MOLECULAS QUE COMPONEN LA MATERIA VIVA Y LOS PROCESOS QUE GOBIERNA MANTENERSE Y REPRODUCIRSE

Por: Ángel Cartuche Encalada

Grupo 9

Moléculas de la materia

viva

Proteínas

Carbohidratos

Lípidos

Ácidos Nucleicos

Las proteínas son las moléculas orgánicas más abundantes en las células, se encuentran formando estructuras, y realizando una diversidad de funciones especializadas. Están compuestos por átomos de C, H, O, N, y en menor proporción por otros elementos como S y P. Están constituídas por unidades llamadas Aminoácidos, los cuales están unidos entre sí por el Enlace Peptídico.

PROTEÍNAS

-AMINOÁCIDO

Monómero de una Proteína Sus grupos funcionales son el Grupo amino y

Grupo Carboxilo

Existe 20 aminoácidos , y se clasifican:

De los aminoácidos nombrados, existen unos que no son sintetizados por el cuerpo humano, a estos se los llama Aminoácidos Esenciales.

-ENLACE PEPTÍDICO Unión del grupo carboxilo con un grupo amino de

otro aminoácido, se da liberación de una molécula de agua.

Ejemplo de un Polipéptido de 6 aminoácidos.

-ESTRUCTURA DE LA PROTEÍNA

La estructura de las proteínas reúne las propiedades de disposición en el espacio de las moléculas de proteína que provienen de su secuencia de aminoácidos, las características físicas de su entorno y la presencia de compuestos, simples o complejos que las estabilicen y/o conduzcan a un plegamiento específico, distinto del espontáneo.

Estructura Primaria La estructura primaria de las proteínas se

refiere a la secuencia de aminoácidos, es decir, la combinación lineal de los aminoácidos mediante un tipo de enlace covalente, el enlace peptídico. Los aminoácidos están unidos por enlaces peptídicos siendo una de sus características mas importante la coplanaridad de los radicales constituyentes del enlace.

Estructu

ra P

rimaria

-ESTRUCTURA SECUNDARIA

La estructura secundaria de las proteínas es el plegamiento que la cadena polipeptídica adopta gracias a la formación de puentes de hidrógeno entre los átomos que forman el enlace peptídico, es decir, un tipo de enlace no covalente.

Los motivos más comunes son la hélice alfa y la beta lámina.

Hélice alfa Los aminoácidos en una hélice α están dispuestos en una estructura helicoidal dextrógira, con unos 3.6 aminoácidos por vuelta. Cada aminoácido supone un giro de unos 100° en la hélice, y los carbonos α de dos aminoácidos contiguos están separados por 1.5Å. La hélice está estrechamente empaquetada, de forma que no hay casi espacio libre dentro de la hélice. Todas las cadenas laterales de los aminoácidos están dispuestas hacia el exterior de la hélice.

Lámina beta La beta lámina se forma por el posicionamiento paralelo de dos cadenas de aminoácidos dentro de la misma proteína, en el que los grupos amino de una de las cadenas forman enlaces de hidrógeno con los grupos carboxilo de la opuesta. Es una estructura muy estable que puede llegar a resultar de una ruptura de los enlaces de hidrógeno durante la formación de la hélice alfa. Las cadenas laterales de esta estructura están posicionados sobre y bajo el plano de las láminas. Dichos sustituyentes no deben ser muy grandes, ni crear un impedimento estérico, ya que se vería afectada la estructura de la lámina.

-ESTRUCTURA TERCIARIA

Es el modo en que la cadena polipeptídica se pliega en el espacio, es decir, cómo se enrolla una determinada proteína, ya sea globular o fibrosa. Es la disposición de los dominios en el espacio.

La estructura terciaria se realiza de manera que los aminoácidos apolares se sitúan hacia el interior y los polares hacia el exterior en medios acuosos. Esto provoca una estabilización por interacciones hidrofóbicas, de fuerzas de van der Waals y de puentes disulfuro (covalentes, entre aminoácidos de cisteína convenientemente orientados) y mediante enlaces iónicos.

Estructura Terciaria

-ESTRUCTURA CUATERNARIA

La estructura cuaternaria deriva de la conjunción de varias cadenas peptídicas que, asociadas, conforman un ente, un multímero, que posee propiedades distintas a la de sus monómeros componentes. Dichas subunidades se asocian entre sí mediante interacciones no covalentes, como pueden ser puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas o puentes salinos.

FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS

Transporte  Hemoglobina, Lipoproteína

Movimiento  Dineína, Actina, Miosina

Defensa  Anticuerpos, Trombina Estructura  Queratina, Colágeno Reserva  Ovoalbúmina, Zeína Hormonas  Insulina, H de

Crecimiento Enzimas  Hexoquinasa, Rubisco

-PROTEINA DE TRANSPORTE

Una molécula de hemoglobina es capaz de transportar 4 moléculas de Oxígeno

-PROTEINA DE DEFENSA

Modelo Computacional de un Anticuerpo.

-PROTEINA DE ESTRUCTURA Queratina. A) Esquema que muestra la

estructura fibrilar de la queratina . B) El cuerno de un rinoceronte está compuesto por fibras de queratina estrechamente empaquetadas.

-PROTEINA ENZIMÁTICA Las enzimas son proteínas especializadas en

la catálisis de reacciones biológicas . Son extraordinariamente eficaces, y ejercen su acción sobre una molécula específica, denominada sustrato de la enzima.

Inhibidores enzimáticos. A) El sustrato se une a la enzima en el sitio activo. B) Un inhibidor competitivo se une a la enzima en el sitio activo. C) Un inhibidor no competitivo modifica la afinidad de la enzima por el sustrato, al unirse en un sitio distinto al sitio activo.

Requerimiento de coenzima o cofactor en una reacción enzimatica

Reacción enzimatica de oxido reducción con requerimiento de coenzima

Regulación de una vía metabólica mediante inhibición enzimática por producto final.

Los Hidratos de Carbono son las moléculas fundamentales del almacenamiento de energía en la mayoría de los seres vivos. Algunos se encuentran formando estructuras como las paredes de la célula vegetal o el esqueleto de los insectos. Están constituídos por una o más unidades de azúcares sencillos, y su fórmula corresponde a (CH2O)n.

CARBOHIDRATOS

Los carbohidratos o hidratos de carbono están formados por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O) con la formula general (CH2O)n.

MONOSACÁRIDO

Monómero de los Hidratos de Carbono.

Clasificación de los Monosacáridos según número de átomos de carbono y grupo funcional

Isómeros de monosacáridos

La glucosa en solución , al igual que otros monosacáridos, toma conformación de anillo

Forma cíclica de azucares: Furano y Pirano

DISACÁRIDOS

Unión de dos monosacáridos, cuyo resultado es una molécula de estrucutura y nombre diferente.

Formación del enlace glucosídico entre una molécula de galactosa y una de glucosa

Enlaces glucosidicos en la formación de disacaridos

Disacáridos importantes:

A: Maltosa: Alfa glucopiranosil (1-4) Beta glucopiranosa.

B: Trealosa: Alfa glucopiranosil (1-1) Alfa glucopiranosa.

C: sacarosa: Alfa glucopiranosil (1-2) Beta fructofuranosa

OLIGOSACÁRIDOS

Son polímeros formados a base de monosacáridos unidos por enlaces O-glicosídicos, con un número de unidades monoméricas entre 2 y 10.

POLISACÁRIDOS Los

polisacáridos son biomoléculas formadas por la unión de una gran cantidad de monosacáridos. Se encuadran entre los glúcidos, y cumplen funciones diversas, sobre todo de reservas energéticas y estructurales.

AZÚCARES SIMPLES Los azúcares son hidratos de carbono

generalmente blancos y cristalinos, solubles en agua y con un sabor dulce.

Las estructuras de los sacáridos se distinguen principalmente por la orientación de los grupos hidroxilos (-OH). Esta pequeña diferencia estructural tiene un gran efecto en las propiedades bioquímicas, las características organolepticas (e.g., sabor), y en las propiedades físicas como el punto de fusión y la rotación específica de la luz polarizada. Un monosacárido de forma lineal que tiene un grupo carbonilo (C=O) en el carbono final formando un aldehído (-CHO) se clasifica como una aldosa. Cuando el grupo carbonilo está en un átomo interior formando una cetona, el monosacárido se clasifica como una cetosa.

Clasificación de monosacáridos basado en el número de carbonos

Tetrosa Eritrosa, Treosa 5 Pentosa Arabinosa, Ribosa, Ribulosa, Xilosa,

Xilulosa, Lixosa 6 Hexosa Alosa, Altrosa, Fructosa, Galactosa,

Glucosa, Gulosa, Idosa, Manosa, Sorbosa, Talosa, Tagatosa 7

Heptosa Sedoheptulosa, Manoheptulosa

-TETROSA

D - Eritrosa D - Treosa

-PENTOSA La forma anular de la ribosa es un componente del

ácido ribonucleico (ARN). La desoxirribosa, que se distingue de la ribosa por no tener un oxígeno en la posición 2, es un componente del ácido desoxirribonucleico (ADN). En los ácidos nucleicos, el grupo hidroxilo en el carbono numero 1 se reemplaza con bases nucleótidas.

Ribosa Desoxirribosa

-HEXOSAS Hexosas, como las que están ilustradas aquí,

tienen la fórmula molecular C6H12O6. El químico alemán Emil Fischer (1852-1919) identificó los estereoisómeros de estas aldohexosas en 1894. Por este trabajo recibió un Premio Nobel en 1902.

D-Alosa D-Altrosa D-Glucosa

FUNCIONES DE LOS CARBOHIDRATOS Ayudan a ahorrar proteínas. El metabolismo de las grasas es realizado en

forma eficiente y evitan la formación de cuerpos cetónicos.

Ayudan a mantener en sus niveles normales, la azúcar, el colesterol y los triglicéridos

Proveen la energía para el sistema nervioso (EI sistema nervioso central usa glucosa más eficientemente como fuente de energía.)

Tienen acción protectora contra residuos tóxicos que pueden aparecer en el proceso digestivo.

Tienen acción laxante Intervienen en la formación de ácidos nucleicos y

otros elementos vitales tales como enzimas y hormonas.

Proveen ciertas proteínas, minerales y vitaminas. Añaden sabor a los alimentos y bebidas

IMPORTANCIA DE LOS CARBOHIDRATOS

Los carbohidratos se presentan en forma de azúcares, almidones y fibras, y son uno de los tres principales macronutrientes que aportan energía al cuerpo humano (los otros son la grasa y las proteínas) Actualmente está comprobado que al menos el 55% de las calorías diarias que ingerimos deberían provenir de los carbohidratos.

Import

ancia

Los lípidos son biomoléculas orgánicas insolubles en agua, pero solubles en compuestos no polares como cloroformo o éter. Entre sus funciones biológicas están: ser componentes estructurales de las membranas, ser los transportadores y almacenadores de energía más importantes en los vertebrados, actuar como cubierta protectora en muchos organismos vivos.

LÍPIDOS

TIPOS DE LÍPIDOS

Según su estructura y composición se pueden distinguir las siguientes clases de lípidos:

Acidos grasos Triglicéridos Lípidos polares Esteroides

ÁCIDOS GRASOS

Es una biomolécula orgánica de naturaleza lipídica formada por una larga cadena hidrocarbonada lineal, de número par de átomos de carbono, en cuyo extremo hay un grupo carboxilo.

Acidos grasos saturados(izquerda) y mezcla de ácidos grasos saturados e insaturados(derecha)

Los ácidos grasos constan de una cadena alquílica con un grupo carboxil (–COOH) terminal; la fórmula básica de una molécula completamente saturada es CH3–(CH2)n–COOH.Son frecuentes los ácidos grasos insaturados (con dobles enlaces), casi siempre de configuración cis; cuando hay más de un doble enlace por molécula, siempre están separados por un grupo metileno (–CH2–).

PROPIEDADES Los ácidos grasos son moléculas anfipáticas,

es decir, tienen una región apolar hidrófoba (la cadena hidrocarbonada) que repele el agua y una región polar hidrófila (el extremo carboxílico) que interactua con el agua. Los ácidos grasos de cadena corta son más solubles que los ácidos grasos de cadena larga porque la región hidrófoba es más corta.

TRIGLICÉRIDOS

Los triglicéridos, triacilglicéridos o triacilgliceroles son acilgliceroles, un tipo de lípidos, formados por una molécula de glicerol, que tiene esterificados sus tres grupos hidroxilo por tres ácidos grasos, saturados o insaturados.

Formación de un triglicérido. A: Unión de un ácido graso a glicerol por deshidratación B: Molécula de triglicérido o grasa

Gliceril triestearato: Un triglicérido constituido por un residuo de Glicerol unido por tres carbonos a moléculas de ácido estearico

Estructura de lípidos complejos

LÍPIDOS POLARES

Los fosfolípidos y esfingolípidos (como las ceramidas) son constituyentes escenciales de las membranas biológicas

Los lípidos polares en agua se asocian formando micelas, estructuras en que las cabezas hidrofílicas quedan en contacto con agua mientras que las colas hidrocarbonadas forman una fase hidrofóbica interna

ESTEROIDES

En los mamíferos, como el ser humano, cumplen importantes funciones:

Reguladora: Algunos regulan los niveles de sal y la secreción de bilis.

Estructural: El colesterol es un esteroide que forma parte de la estructura de las membranas de las células junto con los fosfolípidos. Además, a partir del colesterol se sintetizan los demás esteroides.Tambien evita el congelamiento de las membranas a bajas temperaturas.

Hormonal

El colesterol , un ejemplo de esteroide.

FUNCIONES DE LOS LÍPIDOS

Los Acidos Nucleicos son macromoléculas encargadas del almacenamiento y transferencia de información genética , que constituyen entre el 5 y 15% del peso seco de las células. Las unidades monoméricas de los ácidos nucleicos son los Nucleótidos, que se distingen según la Base nitrogenada que forma parte de ellos.

ÁCIDOS NUCLEICOS

NUCLEÓTIDO Moléculas orgánicas formadas por la unión covalente

de un monosacárido de cinco carbonos (pentosa), una base nitrogenada y un grupo fosfato. El nucleósido es la parte del nucleótido formado únicamente por la base nitrogenada y la pentosa.

Bases Nitrogenadas

ÁCIDO RIBONUCLEÓTIDO (ARN)

El Acido Ribonucleico es de cadena sencilla, el azúcar que lo constituye es una Ribosa y lleva Uracilo en lugar de Timina. Existen en la célula varios tipos moleculares como ARN ribosomal, ARN mensajero y ARN de transferencia.

TIPOS DE ARN

ARN mensajero. El ARN mensajero (ARNm o RNAm) lleva la información sobre la secuencia de aminoácidos de la proteína desde el ADN, lugar en que está inscrita, hasta el ribosoma, lugar en que se sintetizan las proteínas de la célula. Es, por tanto, una molécula intermediaria entre el ADN y la proteína y el apelativo de "mensajero" es del todo descriptivo.

ARN de transferencia. Los ARN de transferencia (ARNt o tRNA) son cortos polímeros de unos 80 nucleótidos que transfiere un aminoácido específico al polipéptido en crecimiento; se unen a lugares específicos del ribosoma durante la traducción. Tienen un sitio específico para la fijación del aminoácido (extremo 3') y un anticodón formado por un triplete de nucleótidos que se une al codón complementario del ARNm mediante puentes de hidrógeno.

ARN de transferencia, es fundamental en el proceso de síntesis proteica, pues se carga con aminoácidos específicos

ARN ribosómico. El ARN ribosómico (ARNr o RNAr) se halla combinado con proteínas para formar los ribosomas, donde representa unas 2/3 partes de los mismos. En procariotas, la subunidad mayor del ribosoma contiene dos moléculas de ARNr y la subunidad menor, una. En los eucariotas, la subunidad mayor contiene tres moléculas de ARNr y la menor, una. En ambos casos, sobre el armazón constituido por los ARNr se asocian proteínas específicas. El ARNr es muy abundante y representa el 80% del ARN hallado en el citoplasma de las células eucariotas. Los ARN ribosómicos son el componente catalítico de los ribosomas; se encargan de crear los enlaces peptídicos entre los aminoácidos del polipéptido en formación durante la síntesis de proteínas; actúan, pues, como ribozimas.

ARN CON ACTIVIDAD CATALÍTICA

Ribozimas. El ARN puede actuar como biocatalizador. Ciertos ARN se asocian a proteínas formando ribonucleoproteínas y se ha comprobado que es la subunidad de ARN la que lleva a cabo las reacciones catalíticas; estos ARN realizan las reacciones in vitro en ausencia de proteína. Se conocen cinco tipos de ribozimas; tres de ellos llevan a cabo reacciones de automodificación, como eliminación de intrones o autocorte, mientras que los otros (ribonucleasa P y ARN ribosómico) actúan sobre substratos distintos.

ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEÓTIDO (ADN)

El Acido Desoxirribonucleico es el material genético celular, está localizado en el núcleo, es de cadena doble, el azúcar que lo constituiye es una desoxirribosa y las bases nitrogenadas que lleva son Adenina, Timina, Guanina y Citocina.