Biomoléculas by Yolanda Salazar

Biomoléculas Orgánicas

Yolanda Salazar Granizo

GLÚCIDOS Biomoléculas formadas por C H O y otros bioelementos

CnH2nOn

Funciones básicas: Energética Estructural Otras: Anticoagulantes –anticongelantes lubricantes-marcadores biológicos (glucómica)

Osas o Monosacáridos

Aldosas

Aldotriosas

Gliceraldehído

Aldotetrosas

Eritrosa

Aldopentosas

Ribosa

Aldohexosas

Glucosa

Cetotriosas

Dihidroxiacetona

Cetotetrosas

Eritrulosa

Cetopentosas

Ribulosa

Cetohexosas

Fructosa

Cetoheptosas

Pseudoheptulosa

Disacáridos

Sacarosa

Trisacáridos

Rafinosa

Polisacáridos

Homopolisacáridos

Almidón

+10 monosacá.

1 sólo monosacárido

Carbonilo es un Aldehído

No hidrolizables Entre 3 y 9 Carbonos

Cetosas Carbonilo es una Cetona

Ósidos

Holósidos

Oligosacáridos

Hidrolizables por rotura de enlace O-glucosídico en monómeros

Sólo sustancias glucídicas

2-10 monosacá.

Heteropolisacáridos

Hemicelulosa

2 ó más monómeros

Heterósidos (Glucoconjugados) Monosacáridos + otra sustancia no glucídica

Glucolípidos

Cerebrósidos

Glucoproteínas

Peptidoglicanos

MONOSACÁRIDOS

Tres carbonos

D-GliceraldehĂdo

Cuatro carbonos

D-Eritrosa

Cinco carbonos

D-Treosa

D-Ribosa

D-Arabinosa

D-Xilosa

D-Lixosa

Seis carbonos

D-Alosa

D-Altrosa

D-Glucosa

D-Manosa

D-Gulosa

D-Aldosas

D-Idosa

D-Galactosa

D-Talosa

Tres carbonos

Cuatro carbonos

Dihidroxiacetona

D-Eritrulosa

Cinco carbonos

D-Ribulosa

D-Xilulosa

Seis carbonos

D-Psicosa

D-Fructosa

D-Sorbosa

D-Cetosas

D-Tagatosa

GliceraldehĂdo, una aldotriosa

Dihidroxiacetona, una cetotriosa

Alcohol primario

AldehĂdo 1 1 2

Alcoholes secundarios

Cetona

-Glucosa

-Fructosa

Alcohol primario

Alcoholes secundarios

Alcohol primario

DERIVADOS DE LOS MONOSACÁRIDOS

-Desoxiazúcares: carecen de un grupo hidroxilo ’2-Desoxirribosa, Fucosa (Galactosa,6)

-Aminoazúcares: sustitución de un grupo hidroxilo por un grupo amino (-NH2) en algunas hexosas ’Glucosamina y N-Acetil-glucosamina -Ácidos Urónicos: Oxidación del alcohol primario de hexosas a ácido carboxílico. ’Ácido Glucurónico, Ácido Galacturónico

Familia de la Glucosa Amino azúcares

β-D-Glucosa

β-D-Galactosamina

β-D-Glucosamina N-Acetil-β-D-Glucosamina

β-D-Glucosa-6-fosfato

β-D-Manosamina

Desoxiazúcares

β-L-Fucosa Ácido Murámico

α-L-Ramnosa

Ácido N-Acetilmurámico

Carboxi azúcares

β-D-Glucuronato

D-Gluconato

D-Glucono- -lactona

Ácido N-Acetilneuramínico (ácido siálico)

PROPIEDADES DE LOS MONOSACÁRIDOS FÍSICAS: Sabor dulce, solubles en agua, forman isómeros espaciales e isómeros ópticos. QUÍMICAS: Reductores Crea enlaces hemiacetálicos

ISOMERÍA Distintos compuestos con la misma fórmula molecular. Tipos: -Isomería de función: idéntica fórmula distinto grupo funcional. -Gliceraldehído y dihidroxiacetona (C3H6O3 )

Gliceraldehído,

Dihidroxiacetona,

una aldotriosa

una cetotriosa

-Estereoisomería: moléculas similares pero con diferentes propiedades por la disposición espacial de sus átomos. Carbonos asimétricos, unidos a cuatro radicales distintos entre sí. O

C1 ¤ Carbono asimétrico en ¤

H O H

C3 H

O H

el gliceraldehído

-Enantiómeros: Del griego ‘enantio’ opuesto. La posición de todos los OH de los carbonos asimétricos varía. Son imágenes especulares. La posición del OH más alejado del grupo carbonilo permite distinguir entre: forma D: OH a la derecha. forma L: OH a la izquierda H

↑

epímeros

L-eritrosa

D-eritrosa

↑

C ←enantiómeros → C C ←enantiómeros → C ¤| ¤| ¤| ¤| C OH OH C H H C OH OH C H ¤| ¤| ¤| ¤| H H C C OH OH C OH C H OH | | | | CH2OH CH2OH ←epímeros → CH2OH CH2OH L-treosa

D-treosa

-Diastereoisómeros: estereoisómeros que presentar la misma forma D o L y no son imágenes especulares. Si varían en sólo en la posición de un OH de carbono asimétrico se les llama epímeros.

CHO

C quiral o asimĂŠtrico

CHO

CH2OH

Modelo de barra y bolas

Enlace hemicetal

Enlace covalente entre el grupo cetona y un grupo alcohol

D-fructosa

HOH2C 6

HOH2C

\C / 5

2 OH C 4

| OH

| C

CH2OH

| OH

CH2OH

β-D-fructofuranosa

carbono anomérico

HEXOSAS

Glucosa: libre (uva) y polimerizada (almidón, glucógeno, celulosa). Combustible metabólico. Galactosa: no libre, forma lactosa junto con la glucosa, y mucílagos gomas. Manosa: libre en la corteza de árboles y en algunos polisacáridos. Fructosa: cetohexosa, libre en frutas, miel o como disacárido sacarosa junto a la glucosa

OLIGOSACÁRIDOS: (2 a 10 unidades de monosacáridos)

DISACÁRIDOS Formados por la unión de dos monosacáridos mediante un enlace O-glucosídico con pérdida de una molécula de agua, fórmula molecular C12H22O11 (- H2O)

hemiacetal

alcohol

condensación H O 2

H2O

acetal

hidrólisis hemiacetal

Maltosa

α-D-glucosa-(1

4) α -D-glucosa

DISACÁRIDOS MÁS IMPORTANTES Lactosa: β-D-galactosa(1→4) β-D-glucosa, reductor . Enlace monocarbonílico CH2OH HO H H

CH2OH

OH H

OH 1 H H

H H 4 OH HO

CH2OH

H2O

HO H

OH H

CH2OH

H H

Sacarosa: α-D-glucosa(1→2) β-D-fructosa. Azúcar, no reductor. Enlace dicarbonílico CH2OH

H H HO

OH H

O H

CH2OH

H + OH

H OH

H HO CH OH 2 H

H2O

H H HO

CH2OH

H O

H OH

H HO CH OH 2 H

Celobiosa: β-D-glucosa(1→4) β-D-glucosa, degradación de la celulosa, enlace β (1→4) difícil de hidrolizar. Enlace lineal. Maltosa: α-D-glucosa(1→4) α-D-glucosa, degradación del almidón de los cereales por tueste (malta), enlace α(1→4) fácilmente hidrolizable. Enlace con ángulo. Isomaltosa: α-D-glucosa(1→6) α-D-glucosa, punto de ramificación de glucógeno y almidón

POLISACÁRIDOS más de diez unidades de monosacárido Glúcidos de elevado peso molecular (macromoléculas) que resultan de la polimerización de los monosacáridos, o sus derivados, unidos por enlaces Oglucosídicos. Funciones: - Reserva energética: almidón, glucógeno - Estructural o plástica: celulosa, quitina - Espesantes o gelificantes por retener agua: alginatos, pectinas - Dieta: fibra vegetal por retener agua. Propiedades: -La presencia de infinidad de grupos –OH les permite formar puentes de hidrógeno con el agua y retenerla por absorción, aunque no sean solubles por su elevado peso molecular. - No son reductores pues los –OH hemiacetálicos forman enlaces O-glucosídicos. -Pueden estar formados por un solo monosacárido (Homopolisacárido) o por varios distintos que se repiten periódicamente (Heteropolisacárido). -Pueden ser ramificados o no ramificados, lineales o helicoidales.

Homopolisacáridos Sin ramificar

Ramificados

Heteropolisacáridos Dos monómeros Sin ramificar

Múltiples Monómeros ramificados

LÍPIDOS

M O L É C U L A S O R G Á N I C A S C O M P U E S TA S P O R C , H Y O , Y E N M E N O R P R O P O R C I Ó N , S Y P. T O D O S E L L O S S O N S U S TA N C I A S P O C O O N A D A S O L U B L E S E N A G U A , P E R O S O L U B L E S E N D I S O LV E N T E S O R G Á N I C O S . S O N S U S TA N C I A S M U Y H E T E R O G É N E A S , YA Q U E N O T I E N E N E N COMÚN NI LA ESTRUCTURA DE SUS MOLÉCULAS, NI LA GRAN VA R I E D A D D E F U N C I O N E S Q U E D E S E M P E Ñ A N .

Funciones generales • Función energética (forman depósitos de reserva energética) • Función estructural (constituyen estructuras de las membranas biológicas) • Función vitamínica (vitaminas liposolubles A,D,E y K) • Función hormonal (Hormonas esteroideas)

Clasificación • Ácidos Grasos – Saturados – No saturados

• Lípidos saponificables – Triacilgliceroles o grasas – Ceras – Lípidos complejos o de membrana • Glicerolípidos – Gliceroglucolípidos – Glicerofosfolípidos

• Esfingolípidos – Esfingoglucolípidos – Esfingofosfolípidos

• Lípidos insaponificables – Terpenos o isoprenoides – Esteroides

Ácidos Grasos • Ácido orgánico formado por una larga cadena hidrocarbonada, generalmente lineal, en la que un grupo metilo terminal se ha oxidado grupo ácido carboxilo. • Hay dos características que permiten diferenciarlos:

– La longitud de la cadena (corta, media y larga) – Grado de saturación (saturados e insaturados)

Ácidos grasos saturados • No presentan dobles enlaces. • Muy abundantes en las grasas de origen animal, sobre todo en los mamíferos, en la manteca del cacao y también en los aceites de palma y de coco

ﾃ…idos grasos insaturados 窶｢ Presentan uno o mﾃ｡s dobles enlaces, segﾃｺn sean monoinsaturados o poliinsaturados, respectivamente.

Ácidos grasos esenciales • Los tres ácidos grasos poliinsaturados,linoleico, linolénico y araquidónico, se llamaron antiguamente vitamina F; pero actualmente se denominan ácidos grasos esenciales porque los humanos y otros animales no podemos sintetizarlos y por ello debemos ingerirlos con la dieta en cantidades mayores que las vitaminas.

Isomería cis-trans • La presencia de insaturaciones da lugar a un tipo de isomería geométrica denominada cis-trans • Se diferencian según la configuración espacial que adoptan los diversos sustituyentes respecto al doble enlace

• Configuración cis, significa del mismo lado: los restos R1 y R2 de la cadena alifática se sitúan al mismo lado del doble enlace • Configuración trans, significa del lado opuesto: se disponen en lados contrarios

• La presencia de uno o más dobles enlaces en configuración cis forma un quiebro en la cadena, lo que explica que las cadenas de los ácidos grasos insaturados estén dobladas, mientras que las de los saturados (o los de la configuración trans) son rectas.

Propiedades físicas • Las moléculas de los ácidos grasos son anfipáticas, pues por una parte, la cadena alifática es apolar y, por tanto, soluble en disolventes orgánicos (lipófila), mientras que, por otra parte, el grupo carboxilo es polar y soluble en agua (hidrófilo)

Propiedades físicas • Se establecen numerosas interacciones mediante puentes de hidrógeno entre los grupos carboxilos y mediante interacciones de Van der Waals entre los grupos metilenos de sus cadenas alifáticas

• Cuanto más largas sean las cadenas, tienen lugar más interacciones entre ellas, lo que incrementa el punto de fusión de estos ácidos grasos, pues se requiere más energía para deshacer las interacciones • Sin embargo la presencia de dobles enlaces con configuración cis, que es la más extendida en la mayoría de los ácidos grasos insaturados de la naturaleza, obliga a formar curvaturas en sus cadenas que dificultan el empaquetamiento y debilitan las interacciones de Van der Waals, lo que disminuye el punto de fusión.

Propiedades químicas • El grado de insaturación también influye en la facilidad que tienen los ácidos grasos para oxidarse, sobre todo de los poliinsaturados. Este hecho puede conducir a la rotura de las cadenas con la consiguiente formación de aldehídos volátiles responsables del característico olor y sabor a rancio. Este proceso de oxidación se contrarresta en los sistemas biológicos por la presencia de sustancias antioxidantes, como la vitamina E.

Propiedades químicas • Desde el punto de vista químico, los ácidos grasos son capaces de formar enlaces éster con grupos alcohol de otras moléculas; cuando estos enlaces se hidrolizan con álcali, se rompen y se obtiene las sales de los ácidos grasos correspondientes, denominadas jabones, mediante el proceso denominado saponificación

Triacilgliceroles o grasas

â&#x20AC;˘ El alcohol que se utiliza es el glicerol o glicerina (Propanotriol)

• Resultan de la esterificación de una molécula de glicerol con tres moléculas de ácidos grasos, que pueden ser saturados o insaturados • Los tres ácidos grasos pueden ser iguales y dan lugar los triglicéridos simples (tripalmitina, triestearina, trioleína, etc); o bien pueden ser distintos, tanto por la longitud como por el grado de insaturación, y constituyen los triglicéridos mixtos.

• Son sustancias de reserva energética que se almacena en las vacuolas de las células vegetales (sobre todo en los frutos y en las semillas de las plantas oleaginosas) y en los adipocitos del tejido adiposo de los animales. • Los depósitos de grasa subcutánea también sirven como almohadilla protectora frente a golpes y contusiones y como aislante térmico, para conservar el calor corporal.

Clasificación de las grasas • Se clasifican según su punto de fusión: – Sebos. Son grasas de origen animal, como las de buey, carnero y cabra. Debido a su alto contenido en ácidos grasos saturados y de cadena larga son sólidos – Mantecas. De origen animal, como el cerdo. Dependen de la alimentación de estos. Así, los cerdos alimentados con bellotas ingieren más cantidad de grasas insaturadas y generan grasas mas fluidas que son más apreciadas para el consumo y, por tanto, más caras. Son semisólidas. – Aceites. De origen vegetal. Contienen ácidos grasos insaturados o de cadena corta y por lo tanto son líquidos a temperatura ambiente.

Ceras

HO-(CH2)n-CH3

• El alcohol está formado por una larga cadena alifática (entre 14 y 30 átomo de carbono) • Es un monoalcohol

• Se esterifica con un ácido graso también de cadena larga (de 14 a 36 átomos de carbono)

Ácido palmítico

Alcohol miricilo

H3C-(CH2)14-COOH + HO-(CH2)29-CH3 H3C-(CH2)14-COO-(CH2)29-CH3 + H2O Palmitato de miricilo (cera de abeja)

• La longitud de estas moléculas es tan grande que las ceras son sustancias fuertemente apolares, sólidas y con un fuerte carácter hidrofobo. • Son secretadas por las glándulas sebáceas de los vertebrados para proteger e impermeabilizar la piel, el pelo, y las plumas. • Envuelve el exoesqueleto de los artrópodos. • Actúa como impermeabilizante en los recubrimientos céreos que protegen de la evaporación y del ataque de los parásitos a los frutos, las hojas y los tallos jóvenes de las plantas.

Lípidos complejos o de membrana • Se denominan lípidos complejos porque en su composición intervienen sustancias lipídicas (ácidos grasos) y otros componentes no lipídicos (alcoholes, glúcidos, ácido fosfórico, derivados aminados, etc.) • Son constituyentes de las membranas biológicas.

• En función del tipo de alcohol que contiene la molécula, se distinguen dos clases de lípidos complejos: glicerolípidos (contiene glicerol) y esfingolípidos (contiene esfingosina)

Glicerolípidos • Poseen dos moléculas de ácidos grasos (saturados o insaturados) unidos mediante enlaces éster a dos grupos alcohol del glicerol. • Según sea el sustituyente que está unido al tercer grupo alcohol del glicerol pueden ser de dos clases: Gliceroglucolípidos y glicerofosfolípidos.

Gliceroglucolípidos • El tercer grupo alcohol del glicerol forma un enlace Oglucosídico con un monosacárido. • Son los lípidos que se encuentran en las membranas de las bacterias y de las células vegetales.

Glicerofosfolípidos • Se denominan vulgarmente fosfolípidos y se caracterizan porque el tercer grupo del glicerol forma un enlace éster con una molécula de ácido ortofosfórico. • La molécula resultante recibe el nombre de ácido fosfatídico.

Propiedades de los glicerofosfolípidos • Debido a su carácter anfipático se pueden formar tres tipos de agregados cuando interaccionan con el agua. – Micelas

– Monocapas – Bicapas

Micelas • Cada micela es una minúscula gota lipídica, cuyos grupos polares se disponen hacia fuera para interaccionar con el agua. Suelen formar emulsiones que son dispersiones coloidales.

Monocapa • Cuando la concentración es baja, interaccionan con la fase acuosa mediante sus regiones polares, mientras que las cadenas apolares son repelidas y proyectadas hacia fuera, en el aire, donde interaccionan con las moléculas alifáticas de sus moléculas vecinas. Esta doble interacción es la responsable de que se extienda por la superficie del agua.

Bicapa • Cuando aumenta la concentración, son capaces de formar bicapas, mediante el autoensamblaje espontáneo de sus moléculas, que pueden considerarse como dos monocapas superpuestas y unidas por sus regiones hidrofóbicas.

Esfingolípidos • Poseen una estructura derivada de la ceramida, una molécula que resulta de la unión, mediante un enlace amida, de una molécula de ácido graso con un aminoalcohol llamado esfingosina. • Según sea el sustituyente unido al grupo alcohol de la ceramida, los esfingolípidos pueden ser de dos clases: esfingoglucolípidos y esfingofosfolípidos

Cerebr贸sidos

Gangli贸sido

Funciones • Forman parte de las membranas celulares, especialmente de la membrana plasmática, donde se intercalan entre los fosfolípidos y contribuyen al aumento de la rigidez. • Junto con las secuencias glucídicas de las glucoproteínas constituyen el glucocalix.

Terpenos o isoprenoides

• Son un conjunto de sustancias que presentan gran diversidad, tanto en el aspecto estructural como en las funciones que desempeñan, pero todas ellas responden a la estructura general derivada de la polimerización del isopreno (2-metil-butadieno) • Su clasificación, basada en el número de moléculas de isopreno que se unen entre sí, establece los siguiente grupos:

Monoterpenos (C10H14) • Formadas por la unión de dos moléculas de isopreno. • Son sustancias volátiles y de aromas penetrantes y característicos que constituyen las esencias vegetales (limoneno, mirceno, geraniol, mentol, timol, anetol, alcanfor)

Diterpenos (C20H26) • Constituidos por la unión de cuatro unidades de isoprenoides. • Entre ellos se encuentra el fitol, que forma parte de la clorofila. • Otros poseen carácter vitamínico y constituyen las vitaminas A, E, y K.

Triterpenos (C30H38) â&#x20AC;˘ Consta de seis unidades de isopreno y entre ellos destaca el escualeno y el lanosterol, que son precursoras en la sĂntesis del colesterol

Tetraterpenos (C40H50) • Está formado por la unión de ocho moléculas de isopreno y constituyen los pigmentos fotosintéticos de los vegetales. • Entre ellos se encuentran los pigmentos carotenoides, como los carotenos (de color anaranjado, que son precursores de la vitamina A), los licopenos (de color rojo) y la xantofilas (color amarillo)

Politerpenos (CnHm) • Están formados por la unión de miles de unidades de isopreno. • El caucho es un polímero formado a partir de los terpenos que contiene el látex del árbol Hevea brasilensis

Esteroides • Son compuestos policíclicos, cuya estructura está formada por cuatro anillos de carbono unidos, denominados A,B, C y D. • Se diferencian entre sí por el número y localización de sustituyentes y por la presencia de dobles enlaces en los anillos.

Sales biliares โ ข Emulsionan las grasas y favorecen su digestiรณn y posterior absorciรณn en el intestino.

Esteroles • Se caracterizan por tener un grupo alcohol en el C3, una cadena alifática ramificada en el C17 y un doble enlace entre el C5 y C6 • Entre los más importantes está la vitamina D y sobre todo el colesterol que forma parte de las membranas biológicas en las células animales, asociado con los demás lípidos de la bicapa, a la que confiere resistencia y rigidez y además es precursor del resto de esteroides.

Hormonas esteroideas • Hormonas de la corteza suprarrenal, entre las que se encuentran el cortisol, que estimula la síntesis de glucógeno y la degradación de grasas y proteínas y la aldosterona, que regula la excreción del agua y sales minerales por las nefronas del riñón.

• Hormonas sexuales masculinas (andrógenos, como la testosterona) y Hormonas sexuales femeninas (estrógenos y progesterona) que controlan la maduración sexual, el comportamiento y la capacidad reproductora.

Ácidos Nucleicos

SON GRANDES POLÍMEROS FORMADOS POR LA REPETICIÓN DE MONÓMEROS DENOMINADOS NUCLEÓTIDOS , UNIDOS MEDIANTE ENLACES FOSFODIÉSTER

Ácidos Nucleicos. LOS ÁCIDOS NUCLEICOS SON POLÍMEROS QUE ESTÁN CONSTITUIDOS POR UNIDADES FUNDAMENTALES, LOS NUCLEÓTIDOS. QUE SE UNEN ENTRE SI CON UNA DISPOSICIÓN DETERMINADA. LOS ÁCIDOS NUCLEICOS SON:

ADN (ácido desoxirribonucleico) ARN (ácido ribonucleico)

COMPOSICIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

FUNCIONES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS • EL ADN ES EL PORTADOR DEL MENSAJE GENÉTICO QUE PASARÁ DE UNA CÉLULA A SUS CÉLULAS HIJAS, PERO PARA ELLO PRIMERO HA DE DUPLICARSE MEDIANTE UN PROCESO CONOCIDO COMO REPLICACIÓN.

• LUEGO, EL CÓDIGO GENÉTICO CONTENIDO EN EL ADN DARÁ LUGAR A LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS, MEDIANTE DOS PROCESOS DIFERENTES: • TRANSCRIPCIÓN: MEDIANTE EL CUAL UN FRAGMENTO DE ADN ES COPIADO EN UNA MOLÉCULA DE ARN, QUE CONTENDRÁ EXACTAMENTE EL MISMO CÓDIGO QUE LA MOLÉCULA DE ADN DE LA QUE PROCEDE.

• TRADUCCIÓN: SE SINTETIZA LA PROTEÍNA CORRESPONDIENTE AL CÓDIGO DE ADN, Y PARA ELLO HAN DE INTERVENIR LOS DISTINTOS TIPOS DE ARN.

Composición ácidos nucleicos. Las sub unidades que conforman los ácidos nucleicos son los nucleótidos (nucleósido más ácido fosfórico). Los nucleótidos están formados por: • Pentosa (Ribosa o Desoxirribosa). • Base nitrogenada; púrica (Adenina o Guanina) o pirimidínica (Citosina, Timina o Uracilo). • Un grupo fosfato. Un sólo tipo de pentosa y un sólo tipo de base nitrogenada constituyen cada nucleótido.