BASES QUÍMICAS DE LA VIDA

Capítulo 2

INTRODUCCIÓN

• Todo movimiento interno , reacción, intercambio de material es producto del movimiento molecular y de los átomos que lo forman.

ATOMO

• El átomo tiene un núcleo que esta formado de protones(+) y neutrones.

ATOMO

• Tiene orbitales donde esta los electrones

MOLÉCULAS

• La unión de átomos forma moléculas

• Los átomos se unen por dos tipos de enlaces:

• 1) enlaces covalentes

• 2) enlaces no covalentes.

ENLACES COVALENTES

• Son enlaces fuertes.• Estables. • La energía necesaria

para romperlos es alta (80 a 100kcal/mol), por eso se usa enzimas.

• Ejemplo: los enlaces peptídicos , puentes disulfuro (-S-S-).

ENLACES COVALENTES

• Los enlaces pueden ser simples, dobles y triples.

• Si los electrones en el enlace son compartidos de manera desigual habrá un átomo con mayor atracción de electrones será parcialmente – y el otro parcialmente+, estableciendo enlaces polares.

• El tipo de enlace influye sobre la forma de las moléculas. Moléculas polares tienen afinidad al agua y son hidrosolubles y las no polares son hidrofóbicas que las hace insolubles en agua.

ENLACES NO COVALENTES• Individualmente son uniones

débiles, por lo tanto se rompen y se pueden volver a formar. Pero cuando están en conjunto son fuertes

• Se da entre moléculas o partes de una molécula biológicamente grande.

• No comparten electrones sino fuerzas de atracción.

• Conservan la estructura de moléculas biológicas y mide sus actividades dinámicas.

AGUA• Molécula asimétrica formada de

un átomo de O y dos de H.

• Cada uno de los enlaces covalentes esta altamente polarizado.

• El agua es el mayor solvente natural. Las sustancias disueltas en el agua se llaman solutos.

AGUA ( Inorgánicos)

• Determina la estructura de las moléculas biológicas.

• Es el medio a través del cual se transporta materiales de un lugar a otro de la célula.

• Interactúan con otras moléculas.

AGUA

• Es indispensable para la actividad metabólica.

• Interviene en la eliminación de sustancias y absorción de calor, lo que evita cambios drásticos de Tº.

Componentes Inorgánicos• Es una molécula

anfoterica, actúa como acido o como base.

• La acides de una solución se mide según la concentración de iones H y se expresa en pH.

• Los procesos biológicos son sensibles a los cambios de pH, pero hay compuestos que reacciones con iones H o hidroxilos, manteniendo así el pH.

Naturaleza de las moléculas biológicas.

• La masa de un organismo es agua pero cuando esta se evapora el peso en seco son moléculas de carbono.

• El tamaño y la estructura electrónica del carbono le permite formar varios compuestos; lineales, ramificados, cíclicos.

HIDROCARBUROS

• Cuando el C se combina con el H, forma los grupos mas simples llamados hidrocarburos.

• Conforme se añadan mas átomos de carbono la molécula orgánica aumenta de longitud y es mas compleja.

• En células vivas los hidrocarburos hay en pequeñas cantidades.

Grupos funcionales

• Son grupos de átomos que actúan como unidad, forman parte de grandes cadenas de C e H y dan las propiedades físicas , reactividad química y solubilidad a algunas moléculas de importancia biológica.

• Hay dos tipos de enlaces entre los grupos funcionales: ester (ácidos carboxilos + alcoholes) y amido ( ácidos carboxilos y aminas).

Moléculas biológicas según la función.

• 1) Macromoléculas: 2) Elementos unitarios para construir macromoléculas.

• 3) Metabolitos, cada reacción química antes de llegar a un producto.

• 4) Moléculas con diversas funciones

MACROMOLECULAS

• Son altamente organizadas.

• Forman estructuras celulares.

• Ejecutan actividades celulares.

• Otorgan a los organismos las propiedades de la vida.

• Aquí están; proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos y lípidos.

CARBOHIDRATOS

• Sustancias que incluyen azucares simples.

• Están compuesto por C, H y O.

• Es la principal fuente de energía rápidamente disponible a corto plazo.

• Son constituyentes estructurales de la pared y de las sustancias intercelulares.

CARBOHIDRATOS

• Casi todos los azucares tienen la formula general (CH2O)n

• n significa el numero de C y va de 3 a 7.

• Los azucares se unen entre si por enlaces glucosídicos covalentes para formar moléculas grandes. Se da entre el atomo del C1 de un azúcar y el hidroxilo de otro.

CARBOHIDRATOS

• Según el número de monómeros se clasifican:

• Monosacáridos.- azúcares simples,

• triosas, pentosas y hexosas (glucosa, galactosa, fructosa, manosa).

CARBOHIDRATOS

• Disacáridos: Formado por dos hexosas, con la correspondiente pérdida de molécula de agua.

• La fórmula es; C12H22O11.• Los más importantes son la

sacarosa o sucrosa (glucosa + fructosa) y lactosa (galactosa +glucosa).

• Son almacén de energía rápidamente disponible.

CARBOHIDRATOS

• Oligosacáridos: están unidos a lípidos y proteínas, formando los glucolípidos y glucoproteínas.

• Cuando están en la membrana se proyectan sobre la superficie celular y ayudan en la interacción de células ya que puede diferenciar una de otras.

CARBOHIDRATOS

• Polisacáridos: resultan de la combinación de muchos monómeros de glucosa

• Su fórmula, (C6H10O5). Al hidrolizarse dan azúcares simples.

• Los más importantes son: • 1) almidón y glucógeno,

representan sustancias de reserva alimenticia en vegetales y animales respectivamente.

• 2) La celulosa, quitina y glucosaminoglicanos; son los polisacáridos estructurales.

LÍPIDOS

• Son no polares• Son insolubles en

agua y solubles en solventes orgánicos

• Los importantes en la función celular son: grasas (triglicéridos), fosfolípidos, y esteroides.

LÍPIDOS• Grasas: formado de un

glicerol y tres ácidos grasos unidos por enlace ester .

• Sirven como reserva de energía para el organismo para usarse a largo plazo.

• Liberan el doble de energía que carbohidratos.

• En muchos animales se almacenan en adipocitos.

LÍPIDOS

• Sus ácidos grasos son anfipáticos; formados por hidrocarburos largos no ramificados, con un carboxilo en un extremo.

LÍPIDOS

• Esteroides: se construyen alrededor de cuatro anillos de hidrocarburos.

• Uno de los más difundidos es el colesterol, que está en las membranas celulares de animales.

• El colesterol es precursor para la síntesis de hormonas como la progesterona, testosterona y estrógenos.

LÍPIDOS

• Fosfolípidos: en la célula hay dos clases: glicerofosfolípidos y esfingolípidos.

• Los fosfolípidos tienen dos colas hidrofóbicas no polares (dos ácidos grasos, o uno mas una esfingosina) y una cabeza hidrofílica polar (glicerol + fosfato+ colina). Por esto son moléculas anfipáticas.

• Son principales componentes de la Membrana Celular.

PROTEÍNAS

• Ejecutan casi todas las actividades de la célula:

• 1) aceleran la velocidad de reacción, como enzima.

• 2) dan apoyo mecánico.• 3) regulan funciones; como

factores de crecimiento ,activadores de gen, hormonas.

• 4) Determinan cuales sustancias entran o salen de la célula .

• Sin embargo cada proteína es única y especifica.

PROTEÍNAS

• Las unidades que componen las proteínas son los aminoácidos.

• Cada proteína tiene su secuencia de aminoácidos única.

• Un aminoácido es un ácido orgánico, que posee un grupo carboxilo y un grupo amino separado por un carbono alfa (Cα )

PROTEÍNAS

PROTEÍNAS

• Las proteínas se forman por la unión de aminoácidos. El grupo amino de un aminoácido se une al carboxilo siguiente, perdiendo una molécula de agua. Esta unión se llama enlace peptídico.

• A cada lado quedara un grupo amino libre y al otro un carboxilo libre en la cadena de polipéptidos.

Estructuras proteicas

PROTEÍNAS• Las proteínas tienen cuatro niveles de organización.• Estructura primaria: es la secuencia de los aminoácidos que forman la proteína.• Estructura secundaria: es una configuración espacial, que ocurre por la

aproximación de los aminoácidos en la cadena peptídica.• Cuando la cadena peptídica se enrolla alrededor de un cilindro imaginario y se

estabiliza por puentes de H, se llama hélice α.Otras adoptan una estructura de hoja plegada β., en esta la proteína se dobla como una hoja de papel y se estabiliza por puntes de H.

PROTEÍNAS• Estructura terciaria: esta determinada por la aparición de

plegamientos entre las regiones hélice α y hoja plegada β de la cadena polipeptídica, lo que da una configuración tridimensional.

• Estructura cuaternaria: se da en proteínas con varias subunidades. La separación o asociación de subunidades puede ocurrir espontáneamente.

PROTEÍNAS

• Inmunoglobulinas o anticuerpos: producidas por los vertebrados; son solubles; su función es de defensa; son específicos.

• Hay 5 clases de inmunoglobulinas: IgA, IgD, IgE, IgG e IgM.

PROTEÍNAS

• Los anticuerpos están formados por cadenas ligeras y cadenas pesadas; las dos unidas por enlaces disulfuro.

ENZIMAS

• Las enzimas son sustancias que aceleran las reacciones químicas en las células (catalizador biológico), sin modificarse, a la temperatura normal de los organismos y a un adecuado PH.

ENZIMAS

• Cada enzima puede tener uno o mas sitios activos , que son los lugares en donde se unirá las sustancias sobre la que actuará la enzima , (sustrato). El sustrato es modificado y se obtendrá uno o más productos.

ENZIMA

• Cada enzima actúa sobre un determinado sustrato. (especificidad). Ya que los lugares del sustrato que entran en contacto con el sitio activo se complementan como una llave con una cerradura, en otros casos se complementan después de lo que se han unido (encaje inducido).

ENZIMAS

• En la unión del sustrato con el sitio activo de la enzima, participan fuerzas químicas no covalentes.

• Algunas enzimas para actuar necesitan de la ayuda de sustancias como metal o un grupo prostético (cofactores).

ENZIMAS• La acción de una enzima, molecularmente, sería 1) formación del

complejo [ ES] y 2) la reacción catalítica propiamente dicha.

• Algunas enzimas están en el citosol, otras en el núcleo, otras en los lisosomas y otras en el aparato de Golgi. Algunas de estas forman complejos multienzimáticos para producir una cadena de reacciones.

PROTEÍNAS (Orgánico)

ACIDOS NUCLEICOS

• .Son macromoléculas que almacenan y transmiten información genética.También puede desempeñar funciones estructurales y catalíticas.

ACIDOS NUCLEICOS

• Es un polímero lineal, formados por monómeros llamados nucleótidos.

Un nucleótido está formado de un ácido fosfórico, una pentosa y una base nitrogenada.

ACIDOS NUCLEICOS

• Los nucleótidos se unen entre si mediante uniones fosfodiester.

ACIDOS NUCLEICOS

• El eje de un ácido nucleico está formado de pentosa y fosfato. La base se une a la pentosa del eje.

ACIDOS NUCLEICOS

Ácidos Nucleicos

ADN ARN

ACIDOS NUCLEICOS

• El ADN está principalmente en el núcleo, formando los cromosomas. Una pequeña cantidad se encuentra en el citoplasma dentro de las mitocondrias y cloroplastos.

• El ARN, está en el núcleolo, y citoplasma.

ACIDOS NUCLEICOS

• ADN ARN

• Pentosa desoxirribosa ribosa

• Purina A-G A-G

• Bases

• Pirimidina T-C U-C

• Ácido fosfórico PO4H3 PO4H3

ACIDOS NUCLEICOS (Orgánicos)

• El ADN es el depósito de la información genética. Esta información es copiada (transcripta) en la molécula de ARN.

ADN (ácido nucleico)

• Su estructura fue definida por Watson y Crick, en 1953.• Formada por dos cadenas de ácidos nucleicos

helicoidales con giro a la derecha , cada 10,5 nucleótidos. En ocasiones gira a la izquierda.

• Las dos cadenas son antiparalelas. • Ambas cadenas están unidas por puentes de H.

ADN (ácido nucleico)

• Los pares de bases posibles son A-T, T-A, C-G, y G-C.

• Entre A-T se forman 2 puentes de H, entre C-G se forman 3 puentes de H. Siendo esta última mas estable.

• Los puentes de H y las interacciones hidrofóbicas entre las bases, mantienen la estabilidad de la doble hélice.

ADN (ácido nucleico)

• La secuencia de las dos cadenas son complementarias, por esto en la duplicación cada cadena sirve como molde para cadena complementaria.

ARN (ácido nucleico)

• Su estructura primaria, similar a la del ADN, pero sin desoxirribosa, con U en lugar de T. Y una sola cadena.

• Hay tres clases principales: ARNm, ARNr, ARNt. Los tres intervienen en la síntesis de proteína.

ARN (ácido nucleico)• El ARNm lleva la información genética tomada del ADN.• ARNr representa el 50% de la masa del ribosoma.• ARNt, identifican y transportan a los aminoácidos hasta los

ribosomas.