Apuntes de 4° medio. Biomoléculas

Lee con atención los apuntes y desarrolla las preguntas en tú cuaderno.
OBJETIVOS: Entender la universalidad de los componentes químicos y las moléculas que forman a los seres vivos.
Conocer las propiedades y funciones de las principales moléculas orgánicas que componen la célula.
Introducción: 
Observa el siguiente vídeo explicativo, pincha...biomoléculas
BIOMOLÉCULAS
La materia viva está integrada por elementos químicos que están también presentes en el mundo inanimado, pero en cantidades muy distintas. Los elementos más abundantes en los seres vivos (C, O, N, H) son aquellos que conforman las moléculas orgánicas que les son propias. También encontramos otros elementos presentes en menor proporción, pero que son muy importantes para el funcionamiento celular, por ejemplo: Ca, Na, Mg, Cl.

La materia viva está formada básicamente por agua (70-80% de la masa corporal), es una molécula inorgánica de gran importancia para las reacciones químicas de los seres vivos, por sus propiedades como disolvente y su gran capacidad calórica. El porcentaje restante de la masa corporal está representado casi en su totalidad por moléculas orgánicas de la materia viva, biomoléculas. Hay cuatro tipos de biomoléculas, las que están presentes en proporciones muy similares en todos los seres vivos: proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucléicos.

La mayoría de las biomoléculas se caracterizan por ser polímeros, es decir, por estar constituidas por la unión de muchas moléculas pequeñas similares entre sí, las que se denominan monómeros. La unión de dos monómeros se llama dímero y de tres, trímero En general, cuando el polímero es pequeño (hasta diez monómeros) se denomina oligómero. Los monómeros se unen a través de un proceso llamado síntesis por deshidratación, pues al producirse, se desprende una molécula de agua. El proceso inverso se denomina hidrólisis (hidro= agua, lisis separación).

PROTEÍNAS
Las proteínas son las moléculas orgánicas más abundantes en la mayoría de los seres vivos. A excepción de las plantas que contienen un mayor porcentaje de celulosa (carbohidrato), las proteínas representan más del 50% del peso en seco de los organismos. Están integradas básicamente por C, H, O y N, y en menor proporción, por S.

Las funciones de las proteínas son variadas; por ejemplo, forman el citoesqueleto y la matriz extracelular; facilitan las reacciones químicas del metabolismo celular (enzimas); reconocen ciertas señales químicas que llegan a la célula; transportan sustancias a través de las membranas; participan en el movimiento tanto de las células como del organismo en su conjunto (cilios, flagelos y músculos); actúan como hormonas; participan en la defensa del organismo (inmunoglobulinas); son sustancias de reserva (por ejemplo, la lactoalbúmina de la leche y la ovoalbúmina de la clara de huevo).

Las proteínas son polímeros cuyos monómeros son los aminoácidos, los que se unen, a través de los llamados enlaces peptídicos, formando largas cadenas cuya estructura se organiza en diferentes niveles. La estructura de una proteína está en directa relación con la función que desempeña. Muchas veces, un pequeño cambio en la estructura proteica hace que la proteína quede incapacitada para realizar su función.

NIVELES DE ORGANIZACIÓN PROTEICA
Estructura primaria: secuencia de aminoácidos.

Estructura secundaria: configuración regular producida por enlaces entre los átomos de la columna vertebral polipeptídica. Puede ser doble hélice o plegada.

Estructura terciaria: estructura tridimensional de la proteína producida por enlaces entre aminoácidos de distintos segmentos de la cadena polipeptídica.

Estructura cuaternaria: estructura formada por la interacción entre dos o más polímeros. Por ejemplo: la hemoglobina.

Se conocen unos 150 aminoácidos diferentes, de los cuales solo 20 forman parte de las proteínas. Se habla de proteína propiamente tal cuando está formada por más de 100 aminoácidos. Si tiene menos, se denomina péptido. Existe una enorme variedad de proteínas, por ejemplo, una bacteria puede tener 1.000 proteínas distintas en su estructura, mientras que el ser humano posee entre 20.000 y 30.000. Los organismos heterótrofos pueden sintetizar diferentes aminoácidos. Aquellos que un organismo no puede sintetizar son aminoácidos esenciales para él y debe incorporarlos a través de los alimentos. En el ser humano, los aminoácidos esenciales son diez: arginina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofano y valina.

Las proteínas pueden asociarse con carbohidratos, formando glicoproteínas, las que suelen estar presentes en la superficie externa de la membrana plasmática y representan la mayor parte de las proteínas secretadas por la célula.

Un tipo especial de proteínas son las enzimas. Las enzimas participan en prácticamente todas las reacciones químicas que se producen en los seres vivos, como agentes catalíticos: Disminuyen la energía inicial invertida para que se produzca la reacción y aumentan su velocidad. Estas reacciones que forman parte del metabolismo celular, pueden ser, en términos generales, de síntesis (anabolismo) o de degradación (catabolismo).

Normalmente, cada enzima cataliza un solo tipo de reacción, y casi siempre actúa sobre un único tipo de molécula o sobre un grupo muy reducido de ellas. La sustancia sobre la que actúa la enzima se llama sustrato. El sustrato se une a una región específica de la enzima, llamada centro activo. Una vez formados los productos, la enzima puede participar en una nueva reacción.

Como todas las proteínas, las enzimas poseen una conformación natural estable y los cambios en ella suelen ir asociados a cambios en la actividad catalítica de la enzima. Casi un tercio de las enzimas requieren la presencia de sustancias no proteicas, denominadas cofactores, para su funcionamiento. Los cofactores pueden ser iones inorgánicos (Fe++, Mg++, Mn++, Zn++) o moléculas orgánicas, en cuyo caso se les llama coenzimas. Muchas coenzimas se sintetizan a partir de vitaminas. Las enzimas requieren para su óptimo funcionamiento de una temperatura y un pH específicos.
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CARBOHIDRATOS O GLÚCIDOS
Los carbohidratos están formados básicamente por C, H y O. Son producidos por plantas, algas y ciertas bacterias, a través de la fotosíntesis. Los carbohidratos cumplen funciones estructurales y de almacenamiento de energía, siendo la principal fuente de energía para los seres vivos. Por ejemplo, la glucosa completamente metabolizada (hasta CO2 y H2 O) libera 686 kcal/ mol. De acuerdo a su complejidad, se distinguen básicamente tres tipos de carbohidratos: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.

– Monosacáridos. Son los más sencillos y son llamados comúnmente azúcares. Algunos ejemplos son la ribosa, la fructosa y la glucosa. Los monosacáridos son el combustible celular y son los monómeros de carbohidratos más complejos.

– Disacáridos. Se forman por la unión de dos azúcares, los más comunes son la sacarosa (glucosa + fructosa), la lactosa (glucosa + galactosa) y la maltosa (glucosa + glucosa). Los disacáridos pueden ser hidrolizados, obteniéndose los monosacáridos que los componen.

– Polisacáridos. Son enormes moléculas (macromoléculas) formadas por uno o varios tipos de unidades de monosacáridos. Algunos polisacáridos importantes son la celulosa, un importante componente de las paredes celulares de las plantas; la quitina, que es el componente básico del exoesqueleto de los artrópodos y de las paredes celulares de los hongos; el almidón, que es la principal molécula de almacenamiento de energía en las plantas; y el glucógeno, una fuente de reserva de energía en los animales.

Los carbohidratos pueden combinarse con proteínas, como vimos anteriormente o con lípidos, formando los glicolípidos, moléculas que están presentes en la superficie de numerosas células animales y que cumplen importantes funciones en la interacción entre células.

LÍPIDOS
Los lípidos son un conjunto heterogéneo de biomoléculas que se caracterizan por ser insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos como benceno, cloroformo y éter. Están constituidos básicamente por C, H y O, y en menor medida, por N, P y S. Como se mencionó anteriormente, los lípidos pueden unirse con carbohidratos, formando glicolípidos. También se encuentran comúnmente asociados con proteínas en las membranas biológicas.

Los lípidos cumplen varias funciones en los seres vivos: Almacenan energía, forman la estructura básica de todas las membranas celulares; son precursores de otras moléculas de importancia biológica como ciertas hormonas, ácidos biliares y vitaminas; y actúan como aislantes térmicos. Hay tres tipos principales de lípidos: grasas neutra
s, fosfolípidos y esteroides.

– Las grasas neutras representan la principal fuente de reserva de energía para la célula, pues pueden almacenar más del doble de energía por gramo que los carbohidratos. Están formadas por glicerol (alcohol) y ácidos grasos. Cuando el glicerol se une a un ácido graso, se denomina monoglicérido; si se une a dos, forma un diglicérido y si se une a tres, un triglicérido.
Los ácidos grasos pueden ser saturados (con todos sus enlaces ocupados por hidrógeno) o insaturados (con enlaces disponibles). Las grasas que contienen alta proporción de ácidos grasos saturados tienden a ser sólidas a temperatura ambiente, y las que contienen alta proporción de ácidos grasos insaturados tienden a ser líquidas a temperatura ambiente. Hay algunos ácidos grasos insaturados esenciales para el ser humano (no los puede sintetizar), como el ácido linoleico, que deben ser incorporados en la dieta, en pequeñas cantidades. En ocasiones, carbohidratos y proteínas son transformados por enzimas en grasas neutras, las que se almacenan como reserva de energía en las células del tejido adiposo.

– Fosfolípidos: Son los lípidos más abundantes en los seres vivos y representan el componente primario de las membranas celulares. Poseen, además, un grupo fosfato y una base nitrogenada. Los fosfolípidos se caracterizan por ser anfipáticos, es decir, una parte de la molécula es hidrofílica (interactúa con el agua) y otra parte es hidrofóbica (repele al agua).
La cabeza de los fosfolípidos es el lugar donde se ubica el grupo fosfato y es hidrofílica, mientras que la cola, formada por los ácidos grasos, es hidrofóbica. Debido a esto, en presencia de medios acuosos los fosfolípidos tienden a disponerse dejando las colas hacia el interior, protegidas del agua, y las cabezas hacia el exterior, en contacto con el agua. En estas condiciones, los fosfolípidos forman bicapas, las que pueden adoptar forma esférica, como vesículas. Esta última es la estructura básica de la membrana plasmática y, en general, de todas las membranas celulares.

– Los esteroides son un grupo variado de moléculas que comparten con los lípidos básicamente su característica de ser insolubles en agua. Entre los esteroides de importancia biológica están el colesterol, las hormonas sexuales, las hormonas secretadas por la corteza suprarrenal y las sales biliares. El colesterol es un importante componente de las membranas de células animales y de la vaina de mielina.
En ciertos casos, el colesterol forma depósitos en el revestimiento interno de los vasos sanguíneos, que pueden bloquear los vasos o reducir su elasticidad, haciendo a las personas susceptibles de sufrir hipertensión, ataques cardíacos y apoplejía.

ÁCIDOS NUCLEICOS
Los seres vivos poseen dos tipos de ácidos nucleicos: ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN). Se caracterizan por ser polímeros lineales (como hebras o cadenas) de un monómero llamado nucleótido. Para formar las hebras de ácidos nucleicos, los nucleótidos se enlazan por sus extremos: la pentosa de un nucleótido se une con el grupo fosfato del nucléotido siguiente.

El ADN es la molécula portadora de la información genética, lo que fue demostrado por Avery y sus colaboradores, en 1944. Su estructura es una doble hélice, según el modelo propuesto en 1953, por James Watson y Francis Crick. El ARN, en tanto, consiste en una hebra única de polinucleótidos y cumple importantes funciones en la síntesis de proteínas a partir de la información contenida en el ADN. Una célula típica contiene 10 veces más ARN que ADN; sin embargo, el ARN es químicamente mucho más inestable que el ADN, puesto que se hidroliza fácilmente en una disolución acuosa. Existe otro nucleótido muy importante denominado Adenosín trifosfato (ATP) que es la fuente de energía primaria de todas las células. Este nucleótido no forma cadenas y está compuesto por adenina, ribosa y tres fosfatos

ACTIVIDADES:
1.- REALIZA UN RESUMEN DE LA GUÍA EN TU CUADERNO.
2.- CONSTRUYE UNA TABLA COMPARATIVA DE LAS BIOMOLÉCULAS, INDICANDO ESTRUCTURA, MONÓMERO Y FUNCION DE CADA UNO.
 Completa los siguientes enunciados según corresponda:
1- Excepción de las moléculas inorgánicas ______________________________________________________________
2- Excelente Disolvente el _____________que impide los cambios bruscos de____________________
3- Inhalamos ____________________ y exhalamos ________________
4- Moléculas que forman parte de los seres vivos ________________________
5- Moléculas orgánicas poseen en su estructura _____________y poseen funciones _________________________y ___________________________
6- Los __________________ mantienen el grado de ____________________ y________________
7- Biomolecula ___________________ formada por C – H – O______________
8- Los ___________________ involucrados producción de energía.
9.- Componente de las membranas celulares____________________ poseen característica________________
10.- Las enzimas permiten_______________________________y son _________________________
11.- Los nucleótidos son_________________________________________
12.- Los monomeros son_________________________________________