Visitando la Universidad Complutense de Madrid

El pasado jueves, día 12 de Noviembre del 2015, los alumnos de los Salesianos de Atocha fuimos, junto con nuestro profesor de biología y CMT, Luis Heras, a la Universidad Complutense de Madrid.

El grupo que fuimos a la visita, aunque se echa en falta al profesor.

Allí, tras algunas sesiones de fotos, la vicedecana de la universidad, Carmen Callejas, nos dió la bienvenida presentándonos la guía por la universidad con una charla sobre el número de profesores y estudiantes actuales, los departamentos que disponen, los programas de intercambios con otras universidades que ofrecen (tanto a nivel nacional como internacional), etc.

Al acabar la charla, nos señaló una enorme fila de paneles yuxtapuestos entre sí, empapelados por ambas caras del panel con carteles, unas en español y otras en inglés, sobre los distintos grados que ofrecía la universidad, investigaciones y demás. Y como no podía ser de otra manera, las eché una foto a casi todas ellas (eran demasiados carteles para fotografiarlas todas en una mañana).

Algunos de los carteles expuestos en la entrada de la universidad...

...Ciertamente, los carteles eran muy interesantes.

Nuestra primera parada fué la planta de biología celular (con ese nombre, no hace falta explicar qué estudian en ese departamento) donde nos encontramos en un pequeño laboratorio lleno de tubos, medidores, microscopios, incubadoras… Verdaderamente impresionante. En la sala en cuestión se estudiaba los tejidos cerebrales de los Xenopus (los anfibios) para obtener datos evolutivos sobre el sistema nervioso, que guardan una gran semejanza con las estructuras nerviosas humanas. Pero claro, para poder estudiar dichos tejidos primero hay que obtener buenas muestras, algo que es un poco delicado de llevar a cabo. Para observar los tejidos nerviosos al microscopio se necesita dos cosas: un buen microscopio y una muestra de unas pocas micras. Esto último lo obtenían con una cortadora muy precisa llamado microtomo. La muestra no podía tener ni poco grosor (con la luz no se vería) ni mucho grosor (la luz no conseguía traspasar la muestra), una tarea muy difícil para los que van mal de pulso, y para los que tienen un gran pulso también.

A la izquierda, foto de un lado del laboratorio repleto de armarios, tubos de ensayo, una mochila… A la derecha, el microscopio donde se estudian las muestras de tejido nervioso.

A continuación, fuimos a la sala donde crían a los anfibios para fines experimentales y de investigación. No hay mucho que contar de esta sala, sólo… Que estaba hasta arriba de cajas de plástico lleva de ranas, tritones y larvas (y mucha comida para peces y anfibios).

Cajas y cajas llenas de ranas, tritones y larvas… Simplemente, genial.

Tras la sala llena de xenopus, fuimos a ver cómo preparaban las muestras para el microscopio, con la ayuda de un microtomo, agua caliente, un tipo de cera y las placas de cristal.

Todo el grupo rodeando a la científica, que estaba preparando las muestras (hasta que llegamos nosotros). De regalo, el maravilloso destello de luz en la esquina de la foto.

Tras dejar trabajar tranquilamente a la investigadora, fuimos a otro laboratorio (con más personas inocentes trabajando en sus investigaciones) para que nos explicaran algo más acerca del sistema inmunológico, las células que lo componen y alguna enfermedades autoinmunes. Como extra, nos enseñó cómo estaba un hombre en su cultivo de microorganismos matutino.

En la sala de proyecciones, nos mostró dos muestras: una de tejido epitelial procedente de las paredes del intestino delgado de un ratón y la otra de un conjunto de células gliales. Con la esperanza de presenciar un proceso de mitosis de alguna célula, nos pasamos 10 minutos buscándola, pero no hubo suerte… Bueno, al menos nos llevamos una muestra de intestino y una marcapáginas (¡guay!).

Buscando alguna célula en proceso de mitosis, pero parece que ese día estaban tímidas.

Con esto nos aventuramos a nuestra segunda parada, el departamento de genética.

Dentro de una sala oscura y llena de aparatos y ordenadores, nos enseñaron cómo separaban distintos fragmentos de ADN con la técnica de la electroforesis, que, con la ayuda de una lámpara de luz ultravioleta, se podía ver la secuencia y el fenotipo que mostrará en algún futuro el individuo.

Esto se merece una foto para el Facebook.

Y tras casi dos horas andando por todo el departamento de biología celular y la mitad del departamento de genética, nos proponen una práctica. Reproducir clones de una misma planta de violeta africana (Saintpaulia sp ) a partir de unos cuantos fragmentos de un hoja en una placa de petri con agar nutritivo en el fondo. Suena muy interesante y sencillo, pero había un problema. El agar nutritivo es un excelente medio para la proliferación de bacterias y otros organismos, por lo que era relativamente fácil que en vez de obtener un clon de la violeta africana obtuvieras una variada colonia de bacterias arruinando el experimento, por lo que toda precaución era poca: mesa de cultivo con sistema de aireación, utensilios desinfectados, alcohol para las manos y mantener la boca cerrada (algo que no podíamos evitar hacer).

Estas son las caras de concentración que se pone al cortar una hoja (excepto una, que estaba super feliz con el bisturí en una mano y las pinzas en la otra).

Apuntes sobre glúcidos

Glúcidos

Hidratos de carbono, azúcares o glúcidos

• —Responden a un mismo tipo de biomoléculas.
• —Es mejor llamarlos glúcidos, ya que no todos son dulces, ni todos responden estrictamente a la fórmula molecular de hidratos de carbono (CH2O).

—

Monosacáridos

—Se trata de una unidad molecular de glúcidos (el conjunto de dos moléculas se llama disacárido…. El de muchas polisacárido).

—Son muy solubles en agua, y actúan como isómeros ópticos.

——Presentan un grupo carbonilo (aldehído las aldosas o cetona las cetosas) y varios grupos alcohol. En función del total de carbonos, se llaman triosas, tetrosas, pentosas…

Numeración

—El grupo carbonilo debe mirar hacia arriba siempre.

—Si es aldehído, será el C1.

—Si es cetona, será el C2.

—

Proyección de Fischer

Isomerías

Isómeros: compuestos que tienen la misma fórmula molecular pero difieren en su estructura y por ello presentan distintas propiedades. Dos tipos:

• —Isomería estructural: misma fórmula molecular pero distinta distribución de átomos en los enlaces, para dar lugar a estructuras químicas distintas.
• —Isomería espacial: misma fórmulas molecular y misma distribución de átomos en los enlaces, pero la disposición espacial de los átomos varía, conformando un esqueleto tridimensional que da lugar a estructuras químicas distintas. En concreto actúan como las manos, son idénticas en estructura pero espacialmente diferentes.

Esteroisomería

—El gliceraldehído presenta un carbono asimétrico (C*). El carbono central presenta cuatro sustituyentes distintos en sus cuatro enlaces, y esto le permite mostrar dos configuraciones espaciales distintas, llamadas estereoisómeros, no superponibles.

—La fórmula molecular se dispone con los radicales extendidos, y así diferenciamos a los estereoisómeros D y L. Si el grupo hidroxilo (OH) apunta a la derecha se llama D-gliceraldehído, y si apunta a la izquierda es L-gliceraldehído.

——Como D y L-gliceraldehído son la imagen especular uno del otro, se llaman estereoisómeros enatiómeros.

——Estos dos estereoisómeros desvían el plano de la luz polarizada que los atraviesa, si es hacia la derecha se llama azúcar dextrógiro y si es hacia la izquierda es azúcar levógiro. Sin embargo, en todas las moléculas, el hecho de que el compuesto  sea D no implica que sea dextrógiro ni que el L sea levógiro.

Triosas (C3H6O3)

—Son los glúcidos más simples,hay una cetotriosa y una aldotriosa.

——Es más interesante el gliceraldehído (aldotriosa) por presentar quiralidad, y por existir de dos formas químicamente idénticas pero tridimensionalmente distintas.

Tetrosa (C4H8O4)

—Antes sólo había un C* posible, pero en las tetrosas y de aquí en adelante, va a haber situaciones en las que haya varios C asimétricos y varias configuraciones posibles.

—Ya hemos visto una posibilidad, la de que tengamos estereoisómeros enantiómeros, que eran directamente la imagen especular uno del otro.

—Ahora nos ocurrirá que al cambiar la posición de algún o algunos OH en C* asimétricos podemos obtener diastereisómeros (isómeros que no son enantiómeros).

—En concreto, cuando en dos diastereoisómeros solo cambia la posición de los OH de un solo C* se llaman diastereoisómeros epímeros.

• —Epímeros: posición de un solo –OH
• —Enantiómeros: posición de todos los –OH: D y L

Pentosa (C5H10O5)

—Las más conocidas son la ribosa y un derivado suyo, la desoxirribosa, que forman parte de la estructura de los ácidos nucleicos (ARN Y ADN, respectivamente).

Hexosa (C6H12O6)

—A este grupo pertenecen los glúcidos más abundantes del planeta, como la glucosa, galactosa o fructosa.

Ciclación (FISHER - HAWORTH)—

—Cuando los azúcares se disuelven en agua, se forman estructuras cíclicas, que son la forma más común de representarlas.

——Sólo pueden ciclarse las moléculas de 5 y 6 C.

1. Tumbar la molécula, colocando el C1 mirando hacia la derecha, y cerrar un poco la estructura por el final.
2. El oxígeno (OH) del C5 (o del C4 si hablamos de una pentosa) va a atacar al C1, estableciéndose una unión entre ellas, lo que se conoce como un enlace hemiacetal. El átomo H del OH  que ha participado se dona al O del C=0 del C1.
3. Ahora el C1 se convierte en un carbono anomérico, al tener cuatro sustituyentes diferentes, y puede presentar dos estereoisómeros: el anómero a si el OH está hacia abajo y el anómero b si el OH mira hacia arriba.

Conformación de silla o de bote

Las formas cíclicas de los glúcidos no son en realidad planas como las proyecciones de Haworth, sino que adoptan una de estas dos conformaciones tridimensionales.

La de silla es algo más estable, al permitir una estructura más estirada donde los sustituyentes están algo más alejados unos de otros.

Disacáridos

—Formados por la unión de dos monosacáridos mediante un enlace O-glucosídico, perdiendo una molécula de H2O en esa unión. El enlace formado confiere resistencia a la molécula.

——En el ejemplo, el monosacárido de la izquierda participa con su carbono anomérico, mientras que el de la derecha suele participar con el C4 (enlace monocarbonílico, porque participa un C anomérico en la unión).

Formulación de disacáridos

1. Se nombra primero el azúcar de la izquierda, indicando

α/b –D/L - ______piranosil/furanosil

2. Se pone entre paréntesis los números de los C de la unión separados por una flecha

ej: (1 -> 4)

3. Se nombra el segundo azúcar, indicando

α/b - D/L - ______-piranosa/furanosa

—

—

α-D-glucopiranosil (1 ->4)- α -D-glucopiranosa

Apuntes sobre ácidos nucleicos

Ácidos nucleicos

1. Ácidos nucleicos

—Son biopolímeros formados por la unión de subunidades estructurales llamados nucleótidos. Su función en los seres vivos es trascendental: contienen la información genética y las instrucciones precisas para su lectura. Son ácidos nucleicos el ADN y el ARN.

1.1.Nucleótidos

Molécula resultante de la unión de una pentosa (ribosa o desoxirribosa) con una base nitrogenada (púrica o pirimidínica) y con un grupo fosfato.

• —El grupo fosfato es una molécula de acido fosfórico.
• —La pentosa, en su forma cíclica: puede ser una b-D-ribosa (en el ácido ribonucleico o ARN) o una b-D-desoxirribosa (en el ácido desoxirribonucleido o ADN).
• —La base nitrogenada puede ser de dos tipos:
• —Púricas: presentan una estructura de doble anillo, derivadas de la purina. Son la adenina (A) y la guanina (G).
• —Pirimidínicas: presentan una estructura de un solo anillo, derivadas de la pirimidínica. Son la citosina (C), la timina (T) y el uracilo (U).
• —La pentosa está unida a la base nitrogenada por el C1’ (enlace N-glucosídico) y al grupo fosfato por el C5’ (enlace éster).

1.2.Nucleósidos

Molécula resultante de la unión de una pentosa (ribosa o desoxirribosa) con una base nitrogenada (púrica o pirimidínica). Es por tanto un nucleótido desfosforilado.

Hay algunos nucleótidos especiales que no forman parte del ADN/ARN, y que cumplen otras funciones:

• —Nucleótidos difosfato y trifosfato (como el ADP y el ATP), que transportan una gran cantidad de energía en sus enlaces.
• —Moléculas cíclicas, como el AMPc, que actúa como segundo mensajero: pasa señales entre hormonas y el interior de las células.
• —Nucleótidos no nucleicos que actúan como coenzimas, como el FAD, el FMN, el NAD+, el NADP+ o la coenzima A (CoA).

2.ADN (ácido desoxirribonucleico)

—Biopolímero formado por la polimerización de desoxirribonucleótidos-5’-monofosfato de adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T).

Presenta estructura primaria y secundaria, aunque al unirse a proteínas puede alcanzar mayor complejidad.

ESTRUCTURA PRIMARIA

Largas secuencias lineales de desoxirribonucleótidos-5’-monofostato.

Los nucleótidos se encandenan mediante enlaces éster: el grupo fosfato de 5’ se esterifica al grupo -OH situado en posición 3’ del nucleótido siguiente. Esto hace que cada grupo fosfato forme un puente fosfodiéster entre dos moléculas de desoxirribosa.

• —Esto forma un esqueleto común para todas las clases de ADN: en cada cadena aparece un extremo 5’ libre (un fosfato) y un extremo 3’ libre (un enlace –OH de la pentosa).
• —Las bases nitrogenadas A,T,C,G no forman parte del esqueleto, sino que cuelgan hacia un lado.
• —A la hora de nombrar la secuencia de bases, se hace siempre en sentido 5’ -> 3’

ej: 5’…ATTACGCGGCTA…3’

—ESTRUCTURA SECUNDARIA

Se trata de una doble hélice formada por dos cadenas de polinucleótidos, unidas por los puentes de hidrógeno que se establecen entre sus bases.

—El descubrimiento de la estructura secundaria del ADN les valió el Premio Nobel de Fisiología en 1962 a James Watson, Francis Crick y a su jefe Maurice Wilkins. Hoy en día se reconoce también el importante trabajo que realizó Rosalind Franklin, química y cristalógrafa del laboratorio que obtuvo reveladores fotografías de la doble hélice por difracción de rayos X.

El modelo de la doble hélice dextrógira (ADN-B) propuesto por Watson y Crick, se caracteriza por:

• —Las cadenas son antiparalelas (distinto sentido): una va en dirección 5’ -> 3’ y la otra en 3’->5’.
• —Las secuencias de bases son complementarias: siempre A está frente a T, y la C va en frente de la G. La unión se realiza por puentes de hidrógeno: dos puentes de hidrógeno entre A=T y tres puentes de hidrógeno G≡C. Eso hace que una cadena con mayor proporción de G≡C resista mejor a la desnaturalización.
• —El enrollamiento de las dos cadenas es dextrógiro (sentido de las agujas del reloj) y de tipo plectonémico (imposibles de separar si no se rompe una de las dos).  

2.1.Desnaturalización del ADN

Por el incremento de T, variación del pH o de las condiciones iónicas, se romperían los puentes de hidrógeno entre bases complementarias. Se llama punto de fusión a la T que consigue separar las dos hebras.

La desnaturalización del ADN es un proceso reversible: las bases complementarias se volverían a asociar unas con otras y se recupera la estructura de doble hélice.

Al ser reversible, ha permitido el avance de importantes técnicas de ingeniería genética.

3.Niveles de complejidad del ADN

 A) Empaquetamiento en procariotas

• —El ADN de los procariotas (y también de los cloroplastos y mitocondrias en los eucariotas) es una doble hélice circular cerrada. Está asociado junto a unas pocas proteínas, que permiten el siguiente grado de empaquetamiento:
• —El cromosoma bacteriano (mide 1 mm) posee una serie de torsiones en la doble hélice, que genera un superenrollamiento que genera varios bucles y le permite ocupar un espacio mínimo.

B) Empaquetamiento en eucariotas

• El ADN eucariota mide más de 1m. Para conseguir este grado de empaquetamiento, el ADN se asocia a unas proteínas llamadas histonas.
• La forma compacta que adquiere el ADN unido a las histonas se llama cromatina. Aparece como unas fibras entremezcladas, que en realidad sigue una estructura compleja y ordenada que, tras varios niveles de organización, formará los cromosomas.

Núcleo interfásico: Estructura de la cromatina

Para lograr el máximo empaquetamiento, la doble hélice de ADN se enrolla periódicamente alrededor de las histonas, para formar estructuras que reciben el nombre de nucleosomas.

Cada nucleosoma está formado por un octámero de histonas alrededor del cual se enrollan dos vueltas de ADN. Forma un “collar de perlas”, siendo las perlas los nucleosomas y el hilo que las engarza los segmentos sueltos de ADN.

El siguiente nivel de enrollamiento, la fibra de 30 nm o fibra de cromatina, sería cuando el collar de perlas se enrolla sobre sí mismo hasta adoptar la forma de solenoides.

  Una vuelta del solenoide está formado por seis nucleosomas, estabilizados por histonas H1 en el núcleo de los solenoides.

Núcleo mitótico: Estructura del cromosoma

Ocurre cuando la célula entra en mitosis/meiosis.

La fibra de 30 nm se pliega formando grandes bucles radiales, que se compactan extraordinariamente y se vuelven a enrollar varias veces hasta formar las cromátidas de cada cromosoma.

4.ARN (ácido ribonucleico)

Biopolímeros formados por el encadenamiento de ribonucleótidos-5’-monofosfato.

La estructura primaria es similar a la del ADN, por uniones fosfodiéster 5’-3’ de los ribonucleótidos. Veamos las diferencias que hay respecto al ADN:

• Una única hebra, aunque algunos virus pueden tener dos.
• Los nucleótidos del ARN poseen ribosa. Al quedar libres los –OH del C2’ de la ribosa, origina tensiones que lo hacen menos estable que el ADN, por ello es el ADN el que guarda la información genética.
• En vez de la base Timina existe Uracilo (que se une A=U). Además, en ciertos tipos de ARN, como el ARNt existen en menor proporción otros tipos de bases como la hipoxantina.
• Suelen tener sólo estructura primaria, si bien puede haber algunas regiones de la cadena que puedan formar estructuras 2as y 3as locales.
• Hay distintos tipos de ARN, que se clasifican en base a su tamaño, que viene dado por el coeficiente de sedimentación (medido en unidades Svedberg, S).

4.1.ARN mensajero (ARNm)

Cadenas de tamaño variable que presentan sólo estructura primaria. Poseen una vida corta.

Contiene la información necesaria para la síntesis de una proteína determinada, pues existe relación directa entre la secuencia de bases del ARNm y la secuencia de aminoácidos de la proteína a formar.

• —En procariotas, contienen un grupo trifosfato en 5’.
• —En eucariotas, contienen en 5’ una “caperuza “(metil-guanosina unida al grupo trifosfato) y en 3’ una cola de unos 200 nucleótidos de A llamada cola poliA.

Además, en las eucariotas, contienen secuencias llamadas exones, que codifican para la síntesis de proteínas, intercaladas con otras llamadas intrones, que no codifican para la síntesis proteica. Eso conlleva un proceso de maduración para convertirse en un ADN funcional

4.2.ARN ribosómico (ARNr)

Moléculas con estructura 2ª y 3ª en algunas regiones, que participan junto a otras proteínas en la formación de las subunidades ribosómicas. Provienen del núcleo, del ARN nucleolar.

Un ribosoma está compuesto por dos subunidades, una grande y una pequeña, que forman una estructura con hendiduras para albergar al ARNm y a los ARNt que participan en la síntesis proteica.

• —El ribosoma procariota (70S) es la suma de 50 S Y 30 S.
• —El ribosoma eucariota (80S) es la suma de 60S Y 40 S.

4.3.ARN de transferencia (ARNt)

Pequeñas moléculas con estructura 2ª y 3ª, encargadas del transporte de los aminoácidos hasta los ribosomas durante la síntesis proteica.

Existen por tanto zonas que se aparean por ser complementarias, y otras que no, formando bucles. El resultado es una estructura 2ª como una hoja de trébol. Y se define también una estructura 3ª en forma de bumerán.

En su estructura hay un 10% de bases atípicas, como la hipoxantina.

• —El bucle que posee los extremos 5’ libre y 3’ libre forma el brazo aceptor, o sitio de unión al aminoácido.
• —El bucle central de la estructura contiene una secuencia de tres bases llamada anticodón, que es complementario al codón del ARNm.
• —A su lado existen otros dos bucles, que interaccionan con el ribosoma.

5.Funciones biológicas de los ácidos nucleicos

Funciones del ADN

• —Se replica: El ADN se libera de su superestructura y se abre como una cremallera, separando sus bases complementarias. Eso permite que se haga una copia de cada hebra, con lo que toda la doble hélice se copia generando otra doble hélice que se pasa de célula madre a hija.
• —Guarda la información genética, que son las instrucciones para generar todas las proteínas que necesita un organismo.

Para ello, una región de ADN que contiene la información de la proteína se copia a ARNm (transcripción). El ARNm sale del núcleo a contactar con los ribosomas , que recorrerán el ARNm, y donde irán interpretando la secuencia del ARNm  según el código genético, y añadiendo los distintos aminoácidos por los ARNt, se irá creando la proteína (traducción).