Tema 1: Bioquímica Biología 31/10/06 Los bioelementos bioelementos

Tema 1: Bioquímica Biología 31/10/06
• Los bioelementos
Los bioelementos son los elementos químicos que forman parte de la materia viva. Se pueden encontrar
aislados o formando moléculas. En cualquier se vivo se pueden encontrar sobre 70 bioelementos. Hay tres
tipos: primarios, secundarios y oligoelementos.
Los bioelementos primarios aparecen en una proporción del 96 % de la materia viva y son el carbono,
hidrogeno, oxigeno, nitrógeno, azufre y fósforo. Sus características son:
• Capacidad para formar enlaces covalentes muy estables, dando lugar a grandes redes que constituyen
el esqueleto estructural de la materia viva.
• El carbono, oxigeno y nitrógeno pueden compartir mas de un par de electrones formando enlaces
dobles o triples.
• Son los elementos más ligeros que existen, por lo que facilitan la adaptación de los seres vivos al
campo gravitatorio terrestre. El átomo de carbono puede formar hasta 4 enlaces covalentes, y, así,
originar enlaces estables.
Los bioelementos secundarios aparecen en la materia viva en una proporción aproximada al 3.5 %. Los
principales son el calcio, sodio, potasio, magnesio y cloro. En muchos animales el calcio contribuye a la
dureza de los huesos y dientes e interviene en procesos fisiológicos. Los iones de sodio, potasio y cloro
también intervienen en procesos fisiológicos (transmisión del impulso nervioso, etc.). En vegetales, el potasio
y el cloro regulan la apertura de los estomas.
Los oligoelementos aparecen en la materia viva en una proporción inferior al 0.1 %. Los principales son el
hierro, manganeso, cobre, yodo y flúor. Son indispensables para el buen funcionamiento de los seres vivos.
• Las biomoléculas
Los bioelementos se agrupan formando moléculas denominadas biomoléculas. Estas se clasifican en:
orgánicas e inorgánicas. Las inorgánicas son el agua, las sales minerales y los gases CO2 y oxígeno. Las
orgánicas están compuestas siempre por carbono y se encuentran únicamente en los seres vivos. Son los
glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
• Biomoléculas Inorgánicas
• Agua
Es la biomolécula más abundante en la materia viva. La mayor parte de los seres vivos contienen entre un 60
y un 90 % de agua, dependiendo del tipo de organismo, su edad y del a actividad biológica de sus células. Su
incorporación en el organismo se produce por 3 vías: en forma liquida, como constituyente de los alimentos
sólidos y como resultado de reacciones metabólicas.
• La estructura del agua: la molécula de agua esta formada por dos átomos de hidrogeno y uno de
oxigeno. El átomo de oxigeno se une a cada uno de hidrogeno mediante un enlace covalente. Los
electrones compartidos suelen estar mas cerca del átomo de oxigeno. De esta manera, el átomo de
oxigeno se carga negativamente y los átomos de hidrogeno positivamente. Esto es lo que llamamos
bipolar. La atracción electrostática entre el átomo de oxigeno de una molécula de agua y un átomo de
hidrogeno de otra forma un puente de hidrogeno.
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• Las propiedades del agua:
• Elevada fuerza de cohesión−adhesión, debido a los puentes de hidrogeno que se forman entre sus
moléculas. Estos las mantienen muy unidas, es decir, son cohesivas. Debido a sus cargas positivas y
negativas, el agua se adhiere a otras sustancias y superficies cargadas. Esta cualidad se refleja en su
capacidad de humedecer. Las fuerzas adhesiva y cohesiva hacen que el agua tienda a ascender por tubos
muy estrechos. Este fenómeno se denomina acción capilar.
• Elevado calor especifico. Lo que significa que para aumentar la temperatura de 1g de agua 1ºC es
necesario proporcionales mucho calor. La propiedad que tiene el agua de perder o ganar grandes cantidades
de calor ayuda a los animales y plantas a mantener su Tª mas o menos constante, por tanto, esta función
termorreguladora es de gran importancia para la vida.
• Elevado calor de evaporación. Se necesitan 500 cal para que 1g de agua liquida pase a ser vapor de agua.
Al evaporarse el agua en una superficie corporal, la molécula evaporada consume una gran cantidad de
calor. Por eso en los animales y plantas terrestres, el enfriamiento por evaporación del agua es un
mecanismo para desprenderse del exceso de calor y estabilizar, así, la tª.
• Elevada conductividad térmica. Lo que significa que transporta rápidamente el calor desde y hacia sus
alrededores. Esta propiedad ayuda a moderar la tª de la atmósfera.
• Es una molécula polar. Es un disolvente excelente de sustancias iónicas y de moléculas polares. La
polaridad de esta molécula se debe a que presenta zonas con cargas débiles positivas y negativas.
• Compuestos que se disuelven en agua:
♦ Compuestos iónicos (sales minerales): se disuelven gracias a las atracciones electrostáticas
que se establecen entre los dipolos del agua y los iones de la sal.
♦ Moléculas polares: se disuelven con facilidad estableciendo puentes de hidrogeno entre el
agua y los grupos funcionales de la moléculas.
♦ Moléculas anfipáticas (con grupos polares y no polares): se dispersan en el agua formando
micelas, quedando los grupos polares en contacto con el agua y los no polares hacia el interior
de la micela.
• Es un vehiculo transportador. Permite la circulación de las sustancias por el interior de los seres
vivos.
• Favorece las reacciones químicas, debido a que las sustancias que en ella están disueltas se mueven
continuamente y tienen la posibilidad de chocar unas con otras y reaccionar. Muchos compuestos se
rompen en moléculas más sencillas al reaccionar con el agua, esto se conoce como hidrólisis.
• Viscosidad adecuada. El agua al disolver diversas sustancias y de diversas concentraciones produce
líquidos con la viscosidad adecuada para actuar como lubricante y amortiguadores de movimientos
bruscos, así como para dar flexibilidad o elasticidad a los organismos.
• Es un medio adecuado para el desarrollo de la vida. Su transparencia facilita la penetración de los
rayos solares hasta ciertas profundidades. Es de gran importancia para que los vegetales acuáticos
realicen la fotosíntesis.
• Elevada tensión superficial. Como consecuencia de la elevada fuerza de cohesión−adhesión, los
puentes de H2 mantienen juntas las moléculas de agua. Ello permite que el agua forme columnas
continuas o que sus superficie oponga una gran resistencia a romperse, convirtiéndose en un liquido
incompresible, lubricante y poco viscoso.
♦ Sales minerales
Son moléculas inorgánicas que se encuentran en los seres vivos en disolución o en forma sólida, es
decir, insoluble. Las sales minerales insolubles tienen una función principalmente esquelética o de
sostén, como es el caso de:
♦ Carbonato cálcico: forma el caparazón de gasterópodos y bivaldos.
♦ Fosfato cálcico: contribuye al endurecimiento de los huesos.
♦ Sílice: impregna y endurece muchas plantas, y forma el caparazón de muchos
microorganismos.
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Las sales minerales solubles: sus moléculas se hallan en forma de iones. Las más abundantes son los
cationes y aniones:
− Cationes: Na+, K+, Ca++, Mg++, NH4+
− Aniones: cloruros ( Cl −), fosfatos ( H2PO4 y HPO4 − −), nitratos ( NO3 −) y
sulfatos ( SO4 − −).
◊ Funciones de las sales minerales
• Intervienen en el equilibrio osmótico. Cuando dos soluciones de distinta concentración se ponen en
contacto por difusión, el soluto pasa de la más concentrada a la más diluida y el disolvente pasa en
sentido contrario hasta que ambas concentraciones se igualan (isotónicas). En este caso la membrana
que separa las disoluciones es permeable, pero si la membrana es semipermeable únicamente pasara
el disolvente de la mas diluida (hipotónica) a la mas concentrada (hipertónica). Este proceso se
denomina ósmosis, un proceso de difusión a través de una membrana semipermeable.
Como el medio interno celular suele tener diferente concentración que el entorno, la osmosis tiene
gran importancia. Si se somete a una célula a una célula muy diluida o hipotónica se produce un
fenómeno llamado turgencia. Si esta célula es vegetal, la célula se hincha ligeramente, ya que la
pared celular equilibra la presión osmótica, pero si esta célula es animal, puede llegar a estallar, ya
que no tiene pared celular. Al introducir en un medio hipertónico el agua tiende a salir, fenómeno
conocido como plasmolisis. La célula se arruga y la perdida de agua puede llegar a producir la muerte
celular. Así, las soluciones que se administran al organismo para reponer líquidos deben ser isotónicas
a las células.
• Regulación del pH. En los líquidos orgánicos existen siempre unas ciertas cantidades de iones de H+
= hidrogeniones, y OH− = hidrófilos, que proceden de la disolución del agua ( H2O <> H++OH −) y
de sustancias acidas y básicas. Los hidrogeniones son ácidos y los hidroxilos básicos; por ello la
acidez o basicidad de un medio (pH) dependerá de la proporción entre dichos iones:
♦ ( H+) = (OH−) >>> pH neutro = 7
♦ ( H+) > (OH−) >>> pH óxido < 7
♦ ( H+) < (OH−) >>> pH básico > 7
Para su funcionamiento, las células requieren un pH cercano a la neutralidad; sin embargo, como
resultado de las reacciones metabólicas, continuamente se producen sustancias acidas y básicas que
harían variar el pH. Para evitarlo el organismo dispone de mecanismos químicos llamados sistemas
amortiguadores o tampón. Estos están constituidos por un acido débil y una sal del mismo acido. El
mas importante es el formado por el hidrogeno carbonato de sodio (NaHCO3) y el acido carbónico
(H2CO3)
− Ácido: AH ! A + H+
A + NaHCO3 ! NaA + H2CO3
!
H2O + CO2
− Básico: BOH ! B + OH
BOH + H2CO3 ! HHCO3 + H2O
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De esta manera los sistemas tampón se oponen automáticamente a los cambios de pH y así mantienen
la neutralidad de los líquidos orgánicos.
3. Acción especifica de los cationes. Los cationes ejercen diversas acciones que dependerán del tipo
de catión y que no puede ser sustituidos por otros, por esto se dice que son específicos. Algunos son
antagónicos, es decir, mientras estimulan el funcionamiento de un órgano, otros lo inhiben. Así, en los
líquidos orgánicos deben existir determinados cationes y en proporciones adecuadas. Por ejemplo, el
Na+ y el K+ intervienen en el impulso nervioso.
• Biomoléculas Orgánicas
♦ Glúcidos
También llamados hidratos de carbono. Están formados por carbono, oxigeno e hidrogeno,
respondiendo a la formula general CH2O. Desempeñan diferentes funciones biológicas, entre ellas
que son fuentes de energía y de reserva energética y algunos son componentes estructurales de las
células. Se pueden clasificar, según su grado de complejidad en: monosacáridos y polisacáridos.
♦ Monosacáridos: son los azucares mas sencillos. Tienen sabor dulce y se disuelven en agua.
Sus moléculas están formadas por cadenas de 3 a 7 átomos de carbono. A este grupo
pertenecen: los gliceraldehidos y dehidroxiacetona (3 atomos de C); eritrosa (4 at. C); ribosa
y desoxirribosa (5 at. C), ribulosa (5 at. C); glucosa, galactosa y fructosa (6 at. C); y
sedoheptuosa (7 at. C)
◊ Funciones de algunos monosacáridos
• Gliceraldehido y dihidroxiacetona: son intermediarios metabólicos que se localizan en el
citoplasma.
• Eritrosa: se encuentra en células vegetales y su función es actuar como intermediario en el ciclo de
fijación del CO2.
• Ribosa y desoxirribosa: son componentes de los nucleótidos y de los ácidos nucleicos y capaces de
transferir energía.
• Ribulosa: interviene en el ciclo de fijación del CO2 que realizan las plantas para sintetizar glucosa en
la fotosíntesis.
• Glucosa, galactosa y fructosa: son los combustibles metabólicos abundantes en las células. La
glucosa puede encontrarse libre o formar parte de disacáridos o polisacáridos, siendo el monosacárido
mas abundante. Las células utilizan la glucosa para obtener energía. La fructosa se encuentra en la
mayoría de los frutos y , acompañado a la glucosa forman la sacarosa. La galactosa forma parte, junto
con la glucosa, del azúcar de la leche.
• Sedoheptuosa: es un intermediario en la fijación de Co2 en las plantas.
♦ Disacáridos: son sustancias blancas solubles en agua y sabor dulce. Químicamente resultan
de la unión de dos monosacáridos con liberación de una molécula de agua.
Ejemplo: C6H12O6 + C6H12O6 = C11H22O11 + H2O
!!
Monosacárido Disacárido
Los disacáridos más importantes son:
♦ Maltosa: formada por la unión de dos glucosas. Su importancia reside en ser el principal
producto de la hidrólisis de almidón y glucógeno, por la enzima amilasa.
♦ Celobiosa: constituida por dos moléculas de glucosa. No se encuentra libre en la naturaleza y
se obtiene por la hidrólisis de la celulosa mediante la enzima celulasa.
♦ Lactosa: esta formada por la unión de una molécula de galactosa y otra de glucosa. Es el mas
importante de los azucares de origen animal, encontrándose en la leche de los mamíferos.
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♦ Sacarosa: formada por la unión de la glucosa y la fructosa. Es un producto de la fotosíntesis
que esta presente en la savia elaborada de las plantas. Es el componente del azúcar común por
su sabor dulce.
♦ Polisacáridos: son sustancias de elevado peso molecular, insípidas y poco solubles en agua.
Se forman por la unión de n moléculas de monosacáridos con la separación de n−1 moléculas
de agua. Según sus funciones biológicas se clasifican en dos tipos: polisacáridos de reserva y
polisacáridos estructurales.
◊ Polisacáridos DE RESERVA
Se localizan generalmente en forma de gránulos en el citoplasma celular. Los más importantes son: el
almidón, el glucógeno y los dextranos.
♦ Almidón: es el polisacárido de reserva propio de los vegetales. Se acumula en forma de
granulo dentro de la célula vegetal, en el interior de los cloroplastos. Al almidón se
encuentran unidas miles de moléculas de glucosa, así, al no estar disuelta en el citoplasma, no
influye en la presión osmótica interna y constituye una gran reserva energética. Los depósitos
de almidón se encuentran en las semillas, raíces y tubérculos, A partir de ellos , las plantas
pueden obtener energía sin necesidad de la luz.
♦ Glucógeno: es el polisacárido de reserva propio de los animales. Se encuentra
abundantemente en el hígado y en los músculos.
♦ Dextranos: son los polisacáridos de reserva de las bacterias y levaduras.
◊ Polisacáridos ESTRUCTURALES
Son especialmente importantes en los vegetales. Los más abundantes son la celulosa y la quitina.
♦ Celulosa: constituye el principal componente de las paredes celulares de las células vegetales.
Tiene importancia industrial porque a partir de ella se fabrica el papel y se obtienen fibras
vegetales que tienen múltiples aplicaciones. La mayor parte de los animales no pueden
utilizar la celulosa como nutriente porque carecen de la enzima celulasa. Los herbívoros y
algunos insectos si poseen microorganismos capaces de producir celulasa.
♦ Quitina: es el principal componente estructural del esqueleto de insectos, y forma parte de la
pared celular de los hongos.
◊ Funciones generales de los Glúcidos
• Función energética: el glúcido más importante es la glucosa, ya que es el monosacárido más
abundante en el medio interno. El almidón y el glucógeno son formas de almacenar glucosa. El
almidón, por ejemplo, permite acumular miles de glucosa sin que ello implique un incremento en la
concentración del medio interno celular.
• Función estructural: debido a un tipo de enlace que hay entre sus moléculas se impide la
degradación de estas y hace que algunos organismos puedan permanecer cientos de años. Podemos
citar la celulosa (vegetales), la quitina (artrópodos), la ribosa y desoxirribosa (ácidos nucleicos).
◊ Los Glúcidos en la Dieta
En una dieta equilibrada, los alimentos glucídicos deben aportar entre un 50 y un 60 % del total de
Kcal. necesarias. Incluye monosacáridos libres, como la glucosa libre y la fructosa; disacáridos, como
la lactosa de la leche y la sacarosa; y polisacáridos. Como el almidón de las patatas, un poco de
glucógeno presente en la carne y gran cantidad de celulosa. Salvo los monosacáridos, que se absorben
directamente, el resto de los glúcidos necesitan ser digeridos para su absorción como moléculas
simples. El proceso de digestión se realiza en la boca y en el intestino delgado, pero no en el
estomago, ya que se requiere un pH neutro. La celulosa no es digerible, pero es necesaria en la dieta
como aporte de fibra alimentaria.
♦ Lípidos
Constituyen un grupo muy heterogéneo, tanto en lo que se refiere a su composición química, como la
función que desempeñan; no obstante, todos los lípidos comparten unas propiedades físicas que
permiten agruparlos:
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♦ No son solubles en agua ni en otros disolventes polares, pero si lo son en disolventes
orgánicos.
♦ Presentan un aspecto graso, es decir, poseen un brillo característico y son untosos al tacto.
Los lípidos contienen átomos de carbono, hidrogeno y oxigeno y algunos también fósforo y nitrógeno.
Estas moléculas realizan funciones muy variadas:
♦ Algunos lípidos son energéticos
♦ Otros son estructurales y son fundamentales en las membranas celulares.
♦ Forman cubiertas externas en los vegetales.
♦ Existen lípidos que aun en pequeñas cantidades poseen una gran actividad biológica, como
algunas hormonas y vitaminas.
La clasificación mas aceptada de este grupo es: lípidos saponificables; formados por ácidos grasos y
pueden ser hidrolizados, hay distintos tipos (triacilgliceridos, ceras, fosfogliceridos, esfingolípidos).
Lípidos insaponificables, que no contienen ácidos grasos y no pueden ser hidrolizados, existen
varios tipos (esteroides, isoprenoides).
Algunas características de los ácidos grasos:
♦ Sus moléculas tienen una larga cadena hidrocarbonada con un radical acido.
♦ Generalmente el nº de átomos de carbono es par.
♦ Se obtienen por hidrólisis de los lípidos y no suelen hallarse en estado libre.
♦ Unos son saturados, con enlaces simples en la cadena carbonada, y otros son insaturados
con enlaces dobles. Se diferencian en la longitud de la cadena y en el nº y posición de los
dobles enlaces.
♦ Algunos son esenciales para el organismo y no son capaces de sintetizarlo a partir de otras
sustancias y tienen que ser ingeridos en la dieta.
♦ Son compuestos con un marcado carácter anfipático (bipolares), con un grupo carboxilo
polar y la cadena carbonada apolar. La parte pequeña polar es hidrófila y el resto es
hidrófoba.
Esta característica es la causa de que los ácidos grasos y los lípidos formados por ellos, formen
micelas en el agua, monocapas y bicapas, evitando el agua por la pare apolar.
El gran tamaño de la zona hidrófoba es el responsable de que los ácidos grasos sean insolubles en
agua y solubles en disolventes orgánicos.
◊ Lípidos SAPONIFICABLES
• Triacilgliceridos: se denominan también triacilgliceroles, grasas o grasas neutras. Están formados por
la unión de tres ácidos grasos a un alcohol, que es el glicerol. Se pueden hidrolizar químicamente o
enzimaticamente. Esta última se realiza en el tracto digestivo de los animales, que para digerir las
grasas se ayudan de la bilis producida por el hígado y mas tarde, las enzimas lipasas del jugo
pancreático e intestinal romperán la molécula en el glicerol y los 3 ácidos grasos, que son absorbidos
por las microvellosidades del intestino delgado, que las incorporan al sistema linfático y de ahí al
sanguíneo. Desempeñan dos importantes funciones:
− Constituyen la principal reserva energética de los animales. Esto se debe a que las grasas poseen un
valor energético superior al de los glúcidos y proteínas.
− Proporcionan aislamiento térmico y físico. La grasa depositada alrededor de órganos delicados de
los animales actúa como una protección contra traumatismos.
• Ceras: están formadas por un acido graso de cadena larga y un alcohol también de cadena larga. Son
sólidos y totalmente insolubles en agua, ya que son hidrófobos en sus dos extremos. Tienen dos
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funciones: protectora e impermeabilizante.
• Fosfoglicéridos: son los principales componentes lipiditos de las membranas biológicas. También se
denominan fosfolípidos. Son moléculas antipáticas, teniendo una cabeza hidrófila polar y una cola
hidrófoba apolar. En agua se forman espontáneamente bicapas.
• Esfingolípidos: son constituyentes de la membrana de las células animales y vegetales y abundan en
el tejido nervioso. Son semejantes a los fosfoglicéridos, tanto funcional como estructuralmente.
◊ Lípidos INSAPONIFICABLES
CH2
• Isoprenoides: son polímeros de isopreno.
CH2 = C − CH = CH2 La presencia de los dobles enlaces alternos es responsable del color de estas
moléculas que abundan en algunos vegetales. Entre ellos podemos destacar:
♦ Algunas esencias vegetales (mentol).
♦ Los carotenoides, que son pigmentos fotosintéticos. Se dividen en carotenos (rojo) y
xantofilas (naranja). Los carotenoides son precursores de la vitamina A.
♦ El fitol, que es un alcohol que forma parte de la clorofila.
♦ El caucho, que se obtiene del árbol Hevea Brasiliensis.
♦ Algunas vitaminas, como la vitamina A, K y E.
Vitamina A: se encuentra en vegetales que tengas carotenoides, que son las provitaminas que
originaran dos moléculas de vitamina A en el intestino. Actúa protegiendo los tejidos epiteliales y en
las reacciones que se producen en el ojo al percibir los estímulos luminosos. Su carencia origina
xeroftalmia, que es el engrosamiento y opacidad de la cornea; y el debilitamiento de las mucosas, que
dejan de ser una barrera para los microbios.
Vitamina K: tiene como función la síntesis de la protombina, que es una molécula precursora de la
trombina, que es una enzima necesaria para permitir la coagulación de la sangre. Se carencia favorece
la aparición de hemorragias, pero es rara y es debida a su falta de absorción en el intestino.
Vitamina E: se encuentra en hojas verdes, semillas, aceites y huevos. También se llama tocoferol.
Evita la autooxidación de lípidos.
• Esteroides: podemos destacar de este grupo el colesterol, que se encuentra en la membrana
plasmática de las células animales y unidos a proteínas en el plasma sanguíneo. El colesterol es
precursor de los ácidos biliares, la vitamina D, que regula el metabolismo del calcio y del fósforo en
vertebrados.
◊ Funciones generales de los Lípidos
• Función de reserva energética: constituyen un importante material energético de uso biológico, que
al no almacenarse con agua, resulta relativamente ligero.
• Función estructural: el carácter antipático de algunos lípidos les permite organizarse en bicapas en
medios acuosos y formar parte fundamental de los sistemas de membranas biológicas.
• Función protectora: las grasas actúan como aislante al acumularse bajo la piel de las aves y
mamíferos.
• Función transportadora: hay partículas que transportan lípidos como el colesterol y los triglicéridos.
• Función reguladora: las hormonas y las vitaminas A, D, E y K facilitan las reacciones químicas que
se producen en los seres vivos.
♦ Proteínas
◊ Características generales
Se componen de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Su importancia no radica exclusivamente
en su abundancia, sino en sus variadas funciones biológicas, ya sea como moléculas estructurales o
como participe en muchos procesos. Destaca su acción como catalizadores en reacciones químicas,
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esto lo llevan a cabo las enzimas. No se suelen emplear para producir energía, salvo falta de otras
moléculas energéticas. Una característica fundamental es su especificidad, e decir, que cada
organismo posee algunas proteínas exclusivas que marcan su identidad biológica. Las proteínas son
polímeros denominados polipéptidos, constituidos por la unión de unas moléculas llamadas
aminoácidos.
Aminoácidos: se obtienen de la hidrólisis de las proteínas, y su unión origina cadenas polipeptídicas:
H
COOH − C − 2 NH
R
Como su nombre indica, los aminoácidos son moléculas que poseen, al menos, un grupo amino (NH2)
y un grupo carboxilo o acido (COOH). Existen 20 aminoácidos distintos que se diferencian por el
llamado grupo R o cadena lateral. Ocho de los 20 aminoácidos se consideran esenciales para el ser
humano, ya que no se pueden sintetizar y que hay que obtenerlos a través de los alimentos. Estos son:
♦ Triptofano (Trp) − Metionina (Met)
♦ Leucina (Leu) − Fenilalanina (Phe)
♦ Isoleucina (Ile) − Treonina (Thr)
♦ Valina (Val) − Lisina (Lys)
La unión de dos aminoácidos origina un dipéptido, 3 aminoácidos dan un tripéptido, y la unión de
muchos aminoácidos origina un polipéptido. Se unen unos aminoácidos a otros por medio de un
enlace peptídico, que une un grupo amino de una aminoácido con un grupo carboxilos de otro
aminoácido, liberándose una molécula de agua.
+H
NH2 − C − COOH NH2 − C − COOH
RR
H2O
◊ Estructura de las Proteínas
La estructura de una proteína esta determinada por los aminoácidos que la forman, la secuencia de los
mismos y su disposición espacial. Se distinguen la estructura primaria y la de orden superior.
♦ Estructura primaria: corresponde a la secuencia de aminoácidos y por tanto se trata de que
aminoácido componen la proteína y el orden en el que se encuentran. Esta estructura se
mantiene por la rigidez del enlace peptídico. La secuencia de aminoácidos esta determinada
por el ADN, en el que se encuentran codificadas todas las proteínas que posee una célula. Una
proteína esta configurada como cadenas de distintas formas, que son las mas adecuadas a la
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función que deben realizar, dando lugar a la estructura de orden superior.
♦ Estructura de orden superior: atendiendo a su configuración se clasifica en dos grandes
grupos con características diferentes:
>> Proteínas fibrosas: poseen la llamada estructura fibrilar. Tiene una forma de cuerda, son
insolubles en agua, y su función habitual es conformar determinados tejidos estructurales. Las
proteínas fibrosas son el colágeno, componente fundamental del tejido conjuntivo, y la queratina,
principal constituyente del pelo, uñas
>> Proteínas globulares: cuando las proteínas presentan una forma esférica se dice que son
globulares. Estas proteínas son solubles en agua y una gran parte de ellas desempeñan funciones de
transporte (hemoglobina), y otras actúan de biocatalizadores (función reguladora), como las enzimas.
◊ Funciones de las Proteínas
• Función enzimática: estas proteínas facilitan las reacciones químicas que tiene lugar en los seres
vivos.
• Función de reserva: como la ovoalbúmina, en el huevo, o la caseína de la leche.
• Función de transporte: como la hemoglobina, que se encuentra en el interior de los glóbulos rojos y
transporta el oxígeno necesario para la respiración celular.
• Función estructural: forman parte de las membranas celulares, como el colágeno y la elastina, que
son proteínas del tejido conjuntivo y forman fibras colágenas y elásticas. La queratina es otra
proteína, que constituye el pelo, las uñas
• Función lubricante: las mucoproteínas de las secreciones mucosas.
• Función contráctil: la actina y miosina hacen que los músculos se puedan contraer.
• Función hormonal: las hormonas son sustancias segregadas por determinadas glándulas y que
intervienen en la coordinación de las funcione de diferentes órganos.
• Función defensiva: los anticuerpos son proteínas y son moléculas específicas que fabrica nuestro
organismo ante la presencia de moléculas extrañas llamadas antígenos, y segregadas por
microorganismos procedentes del exterior.
• Proteínas toxicas: determinadas proteínas sintetizadas por microorganismos son toxicas, pudiendo
llegar a ser mortales.
◊ Propiedades de las Proteínas
• Especificidad: a diferencia de los glúcidos y lípidos, las proteínas son específicas. Si, por ejemplo, la
glucosa es igual en todos los seres vivos, la hemoglobina es diferente en las distintas especies, pero en
todas realiza la misma función. La diferencia esta en que tienen una secuencia polipeptídica algo
distinta. Cada ser vivo tiene unas características determinadas porque tiene unas proteínas propias. La
especificidad de las proteínas es la causa del rechazo en los transplantes de órganos y transfusiones
sanguíneas.
• Desnaturalización: por variaciones de tª o de ph, las proteínas pierden su configuración espacial
característica y adopta una forma al azar. En este proceso se altera toda la forma que tenia, por lo que
las proteínas desnaturalizadas pierden se actividad biológica, lo que demuestra que la actividad de una
proteína depende de su configuración tridimensional; por tanto, la secuencia de aminoácidos
determina la estructura de las proteínas y ésta determina la actividad biológica.
♦ Ácidos nucleicos
Todos los organismos poseen unas moléculas que dirigen y controlan la síntesis de proteínas,
proporcionando la información que determina su especificidad y sus características biológicas. Estas
moléculas son los ácidos nucleicos y contienen las instrucciones necesarias para realizar los procesos
vitales y son los responsables de todas las funcione básicas de los seres vivos. Los ácidos nucleicos
(ADN, ARN) son macromoléculas formados por la unión de muchos monómeros denominados
nucleótidos.
Nucleótidos: son las unidades que forman los ácidos nucleicos. Cada nucleótido es una molécula
relativamente compleja, compuesta por 3 unidades:
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− Pentosa ! Desoxirribosa (ADN)
! Ribosa (ARN)
− Uno o varios grupos fosfatos
− Bases nitrogenadas ! Púrica : Adenina (A)
Guanina (G) ADN, ARN
! Pirimidínica: Timina (T) − ADN
Citosina (C) − ADN, ARN
Uracilo (U) − ARN
Tanto la base nitrogenada, como los grupos fosfatos están unidos a la pentosa. Los nucleótidos son
moléculas hidrolizables. Los polímetros de los nucleótidos son los ácidos nucleicos, que permiten
conservar, reproducir y expresar la información genética, pero también en las células se encuentran
nucleótidos libre, que ayudan a conservar y desarrollar la vida. Entre ellos destacan los que actúan
como coenzimas (A, NAD). Y otras moléculas que almacenan energía (ATP, ADP, AMP). Los dos
tipos de ácidos nucleicos, ADN y ARN se diferencian en:
• Sus componentes.
• El nº de cadenas de nucleótidos que lo forman.
• La estructura de las cadenas.
• El sitio que ocupan en la célula.
• Las funciones que desempeñan en la célula.
◊ ADN
Es un acido que se encuentra sobre todo en el núcleo de las células eucariotas, aunque también puede
encontrarse en las mitocondrias y cloroplastos. El ADN presenta dos tipos de estructura: primaria y
secundaria.
>> Estructura primaria: viene dada por la secuencia de nucleótidos de una cadena de
polinucleótidos. Esta formada, por tanto, por un esqueleto de unidades de fosfatos y de desoxirribosa,
y una secuencia de bases nitrogenadas.
>> Estructura secundaria: es la conformación espacial de las cadenas de polinucleótidos, como
consecuencia del plegamiento de las mismas. Según el modelo de Watson y Crick, cada molécula de
ADN esta compuesta por dos largas cadenas de polinucleótidos, complementarias y enrolladas
alrededor de un eje imaginario central, formando una doble hélice. Ambas cadenas se mantienen
unidas mediante los enlaces que se establecen entre las bases nitrogenadas de una y otra cadena. Estos
son los llamados puentes de hidrogeno. Para mantener esta estructura únicamente son posibles
determinadas parejas de bases: adenina − timina y guanina − citosina. Entre adenina y timina se
forman dos enlaces y entre guanina y citosina tres, por tanto, una vez establecida la secuencia de
bases de una cadena, la otra cadena debe ser complementaria.
♦ Funciones del ADN
El ADN es el almacén de la información genética y la molécula encargada de transmitir a la
descendencia las instrucciones necesarias para construir todas las proteínas. Para esto, el ADN tiene
unas propiedades:
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• Propiedad replicativa: el ADN es el portador del mensaje genético que ha de pasar invariable de una
generación celular a otra. Por eso, ha de duplicarse transmitiendo el mismo mensaje genético a sus
dos células hijas. A este proceso se le llama replicación o duplicación, basado en la
complementariedad de las cadenas de ADN.
• Propiedad informativa: el mensaje genético contenido en el ADN es la especificación de las
proteínas que ha de sintetizar la célula. Desde el mensaje del ADN hasta las moléculas de proteínas se
pasa por dos procesos:
− Transcripción: consiste en que el mensaje de un fragmento de ADN es copiado en una molécula de
ARN.
− Traducción: consiste en la síntesis de la proteína significada por el mensaje del ADN, siguiéndose
las instrucciones del ARN.
◊ ARN
Los ácidos ribonucléicos están formados por ribonucleótidos. Sus bases nitrogenadas son: adenina,
guanina, citosina y uracilo. Está constituido por una sola cadena de polinucleótidos, excepto en
algunos virus que es bicatenario. También presenta una estructura primaria, que es la secuencia de
nucleótidos de la cadena. No presenta una estructura lineal simple, ya que con frecuencia presentan
regiones plegadas, donde se enfrentan bases complementarias, estableciéndose enlaces entre: adenina
− uracilo y guanina − citosina; y dando lugar a estructuras secundarias. En estas zonas tiene
estructuras bicatenarias y a veces se retuerce, pero esto no es una estructura generalizada en doble
hélice. Son los ácidos nucleicos más abundantes de la célula, encontrándose en el núcleo, citoplasma,
cloroplastos, mitocondrias y formando parte de los ribosomas de las células eucariotas. En las
procariotas forma parte de los ribosomas y también se encuentra en el citoplasma. Existen varios tipos
de ácidos ribonucléicos, realizando cada uno de ellos funciones distintas y definidas:
• ARN mensajero: es una copia complementaria de un fragmento de ADN. Una vez formado sale al
citoplasma. Cada tres nucleótidos lleva la información para un aminoácido de la proteína que va a
codificar. Esas tres bases se denominan codón.
• ARN ribosómico: es el más abundante y su función esta vinculada a la estructura del ribosoma y al
mecanismo de la síntesis de proteínas.
• ARN transferente: se encuentra presente en el citoplasma y es el portador hasta los ribosomas de los
aminoácidos específicos que van a constituir las proteínas. En su estructura existe un anticodón que
es una secuencia de 3 nucleótidos que determina el aminoácido que se unirá a la molécula, lleva un
triplete de bases nitrogenadas diferentes para cada ARNt en función del aminoácido que va a
transportar.
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