BIOMOLECULAS : IMPORTANCIA QUÍMICA Y ESTRUCTURAL

Los seres vivos estamos formados por moléculas orgánicas, proteínas, ácidos nucleicos, azúcares y grasas.

Todos ellos son compuestos cuya base principal es el carbono. Los productos orgánicos están presentes en todos los aspectos de nuestra vida: la ropa que vestimos, los jabones, desodorantes, medicinas, perfumes, utensilios de cocina, la comida, etc.

Los productos orgánicos ha mejorado nuestra calidad y esperanza de vida. Podemos citar una familia de compuestos que a casi todos nos ha salvado la vida, los antibióticos. En ciertos casos, sus vertidos han contaminado gravemente el medio ambiente, causado lesiones, enfermedades e incluso la muerte a los seres humanos.

Los cuatro bioelementos más abundantes en los seres vivos son el C H O N, representando alrededor del 99% de la masa de la mayoría de las células.

Estos cuatro elementos son los principales componentes de las biomoléculas debido a que permiten. La formación de enlaces covalentes entre ellos, compartiendo electrones, debido a su pequeña diferencia de electronegatividad.

La formación de enlaces múltiples (dobles y triples) entre C y C, C y O, C y N, así como estructuras lineales ramificadas cíclicas, heterocíclicas, etc.

La posibilidad de que con pocos elementos se den una enorme variedad de grupos funcionales (alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos, aminas, etc.) con propiedades químicas y físicas diferentes.

Biomoléculas inorgánicas Son biomoléculas no formadas por los seres vivos,

pero imprescindibles para ellos, como el agua, la biomolécula más abundante, los gases (oxígeno, dióxido de carbono) y las sales inorgánicas: aniones como fosfato (HPO4-), bicarbonato (HCO3-) y cationes como el amonio (NH4+).

Biomoléculas orgánicas o principios inmediatos

Son sintetizadas solamente por los seres vivos y tienen una estructura a base de carbono. Están constituidas principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno, y con frecuencia están también presentes nitrógeno, fósforo y azufre; otros elementos son a veces incorporados pero en mucha menor proporción.

1.- Glúcidos o Hidratos de carbono:

Los glúcidos (o hidratos de carbono) son la fuente de energía primaria que utilizan los seres vivos para realizar sus funciones vitales; la glucosa está al principio de una de las rutas metabólicas productoras de energía más antigua, la glucólisis, usada en todos los niveles evolutivos, desde las bacterias a los vertebrados..

Glúcidos o Hidratos de carbono

Glúcidos o Hidratos de carbono

Muchos organismos, especialmente los de estirpe vegetal (algas, plantas) almacenan sus reservas en forma de almidón. Algunos glúcidos forman importantes estructuras esqueléticas, como la celulosa, constituyente de la pared celular vegetal, o la quitina, que forma la cutícula de los artrópodos

Glúcidos o Hidratos de carbono

Los carbohidratos son compuestos orgánicos compuestos por carbono, hidrógeno y oxigeno en una relación 1:2:1 respectivamente. Su fórmula química es (CH2O)n, donde la n indica el número de veces que se repite la relación para formar una molécula de hidrato de carbono más o menos compleja.

Glúcidos o Hidratos de carbono

De acuerdo al número de carbonos los monosacáridos se clasifican en:

n= 3 Triosas. n= 4 Tetrosas. n= 5 Pentosas, n= 6 Hexosas. …… etc. En todos los carbohidratos siempre hay un grupo

carbonilo, es decir, un carbono unido a un oxígeno mediante un doble enlace (C=O).

El grupo carbonilo puede ser un grupo aldehído (-CHO), o un grupo cetónico (-CO-). Así pues, los carbohidratos pueden definirse como POLIHIDROXIALDEHÍDOS O POLIHIDROXICETONAS.

Monosacaridos Son los carbohidratos de estructura

más simple. Destacan:Glucosa: Se encuentra en las frutas o en la miel. Es el principal producto final del metabolismo de otros carbohidratos más complejos. En condiciones normales es la fuente exclusiva de energía del sistema nervioso, se almacena en el hígado y en el músculo en forma de glucógeno.

MonosacaridosFructosa : Se encuentra en la fruta y la

miel. Es el mas dulce de los azúcares. Después de ser absorbida en el intestino, pasa al hígado donde es rápidamente metabolizada a glucosa.

Galactosa: No se encuentra libre en la naturaleza, es producida por la hidrólisis de la lactosa o azúcar de la leche.

Proyecciones Fischer

Disacáridos:

Son la unión de dos monosacáridos, uno de los cuales es la glucosa.

Sacarosa (glucosa + fructosa): Es el azúcar común, obtenido de la remolacha y del azúcar de caña.

Disacáridos: Maltosa (glucosa + glucosa):

Raramente se encuentra libre en la naturaleza.

Lactosa (glucosa + galactosa): Es el azúcar de la leche.

Al conjunto de monosacáridos y disacáridos se les llaman azúcares.

. Disacáridos:

Polisacáridos:La mayoría de los polisacáridos son el resultado de la unión de unidades de monosacáridos (principalmente glucosa). Algunos tienen mas de 3.000 unidades. Son menos solubles que los azúcares simples y su digestión es más compleja.

Polisacáridos:Almidón: Es la reserva energética de

los vegetales, está presente en los cereales, tubérculos y legumbres. El almidón en su estado original es hidrolizado en el aparato digestivo con gran dificultad, es necesario someterlo, previamente, a la acción del calor. El calor hidroliza la cadena de almidón produciendo cadenas más pequeñas.

Polisacáridos:

Polisacáridos:Glucógeno: Es la principal reserva

de carbohidratos en los seres humanos. Se almacena en el hígado y el músculo, en una cantidad que puede alcanzar los 300 – 400 gramos. El glucógeno del hígado se utiliza principalmente para mantener los niveles de glucosa sanguínea, mientras que el segundo es indispensable como fuente de energía para la contracción muscular durante el ejercicio.

Polisacáridos:

Polisacáridos:

Polisacáridos:

APLICACIONES

Los carbohidratos se utilizan para fabricar tejidos, películas fotográficas, plásticos y otros productos.

La celulosa se puede convertir en fibra textil y productos de papel.

El nitrato de celulosa (nitrocelulosa) se utiliza en películas de cine, cemento, pólvora de algodón, celuloide y tipos similares de plásticos.

El almidón y la pectina, un agente LIGANTE, se usan en la preparación de alimentos para el hombre y el ganado.

APLICACIONES

La goma arábiga se usa en medicamentos.

El agar, un componente de algunos laxantes, se utiliza como agente espesante en los alimentos y como medio para el cultivo bacteriano; también en la preparación de materiales adhesivos, de encolado y emulsiones.

La hemicelulosa se emplea para modificar el papel durante su fabricación. Los dextranos son polisacáridos utilizados en medicina como expansores de volumen del plasma sanguíneo para contrarrestar las conmociones agudas. Otro hidrato de carbono, el sulfato de heparina es un anticoagulante de la sangre.

2.- LIPIDOS , GRASAS

son un conjunto de moléculas orgánicas, la compuestas principalmente por carbono e hidrógeno y en menor medida oxígeno, aunque también pueden contener fósforo, azufre y nitrógeno, que tienen como característica principal el ser hidrofóbicas o insolubles en agua y sí en disolventes orgánicos como el benceno.

LIPIDOS , GRASAS

Funciones de los lípidos:Función de reserva energética:

Los lípidos son la principal fuente de energía de los animales ya que un gramo de grasa produce 9,4 kilocalorías en las reacciones metabólicas de oxidación, mientras que las proteínas y los glúcidos sólo producen 4,1 kilocalorías por gramo.

Funciones de los lípidos:Función estructural: Los lípidos

forman las bicapas lipídicas de las membranas celulares. Además recubren y proporcionan consistencia a los órganos y protegen mecánicamente estructuras o son aislantes térmicos como el tejido adiposo.

Dan sabor y textura a los alimentos

Ácidos Grasos

Molécula de C H O que generalmente tiene un grupo carboxilo o un grupo ácido en una de sus puntas . La cadena de ácidos que lo acompañan puede ser saturada o insaturada.

a)  Saturadas : Mayor cantidad de H posibles asociadas al carbono . ( sólido ) grasas.

b)  Insaturadas : No llena todas sus posibilidades de H , se los puede quitar un oxigeno ( liquido ) aceites.

Ácidos Grasos

Ácidos Grasos

A mayor cantidad de carbonos, aumenta su punto de fusión, y viceversa. Así mismo, la presencia de enlaces dobles reduce el punto de fusión.

En idéntica cantidad de carbonos a temperatura ambiente, los ácidos grasos insaturados son líquidos, y los saturados son sólidos.

Los ácidos grasos insaturados son el Oleico, Linoléico, Araquidónico, EPA Eicosapentaenoico y DHA Docosahexaenoico (, y en el uso cotidiano vienen en los aceites de origen vegetal, en pescados y mariscos (con los Omega 3).

Ácidos GrasosLos saturados son el Acético,

Butírico, Capróico, Caprílico, Cáprico, Laurico, Miristico, Palmítico, y Estearico y en la vida cotidiana vienen dadas en las grasas animales, y en algunos vegetales como el chocolate, la palta y el coco.

Los ácidos grasos más conocidos son los Omega 3 y los Omega 6, en particular por sus características hacia el control del colesterol.

ACILGLICEROLES

Los triglicéridos son acilgliceroles, un tipo de lípidos formados por una molécula de glicerol, que tiene esterificada sus tres grupos hidroxilo, por tres ácidos grasos saturados o insaturados.

Los triglicéridos forman parte de las grasas, sobre todo de origen animal. Los aceites son "grasas" líquidas de origen vegetal o que provienen del pescado.

ACILGLICEROLES

ESTEROIDES

Los esteroides son substancias tetracíclicas y su representante más conocido es el colesterol. Además del colesterol, un grupo importante de hormonas y las sales biliares tienen esta estructura esteroide, ya que derivan del colesterol.

ESTEROIDESEl Colesterol es un lípido encontrado

en los tejidos corporales y en el plasma sanguíneo de los vertebrados. Se encuentra en altas concentraciones en el hígado, médula espinal y cerebro, variante de la colesterina.

El nombre de colesterol procede del griego chole- (bilis) y stereos (sólido), por haberse indentificado por primera vez en los cálculos de la vesícula biliar.

Colesterol

Las Proteínas: el aminoácido como molécula mas simple Las proteínas son macromoléculas

formadas por cadenas lineales de aminoácidos.

Las proteínas desempeñan un papel fundamental en los seres vivos y son las biomoléculas más versátiles y más diversas.

el aminoácido como molécula mas simple

el aminoácido como molécula mas simple

C CN

HH

H

H

R O

O

Radical

Carbono central Grupo carboxilo Grupo amino

Cada aminoácido contiene un grupo "amino" (NH3) y un "grupo carboxilo" (COOH) (en negro en el diagrama). Los aminoácidos varian en sus cadenas laterales (indicadas in azul en el diagrama).

No polares e hidrofóbicos

Básicos: poseen grupo amino NH3 en su cadena lateral

Acidos ya que poseen grupo carboxi en su cadena lateral

Las Proteínas

Las proteínas de todo ser vivo están determinadas mayoritariamente por su genética , es decir, la información genética determina en gran medida qué proteínas tiene una célula, un tejido y un organismo.

Función estructural Algunas proteínas constituyen estructuras celulares:  ej. colágeno y queratina.

Tambien las glucoproteínas forman parte de las membranas, actúan como receptores y facilitan el transporte de sustancias.

.

Enzimática

Son las más numerosas y específicas; actúan como biocatalizadores de las reacciones metabólicas.

Hormonal

Algunas hormonas son proteínas. Por ejemplo: insulina, glucagón, tiroxina, ACTH, calcitonina.  

Reguladora 

Algunas proteínas (gluco proteínas) regulan la expresión de ciertos genes y otras regulan la división celular.Ej:-hormona del crecimiento.

Homeostática  

Hay proteínas (glucoproteínas)

que mantienen el equilibrio osmótico y actúan junto con sistemas amortiguadores en la regulación del pH.  

Defensiva  

Las inmunoglobulinas actúan como anticuerpos.

La trombina y el fibrinógeno (filamentosas) contribuyen a la formación de coágulos para evitar hemorragias.

Transporte La hemoglobina, hemocianina y

mioglobina transportan oxígenoLas lipoproteínas transportan

lípidos por la sangre.Las proteínas transportadoras de

la membrana plasmática que controlan el paso de sustancias a su través.

Contráctil

La actina y la miosina (elastinas) constituyen las fibrillas responsables de la contracción muscular.

Reserva

Las albúminas son moléculas de reserva energética.

Niveles de organización de las proteínas

Proteínas: Estructura primaria

Corresponde a la unión lineal de aminoácidos a través del enlace Peptídico (entre el grupo amino y el grupo carboxilo).

Proteínas: Estructura secundaria

Proteínas: Estructura terciaria

Proteínas: Estructura cuaternaria

4.- Acidos nucleicos Son biopolímeros formados por  unidades llamadas monómeros, que son los nucleótidos.

Los nucleótidos están formados por la unión de:

a) Una pentosa, que puede ser la D-ribosa en el ARN; o la D-2- desoxirribosa en el ADN

        

• b) Una base nitrogenada, que puede ser: • - Púrica, como la

– Guanina (G) – Adenina (A)

- Pirimidínica, como:

Timina (T)

Citosina (C)

Uracilo (U) •

•

C) Ácido fosfórico, que en la cadena de ácido nucleico une dos pentosas a través de una unión fosfodiester. Esta unión se hace entre el C-3´de la pentosa, el C-5´de la segunda.

•

A la unión de una pentosa con una base nitrogenada se le llama nucleósido.

Esta unión se hace mediante un enlace beta-glucosídico.

- Si la pentosa es una ribosa, tenemos un ribonucleósido. Estos tienen como bases nitrogenadas la adenina, guanina, citosina y uracilo.

- Si la pentosa es un desoxirribosa, tenemos un desoxirribonucleósido. Estos

tienen como bases nitrogenadas la adenina, citosina, guanina y timina.

El enlace -glucosídico se hace entre el

a) C-1´de la pentosa y el N-9 de la base púrica, como la guanina y la adenina.

b) C-1´de la pentosa y el N-1 de la base pìrimidínica, como la timina y citosina

Existen dos tipos de ácidos nucleicos: ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido ribonucleico), que se diferencian en:

El glúcido (pentosa) que contienen: la desoxirribosa en el ADN y la ribosa en el ARN.

Las bases nitrogenadas que contienen: adenina, guanina, citosina y timina en el ADN;

Las bases nitrogenadas adenina, guanina, citosina y uracilo en el ARN.

En los eucariotas la estructura del ADN es de doble cadena, mientras que la estructura del ARN es monocatenaria, aunque puede presentarse en forma extendida, como el ARNm, o en forma plegada, como el ARNt y el ARNr.

La masa molecular del ADN es generalmente mayor que la del ARN.

ADN Está formado por la unión de

muchos desoxirribonucleótidos. La mayoría de las moléculas de ADN poseen dos cadenas antiparalelas ( una 5´-3´y la otra 3´-5´) unidas entre sí mediante las bases nitrogenadas, por medio de puentes de hidrógeno.

La adenina enlaza con la

timina, mediante dos puentes de hidrógeno, mientras que la citosina enlaza con la guanina, mediante tres puentes de hidrógeno.

El ADN es el portador de la informacion genética, se puede decir por tanto, que los genes están compuestos por ADN.

ARN

Está formado por la unión de muchos ribonucleótidos, los cuales se unen entre ellos mediante enlaces fosfodiester en sentido 5´-3´( igual que en el ADN ).

Están formados por una sola cadena, a excepción del ARN de los reovirus ( rotavirus)

ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ARN

Al igual que el ADN, se refiere a la secuencia de las bases nitrogenadas que constituyen sus nucleótidos.

Funciones de los ácidos nucleicos Entre las principales funciones de estos ácidos tenemos:

- Duplicación del ADN - Expresión del mensaje genético: - Transcripción del ADN para formar

ARNm y otros - Traducción, en los ribosomas, del

mensaje contenido en el  ARNm a proteinas.