biomoléculas
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Clase del profesor Cristian SalinasTRANSCRIPT
Biomoléculas
Profesor:
Cristian Salinas
Carbono (C), el hidrógeno (H),el nitrógeno (N), el oxígeno (O),el fósforo (P) y el azufre (S).
Sustancias más importantes que conforman a los seres vivos…
Los átomos de carbono pueden unirse entre sí formando cadenas(simples o ramificadas), que se enrollan para formar anillos opermanecen estiradas. Estas estructuras, con el agregado deotros átomos, constituyen diferentes moléculas orgánicas.
Las sustancias inorgánicas o minerales, aunqueparecen necesarias sólo en pequeñascantidades, también tienen importancia en lacomposición de los seres vivos. Pueden formarparte de estructuras, como el calcio de loshuesos, o regular ciertas reacciones químicas,como el magnesio. También participan en laformación de sustancias orgánicas, como elhierro presente en la molécula de hemoglobinaque contienen los glóbulos rojos. Complejo octaédrico de Fe++: Grupo hemo
Fe++
Biomoléculas, moléculas pequeñas…
Las moléculas orgánicas más pequeñas presentes en los seres vivospertenecen a cuatro tipos de sustancias: los monosacáridos, los lípidos,los aminoácidos y los nucleótidos.
A estos cuatro tipos de moléculas orgánicas de las denomina: monómeros. Algunas de estas sustancias pueden unirse y formar moléculas mucho más grandes llamadas: polímeros.
Monosacáridos: Las moléculas de todos loshidratos de carbono están formadas sólo porC, H y O. Los hidratos de carbono máspequeños, también llamados monosacáridos,son solubles en agua. Entre ellos, la glucosaformada por una cadena de seis carbonos, esuna de las moléculas más importantes para laobtención de energía en los seres vivos.
Lípidos: Sus moléculas poseenestructuras variadas, estánformadas por C, H y O, y tienen encomún ser insolubles en agua.Comprenden, entre otros, a losaceites, que son líquidos y a lasgrasas, sólidas. Constituyenimportantes reservas de energíaque las células almacenan parautilizar cuando no disponen dehidratos de carbono. Tambiénpueden cumplir una funciónprotectora, como la grasadepositada debajo de la piel, queconserva la temperatura corporal.Un grupo especial, los fosfolípidoses importante porque forma partede la estructura de las membranascelulares. Adipocitos
Aminoácidos: Existenveinte diferentes en lanaturaleza, formados porC, H, O y N algunostambién contienenazufre (S). A partir delos aminoácidos todos losseres vivos fabrican susproteínas.
Nucleótidos: Están constituidos pormoléculas complejas formadas por C, H, O,N y fósforo (P). A partir de la unión de susmoléculas, se forman las moléculas de losácidos nucleicos. ADN- ARN
Algunos nucleótidos, como el denominadoadenosín-trifosfato (ATP), resultanimportantes para la célula por su capacidadde almacenar energía.
Hidratos de carbono
Hidratos de carbono o Glúcidos
- Son aldehídos o cetonas
polihidroxilados
- Sus derivados por
oxidación, reducción y
sustituciones
diversas
-Sus oligómeros y
polímeros se obtienen por
unión de las unidades más
pequeñas mediante
enlaces glicosídicos
Hidratos de carbono: funciones
1. Energética
- Combustible de uso rápido e inmediato
- Por fermentación y por respiración
2. Estructural
- Paredes celulares: bacterias, hongos, plantas
- Matriz de algunos tejidos
3. Informativa
- Funciones de reconocimiento en superficie a
través de glicoconjugados
Carbonos asimétricos
ClasificaciónI. Monosacáridos
Compuestos polihidroxicarbonílicos y sus derivados
II. Glicósidos
Un monosacárido unido a un grupo no glucídico
III. Oligosacáridos
Unos pocos monosacáridos unidos por enlaces glicosídicos
IV. Polisacáridos
Muchos monosacáridos unidos por enlaces glicosídicos
Figura 9-6
ANOMEROS
> 5 átomos de carbono en solución acuosa,
forman azúcares cíclicos.
L ó D por C2
D-Glucosa
El monosacárido más abundante de la naturaleza
- Libre: suero sanguíneo y medio extracelular
- Como monómero se presenta en una gran
cantidad de oligosacáridos y polisacáridos
En la práctica, la totalidad de las células vivientes son
capaces de obtener energía a partir de glucosa.
Hay células que únicamente pueden consumir glucosa, y no
otras moléculas, p.e.: hematíes y neuronas.
C OHH
C HHO
C OHH
C OHH
CHO
CH2OH
D-Glucosa
Oligosacáridos: cadenas cortas de monosacáridos
unidos por un enlace glucosídico.
Ej: disacárido lactosa (azúcar de la leche de mamíferos).
Enlace Glucosídico
Disacáridos Importantes
Maltosa: Azúcar de la malta (grano
de la cebada). Obtenida
de hidrólisis de almidón.
Isomaltosa:Obtenida de la hidrólisis
del almidón o glicógeno.
Celobiosa:Obtenida de la hidrólisis
de la celulosa.
1. almidón:
a. alfa glucosa, enlaces 1,4
b. almacenamiento de energía en plantas
c. amilosa – no ramificada
d. amilopeptina - ramificada
e. amiloplastos – gránulos de almacén de almidón
2. glucógeno:
a. almidón animal
b. forma de almacena glucosa en animales como fuente
de energía.
c. más soluble en agua, más ramificado
d. se almacena en hígado y células musculares
Polisacáridos
Aminoácidos y Proteínas
Los aminoácidos son sustancias compuestas por carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno.
Son moléculas que contienen un grupo ácido débil, carboxilo (-COOH) y un grupo básico débil, amina (-NH2), unido al carbono a (el carbono a de un ácido orgánico es aquel inmediato al carboxilo). Se les denomina, por tanto, a-aminoácidos y se considera que son neutros.
AMINOÁCIDOS: Definición
Como ya hemos comentado de los 20 aminoácidos proteicos conocidos, 8 son esenciales para la vida humana y 2 semiesenciales. Son estos 10 aminoácidos los que requieren ser incorporados al organismo en su cotidiana alimentación y, especialmente, en los momentos en que el organismo más los necesita cuando se da una situación de disfunción o enfermedad.
Los ocho aminoácidos esenciales son:
Treonina
Metionina
Lisina
Valina
Triptófano
Leucina
Isoleucina
Fenilalanina
Histidina
ArgininaEsenciales en la infancia
AMINOÁCIDOS
Átomo central Ca
COO- y NH3+
a aminoácidos
si R = H, entonces Ca es asimétricoModelo de proyección de Fisher
carbono a
CARBONO QUIRAL U
ÓPTICAMENTE
ACTIVO
En Proteínas, los residuos aminoacídicos son esteroisómeros L
CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS
La clasificación estructural
se la da la naturaleza
del grupo R
MODIFICACIONES DE AMINOÁCIDOS
Formación puente disulfuro
Grupo R
(Variable)
No son constituyentes de proteínas, son los principales
intermediarios de la biosíntesis de Arginina en el
ciclo de la Urea
Otros aminoácidos:
Enlace peptídico
Reacción de condensación
a-amino actúa como nucleófilo para
desplazar al OH del otro amino ácido
Termodinámicamente
favorable
Fácil de remover
PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS
H2N C
H
R1
COOH H2N C
H
COOH
R2
H2N C
H
COOH
R3
H2N C
H
R1
CO NH C
H
CO
R2
NH C
H
R3
COOH + 2H2O
Teoría del Enlace Peptídico
H2O H2O
Niveles estructurales en las proteínas
Estructura primaria: Secuencia de aminoácidos
Estructura secundaria: Plegamiento básico de la cadena debido a enlaces de
hidrógeno entre grupos -CO- y -NH- de la unión peptídica: hélices, láminas y giros
Estructura terciaria: Estructura tridimensional de la proteína
Estructura cuaternaria: Asociación de distintas subunidades, siendo cada una un
polipéptido.
ESTRUCTURA SECUNDARIA
Hélice-a:Los grupos R se ubican hacia
el lado externo de la hélice.
Optimización de las uniones de
Hidrógeno internas.
Estabilización de la estructura por:
Unión de hidrógeno entre el átomo de H
unido al N electronegativo y el átomo de
O electronegativo del carbonil del cuarto
aminoácido hacia el lado N-terminal de
la unión peptídica
Es la conformación local de alguna parte del polipéptido
Ej. Colágeno.
Conformación
Cadena polipeptídica extendida en zig-zag
formando hojas.
Uniones de H están formadas entre
segmentos adyacentes de la cadena
polipeptídica
7 Å
6.5 Å
Giro Beta
Proteínas globularesestructura compacta
elementos de conección
entre hélices-a y
conformación o los
extremos de dos segmentos
adyacentes de una hoja
antiparalela
Es un giro de 180° que
involucra 4 residuos
Gli y Pro los más comunes
Estructura Terciaria
- Arreglo 3D (plegamiento) de todos los átomos de una proteína
(estructura secundaria). Aminoácidos que residen en diferentes
tipos de estructura secundaria pueden interactuar dentro de una
estructura completamente plegada de una proteína.
- La localización de las vueltas o giros, la dirección
y el ángulo de estos giros está determinado por el
número y localización de Pro, Tre, Ser y Gli
- Interacciones de unión débiles o covalentes (S-S) entre segmentos.
Estructura Cuaternaria
- Asociación de subunidades en complejos 3D
Estructura tridimencional de las Proteínas
Conformación: arreglo espacial de los
átomos en una proteína, determinada
termodinámicamente
(menor energía libre de Gibbs)
PROTEÍNA NATIVA
Quimiotripsina
Glicina
Uniones covalentes
individuales: Enalce peptídico
Uniones disúlfuro
Interacciones débiles: Uniones de H2
Interacciones iónicas
Interacciones hidrofóbicas
Estabilidad Conformación
Nativa
Proteínas
Fibrosas
Un solo tipo de estructura
Secundaria
Proteínas estructurales
dan soporte, forma y
protección externa
Insolubles en agua por su alta
concentración de residuos
hidrofóbicos en el interior y
superficie de la proteína
a-Keratina
Colágeno
Globulares
Varios tipos de estructura
secundaria se pliegan
unas con otras generando
una forma esférica y compacta.
Proteínas reguladoras
Proteínas de transporte
Inmunoglubulinas
Enzimas
Mioglobina
Funciones biológicas de las proteínas
- Biocatalizadores (enzimas)
- Receptores de señales químicas
- Transportadores
- Estructurales (citoesqueleto, colágeno)
- Defensa (inmune, restricción bacteriana, etc.)
- Motilidad (motores moleculares)
- Transducción
- Adherencia celular y organización tisular
- Plegamiento correcto de otras proteínas
- Otras: anticongelante
Lípidos
Lipidos
Los Lípidos son biomoléculas orgánicas
formadas básicamente por carbono e hidrógeno
y generalmente también oxígeno; pero en
porcentajes mucho más bajos. Además pueden
contener otros átomos como fósforo, nitrógeno y
azufre.
Su característica fundamental es la insolubilidad
en agua y la solubilidad en solventes orgánicos
Funciones de los lípidos
1. Energética: combustible de alto valor calórico (10 kcal/g)
y de uso diferido. Sólo admiten degradación aeróbica
(respiración)
2. Estructural: Forman las membranas plasmáticas de todo
tipo de seres vivos
3. Informativa: señales químicas como esteroides, prostaglandinas,
retinoides, leucotrienos, calciferoles, etc.
R CO O CH2
CH + 3NaOHOCOR
CH2OCOR
3 R-COONa + HOCH
CH2OH
CH2OH
Reacción de saponificación
Acyl glicerol Ac. Graso GlicerolMedio
Alcalino
Clasificación
I. Lípidos saponificables
1. Ácidos grasos y eicosanoides
2. Lípidos neutros
3. Lípidos anfipáticos (prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos)
a. Fosfolípidos (acilgliceroles y ceras)
b. Glicolípidos (glicerolípidos y esfingolípidos).
II. Lípidos insaponificables
1. Esteroides (esteroles, sales y ácidos biliares, hormonas esteroideas)
2. Terpenos (retinoides, carotenoides, tocoferoles, naftoquinonas, dolicoles)
Acido graso
saturado
Acido graso
con una
insaturación
Acidos Grasos
Los ácidos grasos saturados sólo tienen enlaces simples entre los átomos
de carbono. Son ejemplos de este tipo de ácidos el palmítico (16 átomos de
C) y el esteárico (18 átomos de C)
Suelen ser SÓLIDOS a temperatura ambiente.
Los ácidos grasos insaturados tienen uno o varios enlaces dobles . Son
ejemplos el oléico (18 átomos de C y un doble enlace) y el linoleíco (18
átomos de C y dos dobles enlaces)
Suelen ser LÍQUIDOS a temperatura ambiente.
En los alimentos que normalmente consumimos siempre nos encontramos
con una combinación de ácidos grasos saturados e insaturados. Los
ácidos grasos saturados son más difíciles de utilizar por el organismo, ya
que sus posibilidades de combinarse con otras moléculas están limitadas
por estar todos sus posibles puntos de enlace ya utilizados o "saturados".
Esta dificultad para combinarse con otros compuestos hace que sea difícil
romper sus moléculas en otras más pequeñas que atraviesen las paredes
de los capilares sanguíneos y las membranas celulares. Por eso, en
determinadas condiciones pueden acumularse y formar placas en el interior
de las arterias (ateroesclerosis).
Estructura de los ácidos grasos saturados
COOH
CH3 (CH2)14 COOHÁcido palmítico, C16
C2 Acético Etanoico
C4 Butírico Butanoico
C6 Caproico Hexanoico
C8 Caprílico Octanoico
C10 Cáprico Decanoico
C12 Láurico Dodecanoico
C14 Mirístico Tetradecanoico
C16 Palmítico Hexadecanoico
C18 Esteárico Octadecanoico
C20 Araquídico Eicosanoico
C22 Behénico Docoeicosanoico
C24 Lignocérico Tetraeicosanoico
Ácidos grasos saturados
Estructura de los ácidos grasos insaturados
COOH
COOH
COOH
COOH
Oleico
Linoleico
Linolénico
Araquidónico
C16:1 Palmitoleico 9-cis hexadecenoico
C18:1 Oleico 9-cis octadecenoico
C18:2 Linoleico 9,12 todo cis octadecadienoico
C18:3 Linolénico 9,12,15 todo cis octadecatrienoico
C20:4 Araquidónico 5,8,11,14 todo cis eicosatetraenoico
Ácidos grasos insaturados
Los ácidos grasos poliinsaturados n-6 y n-3 presentan dobles enlaces en cis
separados por grupos metileno. Un doble enlace puede cambiar de configuración
cis a trans (isomerización geométrica), o bien puede desplazarse a otra posición de
la cadena de carbonos (isomerización posicional)
El perfil de un ácido graso en trans es similar al de un ácido graso saturado. Como
resultado de ésto, los ácidos grasos en trans presentan puntos de fusión más
elevados que sus isómeros en cis. El isómero en trans puede considerarse como un
intermedio entre el ácido graso insaturado en cis original, y un ácido graso
completamente saturado.
TRIGLICÉRIDOS
- Esteres del Glicerol
- Energía almacenada
Lípidos Estructurales de Membranas
Fosfolípidos
Bicapa Lipídica, Elemento Estructural de Membranas
ESTEROLES
El colesterol es un
lípido esteróide,
molécula de
ciclopentanoperhidrofen
antreno (o esterano),
constituida por cuatro
carbociclos
condensados o
fundidos, denominados
A, B, C y D, que
presentan varias
sustituciones
Acidos Nucléicos
Ácidos nucleicos
Los nucleótidos purínicos y pirimidínicos son metabolitos extremadamente importantes que participan en muchas funciones celulares. Estas funciones comprenden su actuación como precursores de los ácidos nucleicos, como almacenes de energía, afectores, agentes de transferencia de grupos, así como mediadores de la acción hormonal y neurotransmisora.
Formados por una pentosa(ribosa o desoxirribosa),
ácidofosforico, base nitrogenada.
Purina (adenina, guanina)
Pirimidina (timina, citosina, uracilo)
ON
NN
N
NH2
OHOH
CH2OP-O
O
O-
H
H H
Pentosa Base
NucleósidoFosfato
Nucleótido
ON
NN
N
NH2
OH
CH2OP
O-
ON
NN
N
NH2
OH
CH2OP
O-
ON
NN
N
NH2
OH
CH2OP
O-
O
O
O
O
O
O
Polinucleótido
Enlace
fosfodiésterEnlace
-glicosídico
OHOCH2
OHOH
N
N N
N
H2N
1
2
3
45
6
7
8
9
1'2'3'4'
5'
Numeración
Base Nucleósido
Adenina Adenosina
Guanina Guanosina
Hipoxantina Inosina
Citosina Citidina
Uracilo Uridina
Timina Timidina
Nomenclatura
DEOXIRIBONUCLEÓTIDOS
RIBONUCLEÓTIDOS
Fosfato Fosfato Fosfato
5´azúcar 3´ 5´azúcar 3´
Cadenas Polinucleótidas
5´
3´
O
-O
H2C
O
P
-O
O
O-
CH2
O
P
O-
O
ON
NH3C
O
H
O
NN
N
NNH
O
ON
N
O
NHH
NN
N
N
NH H
O
H
O
ON
N
N
N
OH
NH
H
NN
O
NH
H
O
O-
CH2
O
P
O-
O
O-
CH2
O
P
O-
O
O
N
N
N
N
NH
HN
N
O
O
H3C
H
O
-O
H2C
O
P
-O
O
-O
H2C
O
P
-O
O
O
-O
H2C
O
P
-O O
ON
N
N
N
OH
NH
H
NN
O
NH
H O
O-
CH2
O
P
O-
H
O
-O
H2C
O
P
-O
O
O-
CH2
O
P
O-
O
5’
3’ 5’
3’
Polinucleótido
en doble hélice
3’
- Azúcar-PO4-3 doble hélice con giro a la
derecha
- Deoxiribosa-PO4-3 (hidrofílico) se ubican hacia
el lado externo en contacto con el agua
- Las bases unidas por puentes de H2 están
apiladas hacia el interior de la doble hélice
- Anillos Planos hidrofóbicos muy juntos y en
forma al eje de la hélice
- Diámetro de la hélice 20 Amstrong
- Dos surcos: Mayor 22A y uno Menor 12A
- Vuelta completa 36A (10 pb 3.4A)
Estructura Secundaria Doble Hélice
Nucleótidos cíclicos
3’,5’ Adenosin monofosfato cíclico, cAMP
ON
NN
N
NH2
OHOH
CH2OP-O
O
O-
H
H H
Pentosa Base
NucleósidoFosfato
Nucleótido
O N
N
N
N
NH2
OH
O
P O
O
-O
O N
N
N
N
NH2
OHOH
CH2OP
O
-O
O-
O N
N
N
N
NH2
OHOH
CH2OP
O
O
O-
P
O
O
O-
O N
N
N
N
NH2
OHOH
CH2OP
O
O
O-
P
O
O
O-
P
O
-O
O-
Nucleósido polifosfatos
5’-Adenosina
monofosfato, AMP
5’-Adenosina
difosfato, ADP
5’-Adenosina
trifosfato, ATP
O N
N
N
N
NH2
OHOH
CH2OP
O
O
O-
P
O
O
O-
O N
N
N
N
NH2
OHOH
CH2OP
O
O
O-
P
O
O
O-
P
O
-O
O-
H2O
Pi
G = -7.6 kcal/mol
ATP
ADP
ATP como
donador de energía
Funciones biológicas los Nucleótidos
• Papel en el metabolismo energético (ATP)
• Unidades monoméricas de los ácidos nucleicos: los ácidos nucleicos (DNA y RNA)
• Mediadores fisiológicos (AMPc como segundo mensajero)
• Componentes de coenzimas (NAD, FAD)
• Antibioticos nucleosidicos Cordicepina, Puromicina
• Antivirales Citosin arabinósido (Vidarabin)
• Antiretrovirales AZT, estavudina
FIN