BIOMOLÉCULASBIOMOLÉCULAS

1º BACHILLERATOPROF. DANIEL RUCANDIOCOLEGIO SAN JOSÉ

BIOELEMENTOS

PRIMARIOS: C, H, O, N, S, P 95%95% SECUNDARIOS: Ca, Na, K, Cl, Mg.... 4,9%4,9% OLIGOELEMENTOS: Fe, Si, Zn, Al, Cu... 0,1%0,1%

SON AQUELLOS ELEMENTOS QUÍMICOS QUE ENTRAN A FORMAR PARTE DE LA MATERIA VIVA

BIOELEMENTOS

BIOMOLÉCULAS

Se agrupan en

BIOMOLÉCULAS

INORGÁNICAS H

2O

SALES MINERALES

ORGÁNICAS GLÚCIDOS LÍPIDOS PROTEÍNAS ÁCIDOS NUCLEICOS

EL AGUA

El agua es el compuesto más abundante en los seres vivos

MEDUSAS FETO HUMANO

NEONATO

ADULTO

AVELLANA

96%

94%70%

63%

20%

EL AGUA

La molécula de agua es un DIPOLO.DIPOLO significa que la molécula tiene 2 polos claramente diferenciados: un polo positivo por las 2 cargas positivas de los hidrógenos y un polo negativo por las 2 cargas negativas del oxígeno.

EL AGUA

Aquellas moléculas polares, se agrupan en redes cristalinas que se estabilizan por enlaces por puentes de hidrógeno.Estos enlaces son sólo por atracciones electrostáticas entre las cargas + y – de moléculas distintas. Esta estructura de red sólo la forman las moléculas polares.

RED DE AGUA

RED DE NaCl

EL AGUA

• Disolvente “universal” (Disuelve moléculas polares)

• Presente en todas las reacciones bioquímicas de los seres vivos.

• Gran capacidad térmica debido a su calor específico.

• Densidad máxima a los 4ºC

• PH = 7 (Neutro)

PROPIEDADES DEL AGUAPROPIEDADES DEL AGUA

EL AGUA

DISOLVENTE “UNIVERSAL”DISOLVENTE “UNIVERSAL”El agua es el compuesto que más sustancias puede disolver pero SÓLO puede disolver moléculas polares, dada la naturaleza polar del agua. Las cargas positivas del agua se van a atraer con las negativas de la sustancia y las negativas del agua con las positivas de la sustancia.Aquí un vemos cómo el agua disuelve una sal como el NaCl

EL AGUA

Presente en las reacciones Presente en las reacciones bioquímicas de los ss.vv.bioquímicas de los ss.vv.Cuando las biomoléculas orgánicas enlazan, lo hacen compartiendo alguna estructura y liberando una molécula de agua

EL AGUA

Gran capacidad térmicaGran capacidad térmicaEl agua es un gran amortiguador de los cambios de temperatura; cuesta mucho más variar la temperatura del agua que la del suelo o la del ambiente.Un buen ejemplo puede ser la temperatura que tiene el agua de la playa un día de calor después de varios días de frío seguidos.

EL AGUA

Densidad máxima a los 4ºCDensidad máxima a los 4ºCQue el agua tenga su máxima densidad a los 4ºC es fundamental porque significa que el agua líquida a esa temperatura es más densa que el hielo. En épocas de mucho frío tales como glaciaciones, sólo se congela la capa superficial y no se va al fondo por esta característica. Si fuera más densa la capa sólida se hundiría, se volvería a congelar la capa superficial y así hasta que se congelará todo el agua acabando con la vida en ese ecosistema.

EL HIELO PERMITE QUE HAYA VIDA DEBAJOEL HIELO PERMITE QUE HAYA VIDA DEBAJO

EL AGUA

pH = 7 pH Neutro pH = 7 pH Neutro Como hemos visto anteriormente, los ss.vv. están compuestos en su mayor parte por agua.El pH de los ss.vv. se encuentra entre 6,5 y 7,5. Si el pH estuviera fuera de ese rango tan pequeño no sería posible la vida tal y como la conocemos

SALES MINERALES

• Sales sólidas: Tienen función estructural. Dan solidez a esqueletos y exoesequeletos. Por ejemplo: CaCO3 en caparazones de moluscos y Ca3(PO4) en los huesos.

• Las sales al disolverse en H2O dan:

– Cationes: Na+, K+, Ca2+, Mg2+

– Aniones: Cl-, CO32-, HCO3

-

Las sales minerales (ss.mm) son compuestos inorgánicos presentes en los ss.vv. en forma sólida (precipitados) o bien en forma iónica (disoluciones)

Estos iones tienen funciones reguladoras

SALES MINERALES

• Evitan cambios bruscos de pH

• Tienen gran importancia en la transmisión del impulso nervioso: Bomba Na+/K+

• Sin el Ca2+ no habría contracción muscular

• Cofactores enzimáticos: NAD+, NADP+ que forman parte por ejemplo de la respiración celular por la vía oxidativa mitocondrial.

Funciones reguladoras de los ionesFunciones reguladoras de los iones

GLÚCIDOS

• OLIGOSACÁRIDOS– MONOSACÁRIDOS

• TRIOSAS, TETROSAS, PENTOSAS, HEXOSAS

– DISACÁRIDOS• SACAROSA, LACTOSA, MALTOSA, TREHALOSA

• POLISACÁRIDOS– DE RESERVA

• ALMIDÓN (vegetales) y GLUCOGÉNO (animales)

– ESQUELÉTICOS• CELULOSA (Pared celular en vegetales)

• QUITINA (Exoesqueleto de artrópodos)

GLÚCIDOS

• MONOSACÁRIDOS:Están formados por una sola molécula. Según el número de carbonos son: Triosas (3C), Tetrosas (4C), Pentosas (5C)...

• DISACÁRIDOS: Están formados por 2 monosacáridos unidos entre sí por enlace glucosídico. Por ejemplo: La lactosa está formado por 2 monosacáridos como la galactosa y la glucosa en enlace glucosídico 1-4

OLIGOSACÁRIDOSOLIGOSACÁRIDOSTienen sabor dulce, son solubles en agua y responden a la fórmula (CH

2O)

n

GLÚCIDOS

• DE RESERVA– Almidón (Vegetales)

– Glucógeno (Animales)

• ESQUELÉTICOS– CELULOSA (Pared celular en vegetales)Σ Glu (1-4)

– QUITINA (Exoesqueleto de artrópodos)

Σ n-Acetilglucosamina

POLISACÁRIDOSPOLISACÁRIDOSNo tienen sabor dulce, no son solubles en agua y responden a la fórmula (C

6H

10O

5)

n

Σ Glu (1-4) con ramificaciones (1-6)

GLÚCIDOS

Un glúcido es un polialcohol con un carboniloAldehido

Cetona

Los glúcidos formados con aldehidos forman las series “ALDO”,mientras que las que tienen cetona forman las series “CETO”

AldohexosaD-Glucosa

CetohexosaD-Fructosa

GLÚCIDOS

REGLA DE ROSANOFFREGLA DE ROSANOFFPara la obtención de monosacáridos las moléculas progenitoras son: D-Gliceraldehido y el L-Gliceraldehido

GLÚCIDOSHexosas de la serie DHexosas de la serie D

Todas las hexosas de la serie D provienen del D-Gliceraldehido añadiendo un carbono con un OH en posición de primer carbono secundario.Aquí encontramos

- TRIOSAS que tienen 3 carbonos- TETROSAS que tienen 4 carbonos- PENTOSAS que tienen 5 carbonos- HEXOSAS que tienen 6 carbonos

En la siguiente diapositiva vamos a obtener todos los azúcares de la serie D desde el D-Gliceraldehido hasta las 8 hexosas

HEXOSAS DE LA SERIE D

GLÚCIDOS

Ciclación de hexosasCiclación de hexosasEn la ciclación de una hexosa, forman parte del enlace el carbono 5 (último carbono secundario) y el oxígeno del grupo carbonilo.Para poder enlazar el carbono 5 tiene que perder uno de los 4 que tiene, así que se libera del OH.Del mismo modo el oxígeno del carbonilo que tiene doble enlace con el carbono 1, mantiene un enlace simple. De esta manera el oxígeno dispone de un enlace libre para enlazar con el carbono 5 que también tiene un enlace libre.Con todo esto, el carbono 1(carbono anomérico) se queda con 3 enlaces y queda suelto un OH que antes tenía el carbono 5. Este OH va a enlazar al carbono 1 y así quedan todos los enlaces completos.La posición de este OH del carbono 1 ahora no viene definida de la forma lineal sino que puede situarse en posición alfa (hacia abajo) o posición beta (hacia arriba)

GLÚCIDOSEnlace glucosídicoEnlace glucosídicoLos glúcidos compuestos, disacáridos o polisacáridos, se forman de monosacáridos unidos entre sí por enlace glucosídico.A la hora de nombrar el enlace se especifica qué carbonos entran a formar parte del enlace. Suele ser 1-4, 1-1 o 1-6

GLÚCIDOS

Funciones de los glúcidosFunciones de los glúcidos• Energética: Combustión por vía oxidativa mitocondrial

• Estructural:

– Ribosa y Desoxirribosa son la base del DNA y RNA

– Celulosa forma parte de la pared celular en vegetales

– Quitina: En hongos y exoesqueletos de artrópodos

• Reserva: LÍPIDOS > GLÚCIDOS > PROTEÍNAS

– Almidón en vegetales

– Glucógeno en animales

Tanto almidón como glucógeno son sumatorios de glucosas en enlace 1-4 con ramificaciones 1-6

PROTEÍNASLas proteínas son cadenas de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos.

- EXISTEN 20 CLASES DE AMINOÁCIDOS- HASTA MILES DE AMINOÁCIDOS PUEDEN FORMAR UNA

SOLA PROTEÍNA

Un aminoácido es una cadena orgánica con un grupo amino en un extremo y con un grupo ácido en el otro:

PROTEÍNASEnlace peptídicoEnlace peptídicoLo más importante que tenemos que saber del enlace peptídico es que el extremo amino de un aa enlaza con el extremo ácido de otro aa y se desprende una molécula de H2O. En este tipo de enlace no se quedan compartiendo un oxígeno.

PROTEÍNAS

Estructura de las proteínasEstructura de las proteínas• PRIMARIA: secuencia de aa

• SECUNDARIA: se estabilizan por puentes de H– Hoja plegada

– Hélice alfa

• TERCIARIA: atracciones por puentes de H entre hojas y hélices

• CUATERNARIA: más de una cadena de aa

PROTEÍNASEstructura de Estructura de las proteínaslas proteínas

Así es como se organizan las proteínas según su estructura.

PROTEÍNAS

Propiedades de las proteínasPropiedades de las proteínas• SOLUBILIDAD

• CAPACIDAD ELECTROLÍTICA

• ESPECIFICIDAD

• AMORTIGUADOR DE pH (Efecto tampón)

• DESNATURALIZACIÓN Y RENATURALIZACIÓN

PROTEÍNASSolubilidadSolubilidad

Las proteínas son solubles en agua. Esta solubilidad se mantiene siempre y cuando los enlaces fuertes y débiles estén presentes. Si se aumenta la temperatura y el pH, se pierda la solubilidad y las proteínas precipitan.

Capacidad electrolíticaCapacidad electrolíticaSe determina a través de la electroforesis, técnica analítica en la cual si las proteínas se trasladan al polo positivo es porque su molécula tiene carga positiva y viceversa.

PROTEÍNASEspecifidadEspecifidadCada proteína tiene una función específica que está determinada por su estructura primaria.

Amortiguador de pHAmortiguador de pHTambién conocido como efecto tampón. Actúan como amortiguadores de pH debido a su carácter anfótero, es decir, pueden comportarse ácidos (aceptando electrones) o como bases (donando electrones)

PROTEÍNAS

Desnaturalización y renaturalizaciónDesnaturalización y renaturalizaciónSi en una disolución de proteínas se producen cambios de pH, alteraciones en la concentración, agitación molecular o variaciones bruscas de temperatura, la solubilidad de las proteínas puede verse reducida hasta el punto de producirse su precipitación. Esto se debe a que los enlaces que mantienen la conformación globular se rompen y la proteína adopta la conformación filamentosa. De este modo, el agua no puede seguir disolviéndolas y precipita. Además sus propiedades biocatalizadoras desaparecen al alterarse el centro activo. Las proteínas que se hallan en este estado no pueden llevar a cabo la actividad para la que fueron diseñadas, no son funcionales.Este es el proceso de desnaturalización.Como la desnaturalización no afecta a los enlaces peptídicos, si se recuperan las condiciones iniciales las proteínas son capaces de renaturalizarse; recuperan la conformación primitiva y su función.

PROTEÍNAS

• Según su forma– Fibrosas: Colágeno, queratina, fibrina

– Globulares: Mayoría de las enzimas, anticuerpos y proteínas de transporte.

– Mixtas• Fibrosa en el centro

• Globular en los extremos

Clasificación de las proteínasClasificación de las proteínas

PROTEÍNAS

Clasificación de las proteínasClasificación de las proteínas• Según su composición química

– Simples: su hidrólisis nos da aminoácidos

– Conjugadas: su hidrólisis nos da aa+grupo prostético

Un grupo prostético es el componente no aminoacídico que forma parte de la estructura de algunas proteínas y que se halla fuertemente unido al resto de la molécula.

Ejemplo

PROTEÍNAS

Funciones de las proteínasFunciones de las proteínas• Estructural: colágeno, queratina...

• Reguladora: insulina, hormona de crecimiento...

• Transportadora: hemoglobina

• Defensiva: anticuerpos (=ab)

• Enzimática

• Contractil: actina y miosina

LÍPIDOSSon sustancias no solubles en agua (son apolares o de muy baja polaridad), pero sí se disuelven en disolventes orgánicos como éter, cloroformo, benceno, gasolina, etc.

“Semejante disuelve a semejante”

Los lípidos se dividen en:

- Ácidos grasos- Grasas- Lipoides

LÍPIDOS

Los ácidos grasos son los ácidos orgánicos:

- Butírico o butanoico: CH3-CH

2-CH

2-COOH

- Palmítico: CH3-(CH

2)

14-COOH

- Esteárico: CH3-(CH

2)

16-COOH

- Oleico: CH3-(CH

2)

7-CH=CH-(CH

2)

7-COOH

Ácidos grasosÁcidos grasos

LÍPIDOS

GrasasGrasas- Monoglicéridos: Glicerina + 1 ácido graso

- Diglicéridos: Glicerina + 2 ácidos grasos

- Triglicéridos: Glicerina + 3 ácidos grasos

- Céridos o ceras: Monoalcohol + 1 ácido graso de cadena larga.

- Terpenos: Derivados del isopreno: 2 metil, 1,3 dibuteno

- Carotenoides.

LÍPIDOS

Glicéridos:

LÍPIDOS

Ceras: Monoalcohol + 1 ác. graso de cadena larga (más de 10 carbonos) Se desprende H

2O

Por ejemplo la cera de abeja:

Alcohol miracílico: CH3-(CH

2)

28-CH

2OH

Palmítico: CH3-(CH

2)

14-COOH

LÍPIDOS

Terpenos: son derivados del isopreno se usan en alimentación y perfumería.

- Limoneno: Aceite de limón (esencias)

- Timol: Principio activo de tomillo y orégano

- Ác. Abiético: Se encuentra en la resina de pino

- Mirra: Resina de un arbusto que se encuentra en Arabia e Irak, lugares muy secos. Se empleaba antiguamente para embalsamar y para limpiar y desinfectar el útero tras el parto.

LÍPIDOS

Carotenoides:

- β-Caroteno: Se encuentra en la zanahoria y es el precursor de la vitamina A. (Provitamina A)

- Licopeno: Se encuentra en el tomate

- Xantofilas: Pigmento fotosintético. Se encuentra en flores y hojas de color amarillo.

Aquí podemos ver como de una molécula de β-Caroteno se obtienen 2 moléculas de vitamina A. Por eso se le llama también provitamina A.

LÍPIDOS

Fosfolípidos: α-Lecitinas y β-Cefalinas

LipoidesLipoides

LÍPIDOS

Esteroides: todos ellos son derivados del ciclopentanoperhidrofenantreno. El más conocido es el colesterol.

LipoidesLipoides

LÍPIDOS

Funciones de los lípidosFunciones de los lípidos1.- Reserva energética. Son la principal reserva

LÍPIDOS > GLÚCIDOS > PROTEÍNAS

2.- Reserva de agua: son capaces de almacenar agua para cuando lo requiera el organismo

3.- Estructural: Los fosfolípidos son esenciales en la formación de la membrana plasmática. (BICAPA DE FOSFOLÍPIDOS)

4.- Reguladora: Algunas hormonas y algunas vitaminas son esteroideas

LÍPIDOSBicapa de fosfolípidosBicapa de fosfolípidos

LÍPIDOS

Hormonas esteroideasHormonas esteroideasLa testosterona es la hormona masculina por excelencia y se fabrica en los testículos a partir del colesterol

El estradiol es una de las hormonas femeninas que se fabrican en los ovarios a partir del colesterol.

ÁCIDOS NUCLEICOS

Cuando hablamos de ácidos nucleicos hablamos de DNA Y RNA. Vamos a ver conceptos básicos

Ribosa → RNA →

Desoxirribosa → DNA →

Fosfato → H3PO

4 →

ÁCIDOS NUCLEICOS

Bases nitrogenadas

- Púricas• Citosina (C)

• Timina (T)

• Uracilo (U)

- Pirimidínicas• Adenina (A)

• Guanina (G)

En el DNA aparecen: A, T, C y G

En el RNA aparecen: A, U, C y G

ÁCIDOS NUCLEICOS

Nucleósido: Azúcar + base nitrogenada

Nucleótido: Azúcar + base nitrogenada + fosfato

ÁCIDOS NUCLEICOS

Los ácidos nucleicos son biomoléculas formadas por la repetición de nucleótidos unidos entre sí por enlaces fosfodiéster.

COMPLEMENTARIEDAD DE BASES:

Las bases nitrogenadas se “unen” entre sí mediante 2 o 3 puentes de hidrógeno.

A y T con 2 (A y U en RNA)

C y G con 3

ÁCIDOS NUCLEICOS

Enlace fosfodiésterEnlace fosfodiéster

ÁCIDOS NUCLEICOS

- DNA: • Azúcar: β-D-Desoxirribosa

• Grupo fosfato

• Bases nitrogenadas: A, T, C y G

• Doble hélice → Hebras complementarias y antagónicas

- RNA:• Azúcar: β-D-Ribosa

• Grupo fosfato

• Bases nitrogenadas: A, U, C y G

• Hebra sencilla

ÁCIDOS NUCLEICOSEstructura molecular del DNAEstructura molecular del DNA

ÁCIDOS NUCLEICOS

Estructura molecular del DNAEstructura molecular del DNA

¿Cómo se estabiliza la doble hélice?

La doble hélice de DNA es una estructura muy estable, cuesta mucho romperla. Esto es así debido a:

- HISTONAS: son unas proteínas que estabilizan la hélice desde fuera

- La atracción por puentes de hidrógeno entre bases nitrogenadas complementarias que la estabilizan desde dentro

ÁCIDOS NUCLEICOS

Replicación del DNAReplicación del DNADecimos que la replicación del DNA es semiconservativa porque de las 2 hebras originales sólo una va a cada hija. La otra hebra de cada hija es replicada. Así cada doble hélice hija tiene una hebra original y otra de nueva creación.

ÁCIDOS NUCLEICOSReplicación del DNAReplicación del DNA

Las proteínas desenrollantes se encargan de separar la doble hélice mientras la DNA POLIMERASA se ocupa de ir añadiendo nucleótidos complementarios y así ir formando una nueva hebra complementaria y antagónica a la original.Cuando se llegue al final de la doble hélice original tendremos 2 dobles hélices idénticas a ésta e idénticas entre sí.De cada doble hélice hija una hebra era de la madre y la otra de nueva generación

ÁCIDOS NUCLEICOS

El RNA y sus clasesEl RNA y sus clases• RNAr: (Ribosómico) Es el que se encuentra en

los ribosomas.

• RNAt: (Transferencia) Se encarga de llevar los anticodones de reconocimiento a los ribosomas para la elaboración de las proteínas.

• RNAm: (Mensajero) Realiza una copia del DNA y la saca al citoplasma dónde se trabaja con ella fabricando proteínas.

ÁCIDOS NUCLEICOS

BIOSÍNTESIS DE PROTEÍNASBIOSÍNTESIS DE PROTEÍNAS

ÁCIDOS NUCLEICOS

TRANSCRIPCIÓN A RNAmTRANSCRIPCIÓN A RNAm

Se forma una cadena de RNAm en sentido 5´--> 3´que sea complementaria a una de las hebras de DNA. Luego la doble hélice se estabiliza de nuevo y el RNAm sale del núcleo por un poro de la membrana nuclear.

ÁCIDOS NUCLEICOS

TRADUCCIÓN A PROTEÍNATRADUCCIÓN A PROTEÍNAEl RNAt, representado a la derecha, se encarga de reconocer específicamente secuencias de 3 bases nitrogenadas de la cadena de RNAm llamadas codones, con su anticodón. Cuando el anticodón del RNAt reconoce al codón, se adhiere a él por el reconocimiento específico entre bases nitrogenadas. En ese momento, el aminoácido que transporta el RNAt pasa a formar parte de la proteína que queremos formar.Todo este proceso se lleva a cabo en los ribosomas que “pueblan” el Retículo Endoplasmático Liso.

ÁCIDOS NUCLEICOS

TRADUCCIÓN A PROTEÍNATRADUCCIÓN A PROTEÍNA

BIOMOLÉCULAS

FINFIN