Biomoléculas

Biomoléculas

1
Prof. Alejandro Araya J. CSPN 2011

Pequeño repaso:
enlaces covalentes
En química, las reacciones entre dos átomos no metales producen
enlaces covalentes. Este tipo de enlace se produce cuando existe una
electronegatividad polar, se forma cuando la diferencia de
electronegatividad no es suficientemente grande como para que se
efectúe transferencia de electrones, entonces los átomos comparten
uno o más pares electrónicos en un nuevo tipo de orbital denominado
orbital molecular.
Al formarse una molécula de forma covalente el par de electrones
tiende a desplazarse hacia el átomo que tiene mayor carga nuclear
(más número de protones). Esto origina una densidad de carga
desigual entre los núcleos que forman el enlace (se forma un dipolo
eléctrico).

Profesor Alejandro Araya J. Colegio San Pedro Nolasco 20
2

3

Enlace de Hidrógeno
Se produce un enlace de hidrógeno (común, pero
incorrectamente llamado enlace por puente de hidrógeno)
cuando un átomo de hidrógeno se encuentra entre dos átomos
más electronegativos, estableciendo un vínculo entre ellos. El
átomo de hidrógeno tiene una carga parcial positiva, por lo que
atrae a la densidad electrónica de un átomo cercano en el
espacio.
El enlace de hidrógeno es poco energético frente al enlace
covalente corriente, pero su consideración es fundamental para
la explicación de procesos como la solvatación o el plegamiento
de proteínas.
Diferentes dadores de hidrógeno para formar enlaces de
hidrógeno. Los dadores clásicos son:
El grupo hidroxilo (OH)
El grupo amino (NH)
4

La solvatación es el proceso de atracción
y asociación de moléculas de un disolvente
con moléculas o iones de un soluto. Al
disolverse los iones en un solvente, se
dispersan y son rodeados por moléculas
de solvente. A mayor tamaño del ion, más
moléculas de solvente son capaces de
rodearlo, y más solvatado se encuentra el
ion.
5

Características del H2O
Solvente universal: disuelve una amplia gama de sustancias, como
proteínas, sales y azúcares.
Cohesión: debido a los puentes de hidrógeno interconectan
moléculas de agua, el agua líquida tiene gran cohesión, es decir, las
moléculas de agua tienden a mantenerse juntas. (Fig. 1)
Tensión superficial: es la resistencia que opone la superficie del agua
a ser rota. (Figs. 2 y 3)
Ionización del agua: en cualquier momento dado, dos de cada 1x109
de moléculas de agua están ionizadas, es decir, divididas en iones
hidrógeno (H+) y en iones hidróxido (OH-). (Figs. 4 y 5)
Modera efectos de temperatura: debido a su calor específico elevado,
regula los efectos de las altas y bajas temperaturas en los
organismos vivos, se necesita mucha energía para elevar la
temperatura del agua y el agua lentamente pierde energía calórica.
6

Calor específico elevado. (Alto calor específico)
También esta propiedad está en relación con los puentes de
hidrógeno que se forman entre las moléculas de agua. El agua
puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para
romper los puentes de hidrógeno por lo que la temperatura se
eleva muy lentamente. Esto permite que el citoplasma acuoso
sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se
mantiene la temperatura constante .
Elevado calor de vaporización.
Sirve el mismo razonamiento, también los puentes de
hidrógeno son los responsables de esta propiedad. Para
evaporar el agua , primero hay que romper los puentes y
posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente
energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa.
Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a
una temperatura de 20º C y presión de 1 atmósfera.
7

Fig. 2 Tensión superficial

Fig. 1 Cohesión

8

L
Fig. 3
9

Figuras 4 y 5.
Ionización del agua

10

Ahora sí, moléculas biológicas
BIOMOLECULAS
Químicamente nos referimos como moléculas orgánicas
(M.O.) a las moléculas que tienen un esqueleto de carbono y
que además contienen algunos átomos de hidrógeno. Se les
designa con el término orgánicas por la capacidad de los
organismos vivos de sintetizar (elaborar, producir) y usar
dichas moléculas.
Síntesis de moléculas orgánicas
1.- Combinando átomos uno tras otro.
2.- Preensamblando moléculas más pequeñas que después se
juntan. Subunidades pequeñas (monómeros) se emplean para
sintetizar moléculas más largas (polímeros). Casi todas los
M.O. de nuestro cuerpo están como monómeros o polímeros.
11

12

13

Hidrólisis

14

Carbohidratos
Normalmente contiene carbono, oxígeno e hidrógeno y tiene la
formula aproximada (CH2O)n. Poseen una función energética y
una estructural.
Ejemplos más comunes:
Monosacáridos (azúcar simple)
Glucosa: hexosa (seis carbonos) fuente de energía para las
células; con esta subunidad se sintetizan casi todos los
polisacáridos.
Ribosa: pentosa (cinco carbonos). Forma parte de moléculas más
complejas como ADN (como desoxirribosa) y ARN.
Galactosa: se transforma en glucosa en el hígado.
Fructosa: es una forma de azúcar encontrada en las frutas y en
la miel. Es un monosacárido con la misma fórmula empírica que la
glucosa pero con diferente Alejandro Araya J.
Profesor
estructura. Colegio San Pedro Nolasco 20
15

Ribosa

Desoxirribosa

16

Ciclación de la glucosa

Fructosa

Galactosa
17

Disacáridos (dos azúcares)

Sacarosa: formado por glucosa más fructosa. Disacárido más
abundante y la principal forma en la cual los glúcidos son
transportados en las plantas. Endulzante más utilizado.
Lactosa: compuesto por una molécula de galactosa y una
molécula de glucosa, estará presente naturalmente sólo en la
leche.
Maltosa: glucosa más glucosa. Se le llama también azúcar de
malta, ya que aparece en los granos de cebada germinada. Se
puede obtener mediante la hidrólisis del almidón y glucógeno.

18

Sacarosa

19

Lactosa

20

Ma
lto
sa

21

Polisacáridos (cadenas de azúcares simples)
Almidón: almacén de energía en plantas. Se forma en raíces y
semillas, se presenta como cadenas enrolladas de hasta 1000
moléculas de glucosa (α-amilosa) o hasta ½ millón de monómeros
de glucosa (amilopectina)

22

Glucógeno: polisacárido de reserva energética de los animales,
formado por cadenas ramificadas de glucosa; es soluble en agua,
en la que forma dispersiones coloidales. Abunda en el hígado y
en el músculo. Suele ser mucho más pequeño que el almidón y
tiene ramificaciones cada 10 a 12 subunidades de glucosa. ¿Qué
sentido tendrá tener muchas ramas pequeñas?

23

24

Celulosa: polisacárido compuesto exclusivamente de moléculas de
glucosa; es pues un homopolisacárido (compuesto por un solo tipo
de monosacárido); es rígido, insoluble en agua, y contiene desde
varios cientos hasta varios miles de unidades de β-glucosa. La
celulosa es la biomolécula orgánica más abundante ya que forma
la mayor parte de la biomasa terrestre.

25

La celulosa tiene una estructura lineal o fibrosa, en la que se
establecen múltiples puentes de hidrógeno entre los grupos
hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa,
haciéndolas impenetrables al agua, lo que hace que sea
insoluble en agua, y originando fibras compactas que
constituyen la pared celular de las células vegetales.

26

Quitina: La quitina es un polisacárido compuesto de unidades de
N-acetilglucosamina. Éstas están unidas entre sí con enlaces
β-1,4, de la misma forma que las unidades de glucosa componen la
celulosa. Puede pensarse en la quitina como en celulosa con el
grupo hidroxilo de cada monómero reemplazado por un grupo de
acetilamina. Esto permite un incremento de los enlaces de
hidrógeno con los polímeros adyacentes, dándole al material una
mayor resistencia. La quitina es uno de los componentes
principales de las paredes celulares de los hongos, del resistente
exoesqueleto de los artrópodos (arácnidos, crustáceos, insectos)
y algunos otros animales (quetas de anélidos, perisarco de
cnidarios). Es el segundo polímero natural más abundante
después de la celulosa. Es altamente insoluble en agua y en
solventes orgánicos debido a los enlaces de hidrógeno que
presenta la molécula. El término quitina deriva de la palabra
griega chiton χιτών, que significa túnica, haciendo referencia a
su dureza.
27

28

LIPIDOS
Moléculas con dos características principales:
Contienen regiones extensas formadas casi exclusivamente
por hidrógeno y carbono, con enlaces C-C o C-H no polares.
Estas regiones no polares hacen que los lípidos sean
hidrofóbicos e insolubles en agua.

29

Los lípidos son un conjunto de moléculas orgánicas, la mayoría
biomoléculas, compuestas principalmente por carbono e
hidrógeno y en menor medida oxígeno, aunque también pueden
contener fósforo, azufre y nitrógeno, que tienen como
característica principal el ser hidrofóbicas o insolubles en agua
y sí en disolventes orgánicos como la bencina, el alcohol, el
benceno y el cloroformo.
En el uso coloquial, a los lípidos se les llama incorrectamente
grasas, aunque las grasas son sólo un tipo de lípidos
procedentes de animales. Los lípidos cumplen funciones
diversas en los organismos vivientes, entre ellas la de reserva
energética (triglicéridos), la estructural (fosfolípidos de las
bicapas) y la reguladora (esteroides).

30

Los lípidos se clasifican en tres grupos principales

2. Aceites, grasas y ceras.
3. Fosfolípidos.
4. Esteroides.

31

Aceites, grasas y ceras

Tienen tres cosas en común:
• Solo contienen carbono, hidrógeno y oxígeno.
• Contienen una o más subunidades de ácido graso, que son
largas cadenas de carbono e hidrógeno con un grupo
carboxilo (-COOH, liberan un H+, de ahí el nombre “ácido”
graso) en un extremo.
• Por lo general no tienen estructuras anilladas.

Grasas y aceites se forman mediante síntesis por
deshidratación, uniéndose tres subunidades de ácido graso y
una molécula de glicerol.

32

33

glicerol o glicerina (C3H8O3)

Molécula de ácido esteárico, un ácido graso saturado

La misma molécula representada de manera esquemática y con el grupo carboxilo disociado

34

Tripalmitina, un triglicérido formado por tres moléculas de
ácido palmítico y glicerol

Modelo tridimensional de trimiristina, un triglicérido
formado por tres moléculas de ácido mirístico y glicerol

35

Grasas y aceites tienen una alta concentración de energía
química (9,3 calorías por gramo) versus 4,1 de los azúcares y
proteínas. Las grasas y aceites se utilizan como reservorio de
energía a largo plazo.

¿Qué hace la diferencia entonces entre grasas y aceites?

La diferencia la hace la presencia o ausencia de dobles
enlaces en las cadenas de los ácidos grasos.
Cuando un ácido graso tiene solo enlaces simples, entonces
todos los carbonos internos están unidos a dos átomos de
hidrógeno. Se dice que están saturados pues no caben más
átomos. Esto provoca que la cadena sea recta y así pueden
acomodarse muy juntos, por lo que forman un sólido a
temperatura ambiente.
36

Ácido graso mirístico

Ácido graso palmítico

37

Cuando existen dobles enlaces en las cadenas de ácidos
grasos, entonces en los carbonos internos habrá carbonos que
estén unidos entre sí por dobles enlaces, es decir, es posible
introducir más hidrógenos en la molécula. Debido a esto se
dice que está insaturado. La cadena se dobla en el lugar del
doble enlace y esta flexión mantiene separadas las moléculas
de aceite, esto hace que se encuentren líquidos a
temperatura ambiente.
¿Es posible convertir un aceite en grasa?

38

Ácido oleico

Ácido linoleico

39

40

Ácido linoleico

41

Las ceras son químicamente similares a las grasas, están
saturadas por lo que son sólidas a temperatura ambiente.

Por ejemplo la cera de abeja. Son sustancias altamente
insolubles en medios acuosos y a temperatura ambiente se
presentan sólidas y duras. En los animales las podemos
encontrar en la superficie del cuerpo, piel, plumas,
cutícula, etc. En los vegetales, las ceras recubren en la
epidermis de frutos, tallos, junto con la cutícula o la
suberina, que evitan la pérdida de agua por evaporación.

42

Fosfolípidos

Similares a los aceites, pero uno de los tres ácidos grasos ha
sido reemplazado por un grupo fosfato que tiene unido un
grupo funcional polar corto, el que generalmente contiene
nitrógeno.
A diferencia de las colas de ácido graso que son
hidrofóbicas, la “cabeza” de fosfato-nitrógeno es polar, o
sea, tiene carga electrica y es soluble en agua. Por lo tanto
los fosfolípifos tienen dos extremos diferentes: una cabeza
hidrofílica unida a dos colas hidrofóbicas. Esta composición
es fundamental en la estructura y función de las menbranas
plasmáticas.

43

Los fosfolípidos son un tipo de lípidos polares compuestos por
un glicerol, al que se le unen dos ácidos grasos (1,2-
diacilglicerol) y un grupo fosfato. El fosfato se une mediante un
enlace fosfodiéster a otro grupo de átomos, que
frecuentemente contienen nitrógeno, como colina, serina o
etanolamina y muchas veces posee una carga eléctrica. Todas
las membranas activas de las células poseen una bicapa de
fosfolípidos.
Los fosfolípidos más abundantes son la fosfatidiletanolamina (o
cefalina), fosfatidilinositol, ácido fosfatídico, fosfatidilcolina
(o lecitina) y fosfatidilserina.

44

45

Esteroides
Los esteroides son derivados del núcleo del
ciclopentanoperhidrofenantreno que se compone de
carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, también de 4
anillos fusionados de carbono que poseén diversos grupos
funcionales y tienen partes hidrofílicas e hidrofóbicas. En
los mamíferos como el ser humano, cumplen importantes
funciones:
Reguladora: Algunos regulan los niveles de sal y la secreción
de bilis.
Estructural: El colesterol es un esteroide que forma la
estructura de las membranas de las células junto con los
fosfolípidos. Además, a partir del colesterol se sintetizan
los demás esteroides.

46

Hormonal: Las hormonas esteroides son:
Corticoides: glucocorticoides y mineralocorticoides.
Existen múltiples fármacos con actividad corticoide, como la
prednisona.
Hormonas sexuales masculinas: son los andrógenos como
la testosterona y sus derivados, los anabolizantes androgénicos
esteroides; estos últimos llamados simplemente esteroides.
Hormonas sexuales femeninas.
Vitamina D y sus derivados.

Las hormonas esteroides tienen en común que:
Se sintetizan a partir del colesterol.
Son hormonas lipófilas que atraviesan libremente la membrana
plasmática, se unen a un receptor citoplasmático, y este
complejo receptor-hormona tiene su lugar de acción en el ADN
del núcleo celular, activando genes o modulando la transcripción
del ADN.
47

Ciclopentano-Perhidro-Fenantreno

Testosterona

Estradiol

48

49

¿FIN?
Ha, ha, ha, haaaa
no

50

Biomoléculas

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (15)

Similar a Biomoléculas

Similar a Biomoléculas (20)

Biomoléculas