Semana 3 y 4 biomoleculas

¿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