Biomoléculas

Tema 5

1ª parte

Bioelementos

• Son los elementos que forman parte de los seres vivos.

• Clasificación:– Bioelementos 1arios (96,5%): C, H, O, N, P y S.– Bioelementos 2arios (3,3%): Ca, Na, K, Mg y Cl.– Oligoelementos (0,2%): Indispensables para el

desarrollo de las funciones vitales: Fe, Co, Cu, Zn, Mn, Sr…

Tabla periódica

Carbono

• La base de las moléculas orgánicas se sustentan en un esqueleto de carbonos.

• Propiedades:– Forma cadenas estables y variadas (lineales o

ramificadas).– Tiene 4 valencias y puede enlazar con otros

átomos (los enlaces pueden ser dobles o triples).

Grupos funcionales

• Carboxilo

Fosfato

Hidroxilo: R- OH

Sulfhidrilo: R- SH

Amino: R- NH2

Biomoléculas• Son todas aquellas moléculas que pueden

encontrarse en los seres vivos.

• Biomoléculas inorgánicas (no exclusivas de s. vivos)

– Agua– Sales minerales

• Biomoléculas orgánicas (exclusivas de s. vivos)

– Glúcidos– Lípidos– Proteínas– Ácidos nucleicos

1) AGUA• Es indispensable para el desarrollo de la vida.• Constituye ~ 70% del peso de s. vivos.• Posee unas propiedades físico-químicas

extraordinarias derivadas de su estructura.

• Estructura:– El agua es un dipolo (= molécula con distribución

asimétrica de carga pero sin carga neta).

Esto permite establecer enlaces por atracción electrostática = Puentes de hidrógeno; responsable de la mayoría de las peculiares propiedades del agua.

Propiedades del agua1. Elevada tensión superficial (La superficie del agua

tiende a comportarse como si fuese una membrana ± elástica).

Produce el fenómeno de capilaridad (ascenso por tubos estrechos).

1. ↑ Parámetros térmicos (calor específico y calor de vaporización)

Permite regular el clima del planeta y Tra de los seres vivos.

1. Poder disolvente (por ser dipolar)Facilita las reacciones químicas y el transporte de sustancias.

1. Densidad máxima a 4º C (Hielo flota sobre agua)

Permite el desarrollo de los seres vivos en climas fríos.

La tensión superficial impide el hundimiento de la flor en este caso.

Capilaridad

2) Sales minerales

• Precipitadas o en estado sólido: Su función principal es la formación de huesos.– Endoesqueleto (ej: huesos)– Exoesqueleto (Ej: conchas de bivalvos,

diatomeas…)

• Disueltas (en forma de iones (-) o cationes (+)): Desempeñan funciones muy importantes.

Ósmosis

Ósmosis

• Es un fenómeno espontáneo en el cual las moléculas de agua se trasladan desde una disolución menos concentrada (hipotónica) a otra más concentrada (hipertónica) cuando ambas disoluciones están separadas por una membrana semipermeable.

• (Las membranas permiten el paso del disolvente, pero no del soluto).

• Cuando las moléculas de agua difunden desde la disolución hipotónica a la hipertónica, generan una presión llamada presión osmótica.

Las células animales necesitan estar en medios isotónicos para evitar la plasmolisis y el encogimiento celular.

Isotónico Misma concentración

Plasmolisis Rotura de la membrana plasmática.

En las células vegetales, la plasmolisis tiene lugar en medios hipertónicos: la célula se deshidrata, arruga y se rompe.

La turgencia en las plantas proporciona rigidez mecánica. (La pared celular soporta la P osmótica impidiendo que la célula reviente).

3) GLÚCIDOS o azúcares• Son las biomoléculas más abundantes.

• Están formados por monosacáridos.• Composición: C, H y O fundamentalmente.• Características: Incoloros, de sabor dulce y se

disuelven bien en el agua.

• Están formados por cadenas cortas (3- 7 at C).

– Aldosas Grupo funcional aldehído.– Cetosas Grupo funcional cetona.

Monosacáridos importantes:-Hexosas (6C): Glucosa, fructosa.-Pentosas (5C): Ribosa y desoxirribosa. Forman parte de los ácidos nucleicos.

Monosacáridos

Los monosacáridos son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas

Tienen varios grupos hidroxilo (-OH) y un grupo funcional (aldehído o cetona).

• En la naturaleza, los monosacáridos se encuentran ciclados, debido a la formación de un enlace intramolecular.– Piranosas: Ciclos de 6C.– Furanosas: Ciclos de 5C.

• Los monosacáridos se unen entre sí mediante enlace O-glucosídico.

• Disacáridos: Azúcar formado por la unión de 2 monosacáridos.– Sacarosa o azúcar de mesa (glucosa + fructosa)– Lactosa (galactosa + glucosa). Se encuentra en la leche.– Maltosa (glucosa + glucosa)

• Oligosacáridos: Unión de 3, 4 o más monosacáridos.

Monosacáridos (continuación)

Polisacáridos• Son largas cadenas de monosacáridos.• Según su composición:– Homopolisacáridos: Todos los monosacáridos iguales.– Heteropolisacáridos: Hay + de 1 tipo de monosacáridos.

• Según su función:– Polisacáridos de reserva. (Aportan energía)

Ej: Almidón (vegetales) y Glucógeno (animales)

– Polisacáridos estructurales. (Contribuyen al sostén o forman parte del cuerpo de diversos seres vivos o células).

Ej: Celulosa (pared celular de plantas) y quitina (exoesqueleto de artrópodos y PC de hongos)

4) LÍPIDOS• Grupo heterogéneo de moléculas. Tienen en común que son

insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos.• Funciones variadas:

– Estructural– Almacenamiento energético– Hormonal– Vitamínica– Protección

• Clasificación:– Saponificables Poseen ácidos grasos en su estructura.

• Grasas• Ceras• Lípidos de membrana

– Insaponificables No tienen ácidos grasos.• Terpenos• Esteroides

Ácidos grasos

• Ácidos orgánicos de cadena larga (ácidos carboxílicos). Los más abundantes tienen entre 12 – 24 átomos de carbono. (Nº par).

– SATURADOS: Sin dobles enlaces en su molécula.– INSATURADOS: Contienen dobles enlaces.

Ej: ácido palmítico, esteárico, oleico …

a) Grasas o trialcilglicéridos• Formados por ácidos grasos + glicerol (mediante esterificación)

• Son moléculas apolares, hidrofóbicas e insolubles en agua.

• Función principal: reserva energética.En los vertebrados, se almacenan en las vacuolas de los adipocitos.

También se almacenan en las semillas de muchas plantas.

• Otras funciones:–Aislamiento térmico–Amortiguador mecánico =

Almohadillamiento de

determinadas partes del cuerpo.

LÍPIDOS SAPONIFICABLES

Grasas o triacilglicéridos

b) Ceras• Tienen una consistencia más firme que la de

las grasas y son más hidrofóbicas.• Funciones:– Protección mecánica e impermeabilización. (Ej:

pluma aves)

– Defensa ante parásitos. (Ej: cera que recubre hojas y frutos).

– Estructural. (Ej: cera de los panales de abejas).

c) Lípidos de membrana

• Son lípidos estructurales que forman parte de las membranas biológicas.

• Son moléculas anfipáticas: Tienen una región polar (= hidrofílica) y otra apolar (= hidrofóbica).

Las regiones polares se orientan hacia las fases acuosas.

• Tipos: Fosfolípidos y glucolípidos (su molécula polar es un glúcido)

• Estructuras que se forman espontáneamente:– Micelas– Bicapas

Los fosfolípidos son moléculas anfipáticas.

La zona apolar se corresponde con los ácidos grasos.

Micelas / Bicapas

Lípidos insaponificables(carecen de ácidos grados)

• Terpenos: Son polímeros del isopreno.– Geraniol, mentol, limoneno: Aromas vegetales.– Vitaminas A, E y K.– β - caroteno: Pigmento naranja, precursor de la vitamina A.

• Esteroides: Derivan del esterano.– Colesterol: Forma parte de las membranas plasmáticas de

cels animales. Precursor de otros esteroides.

– Vitamina D: Absorcion de Ca y P en intestino.

– Hormonas: progesterona, testosterona, aldosterona…

– Ácidos biliares: Facilitan la digestión de lípidos.

Lípidos insaponificablesTerpenos Esteroides

5) PROTEÍNAS

• Macromoléculas constituidas por la unión de subunidades llamadas aminoácidos.

• Tienen ↑ actividad biológica y diversidad funcional.• La combinación de Aa ofrece un nº casi infinito de

posibles combinaciones.• Los Aa están constituidos por:– C central– Grupo carboxilo– H

– Amino (NH2)

– Grupo R = cadena lateral

Estructura de los aminoácidos

• Los aminoácidos se unen entre sí mediante enlaces peptídicos (entre grupo ácido Aa1 y grupo amino Aa2).

Estructura de las proteínas• Las proteínas presentan ≠ grados de organización cada vez más

complejos Estructuras.

• Estructura 1aria: Es la secuencia lineal de Aa de la proteína.• Estructura 2aria: Es la conformación espacial resultante del 1er

plegamiento espacial de la cadena polipeptídica. Conformaciones estables son:– Hélice α (helicoidal)– Lámina β (Lámina extendida en zig-zag)Estas estructuras se estabilizan mediante puentes de hidrógeno.

• Estructura 3aria: Es la disposición espacial tridimensional estable. De la estructura 3aria depende la función de la proteína. Las proteínas con estructura 3aria se llaman globulares y presentan una gran diversidad.

• Estructura 4aria: Es la suma de varias subunidades globulares. Se llaman proteínas oligoméricas. Ej: Hemoglobina

Proteínas

Estructuras 2aria

Hélice α Lámina β

Estructuras 2aria

Hélice α Lámina β

En una proteína con estructura 3aria se pueden encontrar zonas con hélice α, lámina β, u otro tipo de estructura 2aria estable.

Estructura 3aria Estructura 4aria

Hemoglobina (estructura 4ria)

Desnaturalización de proteínas• Es la pérdida de su conformación espacial (su

estructura 3aria o 4aria).• Agentes desnaturalizantes:– ↑ Tra– Variaciones de pH.– Sustancias químicas

Funciones de las proteínas1. Estructural: Aporta sostén y cuerpo a muchas estructuras

corporales. Ej: colágeno, queratinas.2. Transporte: De sustancias o regulan el paso de sustancias

a través de las membranas celulares. Ej: lipoproteínas, hemoglobina.

3. Hormonal. Ej: Insulina, hormona del crecimiento, tiroxina, adrenalina …

4. Enzimática: Aceleran reacciones químicas.5. Inmunológica: Los linfocitos B fabrican anticuerpos o

inmunoglobulinas, que neutralizan organismos patógenos.

6. Reconocimiento celular: Algunas proteínas de membrana actúan como identificadoras celulares, permitiendo o no la interacción entre determinadas células.

6) ÁCIDOS NUCLEICOS

• Moléculas encargadas del almacenamiento y la transmisión de información en la célula.– ADN (= ác desoxirribonucleico): Almacenar la información y

transmitirla a la generación siguiente.– ARN (= ac ribonucleico): Transmite la información y se encarga de la

síntesis de proteínas en la célula.

• Los nucleótidos son las unidades o monómeros que constituyen los ácidos nucleicos. Se componen de:– Pentosa: ribosa (ARN) o desoxirribosa (ADN).– Grupo fosfato (1, 2 o 3)– Base nitrogenada (molécula cíclica con N).

• Púrica: Adenina (A) y Guanina (G)• Pirimidínicas: Citosina (C), Timina (T) y Uracilo (U).

Componentes de los nucleótidos

La unión de pentosa y base nitrogenada se denomina nucleósido (sin fosfatos)

NUCLEÓTIDOS

Nucleótidos: Monómeros de los ácidos nucleicos

Polinucleótido; cadena constituida por la unión de múltiples nucleótidos.

Los nucleótidos se unen entre sí mediante enlaces fosfodiéster.(Se unen mediante sus grupos fosfato)

ATP (adenosín trifosfato): Este nucleótido es el INTERMEDIARIO ENERGÉTICO entre el catabolismo y el anabolismo.

Esta molécula aporta energía para la mayor parte de las reacciones químicas que la requieran.

ADN• El ADN es una doble cadena enrollada en espiral.

Contiene la información genética del individuo.• Watson y Crick determinaron su estructura

mediante cristalografía con rayos X.• Características:– Estructura en doble hélice (la hebras son antiparalelas).– Existe complementariedad de bases. (A-T) (G-C).– Nº bases púricas = nº bases pirimidínicas A + G = T + C– Las bases nitrogenadas se dirigen al interior de la doble

hélice.

Duplicación o replicación: Obtención de copias idénticas de ADN antes de que la célula inicie el proceso de división celular.

- En células eucariotas: ADN lineal y combinado con proteínas.- En células procariotas: ADN circular y sin estar unidos a proteínas.

ADN

ARN• Cadena de ribonucleótidos cuya misión es la

biosíntesis de proteínas.• Tipos de ARN– ARN mensajero (ARNm): Transporta la

información del ADN hasta los ribosomas para la fabricación de la proteína adecuada.

– ARN transferente (ARNt): Transporta los Aa hasta los ribosomas.

– ARN ribosomal (ARNr): Forma los ribosomas (estructuras celulares donde se produce la traducción).

Comparación entre ARN y ADNLa Timina (T) es exclusiva del ADN; el Uracilo (U) es exclusivo del ARN.