Biología y Fisiología

Biología

Bioquímica

Concepto de la Biología Tema 1

El Sistema Solar se originó hace unos 10.000 millones de años como un globo ardiente y giratorio de gas atómico. El Sol se formó cuando la mayor parte de este gas gravitó hacia el centro de la masa, quedando un cinturón arremolinado de gas fuera del nuevo sol.

Con el tiempo este cinturón se partió en nuevas nubes de gases. Estas masas giratorias de gases ardientes fueron los primitivos planetas.

Hace unos 5.000 millones de años la Tierra empezó, probablemente como una masa incandescente de hidrógeno libre y otros elementos para acabar separándose por sus pesos. Los pesados, como el hierro y el níquel, se hundieron hacia el centro de la Tierra donde todavía están presentes hoy en día. Los átomos más ligeros, como el silicio y el aluminio, formaron una capa intermedia. Los muy ligeros, como el carbono, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno, se juntaron en capas más externas. Con el tiempo la temperatura de estos gases superficiales bajó lo suficiente para permitir la formación de compuestos y entonces los átomos libres desaparecieron en gran parte. A partir de los átomos carbono, hidrogeno, oxígeno y nitrógeno se formaron una serie de compuestos como el agua, el dióxido de carbono, metano, amoniaco e hidrógeno molecular. Estos compuestos permanecieron durante algún tiempo en estado gaseoso y pudieron dar lugar más tarde a nuevos compuestos.

Por último las temperaturas en las capas más externas de la Tierra bajaron lo suficiente para permitir la licuación de los gases y la solidificación de algunos de los líquidos.

Cuando la corteza terrestre se enfrió por debajo del punto de ebullición del agua la mayor parte del agua de la atmósfera cayó en forma de lluvia y formó los océanos y disueltos en ellos debían estar parte del metal atmosférico, así como sales minerales que fueron arrastrados lentamente de la corteza terrestre y que también vomitaron numerosos volcanes.

Los elementos fundamentales de la materia viva son: C, H, O y N. Estos elementos entran a formar parte de la materia viva en una proporción muy superior a los restantes gracias a las propiedades fundamentales:

La primera cualidad les permite formar combinaciones, a la par que complejos, inestables; lo que resulta muy favorable para el continuo construir y destruir de materia viva a que se ven sometidos los seres vivientes por su metabolismo. Además, por tener un peso atómico bajo, son muy solubles en el agua; circunstancia favorable para ser incorporados al ser vivo o eliminados del mismo.

La segunda cualidad también es muy importante. Los seres vivos necesitan formarse con elementos simples que puedan conseguir con facilidad, es decir, que abunden en la naturaleza para poder disponer de ellos en cualquier momento.

Gases Primitivos

Bases Nitrogenadas Ácidos Nucleicos ADN

N NH3 Azúcares Nucleótidos ARN

H2O AA3 Polisacáridos ATP

CH4 Glicerina Proteínas Materiales Estructurales,

CO2 Acidos Grasos Grasas enzimas, fuentes de energía

A partir de los átomos C, H, O y N se formaron una serie de materias primas gaseosas como: NH3, H2O, CO2 e H2 y estos se depositaron en los mares y gracias a la acción de los rayos y del sol se formaron en el seno de los mares una serie de moléculas orgánicas cuyo esqueleto lo componían átomos de C. Estas moléculas eran azúcares, aminoácidos, glicerina (propanotriol), ácidos grasos, bases nitrogenadas y también bajo la acción de los rayos y del sol formaron Nucleótidos (ácidos nucleicos), Polisacáridos, proteínas, grasas y lípidos. Todo ello se realizó mediante dos procesos de polimerización (los elementos precursores de las biomoléculas se unieron para formar moléculas más grandes por medio de mecanismos de condensación secuencial en los que eliminan moléculas de agua y se forman los polímeros).

Más tarde tuvieron lugar reacciones de síntesis más complejas, quizás tuvieron lugar en bolsas de arena de la costa en donde los ingredientes requeridos pudieron llegar a hacerse muy concentrados por evaporación del agua, dando lugar a ADN y ARN, transportadores de energía tales como ATP, enzimas, materiales estructurales, fuentes de energía, etc.

Una vez que las macromoléculas se formaron el camino que siguieron hasta conseguir el primer ser vivo no consistió en que continuaran perfeccionándose, sino en lograr una integración y coordinación con las demás. Esto ocurrió en el océano primitivo, parte de estas macromoléculas se integraron en unas unidades denominadas Coacervados. Un Coacervado era una porción de este océano primitivo (que contenía estas macromoléculas) rodeado por una membrana.

Las principales particularidades de los coacervados eran:

Una de las muchas hipótesis para explicar el paso de un coacervado a un ser vivo (el probionte, el progenota, etc.), admite que el punto clave debe buscarse en la aparición del primer gen en el interior de un coacervado. Ello supone la entrada en juego de los ácidos nucleicos que eran abundantes en el océano primitivo. Estos sistemas biológicos precursores de las primeras células debían de poseer al menos dos propiedades: replicación y evolución. Estas formas de vida tan elementales podrían quedar reducidas a un filamento de ácido nucleico con capacidad de transcribir información genética.

La nutrición sería a expensas de los productos orgánicos existentes en el caldo o sopa oceánica siendo, por tanto, seres heterótrofos. Este tipo de nutrición, que se mantuvo durante varios millones de años, acabó con las reservas de materia orgánica existente, y además no podía ser sintetizada por que la atmósfera iba perdiendo capacidad reductora. En consecuencia algunos organismos tuvieron que buscar una solución para poder llevar a cabo un sistema de nutrición que partiera de la materia inorgánica, es decir, se adquirió el autotrofismo mediante la puesta en marcha del proceso de la fotosíntesis. Con la fotosíntesis la atmósfera y la hidrosfera se enriquecen rápidamente con oxígeno y con ello nace la vida aeróbica. Cuando la atmósfera se oxida forma además una capa de ozono que protege a los seres vivos de las radiaciones ultravioleta al actuar como filtro de las mismas.

Una vida autótrofa, aeróbica y protegida por la atmósfera de la acción perniciosa del sol permite la expansión de la misma, no sólo en el agua, donde tuvo lugar su origen, sino también en la tierra que fue paulatinamente conquistada por los seres vivos.

Las características más importantes de los seres vivos son: capacidad reproductora (reproducción), metabolismo (nutrición), y sensibilidad e irritación (relación).

2.1. Capacidad Reproductora

Es la propiedad más notoria de los seres vivos, pues solamente ellos son capaces de multiplicarse, es decir, de formar otros seres semejantes a sí mismo. Ligadas a la capacidad reproductora se encuentran otras cuatro propiedades:

Es la capacidad que poseen los seres vivos para renovar constantemente su composición química. Consta de dos procesos: uno mediante el cual incorpora materiales y energía (anabolismo), otro destructor y liberador de energía (catabolismo).

Todos los seres vivos son capaces de responder de alguna manera a los estímulos ambientales físicos o químicos que recibe del mundo que lo rodea.

La materia viva es el resultado de una organización de las moléculas orgánicas que conducen a la formación de unidades de orden superior a la molécula que se hallan dotadas de vida propia y a los que conocemos con el nombre de células.

En la materia viva encontramos los siguientes niveles de organización:

Todos los niveles estructurales hasta los complejos de compuestos inclusive se hallan tan en el mundo viviente como en el inanimado.

Pero no se puede considerar ninguna clase de orgánulo como unidad viviente, ni siquiera en sus formas más elaboradas y complejas.

Un organismo viviente como mínimo debe constar de una célula. Los organismos unicelulares constituyen la mayoría de los seres vivientes de la Tierra. Todos los demás organismos son pluricelulares y están formados por hasta cientos de billones de células unidas.

En los organismos pluricelulares pueden distinguirse distintos niveles de organización.

Ejemplo: Algas del género VOLVOX.

Los organismos vivientes como mínimo cinco niveles de complejidad estructural: unicelular, colonial, organismos con tejido, organismos que poseen órganos y organismos con sistemas de órganos.

(Evolución celular, clasificación y relaciones filogenéticas).

4.1. Evolución Celular

Los sistemas biológicos precursores de las primeras células debían poseer al menos dos propiedades: la evolución y la replicación. El antecesor común de todas las células fue el progenota. Este sistema biológico contenía ADN y ribosomas que le permitían traducir (Pasar de nucleótidos a aminoácidos para formar proteínas) información genética y sintetizar proteínas. Las células primitivas (con el material genético disperso) dieron lugar probablemente a dos formas estructurales de células; uno sin membranas celulares (célula procariótica) y otro con membranas nucleares (célula eucariótica).

Los organismos que presentan la célula procariótica forman en conjunto el grupo de los moneras. Hoy en día están representados por las bacterias y las algas azules.

Los organismos que presentan la célula eucariótica forman en conjunto el grupo de los protistas. Cuatro grupos descendientes de los primitivos protistas representan actualmente una parte principal del mundo viviente: las algas (excepto las azules), los hongos y los protozoos.

Finalmente los protistas dieron lugar a un grupo de organismos fundamentalmente nuevo, poseían órganos, posteriormente sistemas de órganos y su desarrollo embrionario pasaba por diferentes fases embrionarias y larvales. Este nuevo grupo es el de los metazoos que comprendía a los animales.

Mucho después los protistas también dieron lugar a otro fundamentalmente nuevo: el grupo de las metafitas, las plantas superiores. Su complejidad estructural alcanzó también los niveles de órganos y sistemas de órganos.

Hoy día, el mundo viviente está formado por moneras, protistas, metazoos y metafitas.

PROBIONTOS

PRIMERAS

CÉLULAS

PROCARIOTAS EUCARIOTAS

BACTERIAS CIANOFÍCEAS FITOFLAGELADAS

ANIMALES

HONGOS ALGAS PLANTAS PROTOZOOS

• Moneras

Son los organismos más antiguos, son unicelulares y procariotas. Comprenden a las bacterias y a las cianofíceas o algas azules.

Las cianofíceas son seres fotosintéticos. La clorofila aparece difundida por el citoplasma. Su pared celular es de celulosa y a veces posee otra capa de gelatina. Ejemplo: Género NOSTOC, que forma colonias gelatinosas más o menos redondeadas.

• Protistas

Son eucariotas unicelulares o pluricelulares, pero sin llegar a formar tejidos especializados. Comprende a las algas, a los hongos y a los protozoos.

Algunas son unicelulares y otras alcanzan tamaños mayores que el de los árboles más corpulentos come el alga marina LAMINARIA. Son talofitas, es decir, con aparato vegetativo histológicamente sin diferenciar, y nunca se pueden distinguir raíces, tallo y hojas.

Son fotosintéticas y además de clorofila tienen otros pigmentos que les da coloración típica. Ejemplos: Laminaria, fucus, lechuga de mar.

Son talofitas como las algas pero desprovistos de clorofila. Su talo está constituido por un filamento pluricelular llamado hifa y al conjunto de las hifas lo llamamos micelio.

HIFA

MICELIO

Su pared celular está impregnada de quitina.

Son animales unicelulares, no poseen pared celulósica. No poseen clorofila. Pueden presentar uno o más núcleos. Pueden vivir libres, en mutualismo, o en parasitismo. Se mueven por pseudópodos, cilios o flagelos.

• Metafitas

Comprende a todas las plantas verdes pluricelulares sean acuáticas o terrestres. Son todas fotosintéticas y poseen célula eucariótica. Se dividen en: briofitas y traqueofitas o cormofitas.

Son talofitas con clorofila que aunque viven sobre la tierra necesitan una atmósfera húmeda. Van a presentar unos pequeños esbozos de raíces, tallos y hojas. Se dividen en musgos y hepáticas.

Presentan raíz, tallo y hojas y se dividen en: pteridofitas y espermafitas. Las espermafitas se dividen en gimnospermas y angiospermas.

• Metazoos

Son los animales pluricelulares.

CIGOTO BLÁSTOMEROS MÓRULA BLÁSTULA

GÁSTRULA

TRIBLÁSTICOS / DIBLÁSTICOS

A partir de la célula huevo o cigoto adquieren la definitiva forma corporal del desarrollo embrionario. Sin embargo, no todos los metazoos llevan a cabo las diferentes fases de este desarrollo. Un grupo de ellos detiene su desarrollo en la fase de gástrula sin formar el mesodermo de modo que pasan toda su vida con el ectodermo y el endodermo y se les denomina diblásticos. Los que poseen tres hojas embrionarias (ectodermo, mesodermo y endodermo) y se les denomina triblásticos. Dentro de los triblásticos encontramos dos grupos: los protóstomos, que forman la boca a partir del orificio embrionario primitivo, y los deuteróstomos que forman la boca a partir de un orificio distinto del orificio embrionario primitivo.

En el mesodermo aparece la cavidad general del cuerpo denominada celoma. Atendiendo al celoma se presentan tres grupos: los acelomados (sin celomas), los pseudocelomados (con cavidades parecidas al celoma) y celomados (con celoma).

PORÍFEROS (Esponjas)

DIBLÁSTICOS

CELENTÉREOS (Pólipos, medusas, actinias, corales,...)

ACELOMADOS-PLATELMINTO (CESTODOS)

PSEUDOCELOMADOS-NEMATELMINTOS

PROTÓSTOMOS

ANÉLIDOS

TRIBLÁSTICOS CELOMADOS MOLUSCOS

ARTROPODOS

EQUINODERMOS

DEUTERÓSTOMOS PROCORDADOS

CORDADOS

VERTEBRADOS

Composición Química de la Materia Viva Tema 2

El análisis de la materia viva revela que en ella están presentes unos 70 elementos químicos. Los elementos químicos que se encuentran siempre en la materia viva se llaman bioelementos o elementos biogénicos.

Los principales bioelementos son cuatro: C, H, O, y N. En menor cantidad se encuentran el fósforo y el azufre. Todos estos bioelementos constituyen el 96,2% del total de la materia viva y se les denominan bioelementos primarios pues son indispensables para la formación de biomoléculas.

Bioelementos secundarios son todos los restantes como sodio, potasio, calcio, magnesio y cloro.

Hay algunos bioelementos que se encuentran en la materia viva en cantidades insignificantes y que son imprescindibles, pues su carencia puede provocar serios trastornos. A estos bioelementos se les llama oligoelementos o elementos vestigiales llamados así por encontrarse en proporciones menores al 1%. Los principales son: hierro, cobre, cobalto, manganeso y yodo. Todos realizan funciones catalíticas.

• Azufre

Forma parte de algunos aminoácidos como cisteina y metionina y vitaminas del complejo B como biotina y tiamina. También forma parte de coenzimas y proteínas como las de las uñas y el pelo.

• Fósforo

Como ácido fosfórico forma parte de los ácidos nucleicos (ADN y ARN), el ATP, y coenzimas como el NAD y NADP. Es importante en el metabolismo energético. El ion fosfato contribuye a la formación de esqueletos y los dientes.

• Sodio

Forma parte del cloruro sódico imprescindible para la regulación osmótica y, en general, en los mecanismos de paso a través de las membranas.

• Potasio

Es necesario para la permeabilidad de las membranas y, junto con el sodio, para la transmisión del impulso nervioso.

• Cloro

Interviene en los procesos osmóticos.

Sodio, potasio y cloro, iones monoatómicos, forman gravientes iónicos que se utilizan posteriormente en la conducción del impulso nervioso o en el mantenimiento del equilibrio osmótico o en la neutralización de carga de las macromoléculas.

• Calcio

Es necesario para la coagulación de la sangre, la contracción muscular y la formación de huesos.

• Magnesio

Forma parte de los huesos. Su carencia provoca trastornos del metabolismo en general porque es necesario para la actuación de muchas enzimas. Como átomo forma parte de la clorofila que interviene en el proceso de la fotosíntesis.

• Hierro

Forma parte de la hemoglobina de la sangre que transporta los gases respiratorios. La carencia de hierro ocasiona anemia, interviene en la biosíntesis de los citocromos y de la clorofila, y es de gran importancia en el metabolismo energético.

• Cobre

Forma parte de la hemocianina que es el pigmento respiratorio de artrópodos y moluscos.

• Cobalto

Es imprescindible para que se forme la vitamina B12. La carencia de esta vitamina ocasiona la anemia perniciosa.

• Manganeso

En las plantas verdes permite que se pueda formar la clorofila. Su carencia produce la clorosis (amarillamiento de las hojas).

• Yodo

Forma parte de la hormona tiroxina que produce la glándula tiroides. La carencia del yodo produce bocio.

Son moléculas más o menos complejas formadas por bioelementos. Las biomoléculas pueden ser simples o compuestas. Se llaman simples cuando las moléculas están formadas por átomos del mismo tipo (O2); compuestas cuando hay átomos de diferentes elementos (H2O).

Están pueden ser orgánicas o inorgánicas.

• Inorgánicas

Son moléculas que tienen una estructura química sencilla y son el agua y las sales minerales.

• Orgánicas

Son moléculas que se caracterizan por tener enlaces hidrógeno-carbono y se clasifican en moléculas sin información (glúcidos y lípidos) y moléculas con información (proteínas y ácidos nucleicos).

Además existen en la materia viva otros compuestos químicos denominados biocatalizadores que pertenecen al grupo de los lípidos y las proteínas. Los biocatalizadores tienen como función regular el curso de las reacciones vitales con las funciones de los órganos.

Se clasifican en vitaminas, hormonas y enzimas.

La vida tal y como se conoce en el planeta tierra se desarrolla siempre en el medio acuoso, incluso en los seres no acuáticos el medio interno es esencialmente hídrico. La inmensa mayoría de las reacciones bioquímicas se desarrollan en el seno de agua y obedecen a las leyes físico-químicas de las disoluciones acuosas.

La molécula de agua es asimétrica ya que los dos enlaces hidrógeno-oxígeno forman un ángulo de 105º: esto la confiere gran polaridad y se manifiesta por su tendencia a formar puentes de hidrógeno.

105º

+ +

-

3.3 Propiedades Químicas

H H

O

H

H O H H

O H O

H O H

H

Todas estas propiedades tanto físicas como químicas convierten al agua momo un disolvente único e insustituible en la biosfera.

Los seres vivos utilizan químicamente el agua en dos tipos de reacciones fundamentales:

4.1. Ionización del Agua

A causa de la pequeña masa del átomo de hidrógeno y dado que su único electrón se halla fuertemente retenido por el átomo de oxígeno hay una tendencia limitada del ion de hidrógeno a disociarse del átomo de oxígeno, que se halla unido covalentemente en una molécula de agua, y asaltar al átomo de oxígeno de la molécula de agua adyacente a la cual se halla unido por enlace de hidrógeno.

H H H

O H O O H + OH-

H H

En esta reacción se producen el ion hidrovio (H3O+) y el ion hidoxilo (OH-) aunque se emplean los símbolos H+ y OH-.

4.2. Concepto de PH

Los químicos expresan el grado de acidez con la escala de PH. El PH es el logaritmo negativo de la concentración de hidrogenoiones en moles por litro.

PH = log10 1/ H+ = -log10 H+

El agua pura a 25ºC se considera químicamente neutra.

H+ = OH- = 1 x 10

PH = log 1/100 = 7

Los PH mayores de 7 son bases, iguales neutros, y menores son ácidas.

Casi toda la química de los seres vivos tiene lugar a PH comprendidos entre 6 y 8 salvo los procesos químicos del estómago humano y algunos animales que se desarrollan a un PH 2 más o menos. Por ej. : la sangre humana tiene un PH de 7,4, a pesar de ser vehículo para una gran cantidad de nutrientes y otras sustancias químicas que se entregan a las células; así como para la eliminación de deshechos, muchos de los cuales son ácidos y bases.

Son sustancias que actúan contra los cambios de PH, también reciben el nombre de amortiguadores.

El tampón intracelular es el par conjugado ácido-básico H2PO4- HPO42-. Los fosfatos orgánicos como la glucosa-6-fosfato y el ATP contribuyen también a la capacidad de tamponamiento en la célula.

El principal tampón extracelular en la sangre y en los fluidos intersticiales de los vertebrados es el sistema tampón del bicarbonato.

El ácido débil, ácido carbónico (H2CO3), se disocia en los iones H+ y bicarbonato.

H2CO3 H+ + CO3H-

DADOR RECEPTOR

DE DE

PROTONES (H+) PROTONES (H+)

El sistema se opone a los cambios de PH que podrían ocurrir por la adición de pequeñas cantidades de ácido o base `porque absorbe el ácido o base.

El control de PH de la sangre se torna más estricto también porque el H2CO3 se halla en equilibrio con el CO2 disuelto en la sangre.

H2O + CO2 H2CO3

Entre los compuestos inorgánicos que pueden encontrarse en los seres vivos figuran el agua, gases como el CO2 y el O2, y las sales minerales. Estas últimas son moléculas inorgánicas que se disuelven fácilmente en iones, al disolverse en agua, y que en los seres vivos pueden estar en dos formas:

En el medio acuoso se encuentran dióxidos en sus correspondientes cationes o aniones. Los principales son:

Mantienen el grado correcto de salinidad. Esto es muy importante para las células, ya que si éste varía, pueden producirse fenómenos osmóticos desfavorables. Es por ello por lo que las células de nuestro cuerpo requieren que los medios extra e intracelular sean isotónicos. Igualmente los sueros fisiológicos intravenosos que nos inyectamos deben poseer estas características:

• Calcio

Es un componente esencial de materiales esqueléticos. Desempeña un papel fundamental en la coagulación de la sangre, en la contracción muscular y en la liberación de neurotransmisores durante la sinapsis.

La transmisión de impulsos nerviosos es eléctrica y a través de sustancias químicas (neurotransmisores).

SINAPSIS

• Magnesio

Componente de la molécula de clorofila. Actúa como cofactor de muchas enzimas que intervienen en la respiración celular. Actúa también en la duplicación del ADN y contribuye a la estabilización de la doble hélice de ADN.

• Hierro

Forma parte del grupo hemo de la hemoglobina y de la mioglobina (hemomioglobina), proteínas encargadas del transporte de oxígeno por la sangre y por los músculos respectivamente. Forma parte de los citocromos que son unas enzimas responsables del transporte de electrones durante la respiración celular.

• Yodo

Es esencial en la formación de la hormona tiroxina del tiroides.

• Cobalto

Es necesario en la síntesis de la vitamina B12.

• Sodio y Potasio

Mediante la denominada bomba sodio-potasio desempeñan un papel de primer orden en la difusión iónica a través de las membranas celulares y en la polarización y despolarización de las membranas de las fibras nerviosas.

La difusión es un fenómeno físico por el cual las partículas de soluto tienden a distribuirse de modo uniforme por el disolvente hasta formar una disolución de concentración homogénea.

Cuando dos disoluciones de distinta concentración se encuentran separadas por una membrana permeable tanto el soluto como el disolvente pueden atravesarla y con el tiempo igualar las concentraciones.

Las membranas biológicas no son permeables sino semipermeables; son unas membranas que solamente dejan pasar el agua y no las partículas disueltas.

En estas membranas las moléculas de soluto intentan pasar las membranas sin conseguirlo ejerciendo sobre las membranas una presión que será tanto mayor cuanto más sea la concentración de la disolución.

Se llama presión osmótica a la diferencia de presión ejercida por la disolución más concentrada y la ejercida por la más diluida.

El agua de la más diluida pasa a la menos diluida, y está pasando hasta igualar las concentraciones de ambas.

Las disoluciones que tienen la misma concentración se denominan isotónicas.

Cuando las disoluciones tienen distintas concentraciones, a la más concentrada se le llama hipertónica y a la más diluida hipotónica.

Una célula situada en un medio isotónico con su propio protoplasma no experimenta fenómenos osmóticos sino fenómenos de simple difusión.

En un medio hipotónico el agua entra por endosmosis produciéndose la turgescencia. Si el fenómeno es continuado, la célula puede estallar.

Si se encuentra en un medio hipertónico, el agua de la célula sale de ella por exosmosis pudiéndose producir la plasmolisis.

HIPERTÓNICO ISOTÓNICO HIPOTÓNICO

EXOSMOSIS ENDOSMOSIS

PLASMOLISIS HOMOLISIS

Todo sistema formado por partículas que están dispersas en otro medio pueden clasificarse en una de estas tres categorías dependiendo del tamaño de las partículas:

Existen varios tipos generales de sistemas coloidales, los más comunes son:

LOS SOLES- en los que las partículas sólidas coloidales están dispersas en líquidos. Ej. : clara de huevo.

LOS GELES- en los que las partículas están dispersas en sólidos Ej. : las gelatinas.

EMULSIONES- en los que los líquidos coloidales están dispersos en líquidos. Ej. : Aceite y agua.

Normalmente ocurren transformaciones de sol a gel por pérdida de agua, o de gel a sol por ganancia de agua.

La sustancia celular es en parte una solución verdadera y en parte un sistema coloidal. El agua es el medio en el cual se hallan disueltos muchos materiales y es también la fase líquida en la cual están dispersos muchos materiales insolubles de tamaño coloidal.

En el límite entre un sistema coloidal y un medio diferente (aire, agua, otro tipo de coloide, etc.) las moléculas suelen estar sujetas a complicadas fuerzas físicas que actúan desde ambos lados. El resultado es que las moléculas se agrupan allí con firmeza y se orientan paralelamente o en capas formando una membrana.

Los Glúcidos Tema 3

Los glúcidos son biomoléculas o principios inmediatos formados por C, H y O cuya fórmula empírica es (CH2O)m. El hidrógeno y el oxígeno se encuentran en proporción de 2 a 1 como en el agua. De esta particularidad le viene el nombre de hidratos de carbono pero como también lo presentan otros cuerpos no puede servir de base para su definición.

Químicamente los glúcidos son moléculas compuestas por una cadena carbonatada alifática que tiene un grupo carbonilo o carbonílico (aldehido o cetónico) y dos o más grupos alcohólicos, es decir, polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas.

O

C CH2OH

H

H C OH C O

CH2OH CH2OH

GLICERALDEHIDO DIHIDROXICETONA

Los glúcidos son importantes pues son los primeros productos en la síntesis orgánica, proporcionan energía y tienen una función estructural.

Se clasifican en osas o monosacáridos y en ósidos.

Los osas o monosacáridos son los carbohidratos más simples no hidrolizables. Son glúcidos de 3 a 8 átomos de carbono y presentan propiedades reductoras.

Los ósidos son los glúcidos formados por asociación de monosacáridos. De ellos, por hidrólisis pueden obtenerse los monosacáridos de que están compuestos. Se clasifican en holósidos y en heterósidos.

Los holósidos están formados únicamente por monosacáridos.

Los heterósidos formados por monosacáridos distintos y sustancias no glucídicas.

Los holósidos se clasifican en oligosacáridos y polisacáridos.

Los oligosacáridos están formados de 2 a 10 monosacáridos y los principales son los disacáridos.

Los polisacáridos están formados por más de 10 monosacáridos y pueden ser holopolisacáridos y heteropolisacáridos y heteropolisacáridos. Los holopolisacáridos están formados sólo por más de 10 monosacáridos y los heteropolisacáridos por más de 10 monosacáridos y otras sustancias no glucídicas.

OSAS (MONOSACÁRIDOS)

OLIGOSACÁRIDOS (DISACÁRIDOS)

GLUCIDOS OSIDOS HOLOSIDOS HOLOPOLISACÁRIDOS

POLISACARIDOS

HETEROPOLISACÁRIDOS

HETERÓSIDO

Los glúcidos más sencillos, cuya fórmula empírica es (CH2O)n para valores enteros entre 3 y 8 n.

Los monosacáridos de acuerdo con su estructura molecular son sólidos, blancos, cristalinos, hidrosolubles y de sabor generalmente dulce.

Desde un punto de vista analítico su propiedad física más importante es la capacidad de desviar el plano de la luz polarizada.

Son capaces de reducir en caliente y en medio alcalino el cobre II de color azul a cobre I de color rojo. Este es el fundamento de las clásicas reacciones de Fehling y Benedict.

Los monosacáridos pueden deshidratarse con ácidos minerales fuertes y concentrados.

Con este procedimiento a partir del D y el L gliceraldehido se pueden generar las dos familias correspondientes de D y L monosacáridos.

Se nombran anteponiendo un prefijo que señala el número de carbonos y se termina en -osa. 3-triosa, 4-tetrosa, 5-pentosa, 6-hexosa, 7-heptosa, 8-octosa. Si el grupo carbonilo es un gliceraldehido se llaman aldosas, si es una cetona reciben el nombre de cetosas.

Las triosas más importantes son el gliceraldehido y la dihidroxicetona.

O

C CH2OH

H

H C OH C O

CH20H CH2OH

GLICERALDEHIDO DIHIDROXICETONA

Tienen importancia biológica pues son productos intermedios de la degradación metabólica de la glucosa activada.

Las tetrosas más importantes:

O

C

H

H C OH

H C OH

CH2OH

D-ERITROSA

Las tetrosas naturales tienen poca importancia biológica.

Las pentosas más importantes:

O O

C C

H H

H C OH H C H

H C OH H C OH

H C OH H C OH

CH2OH CH2OH

D-RIBOSA D-DESOXIRRIBOSA

CH2OH

C O

H C OH

H C OH

CH2OH

D-RIBUROSA

La ribosa forma parte importante de los ácidos nucleicos como el ARN y también forma parte de moléculas como el ATP. La desoxirribosa forma parte del ácido nucleico ADN. La ribulosa es importante pues sobre sus esterofosfóricos se fija la molécula de dióxido de carbono en la fase inicial de la fotosíntesis.

Las hexosas más importantes:

O O

C C

H H

H C OH H C OH

HO C H HO C H

H C OH HO C H

H C OH H C OH

CH2OH CH2OH

D-GLUCOSA D-GALACTOSA

CH2OH

C O

HO C H

H C OH

H C OH

CH2OH

D-FRUCTOSA

La glucosa es el azúcar de la uva, se encuentra en muchas frutas, en la miel, en la sangre y polimerizada en forma de glucógeno el hígado y los músculos. Es el producto intermedio fundamental del metabolismo de los glúcidos.

La fructosa o el azúcar de la fruta que va asociada a la anterior en la miel y en muchos frutos. Se encuentra en el disacárido sacarosa y aparece en el líquido seminal como nutriente de los espermatozoides. La fructosa activada desempeña un papel importante, tanto en los procesos de síntesis, como en la degradación de los glúcidos.

La galactosa forma parte del azúcar de la leche. Se encuentra en el disacárido lactosa y aparece en estado libre en determinados orines.

Isomería es cuando dos o más compuestos presentan la misma fórmula molecular y diferentes formas estructurales; se dice que cada uno de ellos es isómero de los demás. Se diferencian por presentar diferentes propiedades físicas o químicas.

Todos los monosacáridos, a excepción de la dihidroxicetona, poseen uno o más carbonos asimétricos. Un átomo de carbono es asimétrico cuando tiene sus cuatro valencias unidas a cuatro radicales diferentes.

En los monosacáridos todos los átomos de carbono que poseen la función alcohol secundario son asimétricos.

Los prefijos D y L se refieren a la configuración del carbono asimétrico más alejado del carbono carbonílico.

El número de esteroisómeros aumenta de forma exponencial con el número de carbonos asimétricos 2 elevado a n, siendo “n” el numero de carbonos asimétricos.

Cuando el grupo OH del carbono asimétrico está situado a la derecha se le denomina “D” y si está situado a la izquierda “L”. Entonces decimos que en los monosacáridos pueden existir en la forma de dos esteroisómeros diferentes.

O O

C C

H H

H C OH

H C OH

H C OH

CH2OH CH2OH

D-GLICERALDEHIDO D-ERITROSA

Cuando los esteroisómeros D y L forman imágenes especulares se llaman enantromorfos.

O

C

H L-GLICERALDEHIDO

HO C H

CH2OH

Los azúcares de la serie D son isómeros especulares de la L. En la naturaleza los organismos sólo sintetizan una de las formas de enantromorfos. Cuando se hace una síntesis química en el laboratorio se obtiene una mezcla equimolecular de los dos isómeros llamada mezcla racémica. Esto tiene gran importancia pues sugiere que las enzimas pueden diferenciar los distintos enantromorfos, y por tanto seleccionarlos.

Cuando los azúcares sólo se diferencian en un átomo de carbono. Ej. : D-galactosa y la D-glucosa.

Los monosacáridos desvían el plano de la luz polarizada, pueden desviarla a la derecha y se les denomina destrógiros y se les designa con el signo +, y si la desvían a la izquierda: levógiros y se les designa con el signo -.

El hecho de que los monosacáridos sean destrógiros o levógiros es independiente de que pertenezcan a la D o a la L. Ej. : la D-glucosa+ y la D-fructosa-.

Las fórmulas de los monosacáridos en disposición lineal no explicaban algunas de las propiedades de los glúcidos, pues los monosacáridos de 5 o más átomos de carbono se comportan en disolución como si poseyeran un átomo de carbono asimétrico más. Esto se debe a que las moléculas cuando se encuentran disueltas no son formas abiertas sino cerradas en forma de anillos de cinco o seis átomos. Para ello se propusieron unas formas cíclicas en las cuales el carbono que llevaba el grupo aldehido o cetónico se une a otro mediante un puente de hidrógeno (puente oxílico) (en las hexosas en el carbono quinto y en las pentosas en el cuarto) formando un grupo hemiacetal: es un producto formado por la reacción de un aldehido o una cetona y un alcohol.

HO C H HO C H

H C OH H C OH

HO C H O HO C H O

H C OH HO C H

H C H C

CH2OH CH2OH

GLUCOSA CICLADA GALACTOSA CICLADA

B-D-GLUCOSA B-D-GALACTOSA

En las formas cíclicas el oxígeno transforma en asimétrico el primer átomo de carbono, lo que da lugar a los isómeros alfa y beta denominados anómeros. Según esté colocado el grupo OH del primer átomo de carbono tenemos dos formas: alfa, cuando el OH está situado a la derecha, y beta, cuando el OH está situado a la izquierda.

Las fórmulas cíclicas han sido sustituidas por las denominadas fórmulas en perspectiva introducidas por Hawoth, las cuales se representan por anillos: hexagonales, reciben el nombre de piranosas (derivado del anillo de Piran), o pentagonales, reciben el nombre de furanosas (derivados del anillo de Furano). El anillo de aldopiranosa de 6 términos es más estable que el anillo de furanosa, que predomina en las disoluciones de aldohexosas. La mayoría de los monosacáridos que se encuentra en la naturaleza no poseen grupos carbonilos libres y se definen más adecuadamente como polihidroxicetales.

Al pasar una forma cíclica a una en perspectiva debe tenerse en cuenta:

6 O

O

5 5 2

4 1 1

4 3

3 2

PIRANOSA FURANOSA

CH2OH CH2OH

O O

H H

H OH OH H

OH H H OH

OH H OH H

H OH H OH

BD-GLUCOPIRANOSA AD-GALACTOPIRANOSA

O

CH2OH OH

H CH2OH

H OH

OH H

BD-FRUCTOFURANOSA

• Aminoazúcares

Se forman por la sustitución de un grupo OH por otro grupo amino y se obtiene la D-glucosamina y la D-galactosamina

O O

C C

H H

H C NH2 H C NH2

HO C H HO C H

H C OH HO C H

H C OH H C OH

CH2OH CH2OH

D- GLUCOSAMINA D-GALACTOSAMINA

La galactosamina entra como componente del cartílago.

La glucosamina es el principal componente de la quitina.

Son glúcidos formados por moléculas de monosacáridos que se unen químicamente por une enlace denominado o-glucosídico u o-glicosídico. La unión se realiza siempre con desprendimiento de una molécula de agua y el proceso es reversible. Son polímeros de monosacáridos con escaso número de monómeros. Entre los oligosacáridos se incluyen aquellos polímeros que no rebasen en número de diez componentes monosacáridos. Los más abundantes son los disacáridos.

4.1.Disacáridos

Son glúcidos formados por dos moléculas de monosacáridos mediante el enlace o-glucosídico, que se forma por la reacción del carbono anomérico de un monosacárido con un glucohidroxilo de otro monosacárido para formar un disacárido. El enlace o-glucosídico pude establecerse entre los carbonos 1 y 4, en cuyo caso los disacáridos presentan carácter reductor (monocarbonílico), también puede establecerse entre los carbonos 1 y 2, en cuyo caso el disacárido resultante no es reductor cuando presente carbono anomérico libre; y es debido a la presencia del OH hemiacetálico libre (hidroxilo en la función aldehido o cetona de la forma lineal).

O

C H C OH

H

H C OH H C OH

HO C H HO C H O

H C OH H C OH

H C OH H C

CH2OH CH2OH

D-GLUCOSA AD-GLUCOSA

CH2OH CH2OH

O O

H H H H H H

OH HO H O HO H OH

H OH H OH

AD-GLUCOSAPIRANOSA + AD-GLUCOPIRASNOSA

CH2OH CH2OH

C O HO C O

CH2OH H

HO C H HO C H O

H C OH H C OH OH H OH CH2OH

H C OH H C

BD-FRUCTOFURANOSA

CH2OH CH2OH

D-FRUCTOSA BD-FRUCTOSA

CH2OH

O O

CH2OH H

H OH H

CH2OH

OH OH H O H OH

H OH

AD-GLUCOPIRANOSA + BD-FRUCTOFURANOSA

ENLACE= 1-B2

Las propiedades físicas de los disacáridos son muy parecidas a las de los monosacáridos pues tienen sabor dulce, son solubles en agua, son sólidos, etc.

• Maltosa

Está formada por glucosa más glucosa, es el azúcar de malta (cebada germinada). Es un producto intermedio de la degradación del glucógeno y el almidón. Es un producto intermediario de la acción de las amilasas sobre el almidón. El enlace glucosídico establece entre los restos de glucosa, siendo del tipo (1-4).

CH2OH

O O

H H H H H

OH OH H O OH H OH

H OH H OH

D-GLUCOPIRANOSA + D-GLUCOPIRANOSA MALTOSA (1-4)+H20

• Sacarosa

Es el azúcar que consumimos habitualmente. Está formada por glucosa + fructosa se une mediante enlaces o-glucosídico del tipo 1-B2, no es reductor porque contiene átomo de carbono anomérico libre. La sacarosa es el azúcar de caña o remolacha. La hidrólisis la realiza la inventasa.

CH2OH

O O

H H H CH2OH H

OH OH H O H OH CH2OH

H OH OH H

D-GLUCOPIRANOSA + BD-FRUCTOFURANOSA SACAROSA ( 1-B2) + H2O

• Lactosa

Está formada por galactosa + glucosa. Es el azúcar de la leche. No se encuentra de otra fuente natural y se unen con el enlace glucosídico mediante el carbono 1 B y el carbono 4.

CH2OH CH2OH

O O

OH H H H H

H OH H H OH H OH

H OH H OH

BD- GALACTOPIRANOSA+ DGLUCOPIRANOSA LACTOSA + H2O

• Celobiosa

Está formada por dos moléculas de glucosa. Se obtiene por hidrólisis de la celulosa. El enlace glucosídico se representa por B (1-4). Es reductor porque tiene átomo de carbono anomérico libre.

CH2OH CH2OH

O O

H H H H OH

OH OH H H OH H H

H OH H OH

BD-GLUCOPIRANOSA + BD-GLUCOPIRANOSA CELOBIOSA + H2O

Son glúcidos que resultan de la unión o polimerización de monosacáridos o de sus derivados con pérdida de moléculas de agua en cada enlace glucosídico realizado. Por hidrólisis puede romperse originándose los monosacáridos correspondientes.

La mayor parte de los glúcidos encontrados en la naturaleza se presentan como polisacáridos de elevado peso molecular.

La D-glucosa es la unidad predominante en los polisacáridos. Se dividen en homopolisacáridos, siendo sus unidades monómeros idénticas, y en heteropolisacáridos que presentan dos o más unidades monoméricas diferentes.

Se hallan principalmente en los vegetales como elementos de sostén o reserva. Son sustancias blancas, poco o nada solubles en agua y no tienen sabor dulce.

Son el almidón en las plantas y el glucógeno en los animales. Se depositan en forma de grandes gránulos en el citoplasma celular

Es un polisacárido de origen vegetal. Se reconoce fácilmente porque al ser tratado con yodo toma un color azul oscuro debido a la formación de yoduro de almidón. Se encuentra preferentemente en las células de los órganos de reserva constituyendo amiloplastos. Es insoluble en agua fría pero en caliente forma el engrudo de almidón.

- Estructura: es un polisacárido formado por la polimerización de la D-glucosa producida en la fotosíntesis y se une mediante enlaces (1-4) y (1-6) constituyendo dos tipos de polímeros: la amilosa y la amilopectina.

La amilosa está formada por cadenas lineales de longitud variable desde 25 a 3000 restos de glucosa unidas por enlaces (1-4) y se dispone en forma helicoidal. No es soluble en agua y de lugar a dispersiones coloidales.

La amilopectina está formada por cadenas profundamente ramificadas. Los enlaces del esqueleto son del tipo (1-4) pero los puntos de la ramificación del tipo (1-6). No es soluble en agua.

- Función: Es el principal elemento de reserva de los vegetales, y por ello, una de las más importantes fuentes primarias de azúcares en la dieta de los seres humanos. Se sintetiza en las plantas a partir de los azúcares formados durante la fotosíntesis. Al no ser soluble en agua, no está disuelta en el citoplasma y no contribuye al aumento de la presión osmótica. Los enlaces (1-4) y (1-6) son fácilmente hidrolizables por las enzimas amilasas, de ahí su papel de reserva energética.

Es un polisacárido de origen animal y está formado por restos de glucosa.

- Estructura: presenta una estructura parecida a la amilopectina pero es mayor y se encuentra más ramificada, presentando por lo tanto enlaces (1-4) y (1-6). Se diferencian de la amilopectina en que se encuentra más ramificado, presentando cadenas más cortas y numerosas.

- Función: es el polisacárido de reserva en los animales, principalmente en las células hepáticas y musculares. El papel de este polisacárido en los animales es equivalente al del almidón en los vegetales.

Son elementos estructurales en las paredes y en las cubiertas de las células y el tejido conjuntivo en donde dan forma y confieren elasticidad o rigidez. Los tejidos animales y vegetales, así como la protección y soporte a los organismos unicelulares. Los polisacáridos también se encuentran constituyendo los compuestos orgánicos principales del exoesqueleto de muchos invertebrados. Ej. : celulosa y quitina.

Es un polisacárido formado por moléculas de glucosa.

• Estructura: estas moléculas de glucosa se unen mediante enlaces B(1-4) en cadenas lineales no ramificadas. Varias cadenas se unen entre sí por enlaces de puentes de hidrógeno y constituyen las microfibrillas. Estas se unen y forman las fibrillas, se agrupan y dan origen a las fibras de celulosa como ocurre con el algodón.

• Función: Es el elemento de sostén de los vegetales y forma la parte fundamental de la membrana de las células vegetales. Es el componente principal de la madera y por tanto del papel. El algodón es casi celulosa pura. Es insoluble en el agua y aparentemente inerte. El enlace B(1-4) no es atacable por las enzimas digestivas de los animales, de ahí su papel como molécula estructural. Solamente puede ser hidrolizada por enzimas segregadas por determinados microorganismos como protozoos y bacterias que se alojan en el intestino de los animales herbívoros y de los insectos xilófagos (termes, termitas).

Es un polímero cuyas unidades estructurales están constituidas por N-acetil-glucosamina. Presenta enlaces tipo B (1-4) de características similares al de la celulosa. Es el integrante más abundante de los exoesqueletos de los artrópodos (crustáceos e insectos) y también forma parte de la membrana celular de los hongos.

La hemicelulosa y la pectina forman parte de la pared celular de los vegetales.

Al ser hidrolizados dan origen a dos o más tipos distintos de monosacáridos. Ej. : mucopolisacáridos, que forman parte de la sustancia intracelular del tejido conjuntivo de los animales, y la heparina, que posee propiedades anticoagulantes.

Son compuestos que en su hidrólisis dan lugar a monosacáridos y otras sustancias no glucídicas, como proteínas, lípidos y ácido nucleicos. Entre ellos cabe destacar los peptidosglicanos. Son moléculas grandes que forman largas cadenas paralelas. Estas cadenas se unen por medio de cadenas polipeptídicas más cortas y el conjunto forma las paredes celulares de las bacterias. Otros heterósidos importantes son las glicoproteínas que junto con los glucolípidos son una parte importante de la membrana celular.

Constituyen un material energético de uso inmediato para los seres vivos. Son los primeros productos que se obtienen durante la fotosíntesis y por ello constituyen una fuente de carbono para los demás compuestos. La glucosa es el azúcar más utilizado como fuente de energía. Su oxidación libera la energía que utilizan los seres vivos en su funcionamiento.

Actúan como reserva nutritiva almacenándose en forma de glucógeno, polisacáridos, etc. Estas reservas son movilizadas por las células en el momento apropiado.

Algunas de estas funciones son de gran importancia. La celulosa, la pectina, y la hemicelulosa forman parte de las paredes celulares de las células vegetales. La quitina es un componente del exoesqueleto de los artrópodos.

Los Lípidos Tema 4

Son biomoléculas o principios inmediatos compuestos por carbono, hidrógeno y oxígeno, pudiendo contener además fósforo y nitrógeno.

Se reúne bajo la denominación de lípidos gran cantidad de sustancias con propiedades físicas muy parecidas. Dichas propiedades son: ser insoluble o muy poco soluble en agua y solubles en disolventes orgánicos como alcohol, éter, cloroformo, etc., presentan brillo graso, son untuosos al tacto y muy poco densos.

• Clasificación (según Lemming)

Se clasifican en lípidos complejos y en lípidos simples o sencillos.

Tienen ácidos grasos como componentes y comprende a los acilglicéridos (glicerina), ceras y fosfolípidos, que difieren en la estructura de los esqueletos a los que se hallan unidos por covalencia los ácidos grasos. Reciben también el nombre de lípidos saponificables porque producen jabones por hidrólisis alcalina.

No contienen ácidos grasos y no son por tanto saponificables. Se hallan entre ellos muchas sustancias con intensa actividad biológica como vitaminas, hormonas, etc. Se hallan entre ellos los terpenos y los esteroides.

Constituye el grupo de lípidos más sencillos. Participan en la constitución de otros lípidos y son una importante fuente de energía química. Generalmente no aparecen libres en la naturaleza sino formando parte de otros lípidos.

Están formados por una larga cadena alifática o hidrocarbonada, con un grupo carboxilo (COOH) en uno de sus extremos. Suelen tener un número par de átomos de carbono que oscila entre 14 y 22.

Presentan una clara bipolaridad. La cadena alifática polar es hidrófoba, pero pueden establecer enlaces de Van der Waals con otras cadenas semejantes, como por ejemplo sucede cuando el ácido graso entra en contacto con disolventes orgánicos. Por el contrario, el grupo carboxilo es polar, por tanto hidrófilo y puede unirse mediante puentes de hidrógeno en grupos similares característicos de disolventes polares como el agua. En un medio acuoso los grupos hidrófilos se orientan hacia las moléculas de agua, mientras las hidrófobas se alejan de éstas. Esto explica la formación de películas superficiales bicapas y micelas.

COOH CH2 CH2 CH3 CH3 CH2 CH2 HOOC

PELÍCULAS

BICAPAS MICELAS

La cadena alifática de los ácidos grasos puede ser saturada en cuyo caso todos sus enlaces carbono-carbono son simples, o insaturados si presentan dobles o triples enlaces. El punto de fusión de los ácidos grasos es tanto mayor cuanto más larga sea la cadena. Sin embargo, el punto de fusión de los ácidos grasos insaturados es menor que el de los saturados y disminuye con el grado de insaturación.

Los animales homotermos presentan ácidos grasos saturados y los animales de temperatura variable presentan ácidos grasos insaturados.

Según posean o no dobles enlaces se distinguen dos tipos de ácidos grasos:

• Saturados

Cuando carecen de dobles enlaces, como por ejemplo el ácido palmítico.

• Insaturados

Cuando poseen uno o más dobles enlaces como ocurre con el ácido oleico que tiene un doble enlace entre los carbonos 9 y 10. En el caso de poseer varios dobles enlaces reciben el nombre de ácidos grasos polinsaturados. En nuestra dieta es esencial la presencia de tres de estos últimos ácidos grasos: linoleico, linolénico y araquidónico; que no podemos sintetizar y por lo tanto se les denomina a estos ácidos grasos ácidos grasos esenciales.

• Ácido Palmítico

CH3 (CH2)14 COOH

• Ácido Esteárico

CH3 (CH2)16 COOH

• Ácido Oleico

CH3 (CH2)7 CH CH (CH2)7 COOH

Las grasas o acilglicéridos o glicéridos o triglicéridos o triacilglicéridos forman parte de los llamados lípidos saponificables los cuales poseen enlaces del tipo éster y forman jabones por medio de hidrólisis alcalina.

Están compuestas exclusivamente por carbono, hidrógeno y oxígeno. Químicamente son ésteres del propanotriol o glicerina con los ácidos grasos.

CH2OH + HOOC-R CH2O-OCR

CH2OH + HCOO-R CH2O-OCR + 3H2O

CH2OH + HCOO-R CH2O-OCR

GLICERINA + ÁCIDOS GRASOS GRASAS + 3AGUA

Esterificación

Formación de un enlace éster

No poseen carga eléctrica, de ahí que también se las denomine grasas neutras. Los grupos polares que poseen radicales =O no se encuentran en el exterior de la molécula por lo que son absolutamente insolubles en agua. Se disuelven en disolventes orgánicas y son malas conductoras del calor.

A la reacción de hidrólisis de las grasas se las llama saponificación. La saponificación se logra con fines industriales sometiendo en caliente las grasas a la acción de una base tal como el hidróxido sódico (Na PH) o hidróxido potásico (KOH). Entonces se obtiene glicerina, en vez de ácidos grasos son sales sódicas o potásicas que son los llamados jabones.

Los jabones en medio acuoso adoptan estructura micelar, las grandes micelas esféricas pueden incluir en su interior grasas neutras por lo que los jabones tienen pode detergente.

G

La saponificación también se lleva a cabo en los organismos vivos para conseguir la digestión de las grasas; en tal caso se realiza mediante la acción de un fermento (enzima) la lipasa y no se obtienen jabones sino ácidos grasos.

Las grasas con ácidos grasos insaturados son líquidas a temperatura ambiente y reciben el nombre de aceites, por su parte si los ácidos grasos son saturados los triglicéridos correspondientes son sólidos de aspecto céreo, blanquecino y se denominan sebos (grasa de oveja o ternero). Las mantecas son grasas semisólidas. Ej. : la grasa de cerdo. El punto de fusión de las grasas depende de la longitud de las cadenas alifáticas y de su grado de insaturación.

Constituyen las reservas energéticas de los seres vivos. Se acumulan en las células adiposas de los animales y en las vacuolas de las células vegetales, principalmente en los frutos y en las semillas de las plantas como el girasol, el olivo, etc. El que los animales las utilicemos como elemento de reserva se debe a que proporcionan más del doble de energía que la misma cantidad de azúcares o proteínas.

9,4 kcal/gr. grasas frente a 4,1 Kcal/gr. azúcares grasas azúcares

Los mamíferos almacenan la grasa en el tejido adiposo debajo de la piel. Cuando se consumen alimentos abundantes, el exceso ingerido es transformado en grasas que se almacenan en ese tejido.

En épocas de escasez, el organismo recurre a estas reservas. Además en los organismos de temperatura constante, este tejido constituye un eficaz aislante térmico y protege distintas zonas del cuerpo del efecto de golpes y contusiones.

La insolubilidad de las grasas en agua, permite que estas sean utilizadas también por las aves y los mamíferos como impermeabilizantes de las plumas y de los pelos respectivamente.

Son ésteres como las grasas pero en vez de glicerina entran a formar parte de ellas monoalcoholes de cadena muy larga que se combinan también con ácidos grasos de cadena también larga. Ej. : palmítico y esteárico.

Son sólidas, se encuentran tanto en los vegetales como en los animales. En los vegetales recubren hojas, semillas, frutos, etc. y en los animales forman la cera de las abejas o el cerumen humano. Las ceras incorporadas a estructuras coberteras desempeñan funciones de impermeabilización y protección.

Son lípidos saponificables que contienen ácidos grasos y forman jabones. Son de gran interés por que casi todos se encuentran formando parte de las membranas celulares.

Su compuesto químico básico es el ácido glicerfosfórico o ácido fosfatídico formado por una molécula de glicerina que esterifica dos de sus grupos alcohol con dos ácidos grasos y en el tercero una molécula de ácido fosfórico.

5.1.Características de los Fosfolípidos

Presentan en medio acuoso bipolaridad, debido a poseer una cabeza polar además de sus colas hidrocarbonatadas no polares, y por tanto reciben el nombre de lípidos anfipáticos o polares (lípido anfipático o son moléculas que contienen grupos simultáneos fuertemente no polares y grupos fuertemente polares).

AC. FOSFATÍDICO

CH2-OOC-R

CH2-OOC-R

CEFALINA ETANOLAMINA O

CARDIOLIPINA AC. FOSFATÍDICO HO P O CH2

LECITINA COLINA OH

POLAR NOPOLAR

Los diferentes fosfolípidos se forman por la unión de diversos compuestos al ácido fosfatídico. Si se une la etanolamina forma la cefalina. Si se une otra molécula de ácido fosfatídico forma la cardiolipina y si se une la colina se forma la lecitina. Todas se unen a la parte polar del fosfolípido.

La lecitina se encuentra en la yema de huevo, la cefalina se encuentra en el cerebro y la cardiolipina se encuentra en las mitocondrias.

• Esfingolípidos

Aparecen en las membranas de las células vegetales y animales, encontrándose en gran cantidad de tejidos nerviosos. Consta de la esfingosina, que es un aminoalcohol insaturado. El más conocido es la esfingomielina: compuesta esencial de la vaina de mielina que protege los asones de las neuronas.

• Glucolípidos

Los más importantes son los cerbrósidos. Contienen un azúcar y esfingosina. Son muy abundantes en las membranas de las células cerebrales y nerviosas, particularmente en las vainas de mielina.

VAINAS DE MIELINA (BLANQUECINA)

SOMA

ASÓN

ORIFICIOS-NÓDULOS DE DAMPIER

ENTRADA Y SALIDA DE IONES

DENTRITAS

NEURONA

Presentan funciones parecidas como las que presentan las glucoproteínas:

Los fosfolípidos, esfingolípidos y glucolípidos se denominan lípidos polares de membrana que junto con el colesterol (lípido neutro) forman los lípidos de membrana.

6.1. Terpenos

Son lípidos sencillos o simples que no contienen ácidos grasos y no son por tanto saponificables. Son lípidos constituidos por múltiples unidades del hidrocarburo de 5 átomos de carbono el isopreno (2-metilbutadieno).

CH2=CH-C=CH2

CH3

Entre los terpenos se encuentran los carotenos, la xantofila y la vitamina A.

Están muy extendidos en todas las hojas y son también responsables por ejemplo del color de los tomates, calabazas, yema de huevo, mantequilla, leche y otros productos vegetales y animales (color amarillo).

Están ampliamente distribuidas como los carotenos. Ej. : la gluteina, es una xantofila común en las hojas responsables de los colores amarillos de las hojas en otoño.

• Vitamina A o retinol o vitamina antixeroftálmica es un derivado de los carotenos, a partir de los cuales el organismo la obtiene, por eso se considera a los carotenos como provitamina. La carencia de la vitamina A provoca la enfermedad xeroftálmica o cornificación del epitelio del ojo (ceguera).

• Vitamina E o tocoferol o antiestéril es necesaria en varios animales pues su falta produce esterilidad. El único trastorno observado en el hombre es la absorción defectuosa de las grasas.

• Vitamina K o filoquinona o antihemorrágica la carencia de esta vitamina provoca hemorragias subcutáneas e intramusculares.

Son lípidos sencillos o simples, no contienen ácidos grasos y no son por tanto saponificables. Todos ellos se parecen entre sí en que todos son derivados del ciclopentanoperhidrofenantreno.

CH2 CH2

H2C CH CH2

CH2 CH CH2

CH

H2C CH CH

H2C CH2

CH

CH2 CH2

Los esteroides contienen esta estructura fundamental con diversas cadenas laterales y grupos funcionales sustituyentes.

Atendiendo a sus funciones biológicas se distinguen tres grupos fundamentales los esteroides: los esteroles, ácidos biliares y hormonas esteroideas.

Son los esteroides más abundantes y los más importantes son: el colesterol, el ergoesterol y el colicalciferol o vitamina D3.

• Colesterol

Es el esterol más abundante en los tejidos animales y se encuentra tanto en forma libre como combinada. Cuando se mezcla con otros lípidos confiere a la mezcla la propiedad de absorber agua. Es un componente muy importante de las membranas celulares a las que confiere fluidez, destacando su carácter parcialmente polar.

El colesterol es empleado para la síntesis de hormonas esteroideas y de sales biliares.

El exceso de colesterol puede depositarse en las paredes de las arterias produciendo arteriosclerosis. Estas deposiciones disminuyen la luz del vaso (sanguíneo) con lo que aumenta la presión sanguínea. Si alguna partícula depositada queda libre en la circulación puede producir trombosis.

• Ergoesterol

Es un esterol de origen vegetal.

• Vitamina D3 o Colecalciferol

Se produce irradiación ultravioleta del colesterol subcutáneo. También se puede producir a partir del ergoesterol por irradiación con luz solar.

Son esteroides de 24 átomos de carbono. Se forman a partir del colesterol. Forman parte de la bilis. Tiene como finalidad emulsionar las grasas en el intestino, facilitando el ataque de las lipasas.

Un grupo importante de sustancias esteroideas se caracteriza por su función hormonal, es decir, que son sustancias producidas por glándulas endocrinas que se distribuyen por el torrente sanguíneo y ejerce funciones de regulación metabólica en tejidos específicos. Las principales son:

Como la testosterona que se forma en los testículos y es la responsable de los caracteres sexuales secundarios y las hormonas sexuales estrógenas que se forman en los ovarios, participan en el ciclo ovárico y es necesaria para el desarrollo de los caracteres sexuales femeninos.

La aldosterona incrementa la reabsorción de iones sodio y bicarbonato en el riñón.

El cortisol provoca la formación de glucosa y glucógeno aumentando la movilización de proteínas y grasas.

Los lípidos al igual que los glúcidos realizan una función energética y estructural pero además actúan como vitaminas y hormonas

Como formas de transporte y almacenamiento de combustible catabólico constituyendo una importante fuente de energía puesto que al oxigenarse u oxidarse desprenden 9,4 Kcal/gr. Pueden acumularse en cantidades prácticamente ilimitadas. Ej. : los ácidos grasos, las grasas, etc.

Forman parte de los sistemas de membranas de las células animales y vegetales como los fosfolípidos, esfingolípidos, glucolípidos y colesterol.

También forman parte de la cubierta protectora sobre la superficie de muchos órganos. Ej. : las ceras.

Actuando como vitaminas; A, E, K, D3,... y como hormonas como las hormonas sexuales y hormonas de la corteza suprarrenal.

Las lipoproteínas transportan aquellos lípidos que son poco solubles. Los ácidos biliares transportan las grasas y facilitan su degradación y posterior absorción.

Las Proteínas Tema 5

Las proteínas o prótidos son los constituyentes químicos fundamentales de la materia viva, pues así como los glúcidos y los lípidos se encuentran en las células como simples sustancias inertes. Las proteínas presentan actividad vital.

Químicamente están compuestas por carbono, hidrógeno y nitrógeno. Con frecuencia contienen también azufre y fósforo y raras veces hierro y cobre. Poseen un elevado peso molecular por lo que se consideran macromoléculas.

Están formadas por moléculas más sencillas y que son los aminoácidos.

Las propiedades más importantes de las proteínas:

Cuando una proteína se descompone por hidrólisis origina una sustancia más sencilla denominada péptido, y éste, a su vez, al descomponerse origina los aminoácidos.

Son compuestos químicos que se caracterizan por poseer un grupo amino y otro carboxilo. Su fórmula general es:

NH2

R CH

COOH

Al carbono central se le llama carbono alfa. Se conocen unos treinta aminoácidos pero solamente veinte se consideran esenciales para la vida. Son por lo tanto los que se encuentran formando parte de las proteínas. La diferencia entre ellas depende del radical R, pues el resto de la molécula es igual para todos los aminoácidos.

O O

C C

OH OH

NH2 C H H C NH2

R R

L-AMINOÁCIDO D-AMINOÁCIDO

Los aminoácidos pueden ser clasificados en 3 grupos generales dependiendo del radical R. Los aminoácidos se designan con letras que se derivan de su nombre en inglés teniendo carácter universal

El radical R es una cadena abierta y lineal derivada de la unión de los grupos CH2 y CH3. Se subdividen en los grupos:

Son aminoácidos con igual número de grupos amino y grupos carboxilo:

• La glicocola

GLY COOH

H HC

NH2

• La alamina

ALA COOH

CH3 HC

NH2

• La Valina

VAL CH3 COOH

CH HC

CH3 NH2

• Aminoácidos con función alcohol

SER COOH

HO CH2 HC

NH2

THR COOH

CH3 CHOH HC

NH2

• Aminoácidos con Azufre

CYS COOH

HS CH2 HC

NH2

MET COOH

CH3 S CH2 CH2 HC

NH2

Son aminoácidos con mayor número de grupos carboxilos que amino:

• Acido Glutámico

GLU COOH

HOOC CH2 CH2 HC

NH2

c) Aminoácidos Básicos

Son aminoácidos con mayor número de grupos amino que carboxilos:

• Glutamina

GLN COOH

H2NCO CH2 CH2 HC

NH2

El radical es una celulosa cerrada generalmente relacionada con el ciclo de benceno.

• Fenilalanina

PHE COOH

CH2 CH

NH2

• Tirosina

TYR COOH

CH2 CH

NH2

OH

El radical es una cadena cerrada, generalmente compleja y con algunos átomos distintos del carbono.

• Prolina

PRO

CH2 HC COOH

CH2 NH

CH2

• Triptófano

TRP

COOH

C CH2 CH

NH2

NH

De la serie fundamental de veinte aminoácidos once se pueden sintetizar a partir de intermediarios del ciclo de Kreps o de otros metabolitos importantes como el ácido pirúvico o el ácido 3-fosfo-glicérido mediante reacciones sencillas. Estos once aminoácidos reciben el nombre de aminoácidos no esenciales.

Por el contrario los seres humanos debemos obtener los nueve aminoácidos restantes a partir de los elementos de la dieta y por eso reciben el nombre de aminoácidos esenciales. Ej. : Valina, Triptófano, Treonina, Fenilalanina y metionina, etc.

Son compuestos de dos o más aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Al referirse genéricamente a los péptidos se suele hacer mención del número de aminoácidos, así un dipéptido consta de dos aminoácidos, un tripéptido de tres, un oligopéptido de un número generalmente inferior a diez, un polipéptido designa una cadena con un número considerable de aminoácidos generalmente entre diez y ochenta, si el número supera esta cifra se considera que el péptido constituye una molécula de proteína. Muchas hormonas son de naturaleza peptídica como:

Los aminoácidos se unen entre sí por el grupo carboxilo con el grupo amino de otro aminoácido con desprendimiento de una molécula de agua. A estos enlaces se les denomina enlaces peptídicos.

NH2 NH2

R-CH R-CH

COOH CO

+ + H2O

H NH

N

R-CH H R-CH

COOH COOH

En las moléculas los enlaces sencillos poseen potencialmente una libertad de rotación completa mientras que los enlaces dobles y triples son rígidos.

En el enlace simple C-N del enlace peptídico poseen alrededor del 40% de carácter de doble enlace y el de doble enlace C=O tiene aproximadamente otro 40% de carácter de enlace sencillo. Estos hechos presentan las siguientes consecuencias:

• El grupo imino (NH) del enlace peptídico no posee tendencia significativa a ionizarse o a ser protonizada.

• El enlace C=N del enlace peptídico no puede girar libremente por poseer algún carácter de doble enlace.

• Los cuatro átomos comprendidos en el enlace peptídico y los dos átomos de carbono alfa residen el mismo plano.

• A partir de estos datos pueden considerarse que el esqueleto de una cadena peptídica está formado por una serie de planos relativamente rígidos.

• El giro de estos planos se establece a través del átomo de carbono alfa.

• La cadena peptídica presenta dos extremos: un extremo amino (NH2) y otro extremo carboxilo (COOH).

R H O R H

CH N C CH N COOH

C CH N C CH

H2N O R H O R

En las proteínas se aprecian cuatro tipos de niveles de estructuración o estructura: primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.

Está representada por una sucesión ordenada y lineal de los aminoácidos que forman una cadena peptídica especificando el número de aminoácidos de cada clase y del orden en que están alineados. Dicha secuencia tiene mucha importancia en las proteínas, pues de ella van a depender las interacciones internas que originan las estructuras secundarias y terciarias

La estructura primaria viene regida por un control genético que explica la secuencia peptídica y la especificidad de la proteína. El enlace de la estructura primaria es el enlace peptídico.

Las cadenas de los polipéptidos pueden sufrir una rotación a nivel del carbono alfa de cada uno de los aminoácidos que las constituyen, disponiéndose estas cadenas de formas diferentes en el espacio; estableciéndose adicionales de carácter no covalente entre los grupos funcionales (amino y carboxilo) de una o varias cadenas polipeptídicas.

Se conocen tres tipos de estructuras secundarias: alfa hélice, beta o de lámina plegada, y la hélice del colágeno.

4.2.1. Alfa Hélice

En la configuración helicoidal la cadena peptídica se dispone como un tirabuzón, de tal manera que los grupos CO y NH quedan enfrentados; estableciéndose entre ellos una unión mediante puentes de hidrógeno.

En la configuración beta dos o más cadenas de polipéptidos se sitúan paralelamente unas a otras enfrentando así los grupos CO y NH de dos cadenas contiguas, entre cuyos grupos se establecen también puentes de hidrógeno.

El colágeno es una importante proteína fibrosa con función estructural que presenta una conformación típica. La cadena peptídica está compuesta por la repetición periódica de secuencias de tres aminoácidos: la glicocola y las otras dos (una prolina o hidroxiprolina y el otro aminoácido cualquiera): GLY-X-PRO. La frecuencia periódica de la proteína condiciona el enrollamiento de la hélice levógira del colágeno.

La estructura terciaria informa sobre la disposición de la estructura secundaria en el espacio y por tanto de la conformación que poseen. Las conformaciones que más frecuentemente adoptan las proteínas son la globular y la filamentosa.

• Globular

La estructura secundaria se pliegan adoptando formas que en ocasiones parecen esféricas. Las proteínas con esta conformación son solubles en el agua y en disoluciones salinas y además se difunden con facilidad por estos medios. Las conformaciones globulares se mantienen estables debido a la existencia de enlaces entre los radicales R de los aminoácidos. Aparecen dos tipos de enlaces: uno fuerte de tipo covalente (puente de disulfuro)

O C C O

CH CH2 SH HS CH2 CH

H N N H

Y otro tipo constituido por enlaces débiles como pueden ser puentes de hidrógeno, puentes salinos y fuerzas de Van der Waals.

En los procesos de desnaturalización estos enlaces se rompen y la proteína adopta formación filamentosa.

• Filamentosa

Es una forma lineal en que la estructura secundaria es de tipo alfa hélice introduciéndose sólo ligeras torsiones longitudinales como en las hebras de una cuerda. Los enlaces que se establecen son puentes de hidrógeno. Las proteínas que posen esta conformación son insolubles en agua y en disoluciones salinas.

Esta estructura se obtiene cuando unidades idénticas o diferentes pueden agruparse en una funcional de orden superior. Ejemplo: la hemoglobina, formada por cuatro subunidades. Esta unión se realiza mediante enlaces de tipo débil. Poseen estructura cuaternaria proteínas estructurales como: el colágeno y la queratina, algunas proteínas globulares como la hemoglobina. También algunas enzimas. Asimismo se considera estructura cuaternaria la acumulación de proteínas que forman la cápsida de los virus. A estas proteínas se las llama oligoméricas, a las subunidades protómeros.

Se clasifican en holoproteínas o simples y en heteroproteínas o conjugadas.

Son las formadas exclusivamente por aminoácidos (o por cadenas de péptidos). Atendiendo a su estructura terciaria se clasifican en: proteínas globulares o esferoproteínas y en proteínas filamentosas o escleroproteínas.

Son las proteínas que presentan estructura globular. Las principales son:

Son proteínas que se encuentran asociadas con los ácidos nucleicos (ADN). Parece ser que funcionan controlando la actividad génica. Presentan aminoácidos con más de un grupo amino y las confiere carácter básico.

Constituyen la fracción principal de las proteínas plasmáticas. Son proteínas que se caracterizan por su poca solubilidad y se encuentran tanto en animales como en vegetales. Transportan hormonas, ácidos grasos, etc. Ej. : la seroalbúmina y la ovoalbúmina.

Son proteínas que deben su nombre a que tienen forma esférica. Las principales globulinas animales son las seroglobulinas. Hay tres tipos: alfa, beta y gamma globulinas. Las globulinas reciben también el nombre de inmunoglobulinas y están relacionadas en los procesos inmunitarios.

Presentan estructura filamentosa, son sólidas e insolubles en agua. Las moléculas de estas proteínas son muy largas y generalmente se asocian en haces formando fibras. Realizan funciones de protección y soporte. Las principales son:

Forma parte de los tejidos conjuntivos, cartilaginosos y óseos.

Se encuentra en las estructuras córneas como pelos, uñas, plumas, cuernos.

Forma parte de las fibras elásticas del tejido conjuntivo. Aparece en tendones y vasos sanguíneos.

La lactina y la miosina forman parte del tejido muscular y son las responsables de su contracción.

Son proteínas que por hidrólisis además de aminoácidos dan algún grupo no proteico que recibe el nombre de grupo prostético.

Atendiendo a la naturaleza del grupo prostético las heteroproteínas más importantes son:

Tienen al ácido fosfórico como grupo prostético. Una de las más conocidas es la caseína de la leche. De la fermentación de la caseína se obtiene el queso.

El grupo prostético está formado por un glúcido. Son solubles en agua. Glucoproteínas importantes son las mucoproteínas que se encuentran en la saliva, mucus intestinal, humor vítreo y mucus de las vías respiratorias. También pertenecen a este grupo las hormonas estimulantes del folículo (FSH) y las hormonas del tiroides y las inmunoglobulinas.

Tienen como grupo prostético a los ácidos nucleicos y se asocia a las histonas.

El grupo prostético es un lípido polar o neutro unido a la proteína por un enlace no covalente. Transportan los lípidos desde el intestino hasta el hígado, los músculos y las membranas celulares.

Tienen como grupo prostético a una sustancia coloreada, por lo que el conjunto es un pigmento. Este grupo prostético suele presentar una estructura más o menos compleja con la inclusión de un átomo metálico.

Las cromoproteínas se dividen en dos clases según que el grupo prostético sea una porfirina o no: porfirínicos o no porfirínicos.

• Los Pigmentos Porfirínicos

El grupo prostético es una metaporfirina. La metaporfirina está constituida por un núcleo químico denominado porfirina unido a un metal que varía según los casos. La porfirina está formada por cuatro anillos de Pirrol.

HC CH

HC CH

HC CH

NH

N

NH HN

N

HC CH

De estos los más importantes son:

Posee un ion hierro, se encuentra glóbulos rojos y transporta el oxígeno desde los pulmones a los tejidos.

También posee el ion ferroso, se encuentra en los músculos de los vertebrados, transfiere el oxígeno desde la sangre hasta los músculos.

Tiene como metal al hierro, se encuentra en las mitocondrias y es el responsable de la transferencia de los electrones en las oxidaciones biológicas.

Es el pigmento verde de los vegetales y gracias a ella se realiza la fotosíntesis. Tiene como pigmento al magnesio.

Tiene como metal al cobalto.

• Pigmentos no Porfirínicos

Los más importantes son:

Pigmento respiratorio que contiene cobre. Lo presentan los crustáceos y los moluscos.

Tiene como metal al hierro y lo presentan los gusanos marinos.

Proceden de la degradación en el hígado de la hemoglobina y los principales son la bilirrubina y la biliverdina. La biliverdina es de color verde y la bilirrubina es de color amarillo marrón; ayudan a emulsionar las grasas y más tarde dan color a las heces fecales.

La hemoglobina es una proteína globular localizada en los heritrocitos (glóbulos rojos) que consta de cuatro cadenas polipeptídicas asociadas: dos cadenas, llamadas alfa y cada una con 141 restos de aminoácidos, y dos cadenas llamadas beta, cada una con 146 restos de aminoácidos. A cada una de estas cadenas se halla unido un grupo hemo mediante un enlace no covalente. Cada cadena posee una conformación irregularmente plegada en la que ciertos tramos de regiones helicoidales alfa puras se encuentran separadas por curvaturas. Las cadenas alfa y beta son muy semejantes entre sí en su estructura terciaria.

Se han comparado las secuencias de aminoácidos de las cadenas hemoglobina de muchas especies, aunque únicamente 9 de los restos aminoácidos de cada cadena se mantienen absolutamente invariantes. Las semejanzas de la hemoglobina serán tanto mayores cuanto mayor parentesco exista entre las mismas y las diferencias serán más acusadas cuanto más alejadas se hallen evolutivamente las especies. Por ejemplo, la hemoglobina del gorila difiere de la del hombre en tres aminoácidos, en cambio de la del caballo por lo menos tiene 18 diferencias.

Se descubrió que en determinados enfermos crónicos de anemia sus heritrocitos (glóbulos rojos) adquirían forma de hoz, a diferencia de la conformación plana en disco típica de los normales, por lo que se denominó a esta enfermedad anemia falciforme. El análisis de las moléculas de hemoglobina de los pacientes con anemia falciforme revela que la única diferencia entre la hemoglobina normal y la de la anemia falciforme está en que en las cadenas beta existe la sustitución de un aminoácido por otro: el ácido glutámico de la hemoglobina normal está sustituida por error en la síntesis por restos de valina en la hemoglobina falciforme. Si considera que esta diferencia de dos aminoácidos sobre un total de 600 aminoácidos puede significar una enfermedad grave se empieza a adquirir una noción del significado de la especificidad y de la importancia de la distribución de los aminoácidos en una determinada secuencia en una proteína. La especificidad está basada en el plegamiento particular de cada proteína que en último término depende de la secuencia de aminoácidos.

Aminoácidos esenciales: existen aminoácidos que no pueden ser sintetizados y que han de ser incluidos en la alimentación. Ej. : metionina, fenilalanina, triptófano, valina, treonina...

• Funciones Estructurales

A nivel celular constituyen las membranas, microtúbulos, cilios, flagelos, etc.

A nivel histológico constituyen fibras, formaciones epidérmicas como pelos, caparazones, uñas, etc.

• Funciones Transportadoras

Las permeasas regulan el paso de moléculas a través de la membrana. La hemoglobina, la mioglobina y la hemocianina transportan gases.

• Funciones Enzimáticas

Con estas funciones se les denomina biocatalizadores, ya que favorecen las reacciones biológicas.

• Funciones Hormonales

Son también biocatalizadores. Se diferencian de los anteriores en que son transportadas por la sangre y actúan en todo el organismo.

• Funciones Homeostáticas

Las proteínas debido a su carácter anfótero. Desempeñan una función amortiguadora frente a las variaciones de pH del medio interno.

• Funciones Inmunológicas

Las inmunoglobulinas constituyen los anticuerpos. Estos se asocian a los antígenos aglutinándolos y precipitándolos.

• Funciones Contráctiles

La actina y la miosina se asocian entre sí formando una estructura compacta y provocando la contracción de las fibras musculares.

Las Enzimas Tema 5.2.

• Definición

Las enzimas son un grupo de proteínas de gran importancia biológica y que catalizan gran cantidad de transformaciones de sustancias. Se definen como biocatalizadores autógenos, es decir, sintetizados por el propio organismo en donde van a actuar de acción específica regulando el curso de las reacciones químicas vitales.

• Estructura

Según sea su composición molecular se distinguen dos tipos de enzimas: uno estrictamente proteico y otro constituido por la unión mediante enlaces débiles de una molécula proteica llamada apoenzima y un grupo prostético llamado cofactor. La apoenzima más el cofactor constituye la holoenzima.

Los cofactores pueden ser:

Es decir, iones metálicos como Zn2+, Cu2+, Fe2+, Mg2+, Mn2+, Na+ y K+.

Grupo que comprende gran número de moléculas orgánicas. El apoenzima + coenzima también constituye el holoenzima.

2.Apoenzimas

Las apoenzimas son proteínas globulares constituidas por tres tipos de aminoácidos:

• Aminoácidos Estructurales

Sin función dinámica

• Aminoácidos de Fijación

Encargados de establecer enlaces con el sustrato.

• Aminoácidos Catalizados

Enzimas que se unen a dicho sustrato mediante enlaces covalentes de forma que en dicho sustrato se debilita la estructura molecular favoreciendo su ruptura.

Los aminoácidos de fijación y catalizadores constituyen el centro activo de la enzima.

Las coenzimas son moléculas de tipo orgánico que se unen a la apoenzima dando origen a una molécula activa u holoenzima. Realiza las siguientes funciones:

• Colaborar en el acoplamiento del sustrato al centro activo del apoenzima.

• Servir como sitio adicional de fijación del sustrato.

• Participar en el mecanismo catalítico

La actividad enzimática o catálisis consiste en provocar una reacción química con su simple presencia y bastan pequeñísimas cantidades para que se modifiquen grandes cantidades de sustrato. Se denomina sustrato de una enzima a la sustancia transformada por el enzima.

Una enzima que cataliza una reacción determinada generalmente también cataliza la reversible modificando con igual velocidad ambas reacciones. Una enzima sólo influye sobre la velocidad de una reacción acelerando las reacciones que catalizan y disminuyendo la energía de activación.

ENERGIA LIBRE DE ACTIVACION

ESTADO INICIAL

ENERGIA LIBRE DE ACTIVACION

DE LA REACCION

CATALIZADA

ESTADO FINAL

Las enzimas para realizar su actividad forman un complejo con las reaccionantes o sustrato para producir un estado activado de menor energía que el caso en que estuvieran presentes. Una vez formados los productos la enzima queda libre para seguir verificando nuevas catálisis.

SUSTANCIAS COMPLEJO PRODUCTO

REACCIONANTES + ENZIMA ENZIMA +

SUSTRATO SUSTRATO ENZIMA

S E [ES] P+E

Presentan una gran actividad, una pequeña cantidad de enzima es capaz de transformar grandes cantidades de sustrato.

Son catalizadores específicos. A diferencia de los catalizadores inorgánicos que son inespecíficos. La especificidad consiste en que el enzima sólo actúa sobre una determinada sustancia que constituye el sustrato. Las reacciones enzimáticas se han comparado con una llave (enzima) y la cerradura (el sustrato).

+ +

E S [ES] E P

SACARASA SACAROSA SACARASA SACARASA GLUCOSA

SACAROSA FRUCTOSA

La especificidad en relación con el centro activo del enzima que es una porción pequeña de enzima que queda próxima o en contacto directo con la molécula de sustrato.

La especificidad de un enzima tiene dos aspectos: especificidad de acción y especificidad por sustrato.

• Especificidad de Acción

Consiste en que una enzima no realiza más que una de las diversas transformaciones que puede sufrir un sustrato.

NH2 Pérdida NH2 TRANSAMINASA

R-CH

COOH Pérdida COOH CARBOXILASA

• Especificidad por el Sustrato

Esta puede ser de tres tipos:

El enzima actúa sólo sobre una sustancia determinada. Ej. : La Sacarasa

El enzima actúa sobre un determinado enlace y para uno de los grupos químicos que mediante él se unen. Ej. : las peptilasas.

El enzima actúa solamente sobre una de las configuraciones de los isómeros ópticos.

Como proteínas que son se ven afectadas en su actividad por todas aquellas variaciones que modifican la estructura o la actividad de las proteínas:

• La Temperatura

El aumento de temperatura entre un máximo y una temperatura óptima específica para cada enzima aumenta su actividad. A partir de la temperatura óptima, se debilita su acción y puede llegar a destruirse. La temperatura óptima sea 37ºC y se desnaturaliza a 40-50-60ºC. El frío paraliza igualmente la acción enzimática pero por regla general está inactivación es reversible.

• PH

Una enzima sólo actúa dentro de una zona determinada. El pH óptimo en la mayoría de los casos está comprendido entre 5 y 7.

• Concentración del Sustrato

La actividad enzimática a temperatura y pH constante aumenta con la concentración del sustrato hasta llegar a cierto momento de máxima intensidad a partir de la cual si aumenta la concentración actúa como efecto perjudicial.

• Activadores Enzimáticos

• Inhibidores Enzimáticos

Son sustancias que impiden la actividad enzimática, pues ocupan el centro activo de la enzima impidiendo que éste actúe sobre el sustrato adecuado pueden ser irreversibles y reversibles.

Son sustancias que inhiben la acción del enzima de manera irreversible. Ej. :El cianuro que actúa sobre los enzimas respiratorios.

Se produce un rápido equilibrio entre el enzima y la sustancia inhibidora. Puede ser competitiva o no competitiva.

Se une al centro activo de la enzima

El inhibidor puede unirse al enzima en un lugar distinto del centro activo.

Las Vitaminas Tema 5.3.

Según el concepto clásico las vitaminas podrían definirse como biocatalizadores alógenos de los animales, es decir, como sustancias necesarias para los animales y que estos toman del mundo exterior con los alimentos. La síntesis de las vitaminas es propia de las plantas y ciertos microorganismos. Los animales fitófagos las toman directamente de su fuente de origen, los demás las obtienen a través de los productos

Animales de que se alimentan.

Para algunas vitaminas el origen alógeno no es del todo exacto, pues el animal toma del exterior, no la vitamina propiamente dicha, sino una provitamina inactiva a expensas de la cual, mediante una transformación química, se forma el producto activo.

La importancia de ciertas vitaminas para la vida de los animales se debe a que dichos biocatalizadores son elementos integrantes de diferentes enzimas actuando como coenzimas.

La ausencia de las vitaminas en la dieta origina las llamadas enfermedades carenciales o avitaminosis como el escorbuto, el raquitismo, etc.

Desde el punto de vista químico las vitaminas poseen una composición química muy variada, por ello el denominador común que las agrupa es su papel biológico como sustancias biocatalizadoras de procesos químicos que tienen lugar en el seno de la materia viva. Son sustancias lábides ya que se alteran con facilidad o resisten mal los cambios de temperatura y los almacenamientos prolongados.

Las vitaminas se designan utilizando letras mayúsculas, o bien por el nombre de la enfermedad que ocasiona su carencia, o por el nombre de su constitución química.

Se han establecido dos grupos según su capacidad de disolución en el agua o en las grasas, así se dividen en liposolubles (son solubles en las grasas o en los disolventes de estas) y en hidrosolubles (son solubles en agua). Todas las liposolubles requieren la acción de la bilis para ser absorbidas apropiadamente. El exceso de las hidrosolubles no provoca toxicidad ya que al ser solubles en agua, se diluyen en la sangre, son transportadas al riñón, filtradas y eliminadas por la orina.

Químicamente está relacionada con los carotenos a partir de los cuales el organismo la obtiene. Por eso se consideran a los carotenos como una provitamina. La carencia de esta vitamina A provoca la enfermedad xeroftalmia o espesamiento y cornificación del epitelio del ojo. Puede ser causa de la ceguera nocturna. Además el organismo se vuelve más sensible a las infecciones por falta de protección de los epitelios.

Aparece en los vegetales de color amarillo, en los aceites de hígado de pescado, en la mantequilla, en el queso y en el hígado.

La provitamina que predomina en levaduras y en organismos inferiores es el ergoesterol. Los organismos a partir del ergoesterol pueden obtenerla por la acción de los rayos ultravioleta. También se puede obtener a partir del colesterol.

Estimula la absorción de los iones calcio en el intestino e interviene en el metabolismo del hueso. Su falta produce raquitismo consistente en el reblandecimiento y descalcificación de los huesos con la consiguiente deformación de estos.

Se encuentra principalmente en los aceites de hígado de pescado y en el hígado.

Es necesaria en varios animales pues su falta produce esterilidad, el único trastorno observado en el hombre es la absorción defectuosa de las grasas. La vitamina E impide la oxidación de los ácidos grasos insaturados.

Es más abundante en los tejidos vegetales que en los animales. Especialmente ricos en vitamina E son los gérmenes de semilla, sobre todo el trigo, y en las hojas verdes, por ejemplo la alfalfa, la lechuga, etc.

La carencia de esta vitamina provoca hemorragias subcutáneas e intramusculares.

Es abundante en los vegetales como las espinacas, col, coliflor, alfalfa, tomates etc., y en el hígado de cerdo. Las bacterias del intestino producen parte de la vitamina K que necesita el hombre.

Su denominación alude a que se encuentra muy ampliamente difundida tal vez por eso no se conocen los síntomas de su carencia.

Se encuentran cantidades relativamente elevadas en las mitocondrias y se cree que interviene en los procesos de óxido-reducción que tienen lugar en la cadena respiratoria.

Desde el punto de vista químico las tres últimas (E, K y Q) están formadas por anillos más o menos complejos unidos a una cadena isoprenoide parecida a los carotenos.

Se designan como vitamina F a una serie de ácidos grasos insaturados que no puede el organismo sintetizar pero que son indispensables para muchos procesos químicos.

Actúan como componentes de algunas coenzimas o grupos prostéticos de enzimas. Las coenzimas cuyo comportamiento normal es el de portadores transitorios de grupos químicos, actuando como dadores o receptores de estos entre un sustrato y otro. Pueden ser divididas en dos grupos:

• Las que intervienen en reacciones de transferencia de grupos fosfato como el nucleótido AMP y sus formas fosforiladas ADP y ATP.

• Las coenzimas que intervienen en reacciones de óxido-reducción (Redox) como las fosfoproteínas, el NAD y el FMN.

• Las que intervienen en la transferencia de otros grupos químicos son derivados de las vitaminas como la coenzima A o el pirofosfato de tiamina.

La tiamina forma parte del grupo prostético de las descarbonilasas y aldehidotransferasas. Intervienen en la degradación de los productos intermediarios de la oxidación de la glucosa en la fase del ácido pirúvico.

Su falta produce el beriberi, típica del extremo oriente. Afecta a las personas cuya dieta se compone de arroz descascarillado. Los síntomas de la enfermedad son: parálisis de los músculos de las piernas, trastornos digestivos, anormalidades cardiacas y degeneración nerviosa.

Se halla en alimentos de animales y vegetales. Los más ricos son los embriones de maíz, arroz, trigo y levadura de cerveza.

Forma parte de la coenzima FAD y FMN. Participa en las reacciones de óxido-reducción para obtener energía.

Su falta ocasiona la detención del crecimiento, dermatitis, excoriaciones de la piel, etc. Si su falta es grave puede llegar a producir la muerte.

Es producida por bacterias, levaduras, etc.

Su amida correspondiente (la niacinamida) es un constituyente de las coenzi