BiomoléculasCélula

Elementos: De los 118 elementos que hay en la naturaleza, 25 se encuentranen los seres vivos y en los materiales necesarios para los procesos químicos de la vida, y 19 de ellos son materiales traza, que se encuentran en pequeñas cantidades: Ca, Co, Cr, Na, K, Mg, Mo, Fe, F, Zn, Si, B, Cl, Mn, Cu, I, Se, Sn, V.

Los seis elementos indispensables para la vida son: C, H, O, N, P, S, más el agua, que es el compuesto inorgánico más importante.

Estos seis elementos al unirse forman las biomoléculas, también llamadas macromoléculas o “moléculas de la vida”.

Moléculas Inorgánicas: El agua (H2O) es el compuesto inorgánico más importante para los seres vivos. Constituye del 60 al 95% de los organismos y es indispensable para funciones vitales de la célula.

Propiedades e importancia del agua:•Tensión superficial elevada•Capacidad o actividad térmica elevada•Solvente casi universal•Necesaria en muchas reacciones químicas•Lubricante•NO proporciona energíaSales Inorgánicas: las sales insolubles en estado sólido forman estructuras sólidas que brindan protección y sostén (caparazones o esqueletos internos de algunos invertebrados marinos, huesos o dientes de vertebrados, ligadas a paredes celulares o asociadas a moléculas como la hemoglobina. Ejemplos: PO4, HCO3 y SO4.

Los electrolitos o iones son minerales con carga eléctrica que cumplen funciones vitales: Na+, K+, Cl-, Ca++, Mg++, Cu++, Zn++, etc.

- También llamados glúcidos o azúcares, son las biomoléculas más abundantes. Pueden ser polihidroxialdehídos (aldosas) ó polihidroxi-cetonas (cetosas). Su fórmula es CnH2nOn, y pueden tener N, P, o S.- Con base en su estructura, se clasifican en:* Monosacáridos: una unidad aldosa o cetosa. Los + abundantes son pentosas (D-desoxirribosa) y hexosas (D-glucosa).* Disacáridos: dos monosacáridos unidos por un enlace glucosídico (sacarosa, lactosa y maltosa),son fuente de E junto con monosacáridos* Oligosacáridos: varios monosacáridos, participan en señalización* Polisacáridos: polímeros con + 20 unidades (celulosa y glucógeno)

60-90% masa

Menos 1 %

Carbohidratos

BIOMOLÉCULAS

Funciones de Carbohidratos

Son la biomoléculas más abundantes debido a la celulosa de p. celular.• Fuente directa de energía: glucosa, fructosa, galactosa, lactosa, sacarosa y maltosa.•Reserva directa energía: almidón/plantas y glucógeno/animales•Componentes estructurales: la ribosa y desoxirribosa del RNA y DNA; de celulosa deriva algodón, lino, madera y papel; quitina en caparazones.• Protección: peptoglucanos en pared celular de bacterias.• Matriz extracelular: mantiene unidas a células en tejidos y favorece difusión de nutrientes y oxígeno -peptoaminoglucanos-• Señalización: glicoproteínas (oligosacáridos unidos a p. de membrana, son receptores de señales) y glicolípidos (reconocimiento para proteínas).

Carbohidratos

• Monosacáridos:- Glucosa: azúcar de la sangre y fuente esencial de energía en animales.- Fructosa: azúcar de la fruta y del semen.- Galactosa: azúcar que junto con glucosa, forma lactosa.- Ribosa y Desoxirribosa: forman parte de RNA y DNA

Glucosa: C6 H12 O6

Fructosa: C6 H12 O6

• Azúcares que no son dulces: la fucosa y el ácido siálico no tienen que ver con el sabor dulce y el papel alimentario y estructural, sino que participan en señalización: se sitúan en la superficie de las membrana celular y muestran su mensaje; pueden señalar la vejez de un g. rojo, el lugar para que una bacteria ancle, o indicar el grupo sanguíneo (glucoproteína).

FUCOSAÁCIDO SIÁLICO

Disacáridos

• Son dos monosacáridos unidos por un enlace glucosídico y se libera H2O:

• Lactosa: azúcar de la leche, consta de glucosa y galactosa.

• Sacarosa: azúcar de mesa, en frutos y semen, consta de glucosa y fructosa

• Maltosa: producto de la degradación del almidón (glucosa y glucosa).

Oligosacáridos

Participan en señalización, formando cadenas glucosídicas de glucoproteínas

Celulosa: glucosas unidas fuertemente; componente de pared celular de plantas, estructura, soporte y protección en raíz, tallos o cortezas.

Almidón: glucosas unidas linealmente, almacén en plantas, granos, semillas y tubérculos como la papa y el camote. Es soluble en agua

Glucógeno: son cadenas de glucosa ramificadas, almacenado como reserva en los animales. Es muy soluble.

Quitina: exoesqueleto de artrópodos..

Polisacáridos

- Son las biomoléculas con mayor diversidad estructural (compuestos muy distintos formados por C, H, y O en menos proporción, que son insolubles en agua).- Con base en estructura y presencia de ac. grasos se clasifican en: * Saponificables (c/ac.grasos unidos a glicerol por enlace éster): - Simples: Glicéridos (formados por glicerol y ac. grasos saturados (grasas,origen animal) ó insaturados (aceites, origen vegetal)) y Ceras (un ac. graso y un alcohol de cadena larga; forma cutina en plantas) - Complejos: Fosfolípidos y Esfingolípidos (gangliósidos, cerebrósidos) * No Saponificables (sin ac. grasos): - Esteroides(testosterona, estradiol, progesterona, colesterol y s. biliares) - Terpenos (vitaminas A, D, K, E) - Eicosanoides (prostaglandinas en respuesta inflamatoria, tromboxanos en plaquetas y leucotrienos, señal p/contracción muscular en pulmones-)

Lípidos Ac. Grasos

Glicerol

Funciones de Lípidos:• Almacén energético: triglicéridos (grasas y aceites) • Componentes de membrana: fosfolípidos (flexibilidad por ac.grasos saturados o insaturados), esfingolípidos (cerebrósidos y gangliósidos -receptores para h. hipófisiarias) y colesterol (precursor h.sexuales, memb.)• Hormonas, vitaminas y reguladores: h. sexuales y corticoides, vitaminas liposolubles y eicosanoides (prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos: regulan AMPc, agregación plaquetaria, resp. Inflamatoria)

Fosfolípidos ColesterolEsfingolípidos

Fosfolípido

Esteroide

Cera

- Son las biomoléculas con mayor diversidad funcional: llevan a cabo todas las actividades celulares: son enzimas, hormonas, receptores de memb, transportadoras, f. crecimiento, comp. estructurales, filamentos contráctiles, reguladores génicos, anticuerpos y coágulos, entre otras. Formadas por 20 a.a con carácter anfipático.-20L a.a se clasifican por polaridad de cadenas lat. y su nombre se abrevia utilizando las tres1as letras Asp (Aspártico), Glu (Glutámico)

- Para describir una cadena peptídica -comienza con N-terminal y finaliza con C-terminal-, los residuos sustituyen “ina” por “il”

Proteínas

COO-

R

H H3N C

+

• Estructura de proteínas por 4 niveles de complejidad: 1aria (secuencia de más de 100 a.a); 2aria (arrollamiento de cadena en hélice ó plegada, por ptes. H); 3aria (conformación 3D, por enlaces no covalentes en cadenas lat, puentes disulfuro y grupos hidrófobos en interior, creando conformación fibrosa ó globular) 4aria (disposición de distintas cadenas polipeptídicas-).

Estructura 1aria

Estructura 4aria

Estructura 2aria

Estructura 3aria

• Los e. covalentes otorgan una configuración específica (nativa) y les permiten unirse entre sí y crear complejos proteicos esenciales en varias rutas metabólicas y para desarrollar su función, a través de interacción con ligandos.• Además de la est. 3ª (configuración fibrosa ó globular típica) pueden crear ensambles complejos (filamentos actina, microtúbulos, cápside viral). En p. expuestas a entorno (unidas a z. externa de m. celular o secretadas como parte de matriz extracel.) las cadenas se estabilizan por e. cov. cruzados (disulfuro) y después ser exportadas del RE.• La mayoría de las enzimas son p. alostéricas que pueden existir en dos conformaciones (difieren en activ. catalítica y además de sitio activo y sitio de unión a cofactores ó coenzimas, pueden activarse o desactivarse por ligandos que se unen a un sitio regulador).

• La activ. catalítica de enzimas puede regularse por unión a otras mol., (incluyendo el producto final -feedback neg.-) ó por fosforilación (protein-cinasa transfiere P de ATP e induce cambio conformacional, alterando la unión c/ligandos en otra zona) y desfosforilación (fosfatasa, vuelve a conf. original). Otra manera de regulación ocurre mediante prot. unidas a GTP (forma activa) capaces de hidrolizarse ellas mismas GTP a GDP (forma inactiva).

• El plegamiento inicia por interacción entre residuos responsables de est. 2aria (el post. plegamiento de α hélices y β plegadas es por interacciones hidrófobas -residuos no polares en centro-). A plegamiento usual se le llama config. nativa; sin embargo, no todas son capaces de autoensamblarse y requieren chaperonas para evitar plegamiento erróneo (llevan a cabo un reconocimiento selectivo y unen secuencias cortas de a.a hidrófobos que tienden a exponerse en formas no nativas, pero a ocultarse en conf. nativa).

- El desplegamiento está asociado c/enf. neurodegenerativas letales (enf. vacas locas, causada por prión anormal PrPSc, en lugar de prot. normal PrPC -codificada por gen prpC-) y kuru (encefalopatía espongiforme).

• Además de la estructura de proteínas descrita, existe un nivel de organización distinto, el dom. de proteína que es cualquier segmento de una cadena (100-250 a.a) que se pliega de forma independiente en una estructura compacta y estable y constituye una unidad modular a partir de la que se forma una p. mayor, y está asociado con 1 función especif. (el dominio pequeño de p. activadora CAP se une al DNA, mientras que el de mayor tamaño, se une al AMPc , causando cambio conformacional en la p. que le permite unirse sólo a secuencias específ. de DNA y promover la expresión de genes adyacentes). Las p. pueden activarse o desactivarse por ligandos que se unen a un sitio regulador).

Función y ubicación de proteínas

Estructurales colágeno piel, cartílago y huesos

Contráctiles miosina y actina músculo

Enzimas 2000 tipos diferentes todas las células

Hormonas insulina páncreas

Anticuerpos gammaglobulinas células del sistema inmune

Sanguíneas albúminahemoglobinafibrinógeno

sangre

queratina cabello, uñas y piel

Tipo Ejemplo Localización

Transportadores

Receptores receptor de insulina membrana celular

iones, H+, diversos solutos Memb.celular y de organelos

Enzimas

Son catalizadores orgánicos y aceleran reacciones. Presentan dos atributos:* son específicas y * regulan la rapidez

de reacciones químicas El proceso metabólico se asegura gracias al: poder catalítico +

especificidad + regulación. Presentan los tres principios de los catalizadores:

1. Aceleran reacciones energéticamente favorables, que ocurren de manera espontánea.

2. No cambian el punto de equilibrio de una reacción (convertidor catalítico)

3. No se consumen en las reacciones que promueven. No importa el número, permanecen sin cambio.

Cada enzima tiene una muesca o sitio activo que se une al sustrato sobre el que actúa la enzima. El sustrato y la enzima forman el complejo enzima-sustrato.

Entre los factores que alteran la estructura de la enzima se incluyen: la temperatura, el pH y algunas sales y venenos, que provocan la desnaturalización de la enzima, inhibiendo su función.

Inhibición es el proceso mediante el cual una enzima deja de realizar su función. Puede ser de dos tipos:

Inhibición competitiva o reversible, cuando un compuesto ocupa temporalmente el sitio activo de la enzima, este tipo es reversible. Ej: fármacos y drogas para combatir infecciones bacterianas.

Inhibición no competitiva: el compuesto químico inhibitorio se une a la enzima en un sitio de la molécula distinto del sitio activo; puede ser reversible (una vez eliminado el inhibidos, la enzima vuelve a funcionar) ó irreversible (la sustancia inhibitoria se une a s. activo permanentemente y desnaturaliza la proteína, sin que pueda restablecerse)

- Son biomoléculas encargadas de almacenar y expresar la información genética y dirigir las actividades celulares. DNA y RNA están formados por nucleótidos: fosfato + pentosa + base nitrogenada; sin embargo DNA posee dos cadenas antiparalelas y bases A-T, C-G, mientras que RNA es una cadena y posee azúcar ribosa y base uracilo.

Ac. Nucleicos Fosfodiéster

Diferencias entre DNA y RNA

DNA Doble cadena helicoidal. Azúcar de 5 C, llamada

desoxirribosa Bases. A, T, G, C Se encuentra en el núcleo

de la célula. Un solo tipo No sale del núcleo

RNA Un cadena sencilla y lineal. Azúcar de 5 C, llamada

ribosa Bases. A, U, G, C. Se encuentra en el

nucléolo de la célula. Hay 3 tipos: RNAm, RNAt,

RNAr. Sale del nucléolo y del

núcleo

Empaquetamiento del DNA

La forma compacta del DNA se lleva a cabo en varios niveles de organización: - Nucleosoma en collar - Fibras cromatínicas - Solenoide - Bucles radiales

Nucleótidos Importantes

B.Nitrogenada

Azúcar

Grupo Fosfato

ARN /ADN

ATP

AMPc (2° mensajero)

GMPc (2° mensajero)

La Célula• Hooke (c/microscopio,1665, acuñó el término p/ paredes cel. vacías de corcho)• Schleiden (botánico,1838) y Schwan (zoólogo, 1839) crean T. Celular: los organismos están formados por una ó más células, la célula es la unidad estructural de la vida, y sólo puede originarse a partir de otra preexistente.• Diversidad en tamaño, forma y función (esféricas-óvulos, fusiformes-músculo, planas-mucosa bucal, estrelladas-neuronas, cúbicas-folic.tiroides, poligonales-hígado, filiformes-zooides, ovales-g.rojos, ameboides-g.blancos)• DNA, a veces RNA, posee inf. genética para sint. de nuevas células y nuevos componentes celulares, favorece las mutaciones (variabilidad y evolución), dirige metabolismo (conj. reacciones químicas, catalizadas por enzimas) y a través de s. proteica, activ. mecánicas (transporte y mov.), capac. de respuesta (receptores p/hormonas, f. crecimiento, incorporan materiales de entorno) y autorregulación (reparación y muerte).

Características de Células: Procariotas y Eucariotas

• Membrana celular o plasmática similar.• Citoplasma.• Información genética codificada en DNA.• Regulación de expresión génica (transcripción y traducción).• Notablemente organizadas para mantener homeostasis.• Metabolismo (rutas similares: C. Krebs, glucólisis).• Receptores y mec. de señalización que les permiten responder y adaptarse al entorno.• Mec. de retroalimentación que controlan la mayoría de procesos.• Sus mol. orgánicas tienen precursores comunes (CO2, H2O y N2).

Clasificación de los organismos

Procariontes

• Nucleoide (z.indefinida)

• Unicelulares cosmoplitas

• Carecen de organelos

• 1 a 5 micras

• Puede existir una 2a membrana

• Dominios (gpos taxonómicos:

Archaea/Bacteria)

• ADN disperso en citoplasma

• Rep. asexual conjugación,

transformación y transducción.

Eucariontes

• Poseen núcleo

• Pluricelulares y unicelulares

• Organelos membranosos complejos

• 10 a 100 micras

• Vesículas plasmáticas p/endocitosis

y fagocitosis

• Protista, Fungi, Plantae y Animalia

• Pared celular con celulosa

• ADN compacto por prot. cromatina

• 3 RNA polimerasas distintas.

Célula Procariota- bakterion = bastón - Fisión binaria (15 a 20´) - Carecen de organelos membranosos- ADN circular- Contienen plásmidos- Autótrofas y heterótrofas- Bacilos, cocos, espirilos

Célula Eucariota - Unidad estructural y funcional de mayoría de seres vivos- Unicelulares y pluricelulares. - Volumen > -1,000 a 10, 000 veces-.- Presentan orgánulos ú organelos- ADN empaquetado- Protozoos, hongos, plantas y animales

Diferencias entre Cel. Animales y Vegetales

Células Animales

- Carecen de p. celular, cloroplastos y vacuolas- Poseen lisosomas- Uniones de hendidura- Citoesqueleto- Multicelulares matriz extracelular- Energía: Respiración

Células Vegetales

- Tienen pared celular, cloroplastos y vacuolas- Plasmodesmos - Energía: Fotosíntesis

• Virus: Ivanovskysavia planta enf. atraviesa filtro y sigue infectiva. Est. macromoleculares c/mat. genético rodeado por cápside proteica (a veces rodeada por envoltura lipídica derivada de memb. de hospedero); c/virus posee prot. capaz de unirse a componente especif. sup. memb. hospedero (glicoprot.120 VIH a CD4 linfocito). Infección puede seguir 2 rutas: lítica (virus va a núcleo, secuestra maquinaria cel.y crea virones y ac. nucleicos que son liberados) y lisogénica (DNA viral inserto en el celular como provirus -c/distintos efectos-: c.bacterianas siguen normales hasta exponerse a estímulo; algunas c.animales crean una nueva progenie viral por gemación de sup.cel. sin causar lisis, y otras c. animales pierden control de crecimiento y división, convirtiéndose en malignas).• Viroide: agente infeccioso formado por RNA circular desprovisto de cubierta, su actividad depende de prot. celulares y se cree que causa enfermedad al interferir con vía normal de expresión génica celular.

• Priones: con base en estudio de personas con CDJ, enf. Creuzfeldt-Jakob (alteración que causa pérdida de coordinación motora y demencia y puede presentarse de forma hereditaria o adquirida por carne contaminada -enf. vacas locas-) y personas con enf. Kuru (encefalopatía espongiforme) y en hecho que extracto de cerebro poseía agente infeccioso, Prusiner detectó que éste no estaba formado por ac. nucleico viral, sino sólo de prot. y la llamó prión (PRNP gen se expresa en tej. normal codifica la prot. PrPc en la superficie cel. de cel. nerviosas,mientras que en tej. enfermo aparece la versión modificada PrPsc que crea agregados que destruyen neuronas. Las 2 variantes alojan secuencias a.a idénticas, pero hay un mal plegamiento c/segmentos de hojas β en vez de hélices α, lo que se traduce en insolubilidad y agregación de la proteína). La adición de PrpSC a una preparación de PrpC pueda convertirla en PrpSC debido a que la molécula PrPsc puede unirse a la normal y actuar como molde.