UNIDAD 1 Organizacin estructura y actividad celular BIOMOLCULAS

UNIDAD 1: Organización, estructura y actividad celular

BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS * Son moléculas con una estructura a base de carbono sintetizadas sólo por seres vivos. * Muchas de ellas, además, pueden poseer átomos de oxígeno, nitrógeno y azufre, que en su conjunto constituyen los elementos más importantes para la vida.

* Macromoléculas que se forman a partir de la unión covalente (comparten e-) de unidades básicas o monómeros (mono = uno; meros = parte), llamados monosacáridos.

* Se clasifican según la cantidad de unidades básicas que los constituyen. Así, se reconocen los: - Oligosacáridos v Formados por “pocas” unidades básicas (oligo = poco), entre 2 y 10 monosacáridos, dando origen, según el caso, a disacáridos, trisacáridos, tetrasacáridos, etc. v Los más abundantes son los disacáridos, es decir, los que están formados por la unión de dos monosacáridos. Ejemplos: Sacarosa (glucosa + fructosa): Azúcar común que se encuentra en la caña de azúcar y en la miel. Lactosa (glucosa + galactosa): Azúcar que se encuentra en la leche y en los lácteos. Maltosa (glucosa + glucosa): Azúcar que se obtiene de la cebada (cereal).

- Polisacáridos v Polímeros que se originan de la unión covalente de muchos monosacáridos. En la naturaleza, este es el grupo más abundante de glúcidos. En general, como el almidón, carecen de sabor dulce y son insolubles en agua. v. Contienen desde once hasta miles y millones de monosacáridos en su estructura. Las unidades básicas que los constituyen pueden variar en tipo y manera de unirse a través de enlaces glucosídicos (unen monosacáridos para formar disacáridos o polisacáridos), lo que determina sus diferentes funciones. v Ejemplos: Polisacárido compuesto exclusivamente de moléculas de glucosa y que se encuentra en las paredes de las células de las plantas. Polisacárido que se encuentra en las paredes celulares de los hongos y del exoesqueleto de los artrópodos (arácnidos, crustáceos, insectos).

Polisacárido que constituye la principal reserva energética y de glucosa de casi todos los vegetales y se encuentra abundantemente en la papa, el arroz, trigo y maíz. Polisacárido que constituye la principal reserva energética de los animales y se encuentra abundantemente en el hígado y en los músculos.

v. Funciones diversas: - Reserva energética de los seres vivos. En esta función destacan el glucógeno en los animales y el almidón en los vegetales, ambos formados por monómeros de glucosa. - Rol estructural: *Celulosa, componente fundamental de la pared celular vegetal. *Quitina, polisacárido complejo que forma parte de la caparazón de crustáceos e insectos y de las paredes celulares de los hongos. - Rol de anclaje y soporte de las células: Presentes en la matriz extracelular de los tejidos animales. - Rol de reconocimiento celular, ya que forman parte de proteínas de membrana que constituyen la cubierta celular externa, llamada glicocálix (capa enriquecida de carbohidratos).

v. Estructuralmente, se clasifican en homopolisacáridos y heteropolisacáridos. En el primer caso, están formados por un solo tipo de monosacáridos; en el segundo, incluyen varios tipos.

(miel, fruta, sangre) (leche y vísceras)

Actividad N° 1: Completa la siguiente tabla escribiendo para cada carbohidrato de qué tipo de molécula se trata (monosacárido, disacárido o polisacárido) y su función (energética o estructural) según corresponda. En el caso de los disacáridos, indica los monosacáridos que los constituyen. Carbohidrato Tipo de molécula Función Sacarosa Disacárido formado por glucosa y fructosa. Energética Almidón Lactosa Glucosa Celulosa Quitina Fructosa Glucógeno Maltosa

LÍPIDOS v Macromoléculas orgánicas, formadas fundamentalmente a partir de ácidos grasos y glicerol, que son sus unidades básicas, aunque existen variantes. Se caracterizan por su aspecto oleoso (aceitoso) y por ser insolubles en agua. v Cumplen diferentes funciones, pero las más reconocidas tienen que ver con ser una reserva energética, un aislante térmico y poseer un rol estructural, ya que forman parte de todas las membranas biológicas. Algunos lípidos actúan como precursores de hormonas. v. Entre los lípidos con mayor importancia biológica se encuentran los triglicéridos, fosfolípidos y esteroides.

-Triglicéridos v Lípidos más sencillos y abundantes. v Se forman en el hígado o de algunos alimentos (mantequilla, carne grasa, aceite de coco, etc. ) a partir de la unión de tres ácidos grasos con una molécula de glicerol mediante enlaces covalentes. v Se caracterizan por ser insolubles en agua; de allí que también se designen como grasas neutras. v. Su principal función es actuar como reserva energética celular y se almacenan en el cuerpo en forma de grasa.

-Fosfolípidos v Poseen una región que no interactúa con el agua y otra que sí lo hace, es decir, tienen polos solubles e insolubles. Por este mismo motivo se les designa también como moléculas anfipáticas, ya que una parte tiene afinidad por un medio acuoso (extremo hidrofílico) y la otra no (extremo hidrofóbico). v Se forman a partir de la unión de dos ácidos grasos y un grupo fosfato con el glicerol. Al compararlos con los triglicéridos, entonces, se reconoce que un ácido graso ha sido reemplazado por el grupo fosfato. Es precisamente esta parte de la molécula la que le da el carácter polar y, por lo mismo, la capacidad de interactuar con el agua. El resto de la molécula, en cambio, es incapaz de hacerlo. Esta característica química aparentemente simple explica el carácter anfipático de los fosfolípidos y, por lo mismo, su rol como constituyente de las membranas biológicas.

- Esteroides v Si bien no están formados a partir de la unión entre ácidos grasos y glicerol, se les considera como lípidos por dos hechos fundamentales: están constituidos por carbono, hidrógeno y oxígeno, y son insolubles en agua. La molécula a partir de la cual se generan los esteroides es una estructura compleja, formada por varios anillos hidrocarbonados: el ciclopentanoperhidrofenantreno v Los esteroides más conocidos son el colesterol, presente exclusivamente en los animales, y los fitoesteroles, presentes solo en vegetales. El colesterol es un componente importante de las membranas celulares de los animales. Esta molécula disminuye la fluidez y permeabilidad de la membrana plasmática. Además, es el precursor de la síntesis de hormonas sexuales, como la testosterona y el estrógeno. Colesterol

v Los esteroides anabólicos (moléculas simples a moléculas complejas) son versiones sintéticas (artificiales) de testosterona, la principal hormona sexual en los hombres. Es necesaria para desarrollar y mantener las características sexuales masculinas, como el vello facial, la voz profunda y el crecimiento muscular.

v Las ceras son moléculas completamente apolares, muy hidrófobicas, o sea insolubles en agua, por ende, su función típica consiste en servir de protección y de revestimiento de las hojas, frutos, flores, así como de los vertebrados recubriendo e impermeabilizando la piel, el pelo y las plumas.

PROTEÍNAS v Después del agua, las proteínas son los compuestos más abundantes en las células y representan más del 50% de su masa seca. v Surgen de la unión covalente de unidades básicas, denominadas, aminoácidos. El enlace que permite la unión covalente de los aminoácidos recibe el nombre de enlace peptídico.

v Según la cantidad de aminoácidos que se unen mediante estos enlaces, se reconocen dipéptidos, compuestos por dos aminoácidos; tripéptidos, formados por tres de estas unidades, hasta llegar a polipéptidos, que son los que están constituidos por muchos aminoácidos. Se considera que los polipéptidos tienen hasta 100 aminoácidos.

v. Principales funciones de las proteínas. Función estructural o plástica: Forman parte del esqueleto celular y participan en la construcción de órganos y tejidos. Son las encargadas de construir tejido nuevo y reparar tejidos dañados. De ahí su implicación en el ámbito deportivo. Función catalizadora o reguladora: Todas las enzimas presentes en nuestro cuerpo son proteínas y son las moléculas responsables e indispensables para que tengan lugar las reacciones metabólicas del organismo como el catabolismo y el anabolismo. Muchas hormonas son también proteínas. Función transportadora: Los lípidos son insolubles en agua, por tanto necesitan un medio de trasporte para circular por nuestro organismo, y ese medio son las proteínas. Otro ejemplo es la hemoglobina, que es una proteína transportadora imprescindible para la supervivencia de la especie ya que es la encargada de transportar el oxígeno desde los pulmones a cada célula del organismo. Función defensiva e inmunitaria: Los anticuerpos (moléculas encargadas de las defensas del organismo) son glicoproteínas encargados de neutralizar cualquier ataque sufra nuestro organismo de elementos extraños como las bacterias. Función contráctil: La actina y la miosina son las proteínas responsables de la contracción muscular.

v Estructura de las proteínas Existen al menos cuatro niveles estructurales de las proteínas: estos corresponden a la estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.

1. Estructura primaria: Secuencia lineal de aminoácidos que se encuentran unidos por enlaces peptídicos. Esta estructura no existe como tal en la naturaleza, ya que las proteínas adoptan formas tridimensionales según sea su composición aminoacídica y el ambiente en el que se encuentren. 3 2 1 4

3 2 1 4 2. Estructura secundaria: Conformación espacial que adoptan los aminoácidos que se encuentran unidos por enlaces peptídicos en la cadena de aminoácidos. Estos reordenamientos dependen del tipo de aminoácidos presentes en ella. Así, los de tipo polar (con carga o sin carga) se ubicarán para interactuar entre sí y con el medio acuoso de la célula. Por el contrario, los aminoácidos de tipo apolar, se posicionarán evitando el medio acuoso, pero tratando de interactuar entre sí.

En la actualidad, se reconocen dos tipos de estructura secundaria: * la hélice alfa, el esqueleto peptídico se enrolla sobre sí mismo * la hoja o sábana beta, hebra beta o conformación beta), el esqueleto polipeptídico se encuentra extendido, en lugar de retorcido sobre sí mismo en forma de hélice.

3 3. Estructura terciaria: Plegamiento global de la cadena polipeptídica completa, que da lugar a una forma tridimensional específica a la proteína, adoptando una forma globular o fibrilar (de fibra). 2 1 4

4. Estructura cuaternaria: Proteína constituida por varias cadenas polipeptídicas diferentes o iguales con estructura terciaria. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero, monómero o subunidad. 3 2 1 4

ÁCIDOS NUCLEICOS v Macromoléculas formadas por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo. Son polímeros cuyas subunidades se denominan nucleótidos. v Un nucleótido es una molécula formada por la unión de: • Una base nitrogenada. Presenta una estructura cíclica que contiene N, además de C. Hay dos tipos de bases nitrogenadas, las pirimidínicas y las purínicas. • Un grupo fosfato. • Una pentosa (carbohidrato). Puede ser la ribosa o la desoxirribosa.

v Los ácidos nucleicos son polinucleótidos formados por la unión de nucleótidos mediante enlaces covalentes de tipo fosfodiéster entre sus grupos fosfato. v Cada polinucleótido se caracteriza por una secuencia particular de bases nitrogenadas, mientras que el eje básico de pentosa y fosfato es constante.

v Tipos de ácidos nucleicos Hay dos tipos de ácidos nucleicos: el ADN, o ácido desoxirribonucleico, y el ARN, o ácido ribonucleico. Ambos tipos pueden diferenciarse por su composición química: • ADN. Como pentosa, contiene siempre la desoxirribosa, y sus bases nitrogenadas son la citosina (C), la timina (T), la adenina (A) y la guanina (G). • ARN. Como pentosa, contiene ribosa, y sus bases nitrogenadas son la citosina (C), el uracilo (U), la adenina (A) y la guanina (G).

v El ADN se encuentra en el núcleo y forma parte de los cromosomas, aunque también está presente en pequeñas cantidades en algunos organelos, como cloroplastos y mitocondrias. v Estructura La estructura de la molécula de ADN es una doble hélice, que se caracteriza por: – Tener dos cadenas helicoidales de nucleótidos enrolladas a lo largo de un eje imaginario común. – Las dos cadenas son antiparalelas, es decir, que se disponen paralelas y en sentidos opuestos. Una cadena tiene sentido 5’ 3’ (se inicia con un extremo 5’ libre y termina con un extremo 3’ libre) y la otra se dispone en sentido inverso, 3’ 5’. – Las bases nitrogenadas se dirigen hacia el interior de la doble hélice, mientras que las pentosas y los grupos fosfato forman el esqueleto externo. – Es una estructura estable gracias a los puentes de hidrógeno que se forman entre los pares de bases nitrogenadas complementarias. La adenina siempre se empareja con la timina (AT), y la guanina, con la citosina (GC).

v Función El ADN es el portador de la información hereditaria. – La información contenida en el ADN está codificada en forma de secuencias de bases. Si la secuencia de bases nitrogenadas cambia, la información del ADN también lo hace. – El ADN tiene capacidad para duplicarse. La duplicación del ADN permite que su información se herede. – La célula utiliza la información contenida en el ADN para elaborar sus propias proteínas, como las enzimas.

v El ARN se localiza tanto en el núcleo como en el citoplasma celular. Así como se considera al ADN como la macromolécula que contiene y almacena la información genética de los diferentes seres vivos, el ARN es la macromolécula encargada de transportar la información genética. • Estructura Las moléculas de ARN suelen estar formadas por una sola cadena de nucleótidos.

v Tipos de ARN y sus funciones Existen diferentes tipos de ARN que funcionan de manera coordinada: Transporta la información hasta los ribosomas, para que allí sea traducida. Transporta los aminoácidos para formar las proteínas en los ribosomas. Traduce el mensaje del ARNm para sintetizar la proteína.

Actividad N° 2: 1. Completa la siguiente tabla comparativa entre los dos tipos de ácidos nucleicos. Características ADN Funcional Almacena la información genética. Estructural Pentosa Es una molécula de hebra simple. Desoxirribosa. Bases nitrogenadas Ubicación ARN A, U, G, C. En el núcleo.