2. macromoleculas
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Organización de la vida: las macromoléculas
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- 1. Macromoléculas Néstor A. Acosta-Buenaño naacosta.ue@gmail.com Universita Equatorialis
- 2. ORGANIZACIÓN DE LA VIDA Átomos Moléculas Tejidos Células Órganos Sistemas Organismos Población Biosfera Ecosistema Comunidad
- 4. Elementos fundamentales de la vida Todos los seres vivos comparten características químicas fundamentales.
- 5. Elementos fundamentales de la vida Elemento % Función Oxígeno 65/0,06 Respiración celular Carbono 18/0,02 Esqueleto de las moléculas orgánicas Hidrógeno 10/91 Participa en transformación de Σ Nitrógeno 3/0.04 Componente de proteínas, Ac. nucleicos y Clorofila. Calcio 1,5 Componente estructural Fósforo 1 Componente de Ac. nucleicos y Fosfolípidos K, S, Na, Mg, Cl, Fe 1 Oligoelementos (I, Mn, Cu, Zn, Co, F, Mo, Se, B, Si, etc. trazas
- 6. Átomos Los átomos son partículas básicas de los elementos que conservan la propiedad de éste. Partícula Carga Ubicación Protón Positiva Núcleo Neutrón Neutra Núcleo Electrón Negativa Alrededor del núcleo Los electrones participan en los cambios químicos.
- 7. Los átomos forman moléculas y compuestos. H2O -> 70% C6H12O6 Moléculas
- 8. Moléculas Inorgánicas: moléculas que contienen cualquier elemento. Orgánicas: ”moléculas fabricadas por organismos vivos”. Contienen C-H. Grandes y complejas la mayoría.
- 9. Moléculas inorgánicas: Agua Principal solvente Disuelve moléculas polares (hidrofílicas: azúcares y Aa, O2 y CO2) Provee el medio adecuado en la célula para las reacciones químicas de la vida. Efecto organizador de moléculas hidrofóbicas. Interviene en muchas reacciones químicas.
- 10. Moléculas orgánicas Las moléculas biológicas se unen/separan al eliminar/agregar agua (deshidratación/hidrólisis) HO OH HO OH O HO OH + H2O
- 11. Carbohidratos / Hidratos de carbono Metano CH4: Cuando el átomo de carbón tiene cuatro enlaces simples con otros átomos, la molécula es un tetraedro.
- 12. Carbohidratos / Hidratos de carbono Etano C2H6: una molécula puede tener más de un grupo tetraedro de átomos unidos por enlaces simples. Etileno C2H4: Cuando dos átomos de carbón se unen por un enlace doble, todos los átomos unidos a los C están en el mismo plano. La molécula es plana
- 13. La diversidad molecular incrementa por la variación del esqueleto de C Longitud Ramificació n Etano Propano Butano 2-metilpropano Enlaces dobles Anillos (isobutano) 1-Butano 2-Butano Ciclohexano Benceno
- 14. ISÓMEROS Isómeros estructurales Isómeros geométricos Enantiómeros: difieren en el arreglo espacial alrededor de un carbón asimétrico, resultando en moléculas que son imágenes espejo. Son designados como L y D isómeros (latín: levo y dextro). Los enantiómeros no pueden sobreponerse uno sobre otro.
- 15. ISÓMEROS
- 16. Moléculas orgánicas: grupos funcionales Grupo Estructura Propiedad Tipo Hidrógeno -H Polar no polar Mol. org. Hidroxilo -OH Polar Alcoholes: CH, An, Alcoh, An, Esteroides Carboxilo -COOH Ácido Aa, Ac. grasos Carbonilo =CO Ácido Ketonas y Aldehídos Amino -NH2 Básico Aa, An. Fosfato -OPO3= Ácido An, Fosfolip. Sulfidrilo -SH Ácido Tioles Metilo -CH3 No polar Mol. Org., Lípidos
- 17. Moléculas orgánicas: principales Clase Tipos Ejemplo Función Carbohidrato Monosacárido Disacárido Polisacárido Glucosa Sacarosa (G+F) Lactosa (G+Gl) Maltosa (G+G) Almidón, glucógeno, celulosa Energía Materia estructural Lípido Triglicérido Cera Fosfolípido Esteroides Aceite, grasa Ceras Estrógeno, testosterona Colesterol Energía Material estructural Estructural de célula Señal hormonal Proteína Polímero de Aa Keratina Músculos Hemoglobina Hormonas Estructura Movimiento Defensa Señales Ácido nucleico An de cadena larga Nucleótidos simples ARN, ADN ATP AMP Material genético Transporte de Σ Mensajero intracelular
- 18. Carbohidratos H H HO OH H OH OH H O CH2OH H CH2OH H OH OH H O H HOCH2 HO Glucosa Fructosa
- 19. Lípidos Trigliceridos: 3 Ac. Grasos + 1 glicerol
- 20. Lípidos Fosfolípidos: 2 Ac. Grasos + 1 glicerol + 1 fosfato
- 21. Proteínas Cadenas de Amino ácidos (20) -Oligopéptidos (<10 Aa) -Polipéptidos (>10 Aa) -Proteína (>50 Aa) Radical: -hidrobóficos -hidrofílicos -básicos -ácidos Se unen por el grupo amino - carboxilo H H N R C H C O O H
- 22. Proteínas Estructura primaria Secuencia lineal de Aa mediante enlaces peptídicos. Estructura secundaria Interacción entre el H del grupo amino y el CO= del grupo carboxilo creando puentes de hidrógeno. Pueden haber 2 estructuras: hélice u hoja.
- 23. Proteínas Estructura terciaria Se crean puentes disulfuro (cisteina), enlaces eléctricos, puentes de H2 e interacción hidrófobas. Estructura cuaternaria Enlaces no covalentes (débiles) de 2 o más polipéptidos de estructura terciaria
- 25. ENZIMAS Catalizadores: aceleran las reacciones. No permiten que sucedan reacciones. energéticamente desfavorables. No cambian el punto de equilibrio de una reacción. No se consumen en las reacciones que promueven. Altamente específicas. Su actividad es regulada por las mismas reacciones que activan las moléculas. No todas son proteínas.
- 26. Ácidos Nucleicos Cadenas largas de nucleótidos formados de: -1 azúcar (ribosa o desoxiribosa) -1 grupo fosfato -1 base nitrogenada *adenina *guanina *citosina *timina *uracilo
- 27. Ácidos Nucleicos Unión de nucleótidos mediante enlaces covalentes entre Fosfato y Azúcar
- 30. Nucleótidos transportadores AMP-c Mensajero intracelular.
- 31. Nucleótidos transportadores ATP y ADP
- 32. Nucleótidos transportadores COENZIMAS Ayudan a las enzimas en su función de regular y promover las reacciones químicas
Notas del editor
- A diferencia de la materia sin vida de tamaño similar, los seres vivos son muy complejos y están organizados. Pensemos en un grano de sal o el océano… el primero puede estar organizado pero no es complejo, el segundo es complejo (tiene muchos elementos) pero no está organizado. Un ser vivo tiene muchas moléculas y están organizadas. La organización de la vida tiene dos dimensiones: una vertical que es estructural y jerárquico que va desde los átomos hasta la biosfera; y una horizontal referida a la gran diversidad de especies de ahora y a los largo de toda la historia. Miremos cada uno de estos niveles….
- Toda la vida está constituida sobre un fundamento químico que se basa en los elementos: un átomo es la partícula más pequeña que conserva las propiedades de un elemento. La unión de átomos forman las moléculas, conocidas como las moléculas de la vida (ADN, ARN, lípidos, proteínas, etc). Dos o más átomos iguales o diferentes que se unen y forman una molécula. Las moléculas de la vida son complejas (proteínas, ADN, ARN, lípidos...) Sólo las células vivas las pueden fabricar.
- La isomería es una propiedad de ciertos compuestos químicos que con igual fórmula química, es decir, iguales proporciones relativas de los átomos que conforman su molécula, presentan estructuras moleculares distintas y, por ello, diferentes propiedades. Por ejemplo, el alcohol etílico o etanol y el éter dimetílico son isómeros cuya fórmula molecular es C2H6O.
- Ácido carboxílico (Ác. Acético) el cual da el sabor al vinagre. H3C-CO-OH Ketonas (Acetona) el grupo carbonilo está en medio del esqueleto de C. H3C-CO-CH3 Aldehydos (Propanol) el grupo carbonilo está al final del esqueleto de C. H3C-CH2-CO-H Fosfato (Glicerol fosfato) hace que la molécula tenga una parte aniónica (ión cargado negativamente). Puede transferir energía entre moléculas orgánicas. H2COH-HCOH-HCOH-OPO3 Tioles (Tioetanol) H3C-CH2-SH Dos grupos sulfidrilos pueden interactuar para ayudar a estabilizar la estructura de las proteínas.
- Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero. El número de protómeros varía desde dos, como en la hexoquinasa; cuatro, como en la hemoglobina, o muchos, como la cápsida del virus de la poliomielitis, que consta de sesenta unidades proteicas.
- Las proteínas determinan la forma y la estructura de las células y dirigen casi todos los procesos vitales. Las funciones de las proteínas son específicas de cada una de ellas y permiten a las células mantener su integridad, defenderse de agentes externos, reparar daños, controlar y regular funciones, etc.
- Ribozima: molécula del ARN que catalizan reacciones que ocurren en el procesamiento de información genética para el uso de la célula, pueden ser cruciales durante la evolución temprana de la vida.
- Complementariedad entre purinas y pirimidinas Un punto fundamental es que las purinas y pirimidinas son complementarias entre sí, es decir, forman parejas de igual manera que lo harían una llave y su cerradura; son los denominados apareamientos de Watson y Crick. La adenina y la timina son complementarias (A=T), uniéndose gracias a dos puentes de hidrógeno, mientras que la guanina y la citosina (G≡C) se unen mediante tres puentes de hidrógeno. Dado que en el ARN no existe timina, la complementariedad se establece entre adenina y uracilo (A=U) mediante dos puentes de hidrógeno. La complementariedad de las bases es la clave de la estructura del ADN y tiene importantes implicaciones, pues permite procesos como la replicación del ADN, la transcripción de ADN a ARN y la traducción del ARN en proteínas.
- No todos los nucleótidos son parte de las moléculas de DNA o RNA, algunos existen simplemente en la célula y están presentes como parte de otras moléculas. Los nucleótidos cíclicos como el AMP-c son mensajeros intracelulares que llevan información de la membrana celular a otras moléculas contenidas en la célula. El AMP-c estimula las reacciones esenciales en el citoplasma o el núcleo.
- La única diferencia entre el ATP y el AMP (adenosín monofosfato) es la unión de dos grupos fosfato adicionales. Aunque esta diferencia en la fórmula puede parecer pequeña, es la clave del funcionamiento del ATP en los seres vivos. Los enlaces que unen los tres grupos fosfato son relativamente débiles, y pueden romperse con cierta facilidad por hidrólisis. Los productos de la reacción más común son el ADP -adenosín di fosfato- un grupo fosfato y energía. Esta energía al desprenderse, puede ser utilizada para producir otras reacciones químicas Con la adición de una molécula de agua al ATP, un grupo fosfato se separa de la molécula. Los productos de la reacción son el ADP, un grupo fosfato libre y energía. Alrededor de unas 7 Kcalorías de energía se liberan por cada mol de ATP hidrolizado. La reacción puede ocurrir en sentido contrario si se aportan las 7 Kcalorías por mol necesarias. La función del ATP es suministrar energía hidrolizándose a ADP y Pi. Esta energía puede usarse para: obtener energía química: por ejemplo para la síntesis de macromoléculas; transporte a través de las membranas trabajo mecánico: por ejemplo la contracción muscular, movimiento de cilios y flagelos, movimiento de los cromosomas, etc.
- Los coenzimas son cofactores orgánicos no proteicos, termoestables, que unidos a una apoenzima constituyen la holoenzima o forma catalíticamente activa de la enzima. Tienen en general baja masa molecular (al menos comparada con la apoenzima) y son claves en el mecanismo de catálisis, por ejemplo, aceptando o donando electrones o grupos funcionales, que transportan de un enzima a otro. A diferencia de las enzimas, las coenzimas se modifican y consumen durante la reacción química; por ejemplo, el NAD+ se reduce a NADH cuando acepta dos electrones (y un protón) y por tanto se agota; cuando el NADH libera sus electrones se recupera el NAD+, que de nuevo puede actuar como coenzima.