quimica organica

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Hidrocarburos:Los hidrocarburos son compuestos orgnicos formados nicamente por "tomos de carbono ehidrgeno". La estructura molecular consiste en un armazn de tomos de carbono a los que se unen los tomos de hidrgeno. Los hidrocarburos son los compuestos bsicos de la Qumica Orgnica. Las cadenas de tomos de carbono pueden ser lineales o ramificadas y abiertas o cerradas. Los hidrocarburos se pueden clasificar en dos tipos, que son alifticos y aromticos. Los alifticos, a su vez se pueden clasificar en alcanos, alquenos y alquinos segn los tipos de enlace que unen entre s los tomos de carbono. Las frmulas generales de los alcanos, alquenos y alquinos son C nH2n+2, CnH2n y CnH2n-2, respectivamente Los hidrocarburos alifticos son compuestos orgnicos constituidos por carbono e hidrgeno cuyo carcter es no aromtico. Pueden ser tanto acclicos como cclicos. Los compuestos alifticos acclicos ms sencillos son los alcanos, agrupaciones hidrocarbonadas lineales de frmula CH3-(CH2)n-CH3. Un hidrocarburo aromtico es un compuesto orgnico cclico conjugado que cumple la Regla de Hckel, es decir, que tienen un total de 4n+2 electrones pi en el anillo. Para que se d la aromaticidad, deben cumplirse ciertas premisas, por ejemplo que los dobles enlaces resonantes de la molcula estn conjugados y que se den al menos dos formas resonantesequivalentes. La estabilidad excepcional de estos compuestos y la explicacin de la regla de Hckel han sido explicadoscunticamente, mediante el modelo de "partcula en un anillo".Un sistema conjugado ocurre en un compuesto qumico donde los tomos unidos mediante enlace covalentemente con enlaces simples y mltiples alternantes (por ejemplo, C=C-C=CC) y con influencia mutua para producir una regin llamada deslocalizacin electrnica. En esta regin, los electrones no pertenecen a un solo enlace o tomo, sino a un grupo. Por ejemplo, el fenol (C6H5OH) tiene un sistema de 6 electrones sobre y debajo del anillo plano, as como tambin del grupo hidrxilo.

Fenol benceno Los alcanos son hidrocarburos, es decir que tienen solo tomos de carbono e hidrgeno. La frmula general para alcanos alifticos (de cadena lineal) es C nH2n+2, y para cicloalcanos es CnH2n. Tambin reciben el nombre dehidrocarburos saturados.

donde cada lnea representa un enlace covalente. El alcano ms sencillo es el metano con un solo tomo de carbono. Otros alcanos conocidos son el etano,propano y el butano con dos, tres y cuatro tomos de carbono respectivamente. A partir de cinco carbonos, los nombres se derivan de numerales griegos: pentano, hexano, heptano...

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Los alquinos son hidrocarburos alifticos con al menos un triple enlace -CC- entre dos tomos de carbono. Se trata de compuestos metaestables debido a la alta energa del triple enlace carbonocarbono. Su frmula general es CnH2n-2. Los alquenos u olefinas son hidrocarburos insaturados que tienen uno o varios dobles enlaces carbono-carbono en su molcula. Se puede decir que un alqueno no es ms que un alcano que ha perdido dos tomos de hidrgeno produciendo como resultado un enlace doble entre dos carbonos. Los alquenos cclicos reciben el nombre de cicloalquenos.

eteno

Compuestos oxigenados:En qumica se denomina alcohol a aquellos compuestos qumicos orgnicos que contienen un grupo hidroxilo (-OH) en sustitucin de un tomo de hidrgeno enlazado de forma covalente a un tomo de carbono. Si contienen varios grupos hidroxilos se denominan polialcoholes.

propanotriolLos fenoles o compuestos fenlicos son compuestos orgnicos en cuyas estructuras moleculares contienen al menos un grupo fenol, un anillo aromtico unido a al menos un grupo funcional

fenolLos aldehdos son compuestos orgnicos caracterizados por poseer el grupo funcional -CHO. Se denominan como los alcoholes correspondientes, cambiando la terminacin -ol por -al :

Es decir, el grupo carbonilo H-C=O est unido a un solo radical orgnico. Se pueden obtener a partir de la oxidacin suave de los alcoholes primarios. Esto se puede llevar a cabo calentando el alcohol en una disolucin cida dedicromato de potasio Una cetona es un compuesto orgnico caracterizado por poseer un grupo funcional carbonilo unido a dos tomos de carbono, a diferencia de un aldehdo, en donde el grupo carbonilo se encuentra unido al

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menos a un tomo de hidrgeno. Cuando el grupo funcional carbonilo es el de mayor relevancia en dicho compuesto orgnico, las cetonas se nombran agregando el sufijo -ona al hidrocarburo del cual provienen (hexano, hexanona; heptano, heptanona; etc).

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Los cidos carboxlicos constituyen un grupo de compuestos que se caracterizan porque poseen un grupo funcional llamado grupo carboxilo o grupo carboxi (COOH); se produce cuando coinciden sobre el mismo carbono un grupo hidroxilo (-OH) y carbonilo (C=O). Se puede representar como COOH CO2H.

En qumica orgnica y bioqumica, un ter es un grupo funcional del tipo R-O-R', en donde R y R' son grupos alquilo, estando el tomo de oxgeno unido y se emplean pasos intermedios:

butil metil terLos steres son compuestos orgnicos derivados de cidos orgnicos o inorganicos oxigenados en los cuales uno o mas protonesson sustituidos por grupos orgnicos alquilo (simbolizados por R'). Etimolgicamente, la palabra "ster" proviene del alemn Essig-ther (ter de vinagre), como se 1 llamaba antiguamente al acetato de etilo.

Un haluro de cido (o haluro de acilo) es un compuesto derivado de un cido al sustituir el grupo hidroxilo por un halgeno. Si el cido es un cido carboxlico, el compuesto contiene un grupo funcional -COX. En ellos el carbono est unido a un radical o tomo de hidrgeno (R), a un oxgeno mediante un doble enlace y mediante un enlace simple (sigma) a un halgeno (X).

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Un xido o anhidrido es un compuesto binario que contiene uno o varios tomos de oxgeno (presentando el oxgeno un estado de oxidacin -2) y otros elementos. Existe una gran variedad de xidos, algunos de los cuales pueden encontrarse en estadogaseoso, otros en estado lquido y otros en estado slido a temperatura ambiente. Casi todos los elementos forman combinaciones estables con oxgeno y muchos en varios estados de oxidacin. Por ejemplo, son xidos el xido ntrico (NO) o el dixido de nitrgeno (NO2). SO2 = Anhdrido sulfuroso.

Funciones nitrogenadas:Las aminas son compuestos qumicos orgnicos que se consideran como derivados del amonaco y resultan de la sustitucin de los hidrgenos de la molcula por los radicales alquilo. Segn se sustituyan uno, dos o tres hidrgenos, las aminas sern primarias, secundarias o terciarias, respectivamente.

Amonaco

Amina primaria

Amina secundaria

Amina terciaria

Una amida es un compuesto orgnico cuyo grupo funcional es del tipo RCONR'R'', siendo COun carbonilo, N un tomo de nitrgeno, y R, R' y R'' radicales orgnicos o tomos de hidrgeno: Se puede considerar como un derivado de un cido carboxlico por sustitucin del grupo OH del cido por un grupo NH2, NHR o NRR' (llamado grupo amino).

Unidad 2La isomera es una propiedad de ciertos compuestos qumicos que con igual frmula qumica, es decir, iguales proporciones relativas de los tomos que conforman su molcula, presentan estructuras moleculares distintas y, por ello, diferentes propiedades. Dichos compuestos reciben la denominacin deismeros. Los ismeros son compuestos que tienen la misma frmula molecular pero

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diferente frmula estructural y, por tanto, diferentes propiedades. Por ejemplo, el alcohol etlico o etanol y el ter dimetlico son ismeros cuya frmula molecular es C 2H6O. Isomera de cadena o esqueleto.- Los ismeros de este tipo tienen componentes de la cadena acomodados en diferentes lugares, es decir las cadenas carbonadas son diferentes, presentan distinto esqueleto o estructura. Un ejemplo es el pentano, del cual, existen muchos ismeros, pero los ms conocidos son el isopentano y el neopentano.

Isomera de posicin.- Es la de aquellos compuestos en los que sus grupos funcionales o sus grupos sustituyentes estn unidos en diferentes posiciones. Un ejemplo simple de este tipo de isomera es la del pentanol, donde existen tres ismeros de posicin: pentan-1-ol, pentan-2-ol y pentan-3-ol. Isomera de grupo funcional.- Aqu, la diferente conectividad de los tomos, puede generar diferentes grupos funcionales en la cadena. Un ejemplo es el ciclohexano y el 1-hexeno, que tienen la misma frmula molecular (C6H12), pero el ciclohexano es un alcano cclico o cicloalcano y el 1-hexeno es un alqueno. Hay varios ejemplos de isomeria como la de ionizacin, coordinacin, enlace, geometra y ptica. La isomera cis-trans (o isomera geomtrica) es un tipo de estereoisomera de los alquenos y cicloalcanos. Se distingue entre el ismero cis, en el que lossustituyentes estn en el mismo lado del doble enlace o en la misma cara del cicloalcano, y el ismero trans, en el que estn en el lado opuesto del doble enlace o en caras opuestas del cicloalcano.

trans 2- buteno

cis 2- buteno

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Si una configuracin molecular es Z o E viene determinado por las reglas de prioridad de Cahn, Ingold y Prelog. Para cada uno de los dos tomos de carbono del doble enlace se determina individualmente cual de los dos sustituyentes tiene la prioridad ms alta. Si ambos sustituyentes de mayor prioridad estn en el mismo lado, la disposicin es Z. En cambio si estn en lados opuestos la disposicin es E. Como ejemplo, en la imagen el cido (Z)-3-amino-2-butenoico y el cido (E)-3-amino-2-butenoico.

Un estereoismero es un ismero que tiene la misma frmula molecular y la misma secuencia de tomos enlazados, con los mismos enlaces entre sus tomos, pero difieren en la orientacin 12 tridimensional de sus tomos en el espacio. Se diferencian, por tanto, de los ismeros estructurales, en los cuales los tomos estn enlazados en un orden diferente dentro de la molcula.

clasificacin:Ismeros conformacionales, confrmeros o rotmeros, fcilmente interconvertibles entre s por la 4 rotacin en torno a enlaces. Se puede presentar en compuestos con cadenas abiertas, y en anillos. Ismeros configuracionales, slo interconvertibles entre s mediante ruptura de enlaces.

Estos, a su vez, se pueen clasificar en: Estereoismeros quirales: No son superponibles con su imagen en el espejo. Pueden ser enantimeros y diastereoismeros. Enantimeros, que son imgenes especulares no superponibles entre s. Si una molcula tiene un ismero especular no superponible se dice que es una molcula quiral, que posee quiralidad o que es pticamente activa. Diastereoismeros o distermeros, que son los dems estereoismeros, los que no son enantimeros, o sea, no son imgenes especulares entre s. Un compuesto puede tener como mximo un enantimero pero puede tener varios diastereoismeros.5

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Ejemplo de atropoisomera en el 6,6-dinitro-2,2-difenilbenzoico

Estereoismeros NO quirales: Son superponibles con su imagen en el espejo. Difieren en su mayor parte en la ordenacin de los tomos en el plano. Pueden ser formas meso, ismeros5

cis-trans, ismeros sin-anti, ismeros E-Z, ismeros endo-exo, e ismeros in-out. Una mezcla racmica es una mezcla en la cual productos de una reaccin qumica, con actividad ptica debido a isomerismo son encontrados en proporciones aproximadamente equivalentes. Es decir L y D estereoismeros estn presentes en un 50%.

Ejemplo de compuesto mesoLas reglas de Cahn-Ingold-Prelog, usadas en qumica orgnica, establecen la prioridad de los sustituteyentes unidos a un tomo, habitualmente carbono. Esto nos sirve para designar de forma inequvoca la configuracin, la disposicin espacial, de estereoismeros tales como enantimeros y diastereoismeros o en el caso de los alquenos en la notacin

Por ejemplo, la prioridad del grupo metilo (-CH3) es menor que la del grupo etilo (-CH2CH3), ya que el metilo solo tiene tomos de hidrgeno unidos al primer carbono mientras que el etilo tiene un tomo de carbono con un nmero atmico mayor y por tanto con una prioridad ms alta.

Nomenclatura R/SLos descriptores R/S permiten indicar en un compuesto orgnico la configuracin, (la disposicin espacial de los sustituyentes), de un carbono o centro quiral, estereocentro o centro estereognico, que es el caso de un tomo de carbono con cuatro sustituyentes diferentes. Se aade R o S entre parntesis como prefijo delante del nombre de la molcula orgnica. En caso de ser ms de uno el centro estereognico, separados por coma se indica el descriptor R o S de cada uno, precedido del nmero o localizador que identifica su posicin.

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En qumica orgnica, los ismeros conformacionales o confrmeros son estereoismeros que se caracterizan por poder interconvertirse (modificar su orientacin espacial, convirtindose en otro ismero de la misma molcula) a temperatura ambiente, por rotacin en torno a enlaces simples anti, eclipsada o alternada. Son compuestos que, generalmente, no pueden aislarse fsicamente, debido a su facilidad de interconversin.

Unidad 3

Los glcidos, carbohidratos, hidratos de carbono o sacridos son molculas orgnicas compuestas por carbono, hidrgeno y oxgeno. Son solubles en agua y se clasifican de acuerdo a la cantidad de carbonos o por el grupo funcional aldehdo. Son la forma biolgica primaria de almacenamiento y consumo de energa.

glucosaMonosacrido

fructuosa

Los glcidos ms simples, los monosacridos, estn formados por una sola molcula; no pueden ser hidrolizados a glcidos ms pequeos. La frmula qumica general de un monosacrido no modificado es (CH2O)n, donde n es cualquier nmero igual o mayor a tres, su lmite es de 7 carbonos. Los monosacridos poseen siempre un grupo carbonilo en uno de sus tomos de carbono y grupos hidroxilo en el resto, por lo que pueden considerarse polialcoholes. Los monosacridos se clasifican de acuerdo a tres caractersticas diferentes: la posicin del grupo carbonilo, el nmero de tomos de carbono que contiene y suquiralidad. Si el grupo carbonilo es un aldehdo, el monosacrido es una aldosa; si el grupo carbonilo es una cetona, el monosacrido es una cetosa. Los monosacridos ms pequeos son los que poseen tres tomos de carbono, y son llamados triosas; aquellos con cuatro son llamados tetrosas, lo que poseen cinco son llamados pentosas, seis son llamados hexosas y as sucesivamente. Los sistemas de clasificacin son frecuentemente combinados; por ejemplo, laglucosa es una aldohexosa

CiclacinEl grupo aldehdo o cetona en una cadena lineal abierta de un monosacrido reaccionar reversiblemente con el grupo hidroxilo sobre un tomo de carbono diferente en la misma molcula para formar un hemiacetal o hemicetal, formando un anillo heterocclico, con un puente de oxgeno entre los dos tomos de carbono. Los anillos con cinco y seis tomos son llamados formas furanosa y piranosa respectivamente y existen en equilibrio con la cadena lineal abierta.

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Disacrido

Hidrlisis de la Lactosa. 1. Galactosa. 2.Glucosa.

Los disacridos son glcidos formados por dos molculas de monosacridos y, por tanto, al hidrolizarse producen dos monosacridos libres. Los dos monosacridos se unen mediante un enlace covalente conocido como enlaceglucosdico, tras una reaccin de deshidratacin que implica la prdida de un tomo de hidrgeno de un monosacrido y un grupo hidroxilo del otro monosacrido, con la consecuente formacin de una molcula de H 2O, de manera que la frmula de los disacridos no modificados es C12H22O11. La sacarosa es el disacrido ms abundante y la principal forma en la cual los glcidos son transportados en las plantas. Est compuesto de una molcula de glucosa y una molcula de fructosa.

Oligosacrido

Estaquiosa, tetrasacrido formado por una glucosa, dosgalactosas y una fructosa.

Los oligosacridos estn compuestos por tres a diez molculas de monosacridos que al hidrolizarse se liberan. No obstante, la definicin de cuan largo debe ser un glcido para ser considerado oligo o polisacrido vara segn los autores. Segn el nmero de monosacridos de la cadena se tienen los disacaridos (como la lactosa ), tetrasacrido (estaquiosa), pentasacridos, etc. Los oligosacridos se encuentran con frecuencia unidos a protenas, formando las glucoprotenas, como una forma comn de modificacin tras la sntesis proteica. Polisacrido

Amilopectina.

Los polisacridos son cadenas, ramificadas o no, de ms de diez monosacridos, resultan de la condensacin de muchas molculas de monosacridos con la prdida de varias molculas de agua. Su

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frmula emprica es: (C6 H10O5)n. Los polisacridos representan una clase importante de polmeros biolgicos y su funcin en los organismos vivos est relacionada usualmente con estructura o almacenamiento. El almidn es usado como una forma de almacenar monosacridos en las plantas, siendo encontrado en la forma de amilosa y la amilopectina (ramificada). En animales, se usa el glucgeno en vez de almidn el cual es estructuralmente similar pero ms densamente ramificado. La celulosa es un polisacrido compuesto exclusivamente de molculas de glucosa; es pues un homopolisacrido (compuesto por un solo tipo demonosacrido); es rgido, insoluble en agua, y contiene desde varios cientos hasta varios miles de unidades de -glucosa. La celulosa es la biomolcula orgnica ms abundante ya que forma la mayor parte de la biomasa terrestre.

Estructura de las b- glucosa que componen a la celulosaLos azcares cidos son aquellos monosacridos en los cuales alguno o varios de sus radicales hidroxilo (-OH) han sido oxidados para dar lugar a un grupocarboxilo. Entre las principales clases de azcares cidos,

acido ascrbicoEn qumica, un amino azcar es aquella molcula de azcar que contiene un grupo amino en lugar de un grupohidroxilo en alguno de sus radicales. Los polialcoholes (denominados tambin como azcares alcohlicos) se caracterizan por ser una familia de compuestos qumicos orgnicos con sabor dulce. Estos compuestos qumicamente se consideran carbohidratoshidrogenados cuyo grupo carbonilo (aldehdo, cetona, azcar reductor) ha sido reducido a un grupo hidroxiloprimario o secundario (es decir a un alcohol).

glicerol

Los grupos aldehdos o cetonas pueden reaccionar con un hidroxilo de la misma molcula convirtindola en anillo.

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Ciclacin de la glucosa (forma piranosa)

Ciclacin de la fructosa (forma furanosa) Si el aldehdo reacciona con el -OH se forma un hemiacetal, y un hemicetal si es la cetona la que produce dicha reaccin. En todo caso hablamos de enlaces intra moleculares. El anillo puede ser pentagonal o furansico (por su semejanza al furano), o hexagonal o piranxico (por su semejanza al pirano). Una fructosa ciclada ser una fructofuranosa y una glucopiranosa ser el caso de la glucosa. Las formas cclicas pueden ser representadas dndole un sentido tridimensional de acuerdo con la formulacin de Haworth.

Formas anomricas. En las formas cclicas aparece un nuevo carbono asimtrico o anmero (el que antes tenia el aldehdo o cetona). Los anmeros sern si el -OH de este nuevo carbono asimtrico queda hacia abajo y si lo hace hacia arriba en la forma cclica.211

Los azcares reductores son aquellos azcares que poseen su grupo carbonilo (grupo funcional) intacto, y que a travs del mismo pueden reaccionar con otras molculas. La trehalosa es un azcar doble (disacrido), formado de dos molculas de glucosa donde la unin glucosdica involucra los grupos OH de los dos carbonos anomricos. Partiendo de dos glucosas reductoras dulces se consigue un disacrido no reductor, con un bajo poder edulcorante. Al llegar al intestino la trehalosa se desdobla en glucosa por la accin de la enzima trehalasa. La ausencia de esta enzima provoca una enfermedad denominada Intolerancia a la trehalosa o intolerancia a los championes.

Unidad 4Los lpidos son un conjunto de molculas orgnicas, la mayora son biomolculas, compuestas principalmente porcarbono e hidrgeno y en menor medida oxgeno, aunque tambin pueden contener fsforo, azufre y nitrgeno, tienen como caracterstica principal el ser hidrofbicas o insolubles en agua y s en solventes orgnicos como labencina, el benceno y el cloroformo. En el uso coloquial, a los lpidos se les llama incorrectamente grasas, ya que las grasas son slo un tipo de lpidos procedentes de animales. Los lpidos cumplen funciones diversas en losorganismos vivientes, entre ellas la de reserva energtica (triglicridos), la estructural (fosfolpidos de las bicapas) y la reguladora (esteroides).

Lpidos saponificablesLa saponificacin es una reaccin qumica entre un cido graso (o un lpido saponificable, portador de residuos de cidos grasos) y una base o alcalino, en la que se obtiene como principal producto la sal de dicho cido. Estos compuestos tienen la particularidad de ser anfipticos, es decir tienen una parte polary otra apolar (o no polar), con lo cual pueden interactuar con sustancias de propiedades dispares. Por ejemplo, los jabones son sales de cidos grasos y metales alcalinos que se obtienen mediante este proceso. El mtodo de saponificacin en el aspecto industrial consiste en hervir la grasa en grandes calderas, aadiendo lentamente sosa custica (NaOH), agitndose continuamente la mezcla hasta que comienza esta a ponerse pastosa. La reaccin que tiene lugar es la saponificacin y los productos son el jabn y la glicerina: grasa + sosa custica jabn + glicerina

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Las molculas de jabn tienen una forma un poco "especial". Por un lado de la molcula es polar, lo que la hace soluble en agua, y por el otro es apolar, lo que la hace soluble en solventes orgnicos. La suciedad, normalmente, es una molcula grasa (orgnica). El lado orgnico del jabn se intenta disolver en la molcula de grasa. Pero el lado polar permanece soluble en agua, de forma que la molcula de jabn "tira" de la grasa arrancndola del tejido y, por consiguiente, limpindolo.

cidos grasosSon las unidades bsicas de los lpidos saponificables, y consisten en molculas formadas por una larga cadena hidrocarbonada con un nmero par de tomos de carbono (12-24) y un grupo carboxilo terminal. La presencia de dobles enlaces en el cido graso reduce el punto de fusin. Los cidos grasos se dividen en saturados e insaturados. Saturados. Sin dobles enlaces entre tomos de carbono; por ejemplo, cido lurico C12H24O2, cido mirstico , cido palmtico

, cido margrico, cido esterico , cido araqudico y cido lignocrico. Insaturados. Los cidos grasos insaturados se caracterizan por poseer dobles enlaces en su configuracin molecular. stas son fcilmente identificables, ya que estos dobles enlaces hacen que su punto de fusin sea menor que en el resto. Se presentan ante nosotros como lquidos, como aquellos que llamamos aceites.

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cido palmitoleico

,

cido oleico

, cido eladico, cido linoleico CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH, cido linolnicoCH3-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH el omega 3. ycido araquidnico

de la serie omega 6. y cido nervnico.

AcilglicridosLos acilglicridos o acilgliceroles son steres de cidos grasos con glicerol (glicerina), formados mediante una reaccin de condensacin llamada esterificacin. Una molcula de glicerol puede reaccionar con hasta tres molculas de cidos grasos, puesto que tiene tres grupos hidroxilo. Segn el nmero de cidos grasos que se unan a la molcula de glicerina, existen tres tipos de acilgliceroles: Monoglicridos. Slo existe un cido graso unido a la molcula de glicerina. Diacilglicridos. La molcula de glicerina se une a dos cidos grasos. Triacilglicridos. Llamados comnmente triglicridos, puesto que la glicerina est unida a tres cidos grasos; son los ms importantes y extendidos de los tres.

Los triglicridos constituyen la principal reserva energtica de los animales, en los que constituyen las grasas; en losvegetales constituyen los aceites. El exceso de lpidos es almacenado en grandes depsitos en el tejido adiposo de los animales.

CeraLas ceras son steres de los cidos grasos con alcoholes de peso molecular elevado, es decir, son molculasque se obtienen por esterificacin, reaccin qumica entre un cido carboxlico y un alcohol, que en el caso de las ceras se produce entre un cido graso y un alcohol monovalente lineal de cadena larga. Son sustancias altamente insolubles en medios acuosos y a temperatura ambiente se presentan slidas y duras. ejemplo es la cera de abeja, constituida por un alcohol (C30H61OH) y cido palmtico ((CH3(CH2)16COOH)). Organismos que forman plancton son ricos en ceras, por esta razn, animales marinos de regiones fras, cuyo alimento principal es el plancton, acumulan ceras como principal reserva energtica.

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FosfolpidoLos fosfolpidos son un tipo de lpidos anfipticos compuestos por una molcula de glicerol, a la que se unen doscidos grasos (1,2-diacilglicerol) y un grupo fosfato. El fosfato se une mediante un enlace fosfodister a otro grupo detomos, que generalmente contienen nitrgeno, como colina, serina o etanolamina y muchas veces posee una carga elctrica. Todas las membranas plasmticas activas de las clulas poseen una bicapa de fosfolpidos. Los fosfolpidos ms abundantes son la fosfatidiletanolamina (o cefalina)

, fosfatidilinositol, cido

fosfatdico,fosfatidilcolina (o lecitina) y fosfatidilserina.

EsfingolpidoLos esfingolpidos o esfingofosfolpidos son lpidos complejos que derivan del alcoholinsaturado de 18 carbonos esfingosina; la esfingosina se halla unida a un cido graso de cadena larga mediante un enlace amida formando la ceramida. Son una clase importante de lpidos de las membranas celulares de animales y vegetales y son los ms abundantes en los tejidos de los organismos ms complejos.

GlucolpidoLos glucolpidos (o glicolpidos) o glucoesfingolpidos (o glicoesfingolpidos) son esfingolpidos compuestos por una ceramida (esfingosina + cido graso) y unglcido de cadena corta; carecen de grupo fosfato. Los glucolpidos forman parte de la bicapa lipdica de la membrana celular; la parte glucdica de la molcula est orientada hacia el exterior de la membrana plasmtica y

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es un componente fundamental del glicoclix, donde acta en el reconocimiento celular y comoreceptores antignicos. Entre los principales glcidos que forman parte de los glucolpidos encontramos a la galactosa, manosa, fructosa, glucosa, N-acetilglucosamina, N-acetilgalactosamina y el cido silico. Dependiendo del glucolpido, la cadena glucdica puede contener, en cualquier lugar, entre uno y quince monmeros de monosacrido. Al igual que la cabeza defosfato de un fosfolpido, la cabeza de carbohidrato de un glucolpido es hidroflica, y las colas de cidos grasos son hidrofbicas. En solucin acuosa, los glucolpidos se comportan de manera similar a los fosfolpidos.

-D-Galactosilceramida, ungalactocerebrsido; R es la cadena alqulicadel cido graso.

Lpidos insaponificablesLos

terpenos1 o isoprenoides son una vasta y diversa clase de compuestos orgnicos

derivados del isopreno (o 2-metil-1,3-butadieno), un hidrocarburo de 5 tomos de carbono. El nombre proviene de que los primeros miembros de esta clase fueron derivados del aguarrs ("turpentine" en 2 ingls, "terpentin" en alemn). Cuando los terpenos son modificados qumicamente, por ejemplo por oxidacin o reorganizacin del esqueleto hidrocarbonado, suelen denominarse terpenoides(como la vitamina A o retinol, que contiene un tomo de oxgeno). Los tetraterpenoides son los terpenoides de 40 carbonos (8 unidades de isopreno). Los tetraterpenos ms prevalentes son los pigmentos carotenoides accesorios que cumplen funciones esenciales en la fotosntesis. Los esteroides son derivados del ncleo del ciclopentanoperhidrofenantreno o esterano que se compone de carbono ehidrgeno formando cuatro anillos fusionados, tres hexagonales y uno pentagonal; posee 17 tomos de carbono. En los esteroides esta estructura bsica se modifica por adicin de diversos grupos funcionales, como carbonilos e hidroxilos(hidrfilos) o cadenas hidrocarbonadas (hidrfobas).

Funciones

En los mamferos, como el ser humano, cumplen importantes funciones: Reguladora: Algunos regulan los niveles de sal y la secrecin de bilis. Estructural: El colesterol es un esteroide que forma parte de la estructura de las membranas de las clulas junto con los fosfolpidos. Adems, a partir del colesterol se sintetizan los dems esteroides. Hormonal: Las hormonas esteroides son: Corticoides: glucocorticoides y mineralocorticoides. Existen mltiples frmacos con actividad corticoide, como laprednisona. Hormonas sexuales masculinas: son los andrgenos, como la testosterona y sus derivados, los anabolizantes andrognicos esteroides(AE); estos ltimos llamados simplemente esteroides.

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Hormonas sexuales femeninas. Vitamina D y sus derivados.

Colesterol, el precursor de muchos otros esteroides.

Unidad 5

Aminocido(Redirigido desde Aminoacidos)

Todos los aminocidos componentes de las protenas son alfa-aminocidos. Por lo tanto, estn formados por un carbono alfa unido a un grupo carboxilo, a un grupo amino, a un hidrgeno y a una cadena (habitualmente denominada Radical) de estructura variable, que determina la identidad y las propiedades de los diferentes aminocidos; existen cientos de cadenas R por lo que se conocen cientos de aminocidos diferentes, pero slo 20 forman parte de las protenas y tienen codones especficos en el cdigo gentico. La unin de varios aminocidos da lugar a cadenas llamadas polipptidos o simplemente pptidos, que se denominan protenas cuando la cadena polipeptdica supera los 50 aminocidos o la masa molecular total supera las 5.000 uma.

A los aminocidos que necesitan ser ingeridos por el cuerpo se los llama esenciales; la carencia de estos aminocidos en la dieta limita el desarrollo del organismo, ya que no es posible reponer las clulas de los tejidos que mueren o crear tejidos nuevos, en el caso del crecimiento. Para el ser humano, los aminocidos esenciales son: Valina (Val) Leucina (Leu) Treonina (Thr)

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Lisina (Lys) Triptfano (Trp) Histidina (His) * Fenilalanina (Phe) Isoleucina (Ile) Arginina (Arg) * Metionina (Met)

A los aminocidos que pueden ser sintetizados por el cuerpo se los conoce como no esenciales y son: Alanina (Ala) Prolina (Pro) Glicina (Gly) Serina (Ser) Cistena (Cys) ** Asparagina (Asn) Glutamina (Gln) Tirosina (Tyr) ** cido asprtico (Asp) cido glutmico (Glu

Las modificaciones postraduccin de los 20 aminocidos codificados genticamente conducen a la formacin de 100 o ms derivados de los aminocidos. Las modificaciones de los aminocidos juegan con frecuencia un papel de gran importancia en la correcta funcionalidad de la protena.Son numerosos los ejemplo de modificacin postraduccin de aminocidos. La formacin postraduccin de puentes disulfuro, claves en la estabilizacin de laestructura terciaria de las protenas est catalizada por una disulfuro isomerasa. En las histonas tiene lugar la metilacin de las lisinas. En el colgeno abunda el aminocido 4-hidroxiprolina, que es el resultado de la hidroxilacin de la prolina. La traduccin comienza con en codn "AUG" que es adems de seal de inicio significa el aminocido metionina, que casi 4 siempre es eliminada por protelisis.

Enlace disulfuro(Redirigido desde Puentes disulfuro)

Dos cistenas unidas por upuente disulfuro (SS) para formar una cistina.

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Un enlace disulfuro, puente disulfuro o enlace SS (enlace azufre-azufre) es un enlace covalente fuerte entre grupos tiol (-SH) de dos cistenas. Este enlace es muy importante en la estructura, plegamiento y funcin de las protenas. El grupo sulfhidrilo (-SH) de la cistena es muy reactivo. La reaccin ms comn es una oxidacin reversible que forma un disulfuro. La oxidacin de dos molculas de cistena forma cistina, una molcula que contiene un enlace disulfuro. Cuando dos residuos de cistena forman un enlace as, se denomina puente disulfuro. El enlace puede producirse en una nica cadena para formar un anillo o entre dos cadenas separadas para formar un puente intermolecular. Los puentes disulfuro ayudan a estabilizar muchospolipptidos y

protenas. Las histonas son protenas globulares, de baja masa molecular, muy conservadas evolutivamente entre los eucariotas y en algunos procariotas. Forman la cromatina junto con el ADN, sobre la base de unas unidades conocidas como nucleosomas. La cromatina resuelve el problema de restriccin de crecimiento de ADN y nucleo, la cromatina esta formada por DNA y proteinas, la principal protena formadora son las HISTONAS cido Glutmico: sirve principalmente como "combustible" del cerebro y ayuda a absorber el exceso de amonaco (afecta a las funciones cerebrales) Alanina: es uno de los aminocidos no esenciales que interviene en el metabolismo de la glucosa. Arginina: interviene en los procesos de detoxificacin del organismo, en el ciclo de la urea y en la sntesis de creatinina. Estimula la produccin y liberacin de la hormona de crecimiento. Asparagina: este tipo de aminocidos se forma a partir del cido asprtico. Ayuda tambin a eliminar el amonaco del organismo acta (protegiendo as el sistema nervioso) y mejora la resistencia a la fatiga. Carnitina: este aminocido colabora en disminuir niveles altos de colesterol; puede prevenir o mejorar arritmias cardacas y tambin es til en algunos casos de sangrado de encas y piorreas. Cistena: ayuda al organismo a eliminar los metales pesados. Es uno de los aminocidos que interviene en el crecimiento y la salud del cabello y tambin forma parte del factor de tolerancia a la glucosa. Citrulina: participa en el ciclo de la urea y sntesis de creatinina Fenilalanina: pertenece al grupo de aminocidos que ayudan a nuestro organismo a mantener niveles adecuados de endorfinas que son responsables de la sensacin de bienestar. Este aminocido reduce el apetito desmesurado y ayuda a calmar el dolor. Glicina: facilita al cuerpo la creacin de masa muscular (til para la distrofia muscular) til para tratar la hipoglucemia y para la hiperactividad gstrica. Glutamina: puede ayuda a mejorar el coeficiente intelectual y diversos problemas mentales (desnimo, principios de demencia senil, etc.) De entre los aminocidos destaca por ser de ayuda para combatir la adiccin al alcohol. Histidina: es un aminocido precursor de la histamina. Puede ayudar a mejorar en algunos casos la artritis reumatoidea, sntomas alrgicos y lceras. Isoleucina: interviene en la sntesis de hemoglobina y mantiene el equilibrio de la glucosa en la sangre. Interviene en la produccin de energa y reparacin del tejido muscular.

219

Leucina: junto a otros aminocidos como la Isoleucina interviene en la formacin y reparacin del tejido muscular. Colabora en la curacin de la piel y huesos Lisina: participa junto con la metionina en la sntesis del aminocido carnitina y ayuda a tratar o prevenir los herpes. Incrementa con la arginina, la produccin de la hormona de crecimiento. Metionina: su dficit puede ocasionar algunos tipos de edemas, colesterol y prdida de cabello. Ornitina: colabora, como otros aminocidos, en el metabolismo de la glucosa. En este caso lo hace estimulando la liberacin de insulina. Tambin puede ayudar a fabricar masa muscular.

estereoisomeriaLas estructuras de los aminocidos son pticamente activas, es decir, que pueden rotar el plano de luz polarizada en diferente direccin dependiendo del estereoismero que se trate. Entre ellos hay que distinguir entre los que rotan el plano hacia la izquierda, levorrotatorios, levgiros o L, y los que lo hacen hacia la derecha, dextrorrotatorios, dextrgiros o D. En la naturaleza encontramos una mezcla de ambos que se denomina racmica, pero los aminocidos que forman las protenas son, la gran mayora, L. Cada organismo vivo sintetiza sus propias protenas a partir de los aminocidos. Las plantas superiores sintetizan a su vez todos los aminocidos necesarios. Hay que destacar que los animales carecen de esa capacidad. Cada especie animal puede sintetizar slo algunos aminocidos que necesita y, por lo tanto, depende de la dieta para incorporar aquellos aminocidos que debe sintetizar para formar protenas. Esos aminocidos se los considera esenciales y no porque sean los nicos necesarios para la vida de la especie, sino porque deben estar incluidos en la dieta. Cada especie, tiene su grupo de aminocidos esenciales propios. La mayora de los aminocidos que ingerimos se encuentran en forma de protenas, sin embargo slo los aminocidos pueden incorporarse a las diferentes rutas metablicas. Para ello, las protenas y pptidos ingeridos sufren un proceso de hidrolizacin por medio de enzimas proteolticas (secretadas por el estmago, pncreas e intestino delgado) en el tracto gastrointestinal. Despus de la accin de las enzimas los aminocidos quedan libres y son absorbidos y transportados a la corriente sangunea por medio de la que llegan al hgado donde ocurre su metabolismo y distribucin. Las protenas endgenas tambin se degradan despus de un tiempo y adquieren unas seales que van a indicar a las enzimas de degradacin cuando deben comenzar su proceso. Los aminocidos libres que provienen de este proceso de digestin de las protenas son absorbidos por las paredes del intestino y conducidos por medio del sistema porta-heptico. Una vez que llegan al hgado, a travs de la corriente sangunea, son distribuidos por las clulas para su posterior utilizacin.

Siempre se los clasifica a los aminocidos segn su cadena R de ah se podra decir si son polares o no. Es decir acidos bsicos y neutros.Aminoci Smbo do lo pK pK1(COO pK2(N Estructura* Grup H) H2) o-R Aminocidos con grupos Alifticos

220

Glicina

Gly - G

2.4

9.8

Alanina

Ala - A

2.4

9.9

Valina

Val - V

2.2

9.7

Leucina

Leu - L

2.3

9.7

Isoleucina

Ile - I

2.3

9.8

Aminocidos no aromticos con Grupos-R hidroxiloSerina Ser - S 2.2 9.2 13

Treonina

Thr - T

2.1

9.1

13

Aminocidos con Grupos-R que contienen azufreCisteina Cys - C 1.9 10.8 8.3

Metionina Met - M

2.1

9.3

Aminocidos cidos y sus amidascido Asp - D Asprtico 2.0 9.9 3.9

Asparagina Asn - N

2.1

8.8

221

cido Glu - E Glutmico

2.1

9.5

4.1

Glutamina Gln - Q

2.2

9.1

Aminocidos bsicosArginina Arg - R 1.8 9.0 12.5

Lisina

Lys - K

2.2

9.2

10.8

Histidina

His - H

1.8

9.2

6.0

Aminocidos aromticosFenilalanin Phe - F a 2.2 9.2

Tirosina

Tyr - Y

2.2

9.1

10.1

Triptofano Trp - W

2.4

9.4

El enlace

peptdico es un enlace entre el grupo amino (NH2) de un aminocido y el

grupo carboxilo (COOH) de otro aminocido. Los pptidos y las protenas estn formados por la unin de aminocidosmediante enlaces peptdicos. El enlace peptdico implica la prdida de una molcula de agua y la formacin de un enlace covalente CO-NH. Es, en realidad, un enlace amida sustituido. Podemos seguir aadiendo aminocidos al pptido, pero siempre en el extremo COOH terminal. Para nombrar el pptido se empieza por el NH2 terminal por acuerdo. Si el primer aminocido de nuestropptido fuera alanina y el segundo serina tendramos el pptido alanil-serina.

222

Pptido(Redirigido desde Peptidos)

Oligopptido (Tetrapptido)

Los pptidos (del griego , pepts, digerido) son un tipo de molculasformadas por la unin de varios aminocidos mediante enlaces peptdicos. Los pptidos, al igual que las protenas, estn presentes en la naturaleza y son responsables por un gran nmero de funciones, muchas de las cuales todava no se conocen. La unin de un bajo nmero de aminocidos da lugar a un pptido:

Oligopptido: menos de 10 aminocidos. Polipptido: ms de 10 aminocidos. Protena: ms de 20 aminocidos. Las protenas con una sola cadena polipeptdica se denominan protenas monomricas, mientras que las compuestas de ms de una cadena polipeptdica se conocen como protenas multimricas.

Los pptidos se diferencian de las protenas en que son ms pequeos (tienen menos de diez mil o doce mil Daltons) y que las protenas pueden estr formadas por la nin de varios polipptidos y a veces grupos prostticos. Un ejemplo de polipptido es la insulina, compuesta de 55 aminocidos y conocida como unahormona de acuerdo a la funcin que tiene en el organismo de los seres humanos. El enlace peptdico es un enlace covalente entre el grupo amino (NH2) de un aminocido y el grupo carboxilo (COOH) de otro aminocido. Los pptidos y las protenas estn formados por la unin de aminocidos mediante enlaces peptdicos.

Protena(Redirigido desde Proteinas)

223

Estructura tridimensional de lahemoglobina. La animacin corresponde a la transicin conformacional entre las formas oxigenada y desoxigenada.

Las protenas son biomolculas formadas por cadenas lineales de aminocidos. El nombre protena proviene de la palabra griega ("proteios"), que significa "primario" o del dios Proteo, por la cantidad de formas que pueden tomar. Por sus propiedades fsico-qumicas, las protenas se pueden clasificar en protenas simples (holoproteidos), que por hidrlisis dan solo aminocidos o sus derivados; protenas conjugadas (heteroproteidos), que por hidrlisis dan aminocidos acompaados de sustancias diversas, y protenas derivadas, sustancias formadas por desnaturalizacin y desdoblamiento de las anteriores. Las protenas son indispensables para la vida, sobre todo por su funcin plstica (constituyen el 80% del protoplasma deshidratado de toda clula), pero tambin por sus funciones biorreguladora (forma parte de las enzimas) y de defensa (los anticuerpos son protenas).1

Todas las protenas tienen carbono, hidrgeno, oxgeno y nitrgeno, y casi todas poseen tambin azufre.

FuncionesLas protenas ocupan un lugar de mxima importancia entre las molculas constituyentes de los seres vivos (biomolculas). Prcticamente todos los procesos biolgicos dependen de la presencia o la actividad de este tipo de molculas. Bastan algunos ejemplos para dar idea de la variedad y trascendencia de las funciones que desempean. Son protenas: Casi todas las enzimas, catalizadores de reacciones qumicas en organismos vivientes; Muchas hormonas, reguladores de actividades celulares; La hemoglobina y otras molculas con funciones de transporte en la sangre; Los anticuerpos, encargados de acciones de defensa natural contra infecciones o agentes patogenos; Los receptores de las clulas, a los cuales se fijan molculas capaces de desencadenar una respuesta determinada;

224

La actina y la miosina, responsables finales del acortamiento del msculo durante la contraccin; El colgeno, integrante de fibras altamente resistentes en tejidos de sostn.

Funciones de reserva. Como la ovoalbmina en el huevo, o la casena de la leche.

Estructura primaria de las protenas

La estructura primaria de una cadena polipeptdica es su secuencia de aminocidos.

Cadena Principal y residuos laterales (R). Ntese el inicio en el amino-terminal y la finalizacin en el carboxi-terminal.

La estructura primaria es la forma de organizacin ms bsica de las protenas. Est determinada por la secuencia de aminocidos de la cadena proteca, es decir, el nmero de aminocidos presentes y el orden en que estn enlazados por medio de enlaces peptdicos. Las cadenas laterales de los aminocidos se extienden a partir de una cadena principal. Por convencin, (coincidiendo con el sentido de sintesis natural en RER) el orden de escritura es siempre desde el grupo amino-terminal hasta el carboxi-terminal. La conformacin espacial de una protena est determinada por la estructura secundaria y terciaria. La asociacin de varias cadenas polipeptdicas origina un nivel superior de organizacin, la llamada estructura cuaternaria.

estructura secundaria

La estructurasecundaria de una protena es la que adopta espacialmente. Existen ciertas estructuras repetitivas encontradas en las protenas que permiten clasificarlas en dos tipos: hlice alfa y lmina beta. Una hlice alfa es una apretada hlice formada por una cadena polipeptdica. La cadena polipetdica principal forma la estructura central, y las cadenas laterales se extienden por fuera de la hlice. El grupo carboxlo (CO) de un aminocido n se une por puente hidrgeno al grupo amino (NH) de otro aminocido que est tres residuos mas all ( n + 4 ). De esta manera225

cada grupo CO y NH de la estructura central (columna vertebral o "backbone") se encuentra unido por puente hidrgeno. Existen tres modelos de alfa hlice. El primero muestra solo al carbono alfa de cada aminocido. Elsegundo muestra todos los tomos que forman la columna vertebral del polipptido .

226

Beta-lmina

Estructura terciaria de la ubiquitina. Las lminas beta estn representadas con flechas planas verdes.

227

La beta lmina u hoja plegada es una de las estructuras secundarias posibles adoptada por lasprotenas. Se forma por el posicionamiento paralelo de dos cadenas de aminocidos dentro de la misma protena, en el que los grupos N-H de una de las cadenas forman enlaces de hidrgeno con los grupos C=O de la opuesta. Es una estructura muy estable que puede llegar a resultar de una ruptura de los enlaces de hidrgeno durante la formacin de la hlice alfa. Los grupos R de esta estructura estn posicionados sobre y bajo el plano de las lminas. Estos R no deben ser muy grandes, ni crear un impedimento estrico, ya que se vera afectada la estructura de la lmina.

[editar]Tipos Cadenas paralelas. Aquellas que ambas van de grupo amino a carboxilo Cadenas antiparalelas. Aquellas que una va de amino a carboxilo y otra de carboxilo a amino.

Los enlaces de hidrgeno aportan estabilidad a la protena. Se presenta en las protenas fibrosas y en las globulares.

Estructura Terciaria

La estructura terciaria es la estructura plegada y completa en tres dimensiones de la cadena polipeptdica, la hexoquinasa que se usa como icono en esta pgina es una estructura tridimensional completa.

A diferencia ded la estructura secundaria, la estrtuctura terciaria de la mayor parte de las protenas es especfica de cada molcula, adems, determina su funcin. EL plegamiento terciario no es inmediato, primero se agrupan conjuntos de estructuras denominadas dominios que luego se articulan para formar la estructura terciaria definitiva. Este plegamiento est facilitado por uniones denominadas puentes disulfuro, -S-S- que se establecen entre los tomos de azufre del aminocido cistena. Existen, sin embargo dos tipos de estructuras terciarias bsicas:protenas fibrosas, insolubles en agua, como la alfa queratina o el colgeno y

228

protenas globulares, solubles en agua.Las protenas fibrosas, o escleroprotenas, constituyen una de les dos clases principales de protenas, junto con las protenas globulares. Son escleroprotenas la queratina, el colgeno,la elastina, y la fibrina. El papel de este tipo protenas 2 incluye la proteccin y el soporte, formando tejido conectivo, tendones, matriz orgnica de huesos, y fibra muscular de los animales. La protena fibrosa forma largos filamentos de protenas, de forma cilndrica. Las escleroprotenas tienen funciones estructurales o de almacenaje. Son tpicamente inertes e insolubles en agua.1

El colgeno es una protena fibrosa componente de la piel, los huesos, los tendones y los dientes. La unidad bsica de la fibra de colgeno es una triple hlice denominada tropocolgeno Cada cadena del tropocolgeno, de unos 1000 residuos de longitud, est formado por una hlice a izquierda con 3,3 residuos por vuelta y 0,29 nm de elevacin. Las tres cadenas que forman el tropocolgeno se enrollan entre s a derechas. La secuencia de aminocidos del colgeno es extraordinariamente regular. Prcticamente cada tres residuos contiene una glicina, tambin presenta una mayor proporcion de prolina que el resto de las protenas. Otra caracteristica es la presencia de residuos de 4-hidroxiprolina, aminocidos que raramente se encuentra en otras protenas. Los residuos de glicina se situan en la zona del tropocolgeno donde las tres hlices se encuentran ms cerca, lo que hace que sea este aminocido el nico que no presente impedimentos estricos en dicha posicin.

Las protenas globulares son conformaciones de cadenas polipeptdicas que se enrollan sobre si mismas en formas intrincadas como un "nudillo de hilo enredado" . El resultado es una macro-estructura de tipo esfrico. La mayora de estas protenas son solubles en agua y por lo general desempean funciones de transporte en el organismo. Las enzimas, cuyo papel es la catlisis de las reacciones bioqumicas, son protenas globulares

229

La hemoglobina es una protena que contiene hierro y que le otorga el color rojo a la sangre. Se encuentra en los glbulos rojos y es la encargada del transporte de oxgeno por la sangre desde los pulmones a los tejidos. La hemoglobina tambin transporta el dixido de carbono, que es el producto de desecho del proceso de produccin de energa, lo lleva a los pulmones desde donde es exhalado al aire.

la "estructura nativa " de una protena. Esa estructura corresponde a la nica estructura terciaria o cuaternaria, con que protena puede cumplir con su funcin. La destruccin de la estructura nativa se conoce como desnaturalizacin proteica y puede ocurrir principalmente por dos factores: la temperatura (clara del huevo cocido - es protena desnaturalizada, clara del huevo crudo - protena con su estructura nativa) y pH - la leche agria posee casena en forma desnaturalizada, la leche cruda tiene esa misma casena en su estructura nativa, lo que es indispensable para su solubilidad.

Desnaturalizacin de una protena

Desnaturalizacinirreversible de la protena de la clara de huevo y prdida de solubilidad, causadas por la alta temperatura (mientras se la fre).

Las protenas se desnaturalizan cuando pierden su estructura tridimensional (conformacin espacial) y as el caractersticoplegamiento de su estructura. Las protenas son filamentos largos de aminocidos unidos en una secuencia especfica. Son creadas por los ribosomas que "leen"codones de los genes y ensamblan la combinacin requerida de aminocidos por la instruccin gentica. Las protenas recin creadas experimentan una modificacin en la que se agregan tomos o molculas adicionales, como el cobre, zinc y hierro. Una vez que finaliza este proceso, la protena comienza a plegarse sin alterar su secuencia (espontneamente, y a veces con asistencia de enzimas) de forma tal que los residuos hidrfobos de la protena quedan encerrados dentro de su estructura y los elementoshidrfilos quedan expuestos al exterior. La forma final de la protena determina cmo interaccionar con el entorno.

230

Si la forma de la protena es alterada por algn factor externo (por ejemplo, aplicndole calor, cidos o lcalis), no es capaz de cumplir su funcin celular. ste es el proceso llamado desnaturalizacin. [editar]Cmo

la desnaturalizacin afecta a los distintos niveles.

En la desnaturalizacin de la estructura cuaternaria, las subunidades de protenas se separan o su posicin espacial se corrompen. La desnaturalizacin de la estructura terciaria implica la interrupcin de: Enlaces covalentes entre las cadenas laterales de los aminocidos (como los puentes disulfuros entre las Cistenas). Enlaces no covalentes dipolo-dipolo entre cadenas laterales polares de aminocidos. Enlaces dipolo inducidos por fuerzas de Van Der Waals entre cadenas laterales no polares de aminocidos.

En la desnaturalizacin de la estructura secundaria las protenas pierden todos los patrones de repeticin regulares como las hlices alfa y adoptan formas aleatorias. La estructura primaria, la secuencia de aminocidos ligados por enlaces peptdicos, no es interrumpida por la desnaturalizacin

Reversibilidad e irreversibilidadEn muchas protenas la desnaturalizacion no es reversible; esto depende del grado de modificacin de las estructuras de la protena.Aunque se ha podido revertir procesos de desnaturalizacin quitando el agente desnaturalizante, en un proceso que puede tardar varias horas incluso das; esto se debe a que el proceso de reestructuracin de la protena es tentativo, es decir, no asume su forma original inmediatamente, as muchas veces se obtienen protenas distintas a la inicial, adems con otras caractersticas como insolubilidad (debido a los agregados polares que puedan unrsele). Recientemente se ha descubierto que, para una correcta renaturalizacin, es necesario agregar trazas del agente desnaturalizante. Esto fue importante histricamente, porque condujo a la nocin de que toda la informacin necesaria para que la protena adopte su forma nativa se encuentra en la estructura primaria de la protena, y por lo tanto en el ADN que la codifica. [editar]Algunos

ejemplos comunes

Cuando se cocina el alimento, algunas de sus protenas se desnaturalizan. Esta es la razn por la cual los huevos hervidos llegan a ser duros y la carne cocinada llega a ser firme. Un ejemplo clsico de desnaturalizacin de protenas se da en la clara de los huevos, que son en gran parte albminas en agua. En los huevos frescos, la clara es transparente y lquida; pero al cocinarse se torna opaca y blanca, formando una masa slida intercomunicada. Esa misma desnaturalizacin puede producirse a travs de una desnaturalizacin qumica, por ejemplo volcndola en un recipiente con acetona. Otro ejemplo es la nata (nombre que proviene de la desnaturalizacin), que se produce por calentamiento de la lactoalbmina de la leche (y que no tiene nada que ver con la crema) La protena de la leche se llama casena y se desnaturaliza cuando el pH de la leche se modifica. Esto se le conoce en lo cotidiano Se cort la leche. La casena se desnaturaliza cuando le agregas a un vaso de leche suficiente jugo de limn para modificar el pH de la leche.

Desnaturalizacin de cidos nucleicos

231

La desnaturalizacin de cidos nucleicos como el ADN por altas temperaturas produce una separacin de la doble hlice, que ocurre porque los enlaces o puentes de hidrgeno se rompen. Esto puede ocurrir durante la reaccin en cadena de la polimerasa; las cadenas del cido nucleico vuelven a unirse (renaturalizarse) una vez que las condiciones "normales" se restauran. Si las condiciones son restauradas rpidamente, las cadenas pueden no alinearse correctamente.

Efecto de la polaridad del disolvente sobre la estructura de las protenasLa polaridad del disolvente disminuye cuando se le aaden sustancias menos polares que el agua como el etanol o la acetona. Con ello disminuye el grado de hidratacin de los grupos inicos superficiales de la molcula proteica, provocando la agregacin y precipitacin. Los disolventes orgnicos interaccionan con el interior hidrfobo de las protenas y desorganizan la estructura terciaria, provocando su desnaturalizacin y precipitacin. La accin de los detergentes es similar a la de los disolventes orgnicos.

Estructura de las protenasUn aumento de la fuerza inica del medio (por adicin de sulfato de amonio, urea o cloruro de guanidinio, por ejemplo) tambin provoca una disminucin en el grado de hidratacin de los grupos inicos superficiales de la protena, ya que estos solutos (1) compiten por el agua y (2) rompen los puentes de hidrgeno o las interacciones electrostticas, de forma que las molculas proteicas se agregan y precipitan. En muchos casos, la precipitacin provocada por el aumento de la fuerza inica es reversible. Mediante una simple dilisis se puede eliminar el exceso de soluto y recuperar tanto la estructura como la funcin original. A veces es una disminucin en la fuerza inica la que provoca la precipitacin. As, las protenas que se disuelven en medios salinos pueden desnaturalizarse al dialisarlas frente a agua destilada, y se renaturalizan cuando se restaura la fuerza inica original. ]Efecto

del pH sobre la estructura de las protenas+ -

Los iones H y OH del agua provocan efectos parecidos, pero adems de afectar a la envoltura acuosa de las protenas tambin afectan a la carga elctrica de los grupos cidos y bsicos de las cadenas laterales de los aminocidos. Esta alteracin de la carga superficial de las protenas elimina las interaccioneselectrostticas que estabilizan la estructura terciaria y a menudo provoca su precipitacin. La solubilidad de una protena es mnima en su punto isoelctrico, ya que su carga neta es cero y desaparece cualquier fuerza de repulsin electrosttica que pudiera dificultar la formacin de agregados. ]Efecto

de la temperatura sobre la estructura de las protenas

Cuando la temperatura es elevada aumenta la energa cintica de las molculas con lo que se desorganiza la envoltura acuosa de las protenas, y se desnaturalizan. Asimismo, un aumento de la temperatura destruye las interacciones dbiles y desorganiza la estructura de la protena, de forma que el interior hidrfobo interacciona con el medio acuoso y se produce la agregacin y precipitacin de la protena desnaturalizada.

UNIDAD 6

Nucletido

232

Los nucletidos son molculas orgnicas formadas por la unin covalente de un monosacrido de cinco carbonos(pentosa), una base nitrogenada y un grupo fosfato. El nuclesido es la parte del nucletido formado nicamente por labase nitrogenada y la pentosa. Son los monmeros de los cidos nucleicos (ADN y ARN) en los cuales forman cadenas lineales de miles o millones de nucletidos, pero tambin realizan funciones importantes como molculas libres (por ejemplo, el ATP).

EstructuraCada nucletido es un ensamblado de tres componentes: Bases nitrogenadas: derivan de los compuestos heterocclicos aromticos purina y pirimidina. Bases nitrogenadas purnicas: son la adenina (A) y la guanina (G). Ambas forman parte del ADN y del ARN. Bases nitrogenadas pirimidnicas: son la timina (T), la citosina (C) y el uracilo (U). La timina y la citosina intervienen en la formacin del ADN. En el ARN aparecen la citosina y el uracilo. Bases nitrogenadas isoaloxacnicas:la flavina (F). No forma parte del ADN o del ARN, pero s de algunos compuestos importantes como el FAD Pentosa: el azcar de cinco tomos de carbono; puede ser ribosa (ARN) o desoxirribosa (ADN). La diferencia entre ambos es que el ARN si posee un grupo OH en el segundo carbono. cido fosfrico: de frmula H3PO4. Cada nucletido puede contener uno (nucletidos-monofosfato, como el AMP), dos (nucletidos-difosfato, como el ADP) o tres (nucletidos-trifosfato, como el ATP) grupos fosfato.

y bateria baja de hidratos esto es todo mentira

Transferencia de energa233

Los nucletidos, por razn de que sus grupos de fosfato le confieren un enlace de alta energa, son fuentes preferidas en las clulas para la transferencia deenerga. Los nucletidos se encuentran en un estado estable cuando poseen un solo grupo fosfato. Cada grupo de fosfato adicional que posea un nucletido se encuentra en un estado ms inestable y el enlace del fsforo y fosfato tiende, cuando se rompe por hidrlisis, a liberar la energa que lo une al nucletido. Las clulas poseen enzimas cuya funcin es precisamente hidrolizar nucletidos para extraer el potencial energtico almacenado en sus enlaces. Por tal razn un nucletido de trifosfato es la fuente ms utilizada de energa en la clula. De ellos, el ATP (un nucletido de adenina con tres grupos de fosfato ricos en energa), es el eje central en las reacciones celulares para la transferencia de la energa demandada. El UTP (uracilo + tres fosfatos) y GTP (guanina y tres fosfatos) tambin complacen las demandas de energa de la clula en reacciones con azcares y cambios de estructuras proteicas, respectivamente. Un nuclesido es una molcula monomrica orgnica que integra las macromolculas de cidos nucleicos que resultan de la unin covalente entre una base heterocclica con una pentosa que puede ser ribosa o desoxirribosa. Ejemplos de nuclesidos son la citidina, uridina,adenosina, guanosina, timidina y la inosina. Los nuclesidos pueden combinarse con un grupo fosfrico (cido fosfrico: H 3PO4) mediante determinadas quinasas de la clula, produciendo nucletidos, que son los componentes moleculares bsicos del ADN y el ARN. Los nuclesidos pueden ser de dos tipos, dependiendo de la pentosa que contengan: Ribonuclesidos: la pentosa es la ribosa Desoxirribonuclesidos: la pentosa es la 2-desoxirribosa Base nitrogenada Nucleosido Desoxinucleosido

Adenina

Adenosina A

Desoxiadenosina dA

Guanina

Guanosina G

Desoxiguanosina dG

Timina 5-Metiluridina Desoxitimidina

234

mU

5

dT

Uracilo

Uridina U

Desoxiuridina dU

Citosina

Citidina C

Desoxicitidina

Quinasa. Mediante esta enzima se unen entre si los nucleiosidos formando nucletidosgracias al acido fosfrico.Las cinasas (tambin llamadas quinasas, debido al original en ingls kinases) son un tipo de enzima que transfiere grupos fosfatos desde ATP a un sustrato especfico o diana. El proceso se llama fosforilacin. La diana puede activarse o inactivarse mediante la fosforilacin. Todas las quinasas necesitan un ion metlico divalente como el Mg2+ o el Mn2+ para transferir el grupo fosfato. Un ejemplo de quinasa es la PKA, es decir, la quinasa dependiente de AMP cclico. Segn la nomenclatura oficial son ATP(x)fosfotransferasas, donde (x)= molcula a la que se transfiere el grupo fosfato.

235

El cido ribonucleico (ARN o RNA, de RiboNucleic Acid, su nombre en ingls) es un cido nucleico formado por una cadena de ribonucletidos. Est presente tanto en las clulas procariotas como en las eucariotas, y es el nico material gentico de ciertos virus (virus ARN). El ARN celular es lineal y de hebra sencilla, pero en el genoma de algunos virus es de doble hebra. En los organismos celulares desempea diversas funciones. Es la molcula que dirige las etapas intermedias de la sntesis proteica; el ADN no puede actuar solo, y se vale del ARN para transferir esta informacin vital durante la sntesis de protenas (produccin de las protenas que necesita la clula para sus actividades y su desarrollo). Varios tipos de ARN regulan la expresin gnica, mientras que otros tienen actividad cataltica. El ARN es, pues, mucho ms verstil que el ADN.

Estructura qumica

236

Comparativa entre ARN y ADN.

Como el ADN, el ARN est formado por una cadena de monmeros repetitivos llamados nucletidos. Los nucletidos se unen uno tras otro mediante enlaces fosfodister cargados negativamente. Cada nucletido est formado por una molcula de monosacrido de cinco carbonos (pentosa) llamada ribosa(desoxirribosa en el ADN), un grupo fosfato, y uno de cuatro posibles compuestos nitrogenados llamados bases: adenina,guanina, uracilo (timina en el ADN) y citosina.Comparacin entre el ARN y el ADN

ARN

ADN

Pentosa

Ribosa

Desoxirribosa

Purinas

Adenina y Guanina Adenina y Guanina

Pirimidinas Citosina y Uracilo

Citosina y Timina

Los carbonos de la ribosa se numeran de 1' a 5' en sentido horario. La base nitrogenada se une al carbono 1'; el grupo fosfato se une al carbono 5' y al carbono 3' de la ribosa del siguiente nucletido. El fosfato tiene una carga negativa a pH fisiolgico lo que confiere al ARN carcterpolianinico. Las bases pricas (adenina y guanina) pueden formar puentes de hidrgeno con las pirimidnicas (uracilo y 12 citosina) segn el esquema C=G y A=U. Adems, son posibles otras interacciones, como el 13 12 apilamiento de bases o tetrabucles con apareamientos G=A. Muchos ARN contienen adems de los nucletidos habituales, nucletidos modificados, que se originan por transformacin de los nucletidos tpicos; son carcatersticos de los ARN de transferencia (ARNt) y el ARN ribosmico (ARNr); tambin se encuentran nucletidos metilados en 14 el ARN mensajero eucaritico.

Estructura secundaria237

Apareamiento de bases complementarias en un ARN de hebra nica.

A diferencia del ADN, las molculas de ARN son de cadena simple y no suelen formar dobles hlices extensas. No obstante, s se pliega como resultado de la presencia de regiones cortas con apareamiento intramolecular de bases, es decir, pares de bases formados por secuencias complementarias ms o menos distantes dentro de la misma hebra. El ARNt posee aproximadamente 14 el 60% de bases apareadas en cuatro brazos con estructura de doble hlice. Una importante caracterstica estructural del ARN que lo distingue del ADN es la presencia de un grupo hidroxil en posicin 2' de la ribosa, que causa que las dobles hlices de ARN adopten una 15 conformacin A, en vez de la conformacin B que es la ms comn en el ADN. Esta hlice A tiene un 16 surco mayor muy profundo y estrecho y un surco menor amplio y superficial. Una segunda consecuencia de la presencia de dicho hidroxilo es que los enlaces fosfodister del ARN de las regiones en que no se forma doble hlice son ms susceptibles de hidrlisis qumica que los del ADN; los enlaces fosfodister del ARN se hidrolizan rpidamente en disolucin alcalina, mientras que los 17 enlaces del ADN son estables. La vida media de las molculas de ARN es mucho ms corta que las 14 del ADN, de unos minutos en algunos ARN bacterianos o de unos das en los ARNt humanos. [editar]Estructura

terciaria

Estructura terciaria de un ARNt

La estructura terciaria del ARN es el resultado del apilamiento de bases y de los enlaces por puente de hidrgeno entre diferentes partes de la molcula. Los ARNt son un buen ejemplo; en disolucin, estn plegados en forma de "L" compacta estabilizada por apareamientos de Watson y Crick convencionales (A=U, C=G) y por interacciones de bases entre dos o ms nucletidos, como tripletes de bases; las

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bases pueden donar tomos de hidrgeno para unirse al esqueleto fosfodister; el OH del carbono 2' de la ribosa es tambin un importante dador y aceptor de hidrgenos.

BiosntesisArtculo principal: Transcripcin gentica

La biosntesis de ARN est catalizada normalmente por la enzima ARN polimerasa que usa una hebra de ADN como molde, proceso conocido con el nombre de transcripcin. Por tanto, todos los ARN celulares provienen de copias de genespresentes en el ADN. La transcripcin comienza con el reconocimiento por parte de la enzima de un promotor, una secuencia caracterstica de nucletidos en el ADN situada antes del segmento que va a transcribirse; la doble hlice del ADN es abierta por la actividad helicasa de la propia enzima. A continuacin, la ARN polimerasa progresa a lo largo de la hebra de ADN en sentido 3' 5', sintetizando una molcula complementaria de ARN; este proceso se conoce como elongacin, y el crecimiento de la molcula de ARN se produce en sentido 5' 3'. La secuencia de nucletidos del ADN determina tambin dnde acaba la sntesis del ARN, gracias a que posee secuencias caractersticas que la ARN polimerasa 18 reconoce como seales de terminacin. Tras la transcripcin, la mayora de los ARN son modificados por enzimas. Por ejemplo, al pre-ARN mensajero eucariota recin transcrito se le aade un nucletido de guanina modificado (7Metilguanosina) en el extremo 5' por medio de un puente de trifosfato formando un enlace 5' 5' nico, tambin conocido como "capucha" o "caperuza", y una larga secuencia de nucletidos de adenina en el extremo 3' (cola poli-A); posteriormente se le eliminan los intrones(segmentos no codificantes) en un proceso conocido como splicing. En virus, hay tambin varias ARN polimerasas ARN-dependientes que usan ARN como molde para la sntesis de nuevas molculas de ARN. Por ejemplo, varios virus ARN, como los poliovirus, usan este 19 20 tipo de enzimas para replicar su genoma.

Tipos de ARNEl ARN mensajero (ARNm) es el tipo de ARN que lleva la informacin del ADN a los ribosomas, el lugar de la sntesis de protenas. La secuencia de nucletidos del ARNm determina la secuencia 21 de aminocidos de la protena. Por ello, el ARNm es denominado ARN codificante. No obstante, muchos ARN no codifican protenas, y reciben el nombre de ARN no codificantes; se originan a partir de genes propios (genes ARN), o son los intrones rechazados durante el proceso de splicing. Son ARN no codificantes el ARN de transferencia (ARNt) y el ARN ribosmico (ARNr), que 22 son elementos fundamentales en el proceso de traduccin, y diversos tipos de ARN reguladores. Ciertos ARN no codificantes, denominados ribozimas, son capaces de catalizar reacciones qumicas 23 como cortar y unir otras molculas de ARN, o formarenlaces peptdicos entre aminocidos en el 24 ribosoma durante la sntesis de protenas.

ARN mensajero. El ARN mensajero (ARNm o RNAm) lleva la informacin sobre la secuencia de aminocidos de la protena desde el ADN, lugar en que est inscrita, hasta el ribosoma, lugar en que se sintetizan las protenas de la clula. Es, por tanto, una molcula intermediaria entre el ADN y la protena y el apelativo de "mensajero" es del todo descriptivo. En eucariotas, el ARNm se

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sintetiza en el nucleoplasma del ncleo celular y de all accede al citosol, donde se hallan los ribosomas, a travs de los poros de la envoltura nuclear. ARN de transferencia. Los ARN de transferencia (ARNt o tRNA) son cortos polmeros de unos 80 nucletidos que transfiere un aminocido especfico al polipptido en crecimiento; se unen a lugares especficos del ribosoma durante la traduccin. Tienen un sitio especfico para la fijacin del aminocido (extremo 3') y un anticodn formado por un triplete de nucletidos que se une 22 al codn complementario del ARNm mediante puentes de hidrgeno.

ARN ribosmico. El ARN ribosmico (ARNr o RNAr) se halla combinado con protenas para formar los ribosomas, donde representa unas 2/3 partes de los mismos. En procariotas, la subunidad mayor del ribosoma contiene dos molculas de ARNr y la subunidad menor, una. En los eucariotas, la subunidad mayor contiene tres molculas de ARNr y la menor, una. En ambos casos, sobre el armazn constituido por los ARNr se asocian protenas especficas. El ARNr es muy 25 abundante y representa el 80% del ARN hallado en el citoplasma de las clulas eucariotas. Los ARN ribosmicos son el componente cataltico de los ribosomas; se encargan de crear los enlaces peptdicos entre los aminocidos del polipptido en formacin durante la sntesis de protenas; actan, pues, como ribozimas. ARN (CIDO RIBONUCLEICO) - Se encuentran en el CITOPLASMA (RNr y el ARNt). - En el Ncleo se encuentra solamente el ARNm, o sea el ARN mensajero - Las molculas de ARN estn formadas por una SIMPLE Cadena de NUCLETIDOS arrollado en forma de hlice simple. - El Nucletido est constituido por un azcar, que es una PENTOSA: la RIBOSA. - Presentan BASES NITROGENADAS PRICAS (Adenina y Guanina) y BASES NITROGENADAS PIRIMDICAS (Uracilo y Citosina). - Presentan el RADICAL FOSFATO. - El ARN est constituido por UNA SOLA CADENA de NUCLETIDO. - Las Bases Pricas se enfrentan con las Pirimdicas, o sea se une siempre una ADENINA (A) con un URACILO (U) y una CITOSINA (C) con una GUANINA (G). - Su funcin es la SNTESIS DE PROTENAS. El cido desoxirribonucleico, frecuentemente abreviado como ADN (y tambin DNA, del inglsdeoxyribonucleic acid), es un tipo de cido nucleico, una macromolcula que forma parte de todas las clulas. Contiene la informacin gentica usada en el desarrollo y el funcionamiento de los organismos vivos conocidos y de algunos virus, y es responsable de su transmisinhereditaria. Desde el punto de vista qumico, el ADN es un polmero de nucletidos, es decir, unpolinucletido. Un polmero es un compuesto formado por muchas unidades simples conectadas entre s, como si fuera un largo tren formado por vagones. En el ADN, cada vagn es unnucletido, y cada nucletido, a su vez, est formado por un azcar (la desoxirribosa), una base nitrogenada (que puede ser adeninaA, timinaT, citosinaC o guaninaG) y un grupo fosfatoque acta como enganche de cada vagn con el siguiente. Lo que distingue a un vagn(nucletido) de otro es, entonces, la base nitrogenada, y por ello la secuencia del ADN se especifica nombrando slo la secuencia de sus bases. La disposicin secuencial de estas cuatro bases a lo largo de la cadena (el ordenamiento de los cuatro tipos de vagones a lo largo de todo el tren) es la que codifica la informacin gentica: por ejemplo, una secuencia de ADN puede serATGCTAGATCGC... En los organismos vivos, el ADN se presenta como una doble cadena de nucletidos, en la que las dos hebras estn unidas entre s por unas conexiones denominadaspuentes de hidrgeno.

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Para que la informacin que contiene el ADN pueda ser utilizada por la maquinaria celular, debe copiarse en primer lugar en unos trenes de nucletidos, ms cortos y con unas unidades diferentes, llamados ARN. Las molculas de ARN se copian exactamente del ADN mediante un proceso denominado transcripcin. Una vez procesadas en el ncleo celular, las molculas de ARN pueden salir al citoplasma para su utilizacin posterior. La informacin contenida en el ARN se interpreta usando el cdigo gentico, que especifica la secuencia de los aminocidos de las protenas, segn una correspondencia de un triplete de nucletidos (codn) para cada aminocido. Esto es, la informacin gentica (esencialmente: qu protenas se van a producir en cada momento del ciclo de vida de una clula) se halla codificada en las secuencias de nucletidos del ADN y debe traducirse para poder funcionar. Tal traduccin se realiza usando el cdigo gentico a modo de diccionario. El diccionario "secuencia de nucletido-secuencia de aminocidos" permite el ensamblado de largas cadenas de aminocidos (las protenas) en el citoplasma de la clula. Por ejemplo, en el caso de la secuencia de ADN indicada antes (ATGCTAGATCGC...), la ARN polimerasa utilizara como molde la cadena complementaria de dicha secuencia de ADN (que sera TAC-GAT-CTA-GCG-...) para transcribir una molcula de ARNm que se leera AUG-CUA-GAU-CGC-... ; el ARNm resultante, utilizando el cdigo gentico, se traducira como la secuencia de aminocidos metionina-leucina-cido asprtico-arginina-... Las secuencias de ADN que constituyen la unidad fundamental, fsica y funcional de la herencia se denominan genes. Cada gen contiene una parte que setranscribe a ARN y otra que se encarga de definir cundo y dnde deben expresarse. La informacin contenida en los genes (gentica) se emplea para generar ARN y protenas, que son los componentes bsicos de las clulas, los "ladrillos" que se utilizan para la construccin de los orgnulos u organelos celulares, entre otras funciones. Dentro de las clulas, el ADN est organizado en estructuras llamadas cromosomas que, durante el ciclo celular, se duplican antes de que la clula se divida. Losorganismos eucariotas (por ejemplo, animales, plantas, y hongos) almacenan la mayor parte de su ADN dentro del ncleo celular y una mnima parte enelementos celulares llamados mitocondrias, y en los plastos y los centros organizadores de microtbulos o centrolos, en caso de tenerlos; los organismos procariotas (bacterias y arqueas) lo almacenan en el citoplasma de la clula, y, por ltimo, los virus ADN lo hacen en el interior de la cpsida de naturaleza proteica. Existen multitud de protenas, como por ejemplo las histonas y los factores de transcripcin, que se unen al ADN dotndolo de una estructura tridimensional determinada y regulando su expresin. Los factores de transcripcin reconocen secuencias reguladoras del ADN y especifican la pauta de transcripcin de los genes. El material gentico completo de una dotacin cromosmica se denomina genoma y, con pequeas variaciones, es caracterstico de cada especie.

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Propiedades fsicas y qumicas

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Estructura qumica del ADN: dos cadenas de nucletidos conectadas mediante puentes de hidrgeno, que aparecen como lneas punteadas.

El ADN es un largo polmero formado por unidades repetitivas, los nucletidos. Una doble cadena de ADN mide de 22 a 26 angstroms (2,2 a 2,6 nanmetros) de ancho, y una unidad (un nucletido) 19 mide 3,3 (0,33 nm) de largo. Aunque cada unidad individual que se repite es muy pequea, los polmeros de ADN pueden ser molculas enormes que contienen millones denucletidos. Por ejemplo, el cromosoma humano ms largo, el cromosoma nmero 1, tiene aproximadamente 220 millones 20 de pares de bases. En los organismos vivos, el ADN no suele existir como una molcula individual, sino como una pareja de molculas estrechamente asociadas. Las dos cadenas de ADN se enroscan sobre s mismas formando una especie de escalera de caracol, denominada doble hlice. El modelo de estructura en doble hlice fue propuesto en 1953 por James Watson y Francis Crick (el artculoMolecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid fue publicado el25 de 21 abril de 1953 en Nature). El xito de este modelo radicaba en su consistencia con las propiedades fsicas y qumicas del ADN. El estudio mostraba adems que la complementariedad de bases poda ser relevante en su replicacin, y tambin la importancia de la secuencia de bases como portadora de 22 23 24 informacin gentica. Cada unidad que se repite, el nucletido, contiene un segmento de la estructura de soporte (azcar + fosfato), que mantiene la cadena unida, y una base, que interacciona con la otra cadena de ADN en la hlice. En general, una base ligada a un azcar se denomina nuclesido y una base ligada a un azcar y a uno o ms grupos fosfatos recibe el nombre de nucletido. Cuando muchos nucletidos se encuentran unidos, como ocurre en el ADN, el polmero resultante se 25 denomina polinucletido. [editar]Componentes Estructura de soporte: La estructura de soporte de una hebra de ADN est formada por unidades 26 alternas de grupos fosfato y azcar. El azcar en el ADN es una pentosa, concretamente, la desoxirribosa. cido fosfrico:

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Enlace fosfodister. El grupo fosfato (PO43-) une el carbono 5' del azcar de un nuclesido con el carbono 3' del siguiente.

Su frmula qumica es H3PO4. Cada nucletido puede contener uno (monofosfato: AMP), dos (difosfato: ADP) o tres (trifosfato: ATP) grupos de cido fosfrico, aunque como monmeros constituyentes de los cidos nucleicos slo aparecen en forma de nuclesidos monofosfato. Desoxirribosa: Es un monosacrido de 5 tomos de carbono (una pentosa) derivado de la ribosa, que forma parte de la estructura de nucletidos del ADN. Su frmula es C5H10O4. Una de las principales diferencias entre el ADN y el ARN es el azcar, pues en el ARN la 2-desoxirribosa del ADN es reemplazada por una pentosa alternativa, la ribosa.24

Las molculas de azcar se unen entre s a travs de grupos fosfato, que forman enlaces fosfodister entre los tomos de carbono tercero (3, tres prima) y quinto (5, cinco prima) de dos anillos adyacentes de azcar. La formacin de enlaces asimtricos implica que cada hebra de ADN tiene una direccin. En una doble hlice, la direccin de los nucletidos en una hebra (3 5) es opuesta a la direccin en la otra hebra (5 3). Esta organizacin de las hebras de ADN se denomina antiparalela; son cadenas paralelas, pero con direcciones opuestas. De la misma manera, los extremos asimtricos de las hebras de ADN se denominan extremo 5(cinco prima) y extremo 3 (tres prima), respectivamente.

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Bases nitrogenadas:

Las cuatro bases nitrogenadas mayoritarias que se encuentran en el ADN son la adenina (A), la citosina (C), la guanina (G) y la timina (T). Cada una de estas cuatro bases est unida al armazn de azcar-fosfato a travs del azcar para formar el nucletido completo (baseazcar-fosfato). Las bases son compuestos heterocclicos y aromticos con dos o ms tomos de nitrgeno, y, dentro de las bases mayoritarias, se clasifican en dos grupos: las bases pricas o purinas (adenina y guanina), derivadas de la purina y formadas por dos anillos unidos entre s, y las bases pirimidnicas o bases pirimdicas o pirimidinas (citosina y timina), derivadas de la pirimidina y con un solo anillo.24

En los cidos nucleicos existe una

quinta base pirimidnica, denominada uracilo (U), que normalmente ocupa el lugar de la timina en el ARN y difiere de sta en que carece de un grupo metilo en su anillo. El uracilo no se encuentra habitualmente en el ADN, slo aparece raramente como un producto residual de la degradacin de la citosina por procesos de desaminacin oxidativa.

Timina: 2, 4-dioxo, 5-metilpirimidina.

Timina:

En el cdigo gentico se representa con la letra T. Es un derivado pirimidnico con un grupo oxo en las posiciones 2 y 4, y un grupo metil en la posicin 5. Forma el nuclesido timidina (siempre desoxitimidina, ya que slo aparece en el ADN) y elnucletido timidilato o timidina monofosfato (dTMP). En el ADN, la timina siempre se empareja con la adenina de la cadena complementaria mediante 2 puentes de hidrgeno, T=A. Su frmula qumica es C5H6N2O2 y su nomenclatura 2, 4-dioxo, 5metilpirimidina.

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Citosina: 2-oxo, 4-aminopirimidina.

Citosina:

En el cdigo gentico se representa con la letra C. Es un derivado pirimidnico, con un grupo aminoen posicin 4 y un grupo oxo en posicin 2. Forma el nuclesido citidina (desoxicitidina en el ADN) y el nucletido citidilato o (desoxi)citidina monofosfato (dCMP en el ADN, CMP en el ARN). La citosina siempre se empareja en el ADN con la guanina de la cadena complementaria mediante un triple enlace, CG. Su frmula qumica es C4H5N3O y su nomenclatura 2-oxo, 4 aminopirimidina. Su masa molecular es de 111,10unidades de masa atmica. La citosina se descubri en 1894, al aislarla del tejido del timo de carnero.

Adenina: 6-aminopurina.

Adenina:

En el cdigo gentico se representa con la letra A. Es un derivado de la purina con un grupo amino en la posicin 6. Forma el nuclesido adenosina (desoxiadenosina en el ADN) y el nucletido adenilato o (desoxi)adenosina monofosfato (dAMP, AMP). En el ADN siempre se empareja con la timina de la cadena complementaria mediante 2 puentes de hidrgeno, A=T. Su frmula qumica es C5H5N5 y su nomenclatura 6-aminopurina. La adenina, junto con la timina, fue descubierta en 1885 por el mdico alemn Albrecht Kossel.

Guanina: 6-oxo, 2-aminopurina.

Guanina:

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En el cdigo gentico se representa con la letra G. Es un derivado prico con un grupo oxo en la posicin 6 y un grupo amino en la posicin 2. Forma el nuclesido (desoxi)guanosina y el nucletidoguanilato o (desoxi)guanosina monofosfato (dGMP, GMP). La guanina siempre se empareja en el ADN con la citosina de la cadena complementaria mediante tres enlaces de hidrgeno, GC. Su frmula qumica es C5H5N5O y su nomenclatura 6-oxo, 2-aminopurina. Tambin existen otras bases nitrogenadas (las llamadas bases nitrogenadas minoritarias), derivadas de forma natural o sinttica de alguna otra base mayoritaria. Lo son por ejemplo la hipoxantina, relativamente abundante en el tRNA, o la cafena, ambas derivadas de la adenina; otras, como el aciclovir, derivadas de la guanina, son anlogos sintticos usados en terapia antiviral; otras, como una de las derivadas del uracilo, son antitumorales. Las bases nitrogenadas tienen una serie de caractersticas que les confieren unas propiedades determinadas. Una caracterstica importante es su carcter aromtico, consecuencia de la presencia en el anillo de dobles enlaces en posicin conjugada. Ello les confiere la capacidad de absorber luz en la zona ultravioleta del espectro en torno a los 260 nm, lo cual puede aprovecharse para determinar el coeficiente de extincin del ADN y hallar la concentracin existente de los cidos nucleicos. Otra de sus caractersticas es que presentan tautomera o isomera de grupos funcionales, debido a que un tomo de hidrgeno unido a otro tomo puede migrar a una posicin vecina; en las bases nitrogenadas se dan dos tipos de tautomeras: tautomeralactama-lactima, donde el hidrgeno migra del nitrgeno al oxgeno del grupo oxo (forma lactama) y viceversa (forma lactima), y tautomera imina-amina primaria, donde el hidrgeno puede estar formando el grupo amina (forma amina primaria) o migrar al nitrgeno adyacente (forma imina). La adenina slo puede presentar tautomera amina-imina, la timina y el uracilo muestran tautomera doble lactama-lactima, y la guanina y citosina pueden presentar ambas. Por otro lado, y aunque se trate de molculas apolares, las bases nitrogenadas presentan suficiente carcter polar como para establecer puentes de hidrgeno, ya que tienen tomos muyelectronegativos (nitrgeno y oxgeno) que presentan carga parcial negativa, y tomos de hidrgeno con carga parcial positiva, de manera que se forman dipolos que permiten que se formen estos enlaces dbiles. Se estima que el genoma humano haploide tiene alrededor de 3.000 millones de pares de bases. Para indicar el tamao de las molculas de ADN se indica el nmero de pares de bases, y como derivados hay dos unidades de medida muy utilizadas, la kilobase (kb), que equivale a 1.000 pares de bases, y la megabase(Mb), que equivale a un milln de pares de bases. [editar]ApareamientoVase tambin: Par de bases

de bases

Un par de bases CG con tres puentes de hidrgeno.

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Un par A=T con dos puentes de hidrgeno. Los puentes de hidrgeno se muestran como lneas discontinuas.

La dble hlice de ADN se mantiene estable mediante la formacin de puentes de hidrgeno entre las bases asociadas a cada una de las dos hebras. Para la formacin de un enlace de hidrgeno una de las bases debe presentar un "donador" de hidrgenos con un tomo de hidrgeno con carga parcial positiva (-NH2 o -NH) y la otra base debe presentar un grupo "aceptor" de hidrgenos con un tomo cargado electronegativamente (C=O o N). Los puentes de hidrgeno son uniones ms dbiles que los tpicos enlaces qumicos covalentes, como los que conectan los tomos en cada hebra de ADN, pero ms fuertes que interacciones hidrfobas individuales, enlaces de Van der Waals, etc. Como los puentes de hidrgeno no son enlaces covalentes, pueden romperse y formarse de nuevo de forma relativamente sencilla. Por esta razn, las dos hebras de la doble hlice pueden separarse como una cremallera, bien 27 por fuerza mecnica o por alta temperatura. La doble hlice se estabiliza adems por el 28 efecto hidrofbico y el apilamiento, que no se ven influidos por la secuencia de bases del ADN. Cada tipo de base en una hebra forma un enlace nicamente con un tipo de base en la otra hebra, lo que se denominacomplementariedad de las bases. As, las purinas forman enlaces con las pirimidinas, de forma que A se enlaza slo con T, y C slo con G. La organizacin de dos nucletidos apareados a lo largo de la doble hlice se denominaapareamiento de bases. Este emparejamiento corresponde a la observacin ya realizada por Erwin Chargaff (190529 2002), que mostr que la cantidad de adenina era muy similar a la cantidad de timina, y que la cantidad de citosina era igual a la cantidad de guanina en el ADN. Como resultado de esta complementariedad, toda la informacin contenida en la secuencia de doble hebra de la hlice de ADN est duplicada en cada hebra, lo cual es fundamental durante el proceso de replicacin del ADN. En efecto, esta interaccin reversible y especfica entre pares de bases 17 complementarias es crtica para todas las funciones del ADN en los organismos vivos. Como se ha indicado anteriormente, los dos tipos de pares de bases forman un nmero diferente de enlaces de hidrgeno: A=T forman dos puentes de hidrgeno, y CG forman tres puentes de hidrgeno (ver imgenes). El par de bases GC es por tanto ms fuerte que el par de bases AT. Como consecuencia, tanto el porcentaje de pares de bases GC como la longitud total de la doble hlice de ADN determinan la fuerza de la asociacin entre las dos hebras de ADN. Las dobles hlices largas de ADN con alto contenido en GC tienen hebras que interaccionan ms 30 fuertemente que las dobles hlices cortas con alto contenido en AT. Por esta razn, las zonas de la doble hlice de ADN que necesitan separarse fcilmente tienden a tener un alto contenido en AT, como por ejemplo la secuencia TATAAT de la caja de Pribnow de 31 algunos promotores. En el laboratorio, la fuerza de esta interaccin puede medirse buscando la temperatura requerida para romper los puentes de hidrgeno, la temperatura de fusin(tambin denominado valor Tm, del ingls melting temperature). Cuando todas las pares de bases en una doble hlice se funden, las hebras se separan en solucin en dos hebras completamente

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independientes. Estas molculas de ADN de hebra simple no tienen una nica forma comn, 32 sino que algunas conformaciones son ms estables que otras.

Si una disolucin de ADN se calienta suficientemente ambas cadenas se separan, pues se rompen los enlaces de hidrgeno que unen las bases, y el ADN se desnaturaliza. La temperatura de desnaturalizacin depende de la proporcin de bases. A mayor proporcin de C-G, mayor temperatura de desnaturalizacin, pues la citosina y la guanina establecen tres puentes de hidrgeno, mientras que la adenina y la timina slo dos y, por lo tanto, a mayor proporcin de C-G, ms puentes de hidrgeno unirn ambas cadenas. La desnaturalizacin se produce tambin variando el pH o a concentraciones salinas elevadas. Si se restablecen las condiciones, el ADN se renaturaliza y ambas cadenas se unen de nuevo.Cuando la temperatura alcanza el punto de fusin del ADN, la agitacin trmica es capaz de separar las dos hebras y producir una desnaturalizacin. Este es un proceso reversible, ya que al bajar la temperatura se puede producir una renaturalizacin. En este proceso se rompen los puentes de hidrgeno que unen las cadenas y se produce la separacin de las mismas, pero no se rompen los enlaces fosfodiester covalentes que forman la secuencia de la cadena. La desnaturalizacin del ADN puede ocurrir, tambin, por variaciones en el pH.

Los ribosomas son complejos macromoleculares de protenas y cido ribonucleico (ARN) que se encuentran en elcitoplasma, en las mitocondrias, en retculo endoplasmatico y en los cloroplastos.