¿CUÁLES SON LAS PRINCIPALES BIOMOLECULAS QUE ESTRUCTURAN A LOS SERES VIVOS?
LA QUÍMICA NUESTRO COMÚN DENOMINADOR
LAS BASES MOLECULARES DE LA VIDA ENERGÍA
MATERIA
Movimiento Trabajo CALOR
Masa Volumen Densidad AcHvidad ENERGÍA
CinéHca Potencial Química
Sólido Líquido Gaseoso
MATERIA Viva
NO viva
(organismos)
(rocas, aire, agua)
ELEMENTOS ATOMOS
>% : H, O, C, N, P, S Na, Cl, K, Ca
>% : O, Si, Al, Na, K, Ca, Fe, N, C
Neutrones:
ATOMO
Carga eléctrica : 0 Masa Atómica: 1 UMA
Electrones:
Carga eléctrica -‐1 Masa Atómica: < 0.5 UMA
Localización: Núcleo
Localización:
Niveles de energía:1-‐ 7 Subniveles de energía: s, p, d, f orbitales
Protones:
Carga eléctrica : 1 Masa Atómica: 1 UMA
Localización: Núcleo
Símbolo Atómico Masa Atómica Número Atómico
He
4 2
ISÓTOPOS
Átomos de un mismo elemento que solo difieren en su número de neutrones
H C
H H * C C
0
2
3
1
1
1
12
13
14
6
6
6
* Isotópos radiacYvos emiten radiación α,β y/o γ(rayos de energía y par]culas subatómicas) potencialmente úYles y/o perjudiciales
Átomos de un mismo elemento con CARGA + ó -‐
IONES CATIÓN
Mg
++
ANIÓN
Cl
-‐
E
E
Modelo Atómico actual: Schröndinger
El número de electrones en el úlYmo nivel determina si un átomo es reacYvo con otros átomos
Distribución electrónica en los átomos
Átomos reaccionan con otros para formar MOLECULAS (Compuestos)
O + O O2
Oxígeno molecular
H2 + O H2O
Agua
H3 + N NH3
Amoniaco
ENLACES QUÍMICOS Uniones entre átomos, resultado de comparYr ó ceder/recibir electrones para lograr la estabilidad electrónica del úlYmo nivel de energía Enlaces y/o uniones débiles inestables Enlace Iónico Puentes de Hidrógeno Fuerzas de Van der Waals Interacciones hidrofóbicas
Enlaces fuertes estables Enlace covalente
Enlace IONICO Un átomo cede electrones otro los acepta. Aprox. 5kilocal/mol
Puentes de hidrógeno
Dos átomos comparten un núcleo atómico de hidrogeno. Aprox. 3-‐7 kilocal/mol
Fuerzas de van Resultado de la atracción entre moléculas o iones muy der Waals y electrostáHcas cercanos. Aprox1-‐2 kilocal/mol
Interacciones hidrofóbicas
Tendencia de moléculas hidrofóbicas para mantenerse alejadas de moléculas del agua H2O
Cuando d os á tomos c omparten u no Enlaces o m as p ares d e e lectrones: e nlaces covalentes simples (H-‐H), dobles (H-‐O-‐H, O=O), Triples (H-‐C=N, NΞN) Aprox. 70-‐212 kilocal/mol
REACCIONES QUÍMICAS Interacción, reorganización, reestructuración entre átomos, moléculas involucrando cambios de energía
HCl + NaHCO3 NaCl + CO2 + H2O A + B C + D REACTANTES PRODUCTOS OXIDACIÓN -‐ REDUCCIÓN
HIDRÓLISIS
NEUTRALIZACIÓN
FOSFORILACIÓN
SÍNTESIS DE DESHIDRATACION
TRANSFERENCIA
LA QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS 100 elementos en la naturaleza
22 elementos en los seres vivos
ELEMENTO ANIMALES PLANTAS BACTERIAS Oxígeno 73.68 77.68 62.81 Carbono 12.14 11.34 19.37 Hidrógeno 9.94 8.72 9.31 Nitrógeno 3.04 0.83 5.14 Fósforo 0.6 0.71 0.63 Azufre 0.32 0.1 0.64
Enlaces covalentes
Iones metálicos; Na+, K+, Mg+2, Ca+2, Cl-‐ Elementos traza: Mn, Fe, Co, Cu, Zn, B, Al, V, Mo, I, Si, Ni, Cr, F, Se
LA QUIMICA ORGÁNICA & EL ATÓMO DE CARBONO Moléculas Inorgánicas
Moléculas Orgánicas
Usualmente conYene caYones y aniones
Siempre involucra un esqueleto de Carbono e Hidrógeno
Usualmente enlaces iónicos
Siempre enlaces covalentes
Siempre un numero pequeño de átomos
Largas moléculas con muchos átomos
Asociado con estructuras inertes
Usualmente asociado con organismos vivos
C
4 e-‐ de valencia, 1 – 4 enlaces covalentes, enlaces simples C-‐C, dobles C=C o triples CΞC. Formación isómeros
C
H C
1. 4 e-‐ de valencia 2. Estructuración de 1 – 4 enlaces covalentes 3. Enlaces simples C-‐C, dobles C=C o triples CΞC 4. Moléculas de cadenas largas, o cíclicas 5. Formación isómeros 6. Estructuración de grupos funcionales
Grupos funcionales más importantes
Hidroxilo
Alcohol
Carbonilo
Aldehido Cetona
Carboxilo
Ac. graso
Amino
Aminas
Sulfihidrilo
Thioles
Fosfato
Fosfatos orgánicos
BIOMOLÉCULAS POLÍMERO
BIOMOLECULA AGUA
Biomoléculas sillares
BIO macromoléculas
Monosacáridos Aminoácidos NucleóYdos
Polisacáridos Proteínas Ac. Nucleídos
PROPORCION % 70 -‐ 90
PROTEINA
15
ACIDOS NUCLEICOS
ARN = 6 ADN = 1
CARBOHIDRATOS
3
LIPIDOS
2
MOLEC. ORG PEQUEÑAS
2
IONES INORGANICOS
1
HOMOPOLÍMEROS HETEROPOLÍMEROS
SINTESIS Y DEGRADACION DE POLIMEROS OH
H H2O
SÍNTESIS DESHIDRATACIÓN
DEGRADACIÓN HIDRÓLISIS
H2O OH
H
FUNCIONES GENERALES BIOMOLÉCULAS Almacenamiento y liberación energía Catálisis de reacciones Almacenamiento de Información Estructuración elementos mecánicos
MOLÉCULAS INORGÁNICAS…. EL AGUA Molécula Polar Puentes de Hidrógeno Diferentes estados en la naturaleza
Líquido gaseoso
Sólido
PROPIEDADES DEL AGUA Alta capacidad calórica: Calor específico 1 cal/gr Alta calor de vaporización: 540 (100°C)-‐596 (0°C) cal/gr Alto calor de fusión: 80 cal/gr (energía removida) Amplio rango de temperatura en estado líquido Cohesividad (puentes de hidrógeno) adhesividad (polaridad) Alta superficie de tensión (puentes de hidrógeno) Buen solvente: Dipolar … sust. Hidro fobic/filic a Neutra pH=7
BIOMOLÉCULAS CARBOHIDRATOS 1. Compuestos derivados de polihidroxialdehído o polihidroxicetona 2. Soluble en agua. 3. Estructura básica (1C:2H:01)n 4. Simples (glucosa) o complejos (almidón) 5. Almacenamiento de energía o estructura/soporte
CLASIFICACIÓN
MONOSACÁRIDOS Gliceraldehido
Dihidroxiacetona
Monómeros (CH2O)n n ≥ 3 Derivados de aldosa o la cetosa de tres C Sólidos, cristalinos, solubles en agua, dulces (??), reductores Stereoisómeros D y L D-‐ gliceraldehido
L-‐gliceraldehido
Familia de monosacáridos derivados de la cetotriosa (dihidroxiacetona)
Familia de monosacáridos derivados de la aldosa (gliceraldehido)
OLIGOSACÁRIDOS 2 a 20 unidades de monosacáridos: disacáridos, trisacáridos etc. Síntesis de deshidratación ENLACES GLUCOSIDICOS Maltosa Sacarosa Lactosa Celobiosa
POLISACÁRIDOS Polímeros de monosacáridos (C6H10O5)x Cadenas simples o ramificadas o hélices No reductores Insolubles en agua ∞ Glucosa = glucanos ∞ Manosa = mananos Ejemplos: Amilosa, Celulosa, Almidón QuiYna, Xilano, Glucógeno Callosa
Funciones carbohidratos Función estructural, protección sostén Función Almacenamiento de energía Función de reconocimiento celular y detoxificación
Bacterias: PepYdoglicano Hongos: Glucano, QuiYna, Celulosa Plantas: Celulosa, callosa, pecYna, agar, extensina, Ac. Algínico Animales: QuiYna Bacterias: Glucógeno, dextrano Hongos: Glucano, galactomanano Plantas: almidón, inulina, levano, galactomanao, laminarina Animales: Glucógeno, galactano
BIOMOLÉCULAS LÍPIDOS 1. Sustancias aceitosas, grasas, o céreas, sólidas o líquidas. C, H, O 2. Muchos son isolubles en agua 3. Simples o compuestos 4. No poliméricos 5. CombusYble, receptores, moduladores, reguladores de metabolismo, estructurales
LIPIDOS SIMPLES
No conYenen ácidos grasos NO saponificables Estructuran vitaminas, hormonas Se dividen en TERPENOIDES, ESTEROIDES
TERPENOIDES Derivados del isopreno insaturados Lineales, ciclados, ramificados Líquidos voláYles los cortos Líquidos ó sólidos los largos Abundantes en plantas Olores y sabores caracterísYcos
ISOPRENO
ESTEROIDES Derivados del ciclopentanoperhidrofenantreno Sólidos a temperatura ambiente Poco solubles en agua, Solubles en líquidos polares Abundantes en animales y poco en plantas
FUNCIONES
TERPENOIDES Aroma de plantas (geraniol, limoneno, alcanfor, mentol) Precursor otras moléculas: esqualeno– colesterol Pigmentos fotosintéYcos: xantofila, caroteno Coenzimas y vitaminas: A: β-‐caroteno visión K: protrombina coagulación E: anYoxidante Cicatrizante vegetal Transporte de membranas
ESTEROIDES Rigidez de membrana y precursor otros esteroides Colesterol. Hormonas animales (regulación) Aldosterona, corYsol, estradiol (fem), testosterona (masc), Progesterona (menstruación y gestación), ecdisona (muda insectos) Vitaminas y Coenzimas absorción y metabolismo de Ca Vitamina D o calciferol
LÍPIDOS COMPLEJOS Acilglicéridos
Derivados de ácidos grasos Son saponificables Se dividen en Acilgliceridos, Esfingolípidos, Ceras, Eicosanoides, (Prostaglandinas, Tromboxanos, Leucotrienos)
Resultan de la union de un glicerol con uno o mas ácidos grasos POLARES Mono, di o triacilgliceridos TRIGLICERIDOS Si sólidos =grasas Animales Si líquidos= aceites vegetales Reserva de energía, Aislante mecánico, Aislante térmico
glicerol
GLUCOSILACILGLICERIDOS Acilglicéridos que Yene un azúcar unido por enlace glicosídico al grupo hidroxilo ej. Galactosildiacilglicérido (plantas, Tej. neuronal animales)
FOSFOACILGLICERIDOS Acilglicéridos que Yene un PO42+ unido por enlace ester al grupo glicerol. Polares 40-‐50% en mem. Cel FosfaYdilcolina, FosfaYdilserina, FosfaYdiletanolamina, FosfaYdinisol
ESFINGOLÍPIDOS Lípidos cuyo esqueleto es el aminoalcohol esfingosina mas un ácido graso y un grupo polar. Presentes en mem. celulares de tejido nervioso Esfingomielinas: esfingolípidos con cabeza polares fosfatadas Glucoesfingolípidos: esfingolipidos con cabeza polares Ypo carbohidrato (Cerebrosidos, gangliosidos, fosfaFdos)
G.Polar
CERAS Esteres de ácidos grasos de cadena larga + alcoholes grasos (12-‐14 C sat.) -‐monohidroxílico ó esteroides-‐ Son sustancias sólidas insolubles Impermeabilización (plumas, piel pelo) Estructura panales Protección canal audiYvo
EICOSANOIDES
Lípidos derivados de ácidos carboxílicos de 20 C (prostaglandinas, tromboxanos, leucotrienos)
PROSTAGLANDINAS Lípidos derivados del ácido Prostanóico con anillo pentagonal entre carbonos 8 y 12. Reguladores del funcionamiento de hormonas, constrictor músculos lisos en el apto. reproductor, vasodilatador y mediador de reacciones de inflamación)
TROMBOXANOS Lípidos derivados del ác. Prostanóico con anillo pentagonal entre carbonos 8 y 12 (anillo piranósico). Reguladores del funcionamiento de hormonas, constrictor músculos lisos en el apto reproductor, vasodilatador y mediador de reacciones de inflamación)
Anillo piranósico
TXA2
LEUCOTRIENOS son ácidos grasos derivados del metabolismo oxidaYvo del ac. Araquidónico . Aparecen frecuentemente combinados con el tripépYdo glutaYón, como en el caso del leucotrieno C4 (LTC4). Son constrictores musculatura lisa vias aereas pulmonares ParYcipan en proceso de inflamación favoreciendo permeabilidad y edemaYzación
Funciones Lípidos Fuente de energía (ATP) por vías aerobias
Aislante térmico y fuente de calor
Reserva de agua mediante metabolismo aeróbico
Estructural formador de membranas
Regulador de procesos (informaYvas, catálisis) Hormonas y vitaminas
BIOMOLÉCULAS PROTEÍNAS 1. Compuestos POLIMÉRICOS consYtuidos por unidades estructuradas de C,H, O y N (S, P) AMINOÁCIDOS a.a 2. Aminoácidos presentan terminaciones amino, ácido, y un grupo R que los diferencia 3. 20 grupos R diferentes 4. Cadenas cortas de aminoácidos= pépYdo 5. Cadenas largas de aminoácidos= proteína
Clasificación de aminoácidos Gr. 1 a.a apolares Gr. 2 a.a polares no ionizables Gr. 3 a.a polares ácidos (-‐) Gr. 4 a.a polares básicos (+)
FORMACIÓN DE PÉPTIDOS … PROTEÍNAS
2 aa =DipépYdo 3 aa = TripépYdo 4 a 10 aa = OligopépYdo 10 a 100 aa = PolipépYdo >100 aa = Proteína
ENLACE PEPTIDICO
ESTRUCTURAS PROTÉICAS Estructura primaria I : Secuencia de aminoácidos Estructura secundaria II : Ordenación regular en el espacio Estructura terciaria III : Pliegues de la estructura secundaria para dar la estructura concreta VOLUMÉTRICA Estructura cuaternaria IV: unión de varias estructuras III Oligómeros Organización de varias proteínas del mismo Ypo que forman una unidad funcional Complejos supramoleculares Varias proteínas disYntas unidas
Estructura primaria
Estructura secundarias
Estructuras terciarias
Estructuras cuaternarias
FUNCIÓN DE LAS PROTEÍNAS CATÁLISIS (ENZIMAS) DNA polimerasa (replic. rep. ADN) Citocromo c (transferencia e-‐) Lactato deshidrogenasa (deshidrogena lactato) Hexoquinasa (Fosforila glucosa)
RESERVA Ovoalbúmina (huevo) Caseína (leche) FerriYna (bazo) Gliadina (semilla trigo) Ceína(semilla maíz)
TRANSPORTE Hemoglobina (O2 sangre vert.) Hemocianina (O2 sangre invert) Mioglobina (O2 en músculo) Ceruloplasmina (Cu en sangre) Seroalbúmina (lípidos en sangre)
CONTRÁCTILES Miosina (filam. Miofibril) AcYna (filam. Miofibril) Dineína (en cilios y flagelos
FUNCIÓN DE LAS PROTEÍNAS PROTECCIÓN SANGRE AnYcuerpos (bloqueo anYgenos) Complemento ( Fibrinogeno (coagulacion) Trombina (coagulación)
TOXINAS En Cl. botulinum Di…erica (leche) Venenos o†dicos Ricina (ricino) Gospina (algodón)
HORMONAS Insulina (metabolismo glucosa) AdrenocorYcotropica (síntesis corYcoesteroides) Horm. crecimiento (crecimiiento Huesos)
ESTRUCTURALES QueraYna (piel, plumas uñas ) EscleroYna (insectos) Colágeno(Tendones, hueso, car]lago) Fibroína (telaraña)
BIOMOLÉCULAS ÁCIDOS NUCLÉICOS 1. Compuestos POLIMÉRICOS consYtuidos por unidades estructuradas de C,H, O, N y P NUCLEOTIDOS 2. Existen dos Ypos generales de ácidos nucleícos según los nucleóYdos que los conforman: ADN Acido Desoxirribonucleico(DNA) ARN Acido Ribonucleico (RNA) 3. Un nucleóYdo esta estructurado por una pentosa, una base nitrogenada, y un radical fosfato
COMPOSICIÓN DE NUCLEÓTIDOS ADN AZUCAR
RADICAL FOSFATO
ARN
COMPOSICION DE NUCLEÓTIDOS BASES NITROGENADA S
Pirimidinas (U)
Purinas
COMPOSICIÓN DE NUCLEÓTIDOS ADN
ARN
(U)
BASES NITROGENADA S
Enlace glicosídico
Formación de un nucleósido
Enlace éster
Formación de un nucleóYdo
Nucleósido de ribosa A, G, C, U Nucleósido de desoxirribosa A, G, C, T
NucleóYdo de ribosa A, G, C, U NucleóYdo de desoxirribosa A, G, C, T
AMP ADP ATP
FUNCIONES NUCLEOTIDOS Sillares estructurales de ácidos nucleídos Almacenamiento y transporte de energía: Hidrolización de ATP, ADP Regulador de acYvidad catalíYca COENZIMAS NAD, FAD, NADP
Estructuración de cadenas de NucleóYdos ARN y hebras de ADN
A
T
G C U
A G
C
ARN
Ácido Ribonucleico ARN m: mensajero
Cadenas simples de nucleóFdos de ribosa: A, C, G, U Decodificador del código genéHco
Transporta la información genéYca copiada desde el ADN (CODONES) hasta el siYo de síntesis proteica, por lo tanto es el encargado de indicar la secuencia de aminoácidos que integrará la proteína que se está sinteYzando (estructura primaria).
ARN r: ribosomal Junto a proteínas especiales denominadas ribosomales consYtuye los ribosomas, que Yenen por función ser el siYo de la síntesis proteica.
ARN t: transferencia Una hebra de ARN plegada sobre si misma formando una estructura con forma de hoja de trébol. Su función es el transporte de aminoácidos específicos. Posee los ANTICODONES
Esquema general intervención de los ARN en la síntesis proteica
RELACIÓN AMINOÁCIDOS – CODONES EN ARNm
ADN
Ácido Desoxirribonucleico DOS cadenas anYparalelas y complementarias de nucleóYdos de desoxirribosa: A, C, G, T Doble hélice resultado de puentes de hidrógeno entre bases complementarias A = T C Ξ G Portador de la información genéHca
Dirección anYparalela de las cadenas de ADN
ESTRUCTURA DEL ADN Se pueden disYnguir 3 niveles estructurales: -‐Estructura primaria: La secuencia de los nucleóYdos. -‐Estructura secundaria: La doble hélice. -‐Estructura terciaria: Collar de perlas, estructura cristalina, ADN superenrollado.
ARNm
TRADUCCION ribosoma
ARNr + prot. ribosómicas
RELACIONES FUNCIONALES ENTRE AC. NUCLEICOS Y SINTESIS PROTÉICA
PROTEÍNA
TRANSCRIPCION
REPLICACION ADN
ARNt + a.a a.a-‐ARNt
REPLICACION ADN
REPLICACIÓN ADN
TRANSCRIPCIÓN ARN (m,t,r)
TRADUCCIÓN ARN iniciación
TRADUCCIÓN ARN elongación
TRADUCCIÓN ARN terminación