LAS BIOMOLCULAS

LAS BIOMOLCULAS

Alberto Pez Redondo, MSc.Liliana Cortina Pearanda, MSc.Docentes Biologa GeneralIngeniera AgronmicaLAS BIOMOLCULASEl estudio de las molculas que componen a los seres vivos incluye dos partes: (1) algunas nociones elementales de qumica general (2) La comprensin de las propiedades estructurales, funcionales y energticas que hacen que las biomolculas sean tan importantes.LAS BIOMOLCULASBiomolculas inorgnicas no son formadas slo por los seres vivos, pero son muy importantes para ellos. Incluyen el agua y las sales minerales. Biomolculas orgnicas, sintetizadas exclusivamente por organismos vivientes. Se estructuran a base de tomos de carbono, del mismo modo que otras molculas orgnicas que no forman parte de los seres vivos (bencina, parafina).BIOMOLCULAS INORGNICAS: AGUA Ms abundante en los seres vivos. 70 - 90% del peso de la mayor parte de los organismos. El contenido varia de una especie a otra; tambin es funcin de la edad del individuo (su % disminuye al aumentar la edad) y el tipo de tejido.Caractersticas: tomos H y O enlaces covalentes simples; dipolos (2 tomos con cargas) atraen molculas (macro) puentes de Hidrgeno.BIOMOLCULAS INORGNICAS: SALES MINERALESForma inica disueltas en el agua, medios intra e intercelulares.Iones negativos: cloruros, fosfatos, carbonatos.Iones positivos: Calcio, Potasio, Magnesio, sodio, Hierro.

Funciones:Homeostasis, constituyente biomolculas, regula actividad enzimtica, regula presin osmtica y volumen celular, potenciales elctricos, regula pH,.LAS BIOMOLCULAS ORGNICASSon los componentes ms abundantes en una clula despus de agua.

Incluyen:las protenaslos hidratos de carbonolos lpidos los cidos nucleicos

Son estructurales y funcionales.Los bioelementosSon los elementos ms abundantes en las biomolculas (en las clulas).

Incluyen carbono, hidrgeno, oxgeno, nitrgeno, azufre y fsforo.

Comprenden entre 98 a 99 % de la composicin de los organismos.

Fig. 3.05

Monmero +MonmeroDmeroCondensacinEnzima AHidrlisisEnzima BSntesis de biomolculasLas biomolculas se forman por sntesis por deshidratacin cuando se unen dos o ms monmeros.HIDRATOS DE CARBONO

Hidratos de carbono

Sirven principalmente como fuente de carbono y energa a nivel celular.

Se componen de los elementales carbono, hidrgeno y oxgeno.Se arreglan en una frmula emprica [C(H2O)]n.

Los monmeros o unidades ms simples que forman los hidratos de carbono son los monosacridos o azcares simples.Hidratos de carbonoLos monosacridos pueden unirse por enlaces covalentes conocidos como glucosdicos para formar polmeros.

Los hidratos de carbono se dividen en tres categoras por el nmero de azcares: MonosacridosDisacridosPolisacridos

Monosacridos

Las azcares simples se clasifican por el nmero de tomos de carbono en: Triosas 3 C

Tetrosas 4 C

Pentosas 5 C

Hexosas 6 C

Heptulosas 7 C Pentosas importantesRibosa forma parte de los nucletidos del ARN. Desoxiribosa se forma cuando ribosa pierde un tomo de oxgeno y forma parte de los nucletidos del ADN.

Ribulosa interviene en el Ciclo de Calvin y Benson para la fijacin de bixido de carbono.Hexosas de importanciaGlucosa es la fuente principal de energa y carbono para la mayora de los organismos. Tiene 6 C, 12 H y 6 O.

Su frmula es C6H12O6.

Tiene el grupo carbonilo en posicin terminal y se considera un aldehdo.Hexosas de importanciaFructosa es ismero de glucosa y es importante como intermedio en rutas catablicas.

Tiene el grupo carbonilo en el segundo carbono.

Es una cetona.

Galactosa forma parte de la lactosa.

Disacridos

Se forman por sntesis por deshidratacin cuando se unen dos molculas de monosacridos por enlaces covalentes.

Tienen importancia comn.Ejemplos de disacridosSucrosa (sacarosa) es la azcar de mesa y se utiliza para endulzar. Se compone de glucosa y fructosa. La caa y la remolacha son sus principales fuentes.

Lactosa es la azcar de la leche.Se compone de glucosa y galactosa.

Maltosa es la azcar de malta.Se compone de dos molculas de glucosa.

OligosacridosSon hidratos de carbono que consisten de cadenas cortas de menos de diez monosacridos.

Tienen importancia como molculas estructurales.

Son importantes en las membranas celulares.Polisacridos Son hidratos de carbono que consisten de cadenas de ms de diez monosacridos.

Sirven como molculas de reserva de carbono y energa.

Son molculas estructurales que dan soporte en las clulas y organismos.

La manera como se formen los enlaces entre los monosacridos determina sus propiedades. PolisacridosAlmidn es un polmero de glucosa que sirve como reserva en clulas vegetales. Sus molculas de glucosa se arreglan formando una estructura enrollada o torcida.

Un organismo lo puede utilizar como reserva de carbono y energa si tiene amilasa para hidrolizarlo.

Las plantas lo almacenan en las races, en los tallos o en las hojas.

PolisacridosGlucgeno es un polisacrido de reserva en clulas animales.

Los humanos lo almacenamos en las clulas del hgado y de los msculos.

Consiste de molculas de glucosa que se arreglan formando cadenas ramificadas.

PolisacridosCelulosa - es el compuesto orgnico ms abundante en la naturaleza. Es un polmero lineal.

Consiste de monmeros de glucosa y es una sustancia fibrosa insoluble en agua.

Es una molcula estructural de la pared celular de mayora de las clulas vegetales.

PolisacridosQuitina es un polisacrido modificado porque tiene nitrgeno en sus monmeros que son molculas de acetilglucosamina.

Es un componente estructural del exoesqueleto de artrpodos y de la pared celular de la mayora de los hongos.

N-acetilglucosaminaQuitina PolisacridosAgar es un heteropolisacrido complejo.

Es producido por algas marinas rojas y pardas.

Se utiliza en microbiologa como solidificante de medios de cultivo y sirve para preservar o dar suavidad a algunos alimentos.

La gran mayora de los organismos no tenemos las enzimas para hidrolizarlo y no lo podemos utilizar. Slo algunas bacterias y algunos hongos lo hidrolizan.

LPIDOS

Lpidos

Estn formados por los elementos: carbono, hidrgeno y oxgeno.

Sus monmeros son los cidos grasos y/o el glicerol que se unen por enlaces covalentes tipo ster.

Tienen una consistencia aceitosa o cerosa.

Son molculas no polares (hidrofbicas).

Funciones de los lpidos

Sirven principalmente como reservas de energa.

Son molculas estructurales de soporte.

Adems sirven como aisladores, para formar capas protectoras y para atraer insectos para la polinizacin de las flores.

En el cuerpo humano hay un 15-25 % de lpidos almacenados en los adipocitos. Tipos de lpidosLos lpidos es un grupo diverso de compuestos orgnicos que incluye:

los triglicridoslos fosfolpidoslos terpenos los glucolpidos

Los triglicridosSe conocen comnmente como grasas y sirven como reserva de energa.

Consisten de una molcula de glicerol unida a tres molculas de cidos grasos.

El glicerol tiene tres carbonos y un grupo hidroxilo (OH) unido a cada carbono.

Los cidos grasos tienen un esqueleto de tomos de carbono sin ramificar unido a tomos de hidrgeno y un grupo carboxilo (-COOH) que le da las propiedades de cido orgnico. Los triglicridosLas grasas se forman por sntesis por deshidratacin entre tres cadenas de cidos grasos y una molcula de glicerol; por esto se conocen como triglicridos.

Existen diferentes cidos grasos como por ejemplo: esterico, oleico y palmtico y por esta razn, hay diferentes tipos de grasas.

Las grasasCuando una grasa es hidrolizada para formar cidos grasos y glicerol, se libera ms energa (9 Caloras) que cuando se rompe una molcula de un hidrato de carbono (3.5 4 Caloras).

Esto se debe a la gran cantidad de enlaces de hidrgeno que tienen. Las grasasPor la cantidad de enlaces de hidrgeno se dividen en dos grupos:

saturadas

insaturadasGrasas saturadas Su esqueleto de carbono tiene todos sus electrones de valencia compartidos con tomos de hidrgeno en enlaces covalentes.

Las grasas animales como mantequilla, manteca y tocino son ejemplos de grasas saturadas.

Son slidas a temperatura de saln porque tienen un punto de fusin alto.

Grasas insaturadasSu esqueleto tiene enlaces dobles entre sus tomos de carbono.Tienen menos tomos de hidrgeno que las grasas saturadas.

Tienen un punto de fusin ms bajo y son lquidas a temperatura de saln.

Los aceites, que son grasas vegetales son insaturados.

Ceras

Son un tipo de grasas comn que son insolubles en agua.

Consisten de alcoholes de cadena larga unidos a cidos grasos de cadena larga.

Difieren de los triglicridos en que tienen alcoholes de ms de tres carbonos en vez de glicerol (3C).

Pueden ser slidas o aceitosas a temperatura de saln porque pueden ser saturadas o insaturadas.CerasSe pueden encontrar formando estructuras protectoras en plantas o animales.

la cutina que cubre y protege las hojas en plantas

la cubiertas grasosas de insectos, de las plumas de las aves, de la piel y del pelaje de animales Las ceras ayudan a las aves a flotar sobre el agua.

Se utilizan para preservar diferentes alimentos como las manzanas y la yuca.

Fosfolpidos

Los fosfolpidos se componen de una molcula de glicerol, dos de cidos grasos y un fosfato.

El terminal donde est el fosfato es hidroflico y el terminal donde estn los cidos grasos es hidrofbico.

Son el componente estructural principal de las membranas celulares.

El fosfato tiene una carga elctrica de 3 que le permite formar enlace con otro grupo funcional, como un compuesto nitrogenado.

Fig. 3.13ColinaFosfato GlicerolFatty acidsAgua (a) fosfolpido (lecitina)(b) Bicapa de fosfolpidos en membrana celularCola hidrofbicalCabezahidroflica

Glucolpidos

Son una combinacin de hidratos de carbono y lpidos.

Aparecen en las membranas celulares e intervienen en la comunicacin qumica intercelular.

Actan como lugares de recepcin en la membrana celular.

Lipoprotenas

Consisten de una molcula de lpido unida a una molcula de protena.

Son parte estructural de la membrana celular.

Forman lugares de recepcin para la comunicacin entre clulas.

Esteroides

Los esteroides son lpidos insolubles en agua.

Consisten de tomos de carbono que se arreglan formando cuatro anillos.

Existen diferentes tipos de esteroides:Hormonas sexualesEsterolesVitamina D o calciferolHormonas sexuales (corticoesteroides)Incluyen los estrgenos y los andrgenos que son las hormonas para la reproduccin sexual.

Se forman en la corteza renal.

Los esteroides anablicos usados para aumentar la masa muscular estn compuestos de testosterona sinttica. Su uso no es recomendable porque tienen efectos secundarios, como causar impotencia, leucemia, etc...

Esteroles

Los esteroles son un tipo de lpidos que tienen grupos hidroxilo unidos a los anillos.

El colesterol es el esterol ms comn y es bien importante porque es parte de la composicin de la membrana celular de clulas eucaritidas. ColesterolSe asocia con enfermedades del sistema cardiovascular, como la arteriosclerosis, en personas que ingieren una dieta alta en grasas.

El colesterol se une a las paredes de los vasos sanguneos y los endurece.

Las clulas del hgado pueden sintetizar colesterol a partir de grasas, sino el cuerpo lo toma ya formado de los alimentos.

Vitamina D

Es un esteroide soluble en grasa.

Promueve el crecimiento de los huesos, la mineralizacin y aumenta la absorcin de calcio en el cuerpo humano.

El aceite de bacalao, los huevos y productos lcteos son buenas fuentes.

Una deficiencia causa raquitismo en nios y osteomalacia en adultos.

Un exceso ocasiona vmitos, prdida de peso y daos renales.

Los terpenos

Son lpidos parecidos a los esteroides que se derivan de sustancias de cinco carbonos.

Son subunidades que se unen formando un polmero de cadena larga insoluble en agua que forma parte de la molcula de clorofila.CIDOS NUCLEICOS

Nucletidos Cada nucletido consiste de una base nitrogenada, una pentosa y un grupo fosfato.

La unin de una pentosa con una base nitrogenada se denomina nuclesido.

Funciones de los nucletidosSon parte estructural de los cidos nucleicos.

Sirven como transportadores de energa en la forma activada (trifosfatados) (ATP).

Forman parte de algunas coenzimas que transfieren electrones (NAD y FAD).

Funcionan con algunas hormonas en la comunicacin qumica (AMP cclico).Bases nitrogenadasLas bases se dividen en dos grupos:

Las purinas que estn formadas por dos anillos de carbono.

Son adenina y guanina.

Las pirimidinas que slo tienen un anillo.

Son citocina, timina y uracilo. PentosasLas pentosas de los cidos nucleicos son:

ribosa

desoxiribosa

NucletidosLos nucletidos de un cido nucleico slo varan en la base nitrogenada que tienen.

Existen cuatro nucletidos diferentes en cada cido nucleico.

stos se unen unos con otros por enlaces fosfodister en diferentes secuencias para formar las molculas de los cidos nucleicos que pueden variar entre una clula y otra. Enlaces entre nucletidosLos nucletidos se unen por enlaces fosfodister que se forman entre la azcar del ltimo nucletido en la cadena y el fosfato del prximo.

Esto forma una cadena alternada de azcar fosfato.Estructura del ADNEl ADN es una molcula doble con dos polinucletidos complementarios que se arreglan formando una hlice.

Los polinucletidos se unen entre si por enlaces de hidrgeno que se forman entre las bases que son complementarias. adenina con timina que se unen por dos enlaces guanina con citocina que se unen por tres enlaces

Las bases quedan en el centro de la molcula y las azcares alternan con los fosfatos de manera escalonada formando una molcula tridimensional.Unin de nucletidosLos nucletidos se unen por enlaces qumicos entre s para formar los polinucletidos.

Antes, son activados por energa que provee el ATP y se convierten en molculas trifosfatadas con dos enlaces de alta energa.

En la forma activada se pueden usar a nivel celular como transportadores de energa a corto plazo.

El ATP (trifosfato de adenosina) es el nucletido activado ms utilizado a nivel celular como transportador de energa.Comparacin entre ADN y ARNCaractersticaADNARNPolinucletidosDos UnoPentosaDesoxiribosaRibosaBases Timina Uracilo FuncinDetermina las Caractersticas genticasSntesis de protenasFormacinDuplicacin de ADNA partir de ADNTipos de ARNEl ARN se clasifica por su funcin en tres tipos: mensajero (ARNm) copia el cdigo gentico del ADN y lo lleva a los ribosomas para la sntesis de protenas.

ribosomal (ARNr) - es componente estructural de los ribosomas.

de transferencia (ARNt) lleva los aminocidos a los ribosomas para la sntesis de protenas.PROTENASProtenasTienen los elementos: carbono, hidrgeno, oxgeno, nitrgeno y azufre.

Sus monmeros se conocen como aminocidos.

Son las biomolculas ms abundantes en las clulas.AminocidosExisten veinte aminocidos esenciales que se unen para formar polmeros como las protenas y los pptidos.

Cada aminocido tiene cinco partes: un tomo de carbono centralun grupo amino terminalun grupo carboxilo terminal en el extremo contrarioun tomo de hidrgeno un grupo o radical R (que es el resto de la molcula) - es la parte que vara entre un aminocido y otro.

Enlaces en las protenasLos enlaces que unen los aminocidos en cadenas se conocen como enlaces peptdicos.

Se forman por sntesis por deshidratacin entre el grupo carboxilo (COOH) del ltimo aminocido en la cadena que provee un OH- y el grupo amino (NH2) del prximo aminocido que pierde un H+.

La unin de dos aminocidos forma un dipptido y la unin de muchos forma un polipptido.

Una protena es un polipptido de ms de 50 molculas de aminocidos.Diferencias entre protenasLas protenas difieren entre s en: el nmero total de molculas de aminocidos

la secuencia de aminocidos en las cadenas

la cantidad de cada aminocido

el nmero de cadenas de aminocidos

en el nivel de organizacin que tengan ProtenasSon el componente estructural ms abundante en las clulas.

Son molculas funcionales importantes a nivel celular.

Su funcin depende de su estructura.

El nivel de organizacin determina la funcin biolgica de una protena.

Su forma o configuracin determina cmo interactan qumicamente.

Cuatro niveles de organizacin en las protenas

estructura primaria

estructura secundaria

estructura terciaria

estructura cuaternariaEstructura primaria Se refiere a la secuencia lineal de los aminocidos en una protena.

Es la estructura ms simple de una protena.

Estructura secundaria Se forma cuando una protena se dobla o se enrrolla en el espacio.

Cuando se forma una protena, se forman enlaces de hidrgeno entre cada cuarto aminocido en la cadena.

En algunas molculas, esto ocasiona una forma circular escalonada conocida como patrn helicoidal.

Las protenas fibrosas, como la queratina, slo tienen estructuras primaria y secundaria.

Estructura terciaria Es una estructura tridimensional que se forma cuando algunas protenas se doblan hacia atrs sobre si mismas.

Los grupos R en la molcula interaccionan entre si o el esqueleto de carbono se dobla creando la estructura tridimensional permanentemente.

Se conocen como protenas globulares.

Estructura cuaternariaSe forma cuando dos o ms cadenas de polipptidos globulares individuales interactan y se tuercen entre si para formar una molcula de protena.

La hemoglobina tiene una estructura cuaternaria formada por cuatro cadenas polipptidas.

Protenas de importancia biolgicaEnzimasLas enzimas son catalizadores orgnicos biolgicos que intervienen en las reacciones qumicas.

Reducen la energa de activacin de las reacciones metablicas acelerando su velocidad.

Son bien especficas para el sustrato sobre el cual actan y para la reaccin que catalizan.EnzimasSe componen principalmente de una protena que es la que le confiere la especificidad.

Requieren una temperatura y un pH ptimos para que reaccionen.

Son reutilizables porque se liberan inalteradas de la reaccin en condiciones normales.

Cada clula forma sus propias enzimas en pequeas cantidades cuando las necesitan.

Hormonas

Son protenas producidas por glndulas, tejidos o clulas especializadas en animales.

Son producidas en reas especiales de las plantas.

Intervienen en la homeostasis de los organismos.Protenas estructuralesQueratina es el componente estructural del pelo, las uas, las pezuas y otras estructuras animales.

Actina es una protena contrctil en el citoplasma que forma parte de los microfilamentos del citoesqueleto y del sarcmero de los msculos.

Protenas estructuralesMiosina es una protena contrctil de los msculos.

Colgeno es una protena estructural del tejido conjuntivo que da elasticidad.