IV. MACROMOLÉCULAS Objetivo.- Reconocerá la estructura

IV. MACROMOLÉCULAS
Objetivo.- Reconocerá la estructura química de las macromoléculas
naturales, identificándolas como sustancias de importancia biológica,
valorando de forma crítica y responsable su participación en los
procesos vitales y el impacto en la sociedad actual.
1. Introducción a la Bioquímica
La Bioquímica es una rama de la Química que estudia los
procesos químicos que se llevan a cabo en los seres vivos.
Este conjunto de reacciones, conocidas como metabolismo, son
las que permiten a los seres vivos su desarrollo adecuado y la
realización de sus procesos fundamentales.
El metabolismo se divide en dos grandes grupos:
Anabolismo: Incluye los procesos de construcción y síntesis de
las moléculas de los seres vivos.
Catabolismo: Incluye los procesos de degradación de moléculas
con la finalidad de producir energía.
La sustancias que intervienen en estos procesos, ya sea
anabolismo o catabolismo, e incluso en ambos, se conocen como
sustancias bioquímicas, cuya clasificación se muestra en el
siguiente diagrama.
1
La célula: Unidad fundamental de los seres vivos
La célula es la unidad fundamental de los seres vivos. Todos los
seres vivos están formados por ellas y es precisamente dentro de ellas
donde se llevan a cabo muchos de los procesos metabólicos.
Las células están formadas por organelos que tiene una función
bien específica. Ejemplo:
Mitocondrias: En estos organelos se produce energía.
Cloroplastos: Sólo forman parte de las células vegetales. En
ellos la energía del sol es convertida en energía química que
las plantas almacenan como carbohidratos.
Ribosomas: En ellos se efectúa la síntesis de las proteínas.
. A continuación se muestra un diagrama de la célula animal y otro
de la vegetal.
2
iris.cnice.mecd.es/ biosfera/profesor/galeria
iris.cnice.mecd.es/ biosfera/profesor/galeria_...
3
Todos los organelos celulares son importantes y realizan
funciones vitales para la vida, simplemente se marcan con rojo los que
utilizamos como ejemplo.
En los seres vivos,
el oxígeno, el carbono, el hidrógeno, y el
4%
3%
nitrógeno constituyen aproximadamente el 95 % de la materia viviente.
10%
Abundancia de los elementos en el cuerpo humano:
Oxígeno
Carbono
18%
Hidrógeno
65%
Nitrógeno
Otros
Fuente: Burns, R. Fundamentos de Química. 4ª. Edición. México, Pearson Educación de México,
2003
Son precisamente estos elementos, los constituyentes de
carbohidratos, lípidos, proteínas, vitaminas y enzimas.
2. Carbohidratos
Los carbohidratos desde el punto de vista químico son aldehídos
o cetonas polihidroxilados. Esto significa que en su estructura tienen:
un grupo formilo o un grupo oxo y varios grupos hidroxilo.
Estos grupos los estudiamos anteriormente en aldehídos,
cetonas y alcoholes respectivamente. Para recordar:
4
Grupo funcional
Tipo de compuesto
Nombre
Estructura
Alcoholes
Hidroxilo
-OH
Aldehídos
Formilo
-CHO
Cetonas
Oxo
C=O
Las plantas verdes sintetizan los carbohidratos durante la
fotosíntesis, en la cual transforman el CO2 del aire y el agua del suelo
con ayuda de la luz solar.
6 CO2 (g) + 6 H2O ( )
luz solar
6 O2 (g) + C6H12O6 (ac)
Los vegetales usan los carbohidratos como fuente de energía
(almidón) y como tejido de sostén (celulosa). Ya que los mamíferos
carecen de enzimas para digerir la celulosa, utilizan almidón y
azúcares como fuentes de carbohidratos en su dieta. La principal
fuente de energía de nuestros organismo, son los carbohidratos.
2.1 Clasificación de carbohidratos.Los carbohidratos se clasifican de acuerdo a su complejidad
estructural en tres grandes grupos:
Monosacáridos.-
Son
las
unidades
más
simples
de
carbohidratos, por lo tanto son loa azúcares más sencillos.
Disacáridos.- Están formados pro dos monosacáridos.
Oligoscáridos.- Están formados tres o más monosacáridos,
hasta 10.
Polisacáridos.- Carbohidratos formados por más de 10
monosacáridos.
5
CLASIFICACIÓN DE
CARBOHIDRATOS
CARBOHIDRATOS
MONOSACÁRIDOS
ALDOSAS
OLIGOSACÁRIDOS
POLISACÁRIDOS
CETOSAS
TRIOSAS
TETROSAS
PENTOSAS
HEXOSAS
DISACÁRIDOS
DE TRISACÁRIODOS
A
OLIGOSACÁRIDOS
2.2 Monosacáridos
Los monosacáridos se clasifican en base a dos criterios:
Grupo funcional
Número de átomos de carbono
En base al grupo funcional los monosacáridos se clasifican en
dos grupos:
Aldosas: Contienen en su estructura un grupo formilo (grupo de
aldehídos).
6
Cetosas: Contienen en su estructura un grupo oxo (grupo de
cetonas.
Ejemplos:
Los monosacáridos forman estructuras cíclicas al cerrarse la
cadena abierta mostrada anteriormente.
Ejemplo:
CH2-OH
H
O
H
H
HO
H
H
OH
OH
Por le número de átomos de carbono los monosacáridos se clasifican
en:
7
Tipo
Triosa
Tetrosa
Pentosas
Hexosa
Número de átomos
de carbono
3
4
5
6
Ejemplo
Gliceraldehído
Eritrosa
Ribosa
Fructosa
Monosacáridos importantes.Algunos monosacáridos tienen un papel muy importante en los
seres vivos.
GLUCOSA (C6H12O6).- Es una aldohexosa
conocida también
conocida con el nombre de dextrosa. Es el azúcar más importante.
Es conocida
como “el azúcar de la sangre”, ya que es el más
abundante además de ser transportado por el torrente sanguíneo a
todas las células de nuestro organismo.
Se encuentra en frutas dulces, principalmente la uva además en
la miel, el jarabe de maíz y las verduras.
www.portalaxarquia.com/.../ frutas.JPG
8
Al oxidarse la glucosa, produce dióxido de carbono, agua y
energía, la cual es utilizada por el organismo para realizar sus
funciones vitales.
La fórmula molecular de la galactosa es C6H12O6, exactamente
igual que la de la glucosa ¿por qué? Porque estos compuestos son
isómeros, tienen los mismos átomos en la misma proporción, pero su
diferencia está en la posición de uno de los grupos –OH en la cadena,
el del carbono 4.
www.cienciateca.com/ glucosa.jpg
La reserva mas importante de glucosa en el organismo se
encuentra en el hígado y los músculos, pero ésta no es muy
abundante, por lo que es importante incluir alimentos que contengan
carbohidratos, que el organismo transforma en glucosa, para un
adecuado funcionamiento de nuestro cuerpo.
Industrialmente, la glucosa se utiliza en la preparación de jaleas,
mermeladas, dulces y refrescos, entre otros productos.
9
La concentración normal de glucosa en la sangres es de 70 a 90
mg por 100 ml. El exceso de glucosa se elimina través de la orina.
Cuando los niveles de glucosa rebasan los límites establecidos se
produce una enfermedad conocida como diabetes, la cual debe ser
controlada por un médico capacitado.
TAREA 4.1
Utilizando nternet, realice una investigación que cubra los
siguientes aspectos. Incluya la dirección de las páginas utilizadas y
envíe su trabajo al correo electrónico del profesor.
Sintomatología de la diabets
Causas de la enfermedad
Tratamiento
Efectos de la diabetes sobre el organismo
GALACTOSA.1
1
CHO
2
H-C-OH
CHO
2
H-C-OH
3
3
HO-C-H
4
HO-C-H
HO-C-H
H-C-OH
4
5
5
H-C-OH
6
CH2OH
Galactosa
H-C-OH
CH2OH
Glucosa
6
Esta pequeña diferencia que podría parecer sin importancia,
hace de estas dos moléculas compuestos de la misma familia, pero
10
con características físicas y química diferentes. Igualmente su función
bioquímica no es la misma. La estructura cíclica de la galactosa es:
6
CH2OH
OH
4
H
O
5
OH
H
OH
2
3
H
H
1
OH
Galactosa
A diferencia de la glucosa, la galactosa no se encuentra libre
sino que forma parte de la lactosa de la leche. Precisamente es en las
glándulas mamarias donde este compuesto se sintetiza para formar
parte de la leche materna.
Existe una enfermedad conocida como galactosemia, que es la
incapacidad del bebé para metabolizar la galactosa. Este problema se
resuelva eliminando la galactosa de la dieta del bebé, pero si la
enfermedad no es detectada oportunamente el bebe puede morir.
FRUCTOSA.La fructosa es una cetohexosa de fórmula C6H12O6. Es también
un isómero de la glucosa y la galactosa. Su fórmula estructural y su
estructura cíclica son:
11
1
CH2-OH
6
2
C=O
O
HO-CH2
3
HO-C-H
5
4
H
H-C-OH
OH
H
4
5
H-C-OH
OH
CH2-OH
1
3
OH
6
2
H
CH2OH
La fructosa es un isómero funcional porque tiene un grupo oxo,
mientras que la glucosa y la galactosa tienen un grupo formilo.
La fructosa también se conoce como azúcar de frutas o
levulosa. Este es el más dulce de los carbohidratos. Tiene casi el
doble dulzor que el azúcar de mesa (sacarosa) La siguiente tabla
muestra el dulzor relativo de diversos azúcares.
Fructosa
100
Sacarosa
58
Glucosa
43
Maltosa
19
Galactosa
19
Lactosa
9.2
Está presente en la miel y en los jugos de frutas. Cuando se ingiere la
fructosa está se convierte en glucosa en el hígado.
12
RIBOSA (C5H10O5).Es una aldopentosa presente en el adenosin trifosfato (ATP) que
es una molécula de alta energía química, la cual es utilizada por el
organismo. La ribosa y uno de sus derivados, la desoxirribosa, son
componentes de los ácidos nucleicos ARN y ADN respectivamente.
2.3 Disacáridos
Los
disacáridos
están
formados
por
dos
moléculas
de
monosacáridos que pueden ser iguales o diferentes.
Los disacáridos no se utilizan como tales en el organismo, sino
que éste los convierte a glucosa. En este proceso participa una
enzima específica para cada disacárido, lo rompen y se producen los
monosacáridos que los forman.
13
Los tres disacáridos señalados tienen la misma fórmula
molecular C11H22O11, por lo tanto son isómeros.
Disacáridos importantes.SACAROSA C11H22O11.
Este disacárido esta formado por una unidad de glucosa y otra
de fructuosa, y se conoce comúnmente como azúcar de mesa. La
sacarosa
se
encuentra
libre
en
la
naturaleza;
se
obtiene
principalmente de la caña de azúcar que contiene de 15-20% de
sacarosa y de la remolacha dulce que contiene del 10-17%.
Insertar imagen 04-09
Insertar imagen 04-10
www.zunzun.cu/ flora/hadas.asp
La caña de azúcar en América y la remolacha azucarera en Europa, son las dos
principales fuentes de sacarosa.
La estructura de la sacarosa es:
Unidad de glucosa
6
H
HO
CH2-OH
5
OH
O
H
H
4
Unidad de fructosa
OH
3
H
H
1
1
O
H
O
CH2
2
H
HO
5
CH2-OH
2
3
OH
SACAROSA
OH
4
6
H
14
Industrialmente la sacarosa se utiliza en la elaboración de
glucosa y como reactivo en el laboratorio.
LACTOSA (C11H22O11).Es un disacárido formado por glucosa y galactosa. Es el azúcar
de la leche; del 5 al 7% de la leche humana es lactosa y la de vaca,
contiene del 4 al 6%.
La estructura de la lactosa es:
Unidad de glucosa
Unidad de galactosa
CH2-OH
CH2-OH
OH
H
OH
H
O
O
H
H
H
H
OH
O
OH
H
H
OH
H
OH
H
LACTOSA
Cuando ciertos microorganismos actúan sobre la leche, ésta
tomo un sabor agrio y puede incluso formarse un cuajo en ella, por eso
se protege mediante la refrigeración.
La leche es uno de los mejores
alimentos por los constituyentes que
la forman, uno de lo cuales es la
lactosa.
mujer.latercera.cl/ 2001/04/28/herramienta.htm
15
MALTOSA (C11H22O11)
Es un disacárido formado por dos unidades de glucosa. Su
fuente principal es la hidrólisis del almidón, pero también se encuentra
en los granos en germinación.
Su estructura es:
Unidad de glucosa
6
H
HO
6
CH2-OH
5
H
H
OH
3
H
H
CH2-OH
5
O
4
Unidad de glucosa
H
1
O
4
O
H
OH
3
2
OH
MALTOSA
H
1
H
OH
2
OH
H
2.4 Polisacáridos.Son los carbohidratos más complejos
formados por muchas
unidades de monosacáridos La masa molecular de los polisacáridos
es de miles de gramos / mol.
Polisacáridos importantes.ALMIDÓN.-.Este polisacárido está formado por unidades de glucosa, por
tanto es un polímero de ésta. Se encuentra en los cereales como
maíz, arroz y trigo, también se encuentra en las papas.
16
El almidón es ampliamente utilizado en
la industria. Algunos ejemplos son:
Industria del papel y cartón.
Industria alimenticia
Industria textil
Industria farmacéutica y cosmética
Industria de los edulcorantes
www.redepapa.org/ almidon1.html
El trigo y los productos que con el se
elaboran, es una de las principales
fuentes de almidón.
CELULOSA.La celulosa, al igual que el almidón es un polímero de glucosa. El
tipo de enlace que une las moléculas de glucosa en la celulosa, es
diferente del enlace que une las del almidón, por esta razón la celulosa
no se puede utilizarse por el organismo humano como alimento, ya
que carece de las enzimas necesarias para romper ese tipo de enlace,
pero tiene un papel importante como fibra en el intestino grueso.
17
El algodón por ejemplo, es casi celulosa pura, la madera también
es fuente de celulosa.
El algodón es casi celulosa pura
La celulosa se utiliza principalmente en la industria textil y en la
fabricación del papel.
GLUCÓGENO.Es la reserva de carbohidratos en el reino animal. Se
almacena especialmente en el hígado y en los músculos. Conforme el
organismo lo va requiriendo, el glucógeno se convierte a glucosa la
cual se oxida para producir energía.
Desde el punto de vista calórico, los carbohidratos aportan
alrededor de 4 kcal por gramo de energía.
La reserva como glucógeno de los carbohidratos en realidad es
pequeña. Si hay exceso de carbohidratos en la alimentación, se
transforman en lípidos para almacenarse como grasa en el organismo.
Actividad 4.3
18
3. Lípidos
Son compuestos bioquímicos solubles en solventes no
polares como el tetracloruro de carbono (CCl4), benceno (C6H6) y éter
(CH3-CH2-O-CH2-CH3), por tanto son insolubles en agua.
Los lípidos tienen muchas funciones importantes.
Son componentes estructurales de la membrana celular.
Algunos son reservas energéticas a largo plazo de las
células.
Las cubiertas protectoras de las hojas de las plantas y la
piel de los animales, están compuestas de varios lípidos.
Otros se clasifican como hormonas o como vitaminas.
3.1 Clasificación de lípidos.Los lípidos pertenecen a un grupo heterogéneo de compuestos
orgánicos
que
contienen
ácidos
grasos
y están
constituidos
básicamente por carbono, hidrógeno, oxígeno, fósforo y nitrógeno, los
cuales se clasifican de la forma mostrada en el siguiente diagrama.
19
3.1.1 Ácidos grasos
Los lípidos simples son ésteres derivados del glicerol y de ácidos
carboxílicos de cadena larga, comúnmente conocidos como ácidos
grasos. Los lípidos más abundantes y simples son las grasas y los
aceites, conocidos también como triglicéridos y todos se forman a
partir de una molécula de glicerol y tres moléculas de ácido graso.
20
Hein, M. y Arena S. Fundamentos de Química. 10ª. Edición. México, Thomson Editores, 2001.
Los ácidos grasos de origen natural, como el ácido esteárico, tienen
casi siempre un número par de átomos de carbono. En general, las
grasas son sólidos que se obtienen principalmente de fuentes
animales, mientras que los aceites son líquidos y provienen de
fuentes vegetales.
Los ácidos grasos pueden ser saturados o insaturados.
ALGUNOS ÁCIDOS GRASOS DE GRASAS NATURALES
# de
átomos
de
carbono
Fórmula condensada
Nombre
Fuente común
ÁCIDOS SATURADOS
4
C3H7COOH
Butírico
Mantequilla
21
6
C5H11COOH
Caproico
Mantequilla
8
C7H15COOH
Caprílico
Aceite de coco
10
C9H19 COOH
Cáprico
Aceite de coco
12
C11H23COOH
Laúrico
14
C13H27COH
Mirístico
16
C15H31COOH
Palmítico
18
C17H35COOH
Esteárico
Aceite de
almendra de
palma
Aceite de nuez
moscada
Aceite de
palma
Sebo de res
ÁCIDOS INSATURADOS
18
18
18
Los
C17H33COOH
(un doble enlace)
C17H31COOH
(dos dobles enlaces)
C17H29COOH
(tres dobles enlaces)
ácidos
grasos
Oleico
Aceite de oliva
Linoleico
Aceite de soya
Linolénico
Aceite de
pescado
insaturados
linoleico,
linolénico
y
araquidónico son indispensables en la dieta humana, ya que su
deficiencia origina problemas de crecimiento y en la reproducción,
además de problemas en la piel.
Diferencias entre las grasas y aceites
Las grasas son sólidas y los aceites líquidos a temperatura
ambiente.
Las grasas contienen una mayor proporción de ácidos grasos
saturados, y los aceites tienen mayor cantidad de ácidos grasos
insaturados.
22
En general las grasas son de
origen animal, mientras que los
Mantequilla
(grasa)
Aceite de oliva extra virgen
(aceite)
A continuación se señalan las características de algunos de los
tipos de lípidos complejos:
3.1.2 Fosfolípidos.Se encuentran en todas las células animales y vegetales.
Abundan en el cerebro, médula espinal, la yema de huevo y el
hígado.
Existen
dos
tipo
de
fosfolípidos:
fosfoglicéridos
y
esfingomielinas.
Los fosfoglicéridos. están formados por glicerol, ácidos grasos,
un grupo fosfato y un compuesto nitrogenado.
Los fosfoglicéridos son los fosfolípidos más numerosos de las
membranas celulares
Las lecitinas son un tipo de fosfolípidos (fosfoglicéridos). Son
componentes del cerebro, tejido nervioso y yema de huevo.
23
Las lecitinas son importantes para el transporte de grasas de un
tejido a otro y son componentes esenciales del protoplasma de
todas las células corporales.
En la industria la lecitina se obtiene de la soya y se utiliza como
agente emulsionante.
3.1.3 Esfingomielinas.Estos fosfolípidos contienen esfingosina en vez de glicerol. Se
encuentran en grandes cantidades en el cerebro y tejido nervioso y
son constituyentes esenciales del protoplasma de las células. Estos
compuestos también se clasifican como esfigolípidos
3.1.4 Esfingolípidos.-.
Se encuentran en grandes cantidades en el cerebro y tejido
nervioso.
Son constituyentes esenciales del protoplasma de las células.
3.1.5 Glucolípidos.Lípido + carbohidrato (galactosa o glucosa).
Contienen un alcohol de cadena larga llamado esfingosina.
No contienen glicerol.
Se encuentran en e! cerebro y el tejido nervioso.
24
3.1.6 Esteroides.Los esteroides son derivados de alcoholes cíclicos de peso
molecular elevado que existen en todas las células vivas.
El más común es el colesterol que se encuentra en cerebro,
tejido nervioso,
cálculos biliares, y los depósitos de las arterias
endurecidas.
Es precursor de ácidos biliares, hormonas sexuales, de corteza
suprarrenal y vitamina D.
CH3
H3C
CH3
CH-CH2-CH2-CH2-CH
CH3
CH3
Colesterol
HO
25
3.1.7 Ceras.Están formados por la unión de ácidos grasos cuyas moléculas
contienen entre 24 y 36 átomos de carbono, con alcoholes
monohidroxílicos que contiene entre 16 y 36 átomos de carbono.
Algunas ceras comunes son
La de abeja que se utiliza para
elaborar
materiales
pulidores
y
productos farmacéuticos.
bycellie.blogspot.com/
2004_06_01_bycellie_arc...
La cera de ballena que se encuentra
en la cavidad craneana del cachalote.
La lanolina que se extrae de la lana
de los carneros y se emplea en la
elaboración de ungüentos y pomadas.
26
De origen vegetal, la cera de
carnauba
3.1.8 Terpenos.Constituyen esencias de flores, frutos, especias (canela, clavo,
laurel). Tienen un papel biológico muy importante porque a partir de
ellos se forman hormonas, esteroides, caroteno y vitamina “A” entre
otros.
OH
limoneno
(aceite de limón y
naranja)
geraniol
(aceite de rosas y
otras plantas)
4.-Proteínas
4.1 Funciones en el organismo
Las proteínas son los componentes bioquímicos más abundantes
en los seres vivos.
27
Son las sustancias centrales de casi todos los procesos
bioquímicos.
Las hay en la sangre, los músculos, el cerebro, e incluso en el
esmalte dental.
Sirven como materiales estructurales en los músculos, y el tejido
cutáneo. Por ejemplo, la seda, lana uñas, garras, plumas,
cuernos y pezuñas son proteínas.
Las enzimas, catalizadores biológicos que permiten que ocurran
las reacciones químicas en los seres vivos, son proteínas.
Otras funciones incluyen el transporte y almacenamiento de
iones y molécula. Numerosas hormonas son estructuras
proteicas. Una de las líneas de defensa más importantes contra
los
agentes
infecciosos
son
las
proteínas
denominadas
inmunoglobulinas.
4.1.1 Problemas por deficiencia
Las proteínas realizan diversas funciones en el organismo, y una
dieta deficiencia causa graves problemas, principalmente en los niños,
ya que las proteínas constituyen uno de los nutrientes más
importantes para el desarrollo del niño.
Desnutrición proteico-energética. Se utiliza este término
porque la deficiencia de proteína está directamente desarrollada con
una disminución de la energía. La desnutrición proteico-energética se
clasifica como primaria cuando la causa es por una dieta pobre en
proteínas o por la frecuencia de episodios diarreicos intermitentes, o
por la asociación de estas dos variables. Se considera desnutrición
28
secundaria cuando existe una enfermedad crónica o anormalidad
subyacente como causa de la desnutrición.
Entre los signos clínicos que sugieren desnutrición proteico
calórica se han mencionado el edema, pelo despigmentado, fácilmente
desprendible, escaso y delgado, pérdida de masa muscular,
despigmentación de la piel, cara de luna llena y lesiones en la piel.
La deficiencia proteica es un grave problema especialmente en
los países pobres. El kwashiorkor. Es una enfermedad que sufren los
niños que consumen dietas pobres en proteínas. Sus síntomas
incluyen un severo desbalance de fluidos, lesiones en la piel,
crecimiento retardado y aumento en el tamaño del hígado. Los niños
que sufren de kwashiorkor también sufren de anorexia y apatía. En
muchos casos una terapia nutricional adecuada permite que
desaparezcan los síntomas.
(Imagen tomada de www.thachers.org/ images/kwashiorkor.jpg
4.2 Aminoácidos
Químicamente las proteínas son polímeros de aminoácidos con
masas moleculares de más de 50 millones.
29
Los aminoácidos son ácidos carboxílicos (-COOH) que
contienen un grupo amino (-NH2) unido al segundo carbono,
que se denomina carbono α, formándose así un α-aminoácido.
Unidos al átomo de carbono α hay cuatro grupos diferentes, excepto
en el aminoácidos más sencillo que es la glicina.
Se han identificado 20 aminoácidos que están presentes
prácticamente en todas las proteínas.
Se consideran como aminoácidos esenciales aquellos que son
indispensables y deben consumirse en la dieta, ya que el organismo
no es capaz de sintetizarlos y son:
ISOLEUCINA
LEUCINA
LISINA
METIONINA
HISTIDINA
(esencial en niños)
FENILALANINA
TREONINA
TRIPTÓFANO
VALINA
ARGININA
(esencial en niños)
A continuación se muestra una tabla con la fórmula de los 20
aminoácidos. Se indica con un * los esenciales y con ** los esenciales
solo en niños.
En la alanina se ejemplifica en un recuadro rojo el grupo amino,
en azul el carboxilo y en verde la cadena lateral.
30
CH2-CH2-CH2-CH2-CH-COOH
NH2
NH2
Alanina (Ala)
CH2-COOH
NH2
Glicina (Gli)
* Lisina (Lys)
H2N-C-CH2-CH2-CH2-CH-COOH
NH2
NH
**Arginina (Arg)
CH3-CH-CH-COOH
CH3 NH2
* Valina (Val)
* Fenilalanina (Fen)
CH3-CH-CH2-CH-COOH
CH3
NH2
* Leucina (Leu)
CH3-CH2-CH-CH-COOH
CH3 NH2
* Isoleucina (Ile)
** Histidina (His)
H2N-C-CH2-CH-COH
O
NH2
Asparagina (Asn)
31
H2N-C-CH2-CH2-CH-COOH
O
NH2
* Triptófano (Trp)
Glutanina (Gln)
CH3-CH-CH-COOH
CH2-CH-COOH
OH NH
OH NH2
2
* Treonina (Tre)
Serina (Ser)
HOOC-CH2-CH-COOH
NH2
Tirosina (Tyr)
Ácido aspártico (Asp)
HOOC-CH2-CH2-CH-COOH
CH3-S-CH2-CH2-CH-COOH
NH2
Ácido glutámico (Glu)
NH2
* Metionina
HS-CH2-CH-COOH
NH2
CisteÍna (Cys)
Prolina (pro)
32
4.2.1 Enlace peptídico
Las cadenas de las proteínas, son una sucesión de aminoácidos,
los cuales se conectan mediante un enlace conocido como peptídico..
El siguiente ejemplo muestra el enlace peptídico entre dos
moléculas de glicina.
El enlace peptídico propiamente dicho, se forma entre el
carbono alfa y el nitrógeno del grupo amino. Al combinarse estos dos
aminoácidos se libera una molécula y se forma una estructura proteica
formada por dos aminoácidos.
4.3 Estructuras primaria y secundaria
Estructura primaria.- Se refiere a la secuencia de los aminoácidos
dentro de la proteína. Este orden es muy importante, un solo
aminoácido que haga falta o que no este colocada en el lugar que le
corresponde tendrá como resultado la pérdida de la actividad de dicha
proteína.
Ejemplo:
33
members.fortunecity.com/. ../pprotein.html
Estructura secundaria.- Es el arreglo fijo de los aminoácidos que
resulta de las interacciones entre los enlaces amídicos cercanos entre
si. Las dos estructuras secundarias más importantes son la hélice α y
la lámina plegada β.
html.rincondelvago.com/
aminoacidos-y-proteina...
html.rincondelvago.com/ aminoacidos-y-proteina...
Las proteínas de la lana, el cabello y los músculos contienen
segmentos dispuestos en forma de hélice alfa, en cambio en la
34
proteína de seda la estructura secundaria es de la forma de lámina
plegada beta.
4.4 Fuentes alimenticias
Una proteína adecuada proporciona todos los aminoácidos
esenciales en las cantidades necesarias para el crecimiento y
reparación de los tejidos corporales. La mayor parte de las proteínas
de origen vegetal son deficientes en uno o más aminoácidos. La
proteína del maíz carece de suficiente lisina y triptófano. Las proteínas
del arroz no contienen suficiente lisina, ni treonina. La proteína de
soya, tal vez la mejor proteína no animal, carece de suficiente
metionina.
Las proteínas de origen animal contienen todos los
aminoácidos indispensables en cantidades suficientes. La carne, la
leche, el pescado, los huevos y el queso, proporcionan proteínas
adecuadas. La gelatina es una de las pocas proteínas animales
inadecuadas, casi no contiene triptófano y apenas tiene pequeñas
cantidades de treonina, metionina e isoleucina.
Es interesante el hecho de que diversos platillos étnicos
proporcionan proteínas relativamente buenas al combinar un cereal
con una legumbre (chícharos, frijoles, etc.). El grano es deficiente en
triptófano y lisina, pero tiene suficiente metionina. Las legumbres son
deficientes en metionina, pero tienen suficiente triptófano y lisina.
Ejemplos:
Mexicanos
Tortillas de maíz y frijoles refritos
Japoneses
Arroz y queso de soya
Niños de USA
Mantequilla de maní en pan
35
4.5 Clasificación
Siendo tan variadas las funciones de las proteínas, se usan
diversos criterios para clasificarlas. En este curso usaremos dos
criterios de clasificación. El primero de ellos es de acuerdo al número
de unidades que las constituyen, y el otro es de acuerdo a la
composición química de las proteínas.
4.5.1 Número de unidades
Hemos visto ya que las unidades estructurales de las proteínas
son los aminoácidos, por tanto esta clasificación se base en el número
de aminoácidos que tiene la cadena proteica.
La clasificación de las proteínas de acuerdo al número de
aminoácidos que las constituyen es:
Dipéptidos:
Cadenas
proteínicas
formadas
por
dos.
Aminoácidos.
Tripéptidos: Cadena formadas por tres aminoácidos.
Oligopéptidos:: Menos de 10 aminoácidos
Polipéptidos: Más de 10 hasta 30 o 40 aminoácidos.
Proteína: Una cadena se considera propiamente proteína
cuando su peso moleculares mayor de 10000.
Podemos encontrar varios ejemplos de péptidos que se
encuentran en la naturaleza y que desempeñan una función biológica
específica. Por ejemplo, la vasopresina es una hormona pituitaria que
ayuda al control de fluidos en el organismo. Cuando la cantidad de
vasopresina secretada por la hormona es insuficiente, se produce una
diabetes insípida. Las personas que sufren este padecimiento
excretan grandes cantidades de orina.
36
La oxitocina también es una hormona pituitaria. Esta hormona
produce contracciones del útero en el momento del parto y también
favorece la liberación de la leche materna.
La leche materna es el mejor
alimento
desarrollo
para
el
físico
adecuado
e
incluso
emocional del bebé.
www.netavantage.ca/ pictures/bebe.jpg
4.5.2 Composición
En términos generales, de acuerdo a su composición las
proteínas se dividen en dos grandes grupos:
PROTEÍNAS SIMPLES: Están formada exclusivamente por una o mas
cadenas polipeptídicas.
PROTEÍNAS CONJUGADAS: Contienen otro grupo químico además
de la cadena de aminoácidos.
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CLASIFICACIÓN DE PROTEÍNAS
PROTEÍNAS
PROTEÍNAS SIMPLES
PROTEÍNAS
GLOBULARES
PROTEÍNAS
FIBROSAS
QUERATINAS
COLÁGENOS
ALBÚMINAS
LIPOPORTEÍNAS
PROTEÍNAS CONJUGADAS
ELASTINAS
HISTONAS
GLUCOPROTEÍNAS
GLOBULINAS
NUCLEOPROTEÍNAS
HEMOPROTEÍNAS
PROTEÍNAS SIMPLES
Fibrosas
(Insolubles en agua)
TIPO
SUB-TIPOS
Queratinas
CARACTERÍSTICAS
Se encuentran en el pelo, la piel, uñas,
plumas, algodón y lana.
Son la clase más importante en el tejido
Colágenos
conectivo.
Son
componentes
de
los
tendones, ligamentos, huesos y dientes..
Elastinas
Son los componentes de las paredes de los
vasos sanguíneos.
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Globulares
Se dispersan enagua
formando coloides)
Forman parte de la estructura de las
Albúminas
moléculas que transportan lípidos a través
del entorno acuosa de la sangre
Histonas
Globulinas
Se encuentran generalmente en las células
unidas a las moléculas de DNA.
Son
componentes
de
enzimas
y
anticuerpos.
PROTEÍNAS CONJUGADAS
Tipo
Lipoproteínas
Características
Ayudan a suspender y transportar los Iípidos a
través del torrente sanguíneo.
Formadas
por
carbohidratos
o
derivados
y
proteínas. Ejemplo: El interferón es una pequeña
Glucoproteínas
glucoproteína
producida
por
las
células
en
respuesta a las infecciones virales: inhibe la
reproducción de virus interfiriendo la capacidad de
éstos para producir sus propias proteínas
Nucleoproteínas
Proteínas compuestas de ácidos nucleicos (DNA y
RNA) y proteínas
Contiene un grupo hemo, además de la parte
Hemoproteínas. proteínica de la molécula. Ejemplos: hemoglobina
y mioglobina
39
5. Enzimas
5.1 Generalidades
Las enzimas son proteínas que catalizan todas las reacciones
bioquímicas.
Además
de
su
importancia
como
catalizadores
biológicos, tienen muchos usos médicos y comerciales.
Un catalizador es una sustancia que disminuye la energía de
activación de una reacción química. Al disminuir la energía de
activación, se incrementa la velocidad de la reacción.
La mayoría de las reacciones de los sistemas vivos son
reversibles, es decir, que en ellas se establece el equilibrio químico.
Por lo tanto, las enzimas aceleran la formación de equilibrio químico,
pero no afectan las concentraciones finales del equilibrio.
De acuerdo a su complejidad las enzimas se clasifican como:
En las proteínas conjugadas podemos distinguir dos partes:
Apoenzima: Es la parte polipeptídica de la enzima.
Cofactor: Es la parte no proteica de la enzima.
La combinación de la apoenzima y el cofactor forman la
holoenzima.
Los cofactores pueden ser:
40
Iones metálicos: Favorecen la actividad catalítica general de la
enzima, si no están presentes, la enzima no actúa. Estos iones
metálicos se denominan activadores. Ejemplos: Fe2+, Mg2+,
Cu2+, K+, Na+ y Zn2+
La mayoría de los otros cofactores son coenzimas las cuales
generalmente son compuestos orgánicos de bajo peso
molecular, por ejemplo, las vitaminas del complejo “B” son
coenzimas que se requieren para una respiración celular
adecuada
5.2 Clasificación de las enzimas según su actividad.Tipo de enzimas
Actividad
Hidrolasas
Catalizan reacciones de hidrólisis. Rompen las biomoléculas
con moléculas de agua. A este tipo pertenecen las enzimas
digestivas.
Isomerasas
Catalizan las reacciones en las cuales un isómero se
transforma en otro, es decir, reacciones de isomerización.
Ligasas
Liasas
Oxidorreductasas
Tansferasas
Catalizan la unión de moléculas.
Catalizan las reacciones de adición
eliminación, para producir dobles enlaces.
de
enlaces
o
Catalizan reacciones de óxido-reducción. Facilitan la
transferencia de electrones de una molécula a otra.
Ejemplo; la glucosa, oxidasa cataliza la oxidación de glucosa a
ácido glucónico.
Catalizan la transferencia de un grupo de una sustancia a
otra. Ejemplo: la transmetilasa es una enzima que cataliza la
transferencia de un grupo metilo de una molécula a otra.
La sustancia sobre la cual actúa una enzima se llama sustrato.
Los sustratos son específicos para cada enzima
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La sacarosa es el sustrato de la sacarasa que actúa rompiéndola en
sus componentes.
Las enzimas actúan de acuerdo con la siguiente secuencia: La
enzima (E) y el sustrato (S) se combinan para formar un complejo
intermedio enzima sustrato (E-S), el cual se descompone formando un
producto y regenerando la enzima.
El grado de especificidad de las enzimas es muy alto, pueden
distinguir incluso entre diferentes tipos de isómeros. Se cree que la
especificidad de la enzima es debido a la forma particular de una
pequeña parte conocida como sitio activo, la cual se fija a la
contraparte complementaria en el sustrato.
42
5.3 Factores que afectan la actividad enzimática.1.
Concentración del sustrato.- A mayor concentración del
sustrato, a una concentración fija de la enzima se obtiene la
velocidad máxima. Después de que se alcanza esta velocidad,
un aumento en la concentración del sustrato no tiene efecto en la
velocidad de la reacción.
2.
Concentración de la enzima.- Siempre y cuando haya sustrato
disponible, un aumento en la concentración de la enzima
aumenta la velocidad enzimática hacia cierto límite.
3.
Temperatura.- Un incremento de 10°C duplica la velocidad de
reacción, hasta ciertos límites. El calor es un factor que
desnaturaliza las proteínas por lo tanto si la temperatura se eleva
demasiada, la enzima pierde su actividad.
4.
pH.- El pH óptimo de la actividad enzimática es 7, excepto las
enzimas del estómago cuyo pH óptimo es ácido.
5.
Presencia de cofactores.- Muchas enzimas dependen de los
cofactores, sean activadores o coenzimas para funcionar
adecuadamente. Para las enzimas que tienen cofactores, la
concentración del cofactor debe ser igual o mayor que la
concentración de la enzima para obtener una actividad catalítica
máxima.
6 Vitaminas
Presentación
43
Mapa conceptual de bioquímica
44