Asignatura: BIOQUIMICA

Calidad que se acredita internacionalmente

ASIGNATURA

BIOQUIMICA

VISINSer una de las 10 mejores universidades privadas del Per al ao 2020, reconocidos por nuestra excelencia acadmica y vocacin de servicio, lderes en formacin integral, con perspectiva global; promoviendo la competitividad del pas.

MISINSomos una universidad privada, innovadora y comprometida con el desarrollo del Per, que se dedica a formar personas competentes, ntegras y emprendedoras, con visin internacional; para que se conviertan en ciudadanos responsables e impulsen el desarrollo de sus comunidades, impartiendo experiencias de aprendizaje vivificantes e inspiradoras; y generando una alta valoracin mutua entre todos los grupos de inters.

Universidad Continental de Ciencias e IngenieraMaterial publicado con fines de estudioTercera edicinHuancayo, 2013- II

PRESENTACIN

El estudio de la Bioquimica cumple la funcin de crear al estudiante un adecuado marco de referencia inducindole al estudio de la investigacin de temas tericos prcticos de acuerdo a su profesin. Es una asignatura orientada al estudio bsico estructural de la bioqumica bsica y la influencia tanto en el hombre como en su medioLa presente asignatura, estudia la estructural de los compuestos qumicos y su interaccin con los seres vivos que los rodea. As mismo introduce al alumno en el estudio crtico de la bioqumica orgnica, con la finalidad de obtener conocimientos, destrezas y actitudes que le conviertan en un profesional que conozca el mtodo bioqumico que le permitir ser competente y tomar decisiones apropiadas.De esta manera se ha planteado 3 unidades, las cuales estn debidamente organizadas y sistematizadas teniendo en cuenta los principios pedaggicos; las unidades son:Estructura y catlisisBioenergtica y catabolismo.Rutas de la informacin.En este sentido, consideramos que los estudiantes puedan aprender la Bioqumica de una forma fcil y sencilla.Agradecemos a quienes con sus aportes y sugerencias han contribuido a mejorar la presente edicin, el que slo tiene el valor de una introduccin al mundo de la Bioquimica.Autor.

NDICE

Pg. PRESENTACIN3NDICE4PRIMERA UNIDAD: ESTRUCTURA Y CATALISISTema 1: Fundamentos de bioqumica.7Tema 2: El agua.19Tema 3: Aminocidos, pptidos, y protenas.26Tema 4: Enzimas.39Tema 5: Glcidos y glucobiologia.47Tema 6: Nucletidos y cidos nucleicos. 56Tema 7: Lpidos.65Tema 8: Membranas biolgicas y transporte.77SEGUNDA UNIDAD: BIOENERGETICA Y METABOLISMOTema 9: Bioenergtica y tipos de reacciones bioqumicas.83Tema 10: Glucolisis, gluconeogenesis94Tema 11: Ciclo del acido ctrico y fosforilacin oxidativa.104Tema 12: Biosntesis de lpidos114TERCERA UNIDAD: RUTAS DE LA INFORMACIONTema 13: Genes y cromosomas.120Tema 14: Metabolismo del DNA.126Tema 15: Metabolismo del RNA142Tema 16: Metabolismo de protenas.152BIBLIOGRAFIA162

OBJETIVOS GENERALESAl finalizar el curso el alumno aprender: Analizar las caractersticas estructurales, nutricionales y metablicas, de los seres vivos. Diferencia las rutas metablicas de los diferentes compuestos bioqumicos Fomentara su inters por el desarrollo de la investigacin bioqumica.INSTRUCCIONES DE USO Esta gua fue pensada para facilitar tu proceso de la enseanza de bioqumica. Los temas estn cubiertos en la secuencia que se presentan en el syllabus y se trata cada uno de ellos con la profundidad necesaria. Lee siempre con mucho cuidado tu gua. Durante este curso emplearemos muchas herramientas para que el aprendizaje de esta asignatura te resulte interesante, agradable, fluido y te permita organizar tu tiempo de la forma ms ptima. Tendrs como auxiliares otros libros de consulta y a tu docente acude a ellos cada vez que sea necesario. Las actividades son instrumentos de evaluacin, sern tomadas en cuenta para tu calificacin final que se complementa con la prctica de laboratorio como tarea acadmica.El curso constar de los siguientes elementos:Actividades. Cada tema incluir una serie de actividades tericas y prcticas, unas obligatorias y otras recomendadas y todas con fecha de entrega, que facilitarn la adquisicin y maduracin de los conocimientos. Correo electrnico. Durante todo el curso, se pretende que exista una comunicacin constante entre el alumno y el profesor para lo que se establece esta herramienta de carcter personal. Foro. La herramienta de foro se utilizar para establecer debates sobre temas concretos de inters general. La participacin es voluntaria pero ser puntuable y servir para mejorar la calificacin final.Iconos o esquemas que permiten realizar las actividades de aprendizaje y las instrucciones como resolver cada actividad esta son:

Importante.Lecturas sugeridas.Trabajos de investigacin.

Exposicin.Bsqueda de Internet.Resuelve.

Tarea.Practica de laboratorio.Ejercicios..

Discusin en clase.PRIMERA UNIDADTema N 1: FUNDAMENTOS DE BIOQUIMICA

I OBJETIVOS:El alumno: Definir el concepto de bioqumica y su relacin con las ciencias afines a esta. Establecer la importancia de la bioqumica y porque es necesario estudiar esta asignatura, as como su relacin a la ingeniera Ambiental. Identificara cual es la relacin de la bioqumica con las diferentes reas de la Ingeniera ambiental. Establecer la importancia de estudiar dicha relacin.Requerimientos:Para mejor entendimiento de este tema es necesario tener conocimientos de Biologa y Qumica orgnica por lo que es necesario revisar algunos conceptos.Deber de ver la pelcula El aceite de Lorenzo y responder las preguntas que el docente le asigne. II INSTRUCCIONES Para comprender este tema es necesario darle 4 horas de estudio extra de clase. Te debers apoyar en las lecturas recomendadas. Debes de realizar tus actividades de aprendizaje e investigacin y discutirlas con el docente en clases.

III INTRODUCCIN

En esta unidad se define la Bioqumica y se destaca su importancia en el mbito medico y ambiental, as como su relacin e interrelacin con las ciencias afines tomando encuentra las asignaturas que los anteceden y las simultaneas. Caractersticas distintivas de los seres vivos:Un elevado grado de complejidad qumica y de organizaciones microscpicas.- Las intrincadas estructuras internas celulares estn formadas por miles de molculas diferentes. Entre ellas se encuentran polmeros muy largos, cada uno de ellos con su propia secuencia de subunidades, su estructura tridimensional nica y su capacidad para interaccionar de forma especfica y selectiva con otras molculas celulares.La existencia de sistemas para la extraccin, transformacin y uso de energa del entorno. Que permite a los organismos construir y mantener sus complejas estructuras y llevar a cabo un trabajo mecnico, qumico osmtico y elctrico. Ello se opone a la tendencia que toda materia tiene a degradarse hacia un estado mas desordenado y a quedar finalmente en equilibrio con su entorno.La existencia de las funciones definidas para cada uno de los componentes de un organismo y la regulacin de las interacciones entre ellos. Esto es cierto no nicamente para estructuras macroscpicas tales como hojas y tallos o corazn y pulmones, sino tambin para estructuras microscpicas intracelulares y para compuestos qumicos individuales. Existen una relacin dinmica entre los componentes qumicos de un organismo vivo; los cambios en uno de los componentes producen cambios coordinados o compensatorios en otro, de modo el conjunto posee un carcter propio, ms all del de cada una de sus partes individuales. El conjunto de molculas lleva a cabo un programa que tienen como resultado final la reproduccin del mismo y la auto perpetuacin de este conjunto de molculas; en definitiva, el resultado final es la vida.Mecanismos para detectar y responder a las alteraciones en su entorno, mediante un ajuste constante a estos cambios gracias a la adaptacin de susu procesos qumicos internos a su posicin en el ambiente que los rodea.La capacidad de auto replicarse y auto ensamblarse. Una nica clula bacteriana colocada en un medio nutritivo estril puede dar lugar a mil millones de idntico "hija" de las clulas en 24 horas. Cada clula contiene miles de molculas diferentes, algunas muy complejas, pero en cada bacteria es un copia fiel del original, su construccin dirigida totalidad de la informacin contenida en el material gentico de la clula original.

La capacidad de cambiar con el tiempo por la evolucin gradual. Los organismos cambian su vida heredada estrategias, en pasos muy pequeos, para sobrevivir en las nuevas circunstancias. El resultado de eones de aos de evolucin es una enorme diversidad de formas de vida, superficialmente muy diferentes pero relacionadas en lo fundamental a travs de sus ancestros comunes. Esta unidad fundamental de los organismos vivos se refleja a nivel molecular en la similitud de secuencias de genes y estructuras de las protenas.La Bioqumica es la ciencia que estudia las bases moleculares de la vida, en la que se integra y relaciona los conocimientos de dos ciencias, una la Biologa ( ciencia que estudia las interacciones de las clulas y el organismo ), y otra la Qumica ( ciencia que estudia las interacciones entre los tomos y las molecular ). El trmino Vida, no es sencillo de definir, ya que es imposible explicar la esencia de la misma, por lo tanto nos debemos limitar a decir las caractersticas vitales que diferencian a los seres vivos de los inertes: nutrirse, relacionarse con el medio, reproducirse, diferenciarse y crecer.

Fundamento celularesLas clulas son estructuras increblemente diversas y complejas, capaces no slo de dividirse as mismas (una de las caractersticas esenciales de la vida) sino tambin de realizar una amplia gama de tareas especializadas en los organismos multicelulares. Las clulas estn compuestas de agua, iones, compuestos inorgnicos y molculas que contiene carbono (orgnicas). El agua es la molcula ms abundante en las clulas, representando 70% o ms de la masa celular total. En consecuencia, las interacciones entre el agua y el resto de los componentes celulares tienen una importancia central en la qumica biolgica. Pese a las muchas diferencias de aspecto y funcin, todas las clulas estn envueltas en una membrana llamada membrana plasmtica que encierra una sustancia rica en agua llamada citoplasma. En el interior de las clulas tienen lugar numerosas reacciones qumicas que les permiten crecer, producir energa y eliminar residuos. El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo (trmino que proviene de una palabra griega que significa cambio). Todas las clulas contienen informacin hereditaria codificada en molculas de cido desoxirribonucleico (ADN); esta informacin dirige la actividad de la clula y asegura la reproduccin y el paso de los caracteres a la descendencia.

Las dimensiones celulares La mayor parte de las clulas son de tamao microscpico invisibles al ojo humano. El dimetro tpico de las clulas animales y vegetales es de unos 5 a 100 m, y muchos organismos unicelulares tienen una longitud de tan solo 1 a 2 m.

Los seres vivos se pueden clasificar en tres dominiosTodos los organismos vivos pertenecen a uno de los tres grandes grupos (dominios) que presentan las tres ramas de la evolucin a partir de un progenitor comn. En base a consideraciones bioqumicas y genticas se pueden distinguir dos grandes grupos: Bacteria y Archaea. Las bacterias habitan en el suelo, en las aguas superficiales y en los tejidos de otros organismos vivos o en descomposicin. Muchas especies de Archaea, propuestas como un dominio distinto por Carl Woese en la dcada de 1980, habitan en medios muy extremos: lagos salinos, fuentes termales, cinagas altamente acdicas y las profundidades de los ocanos. Las pruebas que se disponen sugieren que las arqueas y las bacterias divergieron pronto. Todos los organismos eucariticos que constituyen el tercer dominio, Eukarya, evolucionaron de la misma rama que dio origen a las arqueas; los eucariotas estn, por tanto, ms estrechamente relacionados con las arqueas que con las bacterias.

Eschericha coli es la bacteria mejor estudiadaLas clulas bacterianas comparten ciertas caractersticas estructurales comunes, pero tambin presentan especializaciones especficas del grupo. E coli es un inquilino habitualmente inofensivo del tracto intestinal humano. La clula E coli tiene un aproximado de 2 m de longitud y un poco menos de 1 m de dimetro.La membarana plasmtica y las capas que la rodean constituyen la envoltura celular. Cabe observar que entre las arqueas la rigidez es conferida por una clase distinta de polmero (pseudopeptidoglucano). Las membranas plasmticas de las bacterias consisten en una fina bicapa de molculas de lpido en las que se insertan protenas. Las membranas de las arqueas tienen una arquitectura similar, aunque sus lpidos difieren de los presentes en bacterias.Las ribosomas bacterianos son ms pequeos que los eucarsticos pero llevan a cabo la misma funcin. Sntesis de protenas a partir de un RNA mensajero. El citoplasma de E coli contiene aproximadamente 15,000 ribosomas, cantidades variables (de decenas de miles) de copias de cada uno de los 1,000 o ms enzimas diferentes, quizs unos 1,000 compuestos orgnicos de masa molecular inferior a 1,000 (metabolitos y cofactores) y una variedad de iones inorgnicos.Muchas bacterias presentan vacuolas, grnulos intracelulares para el almacenaje de sustancias, como por ejemplo glucgeno, polifosfatos, azufre o polihidroxialcanoatos. Ciertas especies bacterianas fotosintticas, tales como las cianobacterias, producen vesculas internas de gas que utilizan para regular su flotabilidad y as alcanzar la profundidad con intensidad de luz ptima y/o unos niveles de nutrientes ptimos. Otras estructuras presentes en ciertas especies son los carboxisomas (que contienen enzimas para la fijacin de carbono) y los magnetosomas (para la orientacin magntica).Las bacterias no tienen un ncleo delimitado por membranas. El material gentico est organizado en un nico cromosoma situado en el citoplasma, dentro de un cuerpo irregular denominado nucleoide. La mayora de los cromosomas bacterianos son circulares, si bien existen algunos ejemplos de cromosomas lineales, por ejemplo, Borrelia burgdorferi. El nucleoide contiene el cromosoma junto con las protenas asociadas y ARN. El orden Planctomycetes es una excepcin, pues una membrana rodea su nucleoide y tiene varias estructuras celulares delimitadas por membranas.

Diferencias entre una bacteria Gram negativa y una bacteria Gram positiva

Las clulas eucariotas poseen diversos orgnulos membranosos que pueden aislarse para su estudio.Las clulas eucariotas tpicas son mucho mayores que las bacterianas: tienen normalmente un dimetro de 5 a 100 m y un volumen celular que es entre mil y un milln de veces superior al de las bacterias. Las caractersticas distintivas de los eucariotas son el ncleo y los orgnulos rodeados de membranas que llevan a cabo funciones especificas: mitocondrias, retculo endoplasmtico., complejo de golgi, peroxisimas y lisosomas. Las clulas vegetales contienen adems vacuolas y cloroplastos.Los lisosomas tienen una estructura muy sencilla, semejantes a vacuolas, rodeados solamente por una membrana, contienen gran cantidad de enzimas digestivas que degradan todas las molculas inservibles para la clula. Funcionan como "estmagos" de la clula y adems de digerir cualquier sustancia que ingrese del exterior, vacuolas digestivas, ingieren restos celulares viejos para digerirlos tambin, llamados entonces vacuolas autofgicas.

Las clulas construyen estructuras supramolecularesLas macromolculas y sus subunidades monomericas son de tamao muy diferente. Una molecula de alanina mide menos de 0,5 nm. Una molecula de hemoglobina, la protena transportadora de oxigeno en los eritrocitos contiene cerca de 600 subunidades de aminocidos formando cuatro largas cadenas que se pliegan e forma globular y se asocian en estructura de 5,5 nm de dimetro. Las protenas son a su vez mucho menos que los ribososmas( cuyo dimetro es aproximadamente 20 nm), orgnulos, a su vez de tamao muy inferior al de las mitocondrias que miden aproximadamente de 1000 nm de dimetro. Existen pues una gran diferencias entre las biomoleculas simples y las estructuras que pueden observarse al microscopio ptico.Algunos de los aminocidos de las protenasLos componentes de los cidos nucleicos

Algunos de los componentes de los lpidosEl azcar principal

Fundamentos qumicosLa bioqumica tiene como objetivo explicar en trminos qumicos las estructuras y las funciones biolgicas. A finales del siglo XVIII los qumicos llegaron a la conclusin de que la composicin de la materia viva era sorprendentemente diferente de la del mundo inanimado. Antonie Lavoisier (1743 1794) observo la relativa simplicidad qumica del mundo mineral en contraste con la complejidad de los mundos animal y vegetal; se saba que estos ltimos estaban formados por compuestos ricos en carbono, oxigeno, nitrgeno y fosforo.Menos de los 30 de los ms de 90 elementos qumicos presentes en la naturaleza son esenciales para los seres vivos la mayora de los elementos de la materia viva tiene un numero atmico relativamente bajo, y solo 2 de ello tiene un numero atmico superior al del selenio, 34. Los cuatro elementos ms abundantes del organismo vivos, en trminos de porcentajes sobre el nmero total de tomos, son el hidrogeno, el oxigeno, el nitrgeno, y el carbono, que en conjunto, representan ms del 97% de la masa de la mayora de las clulas. Son los elementos ms ligeros capaces de formar los enlaces ms fuertes. Los oligoelementos representan una fraccin minscula del peso del cuerpo humano, pero todos ellos son esenciales para la vida, generalmente a la causa de que resultan imprescindibles para la funcin de protenas especificas, incluidos los enzimas. La capacidad trasportadora de oxigeno de la molcula de hemoglobina, por ejemplo, depende totalmente de cuatro iones de hierro que constituyen solo el 0,3% de su masa.

Clasificaremos los bioelementos en:Bioelementos primarios: O, C, H, N, P y S. Representan en su conjunto el 97% del total.Bioelementos secundarios: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-. Aunque se encuentran en menor proporcin que los primarios, son tambin imprescindibles para los seres vivos. En medio acuoso se encuentran siempre ionizados. Oligoelementos o elementos vestigiales: Son aquellos bioelementos que se encuentran en los seres vivos en un porcentaje menor del 0.5%. Algunos, los indispensables, se encuentran en todos los seres vivos, mientras que otros, variables, solamente los necesitan algunos organismos.Azufre Se encuentra en dos aminocidos (cistena y metionina), presentes en todas las protenas. Tambin en algunas sustancias como el Coenzima A. Fsforo Forma parte de los nucletidos, compuestos que forman los cidos nuclicos. Forman parte de coenzimas y otras molculas como fosfolpidos, sustancias fundamentales de las membranas celulares. Tambin forma parte de los fosfatos, sales minerales abundantes en los seres vivos. Magnesio Forma parte de la molcula de clorofila, y en forma inica acta como catalizador, junto con las enzimas, en muchas reacciones qumicas del organismo. Calcio Forma parte de los carbonatos de calcio de estructuras esquelticas. En forma inica interviene en la contraccin muscular, coagulacin sangunea y transmisin del impulso nervioso. Sodio Catin abundante en el medio extracelular; necesario para la conduccin nerviosa y la contraccin muscular. Potasio Catin ms abundante en el interior de las clulas; necesario para la conduccin nerviosa y la contraccin muscular. Cloro Anin ms frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fludo intersticial.Hierro Fundamental para la sntesis de clorofila, catalizador en reacciones qumicas y formando parte de citocromos que intervienen en la respiracin celular, y en la hemoglobina que interviene en el transporte de oxgeno. Manganeso Interviene en la fotolisis del agua , durante el proceso de fotosntesis en las plantas. Iodo Necesario para la sntesis de la tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo Flor Forma parte del esmalte dentario y de los huesos. Cobalto Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la sntesis de hemoglobina. Silicio Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, endurece tejidos vegetales como en las gramneas. Cromo Interviene junto a la insulina en la regulacin de glucosa en sangre. Zinc Acta como catalizador en muchas reacciones del organismo. Litio Acta sobre neurotransmisores y la permeabilidad celular. En dosis adecuada puede prevenir estados de depresiones. Molibdeno Forma parte de las enzimas vegetales que actan en la reduccin de los nitratos por parte de las plantas.

Las biomoleculas son compuestos de carbonos con una diversidad de grupos funcionalesLa quimica de los organismos vivos se organizan alrededor del carbono, que representa mas de la mitad del peso seco de las celulas. El carbono puede formar enlaces simples con atomos de hidrogeno y tanto enlaces simples como dobles con los atomos de oxigeno y de nitrogeno.La capacidad de los atomos de carbono para formar enlaces simples carbono- carbono de gran estabilidad resulta de gran transcendencia en la biologia. Cada atomo de carbono puede formar enlaces simples muy estables con maximo de hasta otros cuatro atomos de carbono. Dos atomos de carbono pueden combatir tambien dos (o tres) pares de electrones, dando lugar a enlaces carbono carbono dobles (o triples).Los ngulos de enlaces del tomo del carbono estn generalmente cercanos a 109.5, 120 180, que corresponden al ngulo formado por los orbitales hbridos sp3, sp2 y sp, respectivamente. Cuando un tomo de carbono forma cuatro enlaces covalentes sencillos es que hibridiza produciendo cuatro orbitales hbridos sp3, orientados hacia los pices (puntas) de un tetraedro regular, con ngulos cercanos a 109.5.

Los grupos funcionales son grupos estn unidos al esqueleto de carbono, reemplazando a uno o ms de los hidrgenos que estaran presentes en un hidrocarburo. Un grupo -OH (hidroxilo) es un ejemplo de un grupo funcional. Cuando un hidrgeno y un oxgeno se unen covalentemente, un electrn exterior del oxgeno sobra, queda no apareado, puede entonces ser compartido con un electrn exterior que, de modo semejante, qued disponible en un tomo de carbono, formando as un enlace covalente con el carbono.Un compuesto con un grupo hidroxilo que reemplaza a uno o ms de los hidrgenos de un hidrocarburo, se conoce como alcohol. As, el metano (CH4), en el que un tomo de hidrgeno es reemplazado por un grupo hidroxilo, se transforma en metanol o alcohol de madera (CH3OH), que es un compuesto de olor agradable, txico, notable por su capacidad para causar ceguera y muerte.

Las macromolculas son los principales constituyentes de las clulasGran partes de las molculas biolgicas son macromolculas, polmeros de masa molecular superior a ~5,000 construidos a partir de precursores relativamente simples. Los polmeros ms cortos se denominan oligomeros. Las protenas. Los cidos nucleicos y los polisacridos son macromoleculares compuestos de monmeros de masa molecular igual o inferior a 500. La sntesis de macromolculas es una de las actividades celulares que ms energa consume. Las macromolculas puedan formar posteriormente estructuras supramoleculares complejas, dando lugares a unidades funcionales tales como los ribosomas.Entre los compuestos orgnicos ms importantes tenemos: Hidratos de Carbono Lpidos Protenas cidos Nucleicos.

Algunas de estas molculas, como los hidratos de carbono, las protenas y los cidos nucleicos pueden ser polimricas. Se denomina polmero a toda macromolcula constituida por la unin de muchas molculas pequeas similares, las que reciben el nombre de monmeros.Cuando dos monmeros similares se unen forman un dmero, si son tres un trmero. Hasta diez se lo nombran genricamente oligmero.Las protenas estn formadas por la unin de varios aminocidos, unidos mediante enlaces peptdicos. El orden y disposicin de los aminocidos en una protena depende del cdigo gentico, ADN, de la persona. Las protenas constituyen alrededor del 50% del peso seco de los tejidos y no existe proceso biolgico alguno que no dependa de la participacin de este tipo de sustancias. Los acidos nucleicos son macromolculas, polmeros formados por la repeticin de monmeros llamados nucletidos, unidos mediante enlaces fosfodister. Se forman, as, largas cadenas o polinucletidos, lo que hace que algunas de estas molculas lleguen a alcanzar tamaos gigantes (de millones de nucletidos de largo). Existen dos tipos de cidos nucleicos: ADN y ARN. El ADN guarda la informacin gentica en todos los organismos celulares, el ARN es necesario para que se exprese la informacin contenida en el ADN; en los virus podemos encontrar tanto ADN como ARN conteniendo la informacin (uno u otro nunca ambos).Los polisacridos estn formados por la unin de monosacridos, unidos por enlaces O-glucosdicos. Existen algunos formados por unidades de pentosa, llamados pentosanas, pero los que tienen importancia biolgica son los polmeros de unidades de hexosas, llamados tambin hexosanas, y muy especialmente los polisacridos formados de glucosa. Los polisacridos son sustancias de gran tamao y peso molecular. Son totalmente insolubles en agua, en la que pueden formar dispersiones coloidales. Los lpidos derivados de hidrocarburos insolubles en agua, sirven como componentes de estructurales de las membranas, reserva de combustible, rico de energa, pigmentos y seales intracelulares.

Capitulo 2El aguaEl agua es la sustancia ms abundante en los sistemas vivos constituye el 70% o ms del peso de la mayora de organismos. Los primeros organismos vivos de la tierra aparecieron en un entorno acuoso, y el curso de la evolucin ha sido moldeado por las propiedades del medio acuoso en que se inicio la vida.El agua, el lquido ms comn de la superficie terrestre, el componente principal en peso de todos los seres vivos, tiene un nmero de propiedades destacables. Estas propiedades son consecuencia de su estructura molecular y son responsables de la "aptitud" del agua para desempear su papel en los sistemas vivos.La estructura de la molcula de agua est dada por dos tomos de hidrgeno y un tomo de oxgeno que se mantienen unidos por enlaces covalentes. Es una molcula polar y, en consecuencia, forma enlaces -llamados puentes de hidrgeno- con otras molculas. Aunque los enlaces individuales son dbiles -se rompen y se vuelven a formar continuamente- la fuerza total de los enlaces que mantienen a las molculas juntas es muy grande. El ngulo entre los enlaces H-O-H es de 104'5. El oxgeno es ms electronegativo que el hidrgeno y atrae con ms fuerza a los electrones de cada enlace.El resultado es que la molcula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual nmero de protones que de electrones ), presenta una distribucin asimtrica de sus electrones, lo que la convierte en una molcula polar, alrededor del oxgeno se concentra una densidad de carga negativa , mientras que los ncleos de hidrgeno quedan parcialmente desprovistos de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva. Por ello se dan interacciones dipolo-dipolo entre las propias molculas de agua, formndose enlaces por puentes de hidrgeno, la carga parcial negativa del oxgeno de una molcula ejerce atraccin electrosttica sobre las cargas parciales positivas de los tomos de hidrgeno de otras molculas adyacentes.Aunque son uniones dbiles, el hecho de que alrededor de cada molcula de agua se dispongan otras cuatro molculas unidas por puentes de hidrgeno permite que se forme en el agua (lquida o slida) una estructura de tipo reticular, responsable en gran parte de su comportamiento anmalo y de la peculiaridad de sus propiedades fisicoqumicas.

a. El modelo de esferas y varillas remarca que los tomos estn unidos por enlaces covalentes; tambin da cierta indicacin de la geometra de la molcula. Una descripcin ms precisa de la forma de la molcula la proporciona el modelo orbital.b. En el modelo compacto, el tomo de oxgeno est representado por la esfera roja y los tomos de hidrgeno por las esferas blancas. A raz de su sencillez, este modelo a menudo se utiliza como un smbolo conveniente de la molcula de agua.Los puentes de hidrgeno determinan muchas de las extraordinarias propiedades del agua. Entre ellas estn su gran cohesin, su alta tensin superficial y sus altos calores especficos, de vaporizacin y de fusin. Los fenmenos de capilaridad e imbibicin estn tambin relacionados con la presencia de puentes de hidrgeno.La polaridad de la molcula de agua es, adems, responsable de su adhesin a otras sustancias polares, de ah, su tendencia al movimiento capilar. Los puentes de hidrgeno son los responsables de las propiedades caractersticas del agua; entre ellas, de la gran cohesin, o atraccin mutua, de sus molculas. La cohesin trae como consecuencia la alta tensin superficial que permite, por ejemplo, que una hoja de afeitar colocada delicadamente sobre la superficie del agua flote.

La enorme cantidad de puentes de hidrgeno que presenta el agua tambin es responsable de su resistencia a los cambios de temperatura. El agua tiene un alto calor especfico -o capacidad calorfica- un alto calor de vaporizacin y un alto calor de fusin. La accin capilar-o capilaridad- y la imbibicin son tambin fenmenos relacionados con las uniones entre molculas de agua. Si se mantienen dos lminas de vidrio juntas y se sumerge un extremo en agua, la cohesin y la adhesin combinadas harn que el agua ascienda entre las dos lminas por capilaridad. De igual modo, la capilaridad hace que el agua suba por tubos de vidrio muy finos, que ascienda en un papel secante, o que atraviese lentamente los pequeos espacios entre las partculas del suelo y, de esta manera, est disponible para las races de las plantas. La imbibicin, por otra parte, es la absorcin o penetracin capilar de molculas de agua en sustancias tales como la madera o la gelatina que, como resultado de ello, se hinchan. Las presiones desarrolladas por imbibicin pueden ser sorprendentemente grandes.

Tambin debido a su polaridad el agua es un buen solvente para iones y molculas polares. Las molculas que se disuelven fcilmente en agua se conocen como hidroflicas. Las molculas de agua, a raz de su polaridad, excluyen activamente de la solucin a las molculas no polares. Las molculas excluidas de la solucin acuosa se conocen como hidrofbicas.Dentro de los sistemas vivos, muchas sustancias se encuentran en solucin acuosa. Una solucin es una mezcla uniforme de molculas de dos o ms sustancias. La sustancia presente en mayor cantidad, que es habitualmente lquida, se llama solvente, y las sustancias presentes en cantidades menores se llaman solutos. La polaridad de las molculas de agua es la responsable de la capacidad solvente del agua. Las molculas polares de agua tienden a separar sustancias inicas, como el cloruro de sodio (NaCl), en sus iones constituyentes. Las molculas de agua se aglomeran alrededor de los iones con carga y los separan unos de otros.Muchas de las molculas importantes en los sistemas vivos que presentan uniones covalentes, como los azcares, tienen regiones de carga parcial positiva o negativa. Estas molculas, por lo tanto, atraen molculas de agua y tambin se disuelven en agua. Las molculas polares que se disuelven rpidamente en agua son llamadas hidroflicas ("que aman al agua''). Estas molculas se disuelven fcilmente en agua porque sus regiones parcialmente cargadas atraen molculas de agua tanto o ms que lo que se atraen entre s. Las molculas polares de agua compiten de este modo con la atraccin existente entre las molculas de soluto.Molculas tales como las grasas, que carecen de regiones polares, tienden a ser muy insolubles en el agua. Los puentes de hidrgeno entre las molculas de agua actan como una fuerza que excluye a las molculas no polares. Como resultado de esta exclusin, las molculas no polares tienden a agruparse en el agua, al igual que las gotitas de grasa tienden a juntarse, por ejemplo, en la superficie del caldo de gallina. Dichas molculas son llamadas hidrofbicas ("que tienen aversin por el agua") y los agrupamientos se producen por interacciones hidrofbicas.El agua tiene una ligera tendencia a ionizarse, o sea, a separarse en iones H+ (en realidad iones hidronio H3O+) y en iones OH-. En el agua pura, el nmero de iones H+ y el nmero de iones OH- es igual a 10-7 mol por litro. Una solucin que contiene ms iones H+ que iones OH- es cida; una solucin que contiene ms iones OH- que iones H+ es bsica o alcalina. La escala de pH refleja la proporcin de iones H+ a iones OH-. Una solucin cida tiene un pH inferior a 7; una solucin bsica tiene un pH superior a 7. Casi todas las reacciones qumicas de los sistemas vivos tienen lugar en un estrecho intervalo de pH alrededor de la neutralidad. Los organismos mantienen este estrecho intervalo de pH por medio de buffers, que son combinaciones de formas de cidos dbiles o bases dbiles; dadores y aceptores de H+.En el agua lquida hay una leve tendencia a que un tomo de hidrgeno salte del tomo de oxgeno al que est unido covalentemente, al otro tomo de oxgeno al que se encuentra unido por un puente de hidrgeno. En esta reaccin se producen dos iones: el ion hidronio (H3O+) y el ion hidrxido (OH-). En cualquier volumen dado de agua pura se encuentra ionizado de esta forma un nmero pequeo, pero constante, de molculas de agua. El nmero es constante porque la tendencia del agua a ionizarse se contrapesa con la tendencia de los iones a reunirse. As, aunque algunas molculas estn ionizndose, un nmero igual de otras molculas est formndose; este estado se conoce como equilibrio dinmico.Cuando el agua se ioniza, un ncleo de hidrgeno (o sea, un protn) se desplaza del tomo de oxgeno al cual se encuentra unido covalentemente, al tomo de oxgeno con el que establece un puente de hidrgeno. Los iones resultantes son el ion hidrxido cargado negativamente y el ion hidronio cargado positivamente.

Resumiendo un poco queda como

y la ecuacion final es:

En el agua pura, el nmero de iones H+ iguala exactamente al nmero de iones OH- ya que ningn ion puede formarse sin el otro cuando solamente hay molculas de H2O presentes. Sin embargo, cuando una sustancia inica o una sustancia con molculas polares se disuelve en el agua, pueden cambiar los nmeros relativos de los iones H+ y OH-.Por ejemplo, cuando el cido clorhdrico (HCl) se disuelve en agua, se ioniza casi completamente en iones H+ y Cl-; como resultado de esto, una solucin de HCl (cido clorhdrico) contiene ms iones H+ que OH-. De modo inverso, cuando el hidrxido de sodio (NaOH) se disuelve en agua, forma iones Na+ y OH-; as, en una solucin de hidrxido de sodio en agua hay ms iones OH- que H+.Una solucin es cida cuando el nmero de iones H+ supera al nmero de iones OH-, de modo contrario, una solucin es bsica -o alcalina- cuando el nmero de iones OH- supera al nmero de iones H+. As, un cido es una sustancia que provoca un incremento en el nmero relativo de iones H+ en una solucin, y una base es una sustancia que provoca un incremento en el nmero relativo de iones OH-.Los cidos y bases fuertes son sustancias, tales como el HCl y el NaOH, que se ionizan casi completamente en agua, dando como resultado incrementos relativamente grandes en las concentraciones de iones H+ y OH-, respectivamente. Los cidos y bases dbiles, por contraste, son aquellos que se ionizan slo ligeramente, dando como resultado incrementos relativamente pequeos en la concentracin de iones H+ u OH-. Dada la fuerte tendencia de los iones H+ y OH- a combinarse y la dbil tendencia del agua a ionizarse, la concentracin de los iones OH- disminuir siempre a medida que la concentracin de los iones H+ se incremente (como, por ejemplo, cuando se aade HCl al agua), y viceversa. En otras palabras, si un cido y una base de fuerzas comparables se aaden en cantidades equivalentes, la solucin no tendr un exceso ni de iones H+ ni de OH-.Muchos de los cidos importantes en los sistemas vivos deben sus propiedades cidas a un grupo de tomos llamado grupo carboxilo, que incluye un tomo de carbono, dos tomos de oxgeno y un tomo de hidrgeno (simbolizado como -COOH). Cuando se disuelve en agua una sustancia que contiene un grupo carboxilo, algunos de los grupos -COOH se disocian y producen iones hidrgeno. As, los compuestos que contienen grupos carboxilo son dadores de iones hidrgeno, o cidos. Son cidos dbiles, sin embargo, porque el grupo -COOH se ioniza slo levemente.Entre las bases ms importantes de los sistemas vivos se encuentran los compuestos que contienen al grupo amino (-NH2). Este grupo tiene una tendencia dbil a aceptar iones hidrgeno, formando por lo tanto el grupo -NH3+. En tanto los iones hidrgeno son eliminados de la solucin por el grupo amino, la concentracin relativa de los iones H+ disminuye y la concentracin relativa de los iones OH- aumenta. Grupos, tales como el -NH2, que son aceptores dbiles de iones hidrgeno son, as, bases dbiles.Los qumicos expresan el grado de acidez por medio de la escala de pH. El smbolo "pH" indica el logaritmo negativo de la concentracin de iones hidrgeno en unidades de moles por litro. Los nmeros cuyos logaritmos son de inters para nosotros son las concentraciones de iones hidrgeno en las soluciones, que se expresan en moles por litro.La ionizacin que ocurre en un litro de agua pura da como resultado la formacin, en el equilibrio, de 1/10.000.000 de mol de iones hidrgeno . En forma decimal, esta concentracin de iones hidrgeno se escribe como 0,0000001 mol por litro o, en forma exponencial, como 10-7 mol por litro. El logaritmo es el exponente -7 y el logaritmo negativo es 7; con referencia a la escala de pH, se lo menciona simplemente como pH 7. A pH 7 las concentraciones de H+ y OH- libres son exactamente iguales dado que estn en agua pura. Este es un estado neutro. Cualquier pH por debajo de 7 es cido y cualquier pH por encima de 7 es bsico. Cuanto menor sea el valor del pH, mayor ser la concentracin de iones hidrgeno. Dado que la escala de pH es logartmica, una diferencia en una unidad de pH implica una diferencia de 10 veces en la concentracin de iones hidrgeno. Por ejemplo, una solucin de pH 3 tiene 1.000 veces ms iones H+ que una solucin de pH 6. Al producto de la concentracin de iones hidroxonio o hidronio (H3O+) por la concentracin de iones hidrxido o hidroxilo (OH) se le denomina producto inico del agua y se representa como Kw. Las concentraciones de los iones H+ y OH se expresan en moles / litro (molaridad). Este producto tiene un valor constante igual a 1014 a 25 C, como se grafica en la siguiente ecuacin

O, que es lo mismo:

Debido a que en el agua pura por cada ion hidronio (o ion hidrgeno) hay un ion hidrxido (o hidroxilo), la concentracin es la misma, por lo que:

De esta expresin se deduce que las concentraciones de hidronios (tambin llamada de protones) (H+) y de hidroxilos (OH-) son inversamente proporcionales; es decir, para que el valor de la constante de disociacin se mantenga como tal, el aumento de una de las concentraciones implica la disminucin de la otra.Una diferencia de una unidad de pH refleja una diferencia de 10 veces en la concentracin de iones H+. Las bebidas cola, por ejemplo, son 10 veces ms cidas que el jugo de tomate. Los jugos gstricos son 100 veces ms cidos que las bebidas cola. Casi toda la qumica de los seres vivos tiene lugar a pH entre 6 y 8. Como excepciones notables podemos mencionar los procesos qumicos en el estmago de los humanos y otros animales, que tienen lugar a pH de aproximadamente 2. La sangre humana, por ejemplo, mantiene un pH casi constante de 7,4, a pesar del hecho de que es el vehculo de gran nmero y variedad de nutrientes y otros compuestos qumicos que reparte entre las clulas, as como de la eliminacin de desechos, muchos de los cuales son cidos y bases.En la figura de abajo se seala el pH de algunas soluciones. En general hay que decir que la vida se desarrolla a valores de pH prximos a la neutralidad.

Capitulo 03Aminocidos pptidos y protenasLas protenas intervienen en prcticamente todos los procesos que tienen lugar a la clula y ejercen una diversidad casi inagotable de funciones. En la exploracin de los mecanismos de moleculares de un proceso biolgico, el bioqumico debe estudiar una o ms protenas. Las protenas son las macromolculas biolgicas ms abundantes y se hallan en todas las clulas y en todas las partes de las clulas. Las protenas tambin presentan una gran variedad, en una sola clula pueda haber miles de protenas diferentes. Siendo los arbitrios de las funciones moleculares, las protenas son los productos finales ms importantes de las rutas de informacin adems son los instrumentos moleculares mediante lo que se expresa la informacin gentica.Los aminocidosLos aminocidos son las unidades elementales constitutivas de las molculas denominadas Protenas. Como su nombre indica los aminocidos son compuestos que poseen un grupo amino (-NH2) y un grupo cido (carboxlico -COOH) en su estructura. Los aminocidos son los precursores de los pptidos y las protenas, y en ellos el grupo amino y el grupo carboxilo, se encuentran unidos al mismo tomo de carbono, conocido como carbono- (-aminocidos).La estructura general de los - aminocidos (a excepcin de la prolina, que es cclica) se muestra en la Figura.

Como se puede apreciar, el carbono- (a excepcin de la glicina) es un carbono quiral y como tal presenta dos enantimeros (L- y D-). Las 20 -aminocido presentes en las protenas son de la serie L- y en su representacin de Fischer poseen el grupo amino hacia la izquierda. La diferencia entre los aminocidos viene dada por el resto -R, o cadena lateral, unida al carbono-. Tcnicamente hablando, se los denomina alfa-aminocidos, debido a que el grupo amino (NH2) se encuentra a un tomo de distancia del grupo carboxilo (COOH). Como dichos grupos funcionales poseen H en sus estructuras qumicas, son grupos susceptibles a los cambios de pH; por eso, al pH de la clula prcticamente ningn aminocido se encuentra de esa forma, sino que se encuentra ionizado.

Los aminocidos a pH bajo (cido) se encuentran mayoritariamente en su forma catinica (con carga positiva), y a pH alto (bsico) se encuentran en su forma aninica (con carga negativa). Sin embargo, existe un pH especfico para cada aminocido, donde la carga positiva y la carga negativa son de la misma magnitud y el conjunto de la molcula es elctricamente neutro. En este estado se dice que el aminocido se encuentra en su forma de ion dipolar o zwitterin.Los iones dipolo (zwitterions) de los aminocidos son sales internas y por ello tienen muchas de las propiedades fsicas asociadas con las sales. Poseen momentos dipolares grandes, son solubles en agua e insolubles en hidrocarburos, y son sustancias cristalinas con puntos de fusin altos. Adems los aminocidos son Anfteros: pueden reaccionar como cidos o como bases, dependiendo de las circunstancias.

Los aminocidos se pueden clasificar segn su grupo radicalDado que los aminocidos comunes en las protenas difieren entre s por la cadena lateral, su clasificacin obedece a las propiedades qumica de la cadena lateral, esta puede clasificarse segun su polaridad y/o carga a pH neutro, el tipo de estructura qumica, su reactividad y los elementos presentes y por su habilidad para formar enlaces de hidrgeno.Se clasifican en: Grupos R apolares alifticos, grupos R aromticos, grupo R polares sin carga, grupos R cargados positivamente (bsicos), grupos R cargados negativamente (cidos).

Grupo R apolares alifticos. Este tipo de aminocidos son apolares e hidrofobicos, las cadenas de alanina, la valina, la leucina y la isoleucina tienden a agruparse entre si en las protenas, estabilizando las estructura proteica a travs de interacciones hidrofbicas. La glicina tiene la estructura mas simple, aunque formalmente es apolar, su muy pequea cadena lateral no tiene una contribucin real en las interacciones hidrofbicas. La metionina uno de los dos aminocidos que contiene azufre, tiene un grupo tioester apolar en su cadena lateral. La prolina tiene una cadena lateral aliftica con una estructura cclica especial.Grupo R aromticos. La fenilalanina, la tirosina y el triptfano, con sus cadenas laterales aromaticas, son relativamente apolares (hidrofobicos). Todos ellos pueden participar en las interacciones hidrofbicas. El grupo hidroxilo de la tirosina puede formar puentes de hidrogeno y constituye un grupo funcional en laa enzimas. La tirosina y el triptfano son significativamente mas polares que la fenilalanina debido al grupo hidroxilo de la tirosina y al nitrgeno del anillo indolico del triptfano.Grupo R polares sin carga. Son 5 los -aminocidos cuyo resto -R es polar pero sin Carga. La serina y la treonina son portadores de un grupo hidroxilo (-OH). La asparragina y la glutamina, poseen cadenas laterales portadoras de un grupo amida, y por hidrlisis dan lugar, respectivamente, a aspartato y glutamato, dos aminocidos con carga negativa. La cistena debe su polaridad a la presencia de un grupo tilico (-SH).

Grupo R cargados positivamente (bsicos). Tres son los -aminocidos que poseen restos R cargados positivamente a pH fisiolgico. La lisina posee una cadena lateral de butilamonio, la arginina presenta un grupo -R de guanidina y la histidina es portadora de un grupo -R de imidazolio.

Grupos R cargados negativamente (acidos). Existen dos -aminocidos cuyo resto polar posee carga negativa a pH fisiolgico, debida a la presencia de un grupo carboxilo (- COOH), el cido glutmico y el cido asprtico.A los aminocidos que necesitan ser ingeridos por el cuerpo se los llama esenciales; la carencia de estos aminocidos en la dieta limita el desarrollo del organismo, ya que no es posible reponer las clulas de los tejidos que mueren o crear tejidos nuevos, en el caso del crecimiento. Para el ser humano, los aminocidos esenciales son:Valina (Val), Leucina (Leu), Treonina (Thr), Lisina (Lys), Triptfano (Trp), Histidina (His), Fenilalanina (Phe), Isoleucina (Ile), Arginina (Arg) , Metionina (Met)A los aminocidos que pueden ser sintetizados o producidos mediante la sntesis de aminocidos por el cuerpo se los conoce como no esenciales y son:Alanina (Ala), Prolina (Pro), Glicina (Gly), Serina (Ser), Cistena (Cys) , Asparagina (Asn), Glutamina (Gln), Tirosina (Tyr) , cido asprtico (Asp), cido glutmico (Glu)

Funciones bsica de los aminocidos:1. cido Glutmico: sirve principalmente como "combustible" del cerebro y ayuda a absorber el exceso de amonaco (afecta a las funciones cerebrales).2. Acido Aspartico: Es muy importante para la desintoxicacin del Hgado y su correcto funcionamiento. El cido L- Asprtico se combina con otros aminocidos formando molculas capases de absorber toxinas del torrente sanguneo.3. Alanina: es uno de los aminocidos no esenciales que interviene en el metabolismo de la glucosa.4. Arginina: Est implicada en la conservacin del equilibrio de nitrgeno y de dixido de carbono interviene en los procesos de detoxificacin del organismo, en el ciclo de la urea y en la sntesis de creatinina. Estimula la produccin y liberacin de la hormona de crecimiento.5. Asparagina: este tipo de aminocidos se forma a partir del cido asprtico. Ayuda tambin a eliminar el amonaco del organismo acta (protegiendo as el sistema nervioso) y mejora la resistencia a la fatiga.6. Cistena: ayuda al organismo a eliminar los metales pesados. Es uno de los aminocidos que interviene en el crecimiento y la salud del cabello y tambin forma parte del factor de tolerancia a la glucosa.7. Fenilalanina: pertenece al grupo de aminocidos que ayudan a nuestro organismo a mantener niveles adecuados de endorfinas que son responsables de la sensacin de bienestar. Este aminocido reduce el apetito desmesurado y ayuda a calmar el dolor.8. Glicina: facilita al cuerpo la creacin de masa muscular (til para la distrofia muscular) til para tratar la hipoglucemia y para la hiperactividad gstrica.9. Glutamina: puede ayuda a mejorar el coeficiente intelectual y diversos problemas mentales (desnimo, principios de demencia senil, etc.) De entre los aminocidos destaca por ser de ayuda para combatir la adiccin al alcohol.10. Histidina: es un aminocido precursor de la histamina. Puede ayudar a mejorar en algunos casos la artritis reumatoidea, sntomas alrgicos y lceras. En combinacin con la hormona de crecimiento (HGH) y algunos aminocidos asociados, contribuyen al crecimiento y reparacin de los tejidos con un papel especficamente relacionado con el sistema cardio-vascular.11. Isoleucina: interviene en la sntesis de hemoglobina y mantiene el equilibrio de la glucosa en la sangre. Interviene en la produccin de energa y reparacin del tejido muscular.12. Leucina: junto a otros aminocidos como la Isoleucina interviene en la formacin y reparacin del tejido muscular. Colabora en la curacin de la piel y huesos13. Lisina: participa junto con la metionina en la sntesis del aminocido carnitina y ayuda a tratar o prevenir los herpes. Incrementa con la arginina, la produccin de la hormona de crecimiento.14. Metionina: su dficit puede ocasionar algunos tipos de edemas, colesterol y prdida de cabello.15. Prolina: como otros aminocidos interviene en la sntesis de neurotransmisores cerebrales relacionados con el alivio de la depresin temporal y colabora tambin en la sntesis de colgeno.16. Serina: interviene en el metabolismo de grasas y cidos grasos as como tambin hace de recursor de los fosfolpidos (nutren el sistema nervioso)17. Tirosina: destaca entre los aminocidos por su funcin de neurotransmisor y puede ayudar en caso de ansiedad o depresin.18. Treonina: ayuda en los procesos de desintoxicacin junto a los aminocidos Metionina y cido Asprtico. Tambin participa en la sntesis del colgeno y de la elastina.19. Triptfano: precursor del neurotransmisor serotonina. Este aminocido tambin acta como antidepresivo natural, favorece el sueo y tambin puede mejorar los casos de ansiedad. til en terapias contra el alcoholismo.20. Valina: favorece el crecimiento y reparacin de los tejidos musculares. Puede ser, dentro de los aminocidos, muy til para reducir el apetito y la bulimia.Pptidos y protenasLas protenas y los pptidos son polmeros de aminocidos en los cuales las unidades individuales de aminocidos, llamados residuos, estn unidas mediante enlaces amida, o uniones peptdicas.

Este enlace se forma por reaccin entre el grupo -COOH de un aminocido y el -amino del siguiente (con prdida de una molcula de agua) y recibe el nombre de enlace peptdico. La larga secuencia repetida de enlaces peptdicos forman una cadena, la estructura primaria o esqueleto de las protenas. Por convencion siempre se escriben los pptidos con el aminocido N-terminal a la izquierda y el aminocido C-terminal a la derecha. El nombre del pptido se indica utilizando las abreviaturas para cada aminocido.

Algunos de las protenas contienen grupos qumicos diferentes a los aminocidosAlgunas protenas contienen componentes qumicos diferentes a los aminocidos asociados permanentemente, estas protenas se denominan protenas conjugadas. Unas protenas conjugadas o heteroprotenas son molculas que presentan una parte proteica y parte no proteica menor llamada grupo prosttico. Esto las diferencia de las protenas simples u holoprotenas. Todas son globulares, y se clasifican en funcin del grupo prosttico, por ejemplo: las lipoprotenas tienen lpidos, las glucoproteinas contienen grupo glucosidico y la metalproteinas contienen un metal especfico.

Protenas La palabra protena proviene del griego protop (lo primero, lo principal, lo ms importante). Las protenas son las responsables de la formacin y reparacin de los tejidos, interviniendo en el desarrollo corporal e intelectual. Las protenas son biopolmeros (macromolculas orgnicas), de elevado peso molecular, constituidas bsicamente por carbono (C), hidrgeno (H), oxgeno (O) y nitrgeno (N); aunque pueden contener tambin azufre (S) y fsforo (P) y, en menor proporcin, hierro (Fe), cobre (Cu), magnesio (Mg), yodo (Y), entre otros elementos. Pueden considerarse polmeros de unas pequeas molculas que reciben el nombre de aminocidos y seran, por tanto, los monmeros unidad. La unin de un bajo nmero de aminocidos da lugar a un pptido; si el nmero de aminocidos que forma la molcula no es mayor de 10, se denomina oligopptido, si es superior a 10 se llama polipptido y si el nmero es superior a 50 aminocidos se habla ya de protena.

Por tanto, las protenas son cadenas de aminocidos que se pliegan adquiriendo una estructura tridimensional que les permite llevar a cabo miles de funciones. Las protenas estn codificadas en el material gentico de cada organismo, donde se especifica su secuencia de aminocidos, y luego son sintetizadas por los ribosomas.

(a) Cada enlace pepetidico tiene caractersticas parcial de doble enlace debido ala resonancia y no puede girar. (b) tres en laces separan los carbonos consecutivos en una cadena polipeptidica. Los enlaces N- C y C C pueden rotar, segn angulos diedros que se denominan y respectivamente. El enlace peptidico C- N no puede rotar libremente Estructura de las protenasLa actividad biolgica de una protena depende en gran medida de la disposicin espacial de su cadena polipeptdica. Efectivamente, la cadena polipeptdica sufre una serie de plegamientos que la capacitan para llevar a cabo su funcin biolgica. Estos plegamientos proporcionan una complejidad extraordinaria a la estructura de las protenas, para la que se han descrito cuatro niveles diferentes, conocidos como estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria, cada uno de los cuales se construye a partir del nivel anterior.

Estructura primaria

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. Las posibilidades de estructuracin a nivel primario son prcticamente ilimitadas. Como en casi todas las protenas existen 20 aminocidos diferentes, el nmero de estructuras posibles viene dado por las variaciones con repeticin de 20 elementos tomados de n en n, siendo n el nmero de aminocidos que componen la molcula proteica.

Conocer la estructura primaria de una protena no solo es importante para entender su funcin (ya que sta depende de la secuencia de aminocidos y de la forma que adopte), sino tambin en el estudio de enfermedades genticas. Es posible que el origen de una enfermedad gentica radique en una secuencia anormal. Esta anomala, si es severa, podra resultar en que la funcin de la protena no se ejecute de manera adecuada o, incluso, en que no se ejecute en lo absoluto. El nmero de aminocidos que forman una protena oscila entre 80 y 300. Los enlaces que participan en la estructura primaria de una protena son covalentes: son los enlaces peptdicos.

Estructura secundaria

La estructura secundaria es la disposicin de la secuencia de aminocidos en el espacio. Los aminocidos, a medida que van siendo enlazados durante la sntesis de protenas y gracias a la capacidad de giro de sus enlaces, adquieren una disposicin espacial estable.Hay dos tipos de estructuras las Hlice Alfa y las Hoja Beta.

La Helice alfa: Consiste en un plegamiento en espiral de la cadena polipeptdica sobre s misma. Este enrollamiento sigue el sentido de giro de las agujas del reloj y contiene 3,6 aminocidos por cada vuelta. La expresin 3,6 aminocidos indica que en una vuelta completa de la hlice hay tres aminocidos y parte de otro, cuya segunda porcin pertenece a la siguiente vuelta. El plegamiento se mantiene estable por medio de puentes de hidrgeno entre el grupo amino (que forma parte de un enlace peptdico) de un aminocido y el grupo carboxilo (que forma parte de otro enlace peptdico) del cuarto aminocido que le sigue en la cadena lineal. Si estos enlaces se rompen, la estructura secundaria se pierde. Las cadenas laterales de los aminocidos no intervienen en los enlaces y aparecen proyectadas hacia la parte externa de la alfa-hlice.

La Hoja Beta: Cuando la cadena principal de un polipptido se estira al mximo que permiten sus enlaces covalentes se adopta una configuracin espacial denominada estructura , que suele representarse como una flecha. En esta estructura las cadenas laterales de los aminocidos se sitan de forma alternante a la derecha y a la izquierda del esqueleto de la cadena polipeptdica. Las estructuras de distintas cadenas polipeptdicas o bien las estructuras b de distintas zonas de una misma cadena polipeptdica pueden interaccionar entre s mediante puentes de hidrgeno, dando lugar a estructuras laminares llamadas por su forma hojas plegadas u hojas .Cuando las estructuras tienen el mismo sentido, la hoja resultante es paralela, y si las estructuras tienen sentidos opuestos, la hoja plegada resultante es antiparalela.

Estructura terciariaLa estructura terciaria de una protena es la responsable directa de sus propiedades biolgicas, ya que la disposicin espacial de los distintos grupos funcionales determina su interaccin con los diversos ligandos. Para las protenas que constan de una sola cadena polipeptdica (carecen de estructura cuaternaria), la estructura terciaria es la mxima informacin estructural que se puede obtener.La estructura terciaria es, por tanto, un conjunto de plegamientos caractersticos que se originan por la unin entre determinadas zonas de la cadena polipeptdica. Estas uniones se realizan por medio de enlaces entre las cadenas laterales R de los aminocidos.En la estructura terciaria existen varios tipos de enlaces:

Puentes disulfuro. Constituyen fuertes enlaces covalentes entre dos grupos SH que pertenecen a sendos aminocidos cisteina. Fuerzas electrostticas. Se trata de enlaces de tipo inico entre grupos con cargas elctricas opuestas. Puentes de hidrgeno. Se establecen entre grupos polares no inicos en los que existen cargas parciales en su cadena lateral. Fuerzas de Van der Waals e interacciones hidrofbicas. Son las uniones ms dbiles y se producen entre aminocidos apolares.Estructura terciaria de la mioglobina del cachalote, el grupo hemo se muestra en rojo:

Las protenas globulares tienen estructuras terciarias diversas

Estructura cuaternariaEsta estructura informa de la unin, mediante enlaces dbiles (no covalentes) de varias cadenas polipeptdicas con estructura terciaria, para formar un complejo proteico. Cada una de estas cadenas polipeptdicas recibe el nombre de protmero. El nmero de protmeros vara desde dos, como en la hexoquinasa; cuatro, como en la hemoglobina, o muchos, como la cpsida del virus de la poliomielitis, que consta de sesenta unidades proteicas.Cuando varias protenas con estructura terciaria de tipo globular se asocian para formar una estructura de tipo cuaternario, los monmeros pueden ser: Exactamente iguales, como en el caso de la fosfoglucoisomerasa o de la hexoquinasa. Muy parecidos, como en el caso de la lactato deshidrogenasa. Con estructura distinta pero con una misma funcin, como en el caso de la hemoglobina. Estructural y funcionalmente distintos, que una vez asociados forman una unidad funcional, como en el caso de la aspartato transcarbamilasa, un enzima alostrico con seis subunidades con actividad cataltica y seis con actividad reguladora.Estructura cuaternaria de la desoxihemoglobina

Desnaturalizacin de las protenasSe llama desnaturalizacin de las protenas a la prdida de las estructuras de orden superior (secundaria, terciaria y cuaternaria), quedando la cadena polipeptdica reducida a un polmero estadstico sin ninguna estructura tridimensional fija.

Capitulo 04ENZIMASExisten dos condiciones fundamentales para la vida. En primer lugar, la entidad viva ha de poder, autoreplicarse; en segundo lugar ha de poder catalizar reacciones qumicas eficientes y selectivamente. Una enzima es una protena que acta como catalizador de una reaccin qumica acelerndola. Las enzimas son protagonistas fundamentales en los procesos del metabolismo celular. Las enzimas unen su sustrato en el centro reactivo o cataltico, que suele estar protegido del agua para evitar interacciones no deseadas. En el centro reactivo la disposicin espacial y los tipos de cadenas laterales de aminocidos son fundamentales para orientar correctamente el sustrato y poder interaccionar de la forma deseada para llevar a cabo la catlisis de la reaccin. Las enzimas son muy selectivas en relacin a los sustratos que modifican. Las enzimas suelen ser mucho ms grandes que sus sustratos y en muchas ocasiones requieren de la participacin de otras molculas ms pequeas no polipeptdicas como las coenzimas (biotina, NADH entre otros) o los iones metlicos llamados cofactores.El cofactor pueden ser uno o varios iones inorgnicos tales como se indica en la tabla:Elemento Enzima Activada

Zn++ Deshidrogenasas, anhidrasa carbnica, ARN y ADN polimerasas.

Mg++ Fosfohidrolasas, RUBISCO, fosfotransferasas, fosfatasas.

Mn++ Arginasas, peptidasas, quinasas.

Mo Nitratoreductasa, nitrogenasa.

Fe2+, Fe3+ Citocromos, catalasas, ferredoxina, peroxidasas, nitritoreductasa.

Cu2+ Citocromo oxidasa, tirosinasa, cido ascrbico oxidasa, plastocianina

Ca2+ 1,3 b glucan sintetasa, calmodulina.

K+ Piruvato fosfoquinasa, ATPasa.

Co Vitamina B12 hallada en microorganismos y animales, pero no en plantas. Importante en la fijacin simbitica de nitrgeno.

Ni Ureasa.

El cofactor puede ser una molcula orgnica o metaloorganica compleja denominada coenzima. Los coenzimas actan como transportadores transitorios de grupos funcionales especficos. La mayora de ellos son derivados de vitaminas, nutrientes orgnicos que son necesarios en pequeas cantidades en la dieta. En el metabolismo, las coenzimas estn involucradas en reacciones de transferencia de grupos (como la coenzima A y la adenosina trifosfato (ATP)), y las reacciones redox (como la coenzima Q10 y la nicotinamida adenina dinucletido (NAD+). Las coenzimas se consumen y se reciclan continuamente en el metabolismo; un conjunto de enzimas aade un grupo qumico a la coenzima y otro conjunto de enzimas lo extrae. Por ejemplo, las enzimas como la ATP sintasa fosforilan continuamente la adenosina difosfato (ADP), convirtindola en ATP, mientras que enzimas como las quinasas desfosforilan el ATP y lo convierten de nuevo en ATP. Las coenzimas son sustratos de las enzimas y no forman parte permanente de la estructura enzimtica. Esto distingue a las coenzimas de los grupos prostticos, que son componentes no proticos que se enlazan estrechamente a las enzimas, tales como los centros hierro-azufre, la flavina o los grupos hemo.Estas conzimas se clasifican en dos grupos:No vitaminasCoenzima Grupo qumico transferido Distribucin

Adenosina trifosfato (ATP) Grupo fosfato Bacterias, arqueas y eucariotas

S-Adenosil metionina Grupo metilo Bacterias, arqueas y eucariotas

3'-Fosfoadenosina-5'-fosfosulfato Grupo sulfato Bacterias, arqueas y eucariotas

Coenzima QElectrones Bacterias, arqueas y eucariotas

Tetrahidrobiopterinatomo de oxgeno y electrones Bacterias, arqueas y eucariotas

Citidina trifosfatoDiacilgliceroles y grupos lipdicos Bacterias, arqueas y eucariotas

Azcares nucletidosMonosacridos Bacterias, arqueas y eucariotas

GlutatinElectrones Algunas bacterias y la mayora de eucariotas

Coenzima MGrupo metilo Metangenos

Coenzima BElectrones Metangenos

Metanofurano Grupo formilo Metangenos

Tetrahidrometanopterina Grupo metilo Metangenos

VITAMINAS Y DERIVADOS

Coenzima Vitamina Componente adicional Grupo qumico transferidoDistribucin

NAD + y NADP +Niacina (B3) ADP Electrones Bacterias, arqueas y eucariotas

Coenzima Acido pantotnico (B5) ADP Grupo acetilo y otros grupos acilo Bacterias, arqueas y eucariotas

cido tetrahidroflicocido flico (B9) Residuos de glutamato Grupos metilo, formilo, metileno y formimino Bacterias, arqueas y eucariotas

Filoquinona (K1)Menaquinona (K2)Menadiona(K3)*Vitamina KNinguno Grupo carbonilo y electrones Bacterias, arqueas y eucariotas* Sinttica

cido ascrbicoVitamina C Ninguno Electrones Bacterias, arqueas y eucariotas

Coenzima F420Riboflavina (B2) Aminocidos Electrones Metangenos y algunas bacterias

Una holoenzima es una enzima que est formada por una protena (apoenzima) y un cofactor, que puede ser un ion o una molcula orgnica compleja unida (grupo prosttico) o no (una coenzima). En resumidas cuentas, es una enzima completa y activada catalticamente.Apoenzimas: La apoenzima es una protena sin actividad que se ubica en la holoenzima. Es la parte proteica de la enzima que no tiene cofactores que pueden ser necesarios para que la enzima sea funcionalmente activa. La apoenzima es catalticamente inactiva. Para que la apoenzima pueda catalizar debe haber una coenzima que generalmente es una vitamina. Que tiene una relacin llave-cerradura.

HOLOENZIMAS = APOENZIMA+COFACTOR (Enzima completa) OAPOPROTEINA

MOLECULAS MOLECULASINORGANICASORGANICAS (IONES)

GRUPOCOENZIMASPROSTETICOLa estructura de una enzima puede estar formado por varias cadenas peptidicas (estructura cuaternaria) o una cadena peptidica (estructura terciaria)

Estructura terciaria Estructura cuaternariaCLASIFICACIN DE LAS ENZIMASDebido al gran nmero de enzimas conocidas en la actualidad, se ha adoptado una clasificacin y nomenclatura ms sistemtica, en la que cada enzima tiene un nmero de clasificacin que la identifica. a. Oxidorreductasas. Reacciones de transferencia de electrones. b. Transferasas. Transferencia de grupos funcionales. Ej. UDP-glucosa-fructosa-glucotransferasa. c. Hidrolasas. Reacciones de hidrlisis. Ej. lipasa, proteasa, celulasa. d. Liasas. Adicin a dobles enlaces. Ej. carboxilasa, fenilalanina amonioliasa. e. Isomerasas. Reacciones de isomerizacin.Ej. fosfoglucosa isomerasa. f. Ligasas. Se conocan como sintetasas. Participan en la formacin de enlaces con hidrlisis de ATP. FUNCIONAMIENTO DE LAS ENZIMASLa catlisis enzimtica de las reacciones es esencial para los sistemas vivos. En condiciones biolgicas, las reacciones no catalizadas tienden a ser lentas. La mayora de molculas biologicas son muy estables en las condiciones de pH neutro, temperatura suave y ambiente acuso presentes en el interior de las clulas. Las reacciones necesarias para digerir los alimentos, enviar seales nerviosas o contraer el musculo no se dan a una velocidad til sin catlisis.Una enzima soluciona estos problemas al proporcionar un ambiente especfico dentro del cual una reaccin determinada puede transcurrir a mayor velocidad. El rasgo distintivo de una reaccin catalizada enzimticamente es que tiene lugar dentro de los confines de una bolsa del enzima denominado sitio activo. La molcula fijada en el sitio activo y sobre la que acta el enzima se denomina sustrato. La superficie del sitio activo del enzima esta revestida con residuos aminocidos con grupos sustituyentes que se une al sustrato y catalizan su transformacin qumica. A menudo, el sitio activo recubre el sustrato y lo secuestra completamente de la disolucin.

Se puede escribir una reaccin enzimtica sencilla comoE + S ES EP E + P

Donde E, S y P representan el enzima, el sustrato y el producto, respectivamente. ES y EP son complejos transitorios del enzima con el sustrato y con el producto, respectivamente.Para entender la catlisis, hemos de apreciar en primer lugar la importante distincin entre equilibrios de reaccin y velocidades de reaccin. La funcin de un catalizador es aumentar la velocidad de reaccin. Los catalizadores no modifican los equilibrios de reaccin. Cualquier reaccin por ejemplo S P, se puede distinguir mediante un diagrama de la coordenada de reaccin una descripcin de los cambios energticos de la reaccin.

Diagrama de coordenada de reaccin. Se representa la energa libre del sistema frente al progreso de la reaccin S P. Un diagrama de este tipo constituye una descripcin de los cambios energticos durante la reaccin y el eje horizontal (coordenada de reaccin) refleja los cambios qumicos progresivos (como rotura o formacin de enlaces) a medida que S se convierte en P. se indican las energas de activacin G, para las reacciones S P y P S. G es el cambio de energa libre estndar global en la direccin S P.Virtualmente todas las reacciones qumicas tienen una barrera energtica que separa a los reactivos, reactantes o substratos de los productos. Esta barrera se denomina energa libre de activacin que es la diferencia en energa que existe entre los reactivos y los productos. El lugar donde la energa libre de activacin es mxima, se denomina estado de transicin. En la siguiente figura se ejemplifica la transformacin del reactivo A en el producto B a travs del estado de transicin T

Cintica enzimtica

La cintica enzimtica estudia la velocidad a la que transcurren las reacciones catalizadas por enzimas y deduce, a partir de determinados parmetros cinticos, la actividad enzimtica, su afinidad por el sustrato y los mecanismos a travs de los cuales lleva a cabo la catlisisLa velocidad mxima de una reaccin enzimtica se determina incrementando la concentracin de su sustrato hasta que la tasa de formacin de producto sea constante. Esta se denomina la velocidad mxima (Vmax) de una enzima. En este estado, todos los sitios activos de todas las molculas se encuentran saturados con sustrato. Esto fue propuesto por Leonor Michaelis y Maud Menten en 1913.

A medida que se incrementa la concentracin de sustrato [S], la reaccin se aproxima asintticamente a su velocidad mxima Vmax. Por ello no puede determinarse con precisin el valor de [S] para Vmax, en su lugar la constante caracterstica de una enzima se define como la concentracin de sustrato necesaria para obtener la mitad de la velocidad mxima (Vmax/2). Es valor es llamado de la constante de Michaelis-Menten simbolizada con KM.Cada enzima tiene un valor de Km caracterstico para un determinado sustrato, el cual puede decirnos cmo de afn es la unin entre el sustrato y la enzima.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ACCIN ENZIMTICA

Temperatura: Un aumento en la temperatura provoca un aumento de la velocidad de reaccin hasta cierta temperatura ptima, ya que despus de aproximadamente 450 C se comienza a producir la desnaturalizacin trmica. Cuando mayor es la temperatura, mayor es la velocidad de reaccin. La velocidad de reaccin aumenta debido a que hay ms molculas con la energa suficiente para entrar en el estado de transicin.Las enzimas de constitucin protenica estn sujetas a trabajar a temperatura relativamente bajas ya que si sta se eleva se desnaturalizan perdiendo la capacidad de accin, esta propiedad se conoce con el nombre de termolabilidad, la inactivacin de las enzimas es irreversible, de ah que las elevadas temperaturas hacen que las clulas mueran; cuando la temperatura es menor cesa la accin enzimtica.pH: La mayora de los enzimas son muy sensibles a los cambios de pH. Desviaciones de pocas dcimas por encima o por debajo del pH ptimo pueden afectar drsticamente su actividad. Influye en el grado de ionizacin del centro activo y de los grupos R que estabilizan la estructura terciaria.Las enzimas presentan un pH ptimo a la cual transforman mayor cantidad de molculas de sustrato por unidad de tiempo, la protena enzimtica puede ser destruida por un extremo, ya que la mayora de las enzimas presentan un pH ptimo cerca de 7.Concentracin de sustrato: Al principio un aumento de la concentracin de substrato produce un aumento rpido de la velocidad de reaccin, pero si se sigue aumentando la concentracin de substrato, la velocidad de reaccin comienza a disminuir.

Capitulo 05GLUCIDOS Y GLUCOBIOLOGIALos glcidos son las biomoleculas ms abundantes de la tierra. Cada ao, la fotosntesis convierte ms de 100 millones de toneladas mtricas de CO2 y H2O en celulosa y otros productos vegetales. Algunos carbohidratos (azcar y el almidn) son un alimento bsico en la dieta humana en la mayor parte del mundo, y la oxidacin de glcidos es la principal ruta de obtencin de energa en la mayora de las clulas no fotosintticas. Los glcidos, azcares o carbohidratos, son qumicamente hablando, aldehdos o cetonas polihidroxilicos, o productos derivados de ellos por oxidacin, reduccin, sustitucin o polimerizacin. Los glcidos desempean una gran variedad de funciones en los organismos, como una fuente energtica o formando material estructural de las membranas, esto entre otras muchas funciones, por lo que se consideran molculas extremadamente verstiles.Algunos son molculas de relativamente baja masa molecular; la glucosa tiene una Mm=180 da. Otros, como el almidn, tienen masas moleculares de ms de 100 000 da y son grandes molculas, macromolculas.Sus propiedades fsicas y qumicas son muy variadas. Y en cuanto a sus funciones biolgicas:-La glucosa, sacarosa, glucgeno y almidn son sustancias energticas. Los seres vivos obtienen energa de ellas o las usan para almacenar energa. Esta energa est contenida en determinados enlaces que unen los tomos de estas molculas.-Celulosa y quitina son estructurales. Forman parte de las paredes de las clulas vegetales (celulosa) o de la cubierta de ciertos animales (quitina).-Ribosa y desoxirribosa forman parte de los cidos nucleicos.Se clasifican: Los monosacsidos son aquellos carbohidratos que no pueden ser hidrilizados en moleculas ms sencillas. Pueden subdividirse en triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, heptosas u octosas, dependiendo de la cantidad de tomos de carbno que contengan; y como aldosas y cetosas dependiendo si tienen o no grupo aldehido o cetona. Los disacaridos producen dos molculas del mismo o de diferentes monosacridos cuando se hidrolizan: ejemplos de estos compuestos son la maltosa, que produce dos molculas de glucosa, y la sacarosa, que produce una molcula de glucosa y una de fructosa. Los oligosacridos son los compuestos que por hidrlisis dan 2 a 10 molculas de monosacridos. La maltotriosa es un ejemplo. Los polisacaridos son aquellos carbohidratos que dan, al ser hidrolizados, mas de 20 molculas de monosacridos. Los almidones y las dextrinas son ejemplos de polisacridos que pueden ser lineales o ramificados. Segn la naturaleza de los monosacridos a que dan origen por hidrolisis, en ocasiones se le designa como hexosanos o pentosanos.

Monosacridos y disacridosSon los glcidos ms simples, los monosacridos, son aldehdos o cetonas con dos o ms grupos hidroxilo. Los monosacridos de seis carbonos glucosas y fructuosa tienen cinco grupos hidroxilo.

Los monosacridos responden a la frmula emprica Cn(H2O)n, de aqu proviene el nombre de hidratos de carbono. El valor de n normalmente est comprendido entre 3 y 7.Segn el nmero de tomos de carbono se clasifican en :

Triosas..........n=3Tetrosas........n=4Pentosas.......n=5Hexosas........n=6Heptosas.......n=7As, un monosacridos con 6 tomos de carbono y con la funcin aldehdo ser una aldohexosa; si tiene cuatro tomos de carbono y una funcin cetona, ser una cetotetrosa, y as sucesivamente.

(a)Dos triosas, una aldosa y una cetosa. El grupo carbonilo esta sombreado. (b) dos Hexosas comunes.

(c) Las pentosas que forman parte de los cidos nucleicos. La D-ribosa es un componente del acido ribonucleico(RNA) y la 2-desoxi-D-ribosa es un componente del acido desoxirribonucleico (DNA).Los monosacridos tienen centros asimtricosTodos los monosacridos excepto la dihidroxiacetona contienen uno o ms tomos de carbono asimtricos (quirales) y por lo tanto se encuentra en formas isomericas pticamente activas. La aldosa ms sencilla, el gliceraldehido, contiene un centro quiral (el tomo de carbono central) y tiene, por tanto, dos ismeros pticos, o enantiomeros, diferentes.Por convencin, uno de estos dos enantiomeros se denomina ismero D y el otro ismero L. Como ocurre con otras biomoleculas con centros quirales, la configuracin absoluta de los azucares se ha determinado por la cristalografa de rayos X. Para representar sobre el papel la estructura tridimensional de los azucares se suelen emplear las formulas de proyecciones de Fischer.

Los monosacridos de mayor longitud tienen ms de un tomo de carbono asimtrico, y por lo tanto aparecen en un nmero mayor de formas estereoismeras. En general, un monosacrido con n tomos de carbono asimtricos presenta 2n estereoismeros. En las aldosas todos los tomos de carbono son asimtricos con excepcin del carbono carbonlico y del que se encuentra en el otro extremo de la cadena. Las cetosas, por tener el grupo carbonilo en un carbono secundario, tienen un tomo de carbono asimtrico menos que las aldosas de igual longitud, y por lo tanto tendrn la mitad de estereoismeros.Los estereoismeros de los monosacridos de cada una de las diferentes longitudes de cadena se pueden dividir en dos grupos o series atendiendo a la configuracin (D o L) del tomo de carbono asimtrico ms alejado del tomo de carbono carbonlico. Si sta es como la del D-gliceraldehdo (grupo OH hacia la derecha) el monosacrido pertenece a la serie D; si es como la del L-gliceraldehdo pertenece a la serie L. Con muy pocas excepciones, los monosacridos presentes en la naturaleza pertenecen a la serie D.Para cada longitud de cadena existen otras tantas formas estereoismeras pertenecientes a la serie L. Por ejemplo, las aldohexosas poseen 4 tomos de carbono asimtricos, por lo tanto podrn aparecer en 24 = 16 formas estereoismeras, por el hecho de poseer centros quirales, los monosacridos presentan actividad ptica, es decir, cuando se encuentran en disolucin acuosa hacen girar el plano de vibracin de la luz polarizada. Los monosacridos que lo hacen girar hacia la derecha se denominan dextrgiros (+) y los que lo hacen girar hacia la izquierda se denominan levgiros (-). El hecho de que un monosacrido sea dextrgiro o levgiro es completamente independiente de su pertenencia a la serie D o a la serie L.

Los monosacridos comunes tienen estructura cclica.Si las aldopentosas y las hexosas se disuelven en agua, o si forman parte de los disacridos o polisacridos, el grupo carbonilo (-C=O) reacciona con el grupo hidroxilo ( -C-O-H) del carbono 4, en las aldopentosas, o del carbono 5, en las hexosas, formndose un hemiacetal (reaccin entre un alcohol y un aldehdo) o un hemicetal (reaccin entre un alcohol y una cetona) y la molcula forma un ciclo.

Formacin de hemiacetales y hemicetalesLas frmulas cclicas de las hexosas se representan, segn la proyeccin de Haworth, con el plano del anillo perpendicular al plano de escritura, los carbonos 2 y 3 dirigidos hacia delante, el carbono 5 y el oxgeno del anillo hacia detrs. Los OH que en la frmula lineal estaban a la derecha se ponen por debajo del plano y los que estaban a la izquierda se ponen hacia arriba. En la formas D el -CH2OH se pone por encima y en las L por debajo. Si las frmulas cclicas forman un anillo pentagonal reciben el nombre de furanosas, mientras que si ste es hexagonal se denominan piranosas. En stas ltimas, a su vez, el anillo puede adoptar dos disposiciones diferentes: de silla, si el carbono 1 y el 4 estn a ambos lados del plano formado por los carbonos 2, 3 y 5, y de bote o nave si estn a un mismo lado.

Piranosas y furanosas

Formacin de las dos formas cclicas de la D- glucosa

Formulas conformacionales de las piranosas.

FORMAS y Cuando se produce la ciclacin de la molcula aparece un nuevo tomo de carbono asimtrico, el carbono 1 en las aldosas o el 2 en las cetosas. Este carbono recibe el nombre de carbono anomrico. El OH de este carbono, -OH hemiacetlico, puede estar a uno u otro lado del plano de la molcula originndose dos nuevos ismeros pticos. Cada uno de estos ismeros se distingue mediante los smbolos y (formas y ).La forma se representa situando el OH hemiacetlico por debajo del plano de la molcula; en la forma se sita por encima. Las formas y de un monosacrido reciben el nombre de formas anmeras.

Nomenclatura de las formas cclicasPara nombrar la forma cclica de un monosacrido, se indica en primer lugar si es o , a continuacin, si es D o L y, por ltimo, el nombre del monosacrido y el tipo de anillo. Por ejemplo: -Dglucopiranosa, -D-fructofuranosaDerivados de los monosacridos Muchos derivados de los monosacridos desempean un papel importante como intermediarios metablicos, componentes de los cidos nucleicos o componentes de polisacridos. Las modificaciones principales son la fosforilacin (dihidroxiacetona fosfato, 3-fosfogliceraldehido, 5-fosforibosa, 6-fosfoglucosa, 1-fosfoglucosa), la reduccin (2-desoxirribosa), la aminacin (a veces con acetilacin; N-acetilglucosamina, N-acetilgalactosamina, cido N-acetil neuramnico), y la oxidacin (gluconato, glucuronato).Propiedades fsicas y qumicas de los monosacridos- Propiedades fsicas: Los monosacridos son slidos, cristalinos, incoloros o blancos, de sabor dulce. Como los grupos hidroxilo son polares, los monosacridos son muy solubles en agua, pues se establecen enlaces polares con las molculas de agua.- Propiedades qumicas: El grupo carbonilo reduce fcilmente los compuestos de cobre (licor Fehling) y de plata oxidndose y pasando a grupo cido. Esta propiedad es caracterstica de estas sustancias y permite reconocer su presencia, pues la reduccin de las sales cpricas del licor de Fehling a cuprosas hace virar el reactivo del azul al rojo ladrillo.

Cu+ + ------- Cu+Azul rojo

Principales monosacridos

Nombre aldosasCetosas

TriosasGliceraldehidoDihidroxiacetona

TetrosasEritrosaEritrulosa

PentosasLisosaXilosaArabinosaRibosaRibulosaXilulosa

HexosasGalactosaManosaGlucosaFructuosa

HeptosasSedoheptulosa

Los disacridos contienen un enlace glucosidico.Los monosacridos capaces de formar anillos de piranosa o furanosa, en tanto que hemiacetales o hemicetales intramoleculares, pueden reaccionar con los alcoholes para formar glucsidos liberndose en el proceso una molcula de agua. Un caso particular de este tipo de reaccin se da cuando el grupo hidroxilo de la molcula de alcohol es aportado por un segundo monosacrido. El compuesto resultante, un disacrido, estar formado por dos monosacridos unidos mediante enlace glucosdico.Si un disacrido conserva uno de los carbonos anomricos sin reaccionar, puede sufrir oxidacin y se le denomina azcar reductor (todas las aldosas lo son por la misma razn). Si los dos carbonos anomricos se comprometen en el enlace, el disacrido no puede ser fcilmente oxidado y se considera no reductor. Algunos de los disacridos ms comunes son la maltosa, lactosa, sacarosa y celobiosa.

La maltosa y la isomaltosa son dos de los productos de la hidrlisis incompleta del almidn y del glucgeno (dos polisacridos de reserva) durante la digestin. La celobiosa, que no se encuentra libre en la naturaleza, se obtiene por hidrlisis de la celulosa (un polisacrido estructural). La lactosa se encuentra exclusivamente en la leche de los mamferos. La sacarosa (azcar de mesa) es un disacrido de especial importancia; se encuentra exclusivamente en el mundo vegetal y es uno de los productos directos de la fotosntesis que estos realizan, constituyendo la principal forma de transporte de azcares desde las hojas hacia otras partes de la planta.

Polisacridos

Como su nombre lo indican estos compuestos son polmeros de elevada masa molecular, formados por condensacin de monosacridos simples, que a veces presentan estructuras complejas. Los polisacridos pueden ser de reserva o estructurales. Los polisacridos son sustancias inspidas, amorfas e insolubles en agua, algunos, como el almidn, pueden formar dispersiones coloidales.Aunque los polisacridos podran estar constituidos por diferentes monosacridos, lo normal es que sea un slo monosacridos el que forma la molcula. Los polisacridos son macromolculas, molculas de elevada masa molecular, miles o centenares de miles de daltons. Por ejemplo, cada molcula de celulosa, polisacrido vegetal, contiene de 300 a 3 000 molculas de glucosa y tiene un peso molecular que oscila entre 54 000 y 540 000 da. Algunos polisacridos presentan ramificaciones.Los distintos tipos de polisacridos difieren entre s en el tipo de unidades monosacardicas que los forman, en el tipo de enlace glucosdico ( o ) que las une, y en el mayor o menor grado de ramificacin que presentan sus cadenas. Se distinguen dos tipos principales de polisacridos, los homopolisacridos, formados por un slo tipo de monosacrido, y heteropolisacridos, formados por dos o ms tipos de monosacridos. Los homopolisacridos de la D-glucosa, denominados glucanos, son los polisacridos ms abundantes en la naturaleza y los que tienen una mayor importancia biolgica. Algunos de ellos desempean una funcin energtica, como el almidn y el glucgeno, mientras que otros, como la celulosa, realizan una funcin de tipo estructural.

El glucgeno: Polisacrido de reserva energtica en los animales. Se encuentra en el hgado y en los msculos donde se hidroliza transformandose en glucosa. Su estructura es similar a la del almidn, aunque ms ramificado y su masa molecular es mucho mayor.

Almidon: El almidn constituye alrededor del 65% de la materia seca de los granos de cereales y es muy abundante en tubrculos como la papa. La mayora de los almidones contienen de 20 a 30% de amilosa y de 70 a 80% de amilopectina y se almacenan dentro de los cloroplastos, reserva a corto plazo, o en amiloplastos, reserva a largo plazo, en forma de grnulos.

La celulosa: Sintetizada por los vegetales, tiene funcin estructural, formando parte importante de la pared celular. Est formada por la unin 1 -------- 4 de varios millares de molculas de glucosa. Debido al tipo de enlace cada molcula de glucosa est girada 180o respecto a la anterior, lo que le da a la celulosa una estructura lineal pero "retorcida". Esta disposicin permite que se formen gran cantidad de puentes de hidrgeno entre cadenas yuxtapuestas, lo que produce muy fibras resistentes.

Quitina: La quitina es tambin un polisacrido estructural que constituye el exoesqueleto de los artrpodos y es uno de los componentes principales de las paredes celulares de los hongos. Esta molcula, no ramificada, est formada por residuos de N-acetil glucosamina unidos por enlace 1-4.

Capitulo 06Nucletidos y cidos nucleicos

Los nucletidos desempean una amplia variedad de funciones en el metabolismo celular. Constituyen la moneda energtica en las transacciones metablicas, son los nexos qumicos en los sistemas celulares, en respuesta a hormonas y otros estmulos extracelulares, y son tambin componentes estructurales de una serie de cofactores enzimticos e intermedios metablicos. Por ltimo pero no por ello menos importante son los constituyentes de los cidos nucleicos: acido desoxirribonucleico (DNA) y acido ribonucleico (RNA), los depositarios moleculares de la informacin gentica.La estructura de todas las protenas, y en ltimo trmino de todas las biomoleculas y de cada una de los componentes celulares, es producto de la informacin programada en la secuencia de nucletidos de los cidos nucleicos de la clula.

Los nucletidos y los cidos nucleicos estn formados por bases y pentosas caractersticasLos nucletidos estn formados por: una base nitrogenada (BN), un azcar (A) y cido fosfrico (P); unidos en el siguiente orden: PABN

La molcula sin el grupo fosfato se le denomina nuclesido. Las bases nitrogenadas son derivados de dos compuestos parentales, pirimidina y purina. Las bases y las pentosas de los nucletidos comunes son compuestos heterocclicos.

La pentosa y la base nitrogenada se enlazan mediante un enlace N-glucosdico que se establece entre el N1 de la base si sta es pirimidnica o el N9 si la base es prica y el carbono 1 de la pentosa.Las bases nitrogenadas son sustancias derivadas de dos compuestos qumicos: la purina y la pirimidina. Las que derivan de la purina son las bases pricas. En los nucletidos vamos a encontrar, normalmente, dos base pricas: la adenina (A) y la guanina (G). Las que derivan de la pirimidina se llaman pirimidnicas. Tres son las bases pirimidnicas presentes en los cidos nucleicos: la citosina (C), la timina (T) y el uracilo (U).

Las pentosas que aparecen formando parte de los nucletidos son la -D-ribosa y su derivado, el desoxiazcar 2'--D-desoxirribosa, en el que el grupo hidroxilo unido al carbono 2' fue sustituido por un tomo de hidrgeno. Ambas se encuentran en forma de anillos de furanosa. Las posiciones del anillo de furanosa se numeran convencionalmente aadiendo el signo (') al nmero de cada tomo de carbono para distinguirlas de las de los anillos de las bases nitrogenadas.

Los nucletidos son los monmeros que constituyen los cidos nucleicos. Se forman cuando se unen el cido fosfrico y un nuclesido. Es una unin fosfoster entre un OH del cido fosfrico y el OH situado en el carbono 5 del azcar, con formacin de una molcula de agua. Segn el azcar sea la ribosa o la desoxirribosa, tendremos ribonucletidos o desoxirribonucletidos. La timina nunca forma parte de los ribonucletidos y el uracilo no forma parte de los desoxirribonucletidos. A veces, los nucletidos contienen ms de un grupo fosfato, unidos entre s mediante un enlace anhidro. En este caso, cada grupo se representa por una letra p. De esta forma, pAp representa a la 5',3'-adenosina difosfato, ppA representa a la adenosina-5'-difosfato (ADP) y pppA a la adenosina -5'-trifosfato (ATP). Los nucletidos trifosfato son particularmente importantes en el metabolismo, ya que la hidrlisis de los enlaces fosfato (de alta energa) proporciona la energa necesaria para impulsar multitud de procesos celulares.Los polinucletidos son cadenas lineales de nucletidos uni