Capítulo 5: BIOMOLÉCULAS

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1 Capítulo 5: BIOMOLÉCULAS De qué están hechas las células? Al analizar los átomos y moléculas presentes en las células, se observa que todas ellas se asemejan: una gran proporción es agua; el resto es un conjunto muy heterogéneo, en el que se incluyen Iones (átomos con carga): los más abundantes son Na + (sodio), K + (potasio), Ca +2 (calcio) Moléculas inorgánicas: además de H 2 O (agua), suelen estar presentes CO 2 (dióxido de carbono), O 2 (oxígeno) y diversas sales, por ejemplo Compuestos o moléculas orgánicos: es el grupo más diverso en cuanto a tamaños, formas y propiedades. La composición química de las moléculas orgánicas es limitada: prácticamente toda la materia orgánica está formada por átomos de solo cinco elementos: carbono C, hidrógeno H, oxígeno O, nitrógeno N y fósforo P. Estos pueden ser lineales, ramificados o cíclicos. Todas estas moléculas orgánicas suelen agruparse en un gran subconjunto: el de las moléculas orgánicas biológicas, denominadas así porque son características de los seres vivos. Los principales grupos son los siguientes Hidratos de carbono o polisacáridos Todos los hidratos de carbono están compuestos por tan solo tres elementos: carbono, oxígeno e hidrógeno. Los más pequeños son llamados azúcares simples o monosacáridos, y las células suelen emplearlos como fuente de energía inmediata. La glucosa es un componente fundamental para la respiración celular de los seres vivos, ya que es degradada para obtener energía. La glucosa es un monosacárido compuesto por seis átomos de carbono, doce de hidrógeno y seis de oxígeno C 6 H 12 O 6 Ciertos monosacáridos tienen la capacidad de unirse a otros monosacáridos iguales o semejantes, de modo que forma cadenas de diversa longitud y grado de ramificación. La unión entre monosacáridos se denomina unión glicosídica. El azúcar común o sacarosa está compuesta por dos monosacáridos (glucosa y fructosa) unidos entre sí, por lo tanto es un disacárido. 1

2 Los hidratos de carbono formados por la unión de muchos monosacáridos se denominan polisacáridos. El glucógeno es un hidrato de carbono formado por la unión de miles de glucosa: Su función es, precisamente, ser una reserva de moléculas de glucosa para los momentos en los que la célula no disponga de glucosa libre. Se lo encuentra en las células animales. La molécula de glucógeno no posee un número definido de glucosa y se diferencia de otros polisacáridos por el tipo de ramificación que presentan sus cadenas. Otros polisacáridos relevantes son: - El almidón se lo encuentra en plantas y algas, y cumple la misma función que el glucógeno, ciertas estructuras de la planta se especializan en acumular almidón en sus células. Por ejemplo, los turbéculos (papa, batata, etc.) están compuestos casi en su totalidad por almidón y agua. 2

3 - La celulosa es el principal componente de las paredes celulares de plantas y algas, por lo que se dice que cumple una función estructural. Las moléculas de glucosa se disponen en cadenas lineales que, a su vez, se entrelanzan formando redes. Estas redes que rodean a la célula le proporcionan sostén. Es la responsable de la rigidez de los tallos y troncos; además, es el principal componente de la madera. Aminoácidos y proteínas Las proteínas son grandes moléculas capaces de desempeñar un inmenso número de funciones. Las enzimas, las hormonas, los anticuerpos, los filamentos contráctiles de los músculos son proteínas. Cada proteína posee una forma particular que determina su función. Los aminoácidos son moléculas orgánicas relativamente pequeñas. Existen en la naturaleza algo de veinte aminoácidos diferentes. Todos presentan en su composición química: el nitrógeno N, además de carbono C, hidrógeno H y oxígeno O. Algunos aminoácidos presentan azufre S. R indica cualquier grupo funcional formado por otros átomos. En su estructura, se distingue una porción común a todos ellos y otra propia de cada uno (grupo R). Una propiedad de estas moléculas es su capacidad para unirse en largas cadenas (no ramificadas). El enlace 3

4 covalente entre dos aminoácidos se denomina unión peptídico, y la molécula resultante de esta unión de dos o más aminoácidos se denomina péptido. Una cadena formada por muchos aminoácidos es un polipéptido o proteína. Los átomos que conforman estas cadenas interactúan y establecen uniones débiles no covalentes entre ellos. De este modo, la cadena se pliega en el espacio y adopta una forma particular. Cada polipéptido se pliega de un modo diferente, según los aminoácidos que lo constituyen, La forma que adopta le confiere una función específica. Tal es la principal característica de las proteínas. Algunos ejemplos de proteínas con funciones importantes son: Enzimas Los procesos metabólicos que se llevan a cabo en todas las células no serían posible sin la presencia de enzimas: estas proteínas son las responsables de que ocurran las reacciones químicas dentro de los seres vivos: Cada enzima reconoce los sustratos de una reacción química determinada y los transforma en productos correspondientes: Entonces existe un tipo de enzima específica para cada tipo de de reacción. Esto es así gracias a que cada una posee una región en la que se produce la transformación de los sustratos en productos llamado sitio activo. Se dice que las enzimas catalizan las reacciones biológicas. 4

5 Hemoglobina Es una proteína que se encuentra en la sangre, dentro de los glóbulos rojos, y su función es captar moléculas de oxígeno en los órganos respiratorios y transportarlas hasta alguna célula del organismo. Está formada por cuatro polipéptidos, cada uno de los cuales posee un sitio de unión al oxígeno, es decir, que la hemoglobina completa es capaz de transportar hasta cuatro moléculas de oxígeno. Anticuerpos Son proteínas que forman parte del sistema inmune. Posee una región que puede reconocer otras moléculas, pero a diferencia de las enzimas, no transforman esas moléculas, sino que permanecen unidas a ellas inactivándolas. Existen infinidad de anticuerpos dentro del organismo y, sin embargo, reconocen solamente moléculas extrañas, es decir, ajenas al ser vivo. Nucleótidos y ácidos nucleicos El ADN o ácido desoxirribonucleico es la molécula orgánica más grande; su importancia reside en que contiene la información genética de las células, es decir, las instrucciones para que se lleven a cabo los procesos metabólicos. Además, posee la propiedad de duplicarse, es decir, hacer copias de sí mismos. Esto es de fundamental importancia para la reproducción. La forma más simple de reproducción de las células consta de dos pasos: primero, la célula duplica su ADN, y luego se divide en dos, llevando cada célula hija una copia del ADN original. Los nucléotidos son moléculas orgánicas que poseen en su estructura una región constante y otra variable. Los elementos químicos que lo forman son: C carbono, H hidrógeno, O oxígeno, N nitrógeno, P fósforo, Existen unos pocos nucleótidos distintos de los cuales cuatro participan en la estructura del ADN. Ellos se diferencian en una porción de la molécula, llamada genéricamente base nitrogenada. Entonces, se lo nombra según la base nitrogenada que posean: nucleótidos de adenina, timina, guanina y citosina (o en forma abreviada A, T, G y C). 5

6 Los nucleótidos se unen entre sí de manera similar a los aminoácidos: forman largas cadenas no ramificadas. La unión entre nucleótidos se denomina unión fosfodiéster. El ADN está compuesto por dos cadenas de nucleótidos, enrolladas entre sí en forma de doble hélice. Las letras del abecedario se combinan para formar palabras y del mismo modo, los nucléotidos del ADN se combinan en larguísimas secuencias para constituirla información genética de cada célula. Esta 6

7 información consiste en instrucciones para la síntesis de proteínas. En efecto, la secuencia de nucleótidos del ADN es un gran manual de instrucciones que indica qué aminoácidos y en qué orden deben unirse para formar las proteínas de la célula. Entonces, la información genética está escrita en un lenguaje (la secuencia de nucleótidos del ADN) que debe ser traducido a otro (la secuencia de aminoácidos de las proteínas). Además del ADN, otro ácido nucleico está presente en las células: el ARN o ácido ribonucleico. Se diferencia del ADN en que es una cadena lineal única y posee los nucleótidos adenina A, guanina G, citosina C y uracilo U. Existen varios tipos de ARN que cumplen diferentes funciones. La mayoría de ellos participa en la síntesis de proteínas. Hasta aquí se analizaron la estructura y las funciones de tres grandes grupos de moléculas biológicas que son diferentes y los monosacáridos, los aminoácidos y los nucleótidos se unen para formar polisacáridos, polipéptidos (o proteínas) y ácidos nucleicos respectivamente. En forma genérica, los biologos denominan a los primeros monómeros y a los segundos polímeros. Lípidos Existe un conjunto muy heterogéneo de moléculas orgánicas biológicas que comparten solo una característica: no presenta cargas en su superficie, o las presenta en baja proporción. Esto determina que rechacen al agua, por lo que no pueden disolverse en un medio acuoso. Algunos lípidos relevantes son: Triglicéridos Son los aceites y las grasas que contienen tres cadenas carbonadas unidas a otra de tres átomos de carbono. Las grasas son propias de los animales y los aceites de los vegetales. Cumplen diversas funciones como reserva de energía y que luego se usa para la obtención de energía luego de agotados los hidratos de carbono. También sirven como aislante térmico (grasa subcutánea). Fosfolípidos Son moléculas similares a las anteriores, poseen dos cadenas carbonadas y, en lugar de la tercera, un grupo de átomo llamado grupo fosfato, el cual se distingue por tener cargas. Entonces, la molécula presenta dos regiones: una que rechaza al agua (las colas carbonadas) y otra que no (el grupo fosfato o cabeza ). Los fosfolípidos constituyen las membranas celulares. 7

8 Esteroides Son el colesterol, algunas vitaminas y algunas hormonas. Ceras Por ejemplo la que producen y usan las abejas para construir sus panales. Terpenos Son moléculas pequeñas de las cuales derivan otras, como algunas vitaminas y los pigmentos vegetales. El más abundante de estos pigmentos es la clorofila. TRABAJO PRÁCTICO N º: 5 1. Para cada elemento de la lista, indica qué frase o frases le corresponden. Por ejemplo, para ADN le corresponde la frase a (puede ser una frase o más para cada elemento) proteínas ADN glucosa grasas clorofila celulosa hemoglobina aminoácidos fosfolípidos a. Interviene en la síntesis de proteínas b. Son los sustratos para la síntesis de proteínas c. Poseen una región que presenta cargas y otras que no las presenta d. Es el constituyente principal de las paredes celulares vegetales e. Forman las membranas bilógicas f. Tiene la capacidad de duplicarse g. Transporta oxígeno en la sangre de los vertebrados h. Es el principal pigmento fotosintético i. Cumplen funciones de reserva de energía de todas las células j. Son polímeros de aminoácidos 2. Explica cómo se comportarán (si se disuelven) en medio acuoso las siguientes biomoléculas: un fosfolípido, una cera, un disacárido (como el azúcar), un ácido graso. 3. La amilasa es una enzima que degrada al almidón presente en los alimentos a. Qué tipo de molécula orgánica o macromolécula es la amilasa? b. Cuál es la función de esta enzima? 4. La mayor parte de los lípidos ingeridos son triglicéridos, por ello, si tenemos una dieta con elevado contenido graso, este tipo de grasa aumentará en el organismo causando hipertrigliceridemia, lo cual representa un verdadero riesgo cardiovascular. Por qué te parece? 5. La glucosa tiene por fórmula C 6 H 12 O 6. Expresa en gramos la masa correspondiente a mil millones de moléculas 8

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