Biomoleculas 20062222222222222222222222

UNIVERSIDAD SAN MARTIN DE PORRES FACULTAD DE MEDICINA HUMANA

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Dr. Luis Enrique Machicado Rivero Médico – Cirujano Septiembre de 2006

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INTRODUCCION

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¿Qué elementos de la naturaleza componen los organismos de nuestro planeta?

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Elementos que componen los organismos vivos

El átomo básico de las estructuras orgánicas es el carbono, de ahí que la química orgánica se dedique con exclusividad a los compuestos del carbono.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Elementos que componen los organismos vivos ELEMENTOS • Diversos elementos (átomos) componen las estructuras biológicas:  Elementos que constituyen las BIOMOLECULAS: CHONP Carbono (C) Hidógeno (H) Oxígeno (O) Nitrógeno (N) Fósforo (P)  Macronutrientes y micronutrientes (átomos – iones): Sodio (Na+) Potasio (K+) Calcio (Ca+2) Magnesio (Mg+2) Azufre (S) Cloro (Cl-) Hierro (Fe+) Selenio (Se), etc

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Elementos que componen los organismos vivos

COMPONENTES QUIMICOS • Componentes inorgánicos Agua (75 – 80%) Acidos, bases y buffers Minerales (2 – 3%) • Componentes orgánicos (15 – 20%) – Biomoléculas Carbohidratos – Energía. Lípidos – Membrana. Proteínas – Estructura y función. Acidos nucleicos – Información.

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ENLACE QUIMICO Y SU IMPORTANCIA EN BIOLOGIA

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Generalidades: Interacciones atómicas y moleculares

• Enlaces covalentes • Enlaces no covalentes Enlaces iónicos Puentes de hidrógenos Hidrofilia e hidrofobia Fuerzas de van der Waals

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Enlace covalente

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Enlace covalente • Forma de enlace establecida entre dos átomos de una molécula – basado en completar su capa de electrones externa. • Se comparten electrones, no se transfieren. • Enlaces simples, dobles y triples. • Ejemplo molécula de H2O, O2 y N3 . • Energía del enlace covalente – fuerza del enlace. • Para modificar un enlace covalente se requieren altas energías (descontrolado) o enzimas biológicas (controlado)

Molécula de hidrógeno

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Enlace covalente

Arriba: Atomo de carbono compartiendo cuatro electrones con cuatro diferentes átomos de hidrógeno – todos contentos con la estabilidad. Abajo: Atomo de carbono compartiendo cuatro electrones con un átomo de oxígeno (enlace doble). De igual manera se alcanza estabilidad.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Enlace covalente: geometría

• Los enlaces crean, debido a las interacciones positivas (núcleo) y negativas (electrones) ángulos. • Se da una geometría tridimensional – fundamental para el entendimiento de biomoléculas. • Metano: tetraedro.

Molécula de metano

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Enlace covalente: electronegatividad • Concepto de nube de electrones. • Atracción entre partículas. • Moléculas con átomos de igual electronegatividad (O2). • Electronegatividad: el átomo más electronegativo atrae más a los electrones de la nube. • Cuando hay mayor electronegatividad: se crea polaridad en la molécula. • El agua por ejemplo se comporta como un dipolo (oxigeno polo negativo e hidrógeno polo positivo).

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Enlace covalente: electronegatividad • Concepto de nube de electrones. • Atracción entre partículas. • Moléculas con átomos de igual electronegatividad (O2). • Electronegatividad: el átomo más electronegativo atrae más a los electrones de la nube. • Cuando hay mayor electronegatividad: se crea polaridad en la molécula. • El agua por ejemplo se comporta como un dipolo (oxigeno polo negativo e hidrógeno polo positivo).

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Enlace covalente: moléculas polares y apolares

• Consecuencia de la electronegatividad las moléculas podrán se polares (agua por ejemplo) o apolares (O2, H2, CH4). • La polaridad crea una interacción entre la molécula y su medio. • La apolaridad confiere elementos inertes y estables.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Enlace covalente: ionización

• Atomos muy electronegativos: más que compartir, captan electrones de átomos poco electronegativos. • Ejemplo: NaCl • Cada uno de los átomos se carga: Na+ (Catión) y Cl(Anión). • Estructuras bastante estables.

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Enlace no covalente

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Enlace no covalente: Generalidades • Interacciones entre moléculas o entre partes de una misma molécula – no se comparten electrones. • Basado en fuerzas de atracción (negativo y positivo). • Estos enlaces son débiles y se rompen con rapidez – explican la dinámica de las biomoléculas. • Individualmente débiles, en grandes cantidades (DNA) son muy estables.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Enlace no covalente: Enlaces iónicos

• Atracción entre un catión (+) y un anión (-). • Se forma un enlace iónico o puente salino. • Fácil disolución – en presencia de agua son débiles.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Enlace no covalente: Puente de hidrógeno • El hidrógeno unido a oxígeno o nitrógeno se queda practicamente desnudo por la electronegatividad. • Este “protón” puede establecer interacción con moléculas de carga negativa – puente de hidrógeno. • Se ven en el agua, entre las bases del DNA. • Son interacciones débiles.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Enlace no covalente: Puente de hidrógeno

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Enlace no covalente: Interacciones hidrófobas y fuerzas de Van der Waals

• Moléculas hidrofilas: azucares y aminoácidos. • Moléculas hidrófobas: moléculas apolares, esteroides y grasas – carecen de regiones cargadas. • Fuerza de Van der Waals: en moléculas apolares – son muy débiles y de poca duración – importantes en estructuras biológicas.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA ¿Qué debo recordar toda mi vida sobre enlaces? • Los enlaces químicos pueden ser covalentes (alta energía) y no covalentes. • Los enlaces covalentes se basan en la compartición de electrones, en donde el átomo más electronegativo atrae a la nube de electrones originando polaridad en la molécula. • Las moléculas pueden ser apolares cuando los electrones se comparten por igual en la misma. • Los puentes de hidrógeno (enlace no covalente) son débiles sólos pero crean una gran fuerza cuando se establecen en gran cantidad. • Las fuerzas de Van der Waals se dan en moléculas apolares y son transitorias. • Las fuerzas hidrófilas e hidrófobas se establecen entre en agua y moléculas polares y apolares respectivamente.

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MOLECULAS INORGANICAS

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EL AGUA

BIOQUIMICA CELULAR BASICA El agua

• Representa el 70% del peso de la célula. • Reacciones intracelulares en medio acuoso – por antecedente evolutivo. • O y H unidos por enlace covalente. • Molecular polar: dipolo – contribuye a la formación de enlces de hidrógeno. • Agua líquida: alta tensión superficial y elevado punto de ebullición por puentes de hidrógeno – capacidad de almacenar energía.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA El agua

• Moléculas polares: se disuelven fácilmente en agua – hidrofílicas (ej. Azúcares). • Las moléculas apolares no se disuelven en agua – fuerzas hidrófobas (ej. Hidrocarburos).

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ACIDOS, BASES Y AMORTIGUADORES

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Acidos y bases (álcalis)

• Protones: Libres en el medio como iones H+. • Moléculas que donan un protón (carga negativa): ACIDOS – ácido acético. • Moléculas que aceptan un protón (carga positiva): BASES – grupos amino. • Acidos y bases conjugadas. • Moléculas anfotéricas: sirven como ácido o base (agua y aminoácidos).

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Acidos y bases (álcalis)

H3O ↔ H + H2O ↔ OH + H +

+

El agua es una molécula anfotérica

-

+

BIOQUIMICA CELULAR BASICA pH

• Fortaleza del ácido o base: mayor capacidad de donar o recibir protón. • Medición de la acidez: logaritmo negativo de H+ (pH). • Acidez: pH bajo. • Alcalinidad: pH alto. • pH importantes: Sangre: 7.35 – 7.45 Jugo gástrico: 1.8

BIOQUIMICA CELULAR BASICA pH

pH = - log [H ] +

Orina (5.5 -6) Estómago (1.8)

Soda caústica (13) Sangre (7.4)

pH 0

pH 7

pH 14

Bajo – Acido

Neutro

Alto – Alcali

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Amortiguadores

• En medio celular existen alteraciones constantes del pH – variaciones de pH perjudiciales para rxns bioquímicas. • Amortiguadores o Buffers: Reaccionan con protones o iones hidroxilo amortiguando cambios de pH. • Bicarbonato y ácido carbónico en la sangre – mantienen el pH en 7.4. • Cambios de pH en sangre: ejercicio e hiperventilación. • Buffer intracelular: Ion fosfato (H2PO4-)

HCO3- + H+ ↔ H2CO3

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MACROMINERALES Y MICROMINERALES (OLIGOELEMENTOS)

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Macrominerales

• Calcio • Fósforo • Sodio • Potasio • Cloruro • Magnesio

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Microminerales (oligoelementos)

• • • • • • • • • • •

Cromo Cobalto Cobre Yodo Hierro Manganeso Molibdeno Selenio Silicon Zinc Fluoruro

Hipertiroidismo

BIOQUIMICA CELULAR BASICA ¿Qué debo recordar toda mi vida sobre moléculas inorgánicas?

• La molécula principal de los microorganismos es el agua. • Las propiedades del agua explican su importancia en los organismos. • Los ácidos son moléculas capaces de donar un protón, las bases capaz de recibirlo. • El pH establece el grado de acidez y alcalinidad de una sustancia. • Los buffers o amortiguadores son sustancias capaces de mantener el equilibrio del pH en los organismos. • Muchas enfermedades son producto de la deficiencia o el exceso de macro y microminerales.

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MOLECULAS ORGANICAS

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Generalidades

• Peso seco (sin agua) de un organismo: carbono. • Moléculas orgánicas – Química orgánica y compuestos bioquímicos • Química de la vida: basada en el átomo de carbono.

El átomo de carbono

BIOQUIMICA CELULAR BASICA El átomo de carbono

• Carbono: seis protones, seis neutrones, seis electrones. • 1s2, 2s2, 2p2 • Ultima órbita con 4 electrones, requiere otros cuatro para completar octeto. • Formación de orbitales hibridizados sp – cuatro orbitales desapreados.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA El átomo de carbono

Metano

BIOQUIMICA CELULAR BASICA El átomo de carbono

• Gracias a esto: unión a diferentes átomos – formación de gran número de compuestos. • Puede unirse a otros carbonos y formar grandes moléculas. • Estructuras lineales, ramificadas o cíclicas.

Estructura de carbono lineal: etano

BIOQUIMICA CELULAR BASICA El átomo de carbono

Estructura de carbono ramificadas

BIOQUIMICA CELULAR BASICA El átomo de carbono

Estructuras de carbono cíclicas

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Hidrocarburos y derivados

• Moléculas orgánicas más simples – carbono e hidrógeno. • No forman parte de seres vivos – combustibles. • Sustitución de una parte por un grupo funcional – cambia las propiedades de la molécula.

Alcoholes

Acidos orgánicos

Aminas

Amidas

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Hidrocarburos y derivados

• Los grupos funcionales contienes átomos de diferentes electronegatividades – dan a la molécula sus propiedades químicas. • Por ejemplo diferencias entre el etano, etanol, ácido acético y etil mercaptano

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Clasificación de moléculas biológicas

MACROMOLECULAS • Docenas a millones de carbonos • Gran tamaño y diversas formas: realizan funciones complejas con gran eficiencia. • Las macromoléculas son la base molecular de la vida – diferencia con el mundo inanimado.

Macromolécula - proteina

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Clasificación de moléculas biológicas

MACROMOLECULAS

• Monómeros y polímeros • Clasificación: Polisacáridos Lípidos Proteínas Acidos nucleicos

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Clasificación de moléculas biológicas

MICROMOLECULAS • Base de las macromoléculas – libres en la célula. Polisacáridos: azúcares simples y disacáridos. Lípidos: ácidos grasos. Proteínas: aminoácidos Acidos nucleicos: nucleótidos.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Clasificación de moléculas biológicas

• •

•

•

METABOLITOS O INTERMEDIARIOS Reacciones metabólicas: anabólicas o catabólicas. Rxn. Anabólica: se toman ladrillos para construir una casa – de minoácidos a proteinas. Rxn. Catabólica: se destruye la casa para obtener ladrillos – de glucógeno a glucosa y luego ATP. Compuestos intermedios – no cumplen una función específica.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Clasificación de moléculas biológicas

OTRAS MOLECULAS • Catalizadoras y reguladoras (Vitaminas) • Hormonas (esteroideas o aminoácidos) • Almacén de energía (ATP o fosfato de creatinina) • Moléculas reguladoras (AMP cíclico) • Desperdicio (Urea)

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CARBOHIDRATOS

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Generalidades

• Clasificación: Azúcares simples – monosacáridos Disacáridos Azúcares complejas – polisacáridos y compuestos asociados.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Generalidades

• Función: Almacenes de energía – glucógeno. Materiales de construcción durables en estructuras biológicas – celulosa. Comunicación – glucocalix.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Generalidades

• Estructura: (CH2O)n • N = 3 a 7 en organismos. • N = 3: Triosas • N = 4: Tetrosas • N = 5: Pentosas ribosa. • N = 6: Hexosas – Glucosa, fructuosa.

Formulas lineales para los carbohidratos. Gliceraldehido (n = 3) en fórmula de Fischer y en perspectiva

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Azúcares simples

• Estructura lineal de carbonos. • Todos los carbonos tienen un hidroxilo (-OH) a excepción de uno que se une a un grupo carbonilo (=CO). • Cetosas (=CO de localización interna) • Aldosas (=CO de localización extrema).

D eritrosa y D ribosa (Aldosas)

D xilulosa y D fructuosa (Cetosas)

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Azúcares simples

• Los carbonos asociados a grupos hidroxilo centrales no tienen la capacidad de girar en el espacio – se denominan carbonos asimétricos. • Importancia: originan una amplia diversidad de compuestos…

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Azúcares simples: Estereoisomerismo • La posición del hidroxilo del carbono asimétrico puede variar:  Lado derecho: D (dextro)  Lado izquierdo: L (levo) • Estas dos estructuras NO son iguales – son una imagen en espejo de la otra. • Se denominan esteroisómeros o enantiómeros. • Desvían la luz en direcciones diferentes.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Azúcares simples: Estereoisomerismo

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Azúcares simples: Estereoisomerismo

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Azúcares simples: Estereoisomerismo • Número de estereoisómeros: Cuando n = 3: Un solo carbono asimétrico – 2 estereoisómeros. Cuando n = 4: Dos carbónos asimétricos – 4 estereoisómero. Cuando n = 5: Tres carbonos asimétricos – 8 estereoisómero. Cuando n = 6: Cuatro carbonos asimétricos – 16 estereoisómeros.

D glucosa y L glucosa (note posición del hidroxilo del carbono asimétrico)

Aldosas – todas en formas D

Cetosas – todas en formas D

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Azúcares simples: Ciclación

• Siendo lineales los carbohidratos pueden sufrir una reacción espontánea que las hace cíclicas. • Las estructuras cíclicas son como un papel: tienen una parte superior e inferior. • Los hidroxilo se proyectarán por encima o por debajo del plano.

Hexosa (aldosa) sufriendo proceso de ciclización

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Azúcares simples: Ciclación

Carbohidrato ciclado en donde el C1 se halla por encima del plano (beta)

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Azúcares simples: Ciclación • Cuando la D glucosa se cierra en anillo puede dar lugar a dos estereoisómeros:  Una en la cual el hidroxilo del C1 se coloque por debajo del plano (alfa)  Una en la cual el hidroxilo se coloque por encima del plano (beta)

D glucosa que al ciclar puede convertirse en alfa (hidroxilo abajo) o beta (hidroxilo arriba) glucosa.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Azúcares simples: Ciclación

• Al ciclarse pueden formar anillos de: Cinco puntos (fructuosa) – Furanos. Seis puntos (glucosa) – Piranos.

Anillos furanos (caso de la fructuosa) y piranos (caso de la glucosa)

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Azúcares simples: Ciclación

La D ribosa puede dar anillos furanos o piranos. Estos pueden ser isomeros alfa o beta. Esta diversidad de compuestos es de la mayor importancia…

La D glucosa (una de las 16 aldosas) se cicla en agua como un anillo pirano originando una forma alfa y una beta

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La D fructuosa (una de las 8 pentosas) se cicla en agua como un anillo furano

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Todas estas formas de carbohidratos son de la mayor importancia pues cada una desempeña una función diferente en los diferentes organismos. Además la estereoisomería cíclica juega un papel fundamental cuando dos monosacáridos se unen para formar polisacáridos…

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Unión de azúcares entre sí

• Unión mediante enlaces covalentes – Enlaces glucosídicos. • Reacción entre el C1 de un monosacárido y el hidroxilo de otro: • Unión: - C – O – C – • Los enalces glucosídicos variaran de acuerdo al tipo de isómero que se una con otro.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Disacáridos

• Unión de dos monosacáridos por enlace glucosídico. • Función: almacén de energía.  Sacarosa: glucosa + fructuosa – Azucar de mesa.  Lactosa: galactosa + glucosa – Leche.  Maltosa: glucosa + glucosa – Cerveza. • Correlación humana.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Disacáridos

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Disacáridos

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Disacáridos

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Oligosacáridos • Pequeñas cadenas de monosacáridos (gr. Oligo = poco). • Se unen a lípidos (glucolípidos) o a proteínas (glucoproteinas) – glucocalix. • Como glucocalix ayudan a mediar interacciones entre una célula y su entorno – grupos ABO.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Oligosacáridos

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Oligosacáridos

Glucocalix (glycocalyx) de las microvellosidades intestinales evidenciado por microscopía electrónica – el glicocalix está formado entre otros por oligosacáridos asociados a lípidos y proteinas.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Oligosacáridos

Glucoproteina – presente en glucocalix

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Polisacáridos

• Unión de decenas a miles de monosacáridos. • Tienen funciones de almacenamiento (glucógeno y almidón) y estructura (celulosa y quitina).

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Polisacáridos de almacenamiento: Glucógeno • Glucógeno: polisacárido de almacenamiento animal (humanos). • Se almacena en hígado y músculo. • Es un polímero de glucosa. • Rama principal: Glucosas unidas por enlaces tipo alfa 1 – 4. • Ramificación: Glucosas unidas por enlace tipo alfa (1 – 6). • Función del glucógeno.

Glucosas unidas por enlaces tipo alfa 1 – 4 y una ramificación con enlace glucosídico tipo 1 – 6.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Polisacáridos de almacenamiento: Glucógeno

Glucogeno visto como un polisacárido y visto en microscopio electrónico en el músculo

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Polisacáridos de almacenamiento: Almidón

• Polisacárido de almacenamiento en plantas. • Es un polímero de glucosa. • Mezcla de dos polímeros: amilopectina y amilosa. • Amilosa: no ramificada – enlaces tipo alfa 1 – 4. • Amilopectina: similar a glucógeno. • Humanos y amilasa. Almidón visto por microscopía electrónica

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Polisacáridos de almacenamiento: Almidón

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Polisacáridos de almacenamiento: Almidón

El almidón adquiere una estructura helicoidal

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Polisacáridos estructurales • Algunos polisacáridos se unen para formar estructuras resistentes y durables. • Celulosa: algodón y lino. • La celulosa consiste en monómeros de glucosa unidos por enlaces beta 1 – 4. • La mayoría de los animales multicelulares NO poseen enzimas para digerir celulosa – caso de las termitas ?.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Polisacáridos estructurales

La celulosa es el componente fundamental de la pared celular del reino vegetal

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Polisacáridos estructurales

• Quitina: polimero no ramificado de N – acetilglucosamina – similar a glucosa pero con aminoacetilo. • Cubierta de insectos, arañas y crustáceos. • Muy similar al plástico.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Polisacáridos: Glucosaminoglucanos

• GAGs: estructura A – B – A – B (A y B son dos monosacáridos diferentes). • Heparina – bloquea la formación de coágulos. • Otros GAG forman parte del glucocalix.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA ¿Qué debo recordar toda mi vida sobre carbohidratos? • Los carbohidratos mas simples (monosacáridos) son compuestos tipo cetona o aldehido. • Que existen estereoisómeros lineales y cíclicos. • Los disacáridos de importancia son la sacarosa, la lactosa y de hecho la maltosa. • Los oligosacáridos así como los GAG son componentes del glucocalix de membrana y sirven como comunicadores intercelulares (grupos ABO) • Los polisacáridos pueden ser de almacenamiento o de estructura. • El glucógeno es el principal polisacárido de almacenamiento en el ser humano. • El almidón y la celulosa son polisacáridos de las plantas. El primero es de almacén y el segundo de estructura.

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LIPIDOS

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Generalidades

• Moléculas biológicas apolares. • Propiedad: se disuelven en solventes orgánicos – no se disuelven en agua. • Lípidos importantes: grasas, esteroides y fosfolípidos.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Grasas

• Grasas: Glicerol unido a tres ácidos grasos. • Sinonimia: triglicéridos. • Acido graso: hidrocarburo con un carboxilo (-COOH) asociado. • El carboxilo es hidrofílico (carga negativa) y la cola hidrocarburada es hidrofóbica (apolar). • Molécula anfipática.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Grasas

• El lado hidrofílico (phylos, amor) se asocia al agua. • El lado hidrofóbico (phobos, miedo) se aleja del agua. • Se forman micelas.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Grasas • Diversidad de grasas: Longitud de cadenas de hidrocarburos (entre 14 y 20 C). Presencia de enlaces dobles  sin enlaces dobles – grasas saturadas  con enlaces dobles – grasas insaturadas

Los triglicéridos o grasas se forman por la unión de una molécula de glicerol (alcohol) con tres ácidos grasos de cadenas variables)

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Grasas

Grasa saturada y grasa en posición trans opuesta a posición trans (estereoisómeros)

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Grasas • Mas enlaces dobles: bajan el punto de fusión – forma líquida – aceite. • Triestearato (tres acidos grasos saturados) – grasa sólida animal. • Grasas homogeneas o mixtas: si los ácidos grasos que contiene difieren – en la naturaleza priman las mixtas.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Grasas

• Función: Reserva energética a largo plazo ( a diferencia de carbohidratos). Insolubilidad: almacen de combustible concentrado – almacen en adipocitos.

Estructura básica del adipocito

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Grasas

Adipocito evidenciado en microscopía electrónica

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Esteroides • Base: cuatro anillos de hidrocarburo. • Más conocido: colesterol. • Colesterol: Compone membranas celulares animales – aceites vegetales libres de colesterol. Precursor de hormonas (testosterona, progesterona y estrógenos)

Colesterol

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Fosfolípidos • Similar a triglicérido, pero sólo se une a dos ácidos graso (diacilglicerol). • El tercer grupo hidroxilo del glicerol se une a un fosfato lo cual le da un carácter hidrofílico neto. • La cola (acidos grasos) es hidrofóbica. • Molécula anfipática importantísima en las membranas celulares.

Fosfolípidos – moléculas anfipáticas

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Fosfolípidos

Disposición de los fosfolípidos en la membrana celular

BIOQUIMICA CELULAR BASICA ¿Qué debo recordar toda mi vida sobre lípidos?

• Los lípidos son estructuras apolares lo cual origina fuerzas hidrofóbicas en el agua. • Los lípidos son moléculas indispensables para formar membranas celulares (fosfolípidos) y de almacén de energía (triglicéridos). • El colesterol es un esteroide e importancia biológica para membranas y hormonas.

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PROTEINAS

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Introducción • Funciones al interior celular.  Metabolismo – Enzimas.  Estructura: filamentos, microtúbulos, etc.  Mensajes: hormonas, mesnajeros (AMPc), etc.  Receptores y transportadores.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Introducción

• Otras funciones  Anticuerpos.  Toxinas.  Coagulación.  Transporte extracelular. • ¿ Cómo tantas funciones ?: estructura ilimitada. • Interacción entre biomoléculas: selectividad y especificidad.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Unidades estructurales

• Polímeros de AMINOACIDOS. • Cada proteína – secuencia específica de aminoácidos. • Seres vivos: 20 aminoácidos diferentes. • Propiedades comunes y propiedades particulares de los aa.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Unidades estructurales

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Estructura de aminoácidos

• Grupo amino y grupo carboxilo separados por un átomo de carbono (alfa). • En agua los aa se polarizan. • Existe estereoisomería (presencia de carbonos asimétricos) – La forma L es la que predomina en los seres vivos.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Estructura de aminoácidos

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Estructura de aminoácidos

• Cadena polipeptídica. • Enlace peptídico: grupo carboxilo de un aa con grupo amino de otro aa. • En promedio una cadena polipeptídica cuenta con 450 aa, pero existen proteinas con miles de aa: polipéptidos.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Estructura de aminoácidos

• Otros componentes de los polipéptidos:  Carbohidratos: glucoproteínas.  Metales: Metaloproteínas.  Grupos orgánicos: flavoproteínas.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Propiedades de cadenas laterales

• Los aa contienen una región llamada cadena lateral que crea la diferencia entre los 20 aa. • Esta variabilidad confiere la variabilidad a las proteínas. • Estas regiones variables son la base de las interacciones intramoleculares de los polipéptidos. e intermoleculares • Puentes disulfuro (covalentes) y puentes de hidrógeno (no covalentes)

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Propiedades de cadenas laterales

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Clasificación de los aa

• Polar con carga: ácido aspártico, ácido glutámico, lisina y arginina. • Polar sin carga: asparagina, glutamina, teronina, serina y tirosina. • Apolar: alanina, valina, leucina, isoleucina, triptofano, fenilalanina y metionina. • Otros: glicina (grupo R = H), prolina y cisteína.

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BIOQUIMICA CELULAR BASICA Estructura de las proteinas

• Estructura compleja, predecible y directamente relacionada con la función. • Cuatro niveles de organización:  Estructura primaria.  Estructura secundaria.  Estructura terciaria.  Estructura cuatrenaria.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Estructura primaria • Secuencia lineal de los aa. • La información de la cadena lineal de aa de una proteína en un organismo se halla codificada en el ADN. • Alteración en el DNA: alteración en la proteína con cambios estructurales profundos. • Ejemplo: anemia falciforme.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Estructura primaria

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Estructura secundaria • Conformación espacial de las partes de una cadena polipeptídica. • Estas conformaciones están predefinidas por el tipo de aa que conforma la molécula – plegamiento de la cadena polipeptídica. • Soporte: puentes de hidrógeno. • Dos conformaciones:  Hélice alfa: queratina, mioglobina y hemoglobina.  Hoja beta plegada: seda.

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BIOQUIMICA CELULAR BASICA Estructura terciaria

• Conformación de la proteína en su totalidad – plegamiento entre las cadenas. • Patrones de difracción de Rayos X. • Clasificación: Proteínas fibrosas: alargadas, por ejemplo colágeno, queratina, etc. Proteínas globulares: compactas, habitualmente intracelulares.

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BIOQUIMICA CELULAR BASICA Cambios dinámicos al interior de proteínas

• Proteínas estructuras dinámicas. • Cambios conformacionales – interacción con otras moléculas. • Ejemplos: receptores, miosina del músculo, etc.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Estructura cuaternaria • Algunas proteínas constan de varias sub unidades de polipétidos que se agregan para formar una proteína (tres secuencias separadas). • Sub unidades asociadas por enlaces no covalentres. • Estás proteínas con subunidades poseen una estructura cuaternaria. • Dos sub unidades idénticas: homodímero y dos sub unidades diferentes: heterodímero.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Estructura cuaternaria

• Hemoglobina: Dos polipétidos de globina alfa y dos polipéptidos de globina beta. • Estas estructuras transportan oxígeno y tienen un cambio conformacional con oxígeno y sin oxígeno. • Anemia falciforme.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Plegamiento de proteínas • Las proteínas se pliegan a fin de asumir el estado de mínima energía: termodinámica. • Las proteínas pueden desnaturalizarse (solventes, detergentes) – perder su estructura terciaria y su función. • Las proteínas pueden autoensamblarse (plegamiento natural).

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Función de chaperonas moleculares

• No todas las proteínas pueden autoensamblarse. • Las chaperonas moleculares ayudan a ciertas proteínas a ensamblarse y adquirir su estructura terciaria.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Proteomica

• Inventario de proteínas del cuerpo humano: proteoma. • Este estudio es más difícil que el estudio de la genómica. • Identificar estructura y comparar funciones in vitro e in vivo.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA ¿Qué debo recordar toda mi vida sobre proteínas? • Las proteínas están formadas por veinte L – aminoácidos los cuales se unen por medio de enlaces peptídicos. • Las proteínas poseen una estructura compleja siendo la estructura primaria la secuencia lineal de aa y la terciaria el plegamiento espacial de la misma. • La estructura primaria de una proteína se halla codificada en el DNA. • Una mutación puntual en el DNA puede provocar profundos cambios en la conformación espacial de una proteína. • Las estructuras secundarias pueden ser alfa hélice u hoja beta. • Las proteínas cumplen múltiples funciones entre las que destacan la enzimática, estructural y de comunicación (intracelular e intercelular).

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ACIDOS NUCLEICOS

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Generalidades

• Formados por monómeros: Nucleótidos. • Primariamente los AN: almacenan información • Secundariamente: función estructural y catalizadora.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Generalidades • Tipos: Acido desoxirribonucleíco: material genético de todos los organismos vivientes. Acido ribonucleíco: sirve de transductor de la información del núcleo al citoplasma y es base de información genética de algunos virus.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Nucleótidos • Nucleótido: tres partes Un azucar: ribosa (RNA) o desoxirribosa (DNA) Una base nitrogenada Un grupo fosfato • Nucleósido: azucar + base nitrogenada. • Fosfato unido a C5. • Base unida a C1. • Los nucleótidos se unen entre sí: por medio del C3 de uno al fosfato de otro.

Polinucleótidos compuestos por nucleótidos con desorirribisa (DNA) y nucleótidos de ribosa (RNA). Se unen entre uno y otro por medio de un enlace fosfodiester entre el C3 de un nucleótido y el grupo fosfato del otro.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Nucleótidos: Tipos • Cuatro tipos de nucleótidos de acuerdo al tipo de base nitrogenada:  Purinas: grandes y constan de dos anillos  Pirimidinas: pequeñas y constan de un anillo. • RNA  Purinas: adenina y guanina  Pirimidinas: citosina y uracilo • DNA:  Purinas: adenina y guanina  Pirimidinas: citosina y timina

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Nucleótidos: Tipos – Bases nitrogenadas

Purinas: Adenina y guanina

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Nucleótidos: Tipos – Bases nitrogenadas

Pirimidinas: Uracilo (en RNA) y Timina (en DNA)

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Conformación de una molécula de ADN

• Hilera de nucleótidos cuya parte superior es C5 y la parte inferior C3. • En el DNA, una cadena se une con la otra por medio de las bases nitrogenadas – unión tipo puentes de hidrógeno. • Las cadenas se ensamblan en sentidos opuestos (una corre C5 a C3 y la otra C3 a C5). • Puentes de hidrógeno – purina con pirimidina: Adenina con timina (A – T). Guanina con citosina ( G – C).

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Molécula de ADN: Estructura primaria

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BIOQUIMICA CELULAR BASICA ADN

• Tres nucleótidos (codón) codifican un aa. • La secuencia de nucleótidos de una especie se denomina código genético (genoma). • La información que se codifica en el genoma es la estructura primaria de las proteínas.

BIOQUIMICA CELULAR BASICA ARN y ADN

• El ARN consiste en una cadena simple, el ADN consiste en una doble cadena. • El ATN posee como azucar una ribosa y el ADN una desoxiribosa. • El ARN se encuentra en la célula bajo tres formas (ribosómico, mensajero y de transferencia) y el ADN se encuentra empaquetado en el núcleo (histonas) y de manera circular en la mitocondria (ambos con información diferente). • Las bases nitrogenadas del ARN y del ADN difieren en las pirimidinas uracilo (ARN) y timina (ADN).

BIOQUIMICA CELULAR BASICA ARN

• El ARN mensajero (ARN m) tiene como función transmitir la información del DNA nuclear al citoplasma (proceso conocido como TRANCRIPCION). • El ARN ribosomal (ARN r) y el ARN de transferencia (ARN t) tienen como función formar la estructura primaria de las proteínas en el citoplasma (proceso conocido como TRADUCCION).

BIOQUIMICA CELULAR BASICA Otros nucleótidos de importancia

• ATP: moneda de energía celular • GTP: actividad celular • AMPc: comunicador

Adenosin trifosfato

BIOQUIMICA CELULAR BASICA ¿Qué debo recordar toda mi vida sobre ácidos nucleícos?

• Los ácidos nucleícos están formados por secuencia de nucleótidos, los cuales están conformados por un azúcar, una base nitrogenada y un grupo fosfato. • Existen dos tip

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Muchas gracias!

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La biodiversidad de los organismos vivientes en nuestro planeta tiene como antecedente la inmensa diversidad bioquímica entre las moléculas que los componen…