Biomolculas n Tambin se les suele llamar macromolculas

Biomoléculas n También se les suele llamar macromoléculas o moléculas de la vida. n Se basan en la combinación de átomos de carbono, hidrógeno , oxígeno, nitrógeno y otros elementos como el azufre y el fósforo n Hay cuatro tipos: • Carbohidratos • Ácidos nucleicos • Proteínas • Lípidos Molécula de un lípido

Carbohidratos n Son biomoléculas formadas por C, H y O. n Su fórmula condensada es Cn. H 2 n. On, n Dan la energía sencilla de arranque y son componentes estructurales. n Son las biomoléculas que más existen en la naturaleza. n Se desempeñan en la dieta como nutrientes energéticos o combustibles.

Los monosacáridos, o azúcares sencillos, son carbohidratos que no pueden hidrolizarse a compuestos más sencillos. Proyección de Físcher de los azúcares. La glucosa y la fructosa son monosacáridos. La glucosa es una aldosa (un azúcar con un grupo aldehído) y la fructosa es una cetosa (un azúcar con un grupo cetona). Las estructuras de los carbohidratos por lo común se dibujan usando proyecciones de Físcher.

Monosacáridos n Están formados por un solo azúcar por ejemplo: glucosa, fructosa, galactosa, ribosa y desoxirribosa. La glucosa se encuentra en sangre y líquido extracelular. La fructosa en los frutos, la ribosa en el RNA, la desoxirribosa en el DNA y la galactosa en la leche. Fructuosa

los azúcares con grupos aldehído se les llaman aldosas y a aquellos con grupos cetona se les llaman cetosas. El número de átomos de carbono en el azúcar por lo general va de tres a siete, designados por los términos triosa (tres carbonos), tetrosa (cuatro carbonos), pentosa (cinco carbonos), hexosa (seis carbonos), y heptosa (siete carbonos). Por ejemplo, la glucosa tiene un aldehído y contiene seis átomos de carbono, por lo que es una aldohexosa. La fructosa también contiene seis átomos de carbono, pero es una cetona, por lo que se le llama cetohexosa. La mayoría de las cetosas tienen la cetona en el C 2, el segundo átomo de carbono de la cadena. La mayoría de los azúcares comunes que se encuentran en la naturaleza son aldohexosas y aldopentosas.

La mayoría de los azucares de origen natural son de la serie D, con el grupo OH del carbono asimétrico en la parte Inferior a la derecha en la proyección de Fisher

Un aldehído reacciona con una molécula de un alcohol para formar un hemiacetal y con una segunda molécula de alcohol para formar un acetal. El hemiacetal no es tan estable como el acetal, y la mayoría de los hemiacetales se descomponen de manera espontánea al aldehído y al alcohol. Por tanto, los hemiacetales rara vez son aislados. Si el grupo aldehído y el grupo hidroxilo son parte de la misma molécula, resulta un hemiacetal cíclico. Los hemiacetales cíclicos son muy estables si resultan en anillos de cinco o seis miembros.

Azucares reductores hemiacetal

Azucares no reductores acetal La sacarosa (azúcar no reductor) no es tan fácil de oxidar como un azúcar reductor, por lo que es mucho más útil para la conservación de los alimentos como mermeladas y jaleas. Un azúcar reductor como la glucosa se oxidaría y se echaría a perder.

n Son dos monosacáridos unidos por condensación (se libera una molécula de agua). Los más importantes son: n La lactosa se encuentra en la leche y consta de glucosa y galactosa. n La sacarosa se encuentra en frutos (azúcar de mesa), consta de glucosa y fructuosa. n La maltosa se obtiene como resultado de la digestión del almidón (glucosa y glucosa). Disacáridos

Polisacáridos n Son largas cadenas de monosacáridos, usados por las plantas y animales como reservas de energía. Los más comunes en los seres vivos son: celulosa, almidón, glucógeno y quitina.

• Celulosa: formada por glucosas unidas fuertemente, se encuentra en las paredes celulares de todas las plantas y funciona como estructura, soporte y protección en raíces, tallos o cortezas. Nosotros no podemos obtenergía de las glucosas que la forman, ya que no tenemos las enzimas necesarias para descomponerla. Enlaces beta 1 -4

n Almidón: son cadenas de glucosa unidas linealmente, almacenada en plantas, granos, semillas y tubérculos como la papa y el camote. Es soluble en agua. n Tiene enlaces glucosidicos alfa 1 -4 (amilosa) y ramificaciones alfa 1 -6 (amilopectina)

• Glucógeno: son cadenas de glucosa ramificadas, almacenado como reserva en los animales. Es muy soluble.

n n Quitina: son cadenas de N-acetil-glucosamina que forman el exoesqueleto de artrópodos, hongos, etc. Enlace beta 1 -4

Azúcares que no son dulces n No todos los azúcares son dulces, existen algunos como la fucosa y el ácido siálico que nada tienen que ver con el sabor dulce y el papel alimentario y estructural, sino que forman mensajes. Si se sitúan en la superficie de las membranas celulares y ahí exhiben su mensaje; pueden señalar la vejez de un glóbulo rojo, el lugar para que una bacteria ancle, o indicar el grupo sanguíneo (glucoproteína). FUCOSA ÁCIDO SIÁLICO

Ácidos nucleicos Los ácidos nucleicos son polímeros sustituidos de la ribosa que transportan la información genética de un organismo. Una pequeña cantidad de ADN en un óvulo fertilizado determina las características físicas del animal completamente desarrollado. La diferencia entre una rana y un ser humano está codificada en una parte muy pequeña de este ADN. Cada célula transporta un conjunto completo de instrucciones genéticas que determinan el tipo de célula, cuál será su función, cuándo crecerá y se dividirá, y cómo sintetizará todas las proteínas estructurales , enzimas, grasas, carbohidratos y otras sustancias que la célula y el organismo necesitan para sobrevivir. Las dos clases principales de ácidos nucleicos son los ácidos ribonucleicos (ARN) y los ácidos desoxiribonucleicos (ADN). En la célula común, el ADN se encuentra principalmente en el núcleo, donde transporta el código genético permanente. Las moléculas de ADN son enormes, con masas moleculares de basta 50 millones. Cuando la célula se divide, el ADN se replica para formar dos copias para las células hijas. El ADN es relativamente estable, proporcionando un medio para la transmisión de la información genética de una generación a la siguiente. Las moléculas de ARN por lo general son mucho más pequeñas que el ADN y son más fáciles de hidrolizar y descomponer. El ARN por lo común sirve como una copia de trabajo del ADN nuclear que se está decodificando. El ADN nuclear dirige la síntesis del ARN mensajero, que deja el núcleo para servir como una plantilla para la construcción de las moléculas de las proteínas en los ribosomas. Después de haber servido a su propósito, el ARN mensajero se rompe de manera enzimática a sus partes componentes, las cuales se vuelven disponibles para ensamblarse en nuevas moléculas de ARN para dirigir otras síntesis. El esqueleto del ácido nucleico es un polímero de anillos de cinco miembros del azúcar ribosa enlazados por medio del grupo éster de fosfato. Cada unidad de ribosa transporta una base heterocíclica que provee parte de la información necesaria para especificar un aminoácido particular en la síntesis de proteínas.

COMPOSICIÓN QUÍMICA Y ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS • Los ácidos nucléicos resultan de la polimerización de monómeros complejos denominados nucleótidos. • Un nucleótido está formado por la unión de un grupo fosfato al carbono 5’ de una pentosa. A su vez la pentosa lleva unida al carbono 1’ una base nitrogenada.

ribonucleosidos

ribonucleotidos

ARN simple hebra A-U G-C

ADN

Pares de bases del ADN: ADN La formación específica de enlaces de hidrógeno entre G y C y entre A y T genera los pares de bases complementarias Las hebras son antiparalelas, pues una de ellas tiene sentido 5’ - 3’, y la otra sentido 3’ - 5’.

El modelo de la doble hélice establece que las bases nitrogenadas de las cadenas se enfrentan y establecen entre ellas uniones del tipo puente de hidrógeno. Este enfrentamiento se realiza siempre entre una base púrica con una pirimídica, lo que permite el mantenimiento de la distancia entre las dos hebras. La Adenina se une con la timina formando dos puentes de hidrógeno y la citosina con la guanina a través de tres puentes de hidrógeno. Las hebras son antiparalelas, pues una de ellas tiene sentido 5’- 3’, y la otra sentido 3’ - 5’.

El ADN y el ARN se diferencian: • el peso molecular del ADN es generalmente mayor que el del ARN • el azúcar del ARN es ribosa, y el del ADN es desoxirribosa • el ARN contiene la base nitrogenada uracilo, mientras que el ADN presenta timina • la configuración espacial del ADN es la de un doble helicoide, helicoide mientras que el ARN es un polinucleótido lineal monocatenario, monocatenario que ocasionalmente puede presentar apareamientos intracatenarios Mirel Nervenis

La información fluye del ADN al ARN por vía del proceso Transcripción, y luego a la proteína por el proceso de traducción. • Transcripción: proceso de fabricación ARN usando ADN como molde • Traducción: Construcción de una secuencia de aminoácidos (polipéptido) con la información proporcionada por la molécula de ARN. El ARNm es el molde para la construcción de la proteína. La proteínas tienen diversas funciones: catálisis, estructura, transporte, etc

Lípidos n Biomoléculas formadas por C, H y en menor proporción O. Son insolubles en agua y solubles en benceno y cloroformo n Dan la energía de almacenamiento o de mantenimiento (9 Cal/gr). Son formadores estructurales de las membranas.

Lípidos (continuación) n Forman barreras de protección y aislamiento. n Recubren las fibras nerviosas (mielina) para la transmisión de impulsos eléctricos.

Clasificación de los lípidos

Lípidos saponificables Son los lípidos que forman jabones cuando reaccionan con sustancias alcalinas como KOH y Na. OH. Incluyen: • Grasas o triglicéridos (grasas saturadas e insaturadas) • Ceras • Ésteres de glicerol (fosfolípidos y plasmalógenos) • Ceramidas o ésteres de esfingosina (esfingomielinas y cerebrósidos)

Ácidos grasos n Los ácidos grasos pueden ser saturados e insaturados. n Saturados: son los que carecen de dobles enlaces. Se encuentran en las grasas de origen animal. A temperatura ambiente son sólidos como la manteca, mantequilla y el tocino. n Insaturados: son los que poseen dobles y/o triples enlaces. Se encuentran en las grasas de origen vegetal. A temperatura ambiente son líquidos como el de oliva, canola , maíz, soya, girasol y la margarina. Por qué los ácidos grasos saturados son solidos a T amb y los insaturados son líquidos a T amb?

Ácidos grasos trigliceridos

Ceras Son los compuestos más simples. Son lípidos completamente insolubles en agua. Funcionan como impermeabilizantes y tienen consistencia firme. Se componen por un ácido graso de cadena larga con un alcohol de cadena larga. n Son producidas por las glándulas sebáceas de aves y mamíferos para proteger las plumas y el pelo. n Se encuentran en la superficie de las plantas en una capa llamada cutina. n En los panales de abejas formando la cera o el cerumen en los oídos de los mamíferos, las plumas de las aves tienen este tipo de lípidos que les sirve de protección. Los mamíferos nacen con una capa de grasa en el pelo para su lubricación. n n a) b)

Fosfolípidos Resultan de la unión de una molécula de glicerol con dos moléculas de ácido graso y una de fosfato. Son moléculas anfipáticas con porciones polares (hidrófilas) y no polares (hidrófobas). Son los componentes estructurales de las membranas celulares.

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Esteroides Los esteroides son lípidos insaponificables derivados de una estructura de 4 ciclos (3 de 6 carbonos y 1 de 5) fusionados. El más conocido es el colesterol, del cual se derivan numerosas hormonas.

Proteínas n Son biopolímeros de elevado peso molecular formadas por la unión de diferentes unidades o monómeros llamados aminoácidos (existen 20 en la naturaleza), cada uno con características particulares. n Son biomoléculas formadas por C, H, O, N y a veces pequeñas cantidades de P y S. n Son específicas para cada especie. n Son componentes estructurales de las membranas celulares. (con los fosfolípidos).

n Todos los aminoácidos proteicos tienen en común un grupo amino (– NH 2) y un grupo carboxilo (–COOH), unidos covalentemente a un átomo de carbono central (Cα), al cual también se unen un átomo de H y una cadena lateral R (radical) diferente a cada uno de los 20 AA.

Funciones de las proteínas La función de cada proteína depende de la secuencia (orden) de los aminoácidos y esta secuencia está dada por el código genético (DNA)de cada organismo. Cumplen varias funciones importantes: n Estructural (sostén): queratina (uñas), colágeno (tendones, piel y músculos). n Transporte: proteínas en los canales de las membranas para dejar pasar o no ciertas sustancias (portadoras) y transporte de gases en la sangre (hemoglobina). n Catalítica (enzimas): aceleran las reacciones químicas en el organismo. n Defensa: como los anticuerpos. n Reguladora: hormonas que sirven como mensajeros (insulina, hormona del crecimiento). n Movimiento: proteínas contráctiles como la actina y miosina de los músculos.

Estructuras n Las proteínas tienen cuatro tipos de estructuras:

Estructura primaria n La estructura primaria de una proteína es una cadena lineal de AA n Esta secuencia está codificada por los genes. n Ejemplo: insulina

Estructura secundaria Aunque con frecuencia pensamos en las cadenas de péptido como estructuras lineales, éstas tienden a formar arreglos ordenados enlazados por puentes de hidrógeno. En particular, los átomos de oxígeno del grupo carbonilo forman enlaces por puentes de hidrógeno con los hidrógenos de la amida (N-H). Esta tendencia conduce a patrones ordenados del enlace por puentes de hidrógeno: hélice a y hoja plegada β. A estos arreglos enlazados por puentes de hidrógeno, si se presentan, se les llaman estructura secundaria de la proteína.

Cuando una cadena de péptido se tuerce en un enrollado helicoidal, cada oxígeno del grupo carbonilo puede formar enlaces por puente de hidrógeno con un hidrógeno del enlace N-H en el siguiente giro del enrollado. Muchas proteínas se tuercen en una hélice a (una hélice que parece el enredado en un enroscado a la derecha) con las cadenas laterales posicionadas en el exterior de la hélice. Los segmentos de péptidos también pueden formar arreglos de puentes de hidrógeno alineados de manera lateral (uno al lado del otro). En este arreglo, cada grupo carbonilo en una cadena forma un enlace por puente de hidrógeno con un hidrógeno del N-H en la cadena adyacente. Este arreglo puede involucrar muchas moléculas de péptido alineadas de manera lateral, lo que da como resultado una hoja bidimensional. Los ángulos de enloce entre las unidades de aminoácidos son tal que la hoja se pliega (arruga), con las cadenas laterales de aminoácidos ordenadas en lados alternados de la hoja.

Estructura terciaria n Es la conformación espacial definitiva. n Entre los aminoácidos que contienen S (azufre) se forman enlaces disulfuro. n Cada estructura terciaria se conoce como péptido.

La estructura terciaria de una proteína es su conformación tridimensional completa. Piense en la estructura secundaria como un patrón espacial en una región local de la molécula. Partes de la proteína pueden tener la estructura de hélice a, mientras que otras pueden tener la estructura de hoja plegada, y otras partes pueden ser enrollados aleatorios. La estructura terciaria incluye todas las estructuras secundarias y todos los dobleces y plegados entre ellas. enzimas El enrollado de una enzima puede dar formas tridimensionales que producen efectos catalíticos importantes. Las cadenas laterales polares hidrojflicas se orientan hacia el exterior del glóbulo. Los grupos no polares hidrofóbicos se arreglan hacia el interior. El enrollado en la conformación apropiada crea un sitio activo en la enzima, la región que se une al sustrato y cataliza la reacción. Una reacción que se lleva a cabo en el sitio activo en el interior de una enzima puede ocurrir en condiciones no polares esencialmente anhidras, ¡mientras todo el sistema está disuelto en agua!

Estructura cuaternaria n Es la estructura más compleja, en la cual se forman agregados de péptidos. La estructura cuaternaria se refiere a la asociación de dos o más cadenas de péptido en la proteína completa. No todas las proteínas tienen estructura cuaternaria. Las que la tienen son aquellas que se asocian entre sí en su forma activa. Por ejemplo, la hemoglobina, la transportadora del oxígeno en la sangre de los mamíferos, consiste en cuatro cadenas de péptido conjugadas entre sí para formar una proteína globular.

Desnaturalización n Las proteínas pueden cambiar en su forma, por ejemplo cuando agregas ácido a la leche, dices que se “corta”. n Cuando una proteína se desnaturaliza pierde su configuración y ya no puede regresar a su forma y función original. n Los factores que las desnaturalizan son: T° (temperaturas elevadas) y cambios en el p. H.

Enzimas Catalizan las reacciones químicas, disminuyendo la energía de activación y aumentando la velocidad con la que se realiza. Características de las enzimas n Casi todas son proteínas con forma tridimensional, producidas en el interior de todo ser vivo. n Funcionan como un catalizador orgánico y aceleran las reacciones químicas. Las enzimas presentan dos atributos: n Son específicas y n Regulan la rapidez de las reacciones químicas El proceso metabólico se asegura gracias al poder catalítico + especificidad + regulación.

Funciones de las enzimas n n n n ANIMALES Respiración Circulación Digestión Nutrición Impulsos eléctricos Contracciones musculares Excreción n n PLANTAS Fotosíntesis Fijación del nitrógeno Desaminación Crecimiento

Estructura n Cada enzima tiene una muesca o ranura llamada sitio activo. n La sustancia sobre la cual actúa la enzima se llama sustrato. n El sustrato y la enzima forman un complejo llamado enzima-sustrato.

Desnaturalización Los siguientes factores afectan y alteran la estructura de las enzimas: n Temperatura n p. H n Sales n Venenos n Cuando cambian estos factores las enzimas se desnaturalizan y por lo tanto se inhiben los procesos en los que intervienen.

Inhibición es el proceso mediante el cual una enzima deja de realizar el proceso que le corresponde. Existen varios tipos: n Inhibición competitiva o reversible, cuando un compuesto ocupa temporalmente el sitio activo de la enzima, este tipo es reversible. Ejemplo: drogas, fármacos usados para combatir infecciones bacterianas. n Inhibición no competitiva: el compuesto químico inhibitorio se une a la enzima en un sitio de la molécula distinto del sitio activo. Ejemplo: el plomo que ocasiona envenenamiento. Puede o no ser reversible. n Inhibición irreversible: las sustancias inhibitorias se unen permanentemente al sitio activo y desnaturalizan completamente a la proteína, de tal forma que su estructura no se puede restablecer. Ejemplos: venenos, insecticidas organofosforados, ya que inhiben la función de la enzima acetilcolinesterasa.