Azcares o Glcidos

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Conocer los elementos estructurales de los glcidos

Reconocer distintos tipos de monosacridos, disacridos, polisacridos

Hidratos de carbono o carbohidratosForman un grupo de compuestos que contienen carbono (C), hidrgeno (H) y oxgeno (O). Son los compuestos orgnicos ms abundantes en la naturaleza. Las plantas verdes y las bacterias fotosintetizadoras los producen en el proceso conocido como fotosntesis, durante el cual absorben el dixido de carbono del aire y, por accin de la energa solar, producen glucosa y otros compuestos qumicos necesarios para que los organismos sobrevivan y crezcan. De los glcidos ms sencillos, monosacridos, el ms importante es la glucosa. Dos monosacridos unidos producen un "disacrido", cuyo ejemplo ms importante encontramos en la sacarosa, la lactosa y la maltosa. Los polisacridos son enormes molculas formadas por uno o varios tipos de unidades de monosacridos.En los organismos vivos los hidratos de carbono tienen funciones estructurales y de almacenamiento de energa. En la funcin estructural tenemos como ejemplo: la celulosa que es el principal glcido estructural en las plantas, hasta un 40% en las paredes celulares, mientras que en los animales invertebrados el polisacrido quitina es un componente bsico del exoesqueleto de los artrpodos y en los cordados las capas celulares de los tejidosconectivos contienen hidratos de carbono. Entre los glcidos de almacenamiento de energa las plantas usan al almidn y los animales al glucgeno; (cuando se necesita la energa, las enzimas los descomponen en glucosa).Los principales puntos a recordar y comprender respecto a los azcares son: Son importantes metablicamente.

Son la mayor fuente de energa almacenada de los seres vivos.

Sus anillos de carbono contienen grandes cantidades de energa. Por ejemplo, la glucosa completamente metabolizada:

libera 686 kcal/mol.

Existen dos formas en las cuales los azcares se polimerizan: enlaces alfa o beta: Enlaces Alfa

Enlaces Beta

Para distiguir entre enlaces alfa y beta, examine la posicin del hidrgeno en el primer carbono de la molcula . En el enlace alfa se representa hacia arriba, y en el beta hacia abajo. Monosacridos

Estos azcares se caracterizan por poseer grupos hidroxilos (OH) y un grupo aldehdo o cetona. Se describen con la frmula (CH2O)n , donde n es un nmero entero no menor de tres y no mayor de ocho (3 tripptidos-->tetrapptidos--> POLIPPTIDOS. Cada enlace forma un planoAlgunos polipptidos funcionan per secomo hormonas (Insulina y glucagn -->> regulan la glucosa en sangre) o neurotransmisores (colecistoquinina--> sensacin de hambre)La estructura primaria viene determinada por la secuencia de aminocidos en la cadena proteica, es decir, el nmero de aminocidos presentes y el orden en que estn enlazados. La conformacin espacial de una protena se analiza en trminos de estructura secundaria y estructura terciaria. La asociacin de varias cadenas polipeptdicas origina un nivel superior de organizacin, la llamada estructura cuaternaria.Por ltimo, la asociacin de protenas con otros tipos de biomolculaspara formar asociaciones supramoleculares con carcter permanente da lugar a la estructura quinaria.Estructura primaria

Las protenas tiene mltiple niveles de estructura. La bsica es la estructura primaria. La estructura primaria de una protena es simplemente el orden de sus aminocidos. Por convencin el orden de escritura es siempre desde el grupo amino-terminal hasta el carboxilo final.Para encontrar datos sobre las estructura de , por ejemplo la hexoquinasa, navegue hasta BrookhavenProtein Data Bank 3D browser y entre hexokinase para la bsqueda, o SCOP (StructuralClassification of Proteins) y use la referencia PDB nmero 1HKG.

Como consecuencia del establecimiento de enlaces peptdicos entre los distintos AA que forman la protena se origina una cadena principal o "esqueleto" a partir del cual emergen las cadenas laterales de los aminocidos -

Estructura primaria de la Insulina: consta de dos cadenas de AA enlazadas por puentes disulfuro entre las cistenas

Estructura secundaria

La estructura secundaria de una protena es la que adopta espacialmente. Existen ciertas estructuras repetitivas encontradas en las protenas que permiten clasificarlas en dos tipos: hlice alfa y lmina beta. Una hlice alfa es una apretada hlice formada por una cadena polipeptdica. La cadena polipetdica principal forma la estructura central, y las cadenas laterales se extienden por fuera de la hlice. El grupo carboxlo (CO) de un aminocido n se une por puente hidrgeno al grupo amino (NH) de otro aminocido que est tres residuos mas all ( n + 4 ). De esta manera cada grupo CO y NH de la estructura central (columna vertebral o "backbone") se encuentra unido por puente hidrgeno. Existen tres modelos de alfa hlice. El primero muestra solo al carbono alfa de cada aminocido. El segundo muestra todos los tomos que forman la columna vertebral del polipptido .

El tercero y mas completo modelo, muestra todos los puentes hidrgeno que mantienen la alfa-hlice. Las hlices generalmente estn formadas por aminocidos hidrfobos, en razn que son, generalmente, la mxima atraccin posible entre dichos aminocidos. Las hlices se observan, en variada extensin, prcticamente en todas las protenas.

B-Las lminas beta son el otro tipo de estructura secundaria. Pueden ser paralelas o antiparalelas. Las anti-paralelas generalmente se ven as:

Y los giros que tienen en su estructura :

donde el aminocido n se une por puente hidrgeno al aminocido (n +3) . Existe un tipo especial de modelo molecular para resaltar la estructura secundaria de las protenas. Este tipo de modelo de protena representa los segmentos de lmina-beta como cintas en flecha (ribbons) y las alfa hlices como como cintas en espiral.

Prin en su forma PrPsc presenta gran proporcin de lminas beta (43% lminas beta, 30% hlices alfa).

El resto de la cadena polipeptdica se referencia como un espiral al azar ("randomcoil"), y se dibuja como una fina lnea. Por favor, note que espiral al azar o "randomcoil" es un nombre que lleva a confusin, dado que las protenas estn altamente organizadas, pero esta regin no tiene una estructura secundaria con componentes difciles de categorizar. Estructura Terciaria

La estructura terciaria es la estructura plegada y completa en tres dimensiones de la cadena polipeptdica, la hexoquinasa que se usa como icono en esta pgina es una estructura tridimensional completa.

A diferencia ded la estructura secundaria, la estrtuctura terciaria de la mayor parte de las protenas es especfica de cada molcula, adems, determina su funcin.EL plegamiento terciario no es inmediato, primero se agrupan conjuntos de estructuras denominadas dominios que luego se articulan para formar la estructura terciaria definitiva. Este plegamiento est facilitado por uniones denominadas puentes disulfuro, -S-S- que se establecen entre los tomos de azufre del aminocido cistena.Existen, sin embargo dos tipos de estructuras terciarias bsicas:protenas fibrosas, insolubles en agua, como la alfa queratina o el colgeno y

protenas globulares, solubles en agua.

Estructura cuaternaria

Solo est presente si hay mas de una cadena polipeptdica. Con varias cadenas polipeptdicas, la estructura cuaternaria representa su interconexin y organizacin. Esta es la imagen de la hemoglobina, una protena con cuatro polipptidos, dos alfa-globinas y dos beta globinas. En rojo se representa al grupo hem (complejo pegado a la protena que contiene hierro, y sirve para transportar oxgeno).

Los cuatro niveles estructurales de la hemoglobinaFunciones de las protenas

FUNCIN DE TRANSPORTEEn los seres vivos son esenciales los fenmenos de transporte, bien para llevar una molcula hidrofbica a travs de un medio acuoso (transporte de oxgeno o lpidos a travs de la sangre) o bien para transportar molculas polares a travs de barreras hidrofbicas (transporte a travs de la membrana plasmtica). Los transportadores biolgicos son siempre protenas.

FUNCIN ESTRUCTURAL

Componentes del citoesqueleto

Las clulas poseen un citoesqueleto de naturaleza proteica que constituye un armazn alrededor del cual se organizan todos sus componentes, y que dirige fenmenos tan importantes como el transporte intracelular o la divisin celular.Matriz extracelular

En los tejidos de sostn (conjuntivo, seo, cartilaginoso) de los vertebrados, las fibras de colgeno forman parte importante de la matriz extracelular (de color claro en la Figura) y son las encargadas de conferir resistencia mecnica tanto a la traccin como a la compresin.ENZIMTICA

La gran mayora de las reacciones metablicas tienen lugar gracias a la presencia de un catalizador de naturaleza proteica especfico para cada reaccin. Estos biocatalizadores reciben el nombre de enzimas. La gran mayora de las protenas son enzimas.

Ver este tema en detalle

FUNCIN HORMONAL

Las hormonas son sustancias producidas por una clula y que una vez secretadas ejercen su accin sobre otras clulas dotadas de un receptor adecuado. Algunas hormonas son de naturaleza proteica, como la insulina y el glucagn (que regulan los niveles de glucosa en sangre) o las hormonas segregadas por la hipfisis como la hormona del crecimiento, o la calcitonina (que regula el metabolismo del calcio).Accin hormonal en clulas adyacentesAccin hormonal en clulas lejanas

RECONOCIMIENTO DE SEALES QUMICAS

La superficie celular alberga un gran nmero de protenas encargadas del reconocimiento de seales qumicas de muy diverso tipo (figura de la izquierda). Existen receptores hormonales, de neurotransmisores, de anticuerpos, de virus, de bacterias, etc. En muchos casos, los ligandos que reconoce el receptor (hormonas y neurotransmisores) son, a su vez, de naturaleza proteica.

FUNCIN DE DEFENSA

La propiedad fundamental de los mecanismos de defensa es la de discriminar lo propio de lo extrao. En bacterias, una serie de protenas llamadas endonucleasasde restriccin se encargan de identificar y destruir aquellas molculas de ADN que no identifica como propias.En los vertebrados superiores, las inmunoglobulinas se encargan de reconocer molculas u organismos extraos y se unen a ellos para facilitar su destruccin por las clulas del sistema inmunitario (Figuras inferiores).Inmunoglobulina G

FUNCIN DE MOVIMIENTO

Todas las funciones de motilidad de los seres vivos estn relacionadas con las protenas. As, la contraccin del msculo resulta de la interaccin entre dos protenas, la actina y lamiosina.

El movimiento de la clula mediante cilios (foto de la izquierda) y flagelos (figura de la derecha) est relacionado con las protenas que forman los microtbulos.

FUNCIN DE RESERVA

La ovoalbmina de la clara de huevo, la lactoalbmina de la leche, la gliadina del grano de trigo y la hordena de la cebada, constituyen una reserva de aminocidos para el futuro desarrollo del embrin.

FUNCIN REGULADORA

Muchas protenas se unen al ADN y de esta forma controlan la trascripcin gnica. De esta forma el organismo se asegura de que la clula, en todo momento, tenga todas las protenas necesarias para desempear normalmente sus funciones.Las distintas fases del ciclo celular son el resultado de un complejo mecanismo de regulacin desempeado por protenas como la ciclina.cidos NucleicosHay dos tipos de cidos nucleicos (AN): el cido desoxirribonucleico (ADN) y el cido ribonucleico (ARN), y estn presentes en todas las clulas. Su funcin biolgica no qued plenamente demostrada hasta que Avery y sus colaboradores demostraron en 1944 que el ADN era la molcula portadora de la informacin gentica.Los cidos nucleicos son polmeros lineales de un monmero llamado nucletido (Figura de la derecha), cada nucletido est formado, mediante un enlace ster, por un c. fosfrico y un nuclesido(zona sombreada de la figura), este ltimo se constituye por la unin de una pentosa (la D-ribosa o la 2-desoxi-D-ribosa), y una base nitrogenada (purina o pirimidina).

Las bases nitrogenadas pueden ser purinas: ADENINA y GUANINA, las bases pirimidnicas son: CITOCINA, TIMINA y URACILO.La timina solo puede formar ADN y el uracilo solo est presente en el ARN.

Version en colores de las bases solas,obtenida de la Universidad de Virginia.

La figura que sigue muestra las base en los nucletidos: base + azucar + fosfato.

Note que la adenina y guanina son purinas y que la timina y citosina son pirimidinas. Apareamiento de bases

Los nucletidos se enlazan para formar los cidos nucleicos o polinucletidos.En las hebras enfrentadas A se complementa con T, y G se complementa con C. A menudo los pares de bases son mencionados como A-T o G-C, adenina a timina y guanina a citosina. Raramente los libros o las personas usan los nombres completos de las bases. A-T estn unidas por dos puentes Hidrgeno y C-G por tres.En la clase de este ao (2004) un alumno me enseo esta mnemotecnia, apta para aquellos que gustan del tangoAnibalTroilo por A-TCarlos Gardel por C-G

Los nucletidos se forman por la unin del C5' de la pentosa con el grupo fosfato formando un nucletidomonosfato. La cadena se va formando al enlazar los fosfatos al C3' de otro nucletido. As la cadena tiene un extremo 5y un extremo 3.

Estructura del ADN

Algunos autores definen estructuras que denominan primarias, secundarias, etc. en orden de complejidad creciente, similar a las de las protenas.Las cuatro bases nitrogenadas del ADN se encuentran distribuidas a lo largo de la "columna vertebral" que conforman los azcares con el cido fosfrico en un orden particular, (la secuencia del ADN). La adenina (A) se empareja con la timina (T) mientras que la citosina (C) lo hace con la guanina.La estructura primaria del ADN est determinada por esta secuencia de bases ordenadas sobre la "columna" formada por los nuclesidos: azucar + fosfato. Este orden esen realidad lo que se transmite de generacin en generacin (herencia).

Estructura secundaria: es el modelo postulado por Watson y Crick:la doble hlice, las dos hebras de ADN se matienen unidas por los puentes hidrgenos entre las bases. Los pares de bases estn formados siempre por una purina y una pirimidina, de forma que ambas cadenas estn siempre equidistantes, a unos 11 una de la otra. Los pares de bases adoptan una disposicin helicoidal en el ncleo central de la molcula, ya que presentan una rotacin de 36 con respecto al par adyacente, de forma que hay 10 pares de bases por cada vuelta de la hlice. La A se empareja siempre con la T mediante dos puentes de hidrgeno, mientras que la C seemparejasiempreconla G pormediode 3 puentes de hidrgeno

Modificado de: Primer on Molecular Genetics .(http://www.gdb.org/Dan/DOE/intro.html)

tomado de http://www.ehu.es/biomoleculas/AN/an4-1.htm En cada extremo de una doble hlice lineal de ADN, el extremo 3'-OH de una de las hebras es adyacente al extremo 5'-P (fosfato) de la otra. En otras palabras, las dos hebras son antiparalelas (Figura superior), es decir, tienen una orientacin diferente. Por convencin, la secuencia de bases de una hebra sencilla se escribe con el extremo 5'-P a la izquierda.Estructura terciaria: es la forma en que se organiza esta doble hlice,En Procariotas (as como en las mitocondrias y cloroplastos eucariotas) el ADN se presenta como una doble cadena (de cerca de 1 mm de longitud), circular y cerrada, que toma el nombre de cromosoma bacteriano. Esta "gigantesca" molcula circular tiene un peso de 3 X 10 9d (daltons). No posee las histonas del cromosoma eucariota, pero se ha comprobado la existencia de protenas y poliaminas de bajo peso molecular y de iones magnesio que cumpliran su funcin. El cromosoma bacteriano se encuentra altamente condensado y ordenado ("supercoiled" o superenrrollado).En virus, el ADN puede presentarse como una doble hlice cerrada, como una doble hlice abierta o simplemente como una nica hebra lineal.

En los Eucariotas el ADN se encuentra localizado principalmente en el ncleo, apareciendo el superenrrollamiento (trenzamiento de la trenza) y la asociacin con protenas histnicas y no histnicas.El ADN se enrolla (dos vueltas) alrededor de un octeto de protenas histnicas formando un nucleosoma, estos quedan separados por una secuencia de ADN de hasta 80 pares de bases, formando un "collar de perlas" o ms correctamente denominado fibra de cromatina, siendo la estructura propia del ncleo interfsico, que no ha entrado en divisin. Este collar de nucleosomas vuelve a enrollarse y cada 6 nucleosomas constituyen un "paso de rosca" por medio de histoma H1 formando estructuras del tipo solenoide.En el ciclo mittico de las clulas eucariotas la cromatina se enrrolla formando cromosomas, que son complejas asociaciones de ADN y protenas .Doble hlice y fibra de cromatinaEnrollamientode la cromatinaCromosomaNcleo de clula eucariota

Resumen de datos bsicos del ADN1. Unidades qumicas bsicasa. un azcar de 5 carbonos - desoxirribosab. fosfato - uniones entre los azcaresc. bases: purinas = adenina y guanina pirimidinas = timina y citosinad. base + azcar = nuclesidoe. base + azcar + fosfato = nucletido2. Una hebraCada hebra esta hecha de un azcar unido covalentemente a un fosfato que a su vez se une a otro azcar y as sucesivamente. Cada hebra de ADN puede contener miles o millones de estas uniones azcar-fosfato.Cada azcar tiene tambin, una purina o pirimidina unida a l covalentemente. 3. La doble hliceUna molcula de ADN consiste en dos hebras que se encuentran arrolladas una alrededor de la otra formando una doble hlice. Las bases de las dos hebras se disponen en manera tal que cuando en una de ellas hay una adenina en la enfrentada hay timina y, cuando hay guanina en la otra hay citosina. Esto satisface la regla de Chargaff en manera tal que: la cantidad de adenina = a la cantidad de timina (A = T) la cantidad de guanina = a la cantidad de citosina (G = C) 4. DireccionalidadLa cadena de uniones azcar-fosfato (la "columna vertebral",backbone en ingls) est construda en manera tal que posee una polaridad, esto es, que el fosfato en el carbono 5' de la desoxirribosa se une al 3' de la siguiente desoxirribosa. En este caso se dice que tiene una direccin 5' a 3'. Las dos hebras del ADN estn dispuesta en manera tal que su disposicin se conoce como antiparalela, donde una de ellas va de 5'- 3' y la complementaria de 3'- 5'.ARN

Una clula tpica contiene 10 veces ms ARN que ADN. El azcar presente en el ARN es la ribosa. Esto indica que en la posicin 2' del anillo del azcar hay un grupo hidroxilo (OH) libre. Por este motivo, el ARN es qumicamente inestable, de forma que en una disolucin acuosa se hidroliza fcilmente. En el ARN la base que se aparea con la A es U, a diferencia del ADN, en el cual la A se aparea con T.

Segn las modernas teoras sobre el origen de la vida, parece bastante probable que el ARN fuese el primer biopolmero que apareci en la corteza terrestre durante el transcurso de la evolucin.Se distinguen varios tipos de RNA en funcin, sobre todo, de sus pesos moleculares:RNA MENSAJERO (RNAm)Se sintetiza sobre un molde de ADN por el proceso de transcripcin por el cual se copia el ARN a partir del molde del ADN, pasa al citoplasma y sirve de pauta para la sntesis de protenas (traduccin).

RNA RIBOSMICO (RNAr)

El RNA ribosmico (RNAr) est presente en los ribosomas, orgnulos intracelulares implicados en la sntesis de protenas. Su funcin es leer los RNAmy formar la protena correspondiente.

RNA de transferencia: Son cadenas cortas de una estructura bsica, que pueden unirse especficamente a determinados aminocidos.

ARN corto de interferencia( siARN: del ingls: short interfering RNA ): son componentes de una gran respuesta antiviral denominada interferencia del ARN.

Ribo-llaves (ribo-switches) son formas de ARN que actan como llaves "encendido-apagado" de gran precisin.

ARNnc : ARN funcional que no codifica para sntesis proteica

y.......

Tema ampliado: Non-Coding RNA Genes and the Modern RNA World Una nueva visin del ARN

Dogma central de la Biologa

El mensaje gentico se encuentrta en la/las cadenas de ADN. Para que la clula se divida este ADN debe duplicarse: REPLICACIN, repartindose entre las clulas hijas.Durante la interfase el funcionamiento de la clula est dirigido por las protenas. A partir del ADN se forma una molcula de ARN mensajero (TRANSCRIPCIN) que sale del ncleo; el ARNm es "ledo" por el ribosoma (que contiene ARNr o ribosmico) con la ayuda delARNt( o de transferencia)que le provee los aminocidos para la formacin de las protenas (TRADUCCIN)

Esta serie de procesos se conoce como el dogma central de la Biologa