Clase1pdf(MEF)

Las Moléculas de la vida
Introducción a la Química
Biologica
El agua
El agua como solvente
Dentro de los sistemas vivos, muchas sustancias se encuentran en solución acuosa. Una solución es
una mezcla uniforme de moléculas de dos o más sustancias. La sustancia presente en mayor
cantidad, que es habitualmente líquida, se llama solvente, y las sustancias presentes en cantidades
menores se llaman solutos. La polaridad de las moléculas de agua es la responsable de la capacidad
solvente del agua. Las moléculas polares de agua tienden a separar sustancias iónicas, como el
cloruro de sodio (NaCl), en sus iones constituyentes. Las moléculas de agua se aglomeran alrededor
de los iones con carga y los separan unos de otros. Este diagrama muestra al cloruro de sodio (NaCl)
disolviéndose en el agua a medida que las moléculas de ésta se aglomeran alrededor de los iones
individuales sodio y cloruro separándolos unos de otros. Nótese la diferencia entre el modo en que las
moléculas de agua están dispuestas alrededor de los iones sodio y la manera en que se disponen
alrededor de los iones cloruro.
•
Ionización del agua: ácidos y bases
•
En el agua líquida hay una leve tendencia a que un átomo de hidrógeno
salte del átomo de oxígeno al que está unido covalentemente, al otro átomo
de oxígeno al que se encuentra unido por un puente de hidrógeno. En esta
reacción se producen dos iones: el ion hidronio (H3O+) y el ion hidróxido
(OH-). En cualquier volumen dado de agua pura se encuentra ionizado de
esta forma un número pequeño, pero constante, de moléculas de agua. El
número es constante porque la tendencia del agua a ionizarse se
contrapesa con la tendencia de los iones a reunirse. Así, aunque algunas
moléculas están ionizándose, un número igual de otras moléculas está
formándose; este estado se conoce como equilibrio dinámico.
•
Cuando el agua se ioniza, un núcleo de hidrógeno (o sea, un protón) se
desplaza del átomo de oxígeno al cual se encuentra unido covalentemente,
al átomo de oxígeno con el que establece un puente de hidrógeno. Los
iones resultantes son el ion hidróxido cargado negativamente y el ion
hidronio cargado positivamente. En este diagrama, las esferas grandes
representan al oxígeno y las pequeñas al hidrógeno.
• El papel central del carbono
• Un átomo de carbono puede formar cuatro enlaces
covalentes con cuatro átomos diferentes como máximo.
• En términos del papel biológico del carbono, es de gran
importancia que sus átomos pueden formar enlaces entre sí y
así, formar cadenas largas.
• En general, una molécula orgánica deriva su configuración
final de la disposición de sus átomos de carbono, que
constituyen el esqueleto o columna de la molécula. La
configuración de la molécula, a su vez, determina muchas de
sus propiedades y su función dentro de los sistemas vivos.
Moléculas orgánicas
• Constituidas por C, H, O, N, P y S.
• Todas presentan un esqueleto de carbono.
Grupo
– OH
Nombre
Hidroxilo
Importancia biológica
Polar, y por esta razón soluble en agua; forma puentes de hidrógeno
Ácido débil (dador de hidrógeno); cuando pierde un ion hidrógeno adquiere carga negativa:
– C=O
I
OH
Carboxilo
– C=O
I
O- + H+
Base débil (aceptor de hidrógeno); cuando acepta un ion hidrógeno adquiere carga positiva:
–N–H
I
H
Amino
H
I
– C=O
Aldehído
Polar, y por esta razón soluble en agua; caracteriza a algunos azúcares
– C=O
I
Cetona (o carbonilo)
Polar, y por esta razón soluble en agua; caracteriza a otros azúcares
H
I
–C–H
I
H
Metilo
Hidrofóbico (insoluble en agua)
H
I
– N+ – H
I
H
Ácido (dador de hidrógeno); en solución presenta habitualmente carga negativa:
O
II
–P–
OH
I
OH
Fosfato
O
II
– P – O- + 2H+
I
O-
La diversidad y funciones de los comp. orgánicos se deben a la sustitución de los hidrógenos del esqueleto carbonado.
Carbohidratos
• Almacenamiento de energía en todos los seres vivos.
• Forman parte de diversas estructuras de las células
vivas
• 40% de celulosa en paredes celulares de los vegetales.
• Monosacáridos. Azúcares simples: glucosa, ribosa,
fructosa.
(CH2O)n
n=3-8
• Disacáridos. Sacarosa, lactosa, maltosa.
• Polisacáridos. Celulosa, almidón.
Carbohidratos
• Monosacáridos
Carbohidratos
• Monosacáridos
• COMBUSTIBLES BIOLÓGICOS
• Son utilizados por las células para obtener energía
(CH2O)n + nO2 Î CO2 + (H2O)n
Libera energía
Utilizada para funciones celulares
C6H12O6 + 6O2
Î
6 CO2 + 6 H2O
∆H= -673 Kcal
Carbohidratos
• Disacáridos
• Se forman por reacciones de condensación entre dos
monosacáridos.
(CH2O)n + (CH2O)n Î Disacárido + nH2O
Necesita E= 5,5 Kcal/mol
•Por reacciones de hidrólisis pueden dividirse
en sus monosacáridos constituyentes
Disacárido + nH2O Î (CH2O)n + (CH2O)n
Libera E= 5,5 Kcal/mol
• Son utilizados como formas de transporte de hidratos de carbono
en diversos organismos
• Sacarosa: en las plantas fotosintéticas: desde células
fotosintéticas hasta las demás estructuras de la planta.
• Tetrahalosa: transporte por sangre en insectos
• Lactosa: en la leche de mamíferos.
Carbohidratos
• Polisacáridos de
almacenamiento
• Monosacáridos unidos en cadenas largas
• Almidón Î principal reserva alimenticia de la mayoría de las
plantas
Formado a partir de glucosa que se produce en las hojas
verdes y se acumula en estructuras subterráneas.
amilopectina
amilosa
uniones tipo α
• Glucógeno Î principal reserva alimenticia de la mayoría de los
animales
Formado a partir de glucosa
estructura similar a la amilopectina, más ramificada
en los vertebrados se acumula en hígado y músculo
su formación: requiere energía
su hidrólisis: produce energía
Carbohidratos
• Polisacáridos
estructurales
• Aquellos que forman los componentes estructurales de las células y
tejidos
• Celulosa Î principal molécula estructural en la naturaleza
• Quitina
Formado a partir de glucosa
uniones tipo β
microfibrillas cristalinas de celulosa
no puede ser degradado por mismas enzimas que
degradan el almidón y/o el glucógeno
parte de la pared de las células vegetales (40%)
al principio es flexible y permite el crecimiento
en la célula madura, se vuelve rígida y gruesa
es utilizada como combustible de la mayoría de los
animales
sólo algunas bacterias, protozoos y hongos son capaces
de degradar la celulosa, siendo simbióticos en muchos
sistemas digestivos animales.
Î polisacárido complejo
componente principal del exoesqueleto de los artrópodos
pared celular de los hongos
Lípidos
• Sustancias orgánicas insolubles en solventes polares
como el agua y solubles en solventes no polares.
• Funciones Î almacenamiento de energía (grasas y
aceites)
Estructurales (fosfolípidos, glucolípidos,
ceras)
mensajeros químicos (DAG)
aislamiento térmico (panículo adiposo)
• Comparados con los azúcares producen mayor cantidad
de energía al hidrolizarse
• Grasas: 9,3 kcal/g Azúc.: 3,79 kcal/g Prot: 3,12 Kcal/g
• Al ser hidrofóbicos, se compactan más en el organismo y
producen más energía que el glucógeno por g.
Lípidos
• Triglicéridos: glicerol + 3 moléculas de ácidos grasos
moléculas neutras no polares hidrofóbicas
saturadas y no saturadas
grasas, aceites y ceras
• Glucolípidos: glicerol + 2 moléculas de ácidos grasos
cadena de hidratos de carbono corta (1-15)
moléculas anfipáticas con carga negativa
• Fosfolípidos: glicerol + 2 moléculas de ácidos grasos
molécula de fosfato con radical
moléculas anfipáticas con carga negativa
Lípidos
Lípidos
Esteroides: colesterol y derivados
• En todas las membranas animales
• Da rigidez y evita el congelamiento
de la membrana
• Actúan como hormonas.
Aminoácidos y proteínas
•
•
•
•
•
•
Polímeros de aminoácidos
Aminoácidos neutros
Aminoácidos con carga +
Aminoácidos con carga –
20 AA
Esenciales: Lys- Trp-TreMet-Phe-Leu-Val-Iso
• Masa molecular: Da
Organización estructural de las
proteínas
• Estructura primaria
Organización estructural de las
proteínas
• Estructura
secundaria
Lámina β
Estructura de
una enzima
Hélice α
Organización estructural de las
proteínas
• Estructura terciaria
Organización estructural de las
proteínas
• Estructura cuaternaria
En proteínas diméricas,
triméricas y cuatriméricas
Todo tipo de interacciones entre
los AA de las distintas
cadenas
Organización estructural de las
proteínas
• Las estructura 2º, 3º y 4º dependen de la estructura
primaria y del ambiente químico local
• El plegamiento y ensamblado de las subunidades de las
proteínas multiméricas se realizan con ayuda de las
chaperonas moleculares
• Proteínas fibrosas. Con mayor proporción de hélices α
y láminas β que otras proteínas. De función estructural.
• Proteínas globulares. Con gran cantidad de
interacciones puente H, hidrofóbicas, hidrofílicas, S-S.
De función enzimática, Ac, Receptores.
Nucleótidos y ácidos nucleicos
• Llevan la información de la gran
variedad de moléculas de
proteínas de los seres vivos
• Formados por cadenas largas de
nucleótidos
Nucleótidos
• Moléculas complejas
• Formados por 3 subunidades:
– Grupo fosfato
– Azúcar de 5 carbonos
» Ribosa para ARN
» Desoxirribosa para ADN
– Base nitrogenada
» Purinas: Adenina, Guanina
» Pirimidinas: Citosina, Timina, Uracilo
Nucleótidos como elementos
constituyentes de ADN-ARN
Nucleótidos como
transportadores de energía en el
metabolismo celular
La pregunta por la química de la
herencia: ¿DNA o proteínas?
Experimento en el que se descubrió la sustancia que puede transmitir características
genéticas de una célula a otra.
• Resumen de los
•
experimentos de Hershey y Chase que
demostraron que el DNA es el material hereditario
de un virus.
a) Luego de obtener los dos tipos de virus (unos
con el DNA marcado con fósforo y otros con las
proteínas marcadas con azufre) los científicos
infectaron cultivos de bacterias con ambos tipos de
fagos marcados. Una vez infectadas (b), las
células se incubaron en un agitador (c) y luego
fueron centrifugadas para separarlas de cualquier
material viral que permaneciera fuera de las
células(d). Las dos muestras, la que contenía
material extracelular y la que contenía material
intracelular, se analizaron luego en busca de
radiactividad. Hershey y Chase encontraron que el
35S había permanecido fuera de las células
bacterianas, en las cubiertas virales vacías, y que
el 32P había entrado a las células, las había
infectado y había causado la producción de nueva
progenie viral. Por consiguiente, se concluyó que
el material genético del virus era el DNA y no la
proteína. El apoyo al papel del DNA como material
genético procedió también de otros datos
adicionales: 1) Casi todas las células somáticas de
cualquier especie dada contienen cantidades
iguales de DNA, y 2) Las proporciones de bases
nitrogenadas son las mismas en el DNA de todas
las células de una especie dada, pero varían en
diferentes especies.
El modelo de Watson y Crick
La replicación del DNA
Replicación de la molécula de DNA, predicha
por el modelo de Watson y Crick. Las cadenas
se separan al romperse los puentes de
hidrógeno que mantenían unidas a las bases.
Cada una de las cadenas originales sirve luego
como molde para la formación de una cadena
complementaria nueva con los nucleótidos
disponibles en la célula.
El experimento de Meselson y Stahl fue
realizado para determinar que el modo
de replicación del DNA era
semiconservativo
Replicación ADN
Replicación del ADN con AUDIO latino.mp4
El DNA como portador de información
Procedimiento por el cual Beadle y Tatum analizaron los mutantes de Neurospora: ¨un gen una proteina
Sin embargo, esto resultó ser una
sobresimplificación porque, aunque las enzimas son
en verdad proteínas, no todas las proteínas son
enzimas. Algunas proteínas, por ejemplo, son
hormonas, como la insulina, y otras tienen función
estructural, como el colágeno. Como estas
proteínas también son especificadas por genes, se
extendió el concepto original, pero no se modificó,
en principio. "Un gen-una enzima", fue simplemente
corregido a "un gen-una proteína". Posteriormente,
al saberse que muchas proteínas están formadas
por más de una cadena polipeptídica, el concepto
se modificó una vez más al menos impactante, pero
más preciso, "un gen-una cadena polipeptídica".
Más tarde, este concepto también debió ser
corregido.
Procedimiento por el cual Beadle y
Tatum analizaron los mutantes de
Neurospora
Del DNA a la proteína: el papel del RNA
El dogma
La Transcripción
Tipos de RNA
El código genetico
La síntesis de proteínas o
traducción
La Traducción o Síntesis de Proteínas-1.mp4
Mutaciones y evolucion
DNA MUTATION.mp4
Las Mutaciones pueden ser
Neutras
Negativas
Positivas
Uno de los mayores agentes mutagenicos
es las radiación UV
• La capa de O3 filtra la radiacion UV
• Para que se forme O3 debe haber O2
• El O2 lo origina la Vida
• LA RUV produce mutaciones, las
mutaciones evolucion…..
• Imaginemos un planeta donde la vida esta
empezando a desarrollarse
• Un planeta sin capa de O3
• Que pasaría con las moléculas DNA
incipientes?
MENOS O3 MAS Mutaciones MAS Evolución