0. INTRODUCCION

Bioelementos: Elementos que componen los seres vivos. Según su abundancia (NO su importancia) se clasifican en:

• Bioelementos primarios: C O H N P S

• Carbono: Es el más importante, está presente en todas las moléculas de los ss. vv. por una serie de características que lo hacen muy peculiar

• Valencia 4: Gran versatilidad para unirse a otros elementos

• Enlaces lo suficientemente resistentes para no romperse cuando no deben y lo suficientemente débiles para romperse cuando se necesita.

• Bioelementos secundarios: Mg Cl Na K Cl

• Oligoelementos

• Esenciales en todos los seres vivos: Fe Mn Cu Zn Co

• Hierro: Hemoglobina: Transporte de oxígeno

• No esenciales en todos los seres vivos: I F Li…

• Yodo: Tiroxina: Desarrollo

• Fluor: Esmalte dental

• Litio: Estabilizador del ánimo

Biomoléculas: Moléculas que componen los seres vivos. Pueden clasificarse en:

• Inorgánicas: No son exclusivas de los ss. vv.

• Sales minerales

• Agua

• Orgánicas: Exclusivas de los ss. vv.

• Hidratos de carbono (C H O)

• Lípidos (C H O P S)

• Proteínas (C H O N S)

• Ácidos nucleicos (C H O N)

1. BIOMOLECULAS INORGANICAS

AGUA

El agua es una sustancia fundamental para la vida, y sin ella ésta no podría existir. Lo que hace tan peculiar es su carácter bipolar, por el cual los hidrógenos presentan carga positiva y el oxígeno carga negativa. Esto le permite unirse mediante puentes de hidrógeno a otras cuatro moléculas de agua, presentando así una estructura reticular, o bien a otras moléculas. De esta característica del agua se desprenden todas sus propiedades:

• Acción disolvente. Se dice que es el disolvente universal lo que le permite actuar como un seno donde se producen todas las reacciones químicas y ser el vehículo de entrada y salida de sustancias a la célula. Según se disuelvan o no es agua, las sustancias pueden ser:

• Hidrófilas: Se disuelven en agua

• Hidrófobas: No se disuelven en agua

• Antipáticas: Sustancias que presentas regiones hidrófilas y regiones hidrófobas

Esta acción disolvente es responsable de dos importantes funciones del agua

• Es el seno donde transcurren la mayoría de las reacciones del metabolismo

• Es el vehículo de entrada y salida de sustancias

• Elevada fuerza de cohesión: Las moléculas de agua están fuertemente unidas entre sí por puentes de hidrógeno, formando una estructura rígida

• Esqueleto hidrostático de algunos gusanos

• Turgescencia de las plantas

• Elevada fuerza de adhesión: Las moléculas de agua son fuertemente atraídas por moléculas de sustancias diferentes.

• Gran calor específico: El agua puede absorber grandes cantidades de calor sin aumentar apenas su temperatura

• Elevado calor latente de vaporización: Se necesita mucha energía para evaporar un gramo de agua (a 20º C, 540 calorias)

• Estructura ligera del hielo: El agua se contrae al enfriarla hasta alcanzar los 4º C. A partir de este momento se dilata hasta transformase en hielo. Al ser éste menos denso que el agua la primera parte que se congela de estanques, ríos… es la superficie, lo que sirve de abrigo a los seres que viven bajo ella.

SALES MINERALES

Según su solubilidad se clasifican en:

• Sales minerales insolubles en agua

• Se encuentran como tales sales

• Función estructural. Se encuentran en:

• Tejidos óseos (huesos y caparazones)

• Pared de celulosa de células vegetales

• Otolitos del oído interno (permiten mantener el equilibrio)

• Sales minerales solubles en agua

• Se encuentran disociadas en iones

• Intervienen en procesos de fisiología celular

• Función catalítica: Actúan como factores coenzimáticos, haciendo posible la activación catalítica de las enzimas

• Función osmótica: Intervienen en procesos relacionados con la distribución de agua en compartimentos intra y extracelulares

• Función tamponadora: Mantiene constante el pH

ÓSMOSIS

Ósmosis: Tipo de difusión pasiva caracterizada por el paso de agua a través de una membrana semipermeable desde la solución más diluida a la más concentrada

Presión osmótica: Presión que sería necesario aplicar para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable.

Según las concentraciones relativas entre la célula y el exterior, pueden darse diversas situaciones. La célula tiende siempre a las condiciones isotónicas. Si estás condiciones varían se activan diferentes sistemas para volver a las isotónicas.

• C. Célula > C. Exterior: Célula hipertónica respecto al exterior

• Soluciones posibles

• Expulsar soluto: No es posible debido a la membrana

• Absorber disolvente

• Si no se soluciona: Plasmólisis (crenación en los eritrocitos)

• C. Célula = C. Exterior: Condiciones isotónicas

• C. Célula < C. Exterior: Célula hipotónica respecto al exterior

• Soluciones teóricas

• Expulsar disolvente

• Absorber soluto: No es posible debido a la membrana

• Si no se soluciona: Turgescencia (hemólisis en los eritrocitos)

1.4. ESCALA PH

El agua tiende a disociarse en sus dos iones componentes:

Producto iónico del agua: La concentración de iones OH- por la concentración de iones H+ en el agua pura es igual a 10-14

Cada medio tiene un pH determinado, que, aunque puede variar, tiene que estar comprendido entre unos límites. Cuando por cualquier circunstancia este pH se altera, entran en juego las sustancias buffer o tampón

2. GLUCIDOS

2.1. CLASIFICACIÓN

• Osas o monosacáridos: Monómeros de los glúcidos. Entre 3 y 9 carbonos.

• Aldosas: Si el grupo funcional es aldehído

• Cetosas: Si el grupo funcional es cetona

• Ósidos: Están formados por la unión de varios monosacáridos.

• Holósidos: Están compuestos únicamente de sustancias glucídicas

• Oligosacáridos: De 2 a 10 monosacáridos

• Polisacáridos: Más de 10 monosacáridos

• Homopolisacáridos: Un solo tipo de monosacárido.

• Ramificados: Dos tipos de enlaces

• No ramificados: Un tipo de enlace

• Heteropolisacárido: Dos o más tipos de monosacáridos.

• Glucoconjugados: En su composición intervienen sustancias glucídicas y no glucídicas

• Glucolípidos: Glúcido + Lípido

• Glocoproteínas: Proteína + Glúcido

2.2. CARACTERÍSTICAS

• Bioelementos: C, H, O

• Fórmula general: Cn(H2O)n

• Nombres: Hidratos de carbono, glúcidos, azucares, carbohidratos.

• Grupos funcionales:

• Todos: Alcohol (C-OH)

• Primarios: En los carbonos de los extremos

• Secundarios: En los carbonos del medio

• Aldosas: Aldehído (C-HO)

• Cetosas: Cetona (C-O)

• Consideraremos que se encuentra siempre en el segundo C

• Enlaces:

• Enlace O-Glucosídico: Se da entre dos monosacáridos. Se establece entre el OH hemiacetálico del primer monosacárido y un OH cualquiera del segundo monosacárido. En el proceso se desprende una molécula de agua. Este enlace da lugar a los ósidos, de los cuales se pueden volver a obtener los monosacáridos que los componen mediante hidrólisis.

• Enlace hemiacetálico: Es un enlace intramolecular que se produce al reaccionar el C del grupo funcional con el OH secundario más alejado de éste. Se da en los monosacáridos de cinco o más átomos que adquieren así forma cíclica.

• Carácter reductor: Todos los monosacáridos tienen carácter reductor debido al grupo aldehído o cetona. A los oligosacáridos el carácter reductor se lo dan los OH hemiacetálicos, por lo que si todos ellos se han empleado en el enlace O-Glucosídico no será reductor. Los polisacáridos no tienen carácter reductor o tienen carácter reductor despreciable, debido a que el número de OH hemiacetálicos es muy pequeño en comparación con el resto de la molécula. Para conocer si un azúcar es reductor o no, se utiliza la reacción de Fehling.

• Sabor dulce (solo los monosacáridos)

• Solubilidad

• Los monosacáridos y oligosacáridos son solubles en agua

• Los polisacáridos no se disuelven en agua pero están rodeados de muchas moléculas de agua. Esto es porque tienen muchos OH que les permiten establecer muchos puentes de H con moléculas de H2O

• Peso molecular

• Monosacáridos: Bajo

• Oligosacáridos: Medio-Bajo

• Polisacáridos: Elevado

2.3. ISOMERÍAS

Carbono asimétrico: Aquel que tiene sus cuatro valencias unidas a cuatro radicales diferentes. Como radical se considera el resto de la molécula, no solamente el átomo siguiente. Estos carbonos son los que dan lugar a los distintos isómeros. Se representa con un asterisco en la esquina superior derecha del C.

Actividad óptica: Propiedad de los monosacáridos de desviar un rayo de luz polarizada.

• Estereoisómeros: Dos monosacáridos son estereoisómeros cuando se diferencian únicamente en la posición del OH secundario más alejado del grupo funcional. Si se encuentra a la izquierda es un estereoisómero L; si a la derecha, D

• Diastereosiómeros: Dos monosacáridos son diastereoisómeros cuando se diferencian en la posición de algunos de los OH secundarios, excepto la del más alejado del grupo funcional..

• Epímeros: Dos monosacáridos son epímeros cuando se diferencian únicamente en la posición de un OH secundario que no sea el más alejado del grupo funcional.

• Enantiómeros: Dos monosacáridos son enantiómeros cuando son imágenes especulares uno del otro.

• Anómeros: Dos monosacáridos son anómeros cuando se diferencian en la posición del OH hemiacetálico una vez ciclados. Si se encuentra abajo se denomina  si se encuentra arriba, 

• Isómeros ópticos: Dos monosacáridos son isómeros ópticos cuando son iguales excepto por la dirección a la que se desvía un rayo de luz polarizada cuando incide sobre el plano del carbohidrato. Si se desvía hacia la izquierda se denomina levógiro (-); si lo hace hacia la derecha, dextrogiro (+).

2.4. NOMENCLATURA

•  o : Indica el tipo de anómero (sólo en los cíclos)

• D o L: Indica el tipo de estereoisómero

• - o + : Indica el tipo de isómero óptico.

• Aldo o ceto: Indica el grupo funcional

• Nombre del monosacárido: Indica el tipo de diastereoisómero (se suprime aldo, ceto)

• Piran o furan: Indica el número de átomos del anillo: 5 ó 6 (sólo en los cíclicos)

• Osa: Indica que se trata de un monosacárido

2.5. CICLACIÓN

Nos centraremos en la ciclación de la glucosa. Hay dos métodos para ciclar monosacáridos:

• Según la proyección de Haworth

• Se escribe el monosacárido según la proyección de Fischer

• Se numeran los carbonos (de arriba abajo)

• Se “tumba” el monosacárido de manera que el carbono 1 quede a la derecha

• Se va girando la molécula considerando los átomos de C como visagras que se pueden doblar. Se trata de formar algo parecido a un hexágono (o pentágono)

• Se gira una posición en sentido antihorario todos los radicales del penúltimo carbono (C5 en la glucosa)

• Se establece un enlace entre el H del OH del penúltimo carbono y el O del carbono del grupo funcional

• Se establece un enlace entre el O del penúltimo carbono y el O del carbono del grupo funcional

• Según la proyección de Fischer.

• Se escribe el monosacárido según la proyección de Fischer

• El H del OH secundario más alejado del grupo funcional reacciona con el O del grupo funcional

• Como el O y el C no tienen ahora todas sus valencias ocupadas se establece un enlace intramolecular entre los dos: Se cicla la molécula

• Como resultado del proceso aparece un nuevo OH llamado hemiacetálico y un nuevo carbono asimétrico llamado anomérico

2.6. GLÚCIDOS DE INTERÉS BIOLÓGICO

• Monosacáridos (hexosas)

• Glucosa:

• Se la conoce como azúcar de la uva

• Se obtiene en la fotosíntesis

• Combustible metabólico: Da energía mediante oxidación

• Forma parte del glucógeno, el almidón, la celulosa…

• Galactosa: Forma parte de la lactosa

• Manosa: La presentan bacterias, algas, hongos.

• Fructosa

• Se haya en las frutas

• Forma parte de la sacarosa

• Nutriente de los espermatozoides

• Oligosacáridos (disacáridos)

• Lactosa

• Galactosa (1- 4) Glucosa

• Azúcar de la leche

• Produce intolerancia en algunas personas

• Sacarosa

• Glucosa (1- 2) Fructosa

• Azúcar común

• No es reductor

• Maltosa

• Glucosa (1- 4) Glucosa ()

• Se obtiene por hidrólisis del almidón

• Celobiosa

• Glucosa (1- 4) Glucosa ()

• Se obtiene por hidrólisis del almidón

• Polisacáridos (Homopolisacáridos)

• Almidón

• -D-Glucosa

• Función de reserva

• Presente sólo en los vegetales

• Se almacena en los amiloplastos

• Presente en tubérculos, semillas…

• Se hidroliza dando lugar a maltosa con la ayuda de la enzima amilasa y después las maltosas se hidrolizan dando lugar a glucosas con la ayuda de la enzima maltasa

• Tiene dos partes

• Amilosa: No ramificada (1- 4)

• Amilopectina: Ramificada (1- 4) y (1- 6)

• Celulosa

• -D-Glucosa

• Función estructural: Forman la pared celular de los vegetales

• Molécula, haz, microfibrilla, lámina, pared celular.

• En las células jóvenes la pared sólo presenta celulosa, pero según envejecen se van impregnando de minerales, ceras, súber…

• Exclusivo de vegetales

• Materia prima de la industria maderera, textil, farmacéutica, papelera…

• Glucógeno

• D-Glucosa

• Función de reserva

• Exclusivo de animales

• Está muy ramificado

• Se almacena en el hígado y los músculos

• Quitina

• Función estructural

• Componente de la pared celular de los hongos y el exoesqueleto de los artrópodos.

2.7. FUNCIONES

• Función energética

• Monosacáridos: Glucosa, fructosa, galactosa. Proporcionan energía mediante la respiración celular. La que se suele oxidar es la glucosal

• Disacáridos: Sacarosa, lactosa. Reservas de energía de rápida utilización

• Homopolisacáridos: Almidón, glucógeno. Reserva de grandes cantidades de glucosa.

• Función estructural

• Monosacáridos: Ribosa, desoxirribosa. Son pentosas cíclicas que forman parte de los ácidos nucleicos.

• Homopolisacáridos: Celulosa, quitina. Forman la pared de algunas células

• Otras funciones

• Heteropolisacáridos: Heparina: Sustancia anticoagulante de la sangre.

FÓRMULAS

3. LIPIDOS

Los lípidos son principios inmediatos de origen orgánico formados por C, H, O y P, S. Son un grupo muy heterogéneo, tanto en su estructura como en su función, pero todos comparten su total o parcial insolubilidad en disolventes acuosos.

3.1. CLASIFICACIÓN

• Lípidos saponificables: Aquéllos que presentan enlaces éster

• Ácidos grasos: Ácidos carboxílicos

• Saturados: Sólo enlaces simples

• Insaturados: Algún enlace múltiple

• Monoinsaturados: Un solo enlace múltiple

• Poliinsaturados: Varios enlaces múltiples

• Grasas: Tres á. grasos unidos a la glicerina

• Aceites: Grasas líquidas (á. grasos insaturados y de cadena corta)

• Mantecas: Grasas semisólidas

• Sebos: Grasas sólidas (á. grasos saturados y de cadena larga)

• Lípidos complejos o de membrana: Forman parte de las membranas cél.

• Glicerolípidos: Glicerina + 2 A.G. + Otro componente

• Gliceroglucolípidos: Componente: Alcohol

• Glicerofosfolípidos: Componente: Á. Fosfórico + (Alcohol)

• Esfingolípidos: Esfingosina + A.G. + Otro componente

• Esfingoglucolípidos: Componente: Glúcido

• Cerebrósidos: Monosacárido

• Gangliósidos: Cadena oligosacárida

• Esfingofosfolípidos: Componente: Á. Fosfórico + (Alcohol)

• Ceras: Ácido graso + Alcohol de cadena larga

• Lípidos insaponificables: Aquéllos que no presentan enlaces éster

• Terpenos: Derivados del isopreno

• Monoterpenos: Dos isoprenos

• Diterpenos: Cuatro isoprenos

• Tetraterpenos: Ocho isoprenos

• Politerpenos: Miles de isoprenos

• Esteroides: Derivan del anillo del ciclopentanoperhidrofenantreno

• Sales biliares

• Hormonas esteroideas

• Esteroles

3.2. ÁCIDOS GRASOS

Ácido graso: Ácido orgánico de cadena larga formado por un número par de átomos de carbono. Pueden dividirse en:

• Ácidos grasos saturados: Sólo presentan enlaces simples

• Ácidos grasos insaturados: Presentan algún enlace múltiple

• Ácidos grasos monoinsaturados: Presentan un enlace múltiple

• Ácidos grasos poliinsaturados: Presentan más de un enlace múltiple.

Ácidos grasos esenciales: Hay tres ácidos poliinsaturados que los humanos no pueden sintetizar, y por eso debemos ingerirlos en la dieta. También se les llama precursores de la vitamina F.

Propiedades

• Físicas

• Carácter antipático

• Región polar e hidrófila: Grupo ácido

• Región apolar e hidrófoba: Cadena alifática

• Punto de fusión

• Cadena larga y saturado: Alto

• Cadena corta e insaturado: Bajo

• Químicas

• Capacidad para formar enlaces éster

Enlace éster: Enlace que se lleva a cabo entre un alcohol y un ácido para dar lugar a un éster y a una molécula de agua, formada por el OH del alcohol y el H del ácido.

Para volver a obtener el alcohol y el ácido a partir del éster se realiza un proceso de hidrólisis.

Si en vez de emplear agua, se rompe el éster con un hidróxido, se obtiene un alcohol y un jabón. Éste es el uso que se da a los ácidos grasos industrialmente

Nomenclatura: Para nombrar sistemáticamente los ácidos grasos se emplea una fórmula compuesta de varios números:

Nº de carbonos : Nº de dobles enlaces ω Nº del carbono que experimenta el doble enlace

3.3. GRASAS

Las grasas son moléculas resultantes de la esterificación de un polialcohol de cadena corta llamado glicerina con tres ácidos grasos.

Reacción de esterificación: Reacción en la que se forma un enlace éster y se pierde una molécula de agua formada por el OH del alcohol y el H del ácido

Nomenclatura: Cuando el ácido graso es siempre el mismo la grasa se nombra: Prefijo que indica el número de aa.gg. (normalmente tri-) + Nombre del ácido graso + Sufijo -ina para indicar que se trata de una grasa.

Cuando hay distintos ácidos grasos, la grasa tiene nombre propio.

Aunque las grasas realmente son todos los glicéridos, en realidad se suele llamar grasas propiamente dichas a los triglicéridos.

Funciones

• Función energética: Mucha más energía que los glúcidos

• Aislante térmico

• Almohadilla protectora.

Clasificación

• Sebos: Grasas sólidas. Están formadas por ácidos grasos saturados y de cadena larga, por lo que se establecen fuertes interacciones entre ellos. Son grasas animales

• Mantecas: Grasas semisólidas.

• Aceites. Grasas líquidas. Están formadas por ácidos grasos insaturados y de cadena corta, por lo que no se establecen interacciones entre ellos. Son grasas vegetales.

Reacciones

La hidrólisis de las grasas la realizan las lipasas en el duodeno.

Se puede obtener jabones de las grasas mediante reacciones de saponificación.

3.4. LÍPIDOS DE MEMBRANA

Los lípidos de membrana o lípidos complejos están compuestos por sustancias lipídicas (ácigos grasos) y otras sustancias no lipídicas. Son constituyentes de las membranas biológicas.

Glicerolípidos: Están compuestos por una molécula de glicerina a la que se unen dos ácidos grasos a los dos primeros OH y otro componente que se une al tercer OH. El ácido graso de la posición α suele ser saturado, mientras que el de la posición β suele ser insaturado.

• Glicerogloculípidos: Están compuestos por una molécula a la que se unen dos ácidos grasos y un glúcido

• Glicerofosfolípidos: Están compuestos por una molécula a la que se unen dos ácidos grasos y un ácido fosfórico. A su vez, el ácido fosfórico puede unirse a un alcohol. Se nombran con fosfatidil + nombre del alcohol añadido

• Glicerina + Ácido fosfórico = A

• A + 2 Ácidos grasos = B = Ácido fosfatídico

• B + Otro alcohol = C (Si es una colina: Fosfatidil colina: Lecitinas)

Esfingolípidos: Son derivados de la ceramida

Ceramida: Molécula resultante de la unión, mediante enlace amida, de una molécula de ácido graso con un alcohol llamado esfingosina.

• Esfingoglucolípidos: Están formados por la ceramida y un glúcido. Dependiendo de la naturaleza del glúcido, pueden ser:

• Cerebrósidos: El glúcido es un monosacárido

• Gangliósidos: El glúcido es un oligosacárido

• Esfingofosfolípidos: Están formados por la ceramida y el ácido fosfórico, al que a su vez puede unírsele un alcohol.

• Ceramida + Ácido fosfórico = A

• A + Alcohol = B = Esfingomielinas (vainas de las neuronas)

3.5. CERAS

Ceras: Compuestos resultantes de la unión mediante enlace éster de un ácido graso con un alcohol de cadena larga.

Funciones:

• Lanolina: Grasa de la lana

• Cerumen: Protege de polvo y microorganismos

• Impermeabilizantes de frutas, hojas y plantas.

• Cera de abeja

• Aceite de espermaceti (esperma de cachalote)

3.6. TERPENOS

Terpenos: Conjunto de sustancias muy variadas resultantes de la polimerización del isopreno. Según la cantidad de moléculas de isopreno distinguimos:

• Monoterpenos (2): Esencias vegetales (mentol)

• Diterpenos (4): Vitaminas

• Tetraterpenos (8): Pigmentos fotosintéticos

• Politerpenos: Caucho

3.7. ESTEROIDES

Esteroides: Moléculas que derivan del anillo de ciclopentanoperhidrofenanterno

• Sales biliares: Emulsionan las grasas en el duodeno

• Hormonas esteroideas:

• Corteza suprarrenal: Cortisol, aldosterona

• Hormonas sexuales: Testosterona, estrógenos

• Esteroles: Colesterol:

• Precursor de casi todo el resto de esteroides

• Confiere resistencia a la membrana plasmática

• Su exceso puede acumularse en las paredes de los vasos sanguíneos, disminuyendo su capacidad y provocando arteriosclerosis.

7.8. FUNCIONES

• Función energética

• Ácidos grasos: Se oxidan en las mitocondrias proporcionando más energía que cualquier otra molécula

• Grasas: Almacén de ácidos grasos

• Función estructural

• Ceras: Recubren superficies

• Gliceroglucolípidos: Membranas bacterianas

• Glicerofosfolípidos: Membrana celular

• Esfingofosfolípidos: Vainas de mielina

• Esfingoglucolípidos: Glucocálix

• Colesterol: Da rigidez a la membrana plasmática

• Función vitamínica

• Terpenos

• Esteroides

• Función hormonal

• Hormonas esteroideas.

4. PROTEINAS

4.1. CLASIFICACIÓN

• Holoproteínas: Formadas sólo por aminoácidos

• Proteínas globulares: Forma esférica, solubles en agua

• Albúminas

• Globulinas

• Histonas

• Proteínas fibrosas: Forma de hilo, insolubles en agua

• Heteroproteínas: Están formadas por cadenas peptídicas (grupo proteico) y sustancias no proteicas (grupo prostético)

• Glucoproteínas: Grupo prostético = Glúcido

• Lipoproteínas: Grupo prostético = Lípido

• Cromoproteínas: Grupo prostético = Sustancia coloreada

• Fosfoproteínas: Grupo prostético = Ácido fosfórico

4.2. AMINOÁCIDOS

Proteínas: Principios inmediatos de origen orgánico formados por C O H N y a veces S. Están compuestas exclusivamente por 20 piezas distintas llamadas aminoácidos

AMINOÁCIDOS PÉPTIDOS PROTEÍNAS

Aminoácido: Molécula biológica formada por un grupo amina, un grupo metileno, un grupo ácido y un radical.

Las proteínas se diferencias en el tipo, número y orden de los 20 aminoácidos que las componen.

Los aminoácidos se unen entre sí mediante un enlace peptídico que se lleva a cabo con el OH del grupo ácido del primer aminoácido y un H del grupo amina del aminoácido siguiente.

• De los 20 aminoácidos sólo podemos sintetizar 10, los otros 10 los debemos incorporar en la dieta y se llaman aminoácidos esenciales

• El carbono alfa de los aminoácidos es asimétrico (excepto el de la Gly) lo que hace que los aminoácidos presenten:

• Isomería óptica

• Estereoisomería: Todos los aminoácidos proteicos son L

• Los aminoácidos son sustancias anfóteras: se pueden comportar tanto como bases como ácidos (en un pH neutro)

4.3. NIVELES DE ORGANIZACIÓN ESTRUCTURAL

Estructura primaria

Los aminoácidos se unen entre sí mediante enlaces peptídicos dando lugar a una estructura lineal. Con esta estructura aun no pueden desempeñar su función.

Tienen que darse dos condiciones para que se de el enlace peptídico:

• Los cuatro átomos que entran a formar parte del enlace peptídico deben encontrarse en el mismo plano.

• El O del CO y el H del NH deben encontrarse uno respecto del otro en posición trans (es decir el O arriba y el H abajo o viceversa, para que no se molesten. Lo contrario sería la posición cys)

Estructura secundaria

Las proteínas alcanzan la estructura secundaria cuando la estructura primaria se repliega sobre si misma. Hay dos tipos de estructura secundaria:

• Hélice alfa: La estructura primaria se enrolla sobre si misma en forma de tirabuzón

• Lámina beta o lámina plegada: La estructura primaria se pliega sobre si misma en forma de láminas antiparalelas. Las zonas donde cambia de dirección se llaman codos o giros beta.

Los enlaces que estabilizan la estructura secundaria son puentes de hidrógeno que se establecen entre el O del CO de un enlace peptídico y el H del NH de otro enlace peptídico que queden enfrentados.

En la hélice alfa los enlaces peptídicos se quedan enfrentados cada 3,6 aminoácidos. Es una estructura muy estable pues todos los enlaces peptídicos participan en la formación de los puentes de hidrógeno. La lámina beta sólo se da cuando no se puede dar la hélice alfa por:

• Radicales demasiado largos

• Radicales cargados.

Una misma proteína puede presentar hélices alfas y láminas betas en lugares distintos. Con la estructura secundaria, la proteína aún no puede desempeñar su función.

Estructura terciaria

Las proteínas alcanzan la estructura terciaria cuando la estructura secundaria se repliega sobre sí misma. Hay dos tipos básicos de estructura terciaria:

• Globular:

• Se da cuando la estructura secundaria se pliega en forma de ovillo

• Forma esferoidal compacta

• Son solubles en agua

• Fibrosas

• Se da cuando la estructura secundaria se aprieta un poco más

• Estructura más simple, longitudinal

• Insolubles en agua: Cuando se encuentran en ambientes acuosos se orientan hacia el interior, si están en ambientes lipídicos se orientan hacia el exterior.

Los enlaces que estabilizan la estructura terciaria son:

• Enlaces disulfuro

• Puntes de hidrógeno

• Fuerzas de Van der Waals

Dominio estructural: Fragmentos de hélice alfa o lámina beta que aparecen idénticos en varias proteínas

Las proteínas que sólo tienen una cadena peptídico pueden desempeñar su función con estructura terciaria, pero las que tienen más de una deben alcanzar la cuaternaria.

Estructura cuaternaria

Las proteínas alcanzan la estructura cuaternaria cuando se unen varias cadenas peptídicas con estructura terciaria. Cada cadena se llama protómero, si una proteína tiene dos protómeros se llama dímero; si tres trímero; si cuatro, tetrámero…

Los enlaces que estabilizan la estructura cuaternaria son:

• Enlaces disulfuro

• Puentes de hidrógeno

• Fuerzas de Van der Waals

En las proteínas fibrosas, las estructuras terciarias se van enrollando entre si dando lugar una fibrilla de mayor diámetro (p.ej. queratina)

4.4. PROPIEDADES

• Especificidad: Las proteínas deben tener una forma y una estructura muy determinadas para poder desempeñar su función. La forma de la proteína depende en último término de la secuencia de aminoácidos.

• Solubilidad:

• Globulares: Solubles

• Fibrosas: Insolubles

• Desnaturalización: Pérdida de las estructuras que permiten a la proteína desempeñar su función. Una proteína se desnaturaliza cuando cambian las condiciones necesarias para que se establezca su configuración específica. Las desnaturalizaciones pueden ser:

• Reversibles: Condiciones leves, poco tiempo

• Irreversibles: Condiciones graves, mucho tiempo

4.5. FUNCIONES BIOLÓGICAS

• Función de reserva: Se da sobre todo en el embrión. Ovoalbúmina, caseína.

• Función estructural:

• Glucoproteínas: Membrana celular

• Histonas: ADN

• Colágeno: Tejido conjuntivo

• Elastina: Pared de los vasos sanguíneos

• Queratina: Uñas, pelos, plumas

• Fibroína: Tela de araña

• Función hormonal: Insulina, glucagón, hormona del crecimiento…

• Función defensiva

• Trombina y fibrinógeno: Forman coágulos para impedir hemorragias

• Mucinas: Presentes en las mucosas

• Inmunoglobulinas: Anticuerpos

• Función de transporte

• Hemoglobina: Transporte de oxígeno

• Citocromos: Transporte de electrones en la cadena respiratoria.

• Lipoproteínas: Transporte de grasas

• Función contráctil

• Miosina: Movimiento de los músculos

• Dineína: Movimiento de cilios y flagelos

• Función enzimática

4.6. ENZIMAS

Enzimas: Biocatalizadores de las reacciones químicas de los seres vivos (metabolismo, digestión…).

• Intervienen en concentraciones muy bajas

• Se recuperan tras desempeñar su función

• Aceleran las reacciones uniéndose al reactivo (sustrato) y convirtiéndolo en producto

• Son altamente específicas: Sobre un sustrato determinado sólo puede actuar una enzima determinada y no otra

• La zona a la que se une el sustrato se denomina superficie activa

Nomenclatura y clasificación

Las enzimas se pueden nombrar con el nombre del sustrato sobre el que actúan más el sufijo asa:

También pueden nombrarse con el nombre de la reacción que catalizan más el sufijo asa:

• Oxidorreductasas: Reacciones redox (obtención de energía, respiración)

• Transferasas: Catalizan reacciones en que se transfieren grupos funcionales

• Hidrolasas: Reacciones de hidrólisis

• Liasas: Reacciones en las que se añaden grupos funcionales a moléculas de doble enlace

• Isomerasas: Reacciones de isomerización

• Ligasas: Reacciones de síntesis (requieren energía en forma de ATP)

Factores que afectan a la actividad enzimática

• Temperatura: En el caso del ser humano la temperatura óptima está siempre alrededor de los 36º C. Hay que tener en cuenta tres puntos:

• Punto más elevado: Tiene la máxima actividad y la temperatura óptima: aquella con la que se alcanza la máxima actividad enzimática.

• Punto de mayor temperatura: La actividad enzimática es nula, debido a que la enzima se desnaturaliza. Es un estado generalmente irreversible

• Punto de menor temperatura: Actividad enzimática nula debido a que la enzima se congela, pero es una situación reversible, ya que la enzima se recupera si se le suministra calor

• Acidez: La acidez óptima es distinta en cada lugar del organismo y para cada reacción

• Inhibidores: Sustancias que impiden o empeoran la eficacia de la enzima. Pueden ser:

• Reversibles: Se puede recuperar la función de la enzima

• Inhibición competitiva: El inhibidor es una sustancia parecida al sustrato y que compite con el para unirse a la enzima. Se puede solucionar aumentado la cantidad de sustrato.

• Inhibición no competitva: El inhibidor se une a la enzima por otro lugar que no es la superficie activa. La acción puede llevarse a cabo pero más lentamente

• Irreversibles (venenos): No se puede recuperar la función de la enzima

• Alosterismo: Propiedad que presentan las enzimas que pueden cambiar de estado activo a inactivo según tengan o no que desempeñar su función Se activan debido a que una parte del sustrato (ligando) se une a la enzima por un lugar distinto al centro activo (centro regulador). Provoca así que la enzima adquiera su forma funcional quedando activada. Cuando se ha generado la cantidad de producto necesaria, el producto se une a la enzima y la desactiva: inhibición por producto o efecto feedback

Cofactores

Holoenzima: Enzima que tiene un parte petídica y otra no peptídico

• Apoenzima: Región peptídica de una holoenzima

• Cofactor: Región no peptídico de una holoenzima. Puede ser:

• Coenzima: Si se une con un enlace débil a la apoenzima

• Grupo prostético: Si se une con enlaces fuertes a la apoenzima

Cinética enzimática

Estudio de la velocidad con la que transcurren las reacciones catalizadas por enzimas.

La actividad enzimática se expresa como la cantidad de moléculas de sustrato que cada molécula de enzima es capaz de transformar en la unidad de tiempo o como la cantidad de moléculas de un producto que es capaz de producir una molécula de enzima por unidad de tiempo.

A medida que aumenta la concentración de sustrato aumenta la velocidad de reacción, hasta una determinado momento en el que aunque se añada más sustrato, la velocidad permanece invariable: Se dice que se ha alcanzado la velocidad máxima

La concentración de sustrato a la que se alcanza la mitad de la velocidad máxima se llama constante de Michaelis: KM Cuanto menor sea esta constante más eficaz será la reacción, pues se necesitará menos sustrato para alcanzar la mitad de la velocidad máxima.

El mecanismo de acción de las enzimas consiste en acelerar las reacciones químicas disminuyendo su energía de activación.

5. ACIDOS NUCLEICOS

5.1. NUCLEÓTIDOS

Los ácidos nucleicos son biopolímeros formados por subunidades estructurales más pequeñas o monómeros denominadas nucleótidos. Los nucleótidos se componen de:

• Nucleósido

• Pentosa

• Base nitrogenada

• Ácido fosfórico.

Los nucleósidos resultan de la unión mediante un enlace N-Glucosídico de una pentosa (ribosa o desoxirribosa) y una base nitrogenada.

Se nombran con el nombre del aminoácido acabado en -osina. Si tienen desoxirribosa se añade el prefijo desoxi-

Los nucleótidos resultan de la unión mediante enlace éster de una molécula de ácido fosfórico con el OH del carbono 5' de la pentosa de un nucleósido.

Se nombran añadiendo -5'-monofosfato al nombre del nucleósido del que proceden.

Son compuestos equimoleculares, ya que presentan la misma cantidad de cada uno de sus componentes.

• Componentes de un nucleótido:

• Ácido fosfórico

• Azucar (pentosa)

• Ribosa (ARN)

• Desoxirribosa (ADN)

• Base nitrogenada

• Púrica

• Adenina

• Guanina

• Pirimidínica

• Citosina

• Timina (Sólo con desoxirribosa)

• Uracilo (Sólo con ribosa)

Nomenclatura

Los ribonucleósidos se formulan con el nombre del aminoácido del que proceden seguido de la terminación -osina o -idina.

Los desoxirribonucleósidos se formulan con el nombre del aminoácido del que proceden añadiendo el prefijo desoxi- y la terminación -osina o -idina.

Los nucleótidos se nombran mediante el nombre del nucleósido del que proceden seguido de -5'-monofosfato. Se pueden abreviar mediante tres letras: una para indicar la base nitrogenada (A C T G), y otras dos para indicar que se le ha añadido un fosfato (M P). Además se le añade una d al principio si es un desoxirribonucleótido.

	Ribosa		Desoxirribosa
	Nucleósido	Nucleótido	Nucleósido	Nucleótido
A	Adenosina	Adenosina-5'-monofosfato (AMP)	Desoxiadenosina	Desoxiadenosina-5'-monofosfato (dAMP)
G	Guanosina	Guanosina-5'-monofosfato (GMP)	Desoxiguanosina	Desoxiguanosina-5'-monofosfato (dGMP)
C	Citidina	Citidina-5'-monofosfato (CMP)	Desoxicitidina	Desoxicitidina-5'-monofosfato (dCMP)
U	Uridina	Uridina-5'-monofosfato (UMP)
T			Desoxitimidina	Desoxitimidina-5'-monofosfato (dTMP)

Si se van añadiendo ácidos fosfóricos se cambiaría el monofosfato por difosfato, trifosfato… (AMP, ADP, ATP…)

Derivados de los nucleótidos

Los nucleótidos pueden unirse a otros grupos dando lugar a distintas combinaciones de gran interés biológico:

• Nucleótidos polifosfatados: Su ácido fosfórico presenta enlaces anhidro ricos en energía con otros grupos fosfato. Son muy utilizados como moneda de energía en el metabolismo celular, sobre todo el ATP.

• Nucleótidos cíclicos: Se forman al formar el ácido fosfórico un segundo enlace éster con el OH de posición 3'. Actúan como segundos mensajeros entre moléculas extracelulares portadoras de información y el interior de la celula.

• Nucleótidos no nucleicos: El ácido fosfórico se une a otro ácido fosfórico de otro nucleótido o de una sustancia cualquiera. Actúan como coenzimas, como por ejemplo la coenzima A (panteteína + AMP)

• Ácidos nucleicos: El OH de la posición 3' de un nucleótido se une al P de la posición 5' de otro nucleótido (este proceso se repite indefinidamente). A continuación estudiaremos dos clases de ácido nucleico: ADN y ARN

5.2. ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)

Localización: Núcleo de la célula

Síntesis: A partir de otro ADN (replicación)

Función: Contiene la información genética (genoma) en el orden de los nucleótidos.

Estructura primaria

La estructura primaria está compuesta por una cadena de desoxirribonucleótidos unidos de tal forma que el OH de la posición 3' de un nucleótido se une al ácido fosfórico de la posición 5' del nucleótido siguiente. Se forman así dos extremos distintos: el 5' cuyo nucleótido tiene el ácido fosfórico libre y el 3' cuyo nucleótido tiene el OH libre.

La información genética dependerá de esta estructura primaria, pues está contenida en el número, el tipo y el orden de los nucleótidos del ADN.

Estructura secundaria

El ADN adopta una forma final de doble hélice dextrógira. Es por lo tanto una molécula bicatenaria y sus dos cadenas son antiparalelas (es decir que tienen los extremos 3' y 5' una arriba y otra abajo o viceversa)

Se dice que la molécula de ADN tiene forma de escalera de mano en la que:

• Los azucares y los fosfóricos son los palos laterales

• Las bases nitrogenadas quedan enfrentadas y son los peldaños.

Los enlaces que estabilizan la estructura secundaria son puentes de hidrógeno entre las bases que quedan enfrentadas. Se cumple que siempre enfrente de una A va una T (doble enlace) y enfrente de una C una G (triple enlace). Por eso se dice que ambas cadenas son complementarias, y a partir de una se puede sintetizar la otra.

Síntesis de ADN

El proceso de síntesis de ADN se denomina replicación o autoduplicación. Existían dos teorías acerca de este proceso pero la segunda hoy está comprobado que es falsa.

• Teoría semiconservativa: Correcta

• Se separan las dos cadenas

• Cada cadena va a una de las células hijas y allí es capaz de sintetizar a su complementaria

• Teoría conservativa: Incorrecta

• Todo el ADN de la madre va a una de las células hijas

• La otra célula hija se vale de un intermediario distinto a los ácidos nucleicos para sintetizar el ADN.

La validez de la teoría semiconservativa se comprobó mediante un experimento con la bacteria Escherichia Coli.

Organización del ADN

Célula procariota: El ADN se encuentra en un solo cromosoma que se pliega en una superhélice con forma de ochos dando lugar a una serie de bucles.

Célula eucariota: El ADN puede encontrarse en forma de cromatina si la célula está en fase de crecimiento o en forma de cromosomas si la célula está dividiéndose. El grado de compactación es mucho mayor que el de las procariotas, y aparecen toda una serie de estructuras cada una de ellas más plegada que la anterior:

• Nucleosoma: Octámero de histonas enrollado por dos vueltas de ADN

• Collar de perlas: Conjunto de nucleosomas unidos por segmentos de ADN

• Solenoide: Se forma al plegarse el collar de perlas sobre si mismo y alrededor de histonas H1

• Fibra cromatínica: Nivel de empaquetamiento de la cromatina

• Bucle radial: Plegamiento de la fibra cromatínica

• Rosetón: Conjunto de cinco bucles radiales.

• Espiral de rosetones: Rosetones dispuestos en forma de hélice

• Cromosoma: Nivel de empaquetamiento durante la mitosis.

5.3. ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN)

Localización: Núcleo y citoplasma

Síntesis: A partir del ADN (transcripción)

Función: Síntesis de proteínas (traducción)

Estructura

El ARN, a diferencia del ADN, es monocatenario y, generalmente, sólo tiene una estructura primaria. Esta es muy similar a la del ADN pero en vez de utilizar desoxirribonucleótidos utiliza ribonucleótidos y en vez de timina, uracilo.

El ARN es menos estable que el ADN (porque el OH extra hace que se hidrolice más fácilmente) y por eso no guarda la información genética, sino que “solo” la transmite al citoplasma para hacer posible la síntesis de proteínas.

Tipos de ARN

Dependiendo de la función que desempeñen en la síntesis de proteínas encontramos tres tipos de ARN:

• Ácido ribonucleico mensajero (ARNm): Se sintetiza a partir de un trozo de una cadena de ADN que contiene la información necesaria para sintetizar una proteína. Después transporta esta información al citoplasma, donde se irá formando la proteína en los ribosomas.

• Ácido ribonucleico ribosómico (ARNr): Forma parte de los ribosomas y les dotan de su estructura acanalada que permite la síntesis de proteínas

• Ácido ribonucleico de transferencia (ARNt): Transporta los aminoácidos hasta el ribosoma, donde serán incorporados a la cadena peptídica en formación. Tiene forma de trébol.