CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS La naturaleza de las moléculas biológicas • La mayor parte de la masa total del organismo es AGUA • TODO EL PESO SECO: moléculas que contienen átomos de carbono = moléculas orgánicas (*luego, bioquímicos) “La química de la vida se centra alrededor del átomo de CARBONO” *número increíble de moléculas que puede formar: -4 e- de valencia -puede unirse con otros átomos de carbono y formar cadenas: DEBIDO a: -tamaño -estructura e- Se puede entender la naturaleza de las moléculas biológicas si se inicia el estudio con el grupo más simple de las moléculas orgánicas, los hidrocarburos, que sólo contienen átomos de carbono e hidrógeno. No existen muchos hidrocarburos en las células vivas. Moléculas orgánicas importantes contienen cadenas de átomos de carbonos (≈ hidrocarburos) donde un átomo de hidrógeno es reemplazado por un grupo funcional *Confieren a las moléculas orgánicas: -propiedades físicas -reactividad química -solubilidad *Dos de los enlaces más importantes entre grupos funcionales: Clasificación de las moléculas biológicas de acuerdo a su función • Macromoléculas: forman la estructura y ejecutan las actividades de las células (*con desde docenas hasta millones de C) *su existencia confiere a los organismos las propiedades de la vida y los separa en sentido químico del mundo inanimado. POLÍMEROS CUATRO categorías principales Monómeros constituyentes PROTEÍNAS Aminoácidos ÁCIDOS NUCLEICOS Nucleótidos POLISACÁRIDOS Monosacáridos LÍPIDOS --- (*ácidos grasos) *secuencias específicas de los monómeros que constituyen las diferentes macromoléculas = diversidad que poseen los organismos Incluyen los azúcares simples (o monosacáridos) y todas las moléculas grandes construidas de unidades de azúcar. *funciones ppales: -almacén de energía -materiales de construcción durables Fórmula General: Cn(H2O)n Los azúcares de importancia en el metabolismo celular poseen valores de n de 3 a 7: -Triosas (3): gliceraldehído, dihidroxiacetona -Tetrosas (4): eritrosa -Pentosas (5): ribosa -Hexosas (6): glucosa Glc, manosa Man, fructosa Fru -Heptosas (7): sedoheptulosa Terminología • La palabra “sacárido” proviene del griego y significa “azúcar“, y se emplea en bioquímica para referir a un conjunto de moléculas esenciales para la vida, dadas sus funciones como agente estructural y contenedor energético. Se componen de átomos de Carbono, Hidrógeno y en menor medida Oxígeno, por lo que alguna vez se les denominó también carbohidratos o hidratos de carbono. • Su principal modelo de clasificación, obedece a la cantidad de moléculas presentes en cada uno, a saber: monosacáridos, aquellos compuestos por una molécula simple de azúcar; disacáridos, integrados por dos moléculas unidas en una sola; y polisacáridos, cadenas de variable complejidad que se componen de múltiples moléculas de azúcar. Azúcares simples proyección de Fisher *sufren una autoreacción Estructura planar -Polihidroxialdehídos: aldosas -Polihidroxicetonas: cetosas REALMENTE, forma tridimensional Estereoisomerismo (isomería óptica) *cuatro grupos unidos al carbono: C quiral o asimétrico DOS estructuras que NO pueden superponerse. Ej.: Gliceraldehído Ejemplo de MONOSACARIDOS • Glucosa. Compuesta por seis átomos de carbono, doce de hidrógeno y seis de oxígeno, se encuentra en estado libre en las frutas y en la miel. Es la sustancia energética básica de la vida. • Ribosa. Pentosa (cinco átomos de carbono) vital para la síntesis de sustancias orgánicas indispensables como el ARN o incluso el ATP, por lo que resulta vital en los circuitos reproductivo y energético. • Desoxiribosa. Al perder un átomo de oxígeno en uno de sus hidroxilos, la ribosa se convierte en un desoxiazúcar como la fucosa o la ramnosa, y es entonces cuando puede constituir parte de los nucleótidos del ADN. • Fructosa. (es una CETOSA O CETOHEXOSA)Proveniente de las frutas y vegetales, mantiene una relación de isomería con la glucosa (mismos componentes ordenados distinto). • Galactosa. Azúcar de seis átomos de carbono, que junto a la glucosa conforman la lactosa y le otorgan todo su potencial nutritivo y energético. • Eritrosa. Monosacárido muy soluble y de apariencia almibarada, dotado de cuatro carbonos y un grupo alheído (formilo). Está presente en el ciclo de la fotosíntesis. • Glucosamina. El monosacárido más abundante de todos los animales, se trata de un amino-azúcar presente en la pared celular de los hongos y en las cubiertas quitinosas de los artrópodos. Obs: La glucosa y la galactosa son epimeros. La glucosa y la manosa son anomeros (La mayoría son Aldosas o ALDOHEXOSAS) Disacáridos • Sacarosa (Azúcar común): formada por la unión: (glucosa + fructosa) • Lactosa: formada por la unión: (glucosa + galactosa) • Maltosa, isomaltosa, trehalosa y celobiosa: formadas todas por la unión de dos glucosas, (glucosa + glucosa) son diferentes dependiendo de la unión entre las glucosas. Azucares Complejos (Polisacáridos) • Muchas unidades de azúcar unidas mediante enlaces glucosídicos • DOS tipos: - Nutricionales glucógeno *almacén de energía - Estructurales *resistentes y durables almidón celulosa quitina Polisacáridos Nutricionales • Glucógeno (animales) - Polímero ramificado de glucosa*enlaces: - En esqueleto: α14 - En ramificaciones: α16 • Almidón (plantas) *animales no sintetizan pero SÍ degradan (amilasa) - Polímero de glucosa *DOS TIPOS Amilosa: polímero lineal α14 Amilopectina: polímero ramificado *enlaces: -esqueleto: α14 -ramificaciones: α16 Polisacáridos Estructurales • Celulosa: pared de células vegetales - Polímero lineal de Glucosa *enlaces β14 - Animales no pueden producir ni degradar porque no tienen celulasa. • Quitina Polímero lineal de Nacetilglucosamina Polisacáridos complejos • GLUCOSAMINOGLICANOS (GAG) - Posee la estructura – A – B – A – B – A – B – - Polímero de disacáridos - Ej.: Heparina *anticoagulante fisiológico = inhibe trombina. Otros: GAGs de la MEC • Grupo diverso de moléculas no polares. -Solubles en solventes • Incluye: orgánicos - Grasas (acilgliceroles) - Esteroides - Fosfolípidos -Insolubles en agua • • • • • • Ácidos grasos. Largas moléculas en forma de cadena hidrocarbonatada (CH2), con una molécula de hidroxilo terminal y varios átomos de carbono (2-4) en el medio. Pueden ser de dos tipos: ácidos grasos saturados (compuestos por enlaces simples únicamente) como el ácido láurico, ácido palmítico, ácido margárico, ácido araquídico, etc. o ácidos grasos insaturados (con presencia de enlaces dobles más difíciles de disolver) como el ácido oleico, ácido linoleico, ácido palmitoleico, etc. Acilglicéridos. Se trata de ésteres de ácidos grasos con glicerina (glicerol), producto de una reacción de condensación que puede almacenar de esta manera de uno a tres ácidos grasos: monoglicéridos, diglicéridos y triglicéridos, respectivamente. Estos últimos son los más importantes de todos y los que forman el tejido adiposo. Fosfolípidos. El ácido fosfatídico contiene una molécula de glicerol a la cual pueden unirse hasta dos ácidos grasos (uno saturado y uno insaturado) y un grupo fosfato, lo cual le imprime una marcada polaridad a este tipo de compuestos. Este tipo de lípidos son el “ladrillo” base para las membranas celulares: colina, etanolamina, serina, etc. Terpenos. Lípidos derivados del isopreno, del cual poseen al menos dos moléculas. Algunos aceites esenciales como el mentol, limoneno, geraniol o el fitol de la clorofila, son terpenos. Esteroides. Lípidos compuestos por cuatro anillos fusionados de carbono, conformando una molécula con partes hidrófilas y otras hidrófobas, tales como los ácidos biliares, las hormonas sexuales, la vitamina D y los corticoides. Cumplen funciones reguladoras o activadoras en el organismo. Prostaglandinas. Lipidos derivados de ácidos grasos esenciales complejos, como el omega-3 y el omega-6, conformando moléculas de 20 átomos que cumplen funciones mediadoras del sistema nervioso central, del sistema inmune y de los procesos inflamatorios. *apolar Grasas *micelios de *hidrofílico grasaÁcido Graso TAG Carga negativa a pH fisiológico *hidrofóbico Ej.: Jabones triacilgliceroles 1 Glicerol + 3 Ácidos Grasos Se esterifica ANFIPÁTICO •Clasificación según n° de: -carbonos: (longitud de cadena): siempre PAR DE 14 A 20 C -insaturaciones: dobles enlaces Saturados: NO TIENEN INSATURACIONES Insaturados (monoinsaturados o poliinsaturados) POLARIDAD *Según la geometría del doble enlace: insaturaciones empaquetamiento punto de fusión (pf) Grasas líquidas a t° ambiente: ACEITES (*hidrogenación = margarinas) Grasa MIXTA 3 Ag diferentes CIS Producido en las células Muy ricas en energía química: 1g de grasa DOS VECES MÁS energía que 1g de carbohidrato CHO: fuente de energía disponible Grasa: fuente de energía almacenada La grasa es almacenada en una célula llamada ADIPOCITO Esteroides • Derivados del Colesterol. Se encuentran: - Membranas celulares - Hormonas esteroideas *NO HAY colesterol en vegetales Fosfolípidos DAG + FOSFATO + BASE NITROGENADA *ppal componente de membranas celulares • Son las macromoléculas que llevan a cabo virtualmente todas las actividades de la célula: “son las herramientas moleculares y máquinas que hacen que sucedan las cosas” • Según su función pueden ser: -Enzimas -Filamentos contráctiles -Prot. Estructurales y motores moleculares Pueden asumir estructuras moleculares casi -Hormonas, Factores de -Anticuerpos, toxinas, ilimitadas. Crecimiento, Factores etc. ESTRUCTURA FUNCIÓN de Transcripción, etc. *También pueden exhibir especificidad -Receptores y transportadores Unidades estructurales = aminoácidos • Cada proteína consta de una secuencia única de aminoácidos determinada por el genoma. • El código genético codifica 20 aminoácidos que se clasifican según la naturaleza del grupo R El carbono α es QUIRAL *preferencia: L-aa D o L = según a qué lado se ubique el grupo amino. *parte común de c/ aa: ESQUELETO Los aminoácidos se unen mediante enlaces peptídicos *tipo AMIDA *cadena peptídica Extremo amino terminal Extremo carboxilo terminal Las propiedades de las cadenas laterales • Los aa se clasifican según la naturaleza de su cadena R. • CUATRO grupos: - Polares cargados - Polares no cargados - No polares - Con propiedades únicas *Muy variable: confiere a las proteínas su estructura diversa y actividades *Responsables de: -int. INTRAmoleculares (plegamiento) -int. INTERmoleculares *negativos -Asp o D -Glu o E *positivos -Lis o K -Arg o R -His o H *fuertes ácidos o bases orgánicas SIEMPRE cargados a pH fisiológico Ej: HISTONAS His: carga parcial a pH fisiológico (importante) *alcoholes -Ser o S -Tre o T -Tir o Y *amidas -Asn o N -Gln o Q -Ala o A -Val o V -Leu o L -Ile o I -Met o M -Phe o F -Trp o W Cadenas hidrófobas (*int. Hidrófobas) CARECEN de heteroátomo Varían en forma y tamaño *DENTRO del núcleo de una proteína -Gli o G -Cis o C -Pro o P *Gli -único aa no quiral -en “articulaciones” del polipéptido *Pro -grupo αamino DENTRO de R = iminoácido -NO adopta estructura 2ª = produce acodamientos o bisagras *Cis -dos residuos cercanos puede formas S – S Puente DISULFURO (covalente) = “estabilizar” ppalmente FUERA de la células. La estructura de las proteínas • Cada aa de una proteína se localiza en un sitio específico detro de estas moléculas gigantes y le confiere a las proteínas la estructura y la reactividad necesarias para la función que debe desempeñar. • - Se puede describir en CUATRO niveles: Primario secuencia de aa Secundario Organización de la molécula en el Terciario espacio Cuaternario Estructura primaria • Es la secuencia lineal de aminoácidos que constituyen la cadena. • La información del orden preciso de los aminoácidos en cada proteína que un organismo produce se incluye en el genoma de dicho organismo. • Suministra la información requerida para determinar la configuración tridimensional de la molécula, por tanto, tb su función. • Ej.: Anemia Drepanocítica Estructura secundaria • Conformación: disposición 3D de los átomos de una molécula = organización espacial. • Describe la conformación de partes de la cadena del polipéptido. *conformaciones PREDEFINIDAS que proveen el número máximo posible de puentes de hidrógeno entre los aminoácidos vecinos. • DOS tipos: - Hélice α - Hoja β plegada • Hélice α: - La estructura permanece en el lado interno de la hèlice y las cadenas R se proyectan hacia afuera. - Se estabiliza mediante puentes de hidrógeno. - Superficies opuestas pueden tener propiedades contrastantes. Ej.: mioglobina, hemoglobina, queratina del cabello, etc. *distancia entre dos residuos adyacentes: 1,5 Ao • Hoja β plegada: -Varios segmentos de un polipéptido que permanecen lado con lado. -Cada segmento toma una conformación con dobleces. -Tb se estabiliza mediante puentes de hidrógeno. (pero perpendiculares a la cadena) -Resiste fuerzas de tensiòn. -Pueden ser: paralelas o antiparalelas -Ej.: proteína de la seda. *distancia entre dos residuos adyacentes: 3,5 Ao Estructura terciaria • Describe la conformación de la proteína en su totalidad. • Gana estabilidad por una disposición de uniones no covalentes entre las diferentes cadenas R. • Es virtualmente ilimitada (≠ est. 2ª) • Se determina por cristalografía de rayos X • Segmentos que carecen de conformación definida = NO estructurados o desordenados (*funciones decisivas en funciones celulares vitales) • Con base en su conformación, las proteínas se clasifican en: - Fibrosas: estructura alargada. Ej.: proteínas EXTRAcelulares como el colágeno, elastina, queratina dura, etc. - Globular: estructura compacta. Ej.: proteínas INTRAcelulares MIOGLOBINA *función = almacén de oxígeno en tejido muscular O2 Fe del HEM: grupo prostético (p.no aminoacídica). OCHO hélices α de 7 a 24 aa de longitud. 75% de los aa en hélice α NO posee hoja β plegada *el HEM está situado dentro de un paquete formado por los lados hidrófobos de las cadenas que promueven la unión del oxígeno sin oxidación del Fe. NO posee puentes disulfuro = estabilizada completamente por enlaces NO covalentes (pdeH, iónicos, fuerzas de wan der Waals) “Cada proteína contiene un estructura 3ª única que puede correlacionarse con su secuencia aminoacídica y su función biológica”. Dominios de proteínas • La mayoría de las proteínas está compuestos de dos o más módulos espacialmente diferenciados: se pliegan independientemente unos de otros = partes que funcionan de manera semiindependiente • Variación de dominios crea proteínas con combinaciones de actividades únicas. • Proteínas de mamíferos: más grandes y con más dominios que las de organismos menos complejos como la mosca de la fruta o levaduras. Cambios dinámicos dentro de las proteínas • Las proteínas no son estáticas o rígidas, sino capaces de ejercer movimientos considerables en su estructura interna. • Técnicas de espectroscopía como la resonancia magnética nuclear pueden vigilar los cambios dinámicos dentro de las proteínas. Ej.: acetilcolinesterasa • Los movimientos predecibles (no aleatorios) dentro de una proteína se activan por la unión de una molécula específica = cambios conformacionales Estructura cuaternaria HEMOGLOBINA (tetrámero) Dos globinas α + Dos globinas β unido cada • Las proteínas que están compuestas por uno a una molécula de oxígeno. cambios en la porciones ligadas al más de una cadena“Pequeños o subunidad HEM durante la oxigenaciónllegan y desoxigenación hemoglobina desencadenan una serie de hasta este nivel de de organización. movimientos más grandes dentro de las ellas”. • Pueden estabilizarse por subunidades enlacesy entre covalentes como puentes disulfuro pero Complejas más comúnmente se funciones pueden desarrollarse(Ej.: mediante pequeños estabiliza por enlaces no covalentes. interacción cambios de conformaciòn. hidrófoba) • Una proteína puede estar compuesta por subunidades idénticas o distintas (homo o hetero) Función de las chaperonas moleculares • No todas las proteínas pueden asumir su estructura terciaria por autoensamblaje = interacciones tienden a evitarse por otras interacciones con moléculasImpideen el compartimiento donde se que péptido naciente presente encuentran. interacciones inadecuadas • Ayudan a las proteínas plegadas de manera errónea Pliega mas del 15% para alcancen su conformación de las proteínas adecuada. en mamíferos Su especificidad consiste en que reconocen de modo selectivo y unen secuencias cortas de aa hidrófobos que tienen a exponerse en las proteínas no nativas, pero a ocultarse en las proteínas que poseen una conformación nativa. • Son macromoléculas constituida por una larga secuencia de monómeros llamados nucleótidos. • Sirven de almacén y tb transmiten la información genética. (*tb funciones estructurales y catalíticas) • DOS tipos: - DNA: desoxirribonucleico = material genético en todos los organismo celulares. - RNA: ribonucleico = material genético en virus. DNA dirige actividades celulares durante la formación del RNA mensajero Base + azúcar = NUCLEÓSIDO Nucleósido + fosfato = nucleótido Monofosfato de ribonucleósido Nucleótidos se distinguen por su base nitrogenada Enlace 3’ – 5’ fosfodièster