Sábado 24 abril 2012 Ciencias - Biología. Aldo Gárate Soto BIOMOLÉCULAS Aminoácidos y Proteínas. Los aminoácidos son compuestos orgánicos que poseen un grupo amino (NH 2 ), un grupo carboxilo (COOH), un hidrógeno (H), y un grupo radical (R) en su estructura enlazados al carbono α. El grupo radical (R) le otorgará su función específica-particular al aminoácido. Aminoácidos esenciales: treonina, metionina, lisina, valina, leucina, isoleucina, histidina, fenilalanina y triptófano. Clasificación de los aminoácidos. A ph=7,4 (fisiológico), los grupos amino están protonados y los ácidos carboxílicos están desprotonados. Las moléculas como los aminoácidos que tienen grupos cargados de polaridad opuesta, se conocen como iones bipolares o formas Zwitterion. Estas moléculas llamadas aminoácidos (aa.) químicamente formadas por C, H, O y N, aunque dos de ellos poseen S. Existen numerosas variedades de aminoácidos, pero solo 20 tipos forman las proteínas. De ellos, existen 9 que no son fabricados por el hombre, los que denominamos aminoácidos esenciales. Avenida Baquedano Nº 860 Paine, Santiago. preupopularfc@gmail.com www.preufragmentoscomunes.wordpress.com 1
Enlace Peptídico. La condensación de aminoácidos para formar una molécula proteica, se produce de tal modo que el grupo carboxilo (-COOH) de un aa. se combina con el grupo amino (-NH 2 ) del aa. adyacente con pérdida simultánea de una molécula de agua. De esta forma se constituye el enlace peptídico de tipo amida. Clasificación de las proteínas. Existen distintos criterios para clasificar las proteínas. Estos criterios no son excluyentes y pueden usarse combinados. 1.- Según composición química. Simples: La que están formadas solo por aa. Ej: insulina, colágeno, albuminas. Conjugadas: Aquellas cuya constitución participan otras moléculas además de los aa. denominados grupos proteicos. Ej: lipoproteínas, glicoproteínas, nucleoproteínas (con ác. nucleico), y cromoproteínas (con un pigmento, tal como la hemoglobina con hierro). 2
2.- Según su estructura química. Globulares: Proteínas esféricas solubles en agua. Ej: insulina, hemoglobina. Estructura Secundaria: Configuración regular local de la proteína producida por enlaces entre los átomos de la columna vertebral polipeptídica. La secundaria puede presentarse como α hélice o como β hoja plegada. Estas estructuras se estabilizan por la presencia de puentes de hidrogeno, entre el hidrógeno enlazado al átomo de nitrógeno de un enlace peptídico, y el oxígeno del grupo carbonilo del 4 aa. hacia el extremo amino terminal. HEMOGLOBINA. R Fibrilares: Proteínas en forma de fibra muy resistente, insolubles en agua. Ej: colágeno, actina, miosina. R COLAGENO. Organización estructural de las proteínas. Estructura Primaria: Secuencia de los aa. en una proteína. β hoja plegada. 3
Estructura Terciaria: Comprende el arreglo tridimensional de todos los átomos en la proteína, no solo de los aa. adyacentes, sino de aa. que estén muy alejados en la secuencia aminoacídica. Comprende la interacción entre diferentes tipos de estructura secundaria. Piruvato Kinasa. Estructura Cuaternaria: Organización derivada entre la interacción de de dos o más cadenas polipeptídicas. Funciones de las proteínas. Las proteínas cumplen funciones muy variadas en los seres vivos, tanto en el ámbito celular como al nivel del organismo multicelular. Las principales funciones son: Estructural: Las proteínas son constituyentes de las membranas plasmáticas celulares, del citoesqueleto, de tejidos de soporte (conectivo), los músculos, las uñas, el pelo y la piel en otras. Enzimas: El 98% de las enzimas son proteínas. Participan acelerando las reacciones bioquímicas del organismo. Hormonas: Las hormonas son moléculas que llevan señales desde y hacia distintas partes del organismo. Pueden presentar dos naturalezas: Proteica o lipídica. Ej. de hormonas proteicas: Tiroxina e Insulina. 4
Transporte: Pueden actuar como transportadores biológicos, moviendo otras sustancias de un lado a otro. Ej. Hemoglobina. Canales de membrana: También pueden funcionar como túneles que transportan sustancias a través de las membranas biológicas. Ej. canal de Na + Energética: Aunque no es función primordial de las proteínas, el organismo solo en ocasiones especiales, utiliza a las proteínas como fuente de energía. En condiciones normales son los carbohidratos y luego los lípidos, las principales fuentes de energía. Si por alguna razón estos ya no estuvieran, se degradarían las proteínas. Carbohidratos. Los monosacáridos Son los hidratos de carbono más simples, están compuestos por una cadena de átomos de carbono con, hidrógeno y oxígeno enlazados de acuerdo a la proporción de 1 carbono: 2 hidrógeno: 1 oxígeno (CH2O)n. Su nomenclatura tiene relación al número de C que presentan: 3C = triosa 4C = tetrosa 5C = pentosa Los monosacáridos son inestables por naturaleza, para estabilizarse, se ciclan, para esto los grupos aldehídos o cetonas reaccionan con un hidroxilo de la misma molécula convirtiéndola en anillo. Las hexosas se ciclan en anillo piranóbico y las pentosas en anillo furanóbico. 5
Funciones de los carbohidratos. Energética: Combustible de uso rápido e inmediato (fermentación, respiración). Estructural: Paredes celulares: bacterias, hongos, plantas. Matriz de los tejidos mesodérmicos; estructuras de sostén en vertebrados (huesos, cartílagos y tendones) Informativa: Funciones de reconocimiento en superficie a través de glicoconjugados mensajeros intracelulares Otros: - Componentes estructurales de las paredes celulares bacterianas. - Componente de la quitina, polímero encontrado en el exoesqueleto de insectos y crustáceos. - Unidad estructural principal del condroitinsulfato, componente de los cartílagos. - Componente de las glicoproteínas y glicolípidos. 6
Los Polisacáridos: están formados por monosacáridos unidos entre sí formando largas cadenas. Algunos polisacáridos constituyen una reserva de azúcar. El almidón, que está formado por moléculas de glucosa, es el polisacárido de reserva de las plantas y el glicógeno lo es de bacterias y animales. Estos hidratos de carbono deben hidrolizarse antes de ser utilizados como fuente de energía. Lípidos. Los Disacáridos: Están compuestos por dos monosacáridos. La unión de los monosacáridos implica la pérdida de una molécula de agua por cada par de moléculas de monosacáridos. Estas moléculas pueden separarse por hidrólisis (la adición de una molécula de agua en cada enlace) para formar nuevamente las unidades monosacáridas. Los lípidos son un conjunto heterogéneo de biomoléculas que se caracterizan por ser insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos como el benceno, cloroformo y éter. Los Oligosacáridos: Se ha establecido arbitrariamente un límite de 20 unidades para definir a los oligosacáridos. Por encima de este valor se habla de polisacáridos. Se hallan unidos a lípidos y proteínas, formando glicolípidos y glicoproteínas. Los oligosacáridos son parte integrante de los glicolípidos y glicoproteínas que se encuentran en la superficie externa de la membrana plasmática y por lo tanto tienen una gran importancia en las funciones de reconocimiento celular. Están constituidos por C, H y O, y en menor medida por N, P, S. Los lípidos pueden unirse a carbohidratos formando glicolípidos. También se encuentran comúnmente asociados con proteínas en las membranas biológicas. Los lípidos son los únicos compuestos pertenecientes a las cuatro biomoléculas principales (proteínas, carbohidratos, ácidos nucleicos y lípidos) que no forman polímeros. Clasificación de los lípidos. 1) Grasas Neutras: Están formadas por una molécula de glicerol (un polialcohol) unido con uno, dos o tres ácidos grasos (cadena alifática larga, hidrofóbica, con una cabeza de ácido carboxílico). 7
Pérdida de una molécula de agua por cada ác. graso que se une al glicerol. Las grasas neutras están formadas por: Glicerol + Ác. grasos. Algunos de los ácidos grasos necesarios para nuestro organismo, no los podemos sintetizar, por lo tanto es esencial consumirlos en la dieta. Debido a ello, estos ácidos grasos se denominan ácidos grasos esenciales. Las largas cadenas hidrocarbonadas que componen a los ác. grasos terminan en grupos carboxilos (-COOH), que se unen covalentemente a una molécula de glicerol. Las propiedades físicas de una grasa, como por ejemplo su punto de fusión, están determinadas por las longitudes de sus cadenas de ác. grasos y dependen también de si las cadenas son saturadas, es decir, si las cadenas de ác. grasos presentan enlaces simples entre los carbonos, o insaturadas, donde estas presentan dobles enlace entre los carbonos. Las cadenas rectas de los ác. grasos saturados permiten el empaquetamiento de las moléculas, produciendo un sólido como la manteca. Mientras que los ác. grasos insaturados, los dobles enlaces provocan que las cadenas se doblen, esto tiende a separar las moléculas, produciendo un líquido como el aceite. 8
2) Fosfolípidos: Los fosfolípidos son lípidos complejos. Están constituidos por una molécula de glicerol, dos moléculas de ác. grasos y un grupo fosfato que lleva frecuentemente otros átomos que contienen nitrógeno (por ejemplo colina, que esta presente en las membranas biológicas). 3) Esteroides: Son un grupo variado de moléculas que comparten con los lípidos básicamente, su característica de ser insolubles en agua. Entre los esteroides de importancia biológica se encuentran, las hormonas sexuales, las hormonas secretadas por la corteza suprarrenal, y las sales biliares. El colesterol es un importante componente de las membranas de células animales y de la vaina de mielina de las neuronas. En ciertos casos, el colesterol forma depósitos en los revestimientos internos de los vasos sanguíneos, lo que puede causar un bloqueo de estos y reducir su elasticidad, haciendo a las personas susceptibles de sufrir hipertensión, ataques cardiacos y apoplejía. Ejemplos de Esteroides. Los fosfolípidos se caracterizan principalmente por ser anfipáticos, es decir, las colas formadas por ác. grasos son hidrofóbicas (escapan del agua) mientas que la cabeza con fosfato es hidrofílica (puede interactuar con el agua). Esta propiedad les permite formar micelas o bicapas lipídicas. 9
Funciones de los Lípidos. 1) Energética: La principal función de los lípidos es servir como almacén de energía. Los lípidos especialistas en el almacenamiento de energía son los triglicéridos, los cuales se acumulan en las células adiposas (adipocitos). 3) Hormonas lipídicas (o esteroidales): Las hormonas son moléculas que llevan señales desde y hacia distintas partes del organismo. Las hormonas pueden presentar dos naturalezas: proteica o lipídica. Para el caso de las hormonas lipídicas, éstas son esteroides, como por ejemplo las hormonas sexuales. 2) Constituyente primordial de las membranas biológicas: Los fosfolípidos son los principales constituyentes de las bicapas lipídicas debido a su característica anfipaticidad. Además, es posible encontrar esteroides en las membranas, como el colesterol, los que contribuyen a la a la fluidez de las mismas. 4) Aislante y Protección: Además de servir como reservorio energético para los periodos de ayuno o de aporte insuficiente, las grasas sirven de aislante térmico permitiendo soportar mejor las bajas temperaturas y también cumple la función de relleno amortiguador de golpes. 10
Ácidos Nucleicos. Los ác. nucleicos son las moléculas que aportan las información genética. Están construidos por C, H, O, N y P. Al igual que las proteínas y algunos carbohidratos, los ác. nucleicos son moléculas poliméricas, donde su monómero de denomina nucleótido. También existen los nucleósidos. Nucleósido = Pentosa + Base Nitrogenada Nucleótido = Pentosa + Base Nitrogenada + Grupo Fosfato. Los grupos fosfato están presentas tanto en ADN como en ARN. Las pentosas (carbohidratos de 5 carbonos) pueden ser de dos tipos: Desoxirribosa en el ADN y Ribosa en el ARN. Las bases nitrogenadas pueden ser de dos tipos: Purinas o Pirimidinas Existen dos tipos de ác. nucleicos: ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido desoxirribonucleico) Adenina (A): Presente en ADN y ARN Guanina (G): Presente en ADN y ARN Citosina (C): Presente en ADN y ARN Timina (T): Exclusivo del ADN Uracilo (U): Exclusivo del ARN Nota: Podemos considerar a U como equivalente de T de los ARNs. 11
El ADN. El ADN es la molécula que guarda la información genética. Éste es capaz de formar una doble hélice, debido a que las bases nitrogenadas de una hebra pueden interactuar con las bases nitrogenadas de la otra hebra. Esta interacción se realiza por medio de puentes de Hidrógeno (H) y es específica. Así Adenina interactua con Timina (o Uracilo si correspondiera) mediante dos puentes de H, y Citosina lo hace con Guanina mediante tres puentes de H. Los nucleótidos se unen entre si mediante un enlace denominado enlace fosfodiester (análogo en función al enlace peptídico y al glucosídico), el cual se forma entre el fosfato, un nucleótido, y un grupo OH de la pentosa del nucleótido siguiente, permitiendo que de la unión del fosfato y el grupo OH se desprenda una molécula de agua. Esto permite formar los ác. nucleicos. Doble hélice de ADN. 12
El ARN. El ARN como hebra simple, es una molécula encargada de mover la información desde el ADN y permitir la síntesis de proteínas, entre otras funciones. Existen varios tipos d ARN: 1) ARNm (ARN mensajero): ARN que copia la información del ADN y que permite utilizarla para sintetizar proteínas, principalmente. 2) ARNt (ARN de transferencia): Participa en la síntesis de proteínas como un transportador de aminoácidos. 3) ARNr (ARN ribosomal): ARN que, junto con algunas proteínas, forma parte de los ribosomas. Los ribosomas son la maquinaria encargada de la síntesis previa de proteínas Hebra simple de ARN. Cuadro Resumen: Principales diferencias. ADN ARN Fosfato Presente Presente Pentosa Desoxirribosa Ribosa Bases A, T, G, C A, U, G, C Nitrogenadas Doble Hélice Presente Ausente 13