BIOLOGÍA MOLECULAR - BIOMOLÉCULAS Y SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

[pic 1]

Biología Saber 11°

Código de la guía: GB-PS-BS-1

Versión: 1

TEMAS: BIOLOGÍA MOLECULAR - BIOMOLÉCULAS Y SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

Biomoléculas: Cuando los átomos se unen para ser vida

Objetivo general:

Reconocer la composición química de los seres vivos, mediante el estudio de los elementos fundamentales que conforman las biomoléculas y el funcionamiento de las mismas.

Resultados específicos:

Al finalizar la sección el estudiante deberá tener la capacidad de:

1. Reconocer la estructura básica de una molécula orgánica, una molécula inorgánica y una biomolécula, advirtiendo sus principales diferencias.

1. Identificar los procesos que hacen parte del dogma central de la biología molecular, comprendiendo la función del material genético como portador de la información genética.

Duración para ejecutar la guía: Seis (6) horas, veinticinco (25) minutos

¿Qué hacer? ¿Cómo hacer? ¡Voy a hacer!

Descubriendo la vida

La presente guía está dividida en tres momentos, cada uno representado por una actividad. Cada actividad cuenta con un objetivo o propósito específico y un tiempo estipulado (recomendado) para ser desarrollado. Te invitamos a que inicies con la ejecución de la guía y descubras el gran mundo de la biología.

Actividad número uno:

La vida al microscopio

Tiempo: Te recomendamos que realices esta actividad en un máximo de tres (3) horas.

Recuerda que eres autónomo y que es tu proceso de formación, así que, si requieres de más tiempo, úsalo. Sin embargo, proponte metas para superar tus propios tiempos.

Propósito: Reconocer las generalidades de las biomoléculas y los conceptos básicos del dogma central de la biología molecular.  

Descripción de la actividad número uno

1. Las biomoléculas son los compuestos químicos que constituyen la materia viva. Están conformados por bioelementos: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Además, existen otros elementos importantes que son requeridos en menores cantidades, estos son conocidos como elementos traza: cobre, hierro, selenio y cinc

Según su estructura y naturaleza, las biomoléculas se clasifican en: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

¿Sabes cuál es la diferencia entre estas macromoléculas? Consulta la estructura molecular y la función principal de cada una de estas. Cuéntanos además cómo se clasifican y el lugar donde los podemos encontrar, por ejemplo, en el alimento.

Para esta parte puedes hacer uso del material propuesto en el complemento de este taller.

Sintetiza la información en una tabla comparativa que incluya como encabezado: biomolécula, monómero, función y un ejemplo.

1. Ahora intentaremos adentrarnos en las proteínas, específicamente estudiaremos su estructura: primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria. Te recomendamos que uses el recurso recomendado en la sesión de complementos de esta guía, el cual hemos titulado “Estructura proteica 3D”.

¿Cuál es la diferencia entre la estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria de una proteína?

1. Como ya hemos reconocido las características generales de cada una de las biomoléculas, estamos preparados para examinar los procesos que permiten que la información de nuestro material genético (ADN) no sólo se transmita de generación a generación, sino además que se exprese en el organismo que los contiene.

Los procesos llevados a cabo por los ácidos nucleicos han sido reconocidos por la comunidad científica como el dogma central de la biología molecular.

¿Para ti qué es un dogma?, ¿por qué crees que se le ha dado el nombre de dogma central de la biología molecular?, ¿qué procesos están involucrados?, ¿qué producto se obtiene al finalizar cada proceso?, ¿Qué es código genético?

Consulta los pasos de cada uno de los procesos del dogma central de la biología molecular. Dibuja un esquema (mapa conceptual) que detalle las enzimas involucradas en cada etapa y que indique la molécula que resulta al final de cada una de ellas. Para diseñar el mapa conceptual, puedes hacer uso del programa “CmapTools”, link de descarga al final de esta unidad, en complementos.

Desarrollo de la Actividad 1

(Envíanos tus respuestas, para ello puedes usar este espacio)

1. CARBOHIDRATOS: los átomos se forman con c, o e h son monosacáridos; su función es energética también estructural de reserva; por ejemplo la glucosa sacarosa entre otros

PROTENAS: los átomos se forman con c, o, h, n y s, son aminoácidos, su función es estructural, catalizadora, transportadora, regulación y defensa. Poe ejemplo colágeno, hemoglobina e insulina

LIPIDOS: loa átomos están formados por c, h, n y p; son ácidos grasos, glicerol; su función es energética y estructural. Por ejemplo el colesterol  

ACIDOS NUCLEICOS: loa átomos están formados por c, h, n y p; son nucleicos; su principal función es determinar y estructurar características, por ejemplo ADN y ARN.

1. La estructura primaria de las proteínas es la secuencia de aminoácidos.

La estructura secundaria de las proteínas es la formación de hojas beta (generalmente secuencias repetidas de aminoácidos hidrofóbicos) y hélices alfa (generalmente secuencias de aminoácidos que pueden formar puentes de hidrógeno entre sí).

La estructura terciaria de las proteínas es la conformación y plegamiento espacial que adquiera las proteínas, según el medio circundante.

La estructura cuaternaria afecta la disposición de varias cadenas polipépticas en el espacio.

1. Considero que un dogma es una parte esencial de algún sistema y no se puede poner en duda dentro del sistema

Actividad número dos:

Eres lo que comes.

Tiempo: Te recomendamos que realices esta actividad en un máximo de tres (3) horas.

Recuerda que eres autónomo y que es tu proceso de formación, así que, si requieres de más tiempo, úsalo. Sin embargo, proponte metas para superar tus propios tiempos.

Propósito: Relacionar los conceptos básicos introducidos en la primera parte de la guía con la vida diaria.

Descripción de la actividad número dos

¡Corre a tú cocina!, hoy reconoceremos la composición de lo que comemos.

Ya reconoces las moléculas que conforman los seres vivos, es preciso entonces que intentemos ver cómo nos relacionamos con dichas moléculas en nuestra vida diaria, por ejemplo, con lo que comemos. Vamos entonces a saquear nuestra cocina.

1. Empezaremos por buscar el recipiente de tu bebida favorita, el empaque de la golosina preferida y el de la leguminosa (granos) que más te gusta. Ahora examina la tabla nutricional e identifica el porcentaje de grasas, proteínas y/o azúcares (carbohidratos) contenido en cada uno de ellos.

Para cada alimento reporta cuál de estas biomoléculas se encuentra en mayor proporción, anímate y plantea una explicación para la diferencia de porcentaje encontrado y la relación que existe con el tipo de alimento. Ejemplo: los embutidos contienen un alto porcentaje de proteína, pues está constituido en su mayor parte por carne, el cual a su vez contiene alto grado de aminoácidos, la base de las proteínas.

1. Ahora debes hacer una lista de 5 alimentos no elaborados (frutas, legumbres, hortalizas, etc.) que tengas en tú cocina, y que sean fuente de carbohidratos, 5 que sean fuente de lípidos y 5 de proteínas.

Ejemplo: las papas son principalmente carbohidratos, pues está constituido en su mayor parte por almidón, el cual a su vez es producto de la unión de muchas moléculas de azúcar (glucosa).

Reúnelos por grupos (según macromolécula) y tómale una foto, envíanos cada foto acompañada de una descripción de la importancia que tiene cada grupo para el cuerpo humano.  

1. Ahora intentaremos adentrarnos en la estructura de las proteínas (primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria), para ello construiremos la forma tridimensional de una proteína humana.

En la sesión de complementos, específicamente en Anexos (final de esta guía) encontrarás una secuencia de ARN mensajero, debes tomarla y construir la proteína que corresponde a dicha secuencia, recuerda que para esto debes hacer uso del código genético y el símbolo (letra) que corresponde a cada aminoácido, por ejemplo: el ácido aspártico se representa por la letra “D”, el triptófano por “W”, etc. Con esto obtienes la secuencia de la proteína.

Ahora que tienes la secuencia de aminoácidos de la proteína, debes ingresar al siguiente link: https://swissmodel.expasy.org/

Das clik en “Stark Modelling” e ingresa la secuencia proteica. Das clik en Build model y esperas a que se genere la estructura 3D de la proteína. Tardará unos cuantos minutos.  Debe aclararse que si tienes un error en la secuencia no se generará la estructura, así que debes tener cuidado con ello.

Si tienes alguna duda, en complementos encontrarás un video llamado “Tutorial Swiss-Model” que te indicará los pasos a seguir.

Envíanos una imagen de la proteína obtenida, acompaña la imagen con una breve explicación de la función y localización de esta en el genoma.  Según lo que ya leíste de las proteínas, ¿Por qué crees que es importante la forma tridimensional de la molécula?

Desarrollo de la Actividad 2

(¡Vas bien! Usa este espacio para escribir los resultados de tu trabajo)

Actividad número tres:

¿Para qué me sirve saber todo esto?

Tiempo: Te recomendamos que realices esta actividad en un máximo de veinticinco (25) minutos.

Recuerda que eres autónomo y que es tu proceso de formación, así que, si requieres de más tiempo, úsalo. Sin embargo, proponte metas para superar tus propios tiempos.

Propósito: Usar los conocimientos adquiridos durante la lectura del capítulo correspondiente para la resolución de preguntas de selección múltiple tipo prueba Saber 11°

Descripción de la actividad número tres

Qué tanto sabes de: Biomoléculas

Ahora descubrirás cómo serás evaluado en tú examen.

Hemos llegado hasta la actividad tres, quiere decir que estamos listos para nuestra actividad de selección múltiple con única respuesta. Recuerda responder todas las preguntas en el menor tiempo posible.

¡Muchos éxitos!

Desarrollo de la Actividad 3

Responde la pregunta 1 de acuerdo a la siguiente información

Watson y Crick describieron la doble hélice de ADN como el producto de la unión de las bases nitrogenadas por medio de puentes de hidrógeno, aseguraron que esta se daba de forma pareada, es decir, tenían un carácter complementario entre las bases.

[pic 2]

Figura 1. Estructura de cadena de AND

Tomada de: https://adnestructurayfunciones.files.wordpress.com/2009/09/enlaces_hidrogeno.jpg

1. De acuerdo al apareamiento de las bases nitrogenadas, si una cadena de ADN presenta 30 % de Adenina

1. debe tener 30% de guanina.
2. tiene 20% de citosina.
3. el 70% restante será de guanina y citosina.
4. tendrá el 30% de uracilo

Responde la pregunta 2 de acuerdo a la siguiente información

Cuando se desea separar dos hebras de ADN en el laboratorio, la cadena de ADN debe ser sometida a un incremento de temperatura que se encargue de romper los puentes de hidrógeno que las une. No obstante, algunas cadenas suelen presentar mayor resistencia a la separación de acuerdo al número de puentes de hidrógeno que presentan.

1. Si una especie de hongo tiene un porcentaje GC (guanina-citosina) del 36%  en su cadena de ADN, y una bacteria presenta un contenido AT (adenina – timina) de 26%, lo más probable es que

1. la cadena del hongo presente mayor resistencia a separarse.
2. la bacteria requiera mayor cantidad de energía para separar sus hebras.
3. ambas cadenas exhiban una resistencia similar a la separación.
4. el contenido GC y AT no determina la resistencia de las hebras a la separación.

1. En la traducción la secuencia de ARN mensajero es “leída” para definir la serie de aminoácidos con la que se formará el péptido. De acuerdo a esto, podría pensarse que una insuficiencia en este proceso es resultado de

1. una baja ingesta de proteínas.
2. una deficiencia de ácidos grasos en la dieta.
3. un exceso de carbohidratos.
4. la desnaturalización de las proteínas consumidas.

1. Las proteínas son moléculas cuya estructura tridimensional determina su funcionalidad. En el caso de las enzimas, estas son proteínas que aceleran las reacciones químicas, permitiendo que un sustrato se convierta en uno o varios productos, sin que la enzima varíe. Por esto, es muy común someter a una enzima a cambios de temperatura para que las reacciones químicas, como la descomposición, se ralentice. Esto significa que

1. la temperatura hace que la enzima pierda la energía que debería aportar en la reacción.
2. la baja temperatura hace que la velocidad con la que la enzima se transforma en productos disminuya.
3. La estabilidad de la enzima aumenta a altas temperaturas, por lo cual presenta una reactividad química muy baja.
4. al someter una enzima a altas temperaturas esta pierde su estructura tridimensional y por tanto deja de ser funcional.

1. Los glúcidos o carbohidratos son la fuente primaria de energía para el organismo, por ello, es esencial para el individuo mantener reservas energéticas a largo plazo. En el caso de las plantas estas almacenan azúcares en forma de

1. glucógeno.
2. lípidos.
3. glucagón.
4. almidón

1. Loa aminoácidos son los monómeros (subunidades) de las proteínas. Estos se clasifican en esenciales y no esenciales, siendo los esenciales aquellos que

1. el cuerpo puede sintetizar y por tanto no es necesario obtenerlos en el alimento.
2. el cuerpo puede excluir, pues existen otras subunidades que cumplen la misma función.
3. son necesarios adquirir en la nutrición, pues el organismo no tiene la capacidad de sintetizar.
4. Son usados en la industria para la extracción de insumos, fragancias y esencias.

1. Tras la descripción de la estructura del ADN dada por Watson y Crick, se descubrió que la unión entre bases nitrogenadas en la cadena está dada por puentes de hidrógeno, estos no requieren de la participación de los electrones, por lo cual puede considerarse como

1. enlaces covalentes, donde los electrones se comparten con el átomo de hidrógeno para darle estabilidad.
2. enlaces iónicos, pues los electrones se pueden perder o ganar dependiendo de las electronegatividades.
3. atracción de átomos con cargas opuestas, donde uno de ellos es un átomo de hidrógeno.
4. atracción dada entre dos o más puentes de hidrógenos que se encuentran en las bases nitrogenadas.

1. El proceso de descomposición de los alimentos está dado en su mayor medida por la presencia de enzimas microbianas (bacterias y hongos). La acción de dichas enzimas puede ser regulada por medio de la temperatura, lo cual ha sido usado en la conservación de los alimentos. De esta forma podemos decir que

1. Al cocinar los alimentos las enzimas presentes (por ser proteína) pierden su funcionalidad, esta es recuperada cuando la temperatura desciende de nuevo.
2. Al refrigerar los alimentos se inhibe la acción de las enzimas, por lo cual el proceso de descomposición de los alimentos se da sin catalizador, lo cual lo hace más lenta.
3. La baja temperatura mata las baterías y hongos, por lo cual sus enzimas no entran en contacto con los tejidos de los alimentos, evitando la descomposición.
4. La función de la enzima se pierde cuando los microrganismos que las producen mueren por acción del cambio de temperatura.  

1. El proceso de transcripción y traducción implica la presencia de ARN mensajero, ARN de transferencia y ARN ribosomal. El ARN mensajero y el ARN de transferencia presentan el codón y el anticodón, respectivamente. Estos son, en su orden

1. Secuencia de un gen que dará lugar a una proteína y secuencia de aminoácidos que conforman dicha proteína.
2. Tripleta de nucleótidos consecutivos en una cadena de ARN mensajero y tripleta complementaria presente en ARN de transferencia que codifica un aminoácido.
3. Secuencia de tres nucleótidos que presenta exones y secuencia de tres nucleótidos que presenta intrones.
4. Secuencia de ARN mensajero que lleva la información del gen a codificar y molécula encargada de cortar dicha secuencia en tripletas.

1. Los organismos aerobios, respiran oxígeno, como subproducto de los procesos metabólicos generamos agua, esta es conocida como agua metabólica. La mayoría de las especies animales que lo hacemos eliminamos esa agua por medio del sistema respiratorio, pero otras especies han desarrollado estrategias particulares que les permite usar esa agua metabólica. Por ejemplo, el dromedario y camello.

¿Qué estrategia usan estos animales desérticos para generar buenas cantidades de agua metabólica?

Complemento:

Recuerda revisar el capítulo de biomoléculas y síntesis de proteínas del módulo virtual. Este te servirá para continuar con la preparación de la temática y dar solución a la presente guía.

Además, puedes hacer uso de otros recursos, estos son algunos de los propuestos:

Videos recomendados:

• Biomoléculas:  https://www.youtube.com/watch?v=5SImRf3pbdc

• Replicación:  https://www.youtube.com/watch?v=WtRA-NsERKY

• Tutorial Swiss-Model: https://www.youtube.com/watch?v=P7iaRxuUR_k

Páginas relacionadas:

• Biomoléculas estructura 3D: http://biomodel.uah.es/model3j/inicio.htm
• Estructura proteica 3D: http://biomodel.uah.es/model1j/prot/contents.htm
• Construcción estructura de una proteína: https://swissmodel.expasy.org/
• http://objetos.unam.mx/biologia/moleculasOrganicas/index.html
• http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/contenidos.htm

Link de descarga programa CmapTools: http://cmap.ihmc.us/

ANEXOS

Secuencia de ARN mensajero correspondiente a gen P53 de Homo sapiens sapiens

GUUGGCUCUGACUGUACCACCAUCCACUACAACUACAUGUGUAACAGUUCCUGCAUGGGCGGCAUGAACC

GGAGGCCCAUCCUCACCAUCAUCACACUGGAAGACUCCAG