GUÍA DE APRENDIZAJE N° 001 / 2021 I.- IDENTIFICACIÓN DE LA GUÍA

DEPARTAMENTO CIENCIAS NATURALES ASIGNATURA BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR PROFESOR (A) JOSÉ MIGUEL ROJAS M. NIVEL 3º-4º MEDIO PLAN DIFERENCIADO SEMESTRE PRIMERO

Unidad: Biomoléculas orgánicas

Titulo Guía N°1: Biomoléculas orgánicas

Contenido(s) Definición de biomolécula orgánica, carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos

Las biomoléculas son el conjunto de moléculas de importancia para los seres vivos. Se clasifican en dos grandes grupos: Figura Nº1: Clasificación de biomoléculas.

Región : Metropolitana Provincia: Cordillera Comuna : Puente Alto RBD : 24995 - 5

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BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS Las biomoléculas orgánicas son un grupo diverso de moléculas que, en su estructura, contienen átomos de C, H y O principalmente. Pertenecen a diversos grupos de moléculas orgánicas pero, además, tienen su importancia para los distintos seres vivos existentes en este planeta. Estas biomoléculas pueden clasificarse en 5 grandes grupos, los que se analizarán a continuación: carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos, vitaminas. A) Carbohidratos Los carbohidratos también son llamados hidratos de carbono o azúcares. Su composición química comprende básicamente átomos de C unidos entre sí y con átomos de H y O, en una proporción definida. Provienen de moléculas orgánicas pertenecientes a las cetonas o a los aldehídos. Los carbohidratos, según su tamaño, pueden ser pequeños (monosacáridos), medianos (disacáridos y oligosacáridos) o grandes (polisacáridos), cada uno con funciones puntuales. Los monosacáridos pueden ser usados como primera fuente de energía para el funcionamiento celular (glucosa, C6H12O6). Los oligosacáridos pueden ser utilizados para ayudar en el reconocimiento de sustancias por parte de las células (glicoproteínas). Los polisacáridos pueden ser usados en funciones estructurales (celulosa), pero también en funciones de reserva energética (almidón en vegetales, glucógeno en animales). Figura Nº1: Algunos tipos de monosacáridos, según cantidad y organización de átomos.

Figura Nº2: Disacáridos.

Figura Nº3: Polisacáridos.

B) Lípidos Los lípidos son también mal llamados grasas. Estas biomoléculas comparten todas una característica común: son altamente hidrofóbicas, no se mezclan con el agua o pueden estar en contacto con el agua ciertas regiones pequeñas de un lípido determinado. La familia de los lípidos es variada, pero su composición es casi la misma, conteniendo C, H y O, este último en muy pequeñas cantidades. Los lípidos pueden ser clasificados en varios grupos, dependiendo de su estructura básica: ácidos grasos, ceras, esteroides, glicéridos, terpenos. Los ácidos grasos son moléculas formadas por cadenas carbonadas de largo variable, que en un extremo contienen un grupo de átomos llamado grupo carboxilo o ácido, de ahí su nombre. La cadena carbonada puede contener entre 3 y 36 átomos de C unidos entre sí y con átomos de H. Los átomos de C pueden estar unidos por enlaces simples, dobles o triples, variando la cantidad de átomos de H en cada caso. A temperatura ambiente se encuentran en estado líquido, y son llamados aceites. Su función principal es ser la 2ª fuente de energía después de los carbohidratos. Figura Nº4: Ácidos grasos.

Las ceras son ácidos grasos de cadena carbonada muy larga, a partir de la unión de más de 45 átomos de C entre sí. Esta situación hace que las ceras sean altamente hidrofóbicas, por lo tanto impermeables. La superficie de las hojas y de tallos como los del cactus, la superfice externa de los panales en la naturaleza, son lugares donde podemos encontrar ceras.

Figura Nº5: Ejemplo de ceras.

Los esteroides son lípidos complejos, que a temperatura ambiente se pueden encontrar en estado sólido. Es así como forman parte de las llamadas grasas. Se considera que todos los esteroides provienen de una sola molécula, el colesterol. Todo un conjunto de hormonas, sustancias que regulan funciones dentro de tu cuerpo, provienen del colesterol que consumes y que provienen de animales, ya que en vegetales no existe el colesterol. Entre esas hormonas se encuentran las hormonas sexuales como la testosterona y los estrógenos, además de otras hormonas que controlan otras funciones como la glucosa en situaciones de emergencia, o el control en la concentración de minerales en la sangre. Además, el colesterol está relacionado con la fluidez de las membranas celulares. Figura Nº6: Colesterol y derivados en los seres vivos.

Los glicéridos tambien pertenecen al grupo de las grasas. Se forman a partir de la unión de uno o más ácidos grasos con una molécula de glicerol. Su función básica es ser reserva de energía, sobre todo en mamíferos. Figura Nº7: Glicéridos.

Los terpenos son lípidos derivados de una molécula llamada isopreno, se presentan en vegetales y tienen variadas funciones, como esencias vegetales, algunas vitaminas, y se dice que podrían tener efectos antibacterianos o farmacéuticos. Figura Nº8: Isopreno y sus derivados.

C) Proteínas Las proteínas son un grupo de biomoléculas orgánicas presentes en todos los seres vivos y que cumplen variadas funciones en la sobrevivencia de los mismos. Tabla Nº1: Funciones de las proteínas en el cuerpo humano, y que se podría extrapolar al resto de los seres vivos.

Como se puede observar en la tabla, las proteínas están presentes en una gran cantidad de situaciones de la vida. Tal es su importancia que, si en situaciones extremas tu cuerpo requiere obtener energía de las proteínas, tú ya podrías estar inevitablemente a punto de morir. Lo anterior es difícil de dimensionar, ya que son contadas las ocasiones en las que puedes haber sido testigo o sufrir de situaciones extremas como las que se insinúan más arriba. Sin embargo, se puede mencionar una en particular, basada en hechos históricos. Durante la Segunda Guerra Mundial (1939-1945), la Alemania Nazi construyó una serie de campos de concentración, donde mantenía a los prisioneros con el mínimo de alimento posible. Cuando los aliados lograron liberar esos campos, se encontraron con la desagradable visión de personas que eran verdaderos esqueletos humanos que apenas podían caminar (casi no tenían músculo), apenas podían alimentarse (no tenían enzimas digestivas o en muy poca cantidad) y las enfermedades hacían estragos con los sobrevivientes (casi no tenían anticuerpos). Los pocos que sobrevivieron tuvieron muchos problemas físicos y psicológicos desde ese momento en adelante. Las proteínas están hechas de unas biomoléculas más pequeñas llamadas aminoácidos. Cada proteína conocida tiene una cierta cantidad de esos aminoácidos, unidos entre sí y formando variadas estructuras.

Figura Nº9: Tabla con los 20 aminoácidos presentes en los seres humanos.

La estructura más pequeña conocida y que es considerada la proteína más pequeña en el ser humano tiene 51 aminoácidos (insulina). Todos los aminoácidos tienen una estructura semejante entre ellos, la cual se muestra a continuación:

Figura Nº10: Imagen de la estructura general de cualquier aminoácido existente.

El ser humano necesita de los 20 aminoácidos para construir todas las proteínas que requiere, pero existe una característica bien particular. Algunos de los 20 aminoácidos los fabrica el cuerpo humano, por lo tanto son considerados no esenciales en cuanto a la alimentación. Por otro lado están aquellos aminoácidos que el cuerpo no puede fabricar y que, por lo tanto, son considerados esenciales y es importante consumirlos en los alimentos. Tabla Nº2: Listado de los aminoácidos esenciales y no esenciales en un ser humano.

Los aminoácidos se unen entre sí a través de un enlace llamado enlace peptídico, el cual es considerado una unión covalente, lo que significa que es un enlace fuerte y casi permanente en el tiempo. Figura Nº11: Formación de un enlace peptídico.

Para terminar con el tema de las proteías, mencionar que las proteínas son estudiadas a distintos niveles, según lo complejo de la estructura a estudiar, ya que no es lo mismo estudiar los aminoácidos que la conforman y el orden en el que están, que estudiar la forma en que actúan. Es por eso que se habla de estructuras de una proteína (primaria, secundaria, terciaria, cuaternaria). La estructura primaria es aquella que muestra todos los aminoácidos que conforman la proteína estudiada y el orden en el que están unidos. La estructura secundaria se refiere a sectores de esa cadena de aminoácidos y cómo se organizan en el espacio tridimensional. La estructura terciaria se obtiene una vez que todos los aminoácidos de una proteína se han organizado en el espacio tridimensional, mientras que la estructura cuaternaria es aquella formada por la unión de dos o más estructuras terciarias entre sí. Existen proteínas de estructura terciaria y proteínas de estructura cuaternaria. Dentro de las variadas funciones que cumplen las diferentes proteínas de tu cuerpo, una de las más importantes es la función enzimática, que está involucrada directamente en los procesos anabólicos y catabólicos que permiten tu sobrevivencia. Las enzimas son proteínas que intervienen en las reacciones químicas de síntesis y de degradación, aumentando la velocidad y reduciendo la energía necesaria para que se lleven a cabo esas reacciones. Esto significa que las reacciones químicas son más cortas y con un ahorro significativo de energía. D) Ácidos nucleicos. Los ácidos nucleicos son un grupo de biomoléculas orgánicas cuya función está relacionada con la fabricación de todas las proteínas que tu cuerpo utiliza. Por lo tanto, cada característica física se basa en la información que contienen estas biomoléculas. Existen dos grupos de ácidos nucleicos, cada uno con sus características propias, y que se complementan entre sí. Están los llamados ácidos ribonucleicos (ARN) y los llamados ácidos desoxirribonucleicos (ADN).

Estas grandes biomoléculas están hechas por la unión de biomoléculas más pequeñas llamadas nucleótidos. Existen dos grupos de nucleótidos, que se diferencian por la presencia de una estructura muy particular, un monosacárido de 5 carbonos (pentosa) llamado ribosa. En un grupo los nucleótidos tienen ribosa en su estructura (ribonucleótidos), mientras que en el otro grupo la ribosa carece de un átomo de O, por lo que se llama desoxirribosa (desoxirribonucleótidos). Esta situación influye en la formación de cada ácido nucleico, ya que los ribonucleótidos van a estar presentes en un tipo de ácido, mientras que los desoxirribonucleótidos van a estar presentes exclusivamente en el otro tipo de ácido. Figura Nº12: Nucleótido con ribosa.

Figura Nº13: Nucleótido con desoxirribosa.

La otra diferencia tiene relación con los nucleótidos en sí, ya que cada ácido contiene 4 tipos de nucleótidos. En el caso de los ARN, los nucleótidos presentes reciben el nombre de Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Uracilo (U). Por otro lado, los ADN están compuestos por Adenina, Guanina, Citosina y Timina (T). Estos nombres derivan de otra parte de cada nucleótido llamada base nitrogenada.

Figura Nº14: Bases nitrogenadas.

La tercera diferencia que hay que mencionar es el hecho que, en la naturaleza, existirían tres tipos diferentes de ARN, mientras que sólo existiría un tipo de ADN con conformaciones distintas dentro de su misma estructura. Figura Nº15: Tipos de ARN.

Figura Nº16: Conformaciones del ADN.

La última diferencia estructural, y que se nota al observar los diagramas, es que cualquier ARN es monocatenario, es decir, formado por una sola cadena de nucleótidos, mientras que el ADN es bicatenario, formado por dos cadenas de nucleótidos, unidas entre sí por enlaces “puente de hidrógeno”. Figura Nº17: Puentes de Hidrógeno entre bases nitrogenadas.

Cada tipo de ARN cumple una función específica dentro de las células: Ser una copia de la información del ADN (ARN mensajero, ARNm, mRNA), encargarse del transporte de aminoácidos dentro de cada célula (ARN de transferencia, ARNt, tRNA), formar parte de la estructura donde se fabrican las proteínas, los ribosomas (ARN ribosómico, ARNr, rRNA). El ADN tiene una sola función: contener la información para la fabricación de todas las proteínas que tu cuerpo usará en el transcurso de la vida (aproximadamente 20.000 tipos diferentes).