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ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA Biomoléculas BIOQUÍMICA ALBERTO GARCÍA JEREZ Director Nacional Bucaramanga 2015 ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. BIOMOLÉCULAS BIOMOLÉCULAS (Componentes químicos de la Célula) Inorgánicas Agua H2O Sales minerales NaCl, CaCO3, Ca3(PO4)2 Oxígeno molecular O2 Biomoléculas Orgánica Glúcidos C, H y O Lípidos C, H y O Proteínas C, H, O, N y S Ácidos nucleicos C, H, O, N y P Tomado de http://www.bioygeo.info/pdf/Bioquimica.pdf Las biomoléculas inorgánicas son las que no están formadas por cadenas de carbono e hidrógeno, como son el agua, las sales minerales o los gases. Las moléculas orgánicas están formadas por cadenas de carbono BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS El agua es la sustancia más abundante en la biosfera, dónde la encontramos en sus tres estados y es además el componente mayoritario de los seres vivos, pues entre el 65 y el 95% del peso de la mayor parte de las formas vivas es agua. En las medusas, puede alcanzar el 98% del volumen del animal y en la lechuga, el 97% del volumen de la planta. Estructuras como el líquido interno de animales o plantas, embriones o tejidos conjuntivos suelen contener gran cantidad de agua. El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, muy importante para la vida, se debe a la polaridad de la molécula de agua y su capacidad para interaccionar con otras sustancias que presenten grupos polares o con carga iónica (alcoholes, azúcares con grupos -OH, aminoácidos y proteínas con grupos que presentan cargas positivas y negativas), lo que da lugar a disoluciones moleculares. También las moléculas de agua pueden disolver sustancias salinas que se disocian formando disoluciones iónicas. La sustancia más abundante en la célula viva es el agua y llega a representar más del 70% de su peso. Esta molécula es de gran importancia pues la mayor parte de las reacciones intracelulares se llevan a cabo en ambiente acuoso y todos los ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. organismos se han diseñado alrededor de las propiedades del agua, tales como su carácter polar, su capacidad para formar enlaces de hidrógeno y su alta tensión superficial. Además del agua, existen otras biomoléculas inorgánicas como las sales minerales. En función de su solubilidad en agua se distinguen dos tipos: insolubles y solubles. Sales insolubles en agua Forman estructuras sólidas, que suelen tener función de sostén o protectora, como: Esqueleto interno de vertebrados, en el que encontramos: fosfatos, cloruros, y carbonatos de calcio. Caparazones de carbonato cálcico de crustáceos y moluscos. Endurecimiento de células vegetales, como en gramíneas (impregnación con sílice). Otolitos del oído interno, formados por cristales de carbonato cálcico (equilibrio). Sales solubles en agua Se encuentran disociadas en sus iones (cationes y aniones) que son los responsables de su actividad biológica. Desempeñan las siguientes funciones: Funciones catalíticas. Algunos iones, como el Cu+, Mn 2+, Mg2+, Zn+,...actúan como cofactores enzimáticos. Funciones osmóticas. Intervienen en los procesos relacionados con la distribución de agua entre el interior celular y el medio donde vive esa célula. Los iones de Na, K, Cl y Ca, participan en la generación de gradientes electroquímicos, imprescindibles en el mantenimiento del potencial de membrana y del potencial de acción y en la sinapsis neuronal. Función tamponadora. Se lleva a cabo por los sistemas carbonato-bicarbonato, y también por el monofosfato-bifosfato LAS BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS Las biomoléculas son las moléculas constituyentes de los seres vivos. Los cuatro bioelementos más abundantes en los seres vivos son el carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N), representando alrededor del 99 por ciento de la masa de la mayoría de las células. ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Los compuestos del carbono fabricados por los organismos vivos están divididos en cuatro grandes grupos: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Estos son distintos en sus propiedades físicas y químicas, pero los tres primeros son similares metabólicamente, al menos, en el hecho de que son fuentes de energía para los organismos. El rompimiento de las moléculas orgánicas complejas da como resultado la liberación de energía http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000024/lecciones/cap01/01_01_00.htm Estos cuatro elementos son los principales componentes de las biomoléculas debido a que: 1.- Permiten la formación de enlaces covalentes entre ellos, compartiendo electrones, debido a su pequeña diferencia de electronegatividad. 2.- Permiten a los átomos de carbono la posibilidad de formar esqueletos tridimensionales –C–C–C– para formar compuestos con número variable de carbonos. 3.- Permiten la formación de enlaces múltiples (dobles y triples) entre C y C, C y O, C y N, así como estructuras lineales ramificadas cíclicas, heterocíclicas, etc. 4.- Permiten la posibilidad de que con pocos elementos se den una enorme variedad de grupos funcionales (alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos, aminas, etc.) con propiedades químicas y físicas diferentes. Se pueden clasificar en: a) Biomoléculas inorgánicas: agua y sales minerales b) Biomoléculas orgánicas: glúcidos (hidratos de carbono), lípidos, proteínas y ácidos nucleicos Las biomoléculas orgánicas forman cuatro grupos: GLÚCIDOS La principal función de los glúcidos es aportar energía al organismo. De todos los nutrientes que se puedan emplear para obtener energía, los glúcidos son los que producen una combustión más limpia en nuestras células y dejan menos residuos en el organismo. De hecho, el cerebro y el sistema nervioso solamente utilizan glucosa para obtener energía. ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Los glúcidos (llamados hidratos de carbono o carbohidratos, sacáridos y azúcares) son la fuente de energía primaria que utilizan los seres vivos para realizar sus funciones vitales. Desde el punto de vista químico son polialcoholes con un grupo aldehído (-COH) o un grupo cetona (-CO-) por lo que son polihidroxialdehídos o pilihidroxicetonas. ALMACENES DE ENERGÍA INTERMEDIARIOS METABÓLICO S ELEMENTOS ESTRUCTURALES COMPONENTES DE MOLÉCULA S COMO: GLUCOPROTEÍNAS GLUCOLÍPIDOS PROTEOGLUCANOS Almidón en plantas, glucógeno en animales. Glucosa, fructosa, gliceraldehido, dihidroxiacetona, etc. Son intermediarios del metabolismo glucídico Paredes de bacterias, plantas (celulosa), exoesqueleto de artró podos. ATP; NAD, FAD; RNA (ribosa); DNA (desoxiribosa). (Componentes de las membranas, etc.). (Componentes de las membranas). (componentes de la matríz extracelular) Se pueden clasificar en tres grandes grupos: monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. MONOSACÁRIDOS, OSAS O GLÚCIDOS SIMPLES Estos glúcidos no son hidrolizables y constituyen las unidades más pequeñas y están constituidos por varios grupos hidroxilo y un grupo carbonilo, unidos por una cadena de carbonos. Los monosacáridos, en especial la glucosa y sus derivados, tienen un lapso de vida muy corto dentro de la célula ya que la mayoría de ellos se degradan por hidrólisis para liberar su energía química utilizada en las diferentes reacciones celulares. La relación se da Cn (H2O)n. Químicamente se definen como aldehídos o cetonas, dentro de ellos se clasifican los azúcares simples o monosacáridos en donde n es un número entero de 3 a 7. Disacárido unión de dos monosacáridos Oligosacárido unión de 3-20 monosacáridos Polisacárido se unen numerosas unidades de monosacáridos, constituyen un como por ejemplo los almidones, celulosas, pectinas, quitinas, etc. Las triosas Las pentosas Número de C Glúcidos de 3 átomos de carbonos Glúcidos de 5 átomos de carbonos Características Metabolitos intermediarios de la degradación de la glucosa. Aldosa porque posee un grupo aldehído (-CHO) y gliceraldehido, corresponde a una cetosa por tener un grupo cetona (C=O ). Es la dihidroxiacetona. Ribosa y Desoxirribosa (ácidos nucléicos) y la ribulosa que desempeña un importante papel en la fotosíntesis. ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Las hexosas Glúcidos con 6 átomos de carbono. La glucosa y galactosa entre las aldohexosas y la fructosa entre las cetohexosas. CLASIFICACIÓN SEGÚN LA ESTRUCTURA QUÍMICA. Las moléculas de monosacárido cuyo grupo carbonilo es una cetona se llaman cetosas (-CO-) y las que contienen un grupo aldehído (-CHO) son aldosas. La aldosa más pequeña es el Gliceraldehído y la cetosa más pequeña es la Dihidroxiacetona Los glúcidos siempre hay un grupo carbonilo, es decir, un carbono unido a un oxígeno mediante un doble enlace (C=O). El tamaño de los monosacáridos está definido por el número de átomos de Carbono que los forman. Los monosacárido más pequeños tienen sólo tres átomos de carbono y recibe el nombre general de triosas, los que tienen cuatro átomos se llaman tetrosas, los de cinco son pentosas y los de seis son hexosas. Monosacáridos más grandes, de 7 y 8 átomos de carbono, llamados heptosas y octosas respectivamente, son poco comunes. EL ENLACE GLUCOSÍDICO. Los monosacáridos capaces de formar anillos de piranosa o furanosa, en tanto que hemiacetales o hemicetales intramoleculares, pueden reaccionar con los alcoholes para formar glucósidos liberándose en el proceso una molécula de agua. Un caso particular de este tipo de reacción se da cuando el grupo hidroxilo de la molécula de alcohol es aportado por un segundo monosacárido. El compuesto resultante, un disacárido, estará formado por dos monosacáridos unidos mediante enlace glucosídico. ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. El enlace glucosídico resulta de la formación de un acetal (o cetal) entre el carbono carbonílico de un monosacárido y un grupo hidroxilo de otro monosacárido. Este segundo monosacárido posee otro carbono carbonílico libre que a su vez puede reaccionar con un grupo hidroxilo de un tercer monosacárido para formar otro enlace glucosídico, y así sucesivamente. El enlace glucosídico puede ser de dos tipos, α o β, según sea α o β la configuración del monosacárido que aporta al enlace el átomo de carbono carbonílico (Figura 7.9). Por otra parte, se distinguen enlaces glucosídicos monocarbonílicos, en los que sólo está implicado el carbono carbonílico de un monosacárido, y enlaces glucosídicos dicarbonílicos, en los que están implicados los carbonos carbonílicos de los dos monosacáridos enlazados. Tomado de: http://www.bionova.org.es/biocast/tema07.htm La estructura de un enlace glucosídico se suele especificar escribiendo el tipo de enlace, α o β, seguido entre paréntesis por los números de los átomos de carbono implicados en él; el número que se escribe en primer lugar corresponde al átomo de carbono carbonílico. Algunos ejemplos son α(1—›4), α(1—›6), β(1—›4), β(1—›2), etc. Puesto que los monosacáridos tienen muchos grupos hidroxilo, la variedad de enlaces glucosídicos posibles es enorme; no obstante, los más abundantes en la naturaleza son los α(1—›4) y los β(1—›4). OLIGOSACÁRIDOS. Los ósidos, glúcidos formados por la unión de varios monosacáridos, pueden ser holósidos, si están formados exclusivamente por monosacáridos, o heterósidos, si además contienen otros componentes de naturaleza no azucarada. Entre los ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. holósidos se distinguen, en función del número de unidades que los forman, dos tipos: oligosacáridos y polisacáridos. Los oligosacáridos (del griego oligos = poco) son holósidos compuestos por un número reducido de unidades monosacarídicas unidas mediante enlaces glucosídicos. El número de unidades monosacarídicas que forman parte de un oligosacárido puede oscilar entre 2 y 10. Si están formados por sólo dos monosacáridos se denominan disacáridos, si lo están por tres trisacáridos; a los que están formados por más de tres monosacáridos no se le suele asignar ninguna denominación específica y se suelen nombrar sencillamente como oligosacáridos. Los oligosacáridos más abundantes y de mayor importancia biológica son los disacáridos. En la siguiente tabla se muestra la composición de los disacáridos más relevantes. MALTOSA Glucosa-α(1—›4)-Glucosa ISOMALTOSA Glucosa-α(1—›6)-Glucosa CELOBIOSA Glucosa-β(1—›4)-Glucosa LACTOSA Galactosa-β(1—›4)-Glucosa TREHALOSA Glucosa-α(1—›1)-Glucosa SACAROSA Fructosa-β(2—›1)-Glucosa ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Tomado de: http://www.bionova.org.es/biocast/tema07.htm DISACÁRIDOS Los monosacáridos, se unen mediante enlaces glucosídicos (C-O-C) por síntesis de deshidratación para formar disacáridos y polisacáridos. El enlace glucosídico se forma entre el hidroxilo ( este aporta un -H ) del carbono 1 del primer monosacárido con el -OH del carbono 2, 3 o 4 del segundo monosacárido formando una molécula de agua; los enlaces resultantes serán alfa (a ) o beta ( ß ) según la posición del OH en el primer azúcar. Los disacáridos más comunes en la naturaleza son: la Sacarosa, la Maltosa y la Lactosa. Sacarosa o azúcar de mesa Unión del carbono 1 de la a-glucosa y el carbono 2 de la ß-fructosa con un enlace glucosídico a(1--› 2) Maltosa Formada por dos moléculas de a-glucosa con el enlace glucosídico α (1--› 4) entre el carbono 1 de la primera molécula y el carbono 4 de la segunda. Constituida por ß-galactosa y a-glucosa, con el enlace glucosídico ß (1 --> 4) entre el carbono 1 de la ß-galactosa y el carbono 4 de la a-glucosa. constituida por dos moléculas de ß-glucosa entre las cuales existe un enlace glucosídico ß( 1 --> 4 ) Lactosa o azúcar de la leche Celobiosa función estructural ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. POLISACÁRIDOS Los carbohidratos más abundantes, unión de más de 10 unidades de azúcares sencillos (generalmente la glucosa) mediante enlaces glucosídicos. Polisacárido Característica Polisacárido de estructura helicoidal, su función es de reserva en las plantas. El almidón Mezcla de dos tipos diferentes de polímeros; la amilosa y la amilopectina. El glucógeno La celulosa la quitina Es un polisacárido helicoidal de reserva Se almacena en los músculos y en el hígado en donde las enzimas allí presentes hidrolizan con facilidad los enlaces glucosídicos del glucógeno. Se considera como el compuesto más abundante del planeta. Es el principal componente estructural de la pared celular los vegetales. Polímero estructural, hace parte del exoesqueleto de artrópodos y de las paredes celulares de hongos. Componentes La amilosa una molécula recta sin ramificaciones en la cual las moléculas de glucosa se unen mediante enlaces glucosídicos α (1--› 4). La amilopectina es una molécula ramificada como el glucógeno o almidón animal, en donde las moléculas de glucosa se unen con enlaces glucosídicos α (1--› 4) en su porción recta y enlaces a (1--› 6) en sus ramificaciones que están separadas por 24-30 unidades de glucosa. Con enlaces glucosídicos α (1--› 4) y α (1--› 6) sin embargo, sus ramificaciones son cortas y se establecen cada 8-12 subunidades de glucosa razón por la cual se obtienen fácilmente cuando se necesita energía. Es un polímero de ß-glucosa no ramificado en donde las subunidades se unen mediante enlaces glucosídicos ß (1--› 4) Polímero estructural no ramificado del aminoazúcar N-acetil glucosamina, unido por enlaces glucosídicos ß (1--›4) http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000024/lecciones/cap01/01_01_07.htm La cadena de almidón lleva un grupo -OH que constituye el terminal reductor de la gran molécula. La amilopectina difiere del glucógeno, porque este último es un polisacárido helicoidal de reserva con enlaces glucosídicos α (1--› 4) y α (1--› 6) sin embargo, sus ramificaciones son cortas y se establecen cada 8-12 subunidades de glucosa razón por la cual se obtienen fácilmente cuando se necesita energía. Amilosa. Es un polímero no ramificado formado por largas cadenas por varios centenares de unidades de α-D-glucosa unidas por enlaces α-(1—›4). Estas cadenas adoptan una disposición helicoidal con 6 moléculas por vuelta, y tienen masas moleculares relativas que oscilan entre unos pocos miles y 500.000 daltons. ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Amilopectina.- Es un polímero muy ramificado formado por moléculas de α-Dglucosa. Los sucesivos restos de glucosa a lo largo de las cadenas están unidos por enlaces α(1—›4), y los puntos de ramificación, que se encuentran espaciados por un número de restos de glucosa que oscila entre 24 y 30, consisten en enlaces α(1—›6). Su masa molecular relativa puede alcanzar hasta un millón de daltons. ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Glucógeno. Es un polisacárido con estructura muy similar a la de la amilopectina. Al igual que ésta, está formado por moléculas de α-D-glucosa unidas por enlaces glucosídicos α(1—›4) a lo largo de las cadenas, y con puntos de ramificación consistentes en enlaces α(1—›6). La diferencia con respecto a la amilopectina estriba en que las ramificaciones se encuentran menos espaciadas, concretamente cada 8 a 12 restos de glucosa. ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Celulosa.- Es un polímero lineal (no ramificado) formado por moléculas de β-Dglucosa unidas mediante enlaces glucosídicos β(1—›4). Cada cadena de celulosa contiene entre 10.000 y 15.000 restos de glucosa. Estas cadenas, debido a la configuración β de sus enlaces glucosídicos, adoptan conformaciones muy extendidas que favorecen la formación de puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de los distintos restos de glucosa de una misma cadena o de cadenas vecinas HETERÓSIDOS. Formados por monosacáridos y otros componentes de naturaleza no azucarada. Ente ellos cabe citar a los glucolípidos, y a las glucoproteínas, que son asociaciones covalentes de cadenas oligosacarídicas con lípidos y proteínas respectivamente; los glucolípidos y glucoproteínas están presentes en muchos lugares de la célula, sobre todo en la cara externa de la membrana plasmática. el peptidoglucano, componente esencial de las paredes celulares bacterianas, que está constituido por cadenas paralelas de un heteropolisacárido en el que se alternan unidades de Nacetil-glucosamina y de ácido N-acetil-murámico (dos derivados de la glucosa) unidas transversalmente por cadenas de aminoácidos unidos mediante enlaces peptídicos. ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. MUCOPOLISACÁRIDOS O GLUCOSAMINOGLUCANOS Polímeros de monosacáridos que poseen unidades de azúcares modificados como aminoazúcares, azúcares sulfatados, azúcares ácidos y N- acetil derivados. Las cadenas de carbohidratos de los glucosaminoglucanos existen como repeticiones de disacáridos en los cuales uno de los dos azúcares es siempre la Nacetilglucosamina o N-acetilgalactosamina. Todos los glucosaminoglucanos con excepción del ácido hialurónico tienen azúcares sulfatados, y la presencia de grandes cantidades de grupos carboxilo y sulfato hacen de estos polímeros moléculas fuertemente ácidas. Los glucosaminoglucanos El ácido hialurónico es un mucopolisacárido. La heparina es mucopolisacárido un De aspecto amorfo, tan viscosos como las secreciones mucosas, entre los más comunes se pueden citar: el ácido hialurónico, el condroitín sulfato A, la heparina, el keratosulfato y el dermatán sulfato. Formado por la repetición de un disacárido formado por el ácido glucurónico y la N- acetil glucosamina, unidos entre sí por enlaces glucosídicos ß (1--› 3) y los disacáridos mediante enlaces ß (1--› 4). El ácido hialurónico se encuentra como componente principal de la sustancia fundamental del tejido conectivo, constituyendo el humor acuoso del ojo, el líquido sinovial y la gelatina de Wharton del cordón umbilical. acídico sulfatado, resultado de la repetición del disacárido formado por del ácido glucurónico sulfatado (ácido idurónico) unido a una glucosamida 6-sulfato mediante enlace glucosídico a(1--› 4). Los disacáridos también se unen entre sí por enlace glucosídico a(1--› 4). http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000024/lecciones/cap01/01_01_07.htm ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. ISOMERÍA ÓPTICA Con excepción de la Dihidroxiacetona, todos los monosacáridos, tienen al menos un carbono quiral, y por lo tanto al igual que los aminoácidos, presentan actividad óptica y también isomería óptica. Se llama actividad óptica a la capacidad que presentan las soluciones de algunas sustancias, de rotar el plano de vibración de la luz polarizada. Las sustancias que rotan como dextrógiras (D) a la derecha y levógiro (L) se designa (-) o izquierda. Isómeros ópticos o moléculas de diferente actividad óptica Los pares de isómeros ópticos que rotan la luz en igual magnitud pero en sentido contrario se llaman enantiómeros Recordemos que se designa a un compuesto como levógiro si desvía la luz polarizada a la izquierda y dextrógiro si lo hace a la derecha. Los Glúcidos pueden tener actividad óptica porque tienen en su estructura carbonos quirales. Los seres vivos (las enzimas) son capaces de diferenciarlos y solamente utilizan uno de ellos (en los monosacáridos el isómero D casi siempre). Forma parte de lo que se conoce como la asimetría de la vida. La D-Glucosa, está presente en la sangre de todos los animales y en la savia de las plantas; es también la unidad estructural de prácticamente todos los polisacáridos. La D-Glucosa en solución existe en gran parte en forma de compuesto cíclico en equilibrio con una pequeña cantidad de la correspondiente forma lineal. La glucosa está al principio de una de las rutas metabólicas productoras de energía más antigua, la glucólisis, usada en todos los niveles evolutivos, desde las bacterias hasta los vertebrados. La D-glucosa puede existir en dos formas estereoisómeras denominadas respectivamente α-D-glucosa y β-D-glucosa. Este tipo particular de estereoisómeros reciben el nombre de anómeros o formas anoméricas y el átomo de carbono carbonílico, responsable de su aparición, el de carbono anomérico. ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Muchos organismos, especialmente los de estirpe vegetal (algas, plantas) almacenan sus reservas en forma de almidón. LÍPIDOS La unión se da entre los grupos -OH de cada molécula. Se libera una molécula de agua. El enlace recibe el nombre de éster. Acilglicéridos Monoacilglicérido: la glicerina + un ácido graso. Moléculas formadas por la unión de: ácidos grasos + glicerina (Glicerol). Diacilglicérido: la glicerina + dos ácido graso. Triacilglicérido: la glicerina + dos ácido graso. LIPIDOS Ceras Con ácidos grasos (Saponificables) Unión de un ácido graso de cadena larga (de 14 a 36 átomos de carbono) con un monoalcohol, también de cadena larga (de 16 a 30 átomos de carbono), mediante un enlace éster Fosfoglicéridos (Grupo de fosfolípidos) La molécula es un ácido fosfatídico. Moléculas anfipáticas formadoras de membranas biológicas Esfingolípidos (Grupo de fosfolípidos) Función de reserva energética y aislante térmico Molécula completamente apolar, muy hidrófoba, no aparece ninguna carga y su estructura es de tamaño considerable. Función de las ceras consista en servir de impermeabilizante. El revestimiento de las hojas, frutos, flores o talos jóvenes, así como los tegumentos de muchos animales, el pelo o las plumas Función protectora El ácido fosfatídico está compuesto por dos ácidos grasos, uno saturado y otro, generalmente insaturado, una glicerina y un ácido ortofosfórico. La unión entre estas moléculas se realiza mediante enlaces de tipo éster. La molécula que enlace con la ceramida, podemos encontrar fosfoesfingolípidos o glucoesfingolípidos. ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. La ceramida está constituida por un ácido graso y una esfingosina. Moléculas anfipáticas formadoras de membranas biológicas Terpenos Sin ácidos grasos (Insaponificables) Los terpenos, terpenoides o isoprenoides, son lípidos derivados del hidrocarburo isopreno (o 2-metil-1,3-butadieno). Esteroides Derivados del cilopentano perhidrofenantreno. Las esfingomielinas están compuestas por la ceramida, un ácido ortofosfórico y una molécula con grupo alcohol, como un aminoalcohol. Los glucoesfingolípidos compuestos por la ceramida unida a un glúcido. Son moléculas abundantes en las membranas de las neuronas. Los terpenos biológicos constan, como mínimo, de dos moléculas de isopreno. Terpenos importantes son los aceites esenciales (mentol, limoneno, geraniol), el fitol (que forma parte de la molécula de clorofila), las vitaminas A, K y E, los carotenoides (que son pigmentos fotosintéticos) y el caucho (que se obtiene del árbol Hevea brasiliensis). Origina moléculas tales como colesterol, estradiol, progesterona, testosterona, aldosterona o corticosterona. Colesterol (membranas animales) y derivados: vitamina D, ácidos y sales biliares y hormonas esteroides En este sentido, los lípidos son sustancias de origen biológico, solubles en disolventes orgánicos (cloroformo, benceno, etc.), y muy poco o nada solubles en agua. Los lípidos saponificables cumplen dos funciones primordiales para las células; por una parte, los fosfolípidos forman el esqueleto de las membranas celulares (bicapa lipídica); por otra, los triglicéridos son el principal almacén de energía de los animales. Los lípidos son un grupo muy heterogéneo que usualmente se clasifican en dos grupos, atendiendo a que posean en su composición ácidos grasos (lípidos saponificables) o no lo posean (lípidos insaponificables). ÁCIDOS GRASOS Son cadenas largas de hidrocarburos no ramificados con un grupo carboxilo en un extremo.CH3 — (CH2)n — COOH. Ácido graso libre Los ácidos grasos se sintetizan mediante la unión de una unidad de acetilo (2 átomos de C), normalmente tienen un número par de C (entre 14 y 22), los más comunes poseen 16 y 18 carbonos. ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Ácido graso es saturado: todos los carbonos están unidos por enlaces simples. Ácido palmítico (hexadecanoico) y esteárico (octadecanoico) CH3 — (CH2)14 — COOH ácido. Palmítico CH3 — (CH2)16 — COOH ácido. Esteárico Ácido graso es insaturado: Cuando existe un enlace doble entre dos C Ácido oleico (octadecenoico). Este es el ácido insaturado más abundante en las membranas de los animales. CH3–(CH2)7–CH=CH– (CH2)7–COOH El extremo carboxilo del ácido graso es soluble en agua y muy polar; en cambio, la cadena hidrocarbúrica es insoluble en agua y no polar. El extremo carboxilo soluble queda incorporado al agua como una capa, quedando las colas de los ácidos grasos fuera de la superficie del agua. Esta propiedad de solubilidad de los extremos de las moléculas de los ácidos grasos hacen que la molécula sea anfipática, es decir, posee regiones hidrofóbica e hidrofílica a la vez. Fosfoglicéridos o glicerofosfolípidos Ácidos grasos saturados combinado con glicerol Ácidos grasos saturados combinado con glicerol ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. ROL BIOLÓGICO Protección: debido a su carácter altamente hidrófobo, repelen el agua, y a nivel orgánico recubren ciertos tejidos dándoles consistencia y protección frente a la acción externa, como lubricantes o impermeabilizantes en piel, pelo y plumas de animales (lanolina, secreción sebácea, cerumen del conducto auditivo); en hojas y frutos de plantas. (cutina) Estructural: las ceras frecuentemente se encuentran formando cubiertas protectoras e impermeabilizantes, normalmente recubriendo las partes aéreas de las hojas, flores o frutos para repeler los parásitos y ayudar a conservar el agua del vegetal. Una aplicación bien conocida de la cera es la formación de los panales de las abejas. ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. FOSFOLÍPIDO Los fosfolípidos son un tipo de lípidos antipáticos compuestos por una molécula de glicerol, al que se le unen dos ácidos grasos (1,2-diacilglicerol) y un grupo fosfato. El fosfato se une mediante un enlace fosfodiéster a otro grupo de átomos, que frecuentemente contienen nitrógeno, como colina, serina o etanolamina y muchas veces posee una carga eléctrica. Todas las membranas activas de las células poseen una bicapa de fosfolípidos. Los fosfolípidos más abundantes son la fosfatidiletanolamina (o cefalina), fosfatidilinositol, ácido fosfatídico, fosfatidilcolina (o lecitina) y fosfatidilserina. FUNCIONES DE LOS FOSFOLÍPIDOS Componente estructural de la membrana celular: El carácter anfipático de los fosfolípidos les permite su auto asociación a través de interacciones hidrofóbicas entre las porciones de ácido graso de cadena larga de moléculas adyacentes de tal forma que las cabezas polares se proyectan fuera, hacia el agua donde pueden interaccionar con las moléculas proteicas y la cola apolar se proyecta hacia el interior de la bicapa lipídica. Activación de enzimas: Los fosfolípidos participan como segundos mensajeros en la transmisión de señales al interior de la célula como el diacilglicerol o la fosfatidilcolina que activa a la betahidroxibutirato deshidrogenasa que es una enzima mitocondrial. Componentes del surfactante pulmonar: El funcionamiento normal del pulmón requiere del aporte constante de un fosfolípido poco común denominado dipalmitoílfosfatidilcolina. Este fosfolípido tensoactivo es producido por las células epiteliales del tipo II e impide la atelectasia al final de la fase de espiración de la respiración. ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Componente detergente de la bilis: Los fosfolípidos, y sobre todo la fosfatidilcolina de la bilis, solubilizan el colesterol. Una disminución en la producción de fosfolípido y de su secreción a la bilis provoca la formación de cálculos biliares de colesterol y pigmentos biliares. Síntesis de sustancias de señalización celular: El fosfatidinol y la fosfatidilcolina actúan como donadores de ácido araquidónico para la síntesis de prostaglandinas, tromboxanos, leucotrienos y compuestos relacionados. FOSFOGLICÉRIDO Los fosfoglicéridos o glicerofosfolípidos son moléculas lipídica del grupo de los fosfolípidos. Están compuestos por ácido fosfatídico, una molécula compleja compuesta por glicerol, en el que se han esterificado dos ácidos grasos (uno saturado y otro insaturado) y un grupo fosfato. A su vez, al grupo fosfato se une un alcohol o un aminoalcohol. En los organismos vivos tiene función estructural puesto que son uno de los principales componentes de las bicapas de las membranas celulares y subcelulares. Los fosfolípidos tienen un marcado carácter anfipático consecuencia de la estructura de la molécula; las largas cadenas alifáticas de los ácidos grasos tienen carácter hidrófobo (repelen el agua) y forman dos largas "colas" apolares, mientras que el grupo fosfato y el alcohol, cargados eléctricamente, son fuertemente hidrófilos (interaccionan con el agua) y constituyen la "cabeza" polar de la molécula; ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. ello conduce a que, en un medio acuoso, se autoorganicen formando bicapas, con las cabezas polares en contacto con el agua y las colas hidrófobas "escondidas" y enfrentadas entre si. https://sites.google.com/a/ps.edu.pe/biologiaps/bioquimica/lipidos/clasificacion-de-loslipidos http://www.edu.xunta.es/centros/iespuntacandieira/system/files/03_L%C3%ADpidos.pdf EJEMPLOS DE FOSFOGLICÉRIDOS Según el alcohol que se una al ácido fosfatídico, se tienen diferentes fosfoglicéridos: Fosfatidilcolina o lecitina. Posee el aminoalcohol colina. Fosfatidiletanolamina o cefalina. Posee el aminoalcohol etanolamina. Fosfatidilserina. Posee el aminoalcohol serina. Fosfatidilinositol. Posee el alcohol inositol. Fosfatidilglicerol. Posee el alcohol glicerol; si el grupo OH esterifica otra molécula de ácido fosfatídico se origina el difosfatidilglicerol o cardiolipina (característico de las mitocondrias de las células musculares cardíacas). Los lípidos insaponificables y los isoprenoides desempeñan funciones reguladoras (colesterol, hormonas sexuales, prostaglandinas). Otros lípidos son el ácido esteárico, el ácido oleico y el ácido elaídico. PROTEÍNAS Las proteínas son las biomoléculas que más diversidad de funciones realizan en los seres vivos; prácticamente todos los procesos biológicos dependen de su presencia y/o actividad. Son proteínas casi todas las enzimas, catalizadores de reacciones metabólicas de las células; muchas hormonas, reguladores de actividades celulares; la hemoglobina y otras moléculas con funciones de transporte en la sangre; los anticuerpos, encargados de acciones de defensa natural contra infecciones o agentes extraños; los receptores de las células, a los cuales se fijan moléculas capaces de desencadenar una respuesta determinada; la actina y la miosina, responsables finales del acortamiento del músculo durante la contracción; el colágeno, integrante de fibras altamente resistentes en tejidos de sostén. ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. AMINOÁCIDO Y PROTEÍNAS Las proteínas consisten de cadenas lineales de aminoácidos caracterizadas por la subestructura –CH (NH2) COOH. Un átomo de nitrógeno y dos de hidrógenos forman el grupo amino (-NH2) y el ácido es un grupo carboxilo (-COOH). Los aminoácidos se unen a otros cuando el grupo carboxilo de una molécula reacciona con el grupo amino de otra molécula formando un enlace peptídico –C (=O)NH- y liberando una molécula de agua (H2O). Los aminoácidos son los constituyentes básicos de las enzimas, hormonas, proteínas, y tejidos del cuerpo. Un péptido es un compuesto de dos o más aminoácidos. Los oligopéptidos tienen diez o menos aminoácidos. Los polipéptidos y las proteínas son cadenas de más de diez aminoácidos, pero los péptidos que contienen más de 50 aminoácidos se clasifican como proteínas. AMINOÁCIDOS Clasificaciones de los Aminoácidos Cada uno de los 20 α-aminoácidos encontrados en las proteínas se puede distinguir por la substitución de los grupos-R en el átomo del carbono-α. Existen dos clases amplias de aminoácidos de acuerdo a si el grupo-R, hidrofóbicos o hidrofílicos. Los aminoácidos hidrofóbicos tienden a rechazar el ambiente acuoso y, por lo tanto, residen predominante dentro de las proteínas. Esta clase de aminoácidos no se ionizan ni participan en la formación de enlaces de H. Los aminoácidos hidrofílicos tienden a interactuar con el ambiente acuoso, están implicados a menudo en la formación de enlaces de H y se encuentran predominantemente en las superficies externas de las proteínas o en los sitios reactivos de las enzimas. Clasificación de los α aminoácidos proteicos La clasificación se basa en los grupos R de los aminoácidos, que en unos es polar e hidrófilo y en otros apolar e hidrófobo. Se suelen hacer cuatro grupos: Neutros no polares o hidrófobos: carentes de grupos capaces de formar enlaces de hidrógeno, con igual número de radicales amino que carboxilo. Neutros polares sin carga: más solubles en agua que los no polares, porque sus radicales R pueden establecer puentes de hidrógeno. Ácidos: con mayor número de radicales carboxilo que amino, por lo que su carga neta es negativa. Básicos: con mayor número de radicales amino que carboxilo y con carga neta positiva. ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Tabla de α-Aminoácidos que se Encuentran en las Proteínas Aminoácido Símbolo Estructura* pK1 (COOH) pK2 (NH2) pK Grupo-R Aminoácidos con grupos Alifáticos Glicina Gly - G 2.4 9.8 Alanina Ala - A 2.4 9.9 Valina Val - V 2.2 9.7 Leucina Leu - L 2.3 9.7 Isoleucina Ile - I 2.3 9.8 2.2 9.2 Aminoácidos no aromáticos con Grupos-R hidroxilo Serina Ser - S ≈13 ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Treonina Thr - T 2.1 9.1 ≈13 8.3 Aminoácidos con Grupos-R que contienen azufre Cisteina Cys - C 1.9 10.8 Metionina Met M 2.1 9.3 Aminoácidos ácidos y sus amidas Ácido Aspártico Asp - D 2.0 9.9 Asparagina Asn N 2.1 8.8 Ácido Glutámico Glu - E 2.1 9.5 Glutamina Gln - Q 2.2 9.1 Aminoácidos básicos 3.9 4.1 ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Arginina Arg - R 1.8 9.0 12.5 Lisina Lys - K 2.2 9.2 10.8 Histidina His - H 1.8 9.2 6.0 2.2 9.2 Aminoácidos aromáticos Fenilalanina Phe - F Tirosina Tyr - Y 2.2 9.1 Triptofano Trp W 2.4 9.4 Pro - P 2.0 10.6 Iminoácidos Prolina 10.1 ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Tomado de http://themedicalbiochemistrypage.org/es/amino-acids-sp.php * El esqueleto de los aminoácidos es rojo y los grupos-R negros CARACTERÍSTICAS ÁCIDO-BASE DE LOS AMINOÁCIDOS Los grupos α-COOH y α-NH2 de los aminoácidos son capaces de ionizarse (al igual que los grupos-R ácidos y básicos de los aminoácidos). Como resultado de su capacidad de iotización las siguientes reacciones de equilibrio iónico pueden ser escritas: R-COOH <——> R-COO– + H+ R-NH3+ <——> R-NH2 + H+ Las reacciones de equilibrio, demuestran que los aminoácidos contienen por lo menos dos grupos ácidos débiles. Sin embargo, el grupo carboxilo es un ácido más fuerte que el grupo amino. A pH fisiológico (alrededor 7.4) el grupo carboxilo no estará protonado y el grupo amino protonado. Un aminoácido con un grupo-R no ionizable sería eléctricamente neutro a este pH. Esta especie se llama un zwitterion. Los radicales carboxilo y amino de los aminoácidos pueden ionizarse, por lo que su comportamiento es anfótero, es decir, se pueden comportar como ácidos o bases dependiendo del pH del medio. El pH en el que tienden a adoptar la forma de dipolo eléctrico es distinto para cada aminoácido y se conoce como punto isoeléctrico. Tomado: http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/3250/3374/html/11_aminocidos_y_pptidos.html Como los ácidos orgánicos típicos, la fuerza ácida de los grupos carboxilos, amino y grupos-R ionizables en los aminoácidos se pueden definir por la constante de disociación, Ka o más comœnmente el logaritmo negativo de K a, la pKa. La carga neta (la suma algebraica de todos los grupos con carga presentes) de cualquier aminoácido, péptido o proteína, dependerá del pH del ambiente acuoso circundante. Cuando el pH de una solución de aminoácido o proteínas cambia la carga neta de los aminoácidos también cambiará. Este fenómeno se puede observar durante la titulación de cualquier aminoácido o proteína. Cuando la carga neta de un ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. aminoácido o de una proteína es cero el pH será equivalente al punto isoeléctrico:pi. SIGNIFICADO FUNCIONAL DE LOS GRUPOS-R DE LOS AMINOÁCIDOS En solución es la naturaleza de los grupos-R de los aminoácido los que dictan relaciones de estructura-función de péptidos y proteínas. Los aminoácidos hidrofóbicos serán encontrados generalmente en el interior de las proteínas protegidos del contacto directo con el agua. Inversamente, los aminoácidos hidrofílicos se encuentran generalmente en el exterior de proteínas así como también en los centros activos de las proteínas enzimáticamente activas. De hecho, es la misma naturaleza de ciertos grupos-R de los aminoácidos que permiten que las reacciones enzimáticas puedan ocurrir. El anillo imidazólico de la histidina permite que este actué como un donante o aceptador de protones a pH fisiológico. Por lo tanto, se lo encuentra con frecuencia en el centro activo de las enzimas. Igualmente importante es la capacidad de las histidinas en la hemoglobina de proteger los iones de H + de la ionización del ácido carbónico en los glóbulos rojos. Es esta propiedad de la hemoglobina que le permite intercambiar el O2 y el CO2 en los tejidos o los pulmones, respectivamente. ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. El alcohol primario de la serina y de la treonina así como el tiol (–SH) de la cisteína permite que estos aminoácidos actœen como nucleofilos durante la catálisis enzimática. Además, el tiol de la cisteína puede formar un enlace de disulfuro con otras cisteínas: Cisteína-SH + HS-Cisteína Cisteína-S-S-Cisteína Este disulfuro simple se identifica como cistina. La formación de enlaces de disulfuro entre cisteínas presentes en las proteínas es importante para la formación de dominios estructurales activos en una gran cantidad de proteínas. Las uniones disulfuro entre cisteínas de diferentes cadenas de polipéptido de proteínas oligoméricas desempeñan un papel crucial en el ordenamiento estructural de proteínas complejas, e.g. el receptor de la insulina. CARACTERÍSTICAS ÓPTICAS DE LOS AMINOÁCIDOS Un átomo de carbón tetraédrico con 4 componentes distintos se dice que es un carbono quiral. El œnico aminoácido que no exhibe quiralidad es la glicina ya que su "grupo-R" es un átomo de hidrógeno. La quiralidad describe la direccionalidad de una molécula que se observa por su capacidad de girar el plano de luz polarizada a la derecha (dextrógira) o a la izquierda (levógira). Todos los aminoácidos en las proteínas exhiben la misma configuración estérica absoluta como el Lgliceraldehído. Por lo tanto, son todos L-α-aminoácidos. Los D-amino ácidos nunca se encuentran en proteínas, aunque existan en la naturaleza. Los D-aminoácidos se encuentran a menudo en polipéptidos que son antibióticos. Los grupos-R aromáticos en los aminoácidos absorben la luz ultravioleta con una absorbancia máxima en la gama de 280nm. La capacidad de las proteínas de absorber la luz ultravioleta es predominante debido a la presencia del triptófano que absorbe fuertemente la luz ultravioleta. EL ENLACE DE PEPTÍDICO La formación del enlace de peptídico es una reacción de condensación que lleva a la polimerización de aminoácidos en los péptidos y las proteínas. Los péptidos son pequeños y tienen pocos aminoácidos. Muchas hormonas y neurotransmisores son péptidos. Además, varios antibióticos y agentes antitumorales son péptidos. Las proteínas son polipéptidos de gran longitud que varían mucho. El péptido más simple, un dipéptido, contiene un solo enlace peptídico formado por la condensación del grupo carboxilo de un aminoácido con el grupo amino del segundo aminoácido con la eliminación concomitante del agua. La presencia del grupo de carbonilo en un enlace de péptido permite que la estabilización de la resonancia de los electrones ocurra de tal forma que el enlace peptídico exhibe rigidez a diferencia del típico doble enlace –C=C–. Se dice por tanto que el enlace peptídico tiene un carácter de doble-enlace. ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. PROTEÍNAS, AMINOÁCIDOS, PÉPTIDOS, Y POLIPÉPTIDOS. H LAS ENZIMAS Las moléculas deben poseer suficiente energía de activación para reaccionar. Las enzimas actúan como catalizadores; disminuyendo la energía de activación, incrementando enormemente la velocidad a la que se producen las reacciones químicas en las células. Una reacción no catalizada requiere más energía de activación que una catalizada, como una reacción enzimática. La menor energía de activación en presencia del catalizador frecuentemente está dentro del intervalo de energía que poseen las moléculas, de tal modo que la reacción puede ocurrir rápidamente, sin adición o con poca adición de energía. Las enzimas son grandes moléculas de proteínas globulares cuyo modo de plegamiento asegura que grupos particulares de aminoácidos formen un sitio activo. Cuando las enzimas pierden su estructura tridimensional característica, se dice que están desnaturalizadas. Las moléculas reactivas, conocidas como sustrato, se ajustan con precisión a este sitio activo. Aunque la conformación de una enzima puede cambiar temporalmente en el curso de una reacción, alterando su estructura, al finalizar la reacción retorna a su conformación. La velocidad de las reacciones enzimáticas también se ve influida por la temperatura y por el pH, que afectan la atracción entre los aminoácidos de la molécula proteica y también entre el sitio activo y el sustrato. Muchas enzimas requieren de cofactores, que pueden ser iones simples, tales como Mg2+ o Ca2+, o como moléculas orgánicas no proteicas conocidas como coenzimas. Muchas coenzimas, como el NAD, funcionan como transportadores de electrones, y diferentes coenzimas mantienen a los electrones en niveles energéticos ligeramente distintos. Muchas vitaminas son parte de coenzimas. Una forma precisa de control enzimático es la interacción alostérica. La interacción alostérica ocurre cuando una molécula distinta del sustrato se combina con una enzima en un sitio diferente del sitio activo y, al hacer esto, altera la conformación del sitio activo tornándolo funcional o no funcional. La inhibición por retroalimentación ocurre cuando el producto de una reacción enzimática, ya sea al final o en una bifurcación de una vía determinada, actúa como efector alostérico, inhibiendo temporalmente la actividad de una enzima, en un paso anterior de la vía. De esta manera, el efector alostérico detiene temporalmente la serie de reacciones químicas. ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Las enzimas también pueden estar reguladas por inhibición competitiva, en la cual una molécula, semejante al sustrato normal, compite por el sitio activo. La inhibición competitiva puede ser revertida aumentando las concentraciones de sustrato. Los inhibidores no competitivos se unen en otro sitio de la molécula, alterando la estructura terciaria, de modo que la enzima ya no puede funcionar. La inhibición no competitiva habitualmente es reversible, pero no por el incremento en la concentración de sustrato. Los inhibidores irreversibles se unen permanentemente al sitio activo o desorganizan irreparablemente la estructura terciaria. Autor: Diana Victoria Netto. Bibliografía: Apuntes de clase - Facultad de Agronomía - U.B.A.. A. Lehninger, D, Nelson y M. Cox. "Principios de bioquímica". Editorial Omega, 2000. Helena Curtis - N. Sue Barnes. "Biología". Sexta edición en español. LOS ACIDOS NUCLEICOS, ESTRUCTURA Y ORGANIZACION DE Watson y Crack, 1953, propusieron el modelo estructural del DNA, y lo describieron como una doble hélice conformada por cadenas poliméricas de cuatro desoxirribonucleótidos conformados por las bases nitrogenadas adenina (A), citocina (C), guanina (G) y timina (T). El carácter constante de los apareamientos específicos dados por puentes de hidrógeno entre A y T (A=T) y entre C y G (C≡G; Chargaff, 1951). La información digital del DNA se refiere un polímero conformado por cuatro tipos de monómeros identificados con las letras A, C, G, T, que puede alcanzar extensiones de algunos millones de pares de bases en bacterias hasta miles de millones en humanos. En esta cadena los monómeros funcionan como símbolos lingüísticos y aparecen formando un texto que al leerse linealmente la información fluye hasta proteínas. El DNA es un texto lineal que puede ser copiado fielmente y se presenta en la forma de dos cadenas complementarias doble hélice. El RNA es un texto lineal copiado (transcrito) de DNA que además, se pliega sobre sí mismo, dando lugar a una estructura tridimensional. Igualmente, las proteínas son una secuencia lineal de amino ácidos traducida a partir de RNA mensajero y además se pliegan dando lugar a una estructura tridimensional. Los ácidos nucleicos (ADN y ARN), desempeñan, tal vez, la función más importante para la vida: contener, de manera codificada, las instrucciones necesarias para el desarrollo y funcionamiento de la célula. La información en las células reside en el genoma, que está formado por DNA menos en el caso de algunos virus que es RNA. El DNA es donde se almacena la información. El alfabeto del DNA con cuatro símbolos (nucleótidos) y él de proteínas ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. con 20 (aminoácidos) se denomina código genético. El código muestra que mediante una asignación en tripletas (64 posibles), de modo redundante, pero sin ambigüedad es posible asignar un código para cada uno de los 20 aminoácidos. El código genético que posibilita la traducción libre de ambigüedad del lenguaje del DNA al de las proteínas, requiere de reconocimientos estructurales específicos (información analógica) entre aminoácidos y RNA de transferencia (t-RNA) y entre aminoacil-RNA-sintetasas (aa-rnasa) y t-RNA y entre aquellas y aminoácidos. El Código Genético Aminoácido Abrev. CdUL Codones de ARNm Alanina Ala A GCA GCC GCG GCU Arginina Arg R AGA AGG CGA CGC CGG CGU Asparagina Asn N AAC AAU Ácido aspártico Asp D GAC GAU Cisteina Cys C UGC UGU Ácido glutámico Glu E GAA GAG Glutamina Gln Q CAA CAG Glicina Gly G GGA GGC GGG GGU Histidina His H CAC CAU Isoleucina Ile I AUA AUC AUU Leucina Leu L CUA CUC CUG CUU UUA UUG Lisina Lys K AAA AAG Metionina* Met M AUG Fenilalanina Phe F UUC UUU Prolina Pro P CCA CCC CCG CCU ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Serina Ser S AGC AGU UCA UCC UCG UCU Treonina Thr T ACA ACC ACG ACU Triptófano Trp W UGG Tirosina Tyr Y UAC UAU Valina Val V GUA GUC GUG GUU Codones para terminación UAA UAG UGA CdUL es el Código de Una Letra utilizado para representar a los aminoácidos en las bases de datos de proteínas. Ejemplo: El código de una letra para el glucagón humano es: HSQGTFTSDYSKYLDSRRAQDFVQWLMNT Letras de los codones: A = Adenina, C = Citosina, G = Guanina, U = Uracil * AUG es el codón de iniciación cuando ocurre al principio de un gen. http://www.scientificpsychic.com/fitness/aminoacidos1.html El ADN es la única molécula capaz de autocopiarse en un proceso llamado replicación. Sólo ocurre cuando la célula va a dividirse. La información contenida ha de expresarse, pero nunca toda a la vez sino por fragmentos llamados genes, en el proceso llamado transcripción. Por este medio se obtienen RNA y hay de varias clases: - rRNA: ribosómico, es un componente importante de los ribosomas. - tRNA: de transferencia, participa en la síntesis de proteínas y se encarga de reconocer a los aminoácidos participantes. - mRNA: mensajero, llevan un mensaje para hacer una proteína durante el proceso de traducción. Flujo de información: es siempre unidireccional. = ó ó = í , ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Ahora conocemos que la información genética puede fluir del RNA a ADN Estructura de los ácidos nucleicos Junto con las proteínas son las macromoléculas más abundantes en las células. Son polinucleótidos porque sus monómeros son nucleótidos. Todo son cadenas covalentes lineales. Nucleótidos: formados por tres componentes: - Azúcar 5 C: Los nucleótidos se diferencian según el azúcar, si es una ribosa forma parte del RNA y si es desoxirribosa del DNA. - Fosfato. - Base nitrogenada: pueden ser de dos tipos: - Purinas: derivados de la purina son adenina y guanosina. - Pirimidinas: derivadas de la pirimidina, uracilo, timina y citosina. En los ácidos nucleicos nunca están sin sustituir. Todas la bases tienen grupos que pueden formar puentes de hidrógeno con más facilidad que la purina y la pirimidina. En el DNA las purinas serán adenina y guanosina mientras que las pirimidinas serán timina y uracilo. En el RNA las purinas son las mismas pero las pirimidinas serán uracilo y citosina pero nunca timina. Las bases nitrogenadas se unen mediante un enlace N-glicosídico. El N es el 1-pirimidinas y el 9-purinas. Base nitrogenada + azúcar → nucleósido + P → nucleótido El P siempre está en el carbono 5 del azúcar. Los nucleótidos pueden tener más de un grupo P. Molécula de adenina del DNA CH2 unido a ribosa y ésta a una base Estas formas existen libres en la naturaleza y son muy importantes para la célula. Al enlace que une P con otro átomo se le llama fosfoanhidro. Si las base en la adenina tendremos AMP, ADP ó ATP respectivamente. Todos los nucleótidos de la misma cadena están orientados de la misma forma y se une el 3´ de un nucleótido con el 5´ del siguiente. Al principio siempre habrá un P libre (5´) y al final un OH (3´). Se representan siempre en dirección 5´ → 3´,que es la dirección en que se sintetizan. El enlace que une dos nucleótidos es fosfodiéster y el esqueleto es muy regular, siendo lo único que varía las bases. Esta secuencia de bases es la que recoge el código genético. ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Estructura primaria de los ácidos nucleicos: formada por la secuencia de nucleótidos. No existe ninguna restricción respecto a la secuencia de bases. Estructura secundaria de los ácidos nucleicos: tridimensional, mantenida por interacciones débiles. Modelo estructural de la doble hélice propuesto por James Dewey Watson y Francis Crick. Se basaron en las experiencias de Chargaff en cuanto a la composición de bases. Descubrió que la cantidad de adenina era igual a la de timina y que la de citosina igual a la de guanina, basándose en difracción de rayos X. Propusieron un modelo de cadenas antiparalelas ordenadas en una estructura helicoidal dextrógira, el modelo de la doble hélice. Resultó que una timina siempre tenía delante una adenina, y una citosina tenía una guanina. Además T-A tiene 2 puentes de hidrógeno y C-G tiene 3, por lo que las bases estarán formando puentes de hidrógeno que dan estabilidad a la molécula. Al organizarse en una hélice el esqueleto, que es hidrofílico, medio acuoso se queda hacia fuera con las bases (hidrofóbicas) hacia dentro. La disposición de las bases es perpendicular al eje de la hélice. Además de los puentes de hidrógeno otras interacciones débiles aportan estabilidad: - Interacciones hidrofóbicas de las bases. - Fuerzas de Van der Waals entre las bases. - la carga negativa de los fosfatos. El fosfato tiene pKa ≈1 por lo que a pH fisiológico estará disociado, por lo que habrán cargas negativas que no estarán desestabilizando porque están asociadas a cargas positivas casi siempre. Como la estructura ha de abrirse para llevar a cabo sus funciones, la molécula de DNA podrá desnaturalizarse (separación de las dos cadenas). Esto se consigue cuando la temperatura sube (temperatura de fusión). A esta temperatura encontraremos 50% de doble hélice y 50% de cadena sencilla. Cuanto mayor sea la cantidad de citosina y timina mayor será la temperatura de fusión porque habrá que romper más puentes de hidrógeno. Al formarse la doble hélice aparecen unos surcos que serán de dos tipos: - Surco mayor: visto el DNA tumbado el pico de arriba. - Surco menor: ídem el de bajo. Estos surcos son importantes porque a través de ellos se pueden ver las bases. A la forma mayoritaria de DNA se la conoce como DNA-B, de 10 nucleótidos por vuelta. Existen otras estructuras pero son minoritarias: > DNA-A: cuando el DNA está en condiciones de deshidratación. Es más ancha (11 nucleótidos por vuelta). Tiene un hueco en el centro porque las bases están un poco ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. distorsionadas y los surcos están poco diferenciados. También aparece cuando el DNA forma estructuras de doble cadena helicoidales. > DNA-Z: doble cadena enrollada a la izquierda de 12 residuos por vuelta. Aparece cuando en la cadena hay citosina y timina alternadas y siempre en cortos fragmentos. Estructura del RNA Los nucleótido está orientados en dirección 5´ → 3´. No existe la timina y en su lugar está el uracilo, y ribosa en lugar de desoxirribosa. El enlace es el mismo. La diferencia más importante es que el RNA es de cadena sencilla, aunque puede presentar estructura secundaria por complementariedad de bases de la misma cadena. Estructura de orden superior: DNA circular y superenrollado En las bacterias el DNA es de doble hélice y circular, uniendo los extremos 5´ y 3´. En las células eucariotas existe en las mitocondrias y cloroplastos. Tiene una propiedad muy importante y es que se puede superenrollar, lo que se podría considerar como estructura terciaria. Hay 2 tipos de superenrollamiento: - Positivo cuando se dan vueltas de más, a la izquierda. - Negativo cuando se quitan vueltas, a la derecha. Se enrolla sobre sí misma tantas veces como le demos vueltas o se las quitemos. Cuando no está superenrollado se dice que está relajado. La forma relajada siempre está en un plano. El superenrollamiento presenta una serie de ventajas: - Hace a la molécula de DNA mucho más compacta. . El DNA celular está superenrollado negativamente, como si le quitáramos una vuelta. lo que hace que eliminemos tensión en la molécula y evitemos que las cadenas estén más separadas debido a ésta. A las moléculas de DNA que sólo se diferencian en el grado de superenrollamiento se les llama topoisómeros y a los enzimas que se encargan de rebajar el grado de superenrollamiento topoisomerasas. El superenrollamiento existe porque el DNA es muy largo y está anclado a proteínas por lo que no tiene libre movimiento. También es debido a que la cadena de DNA está muy enrollada sobre proteínas. Organización del genoma y estructura de los genes ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Procariotas El genoma de un virus puede estar formado por DNA ó RNA y con cualquier combinación. En general las bacterias tienen DNA de doble cadena cerrada y los eucariotas doble cadena de DNA abierta. El genoma es el conjunto de material genético. Todos los genes están en la misma molécula. El tamaño del genoma puede ser de unos 5000 genes y 106 pares de bases. De estos genes sólo algunos estarán repetidos y estos codificarán para un mismo RNA. La mayor parte de los pares de bases tienen significado. Esto sería el cromosoma de la bacteria que en una bacteria está superenrollado para que ocupe un espacio menor, pero no lo veremos circular. Aparte existen otras pequeñas moléculas de DNA llamadas plásmidos. Son circulares y no llevan incorporadas proteínas esenciales, en muchos casos incorporan resistencias a los antibióticos. En procariotas es muy frecuente que las proteínas que trabajan juntas tengan coordinada su expresión. La forma de expresión es el operón, y si se expresan conjuntamente es porque se expresan con un único mensajero. A los mensajeros con más de una información se les llama policistrónicos. Es muy frecuente en procariotas pero rarísimo en eucariotas. Eucariotas En el genoma de los eucariotas no todos los genes están en la misma molécula sino en varias llamadas cromosomas. El número de genes es mucho mayor al igual que el tamaño. Molécula de DNA lineal. Muchos más genes repetidos aunque los policistrónicos no suelen aparecer. Tiene zonas codificadas que no sirven para nada y en algunos casos están muy repetidas. Los exones es lo que se expresa y los intrones lo que no. Los intrones pueden ser eliminados con facilidad obteniendo así la proteína final. El DNA está formado por cromatina, asociado a proteínas siendo mayoría las histonas, que tienen cargas positivas por lo que se enlazarán al DNA que tiene negativas. La cromatina estará difusa en el núcleo y cuando se va a dividir se compacta y se pueden ver bien los cromosomas. Tipos de histonas: Hay 5 tipos: H1, H2A, H2B, H3 Y H4. Se organizan formando un octámero sobre el que se enrolla el DNA. Al octámero de histonas rodeado por 2 vueltas y pico de DNA se le conoce como nucleosoma y el DNA que hay entre nucleosomas es el DNA espaciador. A la H1 se le llama sellando del nucleosoma. Forman una especie de collar de perlas. Estructura del gen Un gen es una unidad de expresión y siempre dará lugar a un RNA. Algunos RNA dan lugar a proteínas (mRNA 6%), otros funcionan como RNA en la célula (rRNA 80%), tRNA (15%) y 5nRNA (RNA del núcleo, muy pequeño, algunos con función ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. catalítica y otros que no se sabe bien su utilidad). El proceso por el cual se obtiene RNA es la transcripción. El lugar donde se inicia la transcripción es el promotor. Asociado a cada gen hay elementos reguladores que tienen que estar delante del promotor y constan de dos partes: - Una proteína. - Algo en el gen donde se une la proteína. En los genes procariotas cada promotor tendrá un operón. Ahora el elemento regulador estará tras el promotor y se le conoce como operador. En los genes eucariotas se copia todo y luego el mensajero pierde los intrones en un proceso que se conoce como maduración del mensajero. Una vez eliminados los intrones se procede a la transcripción. http://www.fisicanet.com.ar/quimica/q2_bioquimica.php http://www.fisicanet.com.ar/quimica/bioquimica/ap07_adn.php http://www.fisicanet.com.ar/quimica/bioquimica/ap07_adn.php Flujo de información: es siempre unidireccional. El ADN tiene la capacidad de replicarse, transmitiendo así dichas instrucciones a las células hijas que heredaran la información. Grupos funcionales El carbono puede formar hasta cuatro enlaces con otros átomos (cada enlace representa uno de los electrones del carbono y uno de los electrones del átomo que se enlazan). La diversidad de los productos químicos orgánicos se debe a la infinidad de opciones que brinda el carbono para enlazarse con otros átomos. Los químicos orgánicos más simples, llamados hidrocarburos, contienen sólo carbono y átomos de hidrógeno; el hidrocarburo más simple (llamado metano) contiene un solo átomo de carbono enlazado a cuatro átomos de hidrógeno. GRUPOS FUNCIONALES ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Grupo funcional o de átomos, unidos de forma característica, que identifica los compuestos de una misma familia orgánica y es el responsable de la semejanza de sus propiedades químicas. Sin embargo, ciertas propiedades son atribuibles fundamentalmente a un grupo atómico ordenado de manera particular, más que al conjunto de la molécula. Las propiedades químicas de los ácidos orgánicos se atribuyen al grupo –C=O, llamado grupo carboxilo FUNCIONES HIDROGENADAS: HIDROCARBUROS Tabla. Funciones hidrogenadas: hidrocarburos FUNCIONES HIDROGENADAS: HIDROCARBUROS. Los hidrocarburos son compuestos formados exclusivamente por átomos de carbono e hidrógeno Descripción Se nombran ALCANOS ACÍCLICOS LINEALES Compuesto Son hidrocarburos saturados de cadena abierta. Con un prefijo que indica el número de átomos de carbono y el sufijo –ano Butano C4H10 CH3CH2CH2CH3 ALCANOS ACÍCLICOS RAMIFICAD OS Son iguales que anteriores pero sustituyentes constituyen ramificaciones. los con que las 2,2-dimetilhexano CH3C(CH3) 2CH2CH2CH2CH3 ALQUENOS hidrocarburos tienen uno o dobles enlaces que más ALQUINOS Se llaman alquinos a los hidrocarburos que tienen uno o más triples enlaces. Se trata de compuestos hidrocarbonados en los que se sustituye uno o varios átomos de hidrógeno por uno o varios átomos de halógenos X El nombre del hidrocarburo se forma con los nombres de los sustituyentes por orden alfabético, añadiendo al final, sin separación, el nombre de la cadena principal. Varias cadenas laterales idénticas se nombran con prefijos di-, tri, tetra-, etc. Se nombran igual que los alcanos pero terminan en eno, y se indica la posición del doble enlace con el localizador más bajo posible. la nomenclatura es análoga a la de los alquenos Igual que el hidrocarburo del que procede indicando previamente el lugar y nombre del halógeno como si fuera un sustituyente alquílico. 2,2-diclorohexano CH3C(Cl)2CH2CH2CH2CH3 DERIVADOS HALOGENA DOS Ejemplo 2-penteno (pent-2-eno) CH3CH2CH=CHCH3 2-pentino (penta-2-ino) CH3CH2CCCH3 ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. HIDROCARB UROS AROMÁTICO S Derivados del benceno Para bencenos polisustituídos, se siguen las mismas normas que para los cicloalcanos. Metilbenceno (Tolueno) FUNCIONES OXIGENADAS Tabla. FUNCIONES OXIGENADAS FUNCIONES OXIGENADAS Las funciones oxigenadas son las que contienen, además de átomos de carbono y de hidrógeno, átomos de oxígeno Compuesto Descripción Se nombran Ejemplo ALCOHOLES (R – OH) Un alcohol es un compuesto que contiene uno o más grupos hidroxilos (-OH) enlazados a un radical carbonado R ÉTERES (R – O – R´) los éteres son derivados de los alcoholes en los que el hidrógeno del grupo – OH es reemplazado por un radical R´ ALDEHÍDOS (R –CHO) En los aldehídos, el grupo carbonilo (C=O) se encuentra unido a un radical R y a un hidrógeno. CETONAS (R – CO – R´) En las cetonas el grupo principal es también el grupo carbonilo (C=O), pero a diferencia de los Los alcoholes que contienen sólo un grupo – OH se nombran añadiendo la terminación –ol al nombre del hidrocarburo correspondiente del cual deriva. los éteres se nombra la cadena más sencilla unida al oxígeno (RO-) terminada en –oxi (grupo alcoxi) seguido del nombre del hidrocarburo que corresponde al otro grupo sustituyente Se elige como cadena principal la cadena más larga que contenga al grupo –CHO. Si se encuentra alguna instauración (doble o triple enlace) se elegirá como cadena principal la que contenga al grupo – CHO y la citada instauración. El nombre del compuesto se obtiene añadiendo al nombre del compuesto que constituye la estructura principal la terminación –al Se obtiene añadiendo la terminación –ona al nombre del compuesto que 2-Hexanol (Hexan-2-ol) CH3CHOHCH2CH2CH3 Metoxietano (Etil metil éter) CH3 OCH2 CH2CH3 2-Metilpentanal CH3 CH2 CH2CH(CH3)CHO 2-Hexanona (Hexan-2-ona) CH3COCH2 CH2 CH2CH3 ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. aldehídos no es un grupo terminal ÁCIDOS CARBOXÍLIC OS (R – COOH) Los ácidos carboxílicos se elige como cadena principal la cadena hidrocarbonada más larga que contenga al grupo principal el cual recibirá el localizador más bajo (el grupo carboxilo se encuentra siempre en una posición terminal). ÉSTERES (R – COO – R´) En un éster, el H que está en el grupo carboxilo es reemplazado con un grupo alquilo. SALES (R – COOM) constituye la estructura principal. Cuando el grupo carbonilo se encuentra como grupo sustituyente en una cadena y no es el grupo principal, entonces se nombra con el prefijo –oxo Se antepone la palabra ácido seguido de los sustituyentes con sus localizadores por orden alfabético, nombre de la cadena carbonada y terminación en –oico. Si hay alguna instauración (doble o triple enlace) la cadena principal sería la que contiene el grupo –COOH y la instauración. se pueden nombrar a partir del ácido del cual derivan, eliminando la palabra ácido, cambiando la terminación – oico por –oato y seguida del nombre del radical que sustituye al H del grupo – OH del ácido Las sales orgánicas se nombran como el ácido del cual derivan, eliminando la palabra ácido, cambiando la terminación –oico por – oato y seguida del nombre del metal que sustituye al H del grupo –OH del ácido. Ácido propanoico CH3CH2 CH2CH2COOH Etanoato de propilo (Acetato de propilo) CH3COOCH2CH2CH3 Etanoato de sodio (Acetato de CH3COONa sodio) FUNCIONES NITROGENADAS FUNCIONES NITROGENADAS FUNCIONES NITROGENADAS Las funciones nitrogenadas son las que contienen, además de átomos de carbono y de hidrógeno, átomos de nitrógeno, aunque también pueden contener átomos de oxígeno. Compuesto AMINAS (R – NH2) Descripción Se nombran Ejemplo Las aminas son los derivados orgánicos del amoniaco, donde uno o más grupos alquilo o arilo están Las aminas pueden ser primarias, secundarias y terciarias según presenten uno, dos o tres radicales R Pentanamina (Pentan-2amina) CH3CH(NH2)CH2 CH2CH3 ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. AMIDAS (R- CO NH2) NITRILOS (R – CºN) – unidos al átomo de nitrógeno. Como clase, las aminas comprenden algunos de los compuestos biológicos más importantes que se conocen unidos al nitrógeno. átomo de Las amidas son derivadas de los ácidos que se forman a partir de la combinación de un ácido con amoniaco o con una amina, las proteínas tienen la estructura de amidas complejas, de cadena larga En todas las proteínas, tanto animales como vegetales, el grupo amida se encuentra repetido miles de veces en forma de cadenas El grupo –CN es terminal, por lo que debe ir en el extremo de la cadena. Los nitrilos se añade el sufijo –nitrilo al nombre del hidrocarburo correspondiente a la cadena carbonada. Etanamida (Acetamida) CH3CONH2 Se trata de un grupo terminal Propanonitrilo (Cianuro de etilo) CH3 CH2CN http://www.gobiernodecanarias.org/educacion/3/usrn/lentiscal/1-cdquimicatic/ficherosq/apuntesformulacionOrganica.htm#alcanos http://www.uam.es/departamentos/ciencias/qorg/docencia_red/qo/l1/gfunc.html Para nombrar correctamente una molécula que contiene grupos funcionales lo primero que hay que hacer es identificarlos: ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Grupos funcionales más importantes Clase Grupo funcional Ejemplo alcanos ninguno CH3-CH3 Etano CH3CH=CH2 alquenos Propeno (homo) aromáticos Tolueno (hetero) aromáticos 3-Metilpiridina CH3-CC-CH3 alquinos 2-Butino haluros de alquilo -halógeno alcoholes fenoles -OH CH3-CH2-OH Etanol Ph-OH Fenol éteres -O- CH3-CH2-O-CH2-CH3 aminas primarias -NH2 CH3-NH2 aminas secundarias -NH- (CH3)2NH aminas terciarias tioles CH3-CH2-Br Bromuro de etilo Dietiléter Metilamina Dimetilamina (CH3)3N Trimetilamina -SH CH3-CH2-SH Etiltiol ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. sulfuros -S- (CH3)3B boranos organometálicos (CH3)2S Dimetilsulfuro Trimetilborano -metal (Li, Mg, Al, etc.) CH3Li Metillitio (CH3)2Mg Dimetilmagnesio (CH3)3Al Trimetilalano aldehídos Etanal cetonas Propanona iminas Metilimina de la propanona ácidos carboxílicos Ácido acético ésteres Acetato de etilo amidas Acetamida haluros de acilo anhídridos Cloruro de acetilo acético nitrilos -CN nitroderivados -NO2 CH3CN Acetonitrilo CH3NO2 Nitrometano Anhídrido ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. sulfonas -SO2- CH3SO2CH3 ácidos sulfónicos -SO2-OH CH3CH2CH2SO2OH Dimetilsulfona Ácido propanosulfónico Una vez reconocidos los grupos funcionales que contiene una molécula hay que determinar cuál es la función principal, según el siguiente orde Las aminas pueden ser primarias, secundarias y terciarias según presenten uno, dos o tres radicales R unidos al átomo de nitrógeno. Para nombrar las aminas primarias (R – NH2) se puede proceder de dos formas. Una consiste en considerar el grupo R como un alcano al cual se le añade la terminación – amina. En este caso hay que buscar para el grupo –NH2 el localizador más bajo posible. La segunda forma consiste en considerar el grupo –NH2 como la estructura fundamental y se nombra el grupo R como un radical al que se le añade el sufijo –amina. Para nombrar las aminas secundarias (R1 – NH – R2) y terciarias (R1 – NR2R3) se toma como estructura principal aquella que contenga un radical R con mayor prioridad de acuerdo con los criterios de selección de cadena principal ya vistos y para indicar que los otros radicales se unen al nitrógeno se utiliza la letra N seguido del nombre del radical correspondiente. También se pueden nombrar las aminas secundarias y terciarias indicando los nombres de todos los radicales sustituyentes seguidos del sufijo –amina. Cuando el grupo –NH2 va como sustituyente se utiliza el prefijo amino-. 3. . Para nombrar un aldehído. Si existen dos grupos –CHO se elegirá como cadena principal la que contiene a dichos grupos y se nombran de igual manera que en el caso anterior finalizando con el sufijo –dial y si además hay presentes instauraciones se les debe asignar los localizadores más bajos. Cuando el grupo –CHO, siendo el grupo principal, se encuentra unido a un sistema cíclico el nombre se formará indicando el sistema cíclico seguido de la terminación –carbaldehído. ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Cuando el grupo –CHO no es grupo principal entonces se nombra con el prefijo – formil. Los hidrocarburos simples son compuestos orgánicos que sólo contienen carbono e hidrógeno. Estos hidrocarburos simples vienen en tres variedades (llamadas alcanos, alquenos y alquinos) dependiendo del tipo de enlace carbono-carbono (sencillo, doble o triple) que ocurre en la molécula. Alcanos Los alcanos son la primera clase de hidrocarburos simples y contienen sólo enlaces sencillos de carbono-carbono e hidrogeno. Para nombrarlos, se combina un prefijo, que describe el número de los átomos de carbono en la molécula, con la raíz que termina en “ano”. He aquí los nombres y los prefijos para los primeros diez alcanos. Átomos de carbono 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Prefijo Nombre de alcanos Meth Eth Prop But Pent Hex Hept Oct Non Dec Metano Etano Propano Butano Pentano Hexano Heptano Octano Nonano Decano Fórmula Química CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 C9H20 C10H22 Fórmula semidesarrollada CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2 CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/Biomoleculas.html ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. La fórmula química para cualquier alcano se encuentra en la expresión CnH2n + 2, donde n es el número de carbonos que se http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/grupos_funcionales.html Funciones oxigenadas A continuación, un cuadro resumen de los grupos funcionales (con su correspondiente función química) donde participan átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno. Presencia de algún enlace carbono-oxígeno: sencillo (C-O) o doble (C=O) Grupo funcional Función o compuesto Fórmula Grupo hidroxilo Alcohol Grupo alcoxi (o ariloxi) Estructura Prefijo Sufijo R-OH hidroxi- -ol Éter R-O-R' -oxi- R-il R'-il éter Aldehído R-C(=O)H oxo- -al -carbaldehído Cetona R-C(=O)R' oxo- -ona Grupo carboxilo Ácido carboxílico R-COOH carboxi- Ácido -ico Grupo acilo Éster R-COOR' iloxicarbonil- R-ato de R'ilo Grupo carbonilo Importante: Nótese que en las funciones alcohol y éter hay sólo enlaces sencillos (de la forma C – O), en cambio en todas las otras funciones oxigenadas hay enlaces dobles (de la forma C = O). Este aspecto es muy importante para definir el número de átomos de hidrógeno que tiene algún compuesto químico. (Ver: PSU: Química, Pregunta 08_2005). ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. Funciones nitrogenadas A continuación, un cuadro resumen de los grupos funcionales (con su correspondiente función) donde participan átomos de carbono, hidrógeno y nitrógeno. Presencia de enlaces carbono-nitrógeno, simples (C – N), dobles (C = N) o triples (C ≡ N) Grupo funciona l Función o compuesto Fórmula Amina Estructura Prefijo Sufijo R-NR2 amino- -amina Imina R-NCR2 _ _ Amida RC(=O)N( -R')-R" _ _ Grupo amino Grupos amino y carbonilo Grupo nitrilo Grupo azo Grupo nitro Nitrocompuest o R-NO2 nitro- Nitrilo o cianuro R-CN ciano- -nitrilo Isocianuro R-NC alquil isocianur o _ Isocianato R-NCO alquil isocianato _ Azoderivado R-N=NR' azo- -diazeno ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA - ECBTI Bioquímica CURSO METODOLÓGICO DE 3 CREDITOS PREGRADO. _ Hidrazina R1R2NNR3R4 _ -hidrazina _ Hidroxilamina -NOH _ hidroxilamin a Funciones halogenadas A continuación, un cuadro resumen de los grupos funcionales donde participan átomos de carbono, hidrógeno y elementos halógenos. Compuestos por carbono, hidrógeno y halógenos. Tipo de compuesto Fórmula del compuesto Prefijo Sufijo Grupo haluro Haluro R-X halo- _ Grupo acilo Haluro de ácido R-COX Haloformil- Haluro de -oílo Grupo funcional http://organica.fcien.edu.uy/gf/nitrilos.htm http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/72-grupos-funcionales.html http://highered.mheducation.com/sites/dl/free/0072442123/65764/samplech05.pdf. http://www.mpcfaculty.net/mark_bishop/Bishop_12_1A_eBook.pdf.
