Aspectos Elementales de Qumica Orgnica------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Aspectos Elementales de Qumica Orgnica Cecilio Enrique Vera Viera------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

LPIDOS

Los lpidos constituyen a un grupo importante de compuestos que incluyen a las grasas y sustancias afines. Son insolubles en agua y solubles en disolventes no polares como el ter, cloroformo, benceno, etc. Se constituyen como sustancias energticas importantes en la alimentacin y por que contienen vitaminas liposolubles y cidos grasos esenciales.

En el organismo las grasas sirven como una fuente energtica directa que se encuentran almacenadas en el tejido adiposo; sirven como aislante trmico en los tejidos subcutneos y los lpidos no polares sirven como aislantes elctricos. El estudio de los lpidos extiende su importancia en la Bioqumica de inters Biomdica como obesidad, aterosclerosis y el papel de los cidos grasos poli insaturados en nutricin.

CLASIFICACION

La clasificacin, ms aceptada para el estudio de los lpidos es la siguiente:

1. Lpidos simples: a. Grasas

b. Ceras

2. Lpidos complejos: a.Fosfolpidos:

b.Glucolpidos

LIPIDOS

3.Derivados de lpidos

y sustancias afines:a. Glicerol y otros alcoholes

b. cidos grasos

c. Aldehdos grasos

d. Esteroles y esteroides

1. LIPIDOS SIMPLES

a.GRASAS

Son steres del glicerol y cidos grasos (cidos de alto peso molecular); tambin reciben el nombre de triglicridos o triacilgliceroles. Los compuestos que se encuentran en la naturaleza, casi todos son triacilgliceroles mixtos, es decir los restos de cidos grasos presentes en sus estructuras son diferentes.

CH2 OOC R1

(CH OOC R2

(

CH2 OOC R3

triacilglicerol

CH2 OOC (CH2)16 CH3

(CH OOC (CH2)14 CH3

(

CH2 OOC (CH2)16 CH3

1,3-diestearopalmitina

CH2 OOC (CH2)16 CH3

(CH OOC (CH2)16 CH3

(

CH2 OOC (CH2)14 CH3

1,2-diestearopalmitina

Es importante reconocer que los carbonos 1 y 3 del glicerol son diferentes cuando se orientan espacialmente; esta caracterstica ha sido demostrada mediante la identificacin por accin enzimtica.

b.CERAS

Son steres cidos grasos con alcoholes monohdricos (con un grupo oxidrlico) de peso molecular elevado.

CH3 (CH2)11 OOC (CH2)14 CH3

Palmitato de dodecanilo

(Cera)

2. LIPIDOS COMPLEJOS

a. FOSFOLPIDOS

Son compuestos que contienen, adems de cidos grasos y un alcohol, un residuo de cido o- fosfrico; con frecuencia contienen una base nitrogenada: colina o etanolamina. En este grupo se clasifican a los glicerofosfolpidos y esfingofosfolpidos.

-GLICEROFOSFOLPIDOS. El alcohol es el glicerol, comprende: cido fosfatdico y fosfatidilgliceroles, fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina y plasmalgenos (entre los ms importantes).

CH2 OOC R

(

CH COO R

(

CH2 O P O

O O

cido fosfatdico

CH2 OOC R

(

CH COO R

(

CH2 O P O CH2 CH2

O OH

fosfatidilglicerol

FOSFATIDILCOLINAS (LECITINAS). Son fosfogliceroles que contienen colina como base nitrogenada; se encuentran como constituyentes de las membranas celulares, son la reserva corporal ms importante de la colina, neurotransmisor para almacenar grupos metilo.

CH2 OOC R

(

CH COO R

(

CH2 O P O CH2 CH2 N(CH3)3 O OH

Fosfatidilcolina (lecitina)

FOSFATTIDILETANOLAMINA (CEFALINAS). Son fosfogliceroles que se diferencian de las lecitinas slo en la base nitrogenada, estas estructuras presentan etanolamina en vez de colina.

CH2 OOC R

(

CH COO R

(

CH2 O P O CH2 CH2 NH2 O OH

Fosfatidiletanolamina (cefalina)

FOSFATIDALETANOLAMINAS (PLASMALGENOS). Estos compuestos constituyen hasta el 10% de los fosfolpidos del encfalo y del msculo. Estructuralmente se parecen a las cefalinas, pero poseen un enlace ter en el carbono 1 , tpicamente el grupo alquilo es un alcohol insaturado.

CH2 O CH = CH R

(

CH COO R

(

CH2 O P O CH2 CH2 NH2 O OH

Fosfatididaletanolamina (plasmalgeno)

ESFINGOFOSFOLIPIDOS. Tambin se encuentran en el sistema nervioso, se encuentran en el encfalo y tejido nervioso; qumicamente estn constituidos por cido graso, cido o-fosfrico, colina y esfingosina. La combinacin de esfingosina con cido graso se conoce como ceramida.

CH3 (CH2)12 CH = CH CHOH CH NH OC R

(

CH2 (

O

(

O = P O

(

O CH2 CH2 N(CH3)3 Esfingomielina (esfingofosfolpido)

b. GLUCOLPIDOS

Son compuestos que se encuentran en la capa externa de la membrana plasmtica donde forman parte de los carbohidratos de la superficie celular; sin embargo se encuentran distribuidos en todos los tejidos del cuerpo, en particular en el tejido nervioso. Contienen ceramida y un azcar. Los compuestos ms sencillos son la galactosilceramida y glucosilceramida.

La galactosilceramida es un glucoesfingolpido mayoritario del cerebro y otros tejidos nerviosos; la galactosilceramida puede convertirse a sulfogalactosilceramida, abundante en la mielina. Los glucoesfingolpidos ms complejos son los ganglisidos que se derivan de la glucosilceramida.

CH3 (CH2)12 CH = CH CHOH CH NH OC CH(OH)-(CH2)21 CH3 (

CH2 CH2OH ( O

HO O

H

OR H

H

H

H OH

Galactosilceramida (si R=H, es un galactocerebrsido)

Sulfogalactosilceramida (si R = SO42-, es un sulftido)

3. DERIVADOS DE LOS LIPIDOS Y SUSTANCIAS AFINES

a. ACIDOS GRASOS

Son compuestos carbonados de alto peso molecular que existen como constituyentes de las grasas; sin embargo pueden existir libres. La cadena puede ser saturada o no saturada.

En el estudio de cidos carboxlicos se dio a conocer algunas estructuras importantes de cidos de alto peso molecular; en esta parte haremos referencia de otros cidos de importancia biolgica;

La nomenclatura sistemtica, usada frecuentemente, est basada en nombrar al cido graso con el nombre del hidrocarburo de donde procede, sustituyendo la terminacin O por ANOICO y los cidos insaturados con doble ligadura terminan en ENOICO.

Los tomos de carbono se numeran a partir del carbono del grupo carboxlico que es el carbono nmero 1. El tomo de carbono adyacente es el carbono nmero 2, que tambin se designa como carbono (; el carbono nmero 3 es el carbono ( y el carbono terminal metlico (ltimo carbono) como carbono .

Se utilizan varios convencionalismos para designar la posicin de los enlaces dobles; as por ejemplo, (9 significa que existe un doble enlace entre el carbono 9 y 10 de la cadena carbonada. El smbolo 9 indica una doble ligadura en el carbono 9 contando desde el ltimo carbono. Los cidos grasos saturados no contienen dobles enlaces. Los cidos grasos insaturados pueden contener ms de un enlace doble.

Segn el grado de insaturacin, los cidos grasos unsaturados pueden ser:

a. Acidos monoinsaturados: contienen un doble enlace.

b. Acidos grasos poliinsaturados: contienen dos o ms dobles enlaces.

c. Eicosanoides: son compuestos que se derivan de los cidos grasos eicosa-polienoicos que contienen 20 tomos de carbono.

b. ESTEROIDES

Constituyen un grupo de compuestos de importancia biolgica, que tienen como ncleo al ciclopentanoperhidrofenantreno

12 18 17

11 13 16

C D

1 19 9

2 10 8 14 15

A B

3 5 7

4 6

ciclopentanoperhidrofenantreno

Todos los esteroides tienen un ncleo semejante al fenantreno, observar en la figura anterior los anillos A, B y C, al que se le une el anillo del ciclopentano, observe el anillo D; los carbonos se enumeran como se indica.

El colesterol es el compuesto ms conocido, puesto que es el responsable de la ateroesclerosis y como precursor de un gran nmero de esteroides de importancia biolgica en los que se incluye a las hormonas suprarrenales, hormonas sexuales, cidos biliares y vitaminas D entre otros.

HO

colesterol

El ergosterol es un precursor de la vitamina D. Cuando es radiado con luz ultravioleta adquiere propiedades antirraquticas debido a la abertura del anillo B.

HO

ergosterol

El colesterol forma los cidos biliares, los cidos biliares primarios son sintetizados en el hgado a partir del colesterol en varias etapas intermedias. El cido clico es el cido biliar ms abundante; una proporcin de cidos biliares primarios que llegan al intestino puede estar sujeta a ciertos cambios ulteriores por la actividad de las bacterias, produciendo los cidos biliares secundarios como el cido desoxiclico.

COOH

OH

HO OH

cido clico

La bilis contiene cantidades importantes de iones sodio y potasio y su pH es alcalino, presumindose que los cidos biliares y sus conjugados estn en forma de sales, de all que se les denomina sales biliares. El cido desoxiclico se diferencia de cido clico en la ausencia del grupo OH en la posicin 7 del correspondiente ncleo.

COOH

OH

HO

cido desoxiclico

La corteza de la glndula suprarrenal del adulto tiene tres capas: El rea subcapsular o zona glomerulosa, relacionada con la produccin de los mineralcorticoides, la zona fasciculada y la zona reticular; estas dos ltimas producen glucocorticoides y andrgenos. Los glucocorticoides son esteroides de 21 carbonos, de los que podemos mencionar: corticosterona y cortisol.

CH2OH

CH2OH

(

( C =O

C = O

OH

HO

HO

O O

Corticosterona

Cortisol

Las gnadas son rganos bifuncionales que producen clulas germinales y hormonas sexuales. Los ovarios producen vulos y las hormonas esteroides, estrgenos y progesterona; los testculos producen espermatozoides y testosterona

CH3

(

C =O

OH

O O

Progesterona

Testosterona

AMINOCIDOS Y PROTENAS

Las protenas son macromolculas de importancia biolgica cuyas unidades monomricas son los L-(-aminocidos; aunque muchas protenas incluyen en su estructuras otros componentes como grupo heme, carbohdratos, lpidos, sus estructuras tridimensionales y propiedades estn determinadas por el tipo de aminocidos que estn presentes en su molcula. La reaccin ms importante de los aminocidos es la formacin del enlace peptdico que comprende la eliminacin de un mol de agua entre el grupo (-amino de un aminocido y el grupo (-carboxlico de otro aminocido, formndose la cadena protenica.

COOH

(

H C NH2 (

R

L-(-aminocido

Los aminocidos contienen dos grupos funcionales amino y carboxilo; en un (-aminocido ambas funciones se encuentran en un mismo carbono. Aproximadamente se encuentran en la naturaleza 300 aminocidos diferentes, slo 20 se encuentran conformando a las protenas como constituyentes de toda forma de vida, estos aminocidos se llaman aminocidos escenciales, estos deben ser suministrados en la alimentacin por que nuestro organismo no puede sintetizarlos en cantidades suficientes para el crecimiento y la conservacin de la salud.

Los aminocidos pueden retener carga neta positiva, negativa o cero, dependiendo del medio en donde se encuentren; en solucin existen dos formas en equilibrio:

COOH

COO

( ( H C NH2 H C NH3+ ( ( R R

Forma neutra zwitterin

COOH

COO

( ( H C NH2 H C NH2 + H+ ( ( R R

Base conjugada

COOH

COOH

( ( H C NH3+ H C NH2 + H+ ( ( R R

cido conjugado

Los (-aminocidos exhiben fuerzas relativas de cidos dbiles que se expresan en trminos de su constante de disociacin , Ka o de su pKa; la carga neta de un aminocido depende del pH o de la concentracin de protones de sus soluciones. El pH en que un aminocido no tiene carga neta y por ende no migran en un campo elctrico, es su pH isoelctrico o punto isoelctrico, pI

El pH isoelctrico es el pH medio entre los valores del pK de uno y otro lado de la especie isoelctrica o zwitterin:

COOH COO COO

( ( ( H C NH3+ H C NH3+ H C NH2 ( ( ( R R R

forma cida zwitterin forma bsica

Para un aminocido aliftico, por ejemplo la alanina, la especie isoelctrica es la forma zwitterinica, el punto isoelctrico de la alanina es:

pK1(R-COOH) = 2,35 y pK2 (R-NH3+) = 9,69

pK1 + pK2 2,35 + 9.69 pI = -------------------- = ------------------ = 6,02

2 2

AMINOCIDOS ESCENCIALES

NOMBRE

SMBOLO

FORMULA

Glicina

Gli

H CH COOH

( NH2Alanina

Ala

CH3 CH COOH

( NH2Valina

Val

CH3 CH CH COOH

( ( CH3 NH2Leucina

Leu

CH3 CH CH2 CH COOH

( (

CH3 NH2Isoleucina

Ile CH3 CH2 CH CH2 CH COOH

( ( CH3 NH2Serina

Ser

HO CH2 CH COOH

( NH2Treonina

Tre

CH3 CHOH CH COOH

( NH2

Tirosina

Gli

HO CH2 CH COOH

( NH2Cistena

Cis

HS CH2 CH COOH

( NH2Metionina

Met

CH2 CH2 CH COOH

( ( S CH3 NH2Acido asprtico

Asp

HOOC CH2 CH COOH

( NH2Aspargina

Asn

H2N CO CH2 CH COOH

( NH2Acido glutmico

Glu

HOOC CH2 CH2 C H COOH

( NH2Glutamina

Gln H2N CO CH2 CH2 CH COOH

( NH2Arginina

Arg HN CH2 CH2 CH2 CH COOH

( ( H2N C = NH NH2Lisina

Lis H2N CH2 CH2 CH2 CH2 CH COOH

( NH2Histidina

His

CH2 CH COOH

( HN N NH2

Triptofano

Tri

CH2 CH COOH

( NH NH2

Fenilalanina

Fen

CH2 CH COOH

( NH2Prolina

Pro

N COOH ( H

La reaccin ms importante de los (-aminocidos es la formacin del enlace peptdico, que resulta de la eliminacin de una molcula de agua entre el grupo (-amino de un aminocido y el grupo (-carboxilo de otro aminocido; sin embargo la reaccin no ocure en este sentido, puesto que el sistema en equilibrio favorece el proceso de hidrlisis, es por eso que, en la sntesis de la unin, debe activarse el grupo carboxilo. En los procesos biolgicos, la activacin comprende una condensacin inicial trifosfato de adenosina.

NH2

COOH

( ( H C COOH NH2 C H

( ( R R

NH2

COOH

( ( H C CO NH C H + H2O

( ( R R

Enlace peptdico

La unin de dos o ms aminocidos mediante enlaces peptdicos se denomina pptidos; los pptidos constituidos por ms de 10 aminocidos se llaman polipptidos. Muchas hormonas son pptidos como la insulina o son antibiticos como la valinomicina.

O R H O R H O R

( ( ( ( (

H2 N C CH N C CH N C CH

CH N C CH N C CH N COOH

( ( ( ( ( (

R H O R H O R H

Estructura de un pptido

PROTENAS

Las protenas son polmeros de aminocidos o molculas de polipptidos con pesos moleculares que van desde 600 hasta ms de 50 millones de uma; . Las protenas se encuentran en todo el material plasmtico y constituyen la mayor parte de la materia slida. Las protenas son sustancias indispensables en la alimentacin de los animales. Debido a que hay 20 aminocidos diferentes en las protenas y a que las protenas constan de muchos aminocidos, el nmero de arreglos posibles de los aminocidos de las protenas es inmenso. Las protenas simples slo contienen (-aminocidos , las protenas complejas o conjugadas contienen adems de (-aminocidos , otro grupo de naturaleza no protica denominado grupo prosttico, este puede ser un azcar, el grupo heme, derivados vitamnicos o lpidos.

CLASIFICACIN

Las protenas se clasifican de acuerdo a diferentes puntos de vista: por su solubilidad, su forma, su funcin, o por su estructura tridimensional.

Las protenas pueden clasificarse a la solubilidad en agua o en soluciones salinas neutras; sin embargo existen algunas protenas como las albminas que son solubles en ambos.

Por la forma pueden distinguirse dos tipos de protenas en base a sus proporciones axiales (relacin entre longitud y amplitud). Un grupo corresponden a las protenas globulares, se caracterizan por estar plegadas en forma compacta y con las cadenas polipeptdicas enrrolladas ejemplo la insulina, albminas y globulinas plasmticas y muchas enzimas. Las protenas fibrosas, se caracterizan por que sus cadenas polipeptidcas se enrrollan en un espiral y poseen entrecruzamientos a base de enlaces covalentes o de hidrgeno, ejemplo la queratina, miosina, colgeno y fibrina.

Por la funcin biolgica que desempean las protenas pueden clasificarse como catalizadores ejemplo las enzimas; de contraccin como la actina y miosina; regulacin del gen como las histonas; de funcin hormonal como la insulina; de proteccin como fibrina, inmunoglobulinas; papel estructural como colgeno, elastinas, queratinas; de transporte como albmina, hemoglobina, lipoprotenas.

Las protenas tambin pueden diferenciarse segn posean o no estructura cuaternaria.(ms adelante se estudiarn las estructuras primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria de las protenas)

De modo general las protenas simples se clasifican como:

1. ALBUMINAS: Son solubles en agua y en soluciones salinas neutras, son coagulables por el calor , precipitan por saturacin con sulfato amnico, pero no por saturacon de cloruro de sodio, excepto en presencia de cidos; dan todas las reacciones de coloracin y precipitacin de las protenas y por hidrlisis no falta ninguno de los aminocidos indispensables; por ejemplo, la ovoalbmina de la clara de huevo y la seroalbmina del plasma sanguneo.

2. GLOBULINAS: Son insolubles en agua pura y en soluciones salinas muy diluidas, solubles en soluciones salinas neutras al 1%, son coagulables por el calor, precipitan por la semisaturacincon sulfato amnico y por saturacin con cloruro de sodio; dan las reacciones de coloracin y precipitacin de las protenas; por hidrlisis no falta ninguno de los aminocidos escenciales; son ejemplos, la ovoglobulina de la clara de huevo, seroglobulina de la clara de huevo, la edestina del caamn, muchas globulinas parecidas a la edestina de otras semillas y huesos de fruta y la miosina de la carne.

3. GLUTELINAS: Son insolubles en agua y en soluciones de sales neutras, pero solubles en cidos o lcalis muy diluidos, son coagulables por el calor; en su estructura estn presentes todos los aminocidos escenciales; por ejemplo la glutenina del trigo y la oricenina del arroz.

4. PROLAMINAS: Son insolubles en todas las soluciones acuosas pero solubles en alcohol del 60% al 80%; no son coagulables por el calor, contienen mayor cantidad de prolina que las dems protenas; tambin contienen mayor cantidad de cido glutmico; ejemplo, la gliadina del trigo, la hordenina de la cebada, la secalina del centeno, la zeina del maz.

5. ESCLEROPROTEINAS (albuminoides): Son insolubles en todas las soluciones que no las descompongan, contienen una elevada proporcin de aminocidos sencillos como la glicina; carecen de otros aminocidos como la tirosina y triptofano ; ejemplo, la queratina de la epidermis, cuernos, cabello, lana, uas, colgeno de los huesos, tendones, fibrona de la seda.

6. HISTONAS: Son solubles en agua y en soluciones cidas diluidas, son insolubles en amonaco, solubles en hidrxido de sodio o de potasio, no son coagulables por el calor, se encuentran formando a las protenas compuestas; por ejemplo la globina (desnaturalizada) a partir de la hemoglobina de la sangre y las histonas de las nucleoprotenas de tejidos animales y vegetales.

7. PROTAMINAS: Son protenas de bajo peso molecular, solubles en agua y en soluciones cidas y bsicas, no coagulan por el calor, estn constituidas por diaminocidos como la arginina. Se encuentran en combinacin con los cidos nucleicos en la cabeza de los espermatozoides; ejemplo la salmina, esperma del salmn, esturina de la esperma del esturin.

Las protenas compuestas de modo general, segn el grupo prosttico, pueden ser:

1. NUCLEOPROTEINAS: Por hidrlisis dan cido nucleico, se encuentran en el ncleo de las clulas; en general es la combinacin de una histona con cido nucleico; por ejemplo la nucleoprotena del timo y de la levadura

2. CROMOPROTEINAS: Estn constituidas por una histona unida a un grupo cromforo que contiene a un metal; comprende las protenas de los pigmentos respiratorios de la sangre; ejemplo la hemoglobina de la sangre y la hemocianina de la sangre de los invertebrados.

3. GLICOPROTEINAS: Por hidrlisis dan compuestos azucarados; por ejemplo la mucina de la saliva.

4. LECITOPROTEINAS: Presentan como grupo prosttico a las lecitinas; por ejemplo la yema de huevo.

5. LIPOPROTEINAS: Por hidrlisis dan cido graso, al igual que las lecitinas pueden encontrase en tejidos animales y vegetales.

6. FOSFOPROTEINAS: Por hidrlisi dan cido o-fosfrico; por ejemplo la casena de la leche y ovovitelina de la yema de huevo.

LA ESTRUCTURA DE LAS PROTENAS SE CONSIDERA EN TERMINO DE CUATRO ORDENES

ESTRUCTURA PRIMARIA

La estructura primaria de las protenas se deriva del enlace covalente de los (-aminocidos por enlaces peptdicos y los puentes disulfuro entre residuos de cistena, este es resistente a las condiciones usuales para la desnaturalizacin de las protenas; la estructura primaria es una secuencia de aminocidos unidos por enlaces peptdicos. La unin carbononitrgeno del grupo carbonilo y amino tiene carcter parcial de un doble enlace, pues no hay libertad de rotacin alrededor dicho enlace, sin embargo si existe rotacin en torno a los otros enlaces de la cadena peptdica:

Estructura primaria de una protenaESTRUCTURA SECUNDARIA

El descubrimiento de que las cadenas peptdicas presentan conformaciones altamente ordenadas, conservadas por puentes de hidrgeno constituy un adelannto importante. Pauling y Corey propusieron que la cadena polipeptdica de la ((-queratina estaba ordenada como una hlice (

Representacin de la cadena polipeptdica principal orientada como hlice alrededor de un eje

(estructura secundaria)

Las caractersticas principales de la hlice ( son:

1. La hlice ( se estabiliza por los puentes de hidrgeno entre los residuos de aminocidos, formados entre el tomo de hidrgeno de un grupo amino y el oxgeno de un grupo carbonilo.

2. La participacin de los enlaces peptdicos en los puentes de hidrgeno, le atribuye a la estructura mxima estabilidad.

3. La formacin helicoidal de la protena es espontnea ya que es la conformacin ms estable y de menor energa para una cadena polipeptdica.

4. Cuando los residuos son L-aminocidos, las hlices con giro a la derecha que ocurren en las protenas son ms estables que las hlices con giro a la izquierda.

En la cadena existe aproximadamente 3,6 restos de aminocidos por vuelta y los grupos R se proyectan al exterior de la hlice. En las protenas es frecuente la estructura en hlice (, as por ejemplo en la hemoglobina encontramos un 75% de forma helicoidal; sin embargo otras protenas, como las fibrosas, presentan estructura (, ejemplo, cabello, seda y plumas. Se presentan tres cadenas paralelas de estructura (, dispuestas en lmina plegada; los grupos R se encuentran por encima o debajo del plano.

Estructura ( de la cadena polipeptdica

ESTRUCTURA TERCIARIA

La cadena polipeptdica de la protena se curva o se pliega para formar una estructura compacta, que es la que presentan las protenas globulares; este plegamiento es debido a la interaccin de las cadenas laterales de los aminocidos, con frecuencia los enlaces de sulfuro entre restos de cistina ayudan a estabilizar la estructura terciaria. Generalmente, los grupos R polares se colocan en la superficie de la molcula y los grupos no polares en su interior.

Estructura terciaria de una protenaESTRUCTURA CUATERNARIA

Se consideran agregados moleculares de protenas, las que poseen ms de una protena se llaman protenas oligmeras y a sus componentes protmeros. Por ejemplo la hemoglobina est formada por cuatro cadenas polipeptdicas entre las que no existe ningn enlace covalente. Esta conformacin es adoptada por la presencia de enlaces de hidrgeno y otros enlaces no covalentes como las fuerzas de Van Der Waals.

Estructura cuaternaria de una protena (Hemoglobina)DESNATURALIZACION DE LAS PROTEINAS

Las estructuras secundaria y terciaria de una protena estn determinadas por la estructura primaria de la cadena protenica; cuando la cadena ha sido formada los grupos R guan el plegamiento especfico de la estructura secundaria y el agregado especfica o estructura terciaria. El tratamiento de ribonucleasa, con un agente reductor dbil y un agente desnaturalizante como la urea, la inactiva cuando esta asume una conformacin molecular de enrrollamiento al azar. Las fuerzas dbiles que conservan las estructuras, secundaria terciaria y cuaternaria de las protenas se rompen con facilidad perdiendo su actividad biolgica. La destruccin de la estructura nativa se llama desnaturalizacin; en forma fsica, la desnaturalizacin puede observarse como una conformacin aleatoria de una cadena polipeptdica sin que se afecte la estructura primaria. Para una protena oligmera la desnaturalizacin puede comprender la disociacin de los protmeros pudiendo cambiar o no la conformacin de ellos. La actividad biolgica es destruida por cidos o bases minerales fuertes, calor, detergentes inicos, metales pesados o disolventes orgnicos. Generalmente las protenas desnaturalizadas son menos solubles por lo que precipitan. El proceso de hidrlisis conlleva al fraccionamiento gradual de la cadena polipeptdica hasta obtener los aminocidos constituyentes, este proceso se conoce como degradacin.

REACCIONES IMPORTANTES DE LAS PROTEINAS

REACCIONES DE PRECIPITACION

En general las protenas solubles precipitan frente a los cidos fuertes como son el cido clorhdrico cido ntrico y cido sulfrico. Estas protenas tambin precipitan en presencia de los reactivos de los alcaloides: cido fosfotngstico, cido fosfomolbdico y cido pcrico. Frente a las sales de metales pesados como mercurio, plata estas protenas tambin precipitan. El calor, como en el caso de las albminas, pueden provocar la precipitacin de ciertas protenas.

REACCIONES DE COLORACION

Reaccin de Biuret. Esta reaccin se produce en soluciones diluidas de las protenas cuando son tratadas con KOH y soluciones diluidas de CuSO4; al producirse la reaccin, en la solucin aparece una coloracin rosa plido que va hasta el prpura, debido a la copulacin del Cu(OH)2 a la molcula protica, por efecto de la desaminacin de los grupos CO NH

Reaccin de Millon. Reaccin especfica para las protenas que contienen grupos fenlicos en su estructura, la reaccin positiva se manifiesta por la presencia de un precipitado de color rojo. El reactivo de Milln es una solucin de cloruro de mercurio en cido ntrico.

Reaccin Xantoprotica (Heller). Esta reaccin la dan todas las protenas cuando son tratadas con cido ntrico, formando un precipitado de color amarillo; si a este precipitado se le agraga KOH se origina un color anaranjado brillante.

Reaccin de Hopkings Cole (Acido glioxlico). Es propia de aquellas protenas que incluyen en su estructura grupos indlicos, como el triptofano, al agregar H2SO4 se forma un anillo violceo en la zona de interfase.

Reaccin de Liberman. Es una reaccin especfica de las protenas que poseen grupos indlicos (semejante a la anterior) las protenas son extraidas con ter y se agrega HCl; en la zona de interfase se forma un anillo violceo o azul.

Reaccin de la ninhidrina. Esta reaccin es positiva para todas las protenas, desarrollando un color violceo en la solucin.

Reaccin de Molish. Es propia de las protenas que contiene como grupo prosttico azcares; al agregar una solucin alcohlica de (-naftol, a una solucin de protena y luego

H2SO4 , en la zona de interfase se desarrolla un color violceo.

Reaccin de los tiogrupos. Las protenas que contienen azufre, al ser tratadas con una solucin acetato de plomo y calentadas hasta ebullicin desarrollan color pardo oscuro a negro.

BASES PURINICAS Y PIRIMIDICAS

Las estructuras de los cidos nucleicos, que cumplen un papel muy importante desde el punto de vista biolgico, contienen molculas heterocclicas nitrogenadas derivadas de la purina y pirimidina;

H H

C6 N7 C4

1N C5 3N C5H

C8H

2HC C4 HC2 C6H

3N N9 N1 Purina Pirimidina

Las bases purnicas y pirimdicas(purinas y primidinas) se forman por sustitucin de tomos en anillos aromticos heterocclicos de la purina o pirimidina; estas son molculas planares, propiedad muy importante en las estructuras de los cidos nucleicos.

Las principales bases purnicas presentes en los nucletidos son: adenina, guanina, hipoxantina y xantina.

NH2 O

( C N C N

N C HN C

CH CH

HC C H2N C C

N N N N

H H

Adenina

Guanina

(6-aminopurina)

(2-amino-6-oxipurina)

O O

C N C N

HN C HN C

CH CH

HC C O = C C

N N N N

H H H

Hipoxantina

Xantina

(6-oxipurina)

(2,6-dioxipurina)

Las bases pirimdicas principales son tres: citosina, timina y uracilo

NH2 O O

( CH3 N HN HN

O O O

N N N

H H H

Citosina

Timina

Uracilo

(2-oxi-4-aminopirimidina)(2,4-dioxi-5-metilpirimidina) (2,4-dioxipirimidina)

NUCLEOSIDOS

Los nuclesidos estn formados por un azcar, que puede ser la D-ribosa o 2-desoxi-D-ribosa, unida a una purina o pirimidina mediante un enlace (-N-glucosdico. Las especies ms importantes de este grupo son: adenosina, guanosina, citidina y uridina.

NH2 O

( C N C N

N C HN C

CH CH

HC C H2N C C

N N N N

HO O HO O

OH OH OH OH

Adenosina

Guanosina

El enlace (-N-glucosdico es relativamente lbil frente a los cidos; factores espaciales obtaculizan la rotacin de este enlace y la conformacin anti predomina en los nuclesidos naturales.la conformacin sys es menos favorecida.

NH2 O

(

N HN

O O

N N

HO O HO O

OH OH OH OH

Citidina

Uridina

NUCLETIDOS

Los nucletidos son nuclesidos fosforilados, los mononucletidos son nuclesidos con una fosforilacin en grupos oxidrlicos del azcar; por ejemplo monofosfato de adenosina (AMP o adenilato), esta especie est constituida por adenina + ribosa + fosfato. Los azcares que se unen a uracilo y timina son: D-ribosa y 2-desoxi-D-ribosa

NH2 NH2

( ( C N C N

N C N C

CH CH

HC C H C C

N N N N

O O O O

2-O3P 2-O3P

OH OH OH H

Adenilato; AMP

Desoxiadenilato; dAMP BASES, NUCLEOSIDOS Y NUCLEOTIDOS PRINCIPALES.

BaseRibonuclesidoRibonucletido (5-monofosfato)

Adenina

Guanina

Citosina

Uracilo Adenosina

Guanosina

Citidina

Uridina Monofosfato de adenosina (AMP)

Monofosfato de guanosina (GMP)

5-Monofosfato de citidina (CMP)

5-monofosfato de uridina (UMP)

BaseDesoxiribonuclesidoDesoxirribonucletido (5-monofosfato)

Adenina

Guanina

Citosina

Timina Desoxiadenosina

Desoxiguanosina

Desoxicitidina

Timidina 5-monofosfato de desoxiadenosina (dAMP) 5-monofosfato de desoxiguanosina(dGMP) 5-monofosfato de desoxicitidina (dCMP) 5-monofosfato de timidina (dTMP)

Los nucletidos son importantes por que constituyen las unidades estructurales de los cidos nucleicos; sin embargo en forma liobre cumplen con las funciones vitales. El difosfato de adenosina (ADP) y el trifosfato de adenosina (ATP) son substratos y productos respectivamente en la fosforilacin oxidativa y el ATP es el trasductor intracelular de energa libre.

NH2 NH2

( ( C N C N

N C N C

CH CH

HC C H C C

N N N N

O O- O- O O-

( O O ( ( O O

HO P O P HO P O P O P

( ( O- O O O- O

OH OH OH OH

5-difosfato de adenosina; ADP 5-trifosfato de adenosina; ATP

La molcula clave en el proceso de almacenamiento de energa, es el trifosfato de adenosina (ATP); el grupo fosfato ms alejado de la izquierda en el ATP se puede hidrolizar, es decir, separar por adicin de OH y H+ del agua, para dar fosfato y difosfato de adenosina, ADP. Se puede descomponer nuevamente para dar otro grupo fosfato y monofosfato de adenosina, AMP y finalmente se puede separar el ltimo fosfato obtenindose adenosina. Las dos primeras escisiones liberan 8 kcal/mol de energa libre, mientras que la tercera libera solamente 2kcal/mol. Es esta sustancia, particularmente el primer enlace fosfato, el que es el principal medio de almacenamiento de energa de las clulas vivas. Por cada molcula de glucosa que se degrada bioqumicamente a dos molculas de piruvato, se forman ocho molculas de ATP a partir de ocho molculas de ADP.

Glucosa + 8ADP + 8 fosfato 2CH3-CO-COOH + 8ATP

Esto conduce a un almacenamiento de (8 x 8) 64kcal/mol de energa libre.

ACIDOS NUCLEICOS

Los cidos nucleicos son una clase de biopolmeros que son acarreadores qumicos de la informacin gentica de los organismos vivos. El cido desoxirribonucleico (ADN) es una molcula de elevado peso molecular que va de 6 a 16 millones de uma. Los cidos ribonucleicos (ARN) son molculas ms pequeas cuyos pesos moleculares estn comprendidos entre 20 000 a 40 000 uma. El ADN se encuentra principalmente en el ncleo de la clula, mientras que el ARN se encuentra en el lquido circundante llamado citoplasma. Los ADN almacenan informacin gentica de la clula y controlan la produccin de protenas. Los ARN llevan la informacin almacenada por los ADN fujera del ncleo de la clula al citoplasma, donde se utiliza para sintetizar las protenas.

Las unidades estructurales de los cidos nucleicos son los nucletidos que constan de tres partes: Una molcula de cido orto-fosfrico, un azcar de cinco tomos de carbono y una base orgnica nitrogenada.

El azcar que se encuentra constituyendo a los ARN es la ribosa y en los ADN la desoxirribosa; Las bases nitrogenadas que se encuentran en los cidos nucleicos ADN y ARN son los siguientes:

ADENINA (A)

GUANINA (G)

CITOSINA (C)

TIMINA URACILO

ADN

ADN

ADN

ADN ADN

ARN

ARN

ARN

Los cidos nucleicos son polinucletidos formados por reacciones de condensacin entre un grupo OH del cido fosfrico en un nucletido y un grupo OH del azcar de otra molcula. Las molculas de ADN constan de dos cadenas de cido desoxirribonucleico enrolladas juntas en forma de una hlice doble.

- AZCAR FOSFATO AZUCAR FOSFATO AZUCAR FOSFATO AZUCAR

( ( ( ( A C G T

Representacin de una porcin de cordn sencillo de ADN

- AZCAR FOSFATO AZUCAR FOSFATO AZUCAR FOSFATO AZUCAR

( ( ( ( A C G T

T G C A

( ( ( (- AZCAR FOSFATO AZUCAR FOSFATO AZUCAR FOSFATO AZUCAR

Representacin de cordn doble de ADN con enlaces de hidrgeno entre las bases nitrogenadas.

Representacin de enlaces de hidrgeno entre nucletidos

Las dos cadenas de polinucletidos se mantienen unidas por enlaces de hidrgeno entre las bases nitrogenadas de las dos cadenas; las estructuras de la timina (T) y la adenina (A) permiten que sean parejas perfectas pues forman dos puentes de hidrgeno. En forma similar la citosina (C) y la guanina (G) forman las parejas perfectas para formar tres puentes de hidrgeno. En la estructura de la doble hlice, cada timina de una cadena siempre est relacionada con una adenina de la cadena opuesta; as mismo, cada citosina siempre est opuesta a una guanina

La estructura peculiar de la doble hlice con bases complemenmtarias de las dos cadenas es importante en el funcionamiento de los cidos desoxirribonucleicos, ADN

Representacin de un tetranucletido, porcin de una cadena de ADN compuesta por Adenina (A), Timina (T), Citosina (C) y Guanina (G).

Suficientes evidencias sugieren que las dos cadenas de ADN se desenrollan durante la divisin celular y se construyen nuevas cadenas, complementarias a las cadenas originales. En el proceso se forman dos hlices dobles de ADN de estructuras idnticas, cada una conteniendo una cadena de la estructura original y una recin sintetizada. Este proceso de replicacin permite la transmisin de la informacin gentica cuando se dividen las clulas.

La naturaleza qumica del ARN difiere de la ADN, el cido ribonucleico es un polmero de ribonucletidos purnicos y pirimdicos enlazados por puentes 3,5-fosfodiester anlogos a los ADN; aunque estructuralmente, el ARN y ADN, tienen caractersticas similares, tambin tienen diferencias especficas:

El azcar en el RNA al cual se adhieren los fosfatos y las bases purnicas y pirimdicas es la ribosa en lugar de la 2-desoxirribosa del ADN.

Los componentes pirimidnicos del ARN difieren de los del ADN, aunque el ARN contiene los ribonucletidos de adenina y citosina no posee timina .

El RNA se presenta como una tira sencilla y no como una estructura helicoidal de doble tira, pero por la secuencia de las bases complementarias apropiadas con polaridad opuesta, la tira sencilla de ARN es capaz de doblarse sobre si mismo, adquiriendo las caractersticas de una tira doble.

En tanto que la molcula de ARN es una tira sencilla complementaria slo una de las dos tiras de un gen, su contenido en guanina no es necesariamente igual a su contenido de citosina, ni el contenido de adenina es necesariamente igual al de uracilo.

Representacin esquemtica de la estructura secundaria de la molcula de ARN

PRODUCTO DE HIDRLISIS DE ACIDOS NUCLEICOS

Acido nucleico de la levadura Acido nucleico del timo

Adenina

Adenina

Bases purnicas

Guanina

Guanina

Citosona

Citosina

Bases pirimdicas

Uracilo

Timina

Azcares

(D-ribofuranosa

(2-Desoxi -D-ribofuranosa

Acido

fosfrico

fosfrico

CONTENIDO DE BASES NITROGENADAS DE ADN DE DIFERENTES ORGANISMOS ( en mol/L)

ESPECIESTEJIDO DE ORIGEN

A G C T A/TG/T

TerneroTimo

29,021,221,228,51,011,00

CangrejoTodos los tejidos

47,3 2,7 2,747,31,001,00

Algas

cloroplasto

38,212,311,338,11,001,09

Virus

Forma duplicativa

26,322,322,326,41,001,00

Representacin de molculas de ADN, con doble hlice

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