Biomoléculas

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Biomoléculas

Las células son estructuras increíblemente complejas y variadas, capaces no sólo de autoreplicarse- la propia esencia de la vida- sino también de realizar una amplia gama de tareas especializadas en organismos pluricelulares. Sin embargo, las células siguen las mismas leyes de la química y la física que determinan el comportamiento de los sistemas inertes.

Las células están compuesta de agua, iones, inorgánicos y moléculas que contiene carbono (orgánicas). El agua es la molécula más abundante en las células, representando 70% o más de la amasa celular total. En consecuencia , las interacciones entre el agua y el resto de los componentes celulares tiene una importancia central en la química biológica. La propiedad crítica del agua al respecto es que es una molécula polar, donde los átomos de hidrógeno poseen una carga ligeramente positiva y le oxígeno posee una carga ligeramente negativa. Debido a la naturaleza polar, las moléculas de agua pueden formar enlaces o puentes de hidrógeno entre sí o con otras moléculas polares así como interaccionar con iones cargados positiva i negativamente. Como resultado de estas interacciones, los iones y las moléculas polares son fácilmente solubles en agua (hidrofílicas). Por el contrario, las moléculas no polares, que no pueden interaccionar con el agua, son escasamente solubles en el medio acuoso (hidrofóbas). En consecuencia, las moléculas no polares tienden a minimizar su contacto con el agua relacionándose estrechamente entre sí.

Los iones inorgánicos de la célula, incluyendo el sodio (Na), potasio (K), magnesio (Mg), calcio (Ca), fosfato (HPO4-2), cloro (Cl) y bicarbonato, constituyendo un 1% menos de la masa celular total. Estos iones están implicados en numerosos aspectos del metabolismo celular, y de este modo, desempeñan importantes papeles en la función celular.

Sin embargo las moléculas orgánicas son los únicos componentes característicos de las células. La mayoría de estos componentes orgánicos pertenecen a una de cuatro clases de moléculas: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Las proteínas, ácidos nucleicos, y la mayoría de los carbohidratos (polisacáridos) son macromoléculas formadas por la unión (polimerización) de cientos o miles de precursores de bajo peso molecular: aminoácidos, nucleótidos o azúcares simples, respectivamente. Dichas moléculas constituyen entre el 80% y el 90% del peso en seco de la mayoría de las células. Los lípidos son el otro constituyente principal de las células. El resto de la masa celular se compone de una variedad de pequeñas moléculas, incluyendo los precursores macromoleculares. La química básica de las células puede así entenderse en términos de las estructuras y funciones de cuatro tipos principales de macromoléculas orgánicas

Componentes inorgánicos.

Agua

Esta molécula sencilla constituye la sustancias más abundante en los seres vivos ( de un 65% a un 95% de su masa). La importancia del agua radica en sus propiedades físico- químicas y funciones en los seres vivos.

Propiedad	Descripción	Ejemplo de beneficios para el cuerpo
Fuerte polaridad	Las moléculas polares de agua atraen iones otros compuestos polares, haciéndose que se disocien	Pueden disolverse en las células muchos tipos e moléculas, permitiendo gran variedad de reacciones químicas y el transporte de numerosas sustancias polares.
Elevado calor específico	El agua puede absorber una gran cantidad de calor mientras que su temperatura asciende ligeramente.	Esto la convierte en un buen aislante térmico que mantiene la temperatura interna de los seres vivos a pesar de las variaciones externas La temperatura corporal permanece relativamente constante.
Alto calor de vaporización	El agua tiene la propiedad de absorber mucho calor cuando cambia del estado líquido al gaseoso, por tanto, para que una molécula se “escape” de las adyacentes, han de romperse las uniones entre ellas y, para esto, se necesita una gran cantidad de energía.	La evaporación del agua por la sudoración enfría el cuerpo. Esta propiedad es utilizada como mecanismos de regulación térmica.
Fuerza de cohesión	La cohesión es la tendencia de las moléculas de agua a estar unidad entre sí, esta característica la hace un líquido prácticamente incomprensible	El agua actúa como lubricante o almohadón para proteger frente a las lesiones por fricción o traumatismo.
Estados del agua	El agua, al descender la temperatura, a partir de los 4° C, empieza a aumentar su volumen y disminuir su densidad	Las capas de hielo en los lagos y mares se mantienen en la superficie, lo cual aísla al medio acuático de las bajas temperaturas permitiendo el desarrollo de una diversidad de seres vivos.

Iones inorgánicos

En los sistemas vivos, las sales inorgánicas se encuentran básicamente de tres modos diferentes.

Disueltas

La mayor parte de las sales se hallan disueltas en medios acuosos, tal es el caso del Sodio (Na+), Potasio (K+), Calcio (Ca2+), Cloruro (Cl-), Bicarbonato (HCO3-) o Fosfato (PO4 3-), iones que participan en diversas reacciones químicas en función de su afinidad eléctrica. Por ejemplo, regulación de la acidez (pH) y formación de potenciales eléctricos.

Además es muy importante considerar que sales como el Sodio (Na+) y el Cloruro (Cl-) mantienen el equilibrio hidrosalino.

Precipitadas

Otras sales se encuentran precipitadas formando, de este modo, estructuras sólidas y rígidas; tal es el caso del fosfato cálcico (Ca3 (P04)2), que al precipitar sobre una matriz de proteínas fibrosas forma los huesos. El caparazón de los moluscos y de los crustáceos y la dentina de los dientes están formados por carbonato cálcico (CaCO3) y las espículas de algunas esponjas están formadas por sílice (SiO2).

Combinadas

Otras moléculas inorgánicas, por último, se encuentran combinadas con alguna molécula orgánica. El ejemplo más llamativo es el hierro (Fe2+) en la molécula de hemoglobina y el magnesio (Mg2+) en la clorofila. También algunos iones se asocian a enzimas. En un organismo vivo, la mayoría de las reacciones químicas ocurren por la existencia de unas sustancias que las catalizan denominadas enzimas. Sin estos catalizadores, dichas reacciones se desarrollarían a velocidades tan bajas que apenas rendirían cantidades apreciables del producto. Muchas enzimas necesitan para su funcionamiento la presencia de algunas sales (cofactores enzimáticos).

Minerales Fundamentales en la nutrición humana

Macromoléculas	Calcio	Constituyentes de huesos y dientes; participación de la actividad nerviosa y muscular; factor de coagulación, cofactor enzimático
	Fósforo	Constituyente de: huesos, dientes, ATP, intermediarios metabólicos fosforilados y ácidos nucleicos.
	Sodio	Catión principal del medio extracelular. Regula la volemia, balance de ácidos/base, función nerviosa y muscular, bomba Na , K – ATPasa
	Potasio	Catión principal del medio intracelular, función nerviosa y muscular, bomba Na/K . ATP asa
	Cloro	Balance de electrolitos, constituyente del jugo gástrico
	Magnesio	Catión importante del líquido intracelular, esencial para la actividad de un sinnúmero de enzimas, para la transmisión neuronal y la excitabilidad muscular. Actúa como cofactor de todas las enzimas involucradas en las reacciones de transferencia de fosfato que utilizan ATP.
Microminerales	Yodo	Constituyentes de hormonas tiroídeas (tiroxina)
	Flúor	Incrementa la dureza de huesos y dientes
	Hierro	Presente en la hemoglobina para el transporte de O2

* Macrominerales son necesarios en cantidades mayores de 100 mg por día

Componentes Orgánicos

Proteínas

Las proteínas son los principales componentes de los seres vivos: constituyen más de la mitad de la masa seca de una célula y son responsables de una gran cantidad de funciones.

Todas están formadas por la misma estructura básica: son polímeros formados por la unión de aminoácidos. Éstos últimos son moléculas constituidas por C, H, O, N y en algunos casos poseen también átomos de azufre (S).

Aminoácidos:

Los aminoácidos son las unidades básicas que estructuran las proteínas, por lo tanto, son sus monómeros. (monómero: mono=uno; mero= unidad).

Son moléculas formadas por un grupo amino (-NH2), que tiene características básicas, y un grupo carboxilo (-COOH), con propiedades ácidas. Ambos grupos unidos a un mismo carbono. En las proteínas hay 20 aminoácidos diferentes, comunes a todos los seres vivos existentes en la tierra, son los que están codificados en los ácidos nucleicos; no obstante, en las células se encuentran otros que resultan de transformaciones de uno o más de los 20 aminoácidos que se presentan comúnmente.

Un individuo necesita de un aporte constante de aminoácidos para la síntesis de sus proteínas. En los organismos heterótrofos algunos de éstos pueden ser sintetizados por el propio organismo a partir de otras moléculas; otros, en cambio, tienen que ser incorporados en la dieta.

Los aminoácidos que deben ser incorporados se conocen como aminoácidos esenciales. En el caso de la especie humana son diez (Arginina, Histidina, Isoleucina, Leucina, Lisina, Metionina, Fenilalanina, Treonina, Triptófano, Valina).

Polipéptidos

Los aminoácidos se unen entre sí mediante enlaces peptídicos. La unión de dos monómeros origina un dipéptido; la de tres un tripéptido y así sucesivamente, a éstos se les denomina oligopéptidos. Mayores oligomerizaciones (10 a 100 residuos aminoacídicos), se les llama polipéptidos.

Propiedades de las proteínas

Sus propiedades físico-químicas dependen de su composición aminoacídica y de su conformación. Las propiedades comunes a todas las proteínas son dos: especificidad y desnaturalización.

a) Especificidad: Cada proteína tiene una función exclusiva, por ejemplo las enzimas. Cada individuo posee ciertas proteínas con una secuencia aminoacídica determinada, como se pone en evidencia en el rechazo de los órganos transplantados.

b) Desnaturalización: Este fenómeno ocurre cuando la proteína es sometida a condiciones diferentes a las que naturalmente tiene, consiste en la pérdida parcial o permanente de la configuración de la proteína, lo cual provoca su pérdida funcional La desnaturalización se puede hacer mediante diversos medios físicos y químicos, por ejemplo, cambios de temperatura, valores extremos de pH, etc.

Configuración de las proteínas

a) Estructura primaria: se define como el orden o la secuencia de sus aminoácidos unidos mediante enlace peptídico. Este nivel estructural, codificado genéticamente, se conoce cuando se sabe el número, la estructura o identidad y el orden de todos sus residuos aminoácidos, y constituye la estructura básica de las proteínas. Ésta secuencia de aminoácidos va a determinar la estructura tridimensional de las proteínas y por ende su función.

b) Estructura secundaria: los giros alrededor de los enlaces simples permiten la formación de estructuras secundarias. Corresponde al ordenamiento regular que adoptan sectores de la cadena peptídico a lo largo de un eje, debido a la interacción de los grupos carboxílicos y acídicos con formación de puentes de hidrógeno; las principales son a hélice y la conformación b.

a - Hélice: disposición de las cadenas peptídicas, con predominio del eje longitudinal formando un hélice, está estabilizada por puentes de hidrógeno intracatenarios que se estableen entre los elementos del enlace peptídico.

b Plegada: disposición regular de las cadenas polipeptídicas con predominio del eje longitudinal y estabilizada por puentes de hidrógeno intracatenarios. Las cadenas se disponen en zig - zag, por lo que esta estructura se denomina hoja plegada.

c) Estructura terciaria: disposición estabilizada mediante interacciones débiles, que se e establecen entre las cadenas laterales de los residuos de aminoácidos y por el enlace covalente por puente disulfuro. Las interacciones débiles pueden ser: uniones salinas o iónicas, fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno y uniones hidrofóbicas, según la identidad de los aminoácidos cuyas cadenas laterales se enfrenten.

d) Estructura cuaternaria: corresponde al nivel estructural de las proteínas, constituido por 2 o más cadenas polipeptídicas, idénticas o diferentes en estructura, generalmente en número par, unidas por interacciones no covalentes del tipo de puentes de hidrógeno, de uniones iónicas o electrostáticas y uniones hidrofóbicas según las proteínas.

La hemoglobina es una proteínas formada por 4 cadenas polipeptídicas, denominadas globulinas. Para realizar cada una de sus funciones , requiere de la integridad de su estructuras cuaternaria.

Funciones de las proteínas

Las proteínas dirigen prácticamente la totalidad de los procesos vitales, incluso aquellos destinados a la producción de ellas mismas. Determinan la forma y la estructura de las células. Sus funciones se relacionan con sus múltiples propiedades, que son el resultado de la composición de aminoácidos, de la secuencia y del modo en que la cadena se pliega en el espacio.

Función	Ejemplo
Estructural	àCiertas glucoproteínas forman parte de las membranas y participan como receptores o facilitan el transporte de sustancias. àLas proteínas del citoesqueleto, de las fibras del huso, de los cilios, flagelos y de los ribosomas.
Estructural	Proteínas que confieren resistencia y elasticidad a los tejidos: · El colágeno del tejido conjuntivo fibroso. · La elastina el tejido conjuntivo elástico. · La queratina de la epidermis.
Hormonal	· La insulina y el glucagón (que regulan la glicemia), la hormona del crecimiento y la calcitonina (que regula la calcemia).
Defensiva	· Inmunoglobulinas actúan como anticuerpos. · La trombina y el fibrinógeno participan en la formación de coágulos, y por ende evitan las hemorragias.
Transporte	· Transportan O2, la hemoglobina, en vertebrados y la mioglobina, en el interior de la célula muscular. · Lipoproteínas transportan lípidos en la sangre. · Proteínas transportadoras de la membrana plasmática que regulan el paso de solutos y agua a través de ella.
Contráctil	· Actina y miosina son parte de las miofibrillas, responsables de la contracción muscular.
Reserva	· La ovoalbúmina del huevo, la gliadina del grano de trigo, entre otras, son la reserva de aminoácidos para el desarrollo del embrión.
Enzimática	· Las enzimas son catalizadoras de las reacciones químicas dentro de las células, es decir, aceleran la velocidad de las mismas. Son numerosas y altamente especificas. Sin estos catalizadores, dichas reacciones se desarrollarían a velocidades tan bajas que apenas rendirían cantidades apreciables del producto. Muchas enzimas necesitan para su funcionamiento la presencia de algunas sales. · Actúa a valores de pH y de temperatura específicas y cualquier cambio brusco de estos factores podría dejarlas inutilizables (desnaturalización). · La amilasa cataliza la degradación de los azucares. La lipasa cataliza la degradación de los lípidos.

Enzimas

Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores biológicos que aceleran las reacciones químicas dentro de la célula sin transformarse ellas mismas en una molécula diferente. Las células transforman la energía que toman del entorno en energía química la que les resulta útil para realizar trabajos químicos, mecánicos, etc.

Tiene 2 características fundamentales: 1° Aumentan la velocidad de las reacciones químicas sin ser consumidas o alteradas permanentemente por la reacción; 2° Aumentan la velocidad de las reacciones si alterar el equilibrio químico entre sustratos y productos

Las reacciones químicas para su inicio requieren siempre un aporte de energía llamada energía de activación. Las enzimas son un tipo especial de proteínas que aceleran las reacciones químicas tanto en el medio intra como en el extra celular. Esta aceleración se debe a la capacidad que tienen las enzimas en disminuir la energía de activación (Ea) de la reacción química, es decir, permiten que una reacción ocurra en un breve lapso de tiempo. La energía de activación (Ea) representa la energía mínima necesaria que deben alcanzar los reactantes (sustratos) para pasar a productos.

Propiedades de las enzimas

a) Son altamente específicas

b) Son de naturaleza proteica

c) Aceleran las reacciones químicas

d) Actúan en pequeñas cantidades

e) No modifican el equilibrio reactante y producto

f) Son reutilizables

g) Son sintetizadas por ribosomas libres o adheridas a membranas

Actividad catalítica

La unión del sustrato al sitio activo de una enzima es una interacción muy específica. Los lugares activos son grietas o hendiduras en la superficie de las enzimas, habitualmente compuestas de aminoácidos de diferente cadenas que se aproximan con la estructura de la proteína plegada. Los sustratos se ligan inicialmente al lugar activo mediante interacciones no covalentes, incluyendo enlaces de hidrógeno, enlaces iónicos e interacciones hidrofóbicas. Una vez que este sustrato está unido al lugar activo de una enzima, múltiples mecanismos pueden acelerar su conversión en el producto de la reacción.

La enzima proporciona un molde sobre el que los reactantes se aproximan y se orientan correctamente para favorecer la formación del estado de transición en el que interactúan.

Las enzimas también aceleran las reacciones alterando la conformación de sus sustratos para acercarse al del estado de transición.

El modelo más sencillo de la interacción enzima – sustrato es el modelo de llave y cerradura, en el que el sustrato encaja perfectamente en el sitio activo.

En muchos casos, sin embargo, las configuraciones tanto de la enzima como del sustrato son modificadas por la unión del sustrato, un proceso denominado ajuste inducido o modelo inducido. Es estos casos la conformación del sustrato se altera de tal forma que se asemeja más a la del estado de transición. El estrés producido por esta distorsión en el sustrato puede facilitar aún más su conversión hasta alcanzar el estado de transición debilitando enlaces cruciales. Además el estado de transición se estabiliza por su estrecha unión a la enzima, disminuyendo de este modo la energía de activación adquirida.

Factores que afectan la actividad enzimática

a) Efecto del pH: las enzimas actúan dentro de límites estrechos de pH (pH óptimo de la reacción). Por ejemplo, la pepsina tiene un pH óptimo de 1,5 a 2. Cuando se grafica la actividad enzimática para valores crecientes de pH, comenzando desde la zona ácida, se obtiene una curva en forma de campana. El peak de la curva corresponde al pH óptimo en el cual la enzima tiene su máxima actividad. En medios muy ácidos o muy alcalinos, la enzima de desnaturaliza y se inactiva. Algunas enzimas tienen actividad óptima a un pH ácido y otras en un pH alcalino.

b) Temperatura: la velocidad de las reacciones enzimáticas aumenta por lo general con la temperatura, dentro del intervalo en que la enzima es estable y activa. La velocidad por lo general se duplica por cada 10°C de aumento térmico. La actividad enzimática máxima se alcanza a una temperatura óptima, luego la actividad decrece y finalmente cesa por completo; la actividad enzimática disminuye a causa de la desnaturalización progresiva de la enzima por acción de la temperatura. A bajas temperaturas, las reacciones disminuyen mucho o se detienen, pero la acción catalítica reaparece cuando la temperatura se eleva a valores normales para la enzima.

c) Concentración de sustrato: principalmente la velocidad de la reacción o catálisis varía de acuerdo a la concentración del sustrato. Cuando las concentraciones del sustrato son bajas, la velocidad aumenta rápidamente. A medida que el sustrato aumenta, la enzima se satura y alcanza un punto de equilibrio en el cual la velocidad no depende de la concentración del sustrato. En este caso el exceso de sustrato no es atacado por las enzimas ya que estas tienen sus sitios activos ocupados, alcanzándose así el máximo de velocidad.

Proteínas de la membrana plasmática

Aunque la estructura básica de las membranas biológicas está determinada por la bicapa lipídica, la mayoría de sus funciones específicas están desempeñadas por las proteínas. Por consiguiente, la cantidad y el tipo de proteínas de una membrana son muy variables y cumplen variadas funciones tales como: ser transportadoras, enzimas, receptores, estructurales, fijadoras del citoesqueleto, formar parte de la matriz extracelular, etc.

De acuerdo a su ubicación, se pueden clasificar en dos tipos: las que atraviesan la bicapa de lado a lado, proteínas intrínsecas o integrales y las ubicadas en la superficie, proteínas extrínsecas o periféricas.

Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos son macromoléculas formadas por C, H, O, N y P cuyas unidades monoméricas son los nucleótidos.

Los ácidos nucleicos – ADN y ARN – son las principales moléculas de información de la célula. El ácido desoxirribonucléico (ADN) desempeña un papel único como material genético, que en las células eucariontes se encuentra en el núcleo. Distintos tipos de ácidos ribonucléicos (ARN) participan en distintas actividades celulares. El ARN mensajero (ARNm) transporta información des de el ADN a los ribosomas, donde sirve como molde para la síntesis de proteínas. Otros dos tipos de ARN (ARN ribosómico y ARN de transferencia) están implicados en la síntesis de proteínas.

El DNA es el material genético que los organismos heredan de sus padres. En él están los genes, porciones específicas de la macromolécula de DNA que programan las secuencias de aminoácidos y que corresponde a la estructura primaria de las proteínas. De este modo, y a través de las acciones de las proteínas, el DNA controla la vida de la célula y del organismo.

Nucleótidos

Los nucleótidos constituyen la unidad fundamental de los ácidos nucleicos y están formados por tres subunidades características.

àGrupo fosfato (PO4 2-).

àAzúcar de cinco carbonos (pentosa)

àBase nitrogenada (púrica : adenina y guanina;

Pirimidina : citocina, timina y uracilo)

ADN (Ácido desoxirribonucleico)

Todos los organismos celulares, tanto procariotas como eucariotas, tienen DNA de doble cadena como molécula hereditaria.

En las células eucariotas, el DNA se encuentra en el núcleo y una pequeña cantidad en las mitocondrias y los cloroplastos. En las células procariotas, la molécula de DNA es bicatenaria, circular, cerrada y desnuda (libre de histonas), igual que en mitocondrias y cloroplastos. Además posee pequeños anillos de DNA llamados plásmidos.

Organización de ADN

Estructura primaria: Se trata de la secuencia de desoxirribonucleótidos a lo largo de la cadena polinucleotídica. Los desoxirribonucleótidos que forman el DNA son los de adenina, guanina, citosina y timina. La información genética está contenida en el orden exacto de los nucleótidos.

Estructura secundaria: La estructura secundaria de la doble hélice del DNA, permite explicar, además del almacenamiento de la información genética, el mecanismo de duplicación del DNA (replicación semiconservativa), para transmitir la información a las células hijas.

El modelo de doble hélice propuesto por Watson y Crick se basó en la interpretación de las siguientes evidencias:

1.- Ley de Chardaff: complementariedad de las bases nitrogenadas, la cantidad de adenina debe ser igual a la timina, y la cantidad de citocina a la de guanina.

2.- Difracción con rayos X realizados por Rosalind Franklind.

Tal como se aprecia en el siguiente es que es posible concluir que:

à El ADN está formada por dos hebras antiparalelas.

à Las bases nitrogenadas se unen mediante puentes de hidrógeno constantes, en el centro de la doble hélice

à Los nucleótidos se unen entre si mediante enlaces fosfodiester.

Estructura terciaria:

Se refiere a la forma de como se almacena el DNA en un volumen reducido, es diferente en los procariontes y en los eucariontes.

Las bacterias contienen una sola molécula de DNA bicatenaria (doble hélice), desnuda (no asociada a proteínas) que tiene forma circular. En las mitocondrias y cloroplastos de las células eucariotas, el DNA presenta la misma estructura.

El DNA de los eucariontes, debe empaquetarse para caber en un espacio de un micrómetro. Para conseguir el máximo empaquetamiento se une a proteínas de dos tipos: histonas y proteínas cromosómicas no histonas. Estas últimas incluyen miles de proteínas con funciones muy diversas, como la síntesis de RNA o de DNA, entre otras. Esta asociación DNA-proteínas forma una unidad estructural y funcional llamada cromatina.

La forma en que se pliega la molécula de DNA en el núcleo de las células eucariontes es importante por dos razones: permite disponer de grandes moléculas en poco espacio y determina la actividad de los genes.

Las histonas son proteínas estructurales que contienen gran cantidad de aminoácidos con carga positiva, por lo que se unen estrechamente al DNA. También se ha demostrado que son reguladoras de la actividad de muchos genes, es decir, son capaces de promover su expresión.

Replicación del ADN

La replicación consiste en la formación de dos moléculas de DNA con una secuencia de bases idénticas a partir de una molécula de DNA inicial.

De acuerdo al modelo de Watson y Crick, la replicación del DNA se basa en la complementariedad de las bases. Si una cadena de la molécula de DNA tiene una secuencia de bases, la otra cadena debe tener las bases complementarias. Por ejemplo, si una cadena tiene la secuencia 5’ – ATTCGG – 3’, la cadena complementaria es de 3’ –TAAGCC – 5’.

Esta complementariedad de la molécula de DNA provee un medio fiel de replicación. A esta forma de replicación se le denomina semiconservativa, ya que se conserva la secuencia de cada una de las hebras de la macromolécula doble original. Se separan las dos hebras originales y cada una sirve como molde para construir una nueva cadena. De esta forma, la secuencia de nucleótidos se duplica con exactitud y la información genética permanece constante.

Cabe señalar que como ambas hebras son antiparalelas, existirán diferencias en la replicación de ambas debido a la acción de enzima polimerasa, la cual siempre actúa en dirección 5 à 3, siendo su hebra molde la 3à5, la que es denominada como hebra continua, en cambio la otra hebra 5à3 es denominada como discontinua.

ARN (Ácido ribonucleico)

El RNA es un polirribonucleótido formado fundamentalmente por lo ribonucleótidos de adenina, guanina, citosina y uracilo (en vez de la timina del DNA). La pentosa es la ribosa.

Los RNA suelen ser monocatenarios, salvo en algunos virus, aunque pueden presentar regiones de apareamiento intracatenarias.

Los RNA se transcriben copiando una cadena de la doble hélice del DNA (molde, templado o patrón), mediante la complementariedad de bases. Se debe mencionar que existe una hebra molde, y otra no molde.

Existen distintos tipos de RNA que se pueden clasificar según su actividad biológica:

· RNA mensajero (mRNA)

· RNA ribosómico (rRNA)

· RNA transferencia (tRNA)

En las células eucariontes se les encuentra en el núcleo citoplasma y en el interior de mitocondrias y cloroplastos.

Lípidos

Son una familia bastante heterogénea de compuestos orgánicos, formados principalmente por C, H y O unidos por enlaces covalentes apolares, que casi lo único que tienen en común es su gran insolubilidad en agua (hidrofóbicas). Esta propiedad permite a los lípidos ser extraídos desde los tejidos y órganos mediante solventes orgánicos apolares (éter, benceno, bencina, cloroformo, acetona, etc.).

Además no forman polímeros y presentan en su estructura una menor proporción de oxígeno que los carbohidratos.

Funciones de lípidos:

· Forman parte de las membranas celulares.

· Regulan la actividad de las células y tejidos (Hormonas y Prostaglandinas).

· Constituyen las principales formas de almacén de energía en los seres vivos.

· Constituyen las vitaminas liposolubles (A, D, E, K)

Debido a su heterogeneidad existen varios modos de clasificar a los lípidos, siendo el más aceptado el que los agrupa en su capacidad de ser o no saponificables (hidrólisis alcalina):

Ácidos Grasos * Saturados (Enlaces simples)

* Insaturados (Enlaces dobles)

Lípidos Saponificables * Acilglicéridos o Glicéridos (Mono, Di, Tri)

(posee ácidos grasos en su estructura) * Lípidos de membrana (esfingolípidos, glicerolípidos)

Lípidos Insaponificables * Terpenos

(no poseen ácidos grasos en su estructura) * Esteroides

* Eicosanoides

Los Ácidos Grasos

Son moléculas que en general, no se encuentran libres en la célula debiendo obtenerlos por hidrólisis desde los lípidos saponificables, en donde están almacenados.

Presentan un grupo carboxilo polar e hidrofílico (-COOH) unido a una cadena hidrocarbonada apolar e hidrofóbica (que puede ser saturada o insaturada). Es esta doble naturaleza la que permite considerarlos moléculas anfipáticas. Es por ello que, al aumentar el tamaño de la cadena apolar hidrofóbica disminuye notablemente su solubilidad en agua, haciendo de los ácidos grasos naturales muy poco solubles en agua.

Algunos ácidos grasos contienen dobles enlaces entre los carbonos del hidrocarburo (insaturaciones), que causan que la cadena se flexione e impide que las moléculas se empaqueten fuertemente entre sí y que solidifiquen a la temperatura ambiente (menor punto de fusión).Por lo tanto los ácidos grasos que poseen dobles enlaces se denominan insaturados a diferencia de los que presentan enlaces simples denominados saturados, los cuales al tener un mayor punto de fusión hace que sean sólidos a temperatura ambiente.

LOS ÁCIDOS GRASOS INSATURADOS Y DE CADENA CORTA SON MÁS FLUIDOS

Lípidos Saponificables

I.- Acilglicéridos: También llamados glicéridos. Son lípidos constituidos por una molécula de glicerol a la cual se le pueden unir; uno (monoglicérido), dos (diglicéridos) o tres moléculas de ácidos grasos (triglicéridos). Los triglicéridos se clasifican según su estado físico, en aceites y grasas.

a) Aceites: Son líquidos a temperatura ambiente pues los ácidos grasos presentes en el lípido son del tipo insaturado y de cadena corta. Son de origen vegetal.

b) Grasas: Son sólidos a temperatura ambiente pues los ácidos grasos presentes en el lípido son del tipo saturado y de cadena larga. Son de origen animal.

La imagen de izquierda a derecha muestra la formación de un triglicérido a partir de una molécula de glicerol más tres ácidos grasos del tipo saturado. El enlace se llama tipo éster o estérico y el proceso, esterificación o condensación, el cual da como resultado la liberación de 3 moléculas de agua por triglicérido. De derecha a izquierda se indica la hidrólisis, si se realiza en un medio alcalino se obtendrá jabón y el proceso se denomina saponificación.

Funciones de los glicéridos:

· Reserva energética: A diferencia de muchas plantas, los animales sólo tienen una capacidad limitada para almacenar carbohidratos. En los vertebrados, cuando los azúcares que se ingieren sobrepasan las posibilidades de utilización o de transformación en glucógeno, se convierten en grasas. De modo inverso, cuando los requisitos energéticos del cuerpo no son satisfechos por la ingestión inmediata de comida, el glucógeno y posteriormente la grasa son degradados para llenar estos requerimientos.

Las grasas y los aceites contienen una mayor proporción de enlaces carbono-hidrógeno ricos en energía que los carbohidratos y, en consecuencia, contienen más energía química. En promedio, las grasas producen aproximadamente 9,3 kilocalorías por gramo, en comparación con las 3,79 kilocalorías por gramo de carbohidrato, o las 3,12 kilocalorías por gramo de proteína.

· Aislantes térmicos contra las bajas temperaturas. Esta capa está particularmente bien desarrollada en los mamíferos marinos.

· Amortiguador: Grandes masas de tejido graso rodean a algunos órganos como, por ejemplo, a los riñones de los mamíferos, y sirven para protegerlos de una conmociónfísica. Estos depósitos de grasa permanecen intactos, aun en épocas de inanición.

· Jabones: A mediados del siglo pasado, el jabón se fabricaba hirviendo grasa animal con lejía (hidróxido de potasio). Los enlaces que unen a los ácidos grasos y la molécula de glicerol se hidrolizaban y el hidróxido de potasio reaccionaba con el ácido graso para producir jabón. Un jabón típico, disponible actualmente, es el esterato de sodio. En agua se ioniza para producir iones sodio (Na+) y estearato. El hígado de los vertebrados

produce una secreción llamada bilis, que contiene sales biliares (sales de ácidos grasos) que cumplen el papel de emulsionar las grasas en el intestino delgado.

· Lípidos de membrana: Familia de lípidos anfipáticos que por sus particulares propiedades físicas son adecuados para estructurar membranas celulares. Se trata de lípidos polares que, en presencia de agua, espontáneamente adoptan la estructura de bicapas lipídicas. Cumplen con ese requisito los fosfoglicéridos y los esfingolípidos.

Como los fosfoglicéridos y una clase de esfingolípidos, llamados esfingomielinas, poseen grupos fosfatos en su estructura, reciben el nombre alternativo de fosfolípidos. Al igual que las grasas, los fosfolípidos están compuestos de cadenas de ácidos grasos unidas a un esqueleto de glicerol. En los fosfolípidos, no obstante, el

tercer carbono de la molécula de glicerol no está ocupado por un ácido graso, sino por un grupo fosfato, al que está unido habitualmente otro grupo polar (R).

Lípidos insaponificables

a) Terpenos: Son lípidos que resultan de la unión de muchas unidades pequeñas, llamadas isoprenos. Son terpenos las vitaminas liposolubles;

à A: que participa de la fisiología de la visión, al formar parte de la rodopsina, un pigmento fotosensible presente en los bastones retinianos.

à E: es un antioxidante intracelular que impide el deterioro prematuro de los tejidos.

àK: forma parte de una enzima que interviene en la coagulación sanguínea

b) Esteroides: Son una familia de lípidos que presentan en su estructura un conjunto de cuatro anillos fusionados llamado esterano. Aunque los esteroides no se asemejan estructuralmente a los otros lípidos, se los agrupa con ellos porque son insolubles en agua.

Pertenecen a este grupo de lípidos el colesterol, la vitamina D, los ácidos biliares, las hormonas de la corteza suprarrenal (aldosterona, cortisol y andrógenos corticales), las hormonas sexuales femeninas (progesterona y estrógenos) y masculina (testosterona).

c) Eicosanoides: son derivados de ácidos grasos que desarrollan una variedad de acciones en los tejidos de los vertebrados. Entre ellos se encuentran las prostaglandinas, algunas de ellas han sido identificadas como hormonas y como mediadores locales en procesos inflamatorios y en la actuación de los procesos del dolor.

Las prostaglandinas tienen funciones muy diversas, ya que intervienen en la contracción del músculo liso, la secreción gástrica, la variación de la presión sanguínea y los procesos inflamatorios. Los fármacos como la aspirina actúan inhibiendo la síntesis de prostaglandinas, con lo que se reduce la inflamación y se alivia el dolor subsiguiente a éste.

Relacionados con las prostaglandinas están los tromboxanos, moléculas complejas que intervienen en la coagulación y el cierre de las heridas.

Carbohidratos

Son compuestos orgánicos formados por C, H, O. También son llamados glúcidos, azúcares e hidratos de carbono. Estos dos últimos nombres no son del todo apropiados, pues no todos son dulces ni se trata de moléculas cuyos carbonos estén hidratados. Químicamente hablando son aldehídos (R-CHO) o cetonas hidroxiladas (RCO- R).

Los carbohidratos incluyen a los azúcares simples y a los polisacáridos. Estos azúcares simples, como la glucosa, son los nutrientes principales de las células. Su degradación proporciona no solo la fuente de energía celular sino el material inicial para la síntesis de otros componentes celulares. Los polisacáridos son formas de reserva de los azúcares y constituyen componentes estructurales de la célula. Además, los polisacáridos y polímeros mas cortos de azúcares actúan como marcadores para una variedad de procesos de reconocimiento celular, incluyendo la adhesión entre células y el transporte de proteínas a los destinos intercelulares apropiados.

Los monosacáridos pueden unirse entre sí mediante reacciones de deshidratación, donde se extrae agua y se unen los azúcares mediante un enlace glucosídico entre dos de sus átomos de carbono. Si sólo se unen unos pocos azúcares, el polímero resultante se denomina oligosacárido. Si se implican un número elevado (ciento o miles) de azúcares, los polímeros resultantes son macromoléculas denominadas polisacáridos.

Los polisacáridos comunes- glucógeno y almidón son las formas de depósito de carbohidratos en las células de animales y plantas respectivamente. Tanto el glucógeno como el almidón están compuestos completamente de moléculas de glucosa en la forma alfa, siendo similares básicamente, como lo es su función : almacenar glucosa.

La celulosa en contraste tiene una función bien definida como principal componente estructural de la pared de las células vegetales, también sólo esta formados por moléculas de glucosa, la cuales poseen configuración beta.

Resumen de carbohidratos

Carbohidratos	Características	Función	Fuente o localización
Gliceraldehído	Triosa	Su versión fosforilada (PGAL) es un importante intermedario metabólico	Citoplasma, mitoondrias, cloroplastos
Ribosa	Pentosa (C5H10O5)	Precursor de nucleótidos y ácidos nucleicos (ARN)	Citoplasma y núcleo
Desoxirribosa	Pentosa (C5H10O4)	Precursor de nucleótidos y ácidos nucleicos (ADN)	Citoplasma y núcleo
Glucosa	Hexosa	Fuente de energía, estructural	Almidón, glucógeno, maltosa, lactosa, sacarosa, celulosa y quitina
Fructosa	Hexosa	Convertirse en glucosa y fuente de energía para el espermio	Jugo de frutas, sacarosa, semen
Galactosa	Hexosa	Convertirse en glucosa, estructural	Leche (lactosa)
Maltosa	Glucosa+ glucosa	Fuente de energía	Degradación incompleta del almidón. Semillas
Sacarosa	Glucosa+ Fructosa	Fuente de energía	Remolacha, caña de azúcar
Lactosa	Glucosa + galactosa	Fuente de energía	Leche
Almidón	Polisacárido de glucosas	Reserva de energía en las plantas	Raíces, tallos, hojas de plantas
Glucógeno	Polisacárido de glucosa	Reserva de energía de animales	Hígado, Músculo esquelético
Celulosa	Polisacárido de glucosa	Forma la pared de celular de células vegetales. Otorga rigidez a células y tejidos	Madera
Quitina	Polisacárido de glucosa con nitrógeno	Forma parte de la pared celular de los hongos y exoesqueletos de artrópodos	Hongos Artrópodos

Carbohidrato y membrana plasmática.

Representados principalmente por oligosacáridos, los que por su carácter polar están limitados solamente a la superficie externa y normalmente asociados con lípidos (constituyendo los glicolípidos) o proteínas (formando las glicoproteínas), las que en conjunto constituyen el glucocálix, estructura que participa del reconocimiento celular en células animales.

Funciones de la membrana plasmática.

Sus funciones se pueden resumir en:

1. Constituir el límite fundamental de toda célula.

2. Regular los movimientos de sustancias desde y hacia la célula, manteniendo la concentración intracelular de moléculas en los niveles adecuados para que se realicen los procesos celulares básicos.

3. Conducir potenciales de acción electroquímicos (en células excitables, por ejemplo neurona).

4. Participar en interacciones directas con la membrana plasmática de células vecinas, formando uniones intercelulares.

5. Mantener estable la forma celular con la ayuda de la interacción con elementos del citoesqueleto y de la matriz extracelular.

6. Transducir señales hormonales y nerviosas.

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