Ciencias Básicas Plan Común
_ LÍPIDOS, PROTEÍNAS Y ÁCIDOS NUCLEICOS
Unidad Nº 2 de Biología - Ciencias Básicas Plan ComúnTEMAS
1.- Lípidos o Grasas
2.- Proteínas
3.- Ácidos Nucleicos
Grupo heterogéneo de moléculas que comparten la característica de ser hidrofóbicas (es decir, no se disuelven en agua, ya sea en forma parcial o total). Sin embargo, son capaces de disolverse en solventes orgánicos apolares, como alcohol, éter, benceno y cloroformo.
Al igual que los carbohidratos, están formados por C, H y O, pero con una menor proporción de oxígeno. En ocasiones, contienen otros elementos como fósforo y nitrógeno.
La gran variedad estructural de los lípidos nos da como resultado una gran diversidad de funciones. Por ello, los lípidos se pueden clasificar basándose en este último criterio.
a. Lípidos de reserva energética:Ácidos grasos
Están formados por una cadena hidrocarbonada, con un grupo carboxilo en uno de sus extremos (COOH). En general, la cadena es lineal y presenta un número par de átomos de carbono. En ocasiones, presenta ramificaciones.Existen alrededor de 30 tipos distintos de ácidos grasos. Los ácidos grasos saturados son aquellos que presentan enlaces simples en su molécula, sin embargo, los insaturados poseen enlaces dobles.
Los ácidos grasos saturados son de cadena recta, mientras que los insaturados son de cadena quebrada. Son de origen animal.
Los ácidos grasos saturados son sólidos a temperatura ambiente (grasas).
El enlace doble de los insaturados los hace líquidos a temperaturas ambiente (aceites). Los ácidos grasos insaturados forman agrupaciones menos compactas, ya que los pliegues de sus cadenas impiden la proximidad entre las moléculas.
Existen algunos ácidos grasos indispensables para nuestros procesos vitales y, por ello, se denominan ácidos grasos esenciales, como por ejemplo el ácido linoleico y el ácido araquidónico, que deben entonces ser incorporados en la dieta.
El ácido linolénico forma la familia de ácidos grasos omega 6 (W-6), mientras que el ácido alfa linolénico conforma la familia omega 3 (W-3). Estos ácidos grasos son necesarios para un buen funcionamiento cardiovascular, ya que disminuyen los niveles de colesterol y triglicéridos, reducen la agregación plaquetaria en las arterias, previniendo la formación de coágulos.
Funciones:
Las células obtienen energía a partir de la oxidación de los ácidos grasos.
Grasas neutras o triglicéridos
Son moléculas formadas por un glicerol (alcohol) y uno, dos o tres ácidos grasos, unidos mediante enlaces éster. Según esto, se denominan como monoglicéridos, diglicéridos y triglicéridos, respectivamente.Si los ácidos grasos que intervienen son insaturados o presentan bajo número de carbonos, los triglicéridos son líquidos a temperatura ambiente (aceites). En cambio, si los ácidos grasos son saturados o de un alto número de carbonos, son sólidos a esta temperatura y se conocen con el nombre de grasas.
Funciones:
- Constituyen reservas energéticas en animales (grasas) y vegetales (aceites).
- Liberan casi el doble de energía por gramo, comparado con un carbohidrato.
- Son aislantes térmicos.Ceras
Son lípidos formados por ácidos grasos de alto número de átomos de carbono (40 aproximadamente). Son insolubles en agua.
Funciones:
Protectora: Funciona como lubricante o impermeabilizante, se encuentra en piel, plumas, pelo, exoesqueleto de insectos, etc.
Estructural: La cera de abeja permite la fabricación de las celdas que dan forma al panal.b. Lípidos estructurales
Fosfolípidos (fosfoglicéridos)
Son lípidos formados por una molécula de glicerol, dos ácidos grasos y una molécula de ácido fosfórico a la que se une un grupo sustituyente polar, por ejemplo, un alcohol. De esta manera, los fosfolípidos son considerados moléculas anfipáticas. Una molécula anfipática es aquella que presenta una región hidrofóbica (o apolar) y la otra hidrofílica (o polar) en su estructura.La región polar de un fosfolípido corresponde al ácido fosfórico y al grupo sustituyente, mientras que la parte apolar corresponde a las cadenas de ácidos grasos.
Cuando se mezclan con el agua, estas sustancias se agrupan formando pequeñas estructuras esféricas denominadas micelas.
Funciones:
El comportamiento anfipático de los fosfolípidos les permite formar membranas biológicas. En éstas, las colas hidrofóbicas quedan orientadas hacia el interior y las cabezas hidrofílicas se orientan hacia el medio.
Esteroides
Tienen una estructura diferente a la de los otros lípidos. Están formados por cuatro anillos de átomos de carbono unidos entre sí y una cadena lateral hidrocarbonada unida a unos de los anillos (son derivados del ciclopentano-perhidrofenantreno).Dentro de este grupo de esteroides encontramos las sales biliares, el colesterol, las hormonas sexuales, las hormonas de la corteza suprarrenal y la vitamina D.
Funciones:
El colesterol es el más abundante de los esteroides, siendo muy importante en los animales debido a su función estructural. Se encuentra en las membranas celulares y, además, es el precursor de diferentes hormonas sexuales (estrógenos, por ejemplo), suprarrenales (cortisol, por ejemplo) y de las sales biliares.- Las sales biliares emulsionan los lípidos, facilitando la hidrólisis y absorción de grasas de la dieta.
- Vitamina D: Aumenta la absorción de calcio y fósforo en el intestino y favorece la formación de las estructuras óseas.
El colesterol se sintetiza principalmente en el hígado y se transporta por el plasma sanguíneo a través de proteínas específicas, formando complejos denominados lipoproteínas. Para esto existen dos tipos: lipoproteínas de baja densidad (low-density lipoproteins, LDL) y lipoproteínas de alta densidad (high-density lipoproteins, HDL). El colesterol que tiene efectos perjudiciales para la salud es el que forma parte de las LDL, ya que estas lipoproteínas penetran fácilmente en la pared de las arterias liberando colesterol. En cambio, el colesterol de las HDL no resulta perjudicial, porque se transporta hasta el hígado, donde es metabolizado y eliminado. La aterosclerosis es un transtorno que consiste en la acumulación de lípidos, principalmente colesterol, en las paredes de las arterias.
2. Proteínas
Las proteínas revisten importancia central en la química de la vida. Constituyen más del 50% del peso seco de la célula. Desde el punto de vista funcional, las proteínas tienen roles cruciales en prácticamente todos los procesos biológicos.Algunas funciones en las que participan las proteínas son:
a. Aminoácidos
Las unidades básicas que constituyen a las proteínas son los aminoácidos. Cada aminoácido está formado de un grupo amino (NH2) que es básico y un grupo carboxilo (COOH) de naturaleza ácida. Ambos grupos se unen a un átomo de C central, al cual también se une un grupo radical –R- o cadena latera.
En la naturaleza, existe un gran número de aminoácidos. Pero sólo veinte forman parte de las proteínas. Éstos son diferentes entre sí, a nivel de la cadena lateral o grupo R.
Algunas proteínas tienen aminoácidos raros, que son una modificación de uno de los 20 normales, por ejemplo, prolina e hidroxiprolina.
Salvo bacterias y vegetales, el resto de los organismos no son capaces de sintetizar todos los aminoácidos, los cuales se denominan aminoácidos esenciales (correspondiendo a 10).
En solución acuosa, los aminoácidos suelen ionizarse dando lugar a un ión bipolar, o sea, a un ión con una zona cargada en forma negativa y otra cargada en forma positiva. De esta manera, se pueden comportar como ácidos y como bases. Estas sustancias se conocen como anfóteras.
La unión de dos aminoácidos se realiza entre el grupo amino NH2 de un aminoácido con el grupo carboxilo de otro aminoácido, con pérdida de una molécula de agua (condensación). Este enlace se denomina peptídico y es de tipo covalente.
La unión de aminoácidos forma un dipéptido, de tres un tripéptido. Cuando se unen entre sí unos pocos aminoácidos, se denomina oligopéptido. Un polipéptido está formado por muchos aminoácidos, a veces 1.000 o más.
La estructura tridimensional de cada proteína (organización que presenta en el espacio) depende de su composición en aminoácidos y de la disposición de éstos en la cadena.
b. Niveles de organización de las proteínas
Pueden distinguirse cuatro niveles de organización en las proteínas: primario, secundario, terciario y cuaternario.
Estructura Primaria:
Corresponde a la secuencia de aminoácidos de una cadena polipeptídica, la cual está determinada por la información contenida en el ADN. La estructura primaria es mantenida por enlaces peptídicos. Ejemplo de proteína con estructura primaria: insulina, que fue la primera proteína en la que se identificó la secuencia precisa de aminoácidos en sus dos cadenas polipeptídicas.Estructura Secundaria:
Se obtiene como resultado del plegamiento de la cadena sobre sí misma, de modo que la cadena adquiere una estructura tridimensional. Esto está dado gracias a la formación de puentes de hidrógeno entre los aminoácidos.Tipos:
- Una estructura secundaria común es la hélice alfa que implica la formación de enrollamientos en espiral de la cadena polipeptídica. La estructura helicoidal depende de la formación de puentes de hidrógeno entre los aminoácidos en las vueltas sucesivas de la espiral. Ejemplo: el colágeno presente en la piel, uñas, pelo.-Estructura hoja plegada beta: Es una estructura en zigzag, casi completamente extendida. Los puentes de hidrógeno le otorgan rigidez al conjunto. Ejemplo: la fibrina de la seda.
Estructura Terciaria:
En algunas proteínas la estructura secundaria se pliega de nuevo sobre sí misma, debido a las interacciones entre los grupos R de los aminoácidos, dando lugar a la estructura terciaria. Esta disposición plegada y compacta de la cadena polipeptídica, determina una forma aproximadamente esférica o globular.Las interacciones pueden ser:
a) Enlaces de Hidrógeno (H2) entre cadenas laterales.
b) Atracción iónica entre cadenas laterales.
c) Interacciones hidrofóbicas que resultan de la tendencia de los grupos R no polares a enlazarse en el interior de una estructura globular, lejos del agua circundante.
d) Enlaces Covalentes, como los enlaces disulfuro (—S - S—) que se presenta entre los átomos de azufre de dos aminoácidos cisteína.Estructura Cuaternaria:
Este nivel de organización depende del ordenamiento o unión de dos o más cadenas polipeptídicas, para formar una gran proteína. Cada cadena tiene su propia estructura primaria, secundaria y terciaria para formar la proteína biológicamente activa. Por ejemplo: la hemoglobina es una proteína constituida por cuatro subunidades.La estructura de las proteínas determina su función o actividad biológica. La conformación está determinada principalmente por la estructura primaria. La actividad biológica de una proteína puede modificarse por el cambio de un aminoácido de la secuencia. Es el caso de la anemia falciforme, en donde se sustituye en la posición 6 la valina por el ácido glutámico y se modifica la forma de los glóbulos rojos, que puede llevar a la muerte por anemia.
El calor, valores extremos de pH o la presencia de ciertos solventes orgánicos, como el alcohol o la acetona, producen la ruptura de enlaces no covalentes o alteran la carga electroquímica de la proteína. Como consecuencia de estas alteraciones, las proteínas se desnaturalizan, es decir, se pliegan parcial o totalmente y no pueden llevar a cabo su función. Debido a la desnaturalización, las proteínas pierden su estructura tridimensional, pero mantienen se estructura primaria. Por este motivo, en algunos casos la desnaturalización es reversible, así cuando el factor que causa la desnaturalización se elimina, la proteína se vuelve a plegar y recupera su función (renaturalización).
Son moléculas que permiten el almacenamiento y la expresión de la información genética, y que gobiernan la vida de todos los organismos vivos. Los ácidos nucleicos son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). El ADN contiene la información genética para la síntesis de proteínas y ARN de un organismo. Las unidades constituyentes de los ácidos son los nucleótidos, los cuales se unen entre sí por enlaces fosfodiéster, formando una hebra.
a. NucleótidosCada nucleótido se compone de:
Bases Nitrogenadas:
Son compuestos heterocíclicos formados por carbono, nitrógenoe hidrógeno.Clasificación:
- Bases pirimídicas: Están formadas por un anillo y son: citosina (C), timina (T) y uracilo (U).
- Bases púricas: Están formadas por 2 anillos y son adenina (A) y guanina (G),En el ADN, las bases nitrogenadas presentes son adenina, timina, citosina y guanina. En el ARN son adenina, citosina, guanina y uracilo (la timina está substituida por uracilo).
El término nucleósido se refiere a la unión de una pentosa y una base nitrogenada.
Pentosa:
Es un azúcar cíclico que, en el caso del ADN, corresponde a la desoxirribosa y, en el ARN, corresponde a la ribosa.Grupo Fosfato (Ácido fosfórico): A través de este grupo se establece un enlace conocido como fosfodiéster. Enlace covalente realizado entre el carbono 3’ del azúcar y el carbono 5’ del azúcar del nucleótido siguiente. El enlace fosfodiéster permite unir a los nucleótidos.
Los nucleótidos se pueden encontrar unidos entre sí para dar lugar a los ácidos nucleicos, o bien se encuentran libres en las células participando de numerosos procesos metabólicos como, por ejemplo, el ATP (Adenosín trifosfato) y CTP (Citosín trifosfato), entre otros.b. ATP
Es un nucleótido constituido por adenina, ribosa y tres grupos fosfato (Adenosín Trifosfato) (ver la animación). Es de gran importancia, pues es la fuente energética de todas las células. Los dos grupos fosfato terminales se unen al nucleótido por medio de enlaces inestables, por lo que el desprendimiento sucesivo de estos grupos fosfatos proporciona energía a los diferentes procesos metabólicos de la célula.
AMP cíclico:
Se deforma a partir del ATP por acción de la enzima adenilato ciclasa. Se encarga de servir como intermediario de los efectos de algunas hormonas.c. ADN (Ácido Desoxirribonucleico)
El ADN está formado por la unión de desoxirribonucleótidos mediante enlaces fosfodiéster. Este enlace se establece entre el grupo fosfórico del C-5 de una desoxirribosa y el grupo hidroxilo del C-3 de la desoxirribosa del nucleótido siguiente. De este modo, los extremos de la cadena son un grupo fosfórico en C-5’, denominado extremo 5’ y un grupo OH en C-3’, denominado extremo 3’.
El ADN se puede encontrar en forma de cadena sencilla (algunos virus) o doble como en el resto de los seres vivos.
Desnaturalización
El calor o los valores de pH extremos producen la ruptura de los puentes de hidrógeno que unen las cadenas, por lo que éstas se disocian rápidamente. La renaturalización se producirá fácilmente si existe algún fragmento que no se ha separado y mantiene la estructura de doble hélice.d. ARN (Ácido Ribonucleico)
El ARN es una molécula formada por una sola hebra de ribonucleótidos unidos mediante enlaces fosfodiéster.
Existen tres tipos de ARN, tanto en las células eucariontes como en las células procariontes, todos ellos sintetizados a partir del ADN. Cada uno desarrolla una función relacionada con la síntesis proteica (esto último lo aprenderás en el capítulo de Genética).
e. Funciones de los Ácidos Nucleicos
El calor, valores extremos de pH o la presencia de ciertos solventes orgánicos, como el alcohol o la acetona, producen la ruptura de enlaces no covalentes o alteran la carga electroquímica de los ácidos nucleicos. Como consecuencia de estas alteraciones, los ácidos nucleicos se desnaturalizan, es decir, se pliegan parcial o totalmente y no pueden llevar a cabo su función. Debido a la desnaturalización, los ácidos nucleicos pierden su estructura tridimensional, pero mantienen se estructura primaria. Por este motivo, en algunos casos la desnaturalización es reversible, así cuando el factor que causa la desnaturalización se elimina, los ácidos nucleicos se vuelven a plegar y recupera su función (renaturalización).
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