Tema1.1.biomolecules 2013
-
Upload
lorenzo-rico-lazaro -
Category
Education
-
view
352 -
download
0
Transcript of Tema1.1.biomolecules 2013
1
Tema 1.1. Biomolècules:
Glúcids, Lípids, Proteïnes i
Àcids Nucleics.
2
La lògica molecular dels éssers vius
1) Estructura dels éssers vius
2) Funcionament dels éssers vius
3) Replicació dels éssers vius
diversitat de biomolècules
Biomolècules més importants des d’un punt de vista funcional i d’identitat:
- proteïnes
- àcids nucleics
Bacteri (E. coli): 5.000 biomolècules diferents
Home: 50.000 biomolècules diferents
Composició organisme viu: Aigua 70%
Biomolècules 30%
Ions: Na+, K+, Mg2+, Ca2+ i Cl-
3
Composició elemental éssers vius
biomolècules 1. bioelements primaris + bioelements traces
2. Compostos de carboni esquelets carbonats + grups funcionals
3. Unitats bàsiques o estructurals proteïnes: 20 aminoàcids
DNA: 4 nucleòtids
4. Macromolècules proteïnes: 5.000-106 Da
àcids nucleics: 10.000-1010 Da
polisacàrids: 5.106 Da
*lípids: 750-1.500 Da
5. Propietats grups funcionals (polifuncionals)
Composició organisme viu: Aigua 70%
Biomolècules 30%
Ions: Na+, K+, Mg2+, Ca2+ i Cl-
C, H, O, N, P i S Co, Cu, Fe, Mn, Zn
I, Mo, V, Ni, Cr, F, Se, Si, Sn, B, As i Al
4
Grups funcionals
Carbonil
5
Tema 1.1. Biomolècules:
GLÚCIDS.
6
Definició i tipus de glúcids
• Monosacàrids
• Oligosacàrids
• Polisacàrids
1) Polihidroxialdehids (grup funcionals: hidroxil i aldehid)
2) Polihidroxiacetones (grups funcionals: hidroxil i cetona)
Fórmula empírica: (CH2O)n Hidrats de carboni o carbohidrats
Nombre d’unitats
estructurals
N, P i S
7
Els monosacàrids
Classificació
1. Localització del grup carbonil:
• C1: funció aldehid aldosa
• C2: funció cetona cetosa
2. Nombre d’àtoms de carboni:
• 3 triosa
• 4 tetrosa
• 5 pentosa
• 6 hexosa
Són sòlids cristal·lins, blancs, sabor dolç i, normalment, solubles en aigua gràcies a
l’elevat nombre de grups polars.
8
grup carbonil:
funció aldehid
àcids nucleics
Metabol. i polisacàrids polisacàrids
Aldoses
grup carbonil:
funció cetosa
polisacàrids
Cetoses
9
Els monosacàrids
Poden formar dos estereoisòmers diferents: D i L. Aquests dos estereoisòmers
es diu que són molècules quirals.
-OH del C quiral a la dreta -OH del C quiral a l’esquerra
- Monosacàrids amb >1 C quiral
(-OH del C quiral subterminal)
- Natura: només l’enantiòmer D
és biològicament actiu
10
Ciclació ≥ 5 C (sol. Aquosa)
Formació enllaç covalent
hemiacetàlic (-OH i C=O)
5 vèrtex 6 vèrtex
11
Els monosacàrids
Ciclació anòmers
D- glucosa
12
Els oligosacàrids
- - enllaç (14)
-glucosa -fructosa
Maltosa (sucre de malta)
α-glucosa + α-glucosa enllaç α(1→4)
Sacarosa (sucre de les fruites)
α-glucosa + β-fructosa enllaç (α1 →β2)
Lactosa (sucre de la llet)
β-galactosa + β-glucosa enllaç β(1 →4)
13
Els polisacàrids (glicans)
1. La naturalesa de les unitats de monosacàrids:
• Homopolisacàrids
• Heteropolisacàrids
2. Els carbonis de cada unitat monosacàrida que formen l’enllaç
glicosídic i la seva configuració (α o β)
3. La presència o absència de ramificacions
Estructura
Funció
1. Polisacàrids de reserva: midó (vegetals) i glicogen (animals)
2. Polisacàrids estructurals: cel.lulosa
14
Midó
Els polisacàrids de reserva
15
Midó
Els polisacàrids de reserva
Fórmula conformacional
Amilosa: cadenes no ramificades d’α-glucoses amb enllaços α (1→4)
16
Els polisacàrids de reserva
Midó
Amilopectina: cadenes ramificades d’α-glucoses amb enllaços α (1→4) i α (1→6)
17
Glicogen
Els polisacàrids de reserva
18
Els polisacàrids estructurals
1. Cel·lulosa:
• Localització: paret cel·lular de les cèl·lules vegetals.
• Propietats: resistent i insoluble en aigua.
• Estructura: homopolímer no ramificat d’unitats de β-glucosa unides
per enllaços β(14).
• Nombre de monòmers: 10.000-15.000 unitats de β-glucosa.
• Conformació: estesa.
• Agregats: fibril·les de cel·lulosa.
19
Fibril·les de cel·lulosa
pont d’hidrogen
Els polisacàrids estructurals
20
Els polisacàrids estructurals
Cel·lulosa
La majoria d’animals no tenen enzims que puguin trencar aquest enllaç → No
poden digerir la cel·lulosa. Només alguns bacteris i fongs poden digerir-la.
21
Altres polisacàrids estructurals
1. Quitina:
• Localització: exoesquelet dels artròpodes i paret cel·lular dels fongs.
• Estructura: homopolímer no ramificat d’unitats de β-N-acetilglucosamina
unides per enllaços β(14).
2. Peptidoglicans: (heteropolisacàrids)
• Localització: paret bacteriana.
• Estructura: polisacàrids + pèptids.
3. Mucopolisacàrids: (heteropolisacàrids)
• Localització: substància fonamental dels teixits animals.
• Estructura: heteropolisacàrids no ramificats formats per dues unitats de
monosacàrid (5%) unides a una proteïna (95%) proteoglicans
• Tipus: àcid hialurònic, sulfat de condroitina i sulfat de queratà.
22
Tema 1.1. Biomolècules
Els lípids
23
Els lípids insolubles en aigua però solubles en disolvents orgànics
• Lípids saponificables: Contenen àcids grassos o greixosos
• Apolars:
– Triacilglicèrids
– Ceres
• Polars:
– Fosfoglicèrids
– Esfingolípids
• Lípids no saponificables: – Terpens
– Esteroides (Colesterol)
– Eicosanoides
24
Els àcids grassos: PROPIETATS generalment es troben units covalentment a altres molècules formant
els lípid saponificables
1. pKa ~ 4,5 condicions fisiològiques: dissociats (RCOO- + H+)
2. cap hidrofílic (COOH) + llarga cua hidrofòbica insolubles en aigua
Ex: lípid amfipàtic o amfifílic
micel·les
acids grassos = 1 grup carboxil + cadena hidrocarbonada (4-24 carbonis)
no ramificada i apolar
R-COOH 14 – 20 carbonis
16 – 18 carbonis
Enllaç éster
25
Els àcids grassos saturats
Enllaços simples: conformació estesa interaccions de van der Waals
lípids sòlids i consistència serosa
Àcid esteàric CH3(CH2)16COOH 18:0
Fórmula estructural Símbol
Àcid palmític CH3(CH2)14COOH 16:0
Fórmula química desenvolupada
1
26
Els àcids grassos insaturats
Enllaços dobles: curvatura rígida fluïdesa,
consistència oliosa, líquids
• monoinsaturats: 1 doble enllaç (àc. Olèic)
• poliinsaturats: 2 o més dobles enllaços (àc Linoleic)
9
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH 18:1D9
CH3–(CH2)4–CH=CH–CH2–CH=CH–(CH2)7–COOH
18:2Δ9,12
18:2ω-6 Àcid gras ω6
Àcid linoleic
Àcid oleic
1 9 12 6
27
abundants en animals i poc en vegetals, funció de reserva d’energia
triacilglicèrid = ésters de glicerol + 3 residus d’àcids grassos
1. Insolubles en aigua (no formen micel.les!)
2. Mescles complexes de diferents tipus de triacilglicèrids:
• Greix residus d’àcids grassos saturats (org. animals)
• Oli residus d’àcids grassos insaturats (org. vegetals)
Oli oliva: 80% àc. grassos insaturats + 20% saturats
3. Reacció de saponificació: triacilglicèrids + NaOH (KOH) glicerol + sabons
de sodi (o potassi)
4. Oxidació en contacte amb l’aire.
Els lípids apolars Triacilglicèrids o triglicèrids
28
Els lípids apolars
Triacilglicèrids o triglicèrids
1-palmitoil-2-estearoil-3-oleoil-glicerol
29
Els lípids apolars
ceres = éster 1 àcid gras de cadena llarga + 1 alcohol de cadena llarga
funció impermeabilitzant
Propietats hidrofòbiques
Estructura cera d’abella: àc. Palmític + 1-triacontanol
Les ceres
30
Els lípids polars
importància biològica transcendental membranes biològiques
fosfoglicèrid = éster 1 glicerol + 2 residus d’àcids grassos + 1 àcid fosfòric
1 cap polar (àc fosfòric)
2 cues llargues apolars (cadenes alifàtiques àc. grassos)
estructura de bicapa
Biomolècula
amfipàtica
Fosfoglicèrids
31
Fosfoglicèrids
32
Fosfoglicèrids
cap hidròfil (polar)
àc. gras (no polar)
33
Els lípids polars
membranes biològiques
Esfingolípids: ceramides, esfingomielines, cerebròsids i gangliòsids
1 esfingosina (aminoalcohol de cadena llarga) + 1 residu d’àcid gras
+ + +
1 grup fosfat 1 monosacàrid 1 oligosacàrid + àc. siàlic
1 cap polar
2 cues apolars
estructura de bicapa
Biomolècula
amfipàtica
ceramides Participen en el reconeixement cel.lular
Esfingomielines
o esfingofosfolípids
(ex. Fosfocolina)
Cerebròsids Gangliòsids
Glucoesfingolípids
34
Els lípids polars Esfingolípids
Aminoalcohol de cadena llarga
Aminoalcohol + àcid gras
Aminoalcohol + àcid gras + grup fosfat
Esfingomielina
35
Els lípids polars Cerebròsids i gangliòsids
Representen una fracció
important dels lípids cerebrals.
Malaltia de Tay-Sachs:
Deteriorament neurològic fatal
per l’acumulació de gangliòsids
degut a la manca de l’enzim
hexosaminidasa A als lisosomes
Aminoalcohol + àcid gras + sucre
R
CEREBRÒSID
36
Els lípids no saponificables: insolubles en aigua
Terpens i isoprenoides: no tenen residus d’àc. grassos
1. Composició: unitats d’isoprè (5C, 2-metil-1,3-butadiè) unides covalentment
2. Funció: precursors de vitamines liposolubles (A, E i K)
Plantes: pigments carotenoides (-carotè) i fotosintètics (clorofil·la),
i olis essencials (geraniol, mentol, limonè, pinè)
Animals: ubiquinona (coenzim Q10)-cadena respiratòria
1. Composició: derivats del ciclopentanohidrofenantrè (4 anells saturats)
2. Localització i funció:
• Animals:
• Membrana plasmàtica: colesterol
• Hormones esteroïdees (andrògens, estrògens i progesterona) i
àcids biliars
• Plantes:
• Membrana plasmàtica: fitoesterols
• Precursors de la vitamina D (ergosterol)
37
Els lípids no saponificables
Esteroides: no contenen residus d’àc. grassos
38
Els lípids no saponificables
39
Els lípids no saponificables
Eicosanoides: deriven d’àc. grassos essencials ω3, ω6
1. Composició: derivats de l’àcid araquidònic (sintetitzat a partir d’ω6):
prostaglandines, tromboxans y leucotriens
2. Localització i funció: es troben en microorganismes, plantes i animals
En animals són reguladors molt potents del sistema nerviós central.
Funcionen com hormones locals
PGD2 Promueven el sueño TXA2 Estimulación de agregación
plaquetaria; vasoconstricción
PGE2
Contracción de musculatura lisa;
inducen dolor, calor, fiebre;
broncoconstricción
15d-PGJ2 Diferenciación de Adipocitos
PGF2α Contracciones uterinas LTB4 Quimiotaxis de leucocitos
PGI2
Inhibición de la agregación
plaquetaria;
vasodilatación; implantación del
embrión
LT-Cisteinlos Anafilaxis; contracción de la
musculatura lisa bronquial.
40
Els lípids
41
Tema 1.1. Biomolècules:
Les proteïnes
42
Els aminoàcids Estructura
Propietats
Físiques: en estat sòlid són cristal·lins i blancs, són molt solubles en aigua
Químiques: en solució aquosa estan dissociats i poden actuar com a àcids i com a
bases. Són amfòters o amfòlits.
Punt isoelèctric: pH on la càrrega neta de la molècula és 0.
43
- Aas amb grups R
polars sense càrrega
44
Classificació
aminoàcids
- Aas amb grups R no
polars o hidrofòbics
- Aas amb grups R
polars, hidrofílics,
amb càrrega
45
Estructura de les proteïnes
Ex. Hemoglobina
46
Estructura de les proteïnes
Enllaç peptídic
Estructura primària pla amida
47 Estructura primària
Estructura de les proteïnes
Pèptids ≤ 40 amimoàcids
Polipèptids > 40 aminoàcids
KETAAAKFERQHMDSSTSAA
48
Estructura de les proteïnes
• Hèlix
• Fulla plegada o làmina
Estructura secundària
49
Estructura de les proteïnes
Només està permesa la rotació al voltant de 2 enllaços:
N-Cα (angle rotació Φ) i Cα-CO (angle rotació ψ)
50
Estructura secundària
Hèlix-α
Estructura de les proteïnes
Φ = -57o Ψ = -47º
Conformació helicoidal
Esquelets polipeptídics interior
Grups R exterior
Hèlix dextrogira
3.6 aa / volta d’hèlix
Estabilització: Ponts d’H intracatenaris
entre C=O d’un enllaç peptídic i N-H de
l’aa de 3 posicions més endavant
51
Estructura secundària
Estructura de les proteïnes Làmina β
Requereix ≥ 2 segments ≠
Esquelets polipeptídics ziga-zaga
2 aa / volta
Estabilització: Ponts d’H entre cadenes
52
Estructura de les proteïnes
Ex: -queratina
Formes filamentoses, allargades.
Estructura 3-D senzilla
(pràcticament 2ària)
Funció estructural i protectora.
Pell, pèl, ungles, plomes, seda,
tx. Conjuntiu, …
• α-queratina: α-hèlix
• Fibroïna: làmina β antiparal.
• Col·lagen: triple α-hèlix
PROTEÏNES FIBROSES Estructura secundària
53
Estructura de les proteïnes
Estructura terciària
• Estructura irregular: plegament i associació de segments amb estructura
secundària i segments d’estructura irregular.
• Regionalitat: superfície externa hidrofílica amb grups funcionals polars i regió
interna hidrofòbica, apolar.
• Estabilització de l’estructura terciària:
- interaccions dèbils, sobretot interaccions hidrofòbiques, però també ponts
d’hidrogen, forces de van der Waals i interaccions electrostàtiques.
- Interaccions covalents ponts disulfur: -SH + HS- → -S-S-
PROTEÏNES GLOBULARS
54
Estructura terciària de la mioglobina
Estructura de les proteïnes
A-H: segments en hèlix
AB-GH: segments no helicoidals
grup hemo
55
Estructura terciària
Estructura quaternària
Estructura de les proteïnes
56
Funcions de les proteïnes
• Funcions enzimàtiques enzims
– catalització de les reaccions químiques
• Funcions de transport de molecules:
– a través de les membranes
– a través de la sang
• Funcions estructurals:
– manteniment de la cohesió cel·lular i augment de la resistència tissular
(proteïnes extracel·lulars: queratina)
– regulació de la forma cel·lular (proteïnes intracel·lulars: tubulina)
• Funcions contràctils o mòbils actina i miosina
– desplaçament de cèl·lules
– contracció muscular
• Funcions de defensa anticossos, proteïnes de coagulació i proteïnes de
defensa dels vegetals
• Funcions reguladores hormones
– regulació de l’activitat cel·lular i fisològica
• Funcions de reserva
57
ENZIMS: Característiques generals
• Major velocitat de reacció: 106-1012
• Millors condicions de reacció:
– Solucions aquoses de pH neutre
– Pressió atmosfèrica i temperatura suaus
• Major especificitat:
– En relació al substrat
– En relació a la reacció catalitzada
• Capacitat de regulació:
– Modificació de la velocitat de reacció
– Coordinació de l’activitat de tots els enzims cel·lulars
58
Classificació i nomenclatura dels enzims
ATP + D-glucosa ADP + D-glucosa-6-fosfat
1. Número de classificació: EC.2.7.1.1.
2. Nom sistemàtic: ATP:glucosa fosfotransferasa
3. Nom trivial: hexoquinasa
59
Funcionament dels enzims: especificitat
60
(Fisher 1894)
(Koshland 1958)
Centres actius ni rígids ni totalment complementaris
Unió de S al centre actiu del E → canvi conformacional d’ambdós
Funcionament dels enzims: especificitat
61
Funcionament dels enzims: especificitat
Canvi conformacional induït en l’hexoquinasa
62
Funcionament dels enzims: poder catalític
Substrat (S) Producte (P)
catàlisi
S S* P
estat de transició: Prob. (S* P) = Prob. (S*S)
Energia d’activació (∆G≠)
63
L’E redueix l’energia d’activació
necessària per a la reacció, per
combinació reversible ES. Així, ↑ V
reacció. E es recupera.
64
Cinètica enzimàtica
Sense enzim
65
Cinètica enzimàtica
condicions inicials ([P] ↓)
Vo: velocitat inicial de la reacció
[E] constant i [S] variable
Vo =
Vmàx S
KM + S
Equació de Michaelis-Menten
quan [S] ↑↑ → Vo=Vmàx
66
Cinètica enzimàtica
67
Tema 5. Els àcids nucleics
68
Els nucleòtids
Unitats bàsiques o estructurals dels àcids
nucleics: nucleòtids
Nucleòtid:
Aldopentosa + base nitrogenada + grup fosfat
Aldopentosa:
Ribosa ribonucleòtid RNA
Desoxiribosa desoxiribonucleòtid DNA
69
Els nucleòtids
• Unitats bàsiques o estructurals dels
àcids nucleics:
Aldopentosa:
Ribosa ribonucleòtid RNA
Desoxiribosa desoxiribonucleòtid DNA
Base nitrogenada unida al carboni 1’ de
l’aldopentosa per un enllaç covalent N-
glicosídic:
Púriques adenina (A) i guanina (G)
Pirimidíniques timina (T), citosina (C) i
uracil (U)
BN Púriques
BN Pirimidíniques
• Unitats bàsiques o estructurals dels
àcids nucleics:
Aldopentosa:
Ribosa ribonucleòtid RNA
Desoxiribosa desoxiribonucleòtid DNA
Base nitrogenada unida al carboni 1’ de
l’aldopentosa per un enllaç covalent N-
glicosídic:
Púriques adenina (A) i guanina (G)
Pirimidíniques timina (T), citosina (C) i
uracil (U)
Grup fosfat unit al carboni 5’ de
l’aldopentosa per un enllaç èster fosfòric.
70
Els nucleòtids
71
72
Enllaç fosfodiéster
73 DNA
solc gran
solc petit
H
C
BN
O
P
74
El DNA
Aparellaments
Complementarietat
de bases nitrogenades:
A – T
G - C
75
El DNA parell de bases (pb)
Visió superior
Imatge lateral
- Diàmetre = 2 nm
- Longitud = 2mm-2m
- Gir: = 36o
- Avanç per pb = 0,34 nm
- 1volta: 10,5 pb
pas de rosca = 3,6 nm
76
El DNA
H2O
sals Watson i Crick
77
El DNA
• Cèl·lules procariotes:
– DNA cromosòmic: 1 molècula de DNA
circular de 5.106 pb + proteïnes associades
– Plasmidis: molècules de DNA circulars103-105 pb
• Cèl·lules eucariotes:
– Cromosomes: 109-1010 pb
1 cromosoma = 1 molècula DNA lineal + histones
– DNA circular: mitocondris i plastidis
78
L’RNA
• RNA missatger (mRNA):
– Nombre de nucleòtids: 500-5.000
– Tipus: 100-6.000 diferents
– Funció: intermediari per a la síntesi proteica
• RNA de transferència (tRNA):
– Nombre de nucleòtids: 75-90
– Tipus: 40 diferents
– Funció: transport d’aminoàcids per a la síntesi proteica
• RNA ribosòmic (rRNA):
– Nombre de nucleòtids: 120-3.000
– Tipus: 3 a les cèl·lules procariotes i 4 a les cèl·lules eucariotes
– Funció: estructura dels ribosomes
• RNA funcionals petits (snRNA, miRNS, siRNS, piRNA):
– Nombre de nucleòtids: 60-300
– Funció: estructura de les partícules ribonucleiques petites (snRNPs)