Moléculas de la vidaMoléculas de la vida

Prof. César Amanzo López

Universidad de San Martín de Porres

Facultad de Medicina

Biología Celular y Molecular

Universidad de San Martín de Porres

Facultad de Medicina

Biología Celular y Molecular

TemarioTemario

1. Introducción.2. Agua. Propiedades. Rol en los organismos vivos.

3. Biomoléculas. Propiedades y clasificación. Rol en los

organismos vivos.

4. Oligoelementos. Propiedades y clasificación. Rol en

los organismos vivos.

5. Complejos macromoleculares. Propiedades y clasificación. Rol en los organismos vivos.

La vida depende de…

…miles de interacciones y reacciones químicas exquisitamente coordinadas tanto en el tiempo como en el espacio y bajo la influencia de instrucciones genéticas y del medio ambiente.

En el interior de las células ocurren diversas reacciones químicas reguladas y coordinadas con una alta precisión.

La primera forma de vida apareció en un medio acuoso y las propiedades de éste medio ha influenciado profundamente en la química de la vida.

Todos los organismos vivos……se componen de sustancias

químicas inorgánicas y orgánicas, que aparecen en aproximadamente las mismas proporciones, y realizan las mismas tareas generales.

La células están constituidas por las mismas moléculas y los mismos átomos presentes en seres inanimados.

El hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, carbono, fósforo, y azufre:• Representan más del 99% de la masa de

las células vivas.• Cuando se combina en diversas maneras

prácticamente forman todas las biomoléculas.

• Estos átomos son inicialmente empleados en la síntesis de un pequeño número de bloques de construcción que son, a su vez, son utilizados en la construcción de un amplia gama de macromoléculas vitales.

H

O

N

C

P

S

Bloque de construcción

Macromolécula

Aminoácidos Proteínas

Nucleótidos ADN y ARN

Azúcares Almidón y celulosa.

Los fosfolípidos y colesterol forman parte de las biomembranas.

Hay cuatro clases generales de macromoléculas dentro de las células vivas:

• Ácidos nucleicos.

• Proteínas.

• Polisacáridos.

• Lípidos.

Hay cuatro clases generales de macromoléculas:Ácidos nucleicos, Proteínas, Polisacáridos y Lípidos.

• Estos compuestos tienen pesos moleculares que van desde 1 x 103 a 1 x 106.

• Se forman mediante la polimerización de bloques de construcción que tienen pesos moleculares en el rango de 50 a 150.

Formación de macromoléculas dentro de la célula

Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno, Carbono, Fósforo,

Azufre

Nucleótidos aminoácidos Acetil coenzima AAzúcares simples

(ej. Glucosa)

Acido graso

(Ej. Acido palmítico)

ACIDOS NUCLEICOS

PROTEÍNASLÍPIDOS

POLISACARIDOS

Colesterol

B = Base conteniendo N

R = Cadena latera

Energía térmica

Fuerzas de Van der Waals

Fuerzas electrostáticas

Puentes de Hidrógeno

Hidrólisis del ATP

Enlace fosfoanhidro

Enlaces covalentesInteracciones no covalentes

Los enlaces covalentes son mucho más estables y más fuertes que las interacciones no covalentes

• Las células contienen mucho más moléculas de proteínas que moléculas de ADN.

• El ADN es la biomolécula de mayor longitud de la célula.

Composición química aproximada de una célula en rápida división (E. coli)Compuesto % peso húmedo de la

célulaDiferentes tipos de moléculas/célula

Agua 70 1

Ácidos nucleicos:

ADN 1 1

ARN 6

Ribosomal 3

Transferencia 40

Mensajero 1000

Nucleótidos y metabolitos 0,8 200

Proteínas 15 2.000 – 3.000

Aminoácidos y metabolitos 0,8 100

Polisacáridos 3 200

Lípidos y metabolitos 2 50

Iones inorgánicos 1 20

Otros 0,4 200Watson JD: Molecular Biology of the Gene, 2nd ed., Philadelphia, PA: Saunders, 1972.

La composición química de un organismo celular no tiene mayor diferencia que la de un organismo multicelular, incluyendo los mamíferos.

Un óvulo humano de aprox. 200 micrómetros de diámetro rodeado de

espermatozoides.

De la unión de un óvulo y un espermatozoide se tiene una célula

que dará origen a los 1 x 1012 células que conforman el cuerpo humano.

AguaAgua• Propiedades.• Rol en los organismos vivos.

El agua es la molécula más abundante de las células:

• Aproximadamente el 99% de las moléculas celulares son moléculas de agua.

• El agua representa aproximadamente el 70% del total de peso húmedo de la célula.

• Aunque el agua es importante para la vitalidad de todas las células, la mayor parte de nuestra atención está por lo general centrada en el otro 1% de biomoléculas.

Las moléculas de agua forman puentes de hidrógeno con otras moléculas de agua y con moléculas diferentes.

Mo

me

nto

dip

ola

r

Los iones tienen una capa de agua

Los gases necesarios para la vida son solubles en el agua.

El agua organiza las membranas celulares

El agua permite la interacción entre moléculas

Ej. Sustrato y enzima

El pH del agua es neutra

Las interacciones entre el agua y otros constituyentes de la célula es de importancia central en la química biológica.

• La propiedad de ser una molécula polar:– hidrógenos: ligera carga

positiva.– Oxígeno: una ligera carga

negativa.

Los iones tienen una distribución característica fuera y dentro de la célula.

Generan microambientes propicios para las diversas reacciones químicas.

La distribución asimétrica de los diversos iones da polaridad a la membrana celular.

Acidos Nucleicos

• Son polímeros (gr. Poli = varios, mer = unidad) de nucleótidos.

• Almacenan y transmiten la información genética.

• Sólo 4 nucleótidos diferentes se utilizan en la biosíntesis de ácidos nucleicos.

Las bases nitrogenadas forman el ADN y ARN

El nucleótido es la unidad formadora de ADN y ARN

• La información genética contenida en los ácidos nucleicos es almacenada y reproducida en los cromosomas, que contienen genes (gr. gennan = "producir").

La especie humana tiene 23 pares de cromosomas

La especie humana tiene 23 pares de cromosomas

• Un cromosoma es una molécula de ácido desoxirribonucleico (ADN) interactuando con proteínas histonas.

• Los genes son segmentos de un ADN intacto.

• El número total de genes en una determinada célula de mamíferos es de varios miles.

• Cuando una célula se replica por sí misma se producen copias idénticas de moléculas de ADN conservándose la información para la descendencia.

• La información genética presente en el ADN está disponible para dirigir prácticamente todas las reacciones químicas dentro de la célula.

• La mayor parte de la información genética llevada por el ADN proporciona instrucciones para el ensamblaje de prácticamente todas las proteínas de la célula.

• El flujo de información de ácidos nucleicos a las proteínas es comúnmente representado como:

ADN

• Significa que la secuencia de nucleótidos en un gen de ADN especifica el montaje de un secuencia de nucleótidos en una molécula de ARNm, lo que a su vez dirige el montaje de la secuencia de aminoácidos en la proteína a través de moléculas de ARNt y ARNr.

ARN mensajero ARN de transferencia ARN ribosomal

proteínas.

Proteínas

• Las proteínas son polímeros de aminoácidos responsables de la implementación de las instrucciones contenidas dentro del código genético.

• 20 diferentes aminoácidos se utilizan para sintetizar las proteínas, aproximadamente la mitad se forman como intermediarios metabólicos, mientras que el resto debe ser incorporado a través de la dieta*.

* aminoácidos esenciales

Los 20 aminoácidos que forman las proteínas

Proteínas

• Cada proteína formada en el cuerpo, es única en su estructura y función, participa en procesos que caracterizan la individualidad de células, tejidos, órganos y sistemas orgánicos.

• Un célula contiene miles de diferentes proteínas, cada una con una función diferente.

Las proteínas pueden tener hasta cuatro estructuras.

Funciones de las proteínas

1. Muchas proteínas funcionan como enzimas catalizando las reacciones químicas. Prácticamente todas las reacciones químicas en la célula viva requiere de una enzima.

2. Otras proteínas transportan diferentes compuestos, hacia fuera o al interior de las células.

3. Algunas actúan como proteínas de almacenamiento (ej. La mioglobina se une al oxígeno en el músculo).

Funciones de las proteínas

4. Otras proteínas funcionan como moléculas de defensa en la sangre o en la superficie de las células (ej. proteínas de coagulación e inmunoglobulinas).

5. Existen proteínas contráctiles (por ejemplo, la actina, miosina y la troponina de las fibras musculares esqueléticas).

6. Otras proteínas tienen un rol estructural (por ejemplo, colágeno y elastina).

Las proteínas, a diferencia del glucógeno y triglicéridos, no son sintetizadas ni almacenadas como entidades no funcionales.

Las proteínas, a diferencia del glucógeno y triglicéridos, no son sintetizadas ni almacenadas como entidades no funcionales.

Polisacáridos

• Los polisacáridos son polímeros de azúcares simples (es decir, monosacáridos). (gr. Sakchar = "azúcar o dulzura".)

• Algunos polisacáridos son polímeros homogéneos que contienen sólo un tipo de azúcar (ej. glucógeno).

• Otros polisacáridos son polímeros heterogéneos complejos que contienen 8 -10 tipos de azúcares.

Bacteria

Glicoproteinas

Glicolípidos

Mono-

sacáridos

Peptidoglicano

(mureina)

Periplasma

Proteoglicanos

Glucógeno

AminoácidosPiruvato

Otros monosacáridos

Glucosa

Polisacáridos• En contraste con los polímeros heterogéneos

(por ejemplo, proteínas, ácidos nucleicos, y algunos polisacáridos), los polímeros homogéneos no llevan información.

Los polisacáridos pueden ser:

1. Componentes funcionales y estructurales de las células. (ej. glicoproteínas y glicolípidos).

2. Formas de almacenamiento de energía, no informacional. (ej. glucógeno).

Los 8 a 10 monosacáridos que se convierten en los pilares para polisacáridos heterogéneos pueden ser sintetizados de glucosa o formados a partir de otros intermediarios metabólicos.

Lípidos

• Lípidos (gr. lipos ="grasa") son sustancias no polares en su mayoría insolubles en agua (excepto: ácidos grasos cadena corta volátiles y cuerpos cetónicos).

LípidosFunciones:

• Componente de membranas (colesterol, glicolípidos y fosfolípidos).

• Precursores a otras importantes biomoléculas (ácidos grasos).

• Revestimientos de protección para prevenir la infección y el exceso de ganancia o pérdida de agua.

• Vitaminas (A, D, E, y K).• Hormonas esteroides.

LípidosFunciones:

• Forma de almacenamiento de energía (triglicéridos).

• Barreras de aislamiento (depósitos de grasa neutra).

Aislamiento térmico

Lípidos

• Todos los lípidos pueden ser sintetizados a partir de acetil-CoA.

• Acetil coenzima A se pueden generar de diversas fuentes:– Carbohidratos.– Aminoácidos.– Ácidos grasos de cadena corta volátiles (ej.

acetato).– Cuerpos cetónicos.– Ácidos grasos.

Lípidos. Clasificación:

1.Lípidos simples: incluyen únicamente las que son ésteres de ácidos grasos y un alcohol (ej. mono-, di- y triglicéridos).

2.Lípidos compuestos: incluyen diversos materiales que contienen otros sustancias, además de un alcohol y ácido graso (ej. Fosfoacilglicerol, esfingomielina y cerebrósidos)

3.Lípidos derivados: incluyen aquellos que no pueden ser claramente clasificados (ej. esteroides, eicosanoides y las vitaminas liposolubles).

LípidosPrincipales clases:

1. Ácidos grasos saturados e insaturados (de cadena corta, mediana y larga).

2. Triglicéridos.3. Lipoproteínas:

• Quilomicrones.• Lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL).• Lipoproteínas de baja densidad (LDL).• Lipoproteínas de densidad intermedia (IDL).• Lipoproteínas de alta densidad (HDL).

4. Fosfolípidos y glicolípidos.5. Esteroides (colesterol, la progesterona, etc).6. Eicosanoides (prostaglandinas, tromboxanos, y

leucotrienos).

Ácidos grasos saturados e insaturados

Los lípidos de membrana son:

1. Fosfolípidos

2. Glicolípidos.

3. Colesterol