ASPAEN GIMNASIO LA FRAGUA ASIGNATURA DE BIOLOGÍA 2010
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ASPAEN GIMNASIO LA FRAGUA ASIGNATURA DE BIOLOGÍA 2010 MOLÉCULAS BIOLÓGICAS LOS LÍPIDOS Se designan con el término de lípidos (del griego lypos, grasa) a un conjunto de sustancias que tienen como característica común, el ser insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos como el cloroformo, etanol, éter. Los lípidos se encuentran distribuidos ampliamente en el reino vegetal y animal, están compuestos por Carbono, Hidrógeno y Oxígeno en bajas proporciones. Sus principales funciones son: 1. Energética, son fuentes de energía de uso lento. 2. Cubierta protectora sobre la superficie de organismos, aislante térmico (evita la pérdida de calor) 3. Componente estructural de las membranas biológicas (membrana plasmática). La mayoría de los lípidos (Triglicéridos, Fosfolípidos) están formados por ácidos grasos, estos son largas cadenas compuestas por Carbono, Hidrógeno y Oxígeno, el carbono puede estar en un número de 4 a 24 átomos. Los ácidos grasos se caracterizan por poseer un radical denominado Carboxilo o ácido carboxílico(-COOH). Debido a que están formados por un grupo polar (Hidrófilo) como el –COOH y una cadena apolar, se denominan moléculas anfipáticas. En la cadena carbonada pueden existir dobles enlaces, lo que permite distinguir dos grupos: los ácidos grasos saturados (sin dobles enlaces, saturados con Hidrógenos) y los ácidos grasos insaturados (no están completamente saturados por hidrógenos) Los ácidos grasos insaturados solo se sintetizan en vegetales. El doble enlace presente en ellos les da un carácter fluido como en el aceite, la ausencia del doble enlace como ocurre en los lípidos saturados, origina las ceras, lípidos que presentan una escasa fluidez. CLASIFICACIÓN Existen diferentes tipos de clasificación, dependiendo del autor, a continuación haremos una revisión de la más simple: A. Triglicéridos: Son los lípidos más sencillos y abundantes. Su principal función es de reserva energética celular. Se les conoce también como grasas neutras y resultan por la unión de tres ácidos grasos con una molécula especial llamada glicerol, estos se encuentran en aceites comestibles y mantequilla. Los triglicéridos se clasifican en mixtos y simples. Los mixtos se caracterizan por que sus tres ácidos grasos son diferentes y los simples por que son iguales. Cuando el triglicérido presenta como mínimo un ácido graso insaturado (con doble enlace) es líquido, pero si tiene solo ácidos grasos saturados es una grasa dura. B. Fosfolípidos: A estas moléculas se les conoce como lípidos polares, por el carácter anfipático que tienen. Los Fosfolípidos son importantes componentes en las membranas biológicas, por lo que se les reconoce una función estructural. Desde el punto de vista químico, los Fosfolípidos se encuentran formados por do ácidos grasos más una molécula de glicerol y un grupo fosfato que le da el carácter polar a la molécula. 2 C. Esteroides: Son moléculas muy complejas, de origen lipídico, no tienen ácidos grasos en su estructura, los esteroides derivan de una molécula denominada esterano . El principal esteroide de los animales es el colesterol y el de los vegetales el esfigmasterol. Ambos se presentan en las membranas biológicas contribuyendo a mantener la estructura de esta, su exceso disminuye la fluidez de la mb. Plasmática. El colesterol es importante en la síntesis de sustancias importantes como: Hormonas esteroidales producida por las gónadas, ácidos biliares y varios tipos de vitamina D. LAS PROTEÍNAS Las proteínas son los constituyentes esenciales de la materia viva y, por lo tanto se encuentran en todas las células, tanto en animales y vegetales. Cumplen una función estructural, ya que junto con los glúcidos y lípidos constituyen el armazón de todas las estructuras celulares, tanto animales como vegetales. Pero la importancia biológica radica principalmente en unas proteínas llamadas enzimas, catalizadores biológicos de importancia. Casi todas las enzimas son proteínas, y estas son extremadamente importantes para que ocurran las reacciones químicas ya que sin ellas no podrían realizarse, y por lo tanto la vida no sería posible. Además las proteínas poseen una función energética importante ya que pueden oxidarse produciendo energía utilizable por el organismo. En ciertas condiciones como por ejemplo el ayuno esta función adquiere mayor importancia ya que el organismo obtiene de sus propias proteínas, la energía necesaria para subsistir. Las moléculas de proteína contienen principalmente 4 bioelementos: Carbono, Oxígeno, Nitrógeno e Hidrógeno. También podemos encontrar otros elementos como Azufre, Fósforo, Hierro, Cobre, Magnesio y Yodo. Las unidades o monómeros que forman a las proteínas, son los aminoácidos (aa). Un aminoácido es una molécula formada por un carbono central, Un grupo Amino (NH2), un grupo carboxilo (-COOH), un Hidrógeno y un radical R variable el cual permite diferenciarlos. La figura muestra una estructura general de un aminoácido, es decir todos los aa presentan el carbono central un grupo –COOH, NH2 y H, solo varían en su radical. Los aminoácidos se unen por un enlace peptídico, que une al grupo carboxilo con el del siguiente aminoácido, con la liberación de una molécula de agua, como se muestra en la figura. 3 Según el número de aminoácidos que se unen se conocen: Dipéptido : Aminoácido Polipéptido: aminoácidos. Aminoácido Más de + dos Los aminoácidos pueden clasificarse desde el punto de vista fisiológico en esenciales (que no pueden ser sintetizados por el ser humano por lo tanto son necesarios para conservar la salud, deben ser incluidos en la dieta) y no esenciales (que pueden ser sintetizados). ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS Las proteínas se organizan en cuatro niveles: A. Estructura primaria: Indica la secuencia de aminoácidos y la composición de la cadena polipeptídica. B. Estructura secundaria: Es la forma de espiral que toma la estructura primaria. C. Estructura terciaria: Indica el plegamiento que tiene la estructura secundaria debido a los enlaces que se establecen entre los aminoácidos cercanos. D. Estructura cuaternaria: Corresponde a la asociación de dos o más cadenas polipeptídicas en forma terciaria, estas se unen mediante enlaces débiles o no covalentes Estructura primaria Estructura terciaria Estructura secundaria Estructura cuaternaria FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS A. Enzimática: Participan en las transformaciones químicas, síntesis de moléculas, ruptura de moléculas durante la digestión y obtención de energía. Aceleran las reacciones químicas, disminuyen la energía necesaria para romper y formar enlaces químicos. Ej. Lipasa pancreática, Sintetasas. B. Transporte: Participan en el transporte en la membrana celular y sangre (Ej. La hemoglobina transporta O2) C. Defensa: Los anticuerpos o inmunoglobulinas son proteínas que reconocen partículas extrañas a nuestro cuerpo. D. Movimiento: Participan en la contracción muscular. E. Hormonal: Señales que permiten la comunicación celular. F. Estructural: Forman tejidos ACIDOS NUCLEICOS En las células se encuentran dos variedades de ácidos nucleicos: el ácido ribonucleico (ARN) y el ácido desoxirribonucleico (ADN). El ADN forma genes, el material hereditario de las células, y contiene instrucciones para la producción de todas las proteínas que el organismo necesita. 4 El ARN está asociado a la transmisión de la información genética desde el núcleo hacia el citoplasma, donde tiene lugar la síntesis de proteínas, proceso al cual está estrechamente relacionado. Hay tres tipos de ARN que actúan en el proceso de síntesis de proteínas: ARN mensajero (ARNm), ARN de transferencia (ARNt) y ARN ribosómico (ARNr). Nucleótidos: subunidades de los ácidos nucleicos Los ácidos nucleicos son biopolímeros, pero a diferencia de los polisacáridos como el almidón o el glucógeno, en los que el monómero es una molécula simple, los monómeros de los ácidos nucleicos son los nucleótidos, unidades moleculares que constan de: 1) un azúcar de cinco carbonos, ya sea desoxirribosa en el caso del ADN o ribosa en el caso del ARN; 2) un grupo fosfato y, 3) una base nitrogenada, ya sea una purina de doble anillo o una pirimidina de anillo simple. A la unión de la pentosa y la base nitrogenada por medio de un enlace Nglucosídico se le llama Nucleósido Bases nitrogenadas Purinas Bases nitrogenadas Pirimidinas El ADN contiene las bases púricas Adenina (A) y Guanina (G) y las bases pirimídicas Citosina (C) y Timina (T), junto con el azúcar desoxirribosa y el fosfato. El ARN contiene las mismas bases púricas (A y G), pero en cuanto a las bases pirimídicas el Uracilo (U) reemplaza a la timina. Los nucleótidos se unen entre sí para formar ácidos nucleicos Los ácidos nucleicos, DNA y RNA, son cadenas de desoxirribonuceótidos o ribonucleótidos respectivamente, unidos entre sí por enlaces fosfodiester entre los C 5´y 3´ de las pentosas de nucleótidos consecutivos. De esta forma el extremo 5’ de la cadena polinucleotídica tendrá un grupo fosfato libre y el extremo 3´ un grupo hidroxilo libre. 5 OTROS ÁCIDOS NUCLEÍCOS DE IMPORTANCIA Además de su importancia como subunidades de los ácidos nucleicos, los nucleótidos intervienen en otras importantes funciones celulares. El trifosfato de adenosina (ATP), compuesto de adenina, ribosa y tres fosfatos tiene una importancia destacada como fuente de energía para las células. GUIA DE ACTIVIDADES: ACTIVIDAD 1: Completa el siguiente cuadro, con la ayuda de la información del texto de tu guía. Biomolécula Nombre del monómero Función Ejemplos Proteínas o Péptidos Lípidos Glúcidos o Hidratos de carbono Ácidos nucleicos ACTIVIDAD 2: Construye un mapa conceptual con los siguientes conceptos al reverso de la guía Proteína, triosa, fructosa, hidrógeno, oxígeno, colesterol, hemoglobina, sales minerales, estructura terciaria, vitamina A, lípidos, aminoácidos, enlace peptídico, agua, glúcidos, glucosa, nitrógeno, azufre, disacárido, fosfolípidos, ADN, glicógeno, lactosa, quitina, monosacárido, ARN, estructura primaria, ácidos nucleicos, esteroides, estructura primaria, carotenoides, almidón, retinol, 6 desnaturalización, enlace glucosídico, biomoléculas inorgánicas, gases, carbono, biomoléculas orgánicas, pentosas, hexosas, glucosa, galactosa, sacarosa, trigliceridos, elastina. 7 ACTIVIDAD 3: Representa los datos de la figura 1 en un gráfico de barras e investiga sobre las funciones de cada elemento. Figura 1: Representación esquemática de la composición elemental del cuerpo humano (% del peso corporal). La tabla amplía el segmento indicado por las flechas. ACTIVIDAD 4: La tabla 1 expresa la composición molecular de una célula bacteriana y una célula de mamífero, analízala detalladamente y establece 3 conclusiones. 1------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tabla 1: Composición aproximada de una bacteria tipo y una célula tipo de mamífero 8 ACTIVIDAD 5: Observa y aprecia en la figura 2 la estructura básica de un fosfolípido, distinguiendo que tienen una cabeza polar hidrofílica y una cola formada por ácidos grasos hidrofóbica. Entenderás que esta propiedad es importante en la constitución de la membrana plasmática, ya que en contacto con el agua se forman bicapas con las cabezas hidrofílicas hacia el exterior, interactuando con el solvente, y las colas apolares hacia el interior de la bicapa. NOTA: La membrana plasmática tiene proteínas flotando en la bicapa de lípidos, algunas de las cuales atraviesan la bicapa y sirven de nexo entre el interior y el exterior de la célula (comunican). Figura 2: Modelo de la membrana plasmática formada por proteínas flotando en una bicapa fluida de lipido. DESPUÉS DE ANALIZAR LA IMAGEN CONTESTA: 1. ¿Qué relación crees que existe la fluidez de la membrana y su composición química?