Capítulo 3 Biomol é culas

1. Capítulo 3Biomoléculas

2. Elementos • De los 118 elementos que hay en la naturaleza, 25 se encuentran en los seres vivos y en los materiales necesarios para las actividades químicas de la vida, 19 de ellos son materiales traza, es decir, se encuentran en pequeñas cantidades: Ca, Co, Cr, Na, K, Mg, Mo, Fe, F, Zn, Si, B, Cl, Mn, Cu, I, Se, Sn, V. • Y hay seis elementos indispensables para la vida que son: C, H, O, N, P, S, más el agua, que es el compuesto inorgánico más importante. • Estos seis elementos al unirse forman las biomoléculas, también llamadas macromoléculas o “moléculas de la vida”.

3. Moléculas inorgánicas • Las moléculas inorgánicas son fundamentales para los seres vivos, las más importantes son: agua y algunas sales minerales. • El agua (H2O) es el compuesto inorgánico más importante para los seres vivos. Constituye del 60 al 95% de los organismos y es indispensable para las funciones vitales de la célula.

4. Moléculas inorgánicas El volumen de agua en la Tierra es aprox. De 1500 millones de km3, de los cuales 97% es salada y 3% dulce. Propiedades e importancia del agua: • Tensión superficial elevada • Capacidad o actividad térmica elevada • Solvente casi universal • Necesaria en muchas reacciones químicas • Lubricante • NO proporciona energía

5. Moléculas inorgánicas (continuación) • Las sales inorgánicas insolubles en estado sólido, forman estructuras sólidas que cumplen funciones de protección y sostén, como caparazones o esqueletos internos de algunos invertebrados marinos, huesos o dientes de vertebrados, paredes celulares o asociadas a moléculas como la hemoglobina. Ejemplos: PO4, HCO3 y SO4. • Los electrolitos o iones son minerales con carga eléctrica que cumplen funciones vitales; algunos de éstos son: el Na+, K+, Cl-, Ca++, Mg++, Cu++, Zn++, etcétera.

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

7. Carbohidratos • Son biomoléculas formadas por C, H y O. • Su fórmula condensada es CnH2nOn, en la que el C, el H y el O se encuentran en una proporción 1:2:1. • Los más sencillos (pequeños) son llamados azúcares o glúcidos y son solubles en agua. • Dan la energía sencilla de arranque y son componentes estructurales. • Son las biomoléculas que más existen en la naturaleza. • Se desempeñan en la dieta como nutrientes energéticos o combustibles, dan 4 Cal/gr.

8. Carbohidratos • El almidón y el glucógeno sirven para almacenar energía en vegetales y animales, respectivamente. • De ellos se obtienen el algodón, el rayón y el lino (para vestirnos). • De la celulosa se obtienen la madera y el papel. • El sufijo sacárido significa azúcar. • Los carbohidratos se clasifican de dos maneras: por el número de carbonos que presentan y por las unidades de azúcar que los forman.

9. Carbohidratos (continuación) Por el número de carbonos que presentan • 3C triosa • 4C tetrosa Biológicamente son las más importantes • 5C pentosa • 6C hexosa

10. Por unidades de azúcar que los forman: • 1=monosacáridos • 2=disacáridos u oligosacáridos • n=polisacáridos Carbohidratos (continuación) Monosacárido: D-glucosa Polisacárido: celulosa

11. Estructuras abiertas o cerradas • Consumimos los azúcares en forma cerrada y los asimilamos en forma abierta.

12. Azúcares que no son dulces • No todos los azúcares son dulces, existen algunos como la fucosay el ácido siálicoque 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). ÁCIDO SIÁLICO FUCOSA

13. Monosacáridos • 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

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

15. Polisacáridos • 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.

16. Polisacáridos (continuación) • 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 obtener energía de las glucosas que la forman, ya que no tenemos las enzimas necesarias para descomponerla.

17. Polisacáridos (continuación) • Almidón: son cadenas de glucosa unidas linealmente, almacenada en plantas, granos, semillas y tubérculos como la papa y el camote. Es soluble en agua.

18. Polisacáridos (continuación) • Glucógeno: son cadenas de glucosa ramificadas, almacenado como reserva en los animales. Es muy soluble.

19. Polisacáridos (continuación) • Quitina: son cadenas de glucosa que forman el exoesqueleto de artrópodos, hongos, etc.

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

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

22. Clasificación de los lípidos

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

24. 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. • Son producidas por las glándulas sebáceas de aves y mamíferos para proteger las plumas y el pelo.

25. Ceras (continuación) • Se encuentran en la superficie de las plantas en una capa llamada cutina. • 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. a) b)

26. Ácidos grasos • Los ácidos grasos pueden ser saturados e insaturados. • 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. a) b)

27. Ácidos grasos • Los ácidos grasos pueden ser saturados e insaturados. • 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.

28. 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.

29. Fosfolípidos (continuación)

30. 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.

31. Colesterol • Hay dos tipos: el HDL de alta densidad que es el “bueno”, tiene más proteína que lípido, es transportado al hígado, donde sale a la circulación y se metaboliza (bilis). • El colesterol LDL es de “baja densidad” con menos proteína y más lípido, es el llamado “malo”; éste es el que en la circulación se deposita en las paredes de las arterias. • Puede provenir de la alimentación o de la genética.

32. Proteínas • 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. • Son biomoléculas formadas por C, H, O, N y a veces pequeñas cantidades de P y S. • Son específicas para cada especie. • Son componentes estructurales de las membranas celulares. (con los fosfolípidos).

33. Proteínas (continuación) • Todos los aminoácidos proteicos tienen en común un grupo amino (–NH2) 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 AAC. H | NH2–C–COOH | R

34. H H O = C C C N H R R H H O O O = = = + H2O C C C H H H C C OH OH OH N N N H H H R R Unión Peptídica entre Aminoácidos Los aminoácidos se unen entre sí mediante uniones peptídicas para formar cadenas lineales no ramificadas. Unión Peptídica CONDENSACIÓN

36. Aminoácidos Esenciales • EN ADULTOS: 8 • Fenilalanina • Isoleucina • Leucina • Lisina • Metionina • Treonina • Triptófano • Valina • EN NIÑOS los anteriores y: • Arginina • Histidina Son aquellos que los organismos heterótrofos deben tomar de su dieta ya que no pueden sintetizarlos en su cuerpo (los autótrofos pueden sintetizarlos todos) Las rutas metabólicas para su obtención suelen ser largas y energéticamente costosas, por lo que los vertebrados las han ido perdiendo a lo largo de la evolución (resulta menos costoso obtenerlos en los alimentos).

37. Proteínas (continuación) • 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. • Al igual que los HC, proporcionan 4 Cal/g, pero son las últimas moléculas que utilizamos para este objetivo, ya que las necesitamos para realizar otras importantes funciones.

38. Funciones de las proteínas Cumplen varias funciones importantes: • Estructural (sostén): queratina (uñas), colágeno (tendones, piel y músculos). • Transporte: proteínas en los canales de las membranas para dejar pasar o no ciertas sustancias (portadoras) y transporte de gases en la sangre (hemoglobina). • Catalítica (enzimas): aceleran las reacciones químicas en el organismo. • Defensa: como los anticuerpos. • Reguladora: hormonas que sirven como mensajeros (insulina, hormona del crecimiento). • Movimiento: proteínas contráctiles como la actina y miosina de los músculos.

39. FUNCIONES Y EJEMPLOS DE PROTEÍNAS: • Estructural • Enzimática • Hormonal • Defensiva • Transporte • Reserva • Función homeostática • Anticongelante • Actividad contráctil

40. Estructural • Es una de las funciones más características: • Algunas glucoproteínas forman parte de las membranas celulares. Intervienen en el transporte selectivo de iones (bomba de Na-K) • Otras proteínas forman el citoesqueleto de las células, las fibras del huso, de los cilios y flagelos. • Otras, como las histonas forman parte de los cromosomas eucariotas. • El colágeno, que mantiene unidos los tejidos animales y forma los tendones y la matriz de los huesos y cartílagos. • La elastina, en el tejido conjuntivo elástico (ligamentos paredes de vasos sanguíneos). • La queratina, que se sintetiza en la epidermis y forma parte de pelos, uñas, escamas de reptiles, plumas, etc. • La fibroína, que forma la seda y las telas de arañas. Es una disolución viscosa que solidifica rápidamente al contacto con el aire.

41. Enzimática • Es la función más importante. • Las enzimas son las proteínas más numerosas y especializadas y actúan como biocatalizadores de las reacciones que constituyen el metabolismo celular. • Se diferencian de los catalizadores no biológicos porque las enzimas son específicas de la reacción que catalizan y de los sustratos que intervienen en ellas. Hormonal • Insulina y glucagón • Hormona del crecimiento segregada por la hipófisis • Calcitonina Defensiva • Inmunoglobulina, trombina y fibrinógeno

42. Transporte • Además de las proteínas transportadoras de las membranas, existen otras extracelulares que transportan sustancias a lugares diferentes del organismo. • Hemoglobina, la hemocianina y la mioglobina del músculo estriado. • Los citocromos transportan electrones en la cadena respiratoria (mitocondrias) y en la fase luminosa de la fotosíntesis (cloroplastos). • La seroalbúmina transporta ácidos grasos, fármacos y productos tóxicos por la sangre. • Las lipoproteínas transportan el colesterol y los triacilglicéridos por la sangre.

43. Reserva En general, las proteínas no se utilizan para la obtención de energía. No obstante, algunas como la ovoalbúmina de la clara de huevo, la caseína de la leche o la gliadina de la semilla de trigo, son utilizadas por el embrión en desarrollo como nutrientes. Función homeostática Las proteínas intracelulares y del medio interno intervienen en el mantenimiento del equilibrio osmótico en coordinación con los tampones.

44. Función contráctil • El movimiento y la locomoción en los organismos unicelulares y pluricelulares dependen de las proteínas contráctiles: • la dineína, en cilios y flagelos, • la actina y miosina, responsables de la contracción muscular. Anticongelante Presentes en el citoplasma de ciertos peces antárticos.

45. Estructuras • Las proteínas tienen cuatro tipos de estructuras: • Estructura primaria • Estructura secundaria • Estructura terciaria • Estructura cuaternaria

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

47. Estructura secundaria • Es cuando una cadena de AAC se tuerce en forma de espiral o en forma de zigzag. • Se produce por la formación de puentes de hidrógeno entre varios AAC. • Ejemplo: la queratina

48. Estructura terciaria • Es la conformación espacial definitiva. • Es cuando entre los aminoácidos que contienen S (azufre) se forman enlaces disulfuro. • Cada estructura terciaria se conoce como péptido. • Ejemplo: seda de las telarañas.

49. Es la estructura más compleja, en la cual se forman agregados de péptidos. Sólo se manifiesta en las proteínas fibrosas o globulares. Ejemplo: hemoglobina Estructura cuaternaria

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