Biomoléculas - Instituto Inmaculada Concepción

Instituto Inmaculada Concepción Valdivia
Departamento de Ciencias y Educación Tecnológica
Biología
Profesora: Daniela Bermúdez Rodríguez
APUNTE COMPLEMENTARIO I MEDIOS
LAS BIOMOLÉCULAS
Se clasifican atendiendo a su composición.
Las biomoléculas inorgánicas son las que no están formadas por cadenas de carbono, como son el agua, las sales
minerales o los gases.
Las moléculas orgánicas están formadas por cadenas de carbono y se denominan Glúcidos, Lípidos, Proteínas y
Ácidos nucleicos.
Las biomoléculas orgánicas, atendiendo a la longitud y complejidad de su cadena, se pueden clasificar como
monómeros o polímeros. Los monómeros son moléculas pequeñas, unidades moleculares que forman parte de una
molécula mayor. Los polímeros son agrupaciones de monómeros, iguales o distintos, que componen una molécula de
mayor tamaño.
BIOMOLÉCULAS ORGANICAS
LOS LÍPIDOS: Están formados por Carbono, Hidrógeno y
Oxígeno, y pueden aparecer en algunos compuestos el
Fósforo y el Nitrógeno. Constituyen un grupo de moléculas
con composición, estructura y funciones muy diversas, pero
todos ellos tienen en común varias características:
 No se disuelven en agua, formando estructuras denominadas
micelas.
 Se disuelven en disolventes orgánicos, tales como cloroformo,
benceno, aguarrás o acetona.
 Son menos densos que el agua, por lo que flotan sobre ella.
 Son untosos al tacto.
Los lípidos se ordenan en los siguientes grupos moleculares:
- Los ácidos grasos: son moléculas formadas por cadenas de
carbono que poseen un grupo carboxilo (COOH) como grupo
funcional.
La parte que contiene el grupo carboxilo manifiesta carga negativa en
contacto con el agua, por lo que presenta carácter ácido (hidrofílica). El
resto de la molécula no presenta polaridad (apolar) y es una estructura
hidrofóbica. Como la cadena apolar es mucho más grande que la parte
con carga (polar), la molécula no se disuelve en agua.
- Glicéridos: Son moléculas formadas por la unión de uno, dos o tres
ácidos grasos, con una glicerina.
. Si la glicerina se une a un ácido graso, se forma un monoglicérido.
. Si la glicerina se une a dos ácidos grasos se forma un diglicérido.
. Si la glicerina se une a tres ácidos grasos se forma un triglicérido.
Funciones de importancia biológica
 Actúan como combustible energético. Son moléculas muy reducidas que, al
oxidarse totalmente, liberan mucha energía (1 gramo libera 9 Kcal/g
mientras que 1gramo carbohidratos o proteínas libera alrededor de 4 Kcal).
 Funcionan como reserva energética. Acumulan mucha energía en poco
peso. Comparada con los glúcidos, su combustión produce más del doble
de energía.
 Los animales utilizan los lípidos como reserva energética para poder
desplazarse mejor.
 Sirven como aislantes térmicos. Conducen mal el calor. Los animales de
zonas frías presentan, a veces, una gran capa de tejido adiposo.
 Son buenos amortiguadores mecánicos. Absorben la energía de los golpes
y, por ello, protegen estructuras sensibles o estructuras que sufren continuo
rozamiento.
- Ceras: Se forman por la unión de un ácido graso de cadena larga con un alcohol. El resultado es una molécula
completamente apolar, muy hidrófoba, ya que no aparece ninguna carga y su estructura es de tamaño considerable.
Esta característica permite que la función típica 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 está
recubierto de una capa cérea para impedir la pérdida o entrada (en animales pequeños) de agua.
- Fosfolípidos: aparecen formando parte de la estructura de las membranas celulares. Estas moléculas presentan
una parte polar (cabeza polar) y una parte apolar (dos colas apolares). Por este motivo, se dice que son anfipáticos.
La región superior comienza con un grupo glicerol unido a dos colas de ácidos grasos, una de las colas es una
cadena de ácido graso saturado, la otra es un ácido graso insaturado, el doble enlace del ácido graso insaturado, le
da a la membrana forma y movimiento en el plano lateral.
- Colesterol: se encuentra en los tejidos corporales y en el plasma sanguíneo de los vertebrados.
Pese a tener consecuencias perjudiciales en altas concentraciones, es esencial para crear la membrana plasmática
que regula la entrada y salida de sustancias que atraviesan la célula.
PROTEINAS: Están formados por Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno. En ocasiones aparecen Fósforo y
Azufre. Este grupo está compuesto por cuatro tipos de moléculas, que se clasifican atendiendo a su tamaño. Son los
aminoácidos, los péptidos, polipéptidos y las proteínas.
Aminoácidos: Son moléculas pequeñas, monómeros de los péptidos y las proteínas.
Poseen un carbono unido a cuatro radicales distintos, uno de esos radicales siempre
es un grupo ácido (carboxilo) y el otro es básico (amina). El tercer grupo es un
hidrógeno y el cuarto es un radical, característico de cada aminoácido.
Los radicales confieren al aminoácido unas características propias. Por ello, estos
radicales se utilizan como criterio de clasificación de los aminoácidos.
Las proteínas, los polipéptidos y los péptidos: se forman por la unión de aminoácidos,
mediante un enlace llamado enlace peptídico, en el siguiente orden: unión de aminoácidos péptidos, unión de
péptidos  polipéptidos, unión de polipéptidos  proteína.
Funciones de las proteínas
 Función estructural: forman estructuras capaces de soportar gran tensión continuada, como un tendón o el armazón
proteico de un hueso o un cartílago. También pueden soportar tensión de forma intermitente, como la elastina de la
piel o de un pulmón. Además, forman estructuras celulares, como la membrana plasmática o los ribosomas.
 Movimiento y contracción: la actina y la miosina forman estructuras que producen movimiento y contracción.
 Transporte: algunas proteínas tienen la capacidad de transportar sustancias, como oxígeno o lípidos, o electrones.
 Reserva energética: proteínas grandes, generalmente con grupos fosfato, sirven para acumular y producir energía, si
se necesita.
 Función homeostática: consiste en regular las constantes del medio interno, tales como pH o cantidad de agua.
 Función defensiva: las inmunoglobulinas son proteínas producidas por linfocitos B, e implicadas en la defensa del
organismo.
 Función hormonal: algunas proteínas funcionan como mensajeros de señales hormonales, generando una respuesta
en los órganos blanco.
 Función enzimática: las enzimas funcionan como biocatalizadores, ya que controlan las reacciones metabólicas,
disminuyendo la energía de activación de estas reacciones.
METABOLISMO CELULAR: ENZIMAS
La nutrición de las células supone una serie de complejos procesos químicos catalizados por enzimas que tienen
como finalidad la obtención de materiales y/o energía. Este conjunto de procesos recibe el nombre de metabolismo.
ANABOLISMO Y CATABOLISMO
El metabolismo va a poder descomponerse en dos series de reacciones:
* Anabolismo. Son aquellos procesos químicos que se producen en
la célula y que tienen como finalidad la obtención de sustancias
orgánicas complejas a partir de sustancias más simples con un
consumo energía (proceso endergónico). Son anabólicos, por
ejemplo, la fotosíntesis, la síntesis de proteínas o la replicación del
ADN.
* Catabolismo. En estos procesos las moléculas complejas son
degradadas formándose moléculas más simples. Se trata de
procesos destructivos generadores de energía (exergónicos); como
por ejemplo: la glucólisis.
LAS ENZIMAS. CONCEPTO DE CATÁLISIS
Las enzimas son proteínas o asociaciones de proteínas y otras
moléculas orgánicas o inorgánicas que actúan catalizando los
procesos químicos que se dan en los seres vivos.
Esto es, actúan facilitando las transformaciones químicas; acelerando
considerablemente las reacciones y disminuyendo la energía de
activación que muchas reacciones requieren.
Las enzimas, como catalizadores que son, no modifican la constante de equilibrio y tampoco se transforman,
recuperándose intactas al final del proceso. La rapidez de actuación de las enzimas y el hecho de que se recuperen
intactas para poder actuar de nuevo es la razón de que se necesiten en pequeñísimas cantidades.
ESPECIFICIDAD DE LAS ENZIMAS
Es de destacar que las enzimas son específicas. Esto es, una enzima puede actuar sobre un sustrato o un grupo de
sustratos relacionados (especificidad de sustrato) pero no sobre otros; por ejemplo: la sacarasa, que hidroliza la
sacarosa.
Otras enzimas, sin embargo, tienen especificidad de acción al realizar una acción determinada pero sobre múltiples
sustratos; por ejemplo: las lipasas que hidrolizan los enlaces éster en los lípidos. Debido a esta especificidad de las
enzimas existen en la célula miles de enzimas diferentes. La especificidad de las enzimas ha llevado a comparar a
éstas con llaves y a los sustratos con cerraduras (modelo de la llave y la cerradura).
Hay dos modelos sobre la forma en que el sustrato se une al centro activo de una enzima:


El modelo llave-cerradura supone que la estructura del
sustrato y la del centro activo son complementarias, de la
misma forma que una llave encaja en una cerradura. Este
modelo es válido en muchos casos, pero no siempre es
correcto.
En otros casos, el centro activo adopta la conformación
idónea sólo en presencia del sustrato. Este es el modelo
del ajuste inducido. Sería algo así como un
cascanueces, que se adapta al entorno de la nuez.
QUÍMICA DE LAS ENZIMAS Y MODO DE ACTUACIÓN
En el pasado las enzimas se conocían con el nombre de fermentos, porque las primeras enzimas estudiadas fueron
los fermentos de las levaduras y de las bacterias. En la actualidad el término fermento se aplica únicamente a las
enzimas que las bacterias, hongos y levaduras vierten al exterior para realizar determinadas trasformaciones: las
fermentaciones.
La mayoría de las enzimas son proteínas, otras poseen una parte proteica (apoenzima) y una parte no proteica,
ambas están más o menos ligadas químicamente.
La conformación espacial de la parte proteica es la responsable de
la función que realiza la enzima.
Prácticamente todas las reacciones químicas que tienen lugar en
los seres vivos están catalizadas por enzimas. La sustancia sobre
la que actúa la enzima se llama sustrato, según la siguiente
ecuación química;
E + S  (ES)  P + E
El sustrato se une a una región concreta de la enzima, denominada centro o sitio activo.
Características del sitio activo:
1.
2.
3.
4.
5.
Responde a una porción relativamente pequeña del volumen total de la enzima.
Es una entidad tridimensional.
Los sustratos se unen a las enzimas por numerosas fuerzas débiles.
Presentan forma de surco o hendidura
La especificidad depende de la disposición exactamente definida de los átomos del centro activo.
El centro activo comprende:
• un sitio de unión, formado por los aminoácidos que están en contacto directo con el sustrato
• un sitio catalítico, formado por los aminoácidos directamente implicados en el mecanismo de la reacción.
FACTORES QUE CONDICIONAN LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
Las enzimas, como sustancias proteicas que son, van a ver condicionada su actuación por determinados factores
físicos y químicos. Algunos de estos factores son:
La temperatura. Como toda reacción química, las reacciones catalizadas enzimáticamente siguen la regla de Van’t
Hoff. Según la cual, por cada 10 °C de aumento de temperatura, la velocidad de la reacción se duplica. No obstante,
las enzimas tienen una temperatura óptima. En el hombre, y en los animales homeotermos como el hombre, esta
temperatura óptima coincide con la temperatura normal del organismo. Los enzimas, como proteínas que son, se
desnaturalizan a elevadas temperaturas.
El pH, que al influir sobre
las cargas eléctricas, podrá
alterar la estructura del
centro activo y por lo tanto
también influirá sobre la
actividad enzimática.
Los inhibidores. Determinadas sustancias van a poder actuar sobre las enzimas disminuyendo o impidiendo su
actuación.
Estas sustancias son los inhibidores. Se trata de moléculas que se unen a la enzima impidiendo que ésta actúe sobre
el substrato.
Envenenadores: Son moléculas que se unen irreversiblemente al
centro activo de la enzima impidiendo permanentemente que esta
actúe. Muchos tóxicos y venenos tienen este modo de actuación.
Los activadores. Son sustancias que se unen a la enzima, que se
encuentra inactiva, cambiando su estructura espacial activándola.
LOS ÁCIDOS NUCLEICOS:
Los ácidos nucleicos son macromoléculas que poseen y transmiten
información hereditaria y determinan qué proteínas produce la
célula. Existen dos tipos en las células, el ácido ribonucleico ARN y el ácido desoxirribonucleico ADN.
Los Ácidos Nucleicos son compuestos químicos formados por C – H – O – N y P.
Químicamente, estos ácidos están formados, por unidades monoméricas llamadas nucleótidos.
Cada nucleótido a su vez, está formado por tres tipos de compuestos:
1. Una pentosa o azúcar de cinco carbonos (pentosas): se
conocen dos tipos de pentosas que forman parte de los
nucleótidos, la ribosa y la desoxirribosa, esta última se
diferencia de la primera por que le falta un oxígeno y de allí su
nombre. El ADN sólo tiene desoxirribosa y el ARN tiene sólo
ribosa, y de la pentosa que llevan se ha derivado su nombre,
ácido desoxirribonucleico y ácido ribonucleico, respectivamente
2. Una base nitrogenada: que son compuestos anillados que
contienen nitrógeno. Se pueden identificar cinco de ellas:
adenina, guanina, citosina, uracilo y timina
3. Un grupo fosfato: compuesto por un átomo de fósforo,
enlazado con 4 átomos de oxígeno
Las moléculas de ácidos nucleicos se componen de cadenas
lineales de nucleótidos, unidos por enlaces fosfodiéster y Nglucosidico.
Funciones: Los ácidos nucleicos tienen al menos dos
funciones:
 Trasmitir las características hereditarias de una
generación a la siguiente
 Dirigir la síntesis de proteínas específicas.
Otras características de estos polímeros son:
 El ADN se encuentra en el núcleo de la célula y posee
la información genética.
 El ARN, que se encuentra en el núcleo y en el
citoplasma de la célula, participa junto con el ADN en
la síntesis de las proteínas.
 Las moléculas de DNA consisten en dos cadenas de
nucleótidos que forman una hélice doble.
 Al igual que una escalera torcida, la doble hélice de
DNA se forma mediante sucesiones de nucleótidos
que hacen una espiral entre sí. Las dos secuencias
se mantienen unidas mediante puentes de hidrógeno
que unen las bases de nucleótidos de distintas
secuencias, las cuales forman los “peldaños” de la
escalera.