AMINOACIDOS Y PROTEINAS

• Aminoacidos• Son unidades estructurales básicas que

forman las proteínas.• Se han descrito mas de 100 aapero solo 22 de

ellos participan en la síntesis de proteínas.

AMINOACIDOS (aa)

• Los aa difieren entre si por el grupo R (grupo sustitutivo).

• R: adjudican diferentes propiedades a cada uno de los aa y determinan su función biológica.

Aminoacidos

Clasificación de los aa

• En función de la naturaleza de su cadena lateral:

• Aaalifáticos cuyo R no es polar: Son muy poco reactivos, y fuertemente hidrofóbicos(excepto la Gly, cuya cadena lateral es un átomo de hidrógeno).

• Aaalifáticos cuyo R es polar pero no tiene carga:serina, treonina, cisteina, prolinaasparraginay glutamina.

Clasificación de los aa

• En función de la naturaleza de su cadena lateral:

• Aaalifáticos cuyo R es polar y se encuentra en estado de ion positivo:lisina, argininae histidina.

• Aaalifáticos cuyo R es polar y se encuentra en estado de ion negativo: aspartatoy glutamato.

• Aminoácidos aromáticos: Fenilalanina, tirosina, triptofano

Estructura de los aminoácidos

• Por su estructura, los aa se ionizan en solucion acuosa de manera que pueden funcionar como ácidos y como bases (anfoliticos).

• Los aa que poseen un g. amino y un g. carboxilo (Gly, Leu, Ile) se convierten en iones dipolares (Zwitteriones).

• Estos iones en slns acuosas son eléctricamente neutros y no emigran ni se someten a campos eléctricos.

• La ionizacion de un aa depende del pH de la solución.• Punto isolectrico: pH en el cual la molécula no tiene

carga neta

Clasificacionde los aasegún R

Clasificacion de los aa según R

Nomenclatura de los aa• Alanina Ala A• Arginina Arg R• Asparragina Asn N• Ac. Aspartico Asp D• Cisteina Cys C• Glutamina Gln Q• Ac. Glutamico Glu E• Glicina Gly G• Histidina + His H• Isoleucina* Ile I• Leucina * Leu L• Lisina*Lys K

• Metionina* Met M• Fenilalanina* Phe F• Prolina Pro P• Serina Ser S• Treonina* Thr T• Triptofano* Trp W• Tirosina Tyr Y• Valina* Val V

• +: Esencial en la niñez• *: Esencial durante toda la vida

Estructura de los aa• Se presentan en dos formas

isomericas, imágenes especulares no superponibles.

• Los isomeros de la serie L poseen el grupo alfa amino a la izquierda.

• Los aa que se encuentran en las proteínas son de la serie L y tienen mayor participación metabólica celular.

• Los aa de la serie D participan en las paredes celulares bacterianas.

FORMACION DE PEPTIDOS Y POLIPEPTIDOS

• Los aase unen o polimerizan por medio de enlaces peptídicos: la unión química entre el grupo carboxilde un aacon el grupo amino de otro aa, con la liberación de una molécula de agua.

• La rx+ importante de los aaes la formación de un enlace peptídicoya que este enlace carece de carga a cualquier pH de interés fisiológico.

ENLACE PEPTIDICO

PEPTIDOS Y POLIPEPTIDOS

• La unión de dos o más aahasta un máximo de 100 mediante enlaces peptídicosda lugar a los péptidos:

• 2 aa= dipéptido• 3 aa=tripeptido, etc• Menos de 100 aaoligopeptido• Mas de 100 aapolipéptidohasta 10000• Mas de 10000 aaProteínas

Resumen:

• Los 22 aacomunmenteencontradoscomoresiduosen lasproteinascontienen:

• un grupocarboxilo• un grupoamino• un sustituyenteR distintivoen el atomode carbono.• Los atomosde C alfason asimetricosexceptoen el casode

la glicina, en todoslos aapuedenexistiren 2 formasesteroisomericas:

• L• D

• Solamentelos estereoisomerosL, con unaconfiguracionrelacionadacon la configuracionabsolutade la moleculade referenciaL-Gliceraldehidose encuentranformandoparte de lasproteinas

• Se puedenencontraraminoacidospococomunes, comoconstituyentesde proteinas: pormodificacionde residuosde aacomunesdespuesde la sintesisde lasproteinas, o comometabolitoslibres

• Los aminoacidosson clasificadosen 5 tipos, segunsugrupoR, en base de la polaridady cargaa pH 7

• Los aa varian en sus propiedades acido basicas y tienen curvas de titulacion caracteristicas.

• Los aa monoaminocarboxilicos (grupos R no ionizables) son acidos diproticos (H3NCH(R)COOH) cuando el pH se incrementa.

• Los aa con grupos R ionizables tienen especies ionicas adicionales, dependiendo del pH del medio.

PROTEINASSon cadenas de aa, su peso molecular va de 5,000 a 400,000 daltons, pudiendo llegar hasta un millonde daltons.El enlace peptídicoes un enlace covalente se requiere de ácidos fuertes para romperlo, en el organismo solamente se rompe por enzimas proteasasEje peptídico: a lo largo de este eje de grupos carboxilos se acomodan las cadenas laterales de los aaque conforman la proteína.

Las proteinas son las macromoleculas biologicas mas abundantes ya que se encuentran en todas las celulas asi como en todas las partes de las celulasSe pueden encontrar en gran variedad de formas, en miles de diferentes tipos.

Su rango de tamaño varia desde peptidos muy pequeños hasta grandes polimeros con pesos moleculares de millones que pueden encontrarse en una sola celula

Las proteinas exhiben una enorme diversidad de funciones biologicas y son los productos principales de las vias de transmision de informacion del organismo.Las proteinas son los instrumento smoleculares por medio de los cuales se expresa y regula la informacion geneticaEl estudio de su estructura y funciones desde el siglo XIX ha sido elemento basico para la comprension del funcionamiento celular.

• ALGUNAS FUNCIONES GENERALES:

• 1.Componentes estructurales: colágeno del pelo

• 2.Transportadores de sustancias: hemoglobina

• 3.Hormonas: insulina• 4.Catalizadores de

rxsbioquímicas: enzimas• 5.Componentes del esqueleto

intracelular o citoesqueleto: microtubulosy filamentos

• 6.Elementos de la contraccionmuscular: actinay miosina

Clasificación de las proteínas

Desde un punto de vista químico, existen dos grandes grupos de proteínas:1.proteínas simples:formadas exclusivamente por aminoácidos, como es el caso de la ubiquitina, una proteasa intracelular formada por 53 AA.1.proteínas conjugadas:que contienen además de la cadena polipeptídicaun componente no aminoacídicollamado grupo prostético, que puede ser un azúcar, un lípido, un ácido nucleico o simplemente un ión inorgánico.

La proteína en ausencia de su grupo prostético no es funcional, y se llama apoproteína.La proteína unida a su grupo prostético es funcional, y se llama holoproteína(holoproteína= apoproteína+ grupo prostético).Son proteínas conjugadas la hemoglobina, la mioglobina, los citocromos, etc.

Clasificación

• En cuanto a su formamolecular, podemos distinguir:• 1.proteínas globulares: la cadena polipeptídicaaparece

enrollada sobre sí misma dando lugar a una estructura más o menos esférica y compacta. Ejm: Mioglobinay Hemoglobina

• 2.proteínas fibrosas: si hay una dimensión que predomina sobre las demás, se dice que la proteína es fibrosa. Las proteínas fibrosas, por lo general, tienen funciones estructurales.

• Protde la piel, el pelo, la seda.• Son siempre alargadas• Son menos abundantes que las globulares

Estructura 1º

• Acomodamiento de las cadenas de aa(orden secuencial de aa), estabilizado por enlaces peptidicos, puentes disulfuros(cisteina). Al alterar este orden también se altera el tipo, las propiedades de la proteína.

• Ejm: Insulina, vasopresina,• colecistoquinina, gastrina,

secretina (Hhdel sistema digestivo)

Estructura 2º• Son rearreglosespeciales originados por el

establecimiento de puentes de H entre los grupos q conforman los enlaces peptidicosde los aacercanos.

• Αhelice: esun ordenamientohelicoidalen el queel g. R de los aase orientahaciael exterior de la helice.

• -Se estabilizaporla formacionde puentesde H entre los componentesdel enlace peptidicode aacercanosen la estruct1 de la proteina.

• -Ejm: proteinasfibrosas: colageno, alfaqueratina.

• βlaminar:• -El esqueleto se ordena en forma de

zigzag.• -Los grupos R de aase orientan en

direcciones opuestas con un patronalternante y hacia afuera

• -se estabiliza por puentes de H.• -Los aano tienenqueestarproximosen la

estructura1• -Tipicade proteinasfibrosas: fibroina(seda)

Estructura 3º

• Esunamodificaciónenelespacio,eselplegamientotridimensionaltotaldelacadenadeunaproteínaoseaqueseformaunaproteínatridimensional,enlaestructuraterciariaseencuentransegmentosdeestructura2ºy1º.

• Estaconformaciónfacilitalasolubilidadenaguayasírealizarfuncionesdetransporte,enzimáticas,hormonales,etc.

• Ejm:mioglobina

Estructura 4º• Es el nivel mas complejo de

organización.• Se refiere a interacciones no covalentes

que unen varias cadenas polipeptidicas en una sola molécula. Ejm: la hemoglobina q tiene 4 cadenas.

• Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero.

• El número de protómeros (cadenas) varía desde dos como en la hexoquinasa, cuatro como en la hemoglobina, o muchos como la cápsida del virus de la poliomielitis, que consta de 60 unidades proteicas.

Estructura 4º

• Esta conformación se mantiene estable gracias a la existencia de enlaces entre los radicales Rde los aminoácidos. Aparecen varios tipos de enlaces:

• los puentes de hidrógeno• lospuentes eléctricosentre aade carga diferente

llamados tambien“atracciones electrostáticas”• las interacciones hidrófobasformación de un

núcleo hidrofobitoo interface hidrofobico• el puente disulfuro

DESNATURALIZACION• Los agentes que provocan la desnaturalización de una

proteína se llaman agentes desnaturalizantes. Se distinguen agentes físicos(calor) y químicos(detergentes, disolventes orgánicos, pH, fuerza iónica).

• Como en algunos casos el fenómeno de la desnaturalización es reversible, es posible precipitar proteínas de manera selectiva mediante cambios en:

• (1) la polaridad del disolvente• (2) la fuerza iónica• (3) el pH• (4) la temperatura

PropiedadesSE LLAMA desnaturalizaciónde las proteínas a la pérdida de las estructuras de orden superior(secundaria, terciaria y cuaternaria), quedando la cadena polipeptídicareducida a un polímero estadístico sin ninguna estructura tridimensional fija

• DENATURALIZACION• RENATURALIZACION

ESTADO NATIVO

ESTADO DESNATURALIZADO

Propiedades

• La desnaturalización provoca diversos efectosen la proteína:

• 1.cambios en las propiedades hidrodinámicasde la proteína: aumenta la viscosidad y disminuye el coeficiente de difusión

• 2.una drástica disminución de su solubilidad, ya que los residuos hidrofóbicosdel interior aparecen en la superficie

• 3 pérdida de las propiedades biológicas

PROTEINAS COMO CATALIZADORES ENZIMAS

• son proteínas que catalizan reacciones químicas en los seres vivos.

• son catalizadores: sustancias que, sin consumirse en una reacción, aumentan notablemente su velocidad.

• No hacen factibles las reacciones imposibles, sino que sólamente aceleran las que espontáneamente podrían producirse.

• Los enzimas son catalizadores específicos: cada enzima cataliza un solo tipo de reacción, y casi siempre actúa sobre un único sustrato o sobre un grupo muy reducido de ellos.

• En una reacción catalizada por un enzima:

• La sustancia sobre la que actúa el enzima se llamasustrato.

• El sustrato se une a una región concreta del enzima, llamadacentro activo.

• Una vez formados losproductosla enzima puede comenzar un nuevo ciclo de reacción

• Los factores que influyen de manera más directa sobre la actividad de un enzima son:

• 1.pH• 2.Temperatura• 3.Cofactores

• Efecto del pH• Según el pH del medio, los

grupos R de las enz pueden tener carga eléctrica positiva, negativa o neutra.

• Hay un pH en el cual la conformación será la más adecuada para la actividad catalítica. Este es el llamadopH óptimo.

• La mayoría de los enzimas son muy sensibles a los cambios de pH. (amortiguadores fisiologicos)

• Efecto de la Tº• los aumentos de

temperatura aceleran las reacciones químicas

• La temperatura a la cual la actividad catalítica es máxima se llama temperatura óptima

• Efecto de los cofactores Casi un tercio de los enzimas conocidos requieren cofactores para su función.

• Los cofactores pueden ser iones inorgánicos como el Fe++, Mg++, Mn++, Zn++ etc.

• Cuando el cofactor es una molécula orgánica se llama coenzima.

• Muchos de estos coenzimas se sintetizan a partir de vitaminasEfecto de los cofactores

Función de los Cofactores

• Alterar la estructura tridimensional de la enzima

• Intervenir como otro sustrato

Coenzimas y sus vitaminas de procedencia

• NAD (nicotinamidaadenindinucleotido)

• VitB3 (ac. nicotinico)• CoA• Ac. Pantotenico• FMN (flavin adenin

mononucleotido)• VitB2 (riboflavina)• FAD (flavin adenin dinucleotido)• VitB2 (riboflavina)• TPP (tiamina pirofosfato)• VitB1 (tiamina)

• Clasificación

• En función de su acción catalítica específica, los enzimas se clasifican en 6 grandes grupos o clases:

• Clase 1: OXIDORREDUCTASAS• Clase 2: TRANSFERASAS• Clase 3: HIDROLASAS• Clase 4: LIASAS• Clase 5: ISOMERASAS• Clase 6: LIGASAS

Clase 2: TRANSFERASASCatalizan la transferencia de un grupo químico (distinto del hidrógeno) de un sustrato a

otro. Ejm: Quinasas

Clase 3: HIDROLASAS

• Catalizan las reacciones de hidrólisis: (rupturas hidroliticas. Ejm proteinasas

• lactosa + agua ↔glucosa + galactosa

• Clase 4: LIASAS

• Formación de dobles enlaces por eliminación de un grupo qq o adición de grupos a dobles enlaces. Ejem: aldehido liasas

Clase 5: ISOMERASAS

• Catalizan la interconversión de isómeros: rearreglos de átomos dentro de una molécula. Son ejemplos la fosfotriosa isomerasa y la fosfoglucosa isomerasa

Clase 6: LIGASAS• Reacciones en las que

se unen dos moléculas• Formación de enlaces

qq, utilizando ATP u otros nucleótidos como fuente de energía. Ejem: polimerasas

• Nomenclatura• nombres particulares• nombre sistemático:

consta actualmente de 3 partes:

• 1.el sustrato preferente• 2.el tipo de reacción

realizado• 3.terminación "asa“• Ejm: glucosa fosfato

isomerasa• -

• Nomenclatura• Cuando la acción típica del enzima es la hidrólisis del

sustrato, el segundo componente del nombre se omite y por ejemplo: lactasa

• código de la comisión enzimática: El nombre de cada enzima puede ser identificado por un código numérico, encabezado por las letras EC (enzymecommission), seguidas de 4 números separados por puntos. El 1º número indica a cual de las seis clases pertenece el enzima, el 2º se refiere a distintas subclases dentro de cada grupo, el 3º y el 4º se refieren a los grupos químicos específicos

• que intervienen en la reacción.

Regulación de la actividad enzimática

• Homeostasis: eq dinámico del medio interno.• 1.Modificación de la [S]• 2.Modificación de la [E]• 3.Adicion covalente• 4.Regulación alosterica• 5.Activación por proteolisis (zimógeno)• 6.Cambios en el pH• 7.Cambios en la temperatura

Modificación de la [S]

• Es la menos compleja.• Ocurre al ↑o ↓la [S]• Bajas [S] es indicador

de disminución de la actividad enzimática

• Fig sup: velocidad de rx enzimatica a 6 diferentes [S]

Modificación de la [E]

• Es mas compleja: requiere la síntesis de novo de enzimas (inducción enzimática)

• La síntesis proteica requiere tiempo y mucha energía

• Cuando la [S] aumenta por encima de ciertos valores y si aparecen nuevos sustratos (antes ausentes) se deben sintetizar nuevas enzimas.

• La inducción enzimática es estimulada por hormonas (larga duración)

• Represión enzimática: disminución de la síntesis de enzimas

• ** de acuerdo a las necesidades celulares

• Regulación enzimática• Mantenimiento de un

estado ordenado• Conservación de energía• Respuesta a las variaciones

ambientales

• El control se realiza por:• 1.Control genético• 2.Modificación covalente• 3.Regulación alostérica• 4.Activación de zimógenos

Control genético• La modificacionde la [Enzima]es realizada de acuerdo a las

necesidades celulares por medio de 2 mecanismos:• Inducción enzimática:mas compleja: requiere la síntesis de

novode enzimas:• Requiere tiempo y mucha energía• Cuando la [S] aumenta por encima de ciertos valores y si

aparecen nuevos sustratos (antes ausentes) se deben sintetizar nuevas enzimas.

• La inducción enzimática es estimulada por hormonas (larga duración)

• Represión enzimática:disminución de la síntesis de enzimas• Aminoácidos y

• 2. Adición covalente• la actividad enz puede

↑o ↓por a adición covalente de un grupo químico a la enzima

• Es transitoria y reversible

• Con mayor frecuencia: g. fosfatos, g. metilo y la adenosina

• Adición o remoción de g. qq funcionan como mxs de control

• 3. Regulación alosterica• Las enz reguladas por

alosterismo existen en dos estados:

• 1.T o tenso• 2.L o laxo• Hay 2 tipos de reguladores

alostericos:• 1.Efectores o activadores

alostericos• 2.Inhibidores alostericos• Ciertas sust se unen en sitios

diferentes del sitio activo (sitio alosterico)

• Ejm: ATP, NADH, citrato, etc.

4. Activación de zimógenos• Las enz son sintetizadas como

moléculas inactivas llamadas zimógenos o proenzimas.

• Para activarse, los zimógenos sufren un ataque hidrolítico que origina la liberación de uno o varios péptidos

• Si estas enzimas se sintetizan directamente en forma activa destruirían la propia célula que las produce

• EJ: enzimas digestivas:• 28Aminoácidos y Proteínas

INHIBICIÓN ENZIMATICAMedio importante para regular las rutas metabólicasTx clínicos se fundamentan en la inhibición enzimáticaPermite diseñar técnicas bioquímicas

Clases de inhibidoresInhibición reversible:1.Competitivos2.Acompetitivos3.No competitivosInhibición Irreversible: venenos enzimáticos

Inhibidores competitivosSe unen de forma reversible a la enzima libre para formar complejo EIEl S y el I compiten por el mismo lugar en la enzimaLa actividad de la enzima ↓El efecto puede invertirse: ↑ la [ S ]Reducen la afinidad de la enzima por el STienen una estructura semejante al S

Modo de acción de las enzimas: conceptos importantesEnergía libre de Gibbs(ΔG): cantidad de energia capaz de realizar un trabajo durante una reaccion a T` y P` cte.Energía de activación(Ea): barrera energética por encima de la cual una molécula de un producto intermedio debe pasar para que se lleve a cabo una reacción.Estado de transición: es un estado que posee mayor cantidad de E libre que los reactantes y que los productos.

Sitio o centro activo de una enzimaLugar de la estructura proteica donde se da la interaccion con el sustrato (3 lugares).Es una estructura dinamica y transitoria.Hay dos modelos sobre la forma en que el sustrato se une al centro activo de la enzima:1.Modelo llave –cerradura2.Modelo del ajuste inducido

Modelo llave cerraduraPropuesto por el bioqq alemán E. Fisher 1884Plantea una interacción relativamente rígida entre los 2 componentes.La enzima permanece sin transformaciones estructurales ni funcionalesSupone que la estructura del sustrato y la del sitio activo son complementarias

Modelo del ajuste inducido• Propuesto por D. Koschland en

1958• La enzima sufre un cambio

conformacional (al interactuar con el S) que permite una relación mas estrecha entre ambos

• Es el mas aceptado actualmente• Cuando se logra la interacción E-S

en por lo menos 3 puntos se ve favorecida la rx

• La E y el S sufren cambios conformacionales

• Al final de la rx la E recupera su estructura original

Cinética enzimática• Los principios generales de las reacciones químicas se aplican

también a las reacciones enzimáticas• En una reacción de orden cero, la velocidad de formación del

producto es independiente de la concentración de sustrato.• En una reacción de primer ordenla velocidad de formación

de los productos es directamente proporcional a la concentración del sustrato.

• Una reacción de segundo ordenes aquella en la que la velocidad de formación del producto depende:

• 1. de la concentración de dos sustratos (como en una reacción de condensación)

• 2. del cuadrado de la concentración de un único sustrato (reacción de dimerización)

Cinetica enzimatica• Estudio cuantitativo de la catálisis enzimática parte de

la bioqqque se encarga de estudiar las velocidades de rxde las enzimas y como estas se modifican al variar ciertas condiciones

• Velocidad de reacción: cambio en la concentración de sustratos o productos por unidad de tiempo.

• Cinetica enzimatica• Las enzimas son catalizadores biológicos , Cinética

enzimática:.• Teoría general de la acción enzimática: la E se combina

con su S para formar el complejo E-S (unión reversible) luego este se rompe: por un lado se libera la E y por el otro se origina el ProductoFactor

• Enzimas alostéricas• Son proteínas con varias

subunidades• Su actividad es afectada

por moléculas efectoras que se unen a

• otros lugares alostéricos o reguladores

• Catalizan pasos reguladores claves de las rutas bioquímicas

• Representación de la velocidad de rx son sigmoideas

• Catálisis• Efectos de proximidad y

tensión• Efectos electrostáticos• Catálisis acidobásica• Catálisis covalente

• La actividad optima de la enzima depende de:

• Temperatura• pH• Presencia de cofactores• [ S ]• [ E ]

• El estudio de la Bioquímica muestra la interacción de las moléculas inanimadas que constituyen a los organismos vivos, para mantener y perpetuar la vida por medio de las leyes físicas y químicas.

• La Bioquimica describe en terminos moleculares:• estructuras• mecanismos• procesos quimicos• Que son compartidos por todos los organismos así como

los principios organizacionales para la vida en todas sus diversas formas:

• La logica molecular de la vida

Características de los seres vivos

• 1.Alto grado de complejidad química y organizaciónmicroscópica

• Las estructurasinternasde lascélulasestanformadaspor miles de moleculas.

• Cadaestructuratiene:• •secuenciacaracterísticade subunidades• •estructuratridimensional• •selecciónde complementosde uniónen la célula,

altamenteespecífica

• 2.Sistemasde extracción, transformacióny utilizaciónde energíadel medioambiente.

• Los organismosvivosson capacesde:

• construiry mantenersusestructuras• realizartrabajomecánico, químico,

osmóticoy eléctrico.• La materiainnimadapor el

contrario,• tiendea decaera un estadomás• desordenado, en equilibriocon• sualrededor.

• 3.Capacidad de autoreplicaciónde manera precisa

• Una sola bacteria, colocada en un medio nutritivo, puede originar un billón de células “hijas” en 24 horas.

• Cada célula contiene miles de diferentes moléculas, algunas extremadamente complejas; Sin embargo, cada bacteria es una copia fiel de la original, su construcción es dirigida

• enteramente por la• información contenida• dentro del material• genético de la célula• original.

4.Mechanismossensoriales y de respuesta para alteraciones en su alrededorSe ajustan constantemente a estos cambios adaptando su quimicainterna = homeostasis

5.Tienen funciones definidas para cada uno de sus componentes con interacciones reguladas entre ellos.Cierto tanto para las estructuras macroscopicacomo para las estructuras microscopicas y compuestos quimicos individuales.La interaccion entre los componentes quimicos de un organismo es dinamica: los cambios en un componente causan la coordinacion o la compensacion en otro.La colección de moleculas conlleva un programa cuyo fin es la reproduccion de este programa y la auto-perpetuacion de esa colección de moleculas; En resumen: La vida.

6. Una historia de cambio evolucionario.Los organismos cambian sus estrategias de vida heredadas para sobrevivir en circunstancias nuevas.El resultado es una enorme diversidad de formas de vida, muy diferentes de forma superficial, pero fundamentalmente relacionadas por medio de sus ancestros compartidos.

VII. Bases Celulares de la Bioquimica 17 Todas las celulas:•rodeadas por membrana plasmatica•citosol que contiene metabolitos, coenzimas, iones inorganicos y enzimas•un juego de genes contenido en un nucleoide(procariotas) o un nucleo (eucariotas)

Bases Celulares de la BioquimicaLos quimiotrofos oxidan combustibles, transfiriendo electrones hacia buenos aceptores: organicos, inorganicos u oxigeno molecular

Bases Celulares de la BioquimicaLas celulas procariotas contienen citosol, un nucleoide y plasmidos.Las celulas eucarioticas contienen un nucleo y son multi-compartimentadas, segregando ciertos procesos en organelos especificos, que pueden aislarse para ser estudiados.

Bases Celulares de la BioquimicaLas proteinascitoesqueletalesse ensamblan en filamentos largos dando a la celulaforma y rigidez asicomo de viasde movimiento para los organelos.

Bases Celulares de la BioquimicaOrganizacion en Complejos supramoleculares:Unidos por medio de interacciones no covalentes, formando una jerarquia de estructuras, algunas visibles con el microscopio de luz.

• VIII. Bases Quimicasde la Bioquimica

• Debido a su versatilidad de union, el carbono puede producir un amplio espectro de esqueletos C-C con variedad de grupos funcionales que otorgan las personalidades biologicas y quimicas a las biomoleculas.

• Bases Quimicasde la Bioquimica

• En las celulas vivas se encuentran algunos cientos de pequeñas moleculas, las interconversiones de estas moleculas en las vias metabolicas centrales han sido conservadas durante la evolucion.

• Bases Quimicasde la Bioquimica• Las proteínas y los ácidos

nucleícosson polímeros lineales de subunidades monoméricassimples

• Sus secuencias contienen información que les confiere su estructura tridimensional y funciones biológicas de gran importancia

• Bases Quimicasde la Bioquimica• La configuración molecular solamente

puede ser cambiada por el rompimiento de uniones covalentes.

• Para un carbono quiral(4 sustituciones diferentes), los grupos pueden acomodarse de dos formas diferentes, generando estero isómeros con distintas propiedades; Solamente un isómero es biológicamente activo.

• La conformación molecular es la posición de átomos en el espacio que puede ser cambiado por rotación del enlace sencillo sin ruptura del enlace covalente.

• Bases Químicas de la Bioquimica• Las interacciones entre moléculas

biológicas son casi invariablemente estereoespecificas: requieren un ensamble complementario entre las moléculas interactuantes

• IX. Bases Geneticasde la Bioquimica• La información genética esta codificada

en la secuencia linear de cuatro deoxi-rribonucléotidosen el ADN.

• La doble cadena helicoidal del ADN contiene un “molde” interno para su propia replicación y reparación.

• moléculas interactuantes.• Bases Geneticasde la Bioquimica• La estructura tridimensional única de

cada proteína es producida por la secuencia linear de aminoácidos codificada en el ADN del gen especifico para esa proteína.

• Macromoléculas individuales con afinidades especiales por otras macromoléculas se auto ensamblan en complejos supra moleculares.

• X. Agua• Las propiedades físicas y

químicas del agua afectan todos los aspectos de la estructura celular y sus funciones, ya que las células se encuentran adaptadas al medio acuoso.

• Sustancia mas abundante en los sistemas vivos, responsable del 70% o mas del peso de la mayoría de los organismos.

• Las fuerzas de atracción entre las moléculas del agua y su ligera tendencia a ionizarse son de crucial importancia para la estructura y función de las bio-moleculas.

• La molécula de agua y sus productos de ionización, H+ y OH-, influencian profundamente la estructura, ensamblaje y propiedades de todos los componentes celulares: proteínas, ácidos nucleícosy lípidos.

• Las interacciones no covalentes responsables por la fuerza y la especificidad de “reconocimiento” entre moléculas son decisivamente influenciadas por las propiedades solventes del agua, incluyendo su habilidad de formar puentes de hidrogeno entre sus moléculas y con solutos.

Interacciones DebilesNo Covalentes en Medios Acuosos

• Puentes de Hidrogeno

• Interacciones Electrostáticas

• Interacciones Hidrofobicas

• Fuerzas de Van derWaals

• Puentes de Hidrogeno• Los puentes de hidrogeno

formados entre las moléculas de agua, proveen las fuerzas cohesivas que dan la propiedad de ser liquida a temperatura ambiente y favorecen el ordenamiento extremo de las moléculas, típico del agua en estado cristalino (hielo).

• El puente de hidrogeno es una unión 10% covalente y 90% electrostática debido a las superposiciones de los orbitales de unión de los electrones compartidos

Puentes de Hidrogeno

• El agua tiene puntos de fusion, ebullicion y vaporizacion mayores que cualquier otro solvente comun.

• arreglocasitetrahedricode los pares de electronesen los orbitalesexternosalrededordel atomode oxigeno

• los dos átomosde hidrógenopresentancargaspositivasparcialeslocalizadas

• el atomode oxigenopresentaunacarganegativaparcial

• Estas propiedades inusuales son consecuencia de atracciones entre las moléculas de agua adyacentes, que le dan su gran cohesión interna

• Las bio-moleculaspolares son fácilmente solubles en agua ya que pueden reemplazarlas interacciones agua-agua con interacciones agua-soluto que son mas energéticamente favorables

• Las moléculas no polares interfieren con las interacciones agua-agua, pero no pueden formar interacciones agua-soluto y en medios acuosos las moléculas no polares tienden a agruparse juntas

• Los puentes de hidrogeno pueden formarse fácilmente entre un átomo electronegativo (aceptor de hidrogeno), usualmente oxigeno o nitrógeno con un solo par de electrones, y un átomo de hidrogeno unido por enlace covalente a otro átomo electronegativo (donador de hidrogeno) en la misma molécula o en otra

• Los átomos covalentemente unidos a Carbonos, no forman puentes de hidrogeno ya que casi no hay diferencia entre la electronegatividad del C y el H, por lo que la unión es apenas polar

Interacciones electrostáticas entre agua y solutos cargado

• El agua es un solvente polar.• Fácilmente disuelve la mayoría de las

biomoleculaslas cuales por lo general son polares o tienen carga eléctrica.

• Compuestos Hidrofilicos:• Los que se disuelven fácilmente en

agua• Hydro: Agua• Philos: amante• Compuestos Hidrofóbicos:• Los que no se disuelven fácilmente en

agua, como ceras y grasas que son solubles en solventes no polares (cloroformo, benceno)

• Hydro: Agua• Phobia: Temor

• Agua como solvente. El agua disuelve muchas sales cristalinas al hidratar sus iones. La estructura laminada del NaCl cristalino es interrumpida cuando las moleculas de agua se agrupan sobre los iones de Na+ y Cl-. Las cargas ionicas son parcialmente neutralizadas y las atracciones electrostaticas necesarias para formar las laminas del cristal son debilitadas.

• Compuestos anfipáticos:• Contienen regiones polares (cargadas) y

regiones no polares (sin carga).• Cuando un compuesto anfipáticose mezcla con

agua, la región hidrofílica(polar) interactúa favorablemente con el solvente y tiende a disolverse, pero las regiones hidrofóbicas(no polares) se agrupan juntas para presentar la menor cantidad del área hidrofóbicaal solvente acuoso y las regiones polares se rearreglanpara maximizar su interacción con el solvente

• Muchas moleculasson anfipaticas:

• Proteinas• Pigmentos• Vitaminas• Esteroles• Fosfolipidosde las

membranas• tienen regiones polares

y no polares

• Ionizaciondel agua• El agua pura se encuentra

levemente ionizada, formando igual numero de iones hidrogeno o hidronio (H3O+) y de iones hidroxilo (OH-).

• La concentracion total de iones hidrogeno de todas las fuentes es experimentalmente medible yse expresa como el pH de la solucion

• Ionizacion del agua, Bases y Acidos debiles

• El producto iónico del agua, Kw, es la base para la escala de pH. Esta es un medio conveniente para designar la concentración de H en soluciones acuosas.

• El pH de una solución acuosa refleja en escala logarítmica la concentración de iones hidrogeno:

• pH= log 1=-log [H].• [H+]

• El valor de 7 parael pH de unasolucionneutrase derivadel valor absolutodel productoionicodel aguaa 25 C.

• Solucionescon pH mayor que7 son alcalinaso basicas, La concentracionde OH esmayor quede H.

• Al contrario, lassolucionescon pH menorque7 son

La escala de pH es logarítmica, no aritmética.Cuando dos soluciones difieren en una unidad de pH significa que una de las soluciones tiene 10 veces la concentración de H+ respecto a la otra, pero no indica la magnitud absoluta de la diferenciaUn refresco de cola (pH 3.0) o el vino tinto(pH 3.7) tiene una concentración de H+

Amortiguadores y cambios de pH en sistemas biologicosAmortiguadores:Son sistemas acuosos que resisten cambios en pH cuando se adicionan pequeñas cantidades de acidos(H) o bases (OH)Una mezcla de una acido o base debilcon su sal resiste cambios de pH causado por la adicionde H u OH= Funcionan como amortiguadores

En las células y tejidos, Los sistemas de amortiguación de fosfato y de bicarbonato mantienen los fluidos intray extra celulares dentro de su pH optimo o fisiológico, usualmente cercano a 7.Este es el pH en el cual las enzimas actúan de forma optima.

Los fluidos intray extracelulares de los organismos multicelulares tienen un pH característicos y casi constante.Los sistemas amortiguadores fisiológicos son la primera línea de defensa ante los cambios de pH.El citoplasma contiene altas concentraciones de proteínas con aade grupos funcionales que actúan como ácidos o bases débiles.

• Los nucleotidos como el ATP, igual que muchas moleculas de bajo peso molecular, contienen grupos ionizables que proporcionan sistemas amortiguadores para el citoplasma

• Algunos organelos y compartimentos altamente especializados tienen altas concentraciones de compuestos con capacidades amortiguadoras.

• Fuerzas de Van derWaals• Cuando dos átomos no cargados se

encuentran muy cerca, sus nubes electrónicas se influencian una a la otra, los dos núcleos tienden a juntarse, pero sus nubes electrónicas comienzan a repelerse.

• En el punto donde hay un balance exacto entre estas fuerzas de atracción y de repulsión entre los núcleos se le conoce como punto de contacto de Van derWaals

• El agua es tanto el solvente en el cual ocurren las reacciones metabolicas asi como el reactante en muchos procesos bioquimicos:

• hidrolisis• condensacion,• Reacciones de oxidacion-reduccion

LÍPIDOS:

• DEFINICION:Son un grupo de compuestos, con estructuras diversas, todos insolubles en agua que pueden ser extraidospor compuestos no polares, lo que les confiere sus principales propiedades biológicas.

• LIPIDOS : Componentes estructurales

• ESTRUCTURA:• Moléculas hidrofóbicasque

continen:• Derivados de largas cadenas

alifáticas : ACIDOS GRASOS• •Glicéridos• •Esfingolípidos• •Fosfoglicéridos• Sistemas de anillos de

hidrocarbonos: esteroides• Combinaciones: esteroles

éster, lípidos menores

Perfil calórico recomendado

• Se define como el aporte energético de macronutrientes (proteínas, hidratos de carbono y lípidos) y alcohol (cuando se consume) a la ingesta calórica total.

• CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS LÍPIDOS

• Lípidos de almacenamiento• Lípidos estructuralesde

membrana• Regulaciónde la función celular• Señalización• Cofactores• Pigmentos• Precursoresde sales biliares,

hormonas y vitaminas liposolubles

• LÍPIDOS DE ALMACENAMIENTO

• Son acidoscarboxilicoscon cadenas de hidrocarbonosde entre 4 y 36 C, usualmente en numero par.

• Si la cadena no contiene dobles enlaces : Saturados

• Si la cadena contiene dobles enlaces : Insaturados

• CH3(CH2)nCOOH

• Propiedades físicas de los AG• Solubilidad en agua: depende de

la longitud y el grado de insaturaciónde la cadena de hidrocarburos. Entre mas larga y menos dobles enlaces estenpresentes en una cadena menos soluble es en agua.

• Punto de fusión: Esta determinado por su grado de insaturación, la longitud de la cadena y la presencia de ramificaciones:

• A 25 ºC los AG saturados tienen una consistencia cerosa mientras que los insaturados con una longitud de cadena similar son aceites líquidos.

• LÍPIDOS DE ALMACENAMIENTO

• AG omega-3 son benéficos para el corazón, entre sus efectos positivos:

• acciones antiinflamatorias• acciones anticoagulantes• disminución de los niveles de colesterol y triglicéridos• reducción de la presión sanguínea.• Se recomienda que el aporte calórico de la ingesta

total de grasa no supere el 30-35% de la energía total consumida, y su distribucioncomo aportantespara la obtencionde la energía total debe ser:

• AGS: <10%,• AGP: <7%• AGM: >13%

Propiedades físicas de los AGSolubilidad en agua: depende de la longitud y el grado de insaturaciónde la cadena de hidrocarburos. Entre mas larga y menos dobles enlaces estenpresentes en una cadena menos soluble es en agua.Punto de fusión: Esta determinado por su grado de insaturación, la longitud de la cadena y la presencia de ramificaciones:A 25 ºC los AG saturados tienen una consistencia cerosa mientras que los insaturados con una longitud de cadena similar son aceites líquidos.LÍPIDOS DE ALMACENAMIENTO

Efectos biológicos de los eicosanoides

• Prostaglandinas• Estimulación de músculo liso (intestino-utero)• Regulación de la producción de esteroides• Inhibición de la secreción gástrica• Sensibilización al dolor• Mediación de la respuesta inflamatoria en todos los tejido• Tromboxanos• Regulan la función de plaquetas• Leucotrienos (LTC4y LTD4)• Músculo liso (intestino, vías pulmonares y traquea)• Mediadores de anafilaxis

TRIACILGLICEROLES

• Adipocitos:• Células animales

especializadas en el almacenamiento de las grasas.

• Constituyen la mayor parte del tejido adiposo.

• LÍPIDOS DE ALMACENAMIENTO

• Almacenamiento de grasa: Funciones

• Producción de energía: oxidación para generar ATP e impulsar procesos metabólicos

• Producción de calor: oxidan TAG para producir calor en lugar de ATP (grasa parda en animales homeotermos)

• Aislamiento: entorno frío, las capas de células adiposas actúan como aislante (ballenas)

• LÍPIDOS DE ALMACENAMIENTO

• Glicerofosfolipidos• Muy abundantes en las

membranas biológicas.• Se derivan del acido

fosfatidico• El acfosfatidicose puede

esterificar en el fosfato unido al C3 con una molecaltamente hidrofilicaa través de un enlace fosfodiester:

• colinaetanolamina• serinainositoldifosfato,

fosfatidilglicerolLÍPIDOS

• COLESTEROL: Importancia clínica

• Es poco soluble, tiende a precipitar en el endotelio de los vasos sanguíneos

• Se asocia con el bloqueo de arterias (placas ateromatosas)

• Resulta en:• -Aumento de presión

arterial• -Formación de coágulos:

infarto al miocardio• -Derrames

• ESTEROIDES• Compuestos hexaprenoides(6

unidades prenoides5 C)• Enorme importancia biológica• Esteroles: alcoholes esteroideos• Colesterol• Calciferoles (vitD)• Ácidos biliares• Hormonas corticales:• Glucoy mineralocorticoides• Hormonas sexuales:• Estrógenos• Gestágenos• Andrógenos• Digitálicos: Txinsufcardiaca →

Inhibición sobre la bomba de Na+

• ESTEROLES: CALCIFEROLES

• Vitamina D: mejora la absorción de Ca+2por parte del intestino.

• Ergocalciferol: VitD2(vegetal)• Colecalciferol: VitD3(animal)• Puede ser sintetizada por el

organismo• Deficiencia: Raquitismo:

niños ; Osteomalacia: adultos

• ESTEROIDES: SALES BILIARES

• Abundantes en la bilis• Acido cólico, acido

glicocólico (Gly), ácido taurocólico (taurina), litocólico

• Producidos por el hígado• Actúan como agentes

emulsionantes de los lípidos que llegan al intestino (facilitan la absorción)

• Esteroides: Hormonas• Estrógenos: Hhpropias

de la primera mitad del ciclo sexual femenino (estradiol)

• Andrógenos: Hhsexuales masculinas (testosterona)

• Gestágenos: Hhde la 2` mitad del ciclo sexual femenino y del embarazo (progesterona)