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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