Biologia

Bases químicas para la vida. (Hidratos de Carbono, Lípidos, proteínas y Ácidos nucleicos)

abril 21, 2016



Bases químicas para la vida.
(Hidratos de Carbono, Lípidos, proteínas y Ácidos nucleicos)



Las macromoléculas son moléculas que tienen una masa molecular elevada, formadas por un gran número de átomos. Generalmente se pueden describir como la repetición de una o unas pocas unidades mínimas o monómeros, formando los polímeros.

El término macromolécula se refiere a las moléculas que pesan más de 10.000 dalton de masa atómica.1 Pueden ser tanto orgánicas como inorgánicas, y algunas de gran relevancia se encuentran en el campo de la bioquímica, al estudiar las biomoléculas. Dentro de las moléculas orgánicas sintéticas se encuentran los plásticos. Son moléculas muy grandes, con una masa molecular que puede alcanzar millones de UMAs que se obtienen por las repeticiones de una o más unidades simples llamados "monómeros" unidos entre sí mediante enlaces covalentes.

Tipos de macromoléculas

Naturales
·         - Polisacáridos (almidón - celulosa)
·         - Proteínas
·        - Ácidos nucleicos
·        - Carbohidratos
·        - Lípidos

Artificiales
·        - Poliuretano
·        - Polietileno
·        - Cloruro de polivilino (PVC)
·        - Politetrafluoroetileno

Según su estructura molecular
·        - Lineales: Los monómeros se unen por dos sitios (cabeza y cola).
·        - Ramificados: Si algún monómero se puede unir por tres o más sitios

Según su composición
·        - Homopolímeros: un monómero.
·        - Copolímeros: dos o más monómeros.

Para efectos de la biología celular, abordaremos las de tipo natural. Es decir lípidos, hidratos de carbonos (carbohidratos), proteínas y ácidos nucleicos.

Los átomos de carbono desempeñan una función importante en la formación de las moléculas biológicas.

Cada átomo de carbono tiene capacidad para establecer enlaces hasta con cuatro átomos, que pueden ser otros átomos de carbono. Esta propiedad le permite formar moléculas grandes cuyo esqueleto consiste en una cadena de átomos de carbono. Las moléculas que sólo contienen hidrógeno y carbono se denominan hidrocarburos. La mayor parte de las moléculas de importancia biológica posee grupos funcionales que incluyen uno o más átomos electronegativos que tornan a la molécula más polar, hidrosoluble y reactiva

Las moléculas biológicas son miembros de cuatro grupos importantes: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Los carbohidratos incluyen a los azúcares simples y grandes moléculas (polisacáridos) elaboradas con monómeros de azúcar.

Los carbohidratos funcionan de manera primaria como almacén de energía química y como material durable para la construcción biológica. Los azúcares simples de importancia biológica se integran con esqueletos de tres a siete átomos de carbono, con cada carbono unido a dos grupos hidroxilo menos uno, que posee un grupo carbonilo. Los azúcares con cinco o más átomos de carbono reaccionan de modo espontáneo para crear moléculas en forma de anillo. Los átomos de carbono situados a lo largo del esqueleto del azúcar unidos a cuatro grupos diferentes son sitios de estereoisomerismo y generan pares de isómeros que no pueden superponerse. El carbono asimétrico más alejado del carbonilo determina si el azúcar es d o l. Los azúcares se unen entre sí mediante enlaces glucosídicos para formar disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. En animales el azúcar se almacena sobre todo como glucógeno, un polisacárido ramificado que constituye una fuente de energía rápidamente disponible. En las plantas, las reservas de glucosa se almacenan como almidón, una mezcla de amilosa no ramificada y amilopectina ramificada. La mayor parte de los azúcares, tanto glucógeno como almidón, se unen por medio de enlaces α(1 → 4). La celulosa es un polisacárido estructural elaborado por células vegetales que constituye el componente principal de la pared celular. En la celulosa los monómeros de la glucosa se unen por enlaces del tipo β(1 → 4), que pueden cortarse por efecto de la celulasa, una enzima que no está presente en los animales. La quitina es un polisacárido estructural compuesto por monómeros N-acetilglucosamina



Los lípidos son un ordenamiento diverso de moléculas hidrófobas que tienen diferente estructura y funciones.

Las grasas se conforman con moléculas de glicerol esterifi cado a tres ácidos grasos. Los ácidos grasos difi eren en la longitud de su cadena, número y posición de sus enlaces dobles (sitios de insaturación). Las grasas son muy ricas en energía química; un gramo de grasa contiene más de dos veces la energía que posee un gramo de carbohidrato. Los esteroides son un grupo de lípidos que contienen un esqueleto hidrocarbonado característico de cuatro anillos. Entre los esteroides se incluye al colesterol así como a diferentes hormonas (p. ej., testosterona, estrógeno y progesterona), que se sintetizan a partir del colesterol. Los fosfolípidos son moléculas lipídicas que contienen fosfato, poseen extremos hidrófilos e hidrófobos y desempeñan un papel importante en la estructura y función de las membranas celulares. 



Las proteínas son macromoléculas con funciones diversas constituidas por aminoácidos unidos por enlaces peptídicos que forman cadenas polipeptídicas.

Los diferentes ordenamientos de las proteínas incluyen enzimas, materiales estructurales, receptores membranosos, factores que regulan genes, hormonas, agentes transportadores y anticuerpos.
El orden en el que se incorporan los 20 aminoácidos en una proteína está codificado en la secuencia nucleotídica del DNA. Los 20 aminoácidos muestran una organización estructural común consistente en un carbono alfa unido a un grupo amino, un grupo carboxilo y una cadena lateral de estructura variable. En el presente esquema, las cadenas laterales se clasifi can en cuatro categorías: con carga neta a pH fi siológico; los que son polares, pero sin carga y que son capaces de formar puentes de hidrógeno; no polares que interactúan por medio de fuerzas de van der Waals; y tres aminoácidos (prolina, cisteína y glicina) que poseen propiedades únicas.





La estructura de las proteínas puede describirse en cuatro niveles de complejidad incrementada de forma gradual.

La estructura primaria se describe por medio de la secuencia aminoacídica de un polipéptido; la estructura secundaria a través de la estructura tridimensional (conformación) de secciones del esqueleto polipeptídico; la estructura terciaria por la conformación del polipéptido entero, y la estructura cuaternaria por la disposición de las subunidades si la proteína tiene más de una cadena polipeptídica. La hélice alfa y la hoja beta plegada son estables, en particular las estructuras secundarias vinculadas por puentes de hidrógeno que son comunes en muchas proteínas. La estructura terciaria de una proteína es muy compleja y única para cada tipo individual de proteína. La gran mayoría de las proteínas posee una estructura globular en la que la cadena polipeptídica se pliega para formar una molécula compacta en donde los residuos específicos están situados de manera conveniente, lo cual posibilita que la proteína realice una función específica. La mayor parte de las proteínas muestra dos o más dominios que mantienen una independencia de estructura y función. Al utilizar la técnica de mutagénesis dirigida, los investigadores han dilucidado la función de residuos aminoacídicos específicos al efectuar sustituciones específicas. En años recientes, un nuevo campo de la proteómica ha aparecido y usa nuevas tecnologías, como la espectroscopia de masas y el uso de computadoras, para estudiar las diferentes propiedades de las proteínas a gran escala. Las distintas interacciones entre las 6 000 proteínas codificadas por el genoma de la levadura que se han analizado por diferentes tecnologías son un ejemplo. 



La información que se requiere para que una cadena polipeptídica adquiera su conformación nativa está codificada en su estructura primaria.

Algunas proteínas se pliegan en su estructura terminal de manera espontánea; otras necesitan la ayuda de chaperonas inespecíficas, que evitan la agregación de los intermediarios del plegamiento.


Los ácidos nucleicos son sobre todo moléculas informacionales que consisten en cadenas integradas por monómeros de nucleótidos.
Cada nucleótido es una cadena que posee un azúcar, un fosfato y una base nitrogenada. Los nucleótidos se unen mediante enlaces entre el grupo hidroxilo 3′ del azúcar de un nucleótido y el grupo 5′ fosfato del nucleótido adyacente. El RNA y el DNA se ensamblan a partir de los cuatro nucleótidos diferentes que se distinguen por sus bases que pueden ser pirimidinas (citosina o uracilo/timina) o purinas (adenina o guanina). El DNA es una doble cadena de ácidos nucleicos y el RNA es por lo regular una cadena sencilla y plegada sobre sí misma con secciones de doble cadena. La información en los ácidos nucleicos está codificada en la secuencia específica de nucleótidos que forman la cadena


Tomado de: 

  • Biología Celular y Molecular Gerald Karp 6° ED. Capítulo 2: Bases químicas para la vida.  

  • Graficos de: http://www.asturnatura.com/

     

 

 

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