Las Moléculas de la vida Introducción a la Química Biologica El agua El agua como solvente Dentro de los sistemas vivos, muchas sustancias se encuentran en solución acuosa. Una solución es una mezcla uniforme de moléculas de dos o más sustancias. La sustancia presente en mayor cantidad, que es habitualmente líquida, se llama solvente, y las sustancias presentes en cantidades menores se llaman solutos. La polaridad de las moléculas de agua es la responsable de la capacidad solvente del agua. Las moléculas polares de agua tienden a separar sustancias iónicas, como el cloruro de sodio (NaCl), en sus iones constituyentes. Las moléculas de agua se aglomeran alrededor de los iones con carga y los separan unos de otros. Este diagrama muestra al cloruro de sodio (NaCl) disolviéndose en el agua a medida que las moléculas de ésta se aglomeran alrededor de los iones individuales sodio y cloruro separándolos unos de otros. Nótese la diferencia entre el modo en que las moléculas de agua están dispuestas alrededor de los iones sodio y la manera en que se disponen alrededor de los iones cloruro. • Ionización del agua: ácidos y bases • En el agua líquida hay una leve tendencia a que un átomo de hidrógeno salte del átomo de oxígeno al que está unido covalentemente, al otro átomo de oxígeno al que se encuentra unido por un puente de hidrógeno. En esta reacción se producen dos iones: el ion hidronio (H3O+) y el ion hidróxido (OH-). En cualquier volumen dado de agua pura se encuentra ionizado de esta forma un número pequeño, pero constante, de moléculas de agua. El número es constante porque la tendencia del agua a ionizarse se contrapesa con la tendencia de los iones a reunirse. Así, aunque algunas moléculas están ionizándose, un número igual de otras moléculas está formándose; este estado se conoce como equilibrio dinámico. • Cuando el agua se ioniza, un núcleo de hidrógeno (o sea, un protón) se desplaza del átomo de oxígeno al cual se encuentra unido covalentemente, al átomo de oxígeno con el que establece un puente de hidrógeno. Los iones resultantes son el ion hidróxido cargado negativamente y el ion hidronio cargado positivamente. En este diagrama, las esferas grandes representan al oxígeno y las pequeñas al hidrógeno. • El papel central del carbono • Un átomo de carbono puede formar cuatro enlaces covalentes con cuatro átomos diferentes como máximo. • En términos del papel biológico del carbono, es de gran importancia que sus átomos pueden formar enlaces entre sí y así, formar cadenas largas. • En general, una molécula orgánica deriva su configuración final de la disposición de sus átomos de carbono, que constituyen el esqueleto o columna de la molécula. La configuración de la molécula, a su vez, determina muchas de sus propiedades y su función dentro de los sistemas vivos. Moléculas orgánicas • Constituidas por C, H, O, N, P y S. • Todas presentan un esqueleto de carbono. Grupo – OH Nombre Hidroxilo Importancia biológica Polar, y por esta razón soluble en agua; forma puentes de hidrógeno Ácido débil (dador de hidrógeno); cuando pierde un ion hidrógeno adquiere carga negativa: – C=O I OH Carboxilo – C=O I O- + H+ Base débil (aceptor de hidrógeno); cuando acepta un ion hidrógeno adquiere carga positiva: –N–H I H Amino H I – C=O Aldehído Polar, y por esta razón soluble en agua; caracteriza a algunos azúcares – C=O I Cetona (o carbonilo) Polar, y por esta razón soluble en agua; caracteriza a otros azúcares H I –C–H I H Metilo Hidrofóbico (insoluble en agua) H I – N+ – H I H Ácido (dador de hidrógeno); en solución presenta habitualmente carga negativa: O II –P– OH I OH Fosfato O II – P – O- + 2H+ I O- La diversidad y funciones de los comp. orgánicos se deben a la sustitución de los hidrógenos del esqueleto carbonado. Carbohidratos • Almacenamiento de energía en todos los seres vivos. • Forman parte de diversas estructuras de las células vivas • 40% de celulosa en paredes celulares de los vegetales. • Monosacáridos. Azúcares simples: glucosa, ribosa, fructosa. (CH2O)n n=3-8 • Disacáridos. Sacarosa, lactosa, maltosa. • Polisacáridos. Celulosa, almidón. Carbohidratos • Monosacáridos Carbohidratos • Monosacáridos • COMBUSTIBLES BIOLÓGICOS • Son utilizados por las células para obtener energía (CH2O)n + nO2 Î CO2 + (H2O)n Libera energía Utilizada para funciones celulares C6H12O6 + 6O2 Î 6 CO2 + 6 H2O ∆H= -673 Kcal Carbohidratos • Disacáridos • Se forman por reacciones de condensación entre dos monosacáridos. (CH2O)n + (CH2O)n Î Disacárido + nH2O Necesita E= 5,5 Kcal/mol •Por reacciones de hidrólisis pueden dividirse en sus monosacáridos constituyentes Disacárido + nH2O Î (CH2O)n + (CH2O)n Libera E= 5,5 Kcal/mol • Son utilizados como formas de transporte de hidratos de carbono en diversos organismos • Sacarosa: en las plantas fotosintéticas: desde células fotosintéticas hasta las demás estructuras de la planta. • Tetrahalosa: transporte por sangre en insectos • Lactosa: en la leche de mamíferos. Carbohidratos • Polisacáridos de almacenamiento • Monosacáridos unidos en cadenas largas • Almidón Î principal reserva alimenticia de la mayoría de las plantas Formado a partir de glucosa que se produce en las hojas verdes y se acumula en estructuras subterráneas. amilopectina amilosa uniones tipo α • Glucógeno Î principal reserva alimenticia de la mayoría de los animales Formado a partir de glucosa estructura similar a la amilopectina, más ramificada en los vertebrados se acumula en hígado y músculo su formación: requiere energía su hidrólisis: produce energía Carbohidratos • Polisacáridos estructurales • Aquellos que forman los componentes estructurales de las células y tejidos • Celulosa Î principal molécula estructural en la naturaleza • Quitina Formado a partir de glucosa uniones tipo β microfibrillas cristalinas de celulosa no puede ser degradado por mismas enzimas que degradan el almidón y/o el glucógeno parte de la pared de las células vegetales (40%) al principio es flexible y permite el crecimiento en la célula madura, se vuelve rígida y gruesa es utilizada como combustible de la mayoría de los animales sólo algunas bacterias, protozoos y hongos son capaces de degradar la celulosa, siendo simbióticos en muchos sistemas digestivos animales. Î polisacárido complejo componente principal del exoesqueleto de los artrópodos pared celular de los hongos Lípidos • Sustancias orgánicas insolubles en solventes polares como el agua y solubles en solventes no polares. • Funciones Î almacenamiento de energía (grasas y aceites) Estructurales (fosfolípidos, glucolípidos, ceras) mensajeros químicos (DAG) aislamiento térmico (panículo adiposo) • Comparados con los azúcares producen mayor cantidad de energía al hidrolizarse • Grasas: 9,3 kcal/g Azúc.: 3,79 kcal/g Prot: 3,12 Kcal/g • Al ser hidrofóbicos, se compactan más en el organismo y producen más energía que el glucógeno por g. Lípidos • Triglicéridos: glicerol + 3 moléculas de ácidos grasos moléculas neutras no polares hidrofóbicas saturadas y no saturadas grasas, aceites y ceras • Glucolípidos: glicerol + 2 moléculas de ácidos grasos cadena de hidratos de carbono corta (1-15) moléculas anfipáticas con carga negativa • Fosfolípidos: glicerol + 2 moléculas de ácidos grasos molécula de fosfato con radical moléculas anfipáticas con carga negativa Lípidos Lípidos Esteroides: colesterol y derivados • En todas las membranas animales • Da rigidez y evita el congelamiento de la membrana • Actúan como hormonas. Aminoácidos y proteínas • • • • • • Polímeros de aminoácidos Aminoácidos neutros Aminoácidos con carga + Aminoácidos con carga – 20 AA Esenciales: Lys- Trp-TreMet-Phe-Leu-Val-Iso • Masa molecular: Da Organización estructural de las proteínas • Estructura primaria Organización estructural de las proteínas • Estructura secundaria Lámina β Estructura de una enzima Hélice α Organización estructural de las proteínas • Estructura terciaria Organización estructural de las proteínas • Estructura cuaternaria En proteínas diméricas, triméricas y cuatriméricas Todo tipo de interacciones entre los AA de las distintas cadenas Organización estructural de las proteínas • Las estructura 2º, 3º y 4º dependen de la estructura primaria y del ambiente químico local • El plegamiento y ensamblado de las subunidades de las proteínas multiméricas se realizan con ayuda de las chaperonas moleculares • Proteínas fibrosas. Con mayor proporción de hélices α y láminas β que otras proteínas. De función estructural. • Proteínas globulares. Con gran cantidad de interacciones puente H, hidrofóbicas, hidrofílicas, S-S. De función enzimática, Ac, Receptores. Nucleótidos y ácidos nucleicos • Llevan la información de la gran variedad de moléculas de proteínas de los seres vivos • Formados por cadenas largas de nucleótidos Nucleótidos • Moléculas complejas • Formados por 3 subunidades: – Grupo fosfato – Azúcar de 5 carbonos » Ribosa para ARN » Desoxirribosa para ADN – Base nitrogenada » Purinas: Adenina, Guanina » Pirimidinas: Citosina, Timina, Uracilo Nucleótidos como elementos constituyentes de ADN-ARN Nucleótidos como transportadores de energía en el metabolismo celular La pregunta por la química de la herencia: ¿DNA o proteínas? Experimento en el que se descubrió la sustancia que puede transmitir características genéticas de una célula a otra. • Resumen de los • experimentos de Hershey y Chase que demostraron que el DNA es el material hereditario de un virus. a) Luego de obtener los dos tipos de virus (unos con el DNA marcado con fósforo y otros con las proteínas marcadas con azufre) los científicos infectaron cultivos de bacterias con ambos tipos de fagos marcados. Una vez infectadas (b), las células se incubaron en un agitador (c) y luego fueron centrifugadas para separarlas de cualquier material viral que permaneciera fuera de las células(d). Las dos muestras, la que contenía material extracelular y la que contenía material intracelular, se analizaron luego en busca de radiactividad. Hershey y Chase encontraron que el 35S había permanecido fuera de las células bacterianas, en las cubiertas virales vacías, y que el 32P había entrado a las células, las había infectado y había causado la producción de nueva progenie viral. Por consiguiente, se concluyó que el material genético del virus era el DNA y no la proteína. El apoyo al papel del DNA como material genético procedió también de otros datos adicionales: 1) Casi todas las células somáticas de cualquier especie dada contienen cantidades iguales de DNA, y 2) Las proporciones de bases nitrogenadas son las mismas en el DNA de todas las células de una especie dada, pero varían en diferentes especies. El modelo de Watson y Crick La replicación del DNA Replicación de la molécula de DNA, predicha por el modelo de Watson y Crick. Las cadenas se separan al romperse los puentes de hidrógeno que mantenían unidas a las bases. Cada una de las cadenas originales sirve luego como molde para la formación de una cadena complementaria nueva con los nucleótidos disponibles en la célula. El experimento de Meselson y Stahl fue realizado para determinar que el modo de replicación del DNA era semiconservativo Replicación ADN Replicación del ADN con AUDIO latino.mp4 El DNA como portador de información Procedimiento por el cual Beadle y Tatum analizaron los mutantes de Neurospora: ¨un gen una proteina Sin embargo, esto resultó ser una sobresimplificación porque, aunque las enzimas son en verdad proteínas, no todas las proteínas son enzimas. Algunas proteínas, por ejemplo, son hormonas, como la insulina, y otras tienen función estructural, como el colágeno. Como estas proteínas también son especificadas por genes, se extendió el concepto original, pero no se modificó, en principio. "Un gen-una enzima", fue simplemente corregido a "un gen-una proteína". Posteriormente, al saberse que muchas proteínas están formadas por más de una cadena polipeptídica, el concepto se modificó una vez más al menos impactante, pero más preciso, "un gen-una cadena polipeptídica". Más tarde, este concepto también debió ser corregido. Procedimiento por el cual Beadle y Tatum analizaron los mutantes de Neurospora Del DNA a la proteína: el papel del RNA El dogma La Transcripción Tipos de RNA El código genetico La síntesis de proteínas o traducción La Traducción o Síntesis de Proteínas-1.mp4 Mutaciones y evolucion DNA MUTATION.mp4 Las Mutaciones pueden ser Neutras Negativas Positivas Uno de los mayores agentes mutagenicos es las radiación UV • La capa de O3 filtra la radiacion UV • Para que se forme O3 debe haber O2 • El O2 lo origina la Vida • LA RUV produce mutaciones, las mutaciones evolucion….. • Imaginemos un planeta donde la vida esta empezando a desarrollarse • Un planeta sin capa de O3 • Que pasaría con las moléculas DNA incipientes? MENOS O3 MAS Mutaciones MAS Evolución