Composición Macromolecular de los Seres Vivos

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About This Presentation

Describe la composición química de los organismos a nivel de organización "Macromolécula". Se muestran los monómeros, enlaces, forma y niveles estructurales de las Proteínas, Ácidos Nucleicos y polisacáridos.


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M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
¿Cuál es la composición química de los Seres Vivos?¿Cuál es la composición química de los Seres Vivos?
M. en C. Rafael Govea Villaseñor M. en C. Rafael Govea Villaseñor
por el CINVESTAVpor el CINVESTAV
Biólogo por la UAM-IBiólogo por la UAM-I
Versión 4.5 2009-10-07 a 2022-02-09Versión 4.5 2009-10-07 a 2022-02-09
Nivel de Organización “Macromolécula”

M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
¿De qué estamos hechos los organismos a nivel ¿De qué estamos hechos los organismos a nivel
de organización “Macromolécula?de organización “Macromolécula?
Estamos hechos de Estamos hechos de
Biopolímeros (Biopolímeros (biobio- = vida, - = vida,
polipoli- = muchos, - = muchos, mermer- = - =
parte y -parte y -eroseros = los que = los que
hacen)hacen)
Todos los Biopolímeros Todos los Biopolímeros ((Proteínas, Proteínas,
ADN, ARN y PolisacáridosADN, ARN y Polisacáridos) son ) son
cadenas de pequeñas moléculas cadenas de pequeñas moléculas
orgánicas (orgánicas (PMOPMO) unidas una tras ) unidas una tras
otra.otra.

M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
¿Cómo clasificamos a los Biopolímeros?¿Cómo clasificamos a los Biopolímeros?
Subdividimos a los Biopolímeros Subdividimos a los Biopolímeros
de acuerdo a cuáles monómeros de acuerdo a cuáles monómeros
los constituyen:los constituyen:
HomopolímerosHomopolímeros
HeteropolímerosHeteropolímeros
En el caso de que la cadena de En el caso de que la cadena de
monómeros esté constituida por 1 solo monómeros esté constituida por 1 solo
tipo de monómeros. De tipo de monómeros. De homohomo- - = igual= igual
Cuando la cadena de monómeros (mono- = Cuando la cadena de monómeros (mono- =
1, unidad) está constituida por >1 tipo de 1, unidad) está constituida por >1 tipo de
monómeros. De monómeros. De heterheter- =- = diferente diferente

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¿Cuáles son los principales Biopolímeros?¿Cuáles son los principales Biopolímeros?
ProteínasProteínas
–Son cadenas lineales de Son cadenas lineales de aminoácidosaminoácidos unidos por unidos por
enlaces peptídicosenlaces peptídicos..
Ácidos NucleicosÁcidos Nucleicos
–Son cadenas lineales simples o dobles de Son cadenas lineales simples o dobles de
nucleótidosnucleótidos unidos por unidos por enlaces fosfodiésterenlaces fosfodiéster
PolisacáridosPolisacáridos
–Son cadenas lineales o ramificadas de Son cadenas lineales o ramificadas de
monosacáridosmonosacáridos unidos por unidos por enlaces glucosídicosenlaces glucosídicos

M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
¿Cómo están constituidas las Proteínas?¿Cómo están constituidas las Proteínas?
•Son cadenas cuya longitud se extiende de Son cadenas cuya longitud se extiende de
decenas a miles de aminoácidos (aa)decenas a miles de aminoácidos (aa)
•Contienen 20 monómeros distintos Contienen 20 monómeros distintos
unidos en secuencias especificadas por unidos en secuencias especificadas por
los geneslos genes
•Los aa son unidos uno a uno por Los aa son unidos uno a uno por Enlaces Enlaces
PeptídicosPeptídicos, un grupo de 4 átomos (, un grupo de 4 átomos (COCO--
NHNH) repetidos de eslabón a eslabón ) repetidos de eslabón a eslabón
desde el extremo amino-terminal.desde el extremo amino-terminal.
-C-C--N-N-
OO
HH

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Niveles Estructurales de las ProteínasNiveles Estructurales de las Proteínas
Es la secuencia de aminoácidos en la cadena.Es la secuencia de aminoácidos en la cadena.
Es el doblado de la cadena de aminoácidos en hélices o láminas.Es el doblado de la cadena de aminoácidos en hélices o láminas.
Es la posición espacial de las estructuras secundarias entre siEs la posición espacial de las estructuras secundarias entre si
Es el plegado 3D independiente de una serie contigua de Es el plegado 3D independiente de una serie contigua de
estructuras de 2º nivel de la cadena polipeptídica, respecto de otra estructuras de 2º nivel de la cadena polipeptídica, respecto de otra
porción de ésta.porción de ésta.
Es la asociación de varias cadenas polipeptídicas debidamente dobladasEs la asociación de varias cadenas polipeptídicas debidamente dobladas
Estructura primariaEstructura primaria
Estructura secundariaEstructura secundaria
Estructura TerciariaEstructura Terciaria
DominioDominio
Estructura CuaternariaEstructura Cuaternaria

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Primer Nivel Estructural de las ProteínasPrimer Nivel Estructural de las Proteínas
MetMet-Lis-Asp-Pro-Leu-His-Tir-Gli-...-Gln-Cis-Fen--Lis-Asp-Pro-Leu-His-Tir-Gli-...-Gln-Cis-Fen-ValVal
ExtremoExtremo
N-terminalN-terminal
ExtremoExtremo
C-terminalC-terminal
Estructura PrimariaEstructura Primaria: Es la secuencia de aminoácidos, de un : Es la secuencia de aminoácidos, de un
juego de 20 distintos, en la cadena polipeptídica de 50 a 10juego de 20 distintos, en la cadena polipeptídica de 50 a 10
33
aa aa

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Segundo Nivel Estructural de las ProteínasSegundo Nivel Estructural de las Proteínas
Hélice 
Estructura SecundariaEstructura Secundaria: Es el doblado de la cadena de : Es el doblado de la cadena de
aminoácidos en formas características estabilizadas por puentes de aminoácidos en formas características estabilizadas por puentes de
Hidrógeno formados por los átomos de los Hidrógeno formados por los átomos de los enlaces peptídicosenlaces peptídicos: :
-C-C--N-N-
OO
HH
-C-C--N-N-
OO
HH
Puente de H
Lámina Lámina 
Random coil
Péptido Péptido  amiloide amiloide

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Tercer Nivel Estructural de las ProteínasTercer Nivel Estructural de las Proteínas
2 Hélices 2 Hélices  horizontales horizontales
ExtremoExtremo
N-terminalN-terminal
8 láminas 8 láminas  antiparalelas antiparalelas
Puente disulfuro
Estructura TerciariaEstructura Terciaria: Es la : Es la
orientación espacial recíproca de orientación espacial recíproca de
los distintos elementos de nivel los distintos elementos de nivel
secundario.secundario.
La disposición 3D está La disposición 3D está
estabilizada por puentes de H, estabilizada por puentes de H,
puentes disulfuro -S-S-, enlace puentes disulfuro -S-S-, enlace
iónico e interacciones iónico e interacciones
hidrofóbicashidrofóbicas

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Nivel Estructural Dominio de las ProteínasNivel Estructural Dominio de las Proteínas
DominioDominio: : Es el plegado 3D particular de un segmento de Es el plegado 3D particular de un segmento de
la cadena polipeptídica independiente del plegado en la cadena polipeptídica independiente del plegado en
otra porción de la cadena. Los dominios otorgan otra porción de la cadena. Los dominios otorgan
propiedades biológicas especiales.propiedades biológicas especiales.
Dominio IgDominio Ig
Presente en las Presente en las
proteínas que proteínas que
funcionan como funcionan como
anticuerposanticuerpos
Dominio SH2Dominio SH2
Presente en las Presente en las
proteínas que proteínas que
funcionan en funcionan en
cascadas de cascadas de
señalizaciónseñalización

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Cuarto Nivel Estructural de las ProteínasCuarto Nivel Estructural de las Proteínas
Receptor de la acetilcolina Receptor de la acetilcolina
(5 cadenas polipeptídicas)(5 cadenas polipeptídicas)
Proteasa de HIV-1 Proteasa de HIV-1
(2 cadenas)(2 cadenas)
Estructura CuaternariaEstructura Cuaternaria: Es la asociación de varias cadenas : Es la asociación de varias cadenas
polipeptídicas por complementaridad de sus superficies e polipeptídicas por complementaridad de sus superficies e
interacciones débilesinteracciones débiles
Proteína S del Proteína S del
SARS-CoV-2SARS-CoV-2

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Ejemplos de Ejemplos de
ProteínasProteínas
En la actualidad En la actualidad
sabemos la secuencia sabemos la secuencia
de aminoácidos de de aminoácidos de
millones de proteínas.millones de proteínas.
Levitt en 2009 refiere 8
millones duplicando cada
28 meses. Así que ahora
debemos de conocer 8
duplicado 5 veces 250
millones.

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¿Cuáles son las Funciones de las Proteínas?¿Cuáles son las Funciones de las Proteínas?
TODAS TODAS (casi)(casi)
Transportadora
Acarreadora
Adhesiva
Mensajera
Motriz
Inhibidora
Activadora
Receptora
Identificadora y
Todas las demás
Catalizadora (enzimática)

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¿Por qué son importantes las Proteínas?¿Por qué son importantes las Proteínas?
Porque no existe estructura, proceso o función celular e Porque no existe estructura, proceso o función celular e
incluso, en el organismo pluricelular, en la que incluso, en el organismo pluricelular, en la que NO HAYA NO HAYA
UNA O VARIAS PROTEÍNASUNA O VARIAS PROTEÍNAS formando parte o formando parte o
funcionando como ejecutoras o asistentesfuncionando como ejecutoras o asistentes

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¿Qué son los Ácidos Nucleicos?¿Qué son los Ácidos Nucleicos?
•Son cadenas simples o dobles de cientos, Son cadenas simples o dobles de cientos,
miles, millones o miles de millones de miles, millones o miles de millones de
nucleótidosnucleótidos
•Los conforman 4 monómeros distintos:Los conforman 4 monómeros distintos:
–G, A, C y U en el ARNG, A, C y U en el ARN
–G, A, C y T en el ADNG, A, C y T en el ADN
•Unidos por Enlaces FosfodiésterUnidos por Enlaces Fosfodiéster
•Hay 2 tipos: el Hay 2 tipos: el ARNARN y El y El ADNADN
OO=P-=P-OO
--
OO
OO
3’3’
5’5’

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Funciones de los Ácidos NucleicosFunciones de los Ácidos Nucleicos
•Almacenar Información genéticaAlmacenar Información genética
•A largo plazo, el ADNA largo plazo, el ADN
•A corto plazo, el ARNA corto plazo, el ARN
•Estructural. 3 a 5 ARNr, 5 u 8 decenas de proteínas Estructural. 3 a 5 ARNr, 5 u 8 decenas de proteínas  Ribosoma Ribosoma
•Transporte. El ARNt traslada aminoácidos al ribosomaTransporte. El ARNt traslada aminoácidos al ribosoma
•Mensajero. El ARNm lleva el mensaje genético al ribosomaMensajero. El ARNm lleva el mensaje genético al ribosoma
•Catalizador. Las Ribozimas aceleran reacciones químicasCatalizador. Las Ribozimas aceleran reacciones químicas
•Otras: Regulación de expresión, defensa antiviral...Otras: Regulación de expresión, defensa antiviral...

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¿Qué es el Ácido Ribonucleico (ARN)?¿Qué es el Ácido Ribonucleico (ARN)?
Es un heteropolímero lineal Es un heteropolímero lineal
de ribonucleótidos unidos de ribonucleótidos unidos
por enlaces fosfodiester. por enlaces fosfodiester.
Estructura terciaria de un ARN de Estructura terciaria de un ARN de
transferenciatransferencia
Los nucleótidos tienen las Los nucleótidos tienen las
bases nitrogenadas de bases nitrogenadas de
GGuanina, uanina, AAdenina, denina, CCitosina itosina
y y UUraciloracilo

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¿Los ARN También tienen ¿Los ARN También tienen
Niveles Estructurales?Niveles Estructurales?
Si. Los mismos nivelesSi. Los mismos niveles
Estructura Primaria, la secuenciaEstructura Primaria, la secuencia
Estructura Secundaria, formas de plegado Estructura Secundaria, formas de plegado
peculiares estabilizadas por P-de H peculiares estabilizadas por P-de H
Estructura Terciaria, disposición en el Estructura Terciaria, disposición en el
espacio de las formas secundariasespacio de las formas secundarias
Estructura Cuaternaria, asociaciones con Estructura Cuaternaria, asociaciones con
otras cadenas poliméricasotras cadenas poliméricas

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¿Cuáles son las Funciones del ARN?¿Cuáles son las Funciones del ARN?
•Almacenar Información Almacenar Información a corto plazo (ARNm)a corto plazo (ARNm)
•Leer la información genética = transportar y Leer la información genética = transportar y
transferir aminoácidos (ARNt)transferir aminoácidos (ARNt)
•Unir aminoácidos = formar enlaces peptídicos Unir aminoácidos = formar enlaces peptídicos
(ARNr)(ARNr)
•Regular la expresión genéticaRegular la expresión genética
•Catalizar otras reacciones químicasCatalizar otras reacciones químicas

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Ejemplos de ARNEjemplos de ARN
ARN de la subunidad mayor ARN de la subunidad mayor
30S del ribosoma30S del ribosoma
ProteínasProteínas
asociadasasociadas
ARNt que transporta a la ARNt que transporta a la
Fenilalanina (Fen, F) a Fenilalanina (Fen, F) a
los ribosomaslos ribosomas
Elemento de secuencia Elemento de secuencia
s2m de SARS-Cov-1s2m de SARS-Cov-1

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¿Qué es el ADN?¿Qué es el ADN?
Las moléculas de ADN miden desde milímetros, Las moléculas de ADN miden desde milímetros,
centímetros hasta centímetros hasta 1 metro1 metro
Es un heteropolímero lineal bicatenario de desoxirribonucleótidos formando Es un heteropolímero lineal bicatenario de desoxirribonucleótidos formando
sendas hélices con pares de bases nitrogenadas unidas por puentes de Hsendas hélices con pares de bases nitrogenadas unidas por puentes de H

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ADN, largo, pero muy ADN, largo, pero muy
delgadodelgado
GG
AA
CC
TT
DD
PP
DD
PP
DD
PP
DD
PP
AA
GG
TT
CC
DD
PP
DD
PP
DD
PP
DD
PP
Apenas 2 nm de anchoApenas 2 nm de ancho
10 pb = 3.43 nm 10 pb = 3.43 nm
Genoma humano 3.2 GpbGenoma humano 3.2 Gpb
2(3 200 Mpb) 2(3 200 Mpb)  2.20 m 2.20 m
AgTgACTgATCTAATCATCggTTAgTgACTgATCTAATCATCggTT5'5' 3'3'
5'5'3'3'
TCACTgACTAgATTAgTAgCCAATCACTgACTAgATTAgTAgCCAA
5'5'
3'3'
5'5'
3'3'
C
a
d
e
n
a

s
e
n
t
i
d
o
C
a
d
e
n
a

s
e
n
t
i
d
o
C
a
d
e
n
a

a
n
t
i
s
e
n
t
i
d
o
C
a
d
e
n
a

a
n
t
i
s
e
n
t
i
d
o

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¿El modelo de ADN es realista?¿El modelo de ADN es realista?
Cadena 5’Cadena 5’→→3’3’
Pares de Pares de
basesbases
Cadena 3’Cadena 3’5’5’
Fotografías al microscopio Fotografías al microscopio
de Sonda Localde Sonda Local

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¿Cuáles son las Funciones del ADN?¿Cuáles son las Funciones del ADN?
•Almacenar Información genética Almacenar Información genética a largo a largo
plazo (los genomas)plazo (los genomas)
•Contienen secuencias reguladoras que Contienen secuencias reguladoras que
controlan la expresión de la informacióncontrolan la expresión de la información
•El programa genético que controla el El programa genético que controla el
desarrollo del organismo está escrito como desarrollo del organismo está escrito como
secuencias de pb del ADNsecuencias de pb del ADN

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¿En qué se parecen y difieren los ARN y ADN?¿En qué se parecen y difieren los ARN y ADN?
RNARNA DNADNA
GG
AA
CC
Enlaces Enlaces
fosfodiésterfosfodiéster
Almacenan Almacenan
informacióninformación
monocatenariomonocatenario bicatenariobicatenario
Información sin respaldoInformación sin respaldo Información respaldadaInformación respaldada
Guarda Informac. a corto plazoGuarda Informac. a corto plazo Guarda Informac. a largo plazoGuarda Informac. a largo plazo
Múltiples tipos: ARNMúltiples tipos: ARN
mm
, ARN, ARN
rr
...... Un sólo tipo (genómico)Un sólo tipo (genómico)
Muchas funciones Muchas funciones ≠≠ Una funciónUna función
RibosaRibosa DesoxirribosaDesoxirribosa
Con Uracilo, UCon Uracilo, U Con Timina, TCon Timina, T
Leído por ARNLeído por ARN
tt
en Ribosomas en Ribosomas Leído por RNALeído por RNA-polimerasas-polimerasas
pentosapentosa
{Nucleótidos}{Nucleótidos}

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¿Cómo fluye la Información Genética?¿Cómo fluye la Información Genética?
ARNmARNm ProteínaProteína
TraducciónTraducción
RéplicaciónRéplicación
TranscripciónTranscripción
Corte y Corte y
empalme empalme
de de
exonesexones
FF
EE
NN
OO
TT
II
PP
OO
ARN
(GACU)
ADN
(GACT) ≥≥21 ARNt 21 ARNt
y ribosomay ribosoma

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Código GenéticoCódigo Genético
ADNADN ARNARN ARNmARNm ProteínaProteína
Corte y empalmeCorte y empalme
TraducciónTraducciónRéplicaciónRéplicación TranscripciónTranscripción

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ADNADN
RéplicaciónRéplicación TranscripciónTranscripción

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¿Qué son los Polisacáridos?¿Qué son los Polisacáridos?
•Son cadenas simples o ramificadas de Son cadenas simples o ramificadas de
decenas a millones de monosacáridosdecenas a millones de monosacáridos
•Ya sea de 1 sólo tipo de monómero o Ya sea de 1 sólo tipo de monómero o
de varios distintos:de varios distintos:
– y -D-glucosa, Manosa, galactosa,
α β
y -D-glucosa, Manosa, galactosa,
α β
–N-acetiglucosamina, ác. Siálico,…N-acetiglucosamina, ác. Siálico,…
•Unidos por Enlaces Glucosídicos:Unidos por Enlaces Glucosídicos:
-O--O-
carbonoscarbonos
11α α óó 11ββ
Carbonos 2, 3, 4 ó 6Carbonos 2, 3, 4 ó 6

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¿Qué son los Glucanos?¿Qué son los Glucanos?
-O--O-
carbonoscarbonos
11 ó 1ó 1
Carbonos Carbonos
2, 3, 4 ó 62, 3, 4 ó 6
Son homopolímeros constituidos por Son homopolímeros constituidos por D-D-glucosasglucosas
Almidón maduro Almidón maduro
{Amilopectina + {Amilopectina +
amilosa} amilosa}
[[--D-glucosas]D-glucosas]
Enlaces
1 4

Enlace Enlace 1 6

1 6

Su función es guardar Su función es guardar
energía química a energía química a
largo plazolargo plazo
500 mil glucosas500 mil glucosas

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¿Hay Glucanos animales?¿Hay Glucanos animales?
Si, el glucógeno es similar al almidón, pero más pequeño y menos ramasSi, el glucógeno es similar al almidón, pero más pequeño y menos ramas
Glucógeno {Glucógeno {--
D-glucosas}D-glucosas}
Enlaces 1 4

EnlaceEnlace
1 6

1 6

Su función Su función
es guardar es guardar
energía energía
química a química a
largo plazolargo plazo
30 mil glucosas30 mil glucosas

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¿Cómo es la Celulosa?¿Cómo es la Celulosa?
Es un homopolímero lineal constituido solamente por Es un homopolímero lineal constituido solamente por -D--D-glucosasglucosas
Nótense los
numerosos
puentes de
Hidrógenos
Enlaces 1 4

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¿Cómo es la Quitina?¿Cómo es la Quitina?
Es un homopolímero lineal constituido solamente por Es un homopolímero lineal constituido solamente por -D-N-acetil--D-N-acetil-glucosaminasglucosaminas
Con ellas se forman fibrillas asociadas por numerosos puentes de Hidrógenos
Enlaces 1 4

La quitina tiene función estructural al conformar parte sustancial de las paredes
celulares de los hongos y el exoesqueleto de los artrópodos

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Funciones de los PolisacáridosFunciones de los Polisacáridos
•Estructural, forman las paredes celulares Estructural, forman las paredes celulares
de…de…
•Plantas, la celulosaPlantas, la celulosa
•Hongos, la quitinaHongos, la quitina
•Energética. Almacenamiento a largo Energética. Almacenamiento a largo
plazo, el almidón, el glucógeno…plazo, el almidón, el glucógeno…
•Identificadora. Las células se reconocen Identificadora. Las células se reconocen
por su cubierta de carbohidratos por su cubierta de carbohidratos
(oligosacáridos) (oligosacáridos)

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FINFIN

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¿De qué estamos hechos los Organismos? ¿De qué estamos hechos los Organismos?
De miles, decenas de miles o centenas de De miles, decenas de miles o centenas de
miles de Proteínas diferentesmiles de Proteínas diferentes
Hexámero de InsulinaHexámero de Insulina
Plegamiento de Plegamiento de
hélice de 7 hojashélice de 7 hojas
Neurotrofina-NGFNeurotrofina-NGF

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¿De qué estamos hechos los Organismos? ¿De qué estamos hechos los Organismos?
De decenas, cientos o miles de Ácidos De decenas, cientos o miles de Ácidos
Nucleicos distintosNucleicos distintos
DNA de 10DNA de 10
55
a 10 a 10
1212
pb pb ARNARN
lnclnc
Braveheart Braveheart
636 bases636 bases
Subunidad Mayor del Ribosoma de Subunidad Mayor del Ribosoma de
Thermus ThermophilusThermus Thermophilus

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¿De qué estamos hechos los Organismos? ¿De qué estamos hechos los Organismos?
De una gran cantidad de polisacáridos y De una gran cantidad de polisacáridos y
oligosacáridosoligosacáridos
HélicesHélices

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¿Qué es el Ácido Desoxirribonucleico (ADN)?¿Qué es el Ácido Desoxirribonucleico (ADN)?
Es un heteropolímero lineal de 2 cadenas de Es un heteropolímero lineal de 2 cadenas de
desoxirribonucleótidos de G, A, C y Tdesoxirribonucleótidos de G, A, C y T
Los nucleótidos se unen por enlaces fosfodiéster y las cadenas por enlaces de Los nucleótidos se unen por enlaces fosfodiéster y las cadenas por enlaces de
puente de H entre pares de bases Gpuente de H entre pares de bases GC y A=TC y A=T

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¿Qué es el Ácido Desoxirribonucleico (ADN)¿Qué es el Ácido Desoxirribonucleico (ADN)
ccatgatgctgcagcagtcagtcggcctgcagcagtcagtcggctaataactct
gtacgacgtcgtcagtcagccgattgagtacgacgtcgtcagtcagccgattga
Cadena sentidoCadena sentido
Cadena antisentidoCadena antisentido
5’5’ 3’3’
5’5’3’3’

M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Polisacáridos = azúcares complejosPolisacáridos = azúcares complejos
Son biopolímeros lineales o ramificados de monosacáridosSon biopolímeros lineales o ramificados de monosacáridos