética 207 Tema 15: Biotecnología e ingeniería genética 207 Tema 16: Inmunidad 208 Tema 17: Tipos de inmunidad y patologías 208 Comparaciones clave 209 Cronología 209 Soluciones de las preguntas de repaso 210 Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 6 1 Tema 1: Bioelementos,agua y sales minerales 1.

La materia viva: bioelementos y principios inmediatos Todos los organismos vivos comparten una composición química fundamentada en una serie restringida de elementos de la tabla periódica, denominados bioelementos o elementos biogénicos. La combinación de estos átomos mediante enlaces químicos genera las biomoléculas o principios inmediatos, las cuales pueden aislarse de los tejidos vivos mediante procedimientos físicos que no alteran su estructura molecular (como centrifugaciones, diálisis o filtraciones). DEFINICIÓN Un bioelemento es cualquier elemento químico que forma parte de la estructura y fisiología de los seres vivos.

Según su abundancia ponderal en la materia viva, se clasifican en primarios, secundarios y oligoelementos. Atendiendo a su proporción en peso seco y su papel funcional, establecemos tres grandes categorías: Bioelementos primarios: Constituyen aproximadamente el 96 % al 99 % de la masa de cualquier ser vivo. Incluyen el carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). Son indispensables para edificar la materia orgánica porque poseen masas atómicas bajas y la capacidad de establecer enlaces covalentes muy estables, tanto simples como dobles o triples.

El carbono, gracias a su configuración tetravalente, forma cadenas carbonadas ramificadas, cíclicas y estables que constituyen el armazón estructural de todas las biomoléculas orgánicas. Bioelementos secundarios: Suponen entre el 1 % y el 4 % de la masa orgánica total. En este grupo destacan el sodio ( ), potasio ( ), calcio ( ), magnesio ( ) y cloro ( ). Generalmente se presentan en forma iónica disuelta y desempeñan funciones fisiológicas indispensables: el mantenimiento de gradientes electroquímicos, la transmisión del impulso nervioso, la contracción muscular y la regulación del equilibrio osmótico.

Oligoelementos (o elementos traza): Se hallan en proporciones inferiores al 0,1 %, pero resultan rigurosamente indispensables para la viabilidad celular. Entre ellos se encuentran el hierro (Fe), cobre (Cu), cinc (Zn), manganeso (Mn) o yodo (I). Suelen integrarse como centros catalíticos en enzimas o actuar como grupos prostéticos en moléculas transportadoras de oxígeno, como la hemoglobina. Un déficit de estos elementos compromete rutas metabólicas completas, mientras que un exceso suele provocar toxicidad celular severa.

Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Cl Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 7 ESQUEMA Clasificación de los bioelementos Las combinaciones estables de estos bioelementos generan los principios inmediatos, que se dividen clásicamente en: Inorgánicos: Presentes tanto en la materia viva como en la inerte (agua y sales minerales). Orgánicos: Sintetizados de forma exclusiva por el metabolismo celular (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos). 2. El agua: estructura molecular y propiedades fisicoquímicas El agua ( ) es el compuesto químico más abundante en la biosfera y el medio universal donde tienen lugar los procesos vitales.

Sus propiedades excepcionales radican directamente en su geometría espacial y en la distribución asimétrica de sus cargas eléctricas. Esquema del dipolo del agua y formación de puentes de hidrógeno intermoleculares. Estructura dipolar y enlaces de hidrógeno En una molécula de agua, un átomo central de oxígeno se une covalentemente a dos átomos de hidrógeno. Los pares de electrones no enlazantes del oxígeno orientan los enlaces formando un ángulo característico de . Dado que el oxígeno es mucho más electronegativo que el hidrógeno, los electrones compartidos pasan más tiempo cerca del núcleo de oxígeno.

Esto crea una separación espacial de cargas: Se genera una densidad de carga negativa ( ) sobre el átomo de oxígeno. Se generan dos densidades de carga positiva ( ) sobre los átomos de hidrógeno. Primarios (96-99 %) C, H, O, N, P, S; armazón orgánico covalente Secundarios (1-4 %) Na, K, Ca, Mg, Cl; funciones fisiológicas iónicas Oligoelementos (<0,1 %) Fe, Cu, Zn, Mn, I; cofactores biocatalíticos H O 2 O H 104,5 δ δ+ Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 8 Aunque la molécula posee neutralidad eléctrica global (carga neta igual a cero), la asimetría geométrica de estas cargas genera un momento dipolar permanente.

Debido a este comportamiento dipolar, las moléculas de agua adyacentes interaccionan mediante atracciones electrostáticas: el extremo negativo de una atrae al extremo positivo de otra. Esta unión intermolecular se denomina puente de hidrógeno. PARA RECORDARLO Cada molécula de agua líquida puede formar simultáneamente hasta cuatro puentes de hidrógeno con sus vecinas, constituyendo una red tridimensional dinámica de asociación y disociación continuas que dura apenas picosegundos pero confiere al agua una enorme cohesión interna.

Relación entre propiedades físico-químicas y funciones biológicas Cada una de las características biológicas del agua se deduce rigurosamente de su estructura intermolecular: Propiedad físico- química Fundamento físico Función biológica asociada Elevada cohesión molecular Fuerte red de puentes de hidrógeno que mantiene unidas las moléculas entre sí. Incompresibilidad del agua; mantenimiento del volumen celular, turgencia vegetal y función de esqueleto hidrostático en invertebrados. Elevada fuerza de adhesión y capilaridad Atracción de las moléculas de agua hacia superficies polares sólidas combinada con la cohesión interna.

Permite el fenómeno de capilaridad, mediante el cual la savia bruta asciende a través de los vasos conductores del xilema sin gasto energético continuo. Alta tensión superficial Fuerzas netas de cohesión en la interfaz agua-aire dirigidas hacia el seno del líquido. Ofrece resistencia mecánica frente a la deformación de la superficie, facilitando el desplazamiento de determinados microorganismos e insectos sobre el agua. Elevado calor específico Se necesita transferir gran cantidad de energía térmica para desestabilizar la red de puentes de hidrógeno antes de acelerar la agitación molecular.

Amortiguador térmico: previene cambios bruscos de temperatura interna ante oscilaciones del ambiente, protegiendo las rutas metabólicas celulares. Elevado calor de vaporización Para pasar de líquido a gas, es obligatorio romper todos los puentes de hidrógeno intermoleculares. Termorregulación por evaporación: la evaporación de pequeñas cantidades de agua (sudoración o transpiración foliar) disipa enormes cantidades de calor corporal. Densidad anómala del hielo Al congelarse, los puentes de hidrógeno forman una red tetraédrica fija que separa más las moléculas, por lo que el hielo es menos denso que el agua líquida.

El hielo flota en la superficie de lagos y océanos polares, actuando como aislante térmico e impidiendo la congelación total del fondo, lo que preserva la vida acuática bajo cero. Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 9 Propiedad físico- química Fundamento físico Función biológica asociada Elevada constante dieléctrica Su carácter dipolar debilita la fuerza de atracción coulómbica entre iones de signo opuesto, interponiéndose e hidratándolos (solvatación). Disolvente universal: medio de transporte de solutos orgánicos e inorgánicos, excreción de desechos y soporte de disolución celular.

Bajo grado de ionización En agua pura a 25 °C, apenas una de cada moléculas se disocia: El producto iónico del agua ( ) define la neutralidad a pH 7. Permite además que el agua actúe como reactivo metabólico clave en hidrólisis y condensaciones. 3. Sales minerales y mantenimiento del equilibrio homeostático Las sales minerales se encuentran en la materia viva en dos estados fundamentales, con misiones fisiológicas muy diferenciadas: A. Sales minerales precipitadas (insolubles) Aparecen en estado sólido cristalino, asociadas a matrices orgánicas. Su cometido primordial es puramente mecánico, de sostén esquelético y protección física de órganos vulnerables.

Los ejemplos más notables son: Carbonato cálcico ( ): Forma los caparazones de moluscos, corales y espículas de esponjas. Fosfato cálcico ( ): Forma la fracción mineral rígida de los huesos y dientes en vertebrados. Dióxido de silicio o sílice ( ): Constituye la estructura de soporte de las diatomeas y refuerza las paredes epidérmicas de plantas como los equisetos y gramíneas. B. Sales minerales disueltas (solubles) Al disolverse en agua, las sales se disocian totalmente en sus iones constitutivos: cationes ( ) y aniones ( ).

En disolución cumplen funciones dinámicas esenciales: 5,5 × 108 2H O 2 H O + 3 + OH K = w [H O ][OH ] = 3 + 10 14 CaCO 3 Ca (PO ) 3 4 2 SiO 2 Na , K , Ca , Mg + + 2+ 2+ Cl , HCO , HPO , SO 3 4 2 4 2 Mantenimiento de la presión osmótica: Determinan la tonicidad de los medios celulares y previenen deformaciones osmóticas (fenómenos analizados en detalle en «Tema 7: Membrana plasmática: estructura, transporte y ósmosis»). 1 Generación de potenciales eléctricos: Las asimetrías de concentración de y a ambos lados de la membrana plasmática sustentan la excitabilidad celular y la conducción nerviosa.

2 Na+ K+ Activación y regulación enzimática: Cationes como el o el actúan como cofactores necesarios para la funcionalidad de numerosas enzimas metabólicas. El interviene además de modo decisivo en el acoplamiento de la contracción muscular y la cascada de coagulación sanguínea. 3 Mg2+ Ca2+ Ca2+ Estabilización de dispersiones coloidales: Favorecen la dispersión homogénea de grandes macromoléculas impidiendo su precipitación indeseada. 4 Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 10 4.

Sistemas amortiguadores del pH (disoluciones tampón) El pH de los fluidos biológicos debe mantenerse dentro de intervalos muy estrechos (en el plasma humano, en torno a 7,35 - 7,45). Desviaciones mínimas provocan la desnaturalización de las proteínas y la pérdida de actividad enzimática. Para contrarrestar estas variaciones, los organismos recurren a disoluciones amortiguadoras o buffers, sistemas químicos integrados por un ácido débil y su base conjugada que aceptan o ceden protones en función de las alteraciones del medio. Tampón bicarbonato (medio extracelular) Es el amortiguador principal del plasma sanguíneo y de los líquidos intersticiales.

Se basa en el equilibrio reversible entre el dióxido de carbono disuelto, el ácido carbónico y el anión bicarbonato: Si el medio se acidifica (aumento de ), el exceso de protones se combina con el para formar , el cual se disocia en y agua, siendo el gas expulsado mediante ventilación pulmonar. Si el medio se alcaliniza (descenso de ), el se disocia rápidamente aportando protones libres para neutralizar la base, reponiéndose dicho ácido a partir de la hidratación del tisular. Tampón fosfato (medio intracelular) Funciona predominantemente en el citosol y el interior de los orgánulos, donde la concentración de fósforo inorgánico es elevada.

Su equilibrio químico se rige por el par dihidrogenofosfato / monohidrogenofosfato: El ion dihidrogenofosfato ( ) se comporta como ácido débil cediendo protones ante una elevación del pH, mientras que el anión monohidrogenofosfato ( ) actúa como base débil captando los protones sobrantes en condiciones de acidificación. 5. Comportamiento coloidal de la materia celular El citoplasma celular no es una disolución molecular simple, sino una dispersión coloidal en la que el agua actúa como fase dispersante y las macromoléculas (proteínas, polisacáridos y ácidos nucleicos) constituyen la fase dispersa.

Estas dispersiones presentan particularidades físicas diagnósticas: Efecto Tyndall: Turbidez o dispersión observable de la luz al atravesar el coloide debido al tamaño relativo de las partículas dispersas (entre 1 nm y 100 nm). Movimiento browniano: Trayectoria caótica y constante que describen las partículas coloidales por colisión permanente con las moléculas de la fase acuosa. Estados de sol y gel: El citoplasma puede alternar de un estado fluido (sol) a un estado semisólido gelatinoso (gel) y viceversa (tixotropía). La transición sol-gel depende de la temperatura, el pH y la interacción del citoesqueleto, resultando vital para procesos como la fagocitosis o la emisión de pseudópodos.

CO + 2 H O 2 H CO 2 3 HCO + 3 H+ [H ] + HCO 3 H CO 2 3 CO 2 [H ] + H CO 2 3 CO 2 H PO + 2 4 H O 2 HPO + 4 2 H O 3 + H PO 2 4 HPO 4 2 Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 11 El agua como disolvente: sustancias hidrófilas, hidrófobas y anfipáticas El agua disuelve más sustancias que ningún otro líquido común porque sus moléculas son polares: como se ha visto en «Tema 1: Bioelementos, agua y sales minerales», forman un dipolo y establecen puentes de hidrógeno. Que una sustancia se disuelva o no depende de si puede interaccionar con esos dipolos.

La regla práctica es lo semejante disuelve a lo semejante: lo polar se mezcla con lo polar y lo apolar con lo apolar. Clasificación de las sustancias según su afinidad por el agua DEFINICIÓN Una sustancia hidrófila (que «ama el agua») es polar o iónica y se disuelve en agua. Las iónicas se disuelven por solvatación: cada ion queda rodeado por una capa de moléculas de agua orientadas, que lo aíslan de los demás iones. Las polares sin carga forman puentes de hidrógeno con el agua. Una sustancia hidrófoba («que teme el agua») es apolar y no interacciona con el agua, por lo que no se disuelve y tiende a agruparse consigo misma.

Una sustancia anfipática tiene en la misma molécula una parte hidrófila (cabeza polar) y otra hidrófoba (cola apolar). Tipo Naturaleza Cómo se comporta en agua Ejemplos Hidrófila iónica Con cargas Se disocia y sus iones quedan solvatados NaCl (se separa en Na+ y Cl ) Hidrófila polar Grupos –OH, –NH2, – COOH Forma puentes de hidrógeno con el agua Glucosa, aminoácidos Hidrófoba Apolar (cadenas de C e H) No se disuelve; se agrupa Triglicéridos, colesterol, O2 Anfipática Cabeza polar + cola apolar Forma micelas o bicapas Fosfolípidos, jabones ERROR FRECUENTE Pensar que el O2 es hidrófilo por ser un gas «vital».

Es una molécula apolar y su solubilidad en agua es baja; por eso la sangre necesita la hemoglobina para transportarlo en cantidad. La glucosa, en cambio, viaja disuelta en el plasma sin transportador. Comportamiento de las moléculas anfipáticas En agua, estas moléculas se organizan solas: las cabezas polares quedan en contacto con el agua y las colas apolares se esconden en el interior, lejos de ella. Según la forma de la molécula se originan dos estructuras: Micelas: esferas con las colas hacia el centro y las cabezas hacia fuera. Las forman los jabones, que tienen una sola cola. La grasa queda atrapada en el núcleo apolar de la micela y el agua puede arrastrarla; así limpia el jabón.

Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 12 Bicapas: dos capas enfrentadas por las colas. Las forman los fosfolípidos, cuyas dos colas les dan una forma más cilíndrica. Las bicapas son la base de las membranas celulares (véase «Tema 7: Membrana plasmática: estructura, transporte y ósmosis»). Si una bicapa se cierra sobre sí misma, forma una vesícula llamada liposoma. El carácter anfipático de cada lípido se detalla en «Tema 3: Lípidos». Interacciones intermoleculares débiles Son atracciones mucho más débiles que un enlace covalente.

Una sola se rompe con facilidad, pero muchas juntas estabilizan la estructura de proteínas y ácidos nucleicos y mantienen unidas las membranas.

Interacción Entre qué se da Ejemplo biológico Puente de hidrógeno Un H unido a un átomo electronegativo (O, N) y otro átomo electronegativo Entre moléculas de agua; entre las bases complementarias del ADN Interacción iónica Grupos con cargas opuestas Entre radicales –COO y –NH3 + de una proteína Fuerzas de Van der Waals Dipolos, permanentes o transitorios, de átomos muy próximos Entre las colas de ácidos grasos vecinos Interacción hidrofóbica Grupos apolares en un medio acuoso Las colas en el interior de la bicapa; los radicales apolares hacia el interior de una proteína PARA RECORDARLO El efecto hidrofóbico no es una atracción entre las moléculas apolares.

Es el agua la que las expulsa: al agruparse las partes apolares, el agua queda menos ordenada a su alrededor y el sistema gana estabilidad. Por eso el aceite forma gotas en el agua. Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 13 ESQUEMA Sustancias según su afinidad por el agua PAU · 2021, JUNIO; 1 - AGUA; 0.25 PUNTOS Una dieta saludable debe ser completa, equilibrada, suficiente, adaptándose a las diferentes etapas de la vida. Aportando y guardando proporción entre los hidratos de carbono , grasas , proteínas , vitaminas y agua . c.

Cita una función biológica del agua: Resolución Para responder correctamente basta con citar con precisión una de las funciones fisiológicas del agua derivadas de sus propiedades físico-químicas: Disolvente universal de sustancias polares e iónicas. Medio de transporte de nutrientes y sustancias de desecho en el medio interno. Función termorreguladora o amortiguador térmico corporal (mediante evaporación por sudoración o elevado calor específico). Soporte estructural y mantenimiento del volumen celular (presión de turgencia en plantas y esqueleto hidrostático). Medio de reacción o reactivo metabólico (participación activa en reacciones de hidrólisis).

Amortiguador mecánico y lubricante (presente en cavidades articulares como líquido sinovial). Hidrófilas Polares o iónicas, se disuelven Iónicas Se disuelven por solvatación: NaCl Polares Puentes de hidrógeno: glucosa, aminoácidos Hidrófobas Apolares: triglicéridos, colesterol, O Anfipáticas Cabeza polar y cola apolar Micelas Las forman los jabones Bicapas Las forman los fosfolípidos Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 14 IDEAS CLAVE Los bioelementos primarios (C, H, O, N, P, S) constituyen más del 96 % de la materia viva y establecen enlaces covalentes estables centrados en la tetravalencia del carbono.

El agua es una molécula dipolar neutra que forma una red tridimensional dinámica de puentes de hidrógeno, responsable de su elevado calor específico y de vaporización. La elevada constante dieléctrica y cohesión intermolecular del agua fundamentan sus funciones como disolvente universal, medio de transporte y agente de turgencia estructural. Las sales minerales precipitadas desempeñan papeles esqueléticos y protectores, mientras que las solubles regulan la presión osmótica, la conducción nerviosa y el equilibrio ácido-base.

El pH biológico se mantiene estable gracias a disoluciones amortiguadoras: el tampón bicarbonato actúa en el fluido extracelular y el tampón fosfato opera en el medio intracelular. Lo semejante disuelve a lo semejante: las sustancias polares e iónicas se disuelven en agua y las apolares no. Las sustancias hidrófilas se disuelven por solvatación de sus iones (NaCl) o formando puentes de hidrógeno con el agua (glucosa, aminoácidos). COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 1. ¿Por qué el agua líquida posee mayor densidad que el hielo a ? 2. ¿Cómo actúa el tampón bicarbonato en la sangre si se produce una acidificación por acumulación de protones? 3.

¿Por qué los jabones forman micelas y los fosfolípidos forman bicapas? 4. ¿Qué es la solvatación? 2 Tema 2: Glúcidos Los glúcidos (también denominados carbohidratos o hidratos de carbono) son biomoléculas orgánicas formadas de manera constante por carbono, hidrógeno y oxígeno, cuya fórmula empírica habitual responde a . Ciertos derivados pueden incorporar además elementos como nitrógeno, fósforo o azufre. Cuantitativamente, suponen en torno al 90 % de la materia orgánica (peso seco) vegetal y desempeñan funciones primordiales en el aporte energético inmediato, el almacenamiento de combustible celular y la arquitectura mecánica de paredes y cubiertas. 1.

Concepto químico y clasificación general Desde el punto de vista molecular, los glúcidos se definen como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas, es decir, cadenas carbonadas provistas de múltiples grupos hidroxilo ( ) junto a un grupo carbonilo ( ), o bien macromoléculas originadas por la polimerización de estas unidades. 0 C C (H O) n 2 n OH C = O Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 15 ESQUEMA Clasificación de los glúcidos Se dividen en dos grandes grupos según su capacidad de despolimerización por hidrólisis: Osas o monosacáridos: unidades monoméricas fundamentales que no pueden hidrolizarse en entidades de carbohidrato más simples.

Ósidos: compuestos formados por la condensación de monosacáridos. Se subdividen a su vez en: Holósidos: integrados de manera exclusiva por osas. Se dividen en oligosacáridos (cadenas cortas de 2 a 10 restos, entre los que sobresalen los disacáridos) y polisacáridos (polímeros de más de 10 unidades, ya sean homopolisacáridos si repiten un único tipo de monómero, o heteropolisacáridos si combinan varios). Heterósidos: formados por una fracción glucídica ligada a una porción no glucídica llamada aglucón (proteínas, lípidos u otras sustancias bioactivas). 2.

Monosacáridos: estructura, isomería y ciclación Los monosacáridos son sólidos cristalinos, de color blanco, hidrosolubles gracias a la naturaleza polar de sus abundantes grupos hidroxilo y generalmente de sabor dulce. Químicamente constan de cadenas de 3 a 7 átomos de carbono. Se denominan aldosas si el grupo carbonilo se ubica en el extremo de la cadena (aldehído en ) y cetosas si el carbonilo ocupa una posición intermedia (cetona habitualmente en ). Osas (monosacáridos) Monómeros no hidrolizables Aldosas Con grupo aldehído en C1 Cetosas Con grupo cetona en C2 Ósidos Compuestos hidrolizables Holósidos Solo integrados por monosacáridos Oligosacáridos De 2 a 10 osas (ej.

disacáridos) Polisacáridos Más de 10 unidades de osas Heterósidos Glúcido unido a aglucón Homopolisacáridos Un único tipo de monómero Heteropolisacáridos Distintos tipos de monómeros C 1 C 2 Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 16 CARBONO ASIMÉTRICO Un carbono asimétrico o quiral es aquel átomo de carbono que se encuentra unido covalentemente a cuatro sustituyentes químicos distintos entre sí. Su presencia en la molécula determina la existencia de estereoisómeros y confiere actividad óptica (capacidad de rotar el plano de la luz polarizada hacia la derecha, dextrógiro o , o hacia la izquierda, levógiro o ).

Tipos de isomería en monosacáridos Los monosacáridos exhiben diversas modalidades de isomería: Esquema de enantiómeros y epímeros en tetrosas de Fischer. PARA RECORDARLO La dihidroxiacetona (cetotriosa) es el único monosacárido carente de carbonos asimétricos, por lo que carece de formas enantioméricas y es ópticamente inactiva. En cambio, su homólogo aldotriosa, el gliceraldehído, contiene un carbono quiral ( ). Ciclación de monosacáridos y anomería En disolución acuosa, las pentosas y hexosas abandonan su conformación lineal y se ciclan intramolecularmente.

El enlace se produce entre el grupo carbonilo y uno de los grupos hidroxilo distales, originando un enlace hemiacetal (en aldosas) o hemicetal (en cetosas). El anillo resultante adopta una forma pentagonal denominada furanosa (semejante al furano) o hexagonal denominada piranosa (semejante al pirano). + Isomería de función: moléculas con la misma fórmula global pero diferente grupo funcional principal, como ocurre entre la D-glucosa (aldosa) y la D-fructosa (cetosa), ambas de fórmula . 1 C H O 6 12 6 Enantiómeros: parejas de estereoisómeros que son imágenes especulares no superponibles entre sí. Se invierten absolutamente todos los carbonos asimétricos.

La pertenencia a la serie D o a la serie L viene fijada por la posición del grupo hidroxilo del carbono asimétrico más distante del carbonilo: si el queda proyectado a la derecha en la representación de Fischer es D; si se ubica a la izquierda, es L. En los seres vivos predominan las formas D. 2 OH Diastereoisómeros y epímeros: estereoisómeros que no configuran imágenes especulares. Se denominan específicamente epímeros cuando difieren únicamente en la disposición tridimensional del hidroxilo de un solo carbono asimétrico (como la D-glucosa y la D-galactosa, que son epímeros en el carbono 4).

3 C 2 Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 17 Como consecuencia directa del cierre del anillo, el carbono carbonílico inicial se transforma en un nuevo centro asimétrico denominado carbono anomérico. Este proceso genera dos nuevos estereoisómeros denominados anómeros: Anómero : el grupo unido al carbono anomérico se sitúa por debajo del plano del anillo (posición trans respecto al grupo terminal en la serie D). Anómero : el grupo anomérico se ubica por encima del plano del anillo (posición cis respecto al sustituyente terminal).

Monosacáridos y derivados de interés biológico Entre los monosacáridos biológicamente determinantes destacan: Triosas: D-gliceraldehído y dihidroxiacetona, intermediarios cruciales en la degradación glucídica. Tetrosas: D-eritrosa, metabolito clave en procesos de biosíntesis autótrofa. Pentosas: D-ribosa (constituyente estructural de nucleótidos y ARN; véase «Tema 6: Ácidos nucleicos») y D-ribulosa (sustrato fijador del atmosférico en la fotosíntesis). Hexosas: D-glucosa (monómero universal de combustible metabólico y componente básico de polisacáridos), D-galactosa (integrante de la lactosa láctea) y D-fructosa (cetohexosa presente en frutos y néctares).

Derivados: ésteres fosfóricos activados (glucosa-6-fosfato), desoxiazúcares (como la desoxirribosa), azúcares ácidos (ácido glucurónico) y aminoazúcares (como la glucosamina y la N-acetilglucosamina). 3. El enlace O-glucosídico y los disacáridos ENLACE O-GLUCOSÍDICO El enlace O-glucosídico es la unión covalente mediante la cual se condensan dos monosacáridos con la pérdida neta de una molécula de agua, quedando ambos restos conectados a través de un puente de oxígeno. La reactividad química del enlace depende de los carbonos involucrados en su formación: Esquema de enlaces O-glucosídicos monocarbonílico y dicarbonílico.

Enlace monocarbonílico: se establece entre el grupo del carbono anomérico del primer monosacárido y un alcohólico no anomérico del segundo monosacárido (habitualmente en α OH CH OH 2 β OH CH OH 2 CO 2 OH OH Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 18 posición 4 o 6). Como el segundo residuo conserva su carbono anomérico libre, la molécula retiene su poder reductor (capacidad de reducir reactivos como el de Fehling o Benedict). Enlace dicarbonílico: se forma por la condensación simultánea de los dos hidroxilos correspondientes a los carbonos anoméricos de ambas osas.

Al quedar ambos centros anoméricos bloqueados en el enlace, la molécula carece de poder reductor y adquiere el sufijo -ósido. Disacárido Unidades constituyentes Tipo de enlace Poder reductor Función y localización Maltosa -D-glucopiranosa + - D-glucopiranosa monocarbonílico Sí Azúcar de malta; producto de hidrólisis de almidón y glucógeno. Celobiosa -D-glucopiranosa + - D-glucopiranosa monocarbonílico Sí Unidad repetitiva de la celulosa; ausente en estado libre en la naturaleza. Lactosa -D-galactopiranosa + -D-glucopiranosa monocarbonílico Sí Azúcar presente en la leche de los mamíferos.

Sacarosa -D-glucopiranosa + - D-fructofuranosa dicarbonílico No Azúcar común de mesa; transporte glucídico en la savia de plantas. ERROR FRECUENTE No confundas la maltosa con la celobiosa: aunque ambas están compuestas exclusivamente por dos moléculas de glucosa unidas en posición , la maltosa posee enlace con configuración (fácilmente digerible por enzimas animales), mientras que la celobiosa posee configuración (inmune a la acción de las amilasas estándar). 4. Polisacáridos: reserva energética frente a arquitectura estructural Los polisacáridos son polímeros de elevado peso molecular formados por más de diez monosacáridos.

A diferencia de los azúcares sencillos, no cristalizan, carecen de sabor dulce, son insolubles en agua o forman dispersiones coloidales, y su poder reductor es prácticamente nulo debido a la ínfima proporción de carbonos anoméricos libres en el conjunto de la macromolécula. Su función biológica está estrechamente correlacionada con la estereoquímica del enlace O-glucosídico: Los enlaces adoptan conformaciones helicoidales abiertas y flexibles, lo que facilita el acceso de enzimas hidrolíticas para una rápida movilización metabólica; caracterizan a los polisacáridos de reserva energética.

Los enlaces imponen una orientación lineal extendida estabilizada por densas redes de puentes de hidrógeno, confiriendo una extraordinaria resistencia mecánica e insolubilidad; caracterizan a los polisacáridos estructurales. α α α(1 4) β β β(1 4) β β β(1 4) α β α(1 2) 1 4 α β α β Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 19 Homopolisacáridos estructurales Diagrama de la jerarquía estructural de la celulosa vegetal. La celulosa es el polímero más abundante de la biosfera. Está constituida por largas cadenas lineales de restos de -D-glucopiranosa unidas mediante enlaces .

Cada monómero se encuentra rotado 180° respecto a su predecesor, lo que favorece el establecimiento de abundantes puentes de hidrógeno intra e intercatenarios. Estas cadenas paralelas se empaquetan en micelas de celulosa, que a su vez forman microfibrillas y macrofibras de soporte inextensibles, conformando el esqueleto de la pared celular vegetal. La quitina es un homopolímero lineal de N-acetil- -D-glucosamina unidos por enlaces . Constituye el componente primordial del exoesqueleto de artrópodos y de las paredes celulares en el reino Fungi. Homopolisacáridos de reserva energética Diagrama comparativo entre amilosa lineal y amilopectina ramificada.

El almidón es el polisacárido de reserva propio de las células vegetales, acumulado en plastos especializados (amiloplastos), semillas y órganos tuberosos. Está formado por una mezcla de dos polímeros: Amilosa: cadena helicoidal continua y no ramificada de restos de -D-glucosa unidos por enlaces . Amilopectina: polímero fuertemente ramificado compuesto por un esqueleto de glucosas unidas por con ramificaciones laterales mediante enlaces introducidos cada 15-30 residuos. El glucógeno es el polisacárido de reserva característico de los animales y hongos, almacenado de forma preferente en el citoplasma del hígado y del tejido muscular esquelético.

Presenta una arquitectura idéntica a la de la amilopectina (enlaces y ramificaciones ), pero con una tasa de β β(1 4) β β(1 4) α α(1 4) α(1 4) α(1 6) α(1 4) α(1 6) Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 20 ramificación mucho mayor (un punto de anclaje cada 8-12 monómeros). Esta elevada densidad de extremos no reductores permite que las enzimas fosforilasas liberen rápidamente unidades de glucosa cuando el organismo demanda energía urgente. Heteropolisacáridos y heterósidos Los heteropolisacáridos combinan dos o más clases de monosacáridos.

Entre ellos figuran el agar-agar (polímero de D y L-galactosa obtenido de algas rojas), las gomas vegetales (compuestas por arabinosa, galactosa y ácido glucurónico, con misiones protectoras y cicatrizantes en plantas) y los glicosaminoglicanos (como el ácido hialurónico del tejido conjuntivo, el condroitín sulfato del cartílago y la heparina con función anticoagulante). Los heterósidos asocian glúcidos a componentes no glucídicos de relevancia biomédica y citológica: Glicolípidos y glicoproteínas: componentes esenciales del glucocálix y mediadores de la señalización celular.

Principios activos vegetales: glucósidos cardiotónicos (como los utilizados en patologías cardiovasculares), cianogenéticos (productores de cianuro defensivo), saponinas, derivados antracénicos (de efecto laxante) o tanósidos astringentes. PAU · 2026, JUNIO Pregunta 1: Biomoléculas. Se debe seleccionar 1 opción (2 puntos) La vida se sustenta en la interacción fisicoquímica entre el agua y los bioelementos. El éxito de éstos radica en su capacidad para formar enlaces estables y moléculas tridimensionales complejas. Por ejemplo, sin la versatilidad del carbono, no existirían las biomoléculas orgánicas que permiten la compartimentación y el metabolismo. Opción 1.A a.

¿Qué ocurre cuando se rompen los enlaces glucosídicos del glucógeno? [0,3 ptos.] Resolución Cuando se rompen los enlaces O-glucosídicos del glucógeno se produce la hidrólisis (o fosforólisis enzimática) del polímero, dando lugar a la despolimerización del polisacárido y a la liberación consecutiva de sus unidades monoméricas fundamentales: moléculas de D-glucosa libres (o glucosa-1-fosfato mediante la vía de la glucogenólisis).

Estas unidades de glucosa quedan inmediatamente disponibles para ser degradadas a través de la glucólisis para la síntesis de ATP o bien, en el caso del tejido hepático, ser vertidas al torrente sanguíneo con el propósito de restituir y regular los niveles de glucemia fisiológica. Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 21 IDEAS CLAVE Los monosacáridos son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas que en disolución acuosa forman anillos hemiacetálicos o hemicetálicos, generando un nuevo centro asimétrico: el carbono anomérico.

El poder reductor de los disacáridos depende exclusivamente de la presencia de al menos un carbono anomérico libre tras la formación del enlace O-glucosídico monocarbonílico. Los polisacáridos con enlaces de tipo (como el almidón y el glucógeno) adoptan disposiciones plegadas idóneas para el almacenamiento y la movilización de energía. Los polisacáridos con enlaces de tipo (como la celulosa y la quitina) forman cadenas lineales inextensibles y compactas que cumplen un papel estructural defensivo y de soporte mecánico. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 5. ¿Por qué la sacarosa carece de poder reductor mientras que la maltosa sí lo conserva? 6.

¿Cuál es la diferencia estructural entre la amilopectina y el glucógeno? 7. ¿Qué distingue a dos monosacáridos que son epímeros entre sí? 3 Tema 3: Lípidos Concepto y clasificación de los lípidos Los lípidos constituyen un conjunto extraordinariamente heterogéneo de biomoléculas orgánicas formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno, a los que con frecuencia se incorporan fósforo, nitrógeno y azufre (elementos presentados en el contexto de los bioelementos primarios en «Tema 1: Bioelementos, agua y sales minerales»).

A diferencia de los glúcidos o las proteínas, no responden a una pauta polimérica uniforme ni a un único grupo funcional, sino que se definen por sus propiedades físicas comunes: son prácticamente insolubles en disolventes polares como el agua, solubles en disolventes apolares u orgánicos (como éter, cloroformo, benceno o acetona) y presentan un tacto untuoso al tacto característico.

Desde una perspectiva fisiológica, los lípidos asumen funciones biológicas capitales: actúan como almacén energético concentrado a largo plazo, componen la matriz estructural de todas las membranas celulares, ejercen de aislantes térmicos o protectores mecánicos y desempeñan funciones de regulación hormonal y vitamínica.

El criterio bioquímico fundamental para clasificarlos radica en la presencia o ausencia de ácidos grasos en su estructura molecular, lo que determina su capacidad para experimentar la hidrólisis alcalina conocida como saponificación: α β Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 22 ESQUEMA Clasificación general de los lípidos Grupo Subgrupo Componentes principales Ejemplos representativos Saponificables (contienen ácidos grasos) Simples (hololípidos) Ésteres de ácidos grasos con un alcohol (sin otros grupos) Acilglicéridos (grasas neutras) y ceras Complejos (heterolípidos) Ácidos grasos + alcohol + componentes no lipídicos (fosfato, glúcidos, aminas) Glicerofosfolípidos, esfingomielinas, cerebrósidos y gangliósidos Insaponificables (sin ácidos grasos) Derivados poliméricos del isopreno o de anillos hidrocarbonados complejos Terpenos, esteroides (colesterol, hormonas sexuales) y eicosanoides Lípidos saponificables Contienen ácidos grasos unidos por enlaces éster Lípidos simples Solo integran carbono, hidrógeno y oxígeno Acilglicéridos Glicerol con 1, 2 o 3 ácidos grasos Ceras Monoalcohol de cadena larga con ácido graso Lípidos complejos Poseen componentes no lipídicos (P, N, glúcidos) Glicerofosfolípid Glicerol, dos ácidos grasos y fosfato Esfingolípidos Derivados de la ceramida (esfingosina y ácido graso) Lípidos insaponificables Carecen de ácidos grasos; no rinden jabones Terpenos Polímeros de isopreno (vitaminas A, E, K) Esteroides Derivados del esterano (colesterol y hormonas) Eicosanoides Derivados de 20 carbonos (prostaglandinas) Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 23 DEFINICIÓN Lípidos saponificables: aquellos lípidos que contienen al menos un ácido graso unido mediante enlace éster, lo que les permite hidrolizarse en un medio alcalino para liberar sales de ácidos grasos (jabones) y alcohol.

Ácidos grasos: arquitectura, reactividad y propiedades físico-químicas Los ácidos grasos son ácidos orgánicos monocarboxílicos formados por una larga cadena hidrocarbonada alifática, normalmente lineal y con un número par de átomos de carbono (habitualmente comprendido entre 10 y 22 carbonos, siendo los de 16 y 18 los más frecuentes en los seres vivos). Aunque pueden hallarse libres en cantidades discretas, en su gran mayoría se encuentran esterificados formando parte de lípidos más complejos.

En función de la presencia o ausencia de insaturaciones en la cadena alifática, se diferencian dos categorías esenciales: Ácidos grasos saturados: no poseen dobles enlaces entre los carbonos de su cadena. Los enlaces simples permiten una disposición rectilínea en zigzag libre de torsiones permanentes. Esta conformación espacial extendida facilita un empaquetamiento muy compacto y ordenado de las cadenas vecinas mediante fuerzas de atracción de van der Waals. Por ello, presentan puntos de fusión elevados y se mantienen en estado sólido a temperatura ambiente ( ). Son ejemplos destacados el ácido palmítico (16 carbonos) y el ácido esteárico (18 carbonos).

Ácidos grasos insaturados: contienen uno (monoinsaturados) o varios (poliinsaturados) dobles enlaces en configuración geométrica cis. Cada doble enlace introduce una inflexión rígida («codo») que desvía la orientación lineal de la cadena hidrocarbonada. Esta desviación impide el empaquetamiento denso entre moléculas adyacentes, debilitando drásticamente las fuerzas intermoleculares de van der Waals. En consecuencia, sus puntos de fusión son notablemente más bajos y son líquidos a temperatura ambiente (aceites). Sobresalen el ácido oleico (18 carbonos y un doble enlace) y los ácidos poliinsaturados como el ácido linoleico (18 carbonos y dos dobles enlaces).

Estos últimos resultan indispensables en la dieta de los mamíferos al no poder sintetizarse metabólicamente (denominados históricamente vitamina F). Esquema del ácido palmítico con cabeza carboxilo hidrófila y cola alifática hidrófoba. PARA RECORDARLO A mayor longitud de la cadena hidrocarbonada, mayor punto de fusión (más superficie de contacto para enlaces de van der Waals). Por el contrario, a mayor número de dobles enlaces, menor punto de fusión (los codos desestructuran el empaquetamiento molecular).

C C 20 C Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 24 Propiedades físico-químicas de los ácidos grasos El comportamiento de los ácidos grasos se rige por su estructura bipolar: Esquema de las reacciones de esterificación y saponificación de un triacilglicérido. ERROR FRECUENTE No confundas la hidrólisis ácida con la saponificación. La hidrólisis en medio ácido regenera el ácido graso neutro (R-COOH), mientras que la hidrólisis alcalina o saponificación produce sales metálicas ionizadas ( ), que son las moléculas tensoactivas capaces de emulsionar grasas. Carácter anfipático: la molécula posee dos regiones con afinidades opuestas.

El grupo carboxilo terminal (-COOH) presenta carga e ionización en disolución acuosa, comportándose como una cabeza polar hidrófila capaz de formar enlaces electrostáticos y puentes de hidrógeno con el agua. En contraste, la cadena alifática es apolar e hidrófoba, rehuyendo el contacto acuoso. A medida que la cadena hidrocarbonada se prolonga, la insolubilidad global aumenta.

1 Reacción de esterificación: el grupo carboxilo del ácido graso se une covalentemente al grupo hidroxilo ( ) de un alcohol mediante la formación de un enlace éster, desprendiendo una molécula de agua por cada enlace generado: 2 OH R COOH + HO R R CO O R + H O 2 Reacción de saponificación: consiste en la hidrólisis alcalina de los ésteres lipídicos en presencia de una base fuerte como el hidróxido de sodio (NaOH) o de potasio (KOH).

La reacción rompe el enlace éster y rinde el alcohol libre junto con las sales sódicas o potásicas de los ácidos grasos, comúnmente denominadas jabones: 3 R CO O R + NaOH R CO O Na + + R OH R CO ONa Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 25 Lípidos saponificables: almacenamiento energético y membranas Acilglicéridos (grasas neutras) Los acilglicéridos son ésteres formados por la unión de una molécula de propanotriol (glicerina o glicerol) con una, dos o tres moléculas de ácidos grasos mediante enlaces éster, denominándose respectivamente monoacilglicéridos, diacilglicéridos o triacilglicéridos (también conocidos coloquialmente como triglicéridos).

Al quedar todos los grupos hidroxilo de la glicerina ocupados por las largas colas apolares, los triacilglicéridos carecen por completo de polaridad neta, por lo que reciben el nombre de grasas neutras. En los animales, los triacilglicéridos constituyen la principal reserva de energía metabólica y se acumulan en gotas lipídicas dentro de células especializadas denominadas adipocitos (que forman el tejido adiposo). En los vegetales se concentran en vacuolas u orgánulos oleosos de semillas y frutos. Su valor energético es excepcionalmente alto: aportan aproximadamente 9,3 kcal/g, frente a las 4,1 kcal/g que rinden los glúcidos o las proteínas.

Esto se debe a dos razones físico-químicas: Los átomos de carbono de las cadenas alifáticas se hallan en un estado de reducción química mucho más elevado que los carbonos oxigenados de la glucosa, liberando más energía al oxidarse por completo en el catabolismo mitocondrial. Al ser completamente hidrófobos, se almacenan deshidratados en forma anhidra, sin acumular el peso añadido del agua de solvatación que acompaña obligatoriamente al glucógeno celular. Adicionalmente, el panículo adiposo subcutáneo actúa como un eficiente aislante térmico frente a bajas temperaturas y provee de amortiguación o protección mecánica a vísceras internas.

Ceras Las ceras son ésteres de un ácido graso de cadena larga con un monoalcohol alifático también de cadena muy larga. Presentan ambos extremos hidrófobos, lo que les confiere una insolubilidad total y un punto de fusión elevado. Desempeñan una misión protectora e impermeabilizante: forman la cutícula que recubre hojas y frutos para evitar la deshidratación por evaporación, componen la cera del panal de las abejas, la lanolina protectora en la lana ovina y el aceite de espermaceti en los cetáceos.

Lípidos complejos y membranas biológicas A diferencia de los triacilglicéridos de reserva, los lípidos complejos combinan una fracción lipídica con agrupaciones químicas hidrófilas, dotando a la molécula de un acusado carácter anfipático que resulta determinante para autoensamblarse en las bicapas celulares. Glicerofosfolípidos (fosfoglicéridos) Se estructuran sobre una molécula de glicerol cuyos carbonos 1 y 2 están esterificados por dos ácidos grasos (típicamente uno saturado en C1 y uno insaturado en C2), mientras que el carbono 3 está esterificado con un grupo fosfato. Esta unidad mínima es el ácido fosfatídico.

A su vez, el grupo fosfato se enlaza a un compuesto polar (aminoalcohol o polialcohol como la colina, etanolamina, serina o inositol). Esfingolípidos No contienen glicerol; su columna vertebral es la esfingosina, un aminoalcohol insaturado de 18 carbonos. La esfingosina une su grupo amino a un ácido graso mediante un enlace amida, constituyendo la ceramida, que es la unidad estructural básica compartida por toda la familia. Según el grupo polar unido al carbono 1 de la ceramida, se clasifican en: Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 26 Esfingomielinas: llevan unida fosfocolina o fosfoetanolamina.

Son lípidos con fósforo que integran en abundancia las vainas de mielina que aíslan los axones de las neuronas en el sistema nervioso. Glicoesfingolípidos: carecen de fosfato; el grupo polar es un glúcido. Comprenden los cerebrósidos (con un monosacárido simple como glucosa o galactosa) y los gangliósidos (con un oligosacárido complejo ramificado). Se sitúan preferentemente en la monocapa externa de la membrana plasmática neuronal y celular, integrando el glucocálix y actuando como determinantes de los grupos sanguíneos o receptores para toxinas y agentes infecciosos.

Comportamiento anfipático en agua Cuando los fosfolípidos y esfingolípidos se dispersan en un medio acuoso, sus cabezas polares establecen atracciones electrostáticas con los dipolos del agua, mientras que sus colas hidrófobas se agrupan entre sí por interacciones hidrófobas para minimizar el contacto termodinámicamente desfavorable con el solvente. Dependiendo de la concentración y las condiciones físicas, adoptan diversas disposiciones supramoleculares: Esquema de agregados de lípidos anfipáticos en agua: monocapa, bicapa, liposoma y micela. Monocapas: láminas orientadas en la interfase aire-agua, donde las cabezas tocan la superficie líquida y las colas se proyectan hacia el aire.

Bicapas: dos capas enfrentadas donde las cadenas hidrófobas quedan secuestradas en el interior de la lámina y las cabezas hidrófilas contactan con las fases acuosas interna y externa; es la base estructural del modelo de membrana biológica. Micelas: agregados esféricos de monocapa donde las colas apuntan hacia un núcleo central anhidro y las cabezas cubren la periferia. Liposomas: vesículas esféricas huecas delimitadas por una bicapa lipídica que encierra un compartimento acuoso interior. Se emplean extensamente en farmacología y biotecnología como vehículos de administración de fármacos o material genético.

Apuntes de Biología: bases moleculares, citología, genética e inmunología 27 Lípidos insaponificables: señalización y regulación Carecen de ácidos grasos y enlaces éster, por lo que no pueden formar jabones tras tratamiento con hidróxidos alcalinos. Terpenos (isoprenoides) Son moléculas sintetizadas por la polimerización secuencial de unidades de isopreno (2-metil-1,3- butadieno). Abarcan esencias vegetales aromáticas (mentol, limoneno), vitaminas liposolubles como la vitamina A (retinol, esencial para la visión), vitamina E (tocoferol, antioxidante) y vitamina K (fitomenadiona, clave en la coagulación sanguínea), así como pigmentos fotosintéticos accesorios (carotenos y xantofilas).

Esteroides y colesterol Los esteroides son derivados del hidrocarburo tetracíclico saturado ciclopentanoperhidrofenantreno (esterano), constituido por tres anillos hexagonales de fenantreno y uno pentagonal de ciclopentano. El representante más relevante en células animales es el colesterol. Posee una cabeza polar débil (un grupo hidroxilo en el carbono 3) y una estructura tetracíclica rígida con una cola alifática corta apolar.

Se intercala entre los fosfolípidos de la membrana plasmática, desempeñando un doble papel regulador de su fluidez: CAUSAS Y CONSECUENCIAS Altas temperaturas Aumento de la energía cinética de los fosfolípidos Bajas temperaturas Tendencia de las colas hidrocarbonadas a compactarse Regulación térmica de la fluidez de membrana por colesterol Inhibe hiperfluidez El esterano rígido inmoviliza parcialmente las colas lipídicas Previene congelación Impide el empaquetamiento ordenado y cristalización de la bicapa A partir del…