03 las biomoleculas

átomo

Número de electrones

Desemparejados(en rojo)

Número completo

de electrones de la última capa

H molecular

Agua

Amoníaco

Metano

Sulfuro dehidrógeno

Ácidofosfórico

Hidroxilo(Alcohol)

Carbonilo(Aldehído)

Carbonilo(Cetona)

Carboxilo

Metilo

Etilo

Fenilo

Amino

Amido

Guanidino

Imidazol

Sulfhidrilo

Disulfuro

Fosoforilo

Éster

Tioéster

Éter

Anhidrido(2 ácidos

carboxílicos)

Anhidridomixto

( ácidoscarboxílico y

fofórico;acil fosfato)

Fosfoanhidro

Hidroxilo(Alcohol)

Carbonilo(Aldehído)

Carbonilo(Cetona)

Carboxilo

Metilo

Etilo

Fenilo

Amino

Amido

Guanidino

Imidazol

Sulfhidrilo

Disulfuro

Fosforilo

Ester

Tioester

Éter

Anhídrido(dos ácidos

carboxílicos)

Anhídridomixto(ácidos

carboxílico yfosfórico;

también llamadoacil fosfato)

Fosfoanhidro

hidroxilmetil fenil

hidroxiloss-amino

Epinefrina

tioéster amidometil

amido

metil

fosfoanhidrido

imidazol

hidroxil

fosforilo

Acetil Coenzima A

Histidina

amino

carboxil

imidazol

Histidina

amino

carboxil

imidazol

hidroxil

metilfenil

hidroxilos

s-amino

Epinefrina

tioester amido

metil

amido

metil

fosfoanhidrido

imidazol

hidroxil

fosforilo

Acetil Coenzima A

Radios de Van der Waals y Covalentes (enlaces simples) de algunos elementos*

Radio de Radio de enlace Elemento Van der Waals (nm) covalente simple (nm)

H 0.1 0.030

O 0.14 0.074

N 0.15 0.073

C 0.17 0.077

S 0.18 0.103

P 0.19 0.110

I 0.22 0.133

Tabla 3-1

* El radio de Van der Waals describe el espacio ocupado a nivel atómico por los enlaces. Cuando dos átomos se unende forma covalente, el radio atómico en el punto de enlace es menor que el radio de Van der Waals, porque la uniónentre átomos se acorta por el par de electrones compartidos. La distancia entre los núcleos en una interacción de Van der Waals equivale, aproximadamente, a la suma de los radios de un enlace covalente. El tamaño del enlace simple carbono-carbono es 0.077 nm + 0.077 nm = 0.154 nm.

Ácido Maléico (cis) Ácido Fumárico (trans)

11-cis-Retinal trans-Retinal

luz

(a)

(b)

Ácido Maléico (cis) Ácido Fumárico (trans)

(a)

11-cis-Retinal trans-Retinal

(b)

luz

Imagenespecular

de lamolécula

real

moléculareal

Moléculaquiral:al rotar la molécula no se superponea su imagenespecular

Imagenespecular

de lamolécula

real

Moléculaaquiral:al rotar la moléculase superponea su imagenespecular

moléculareal

A

A

A

A

A

A

B

B

BB

B

B

Y

Y

Y

X

X

X

X

X

X

X

X

X

(a) (b)

Imagenespecular

de lamolécula

real

moléculareal

Moléculaquiral:al rotar la molécula no se superponea su imagenespecular

(a)

A

A

AY

Y

Y

BB

X

X

X

Imagenespecular

de lamolécula

real

moléculareal

Moléculaaquiral:al rotar la moléculase superponea su imagenespecular

(b)

A

A

A

B

B

B

XX

X

X

X

X

Enantiómeros (imágenes especulares) Enantiómeros (imágenes especulares)

Diastereómeros (imágenes no especulares)

Sentido horario(R)

Sentido contrahorario(S)

(2R,3R)- ácido tartárico(dextrógiro)

(2S,3S)- ácido tartárico(levógiro)

En

ergí

a P

oten

cial

(k

J/m

ol)

Ángulo de torsión (grados)

Alineado

Rotado

12

8

4

0

0 60 120 180 240 300 360

12.1kJ/mol

(R)-Carvona(hierbabuena)

(S)-Carvona(alcaravea)

L-Aspartil-L-Fenilalanina metil éster(aspartamo) (edulcorante)

L-Aspartil-D-Fenilalanina metil éster(amargo)

(R)-Carvona(hierbabuena)

(S)-Carvona(alcaravea)

(a)

L-Aspartil-L-Fenilalanina metil éster(aspartamo) (dulce)

L-Aspartil-D-Fenilalanina metil éster(amargo)

Electronegatividad de algunos elementos

Elemento Electronegatividad*

F 4.0

O 3.5

Cl 3.0

N 3.0

Br 2.8

S 2.5

C 2.5

I 2.5

Se 2.4

P 2.1

H 2.1

Cu 1.9

Fe 1.8

Co 1.8

Ni 1.8

Mo 1.8

Zn 1.6

Mn 1.5

Mg 1.2

Ca 1.0

Li 1.0

Na 0.9

K 0.8

Tabla 3-2

• Cuanto mayor sea el número, más electronegativo es el elemento (mayorafinidad por los electrones)

Energía de los enlaces comunes en las biomoleculas

Energía de disociación Energía de disociaciónTipo de enlace de enlace* (kJ/mol) Tipo de enlace de enlace (kJ/mol)

Enlace Simple Enlace Doble

O — H 461 C = O 712

H — H 435 C = N 615

P — O 419 C = C 611

C — H 414 P = O 502

N — H 389

C — O 352 Triple enlace

C — C 348 C C 816

S — H 339 N N 930

C — N 293

C — S 260

N — O 222

S — S 214

Tabla 3-3

* Energía necesaria para disociar el enlace (rotura). Fortaleza del enlace.

——————

Alcano

Alcohol

Aldehído

Ácido carboxílico

Dióxido de carbono

Lactato PiruvatoLactato

deshidrogenasa

Escisiónhomolítica

Escisiónheterolítica

Radical carbono

Carboanión Carbocatión

Algunos grupos funcionales activos en los Nucleófilos*

Agua

Ión Hidroxilo

Hidroxil (alcohol)

Alcoxil

Sulfhidrilo

Sulfuro

Amino

Carboxilato

Imidazol

Ortofosfato inorgánico

Tabla 3-4

• Enumerados en orden decreciente

• de fuerza. Algunos de ellos más débiles en los neutrófilos.

Gruposaliente

Nucleófilo

(a) Reacción SN1 (b) Reacción SN2

Carbocatiónintermediario

Configuraciónsimilar

Intermediariopentacovalente

Configuracióninvertida

(a) Reacción SN1

Carbocatiónintermediario

Configuraciónsimilar

(b) Reacción SN2

Intermediariopentacovalente

Configuracióninvertida

Glucosa-6-fosfato Fructosa-6-fosfato

(a)

(b)

Fosfohexosaisomerasa

1 B1 extrae un protón.

2 Esto permite la formación de un doble enlace C = C.

3 Electrones del carbonilocrean un enlace O — Hcon el protón.

5 Un electrón dejael enlace C = C paraformar uno C — C y cede un protón a B1.

4 B2 extrae un protón,permitiendo laformación de unenlace C = C.

Intermediario de Enediol

Glucosa-6-fosfato Fructosa-6-fosfato

Fosfohexosaisomerasa

(a)

(b)

1 B1 extrae un protón.

2 Esto permite la formación de un doble enlace C = C.

3 Electrones del carbonilocrean un enlace O — Hcon el protón.

5 Un electrón dejael enlace C = C paraformar uno C — C y cede un protón a B1.

4 B2 extrae un protón,permitiendo laformación de unenlace C = C.

Intermediario de Enediol

Adenina

Adenina

Ribosa

Ribosa

Glucosa

Glucosa-6-fosfato,Un ester fosfato

Adenina Ribosa

Glucosa

Glucosa-6-fosfato,un éster fosfato

Adenina Ribosa

(c)

Glicina Glicina

Diglicina

Aminoácido activado Polipéptido

Polipéptido elongado

Polipéptido

Dos fragmentos de péptido

(a)

(b)

(c)

(a)

Glicina Glicina

Diglicina

(b)

Aminoácido activado Polipéptido

Polipéptido elongado

Polipéptido

Dos fragmentos de péptido

(c)

Componentes moleculares de una E. coli

Porcentaje del peso Número aproximadoMolécula total de la célula de especies moleculares

Agua 70 1

Proteínas 15 3.000Ácidos Nucléicos

ADN 1 1

ARN 6 >3.000

Polisacáridos 3 5

Lípidos 2 20

Monómeros e

Intermediarios 2 500

Iones inorgánicos 1 20

Tabla 3-5

(ADN)

(Celulosa)

Algunos de los Aminoácidos de las proteínas

Alanina Serina ÁcidoAspártico

TirosinaHistidina

Cisteína

(a)

Componentes de los ácidos nucléicos

Uracilo Timina α-D-Ribosa

Algunos componentes de los lípidos

Citosina 2-Desoxi-D-ribosa

Colina

Glicerol

Adenina Guanina

Ácido Fosfórico Ácido Oléico

Ácido Palmítico

Base de los azúcares

α-D-Glucosa

(d)

Aminoácidos

Proteínas

Hormonas peptídicas

Neurotransmisores

Alcaloides tóxicos

Adenina

Ácidos Nucléicos

ATP

Coenzimas

Neurotransmisores

Ácido PalmíticoLípidos de membrana

GrasasCeras

Glucosa

CelulosaAlmidónFructosa

SacarosaManosa

Lactosa

Niveles de Organización

Nivel 4:La Célula y sus orgánulos

Nivel 3:Complejossupramoleculares

Nivel 2:Macromoléculas

Nivel 1:Unidadesmonoméricas

Cromosoma

ADN Nucleótidos

Aminoácidos

Membrana Plasmática

Proteína

Pared Celular

Celulosa

Azúcares

Electrodos

Chispa

Condensador Mezcla deNH , CH H y H O a 80 ºC

2 2

3 4

Algunas sustancias formadas bajo condiciones prebióticas

Ácidos Carboxílicos Nucleótidos Aminoácidos Azúcares

Ácido Fórmico Adenina Glicina Pentosas y Hexosaslineales y

ramificadas

Ácido Acético Guanina Alanina

Ácido Propiónico Xantina Ácido α-Aminobutírico

Ácidos Grasos lineales Hipoxantina Valinay ramificados (C — C )

Citosina Leucina

Ácido Glicólico Uracilo Isoleucina

Ácido Láctico Prolina

Ácido Succínico Ácido Aspártico

Ácido Glutámico

Serina

Treonina

Tabla 3-6

4 10

Fuente: Miller, S.L. (1987) ¿Qué compuestos orgánicos podrían haber existido en la Tierra prebiótica? Cold Spring Harbour Symp. Quant. Biol. 52, 17-27

Creación de la sopa prebiótica, incluyendo nucleótidos a partir de componentes de la primitiva atmósfera de la Tierra

Producción de moléculas cortas de ARNcon secuencias aleatorias

Replicación selectiva por autoduplicaciónde segmentos catalíticos de ARN

Síntesis de péptidos específicos,catalizada por ARN

Incremento del papel de los péptidos en la replicación del ARN;coevolución de ARN y proteínas

Desarrollo de un sistema primitivo de Traducción,con ARN-genómico y ARN-proteocatalítico

ARN genómico comienza a copiarse como ADN

Genoma de ADN, traducido en ARN unido a proteínas complejas (ribosomas) y con catálisis protéica

(a)

(b)

(c) 10 µm