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BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS
1.1 NIVELES MOLECULARES
Es importante tener en cuenta el nivel molecular de las partículas por tal de saber en qué tamaño nos
movemos. Podemos diferenciar diferentes niveles moleculares.
Subnivel subatómico
Subnivel atómico: átomos. El átomo es una partícula indivisible (aunque conocemos un nivel subatómico)
formado por protones, neutrones y electrones (protones y neutrones tienen masa; protones y electrones
tienen carga).
Subnivel molecular: los átomos se agrupan formando moléculas, que podrán ser inorgánicas u orgánicas
formadas por C.
Subnivel macromolecular: formado por la unión de moléculas, que dan lugar a polímeros (resultado de
la unión de varias moléculas como las proteínas y los ácidos nucleicos), la unión de varias macromoléculas
dará lugar a asociaciones macromoleculares (como glicoproteínas y cromatina) que podrán unirse y
formar orgánulos celulares (mitocondrias y cloroplastos).
1.2 BIOELEMENTOS
La tabla periódica representa todos los elementos que existen en la naturaleza entre 110-120. Se ordenan
por periodos, y dentro de cada uno ordenados por el número atómico (aumenta a medida que tienen más
electrones).
Número atómico (Z): número de protones de un átomo (si el átomo es neutro, protones=electrones).
Peso atómico: peso real (protones y neutrones) teniendo en cuenta los isótopos (átomos con diferentes
números de neutrones.
Horizontalmente los elementos se ordenan por periodos, y vamos avanzando cuando más electrones
tienen en su capa de valencias. Los gases nobles se caracterizan porque tienen los orbitales llenos de
electrones. Conforme avanza en el periodo, el último es el gas noble, que son muy estables y
prácticamente no reaccionan.
Verticalmente los elementos de la tabla periódica se ordenan en grupos, en la última capa de orbitales
tienen el mismo número de electrones.
Consideramos que un átomo es más electronegativo cuanto más electrón tenga en la última capa de
valencia. Por tanto, si nos acercamos a los gases nobles, tirando hacia atrás en el periodo los átomos serán
menos electronegativos, y conforme nos acercamos a los gases nobles son más electronegativos. Como
más electronegativo es un átomo más reacciona.
+ electronegativo
El hidrógeno compone un 92,7% del universo, el helio un 7,2% y la resta la pequeña proporción restante.
Si hablamos de nuestro organismo, lo más abundante también es el hidrogeno, seguido por el oxígeno,
carbono y nitrógeno (97% del organismo), que juntamente con el fósforo y el azufre son los llamados
bioelementos primarios (representa en 99% de nuestro organismo). De otro lado, los bioelementos
secundarios son metales alcalinos y alcalinotérreos (Na, K, Mg, Ca, Cl) que están en una proporción muy
baja, pero son vitales (ej: permiten mantener el potencial de la membrana). Por último, están los
oligoelementos, que son metales puros que existen en una pequeña proporción a nuestro organismo,
pero también son vitales (Fe, Cu, Zn).
En cuanto a la corteza terrestre, los elementos que encontramos son similares a nuestro cuerpo, pero en
proporciones muy diferentes: el que más le abunda es el oxígeno, seguido del silicio, aluminio, ... A
diferencia de la corteza terrestre, nosotros tenemos más carbono y la corteza es rica en silicio. Esto es
porque el C forma enlaces entre átomos de C muy estables, y además también puede formar enlaces con
otras moléculas electronegativas (la oxigenación del C es un proceso altamente energético - combustión
- pasando a formar parte del CO2, que es fácil de disolver en agua y tiene una biodisponibilidad elevada).
En cambio, el silicio una vez reacciona con el O2 no es biodisponible. De modo que el C es más óptimo
para conseguir energía y para convertirlo en biodisponible (poder reutilizarlo).
1.3 BIOMOLÉCULAS
Las biomoléculas se clasifican en inorgánicas (agua, CO2, sales minerales) y orgánicas (glúcidos, lípidos,
proteínas, ácidos nucleicos). Representación de las moléculas:
- Bolas y bastones: permite ver los enlaces, pero no son como la realidad. Cuando son moléculas
con muchos átomos es un modelo más claro.
- Enlaces (bastones): sólo representa los enlaces de la molécula, pero no los átomos.
- Esferas: es una de las representaciones que más se parece a la realidad, pero no nos permite ver
los enlaces entre los átomos.
- Fórmulas: con la representación de cada elemento y sus enlaces.
- Fórmulas reducidas: se ve la composición de la molécula y los enlaces de forma más esquemática.
- Fórmula empírica: sólo indica el número de átomos que tiene la molécula, pero no da
información los enlaces ni de su estructura.
- Fórmula desarrollada: representa cada átomo y sus enlaces.
- Fórmula semidesarrollada: representa un grupo atómico y algún enlace (CH3-CH3).
- Fórmula estructural: nos da información de la estructura en dos dimensiones de la molécula.
Los átomos se unen entre ellos mediante enlaces químicos, así como los iones y las moléculas.
- Enlace covalente: une átomos con similar electronegatividad. Los electrones de valencia se unen
con otros átomos para ser más estables. Se comparten los electrones. La molécula tiene más
estabilidad. Por ejemplo, el C tiene 4 electrones en su capa de valencia y tiende a conseguir 8,
uniéndose por ejemplo con 4 átomos de H con los que comparte un par de electrones con cada
uno. Son enlaces muy fuertes y estables. Se representa el enlace con una raya (-). Podrán ser
simples (cuando comparten un par de electrones, uno de cada átomo), dobles (cuando
comparten 2 pares de electrones) y triples (cuando comparten 3 pares).
- Enlace iónico: entre dos elementos muy diferentes en electronegatividad. Suele ser un metal y
otro muy electronegativo (no metal). El metal le cede un electrón al más electronegativo. Este se
carga positivamente formando un catión y el más electronegativo se carga negativamente ya que
gana un electrón, formando un anión. No comparten electrones, sino que uno le cede un electrón
al otro.
- Fuerzas de Van der Waals: la distribución de cargas en el átomo es desigual, por lo que puede
influir en átomos vecinos con cargas diferentes para unirse con fuerzas electrostáticas. Son
enlaces muy débiles, pero en muchas cantidades son muy estables.
La distribución de la carga electrónica alrededor de un átomo varía con el tiempo, de manera
que se produce un momento en que la distribución de carga no es simétrica. Esta asimetría
produce las interacciones electrostáticas y hace que los átomos queden unidos. A pesar de ser
fuerzas muy débiles, cuando dos moléculas grandes se aproximan muchos de sus átomos
establecen interacciones de Van der Waals, haciendo que esta fuerza sea considerablemente
más elevada y produce un enlace más fuerte.
- Puentes de hidrógeno: se requiere que el H esté unido covalentemente a un átomo
electronegativo, de lo que puede interaccionar con otro electronegativo. El N o el O pueden estar
unidos a un H porque este forma un puente de H, y el F sería también el ideal porque tiene más
electrones en la capa de valencia, pero encontramos muy poco a la naturaleza. Estos enlaces
unen la doble cadena del ADN. La distancia de unión es más larga que en el enlace covalente.
También son enlaces débiles, pero en gran cantidad dan una gran estabilidad. Los puentes de H
se pueden romper con moléculas de agua, ya que estas pasarán a ocupar los H de los puentes. El
átomo de H está parcialmente compartido entre dos átomos electronegativos (como N y O).
Habrá un átomo donador del puente de H que será el N / O más el H, y otro átomo aceptor del
puente de H, que será un N / O menos estrechamente unido al puente de H. El enlace será más
fuerte cuando más linealmente se encuentren los átomos (en línea recta). Son los responsables
de muchas de las propiedades del agua.
- Puentes disulfuro: algunos aminoácidos tienen grupos "tiol" (SH) que pueden formar puentes
disulfuro permitiendo el plegamiento de las proteínas. Son muy estables.
- Enlace metálico: únicamente entre metales. Se crea una red y los electrones de la última capa
van libremente, creando una nube electrónica.
- Interacciones hidrofóbicas: no es un enlace entre dos átomos. Hay moléculas muy hidrofóbicas
que repelen el agua, por lo que se juntan entre ellas rodeándose de moléculas de agua. Gracias
a ello se pueden hacer bicapas lipídicas y separar compartimentos.
Los átomos que forman moléculas se distribuyen en el espacio de la forma más estable posible. Cuando
hay enlaces dobles se da rigidez en el enlace y por tanto también en la molécula.
Moléculas orgánicas simples: formadas por un solo tipo de átomo (ej: diamante). Llamamos compuestas
las formadas por más de un tipo de átomo (ej: metano).
Tipo de enlace: el C permite crear enlaces covalentes con elementos como H, O, N, ... Al tener 4 electrones
en la última capa de orbitales puede hacer estructuras muy estables y unirse a diferentes grupos.
Cuando el C hace enlaces entre átomos de C, adopta estructuras diferentes, por ejemplo:
- Diamante: hay una hibridación a los niveles de energía de los orbitales, por lo que el C hará 4
enlaces con otros C adoptando la disposición más estable entre átomos de C. Forma una red con
mucha dureza (la más dura).
- Grafito: también es una red de átomos de C pero sólo 3 de los electrones pueden establecer
enlaces, y el
4º queda libre. Esto le da una composición diferente y las propiedades serán totalmente
opuestas
(En vez de tener dureza es fácil de exfoliar).
Estados de oxidación del Carbono: las reacciones entre grupos funcionales son reacciones redox, donde
encontramos:
- Elemento reducido: gana un electrón. Se ganan en forma de átomos de H. El elemento más
reducido es aquel que más electrones tiene y por lo tanto más H.
- Elemento oxidado: pierde un electrón. Pierde los electrones o los H, se junta con moléculas de
O. Cuanto más poder reductor tiene más veces se puede oxidar, por lo que podremos obtener
más energía.
TEMA 2: EL AGUA
El agua es la molécula esencial para la vida. Puede ser, una fuente de energía. Es el estándar científico, ya
que un gramo está definido como el peso del agua contenida en un cubo de 1/100 de m. TODO EN EL
AGUA ES ANÓMALO. Dentro del cuerpo humano, el agua constituye en 70% de nuestro organismo en
nacer y aproximadamente el 60% en la edad adulta. 2/3 de parte es agua intracelular y 1/3 de parte es
extracelular (vascular e intersticial). Hay un equilibrio entre las entradas de agua (ingesta y agua
metabólica) y las salidas.
El agua metabólica proviene de la pérdida de H2O de los enlaces, que es el resultado de la respiración
celular y catabolismo de grasas.
En la natura adopta una disposición angular, en forma tetraédrica con el oxígeno en el medio. Es una
disposición más favorable. Los hidrógenos siempre quedan separados por 150º, aunque se esperaría que
fuese un ángulo de 109º, pero las cargas negativas del oxígeno lo cierran hasta 105º. Como que el oxígeno
es un átomo muy electronegativo, estira el par de electrones que comparte hacia él. Con esto hace que
la molécula este cargada positivamente por una banda (H) y negativamente (O) por otra, formando dipolo
eléctrico.
Las moléculas de agua se unen entre ellas por puentes de hidrogeno (unos 3,4 puentes en cada molécula),
permite que 2H puedan interaccionar con otros O de otras moléculas de H2O. Como el O tiene libres
electrones puede ser receptor de más H, dando lugar a los puentes de hidrogeno. Según la forma como
se establezcan los puentes de H serán más fuertes o más débiles. Los unidos horizontalmente son más
fuertes que los que se unen de forma angular. Son un tipo de enlace débil, pero en un gran número dan
mucha estabilidad a la unión entre las moléculas.
ANOMALIAS
El agua se disocia en protones (H) e hidroxilos (OH). Aunque normalmente el agua no se encuentra
disociada, cuando se produce esta los protones son muy reactivos y reaccionan con las moléculas de agua,
dando protones hidratados (H3O). H2O= H+OH H+H2O=H3O
Normalmente cuando una molécula de agua se ioniza, se produce la reacción: H2O+H2O= H3O + OH. Hay
más cantidad de moléculas de agua que moléculas ionizadas. La concentración de agua en un vaso es 55.5
Molar
En la disociación existe un equilibrio, las moléculas ionizadas pasan a no serlo y otras se ionizan. La
velocidad de disociación depende de la concentración del agua y de una constante (K1). La reacción
contraria a la disociación depende de la concentración de protones y de hidroxilos y de otra constante
(K2).
Podemos definir Kw como la concentración de protones hidratados e hidroxilos: Kw= [H3O+] [OH-]; y el
resultado de esta constante es conocida y tiene un valor de 10 -14 a 25 ºC. De esta manera tenemos que la
concentración de protones hidratados, así como la de hidroxilos es de 10-7.
K1 / K2 = [H+] [OH-] / [H2O]; tanto las constantes (k) como la concentración de agua en agua son
conocidas, por tanto:
Kequilibrio = [H+] [OH-]/ [H2O] = [H+] [OH-]/ 55.5= Kw(equilibrio) = 10-14 (constante de disociación del
agua/ valor de producto iónico del agua a 25Cº).
Por tanto, como que en cada disociación hay 1 protón y un hidroxilo, si la constante de disociación es 10 -
14 podemos decir que la concentración de protones es 10-7 M y la de hidroxilos es la misma.
Así aparece el concepto de PH, que utiliza el logaritmo para reducir las cifras a números más sencillos: Ph=
-log (H) = -log (10-7) =7 (PH neutro, cuando la concentración de protones e hidroxilos es la misma, hay un
equilibrio). El PH expresa la concentración de protones en disolución.
TEMA 3: EL PH
3.1 ÁCIDO Y BASE
Arrhenius (1883) definió un ácido como una substancia que, en disolución acuosa, da protones (HCl= H+
+Cl-) y una base como una substancia que, en disoluciones acuosa da hidroxilos (NaOH=Na+ + OH-). Esta
definición tenía ciertas limitaciones: las sustancias con propiedades básicas que no contienen iones
hidroxilos (como el NH3, ya que algunas substancias son básicas y no tienen hidroxilos) y se limita a
disoluciones acuosas, de manera que requiere una perspectiva más general.
Pero esto, Bronsted- Lowry (1923) hizo otra definición, entendiendo como ácido una especie que tiene
tendencia a ceder un protón, y como base una especie que acepta un protón o libera un hidroxilo. De
manera que esta definición se basa en que se produce una transferencia protónica, y, por tanto, siempre
hablamos de parejas ácido-base conjugados (uno cede y otro acepta). Esta definición ya no se limita a
disoluciones acuosas y se explica
el comportamiento básico de aquellas
sustancias que no tienen hidroxilo.
Hay sustancias que dependiendo con qué las unimos podrán actuar como bases o como ácidos, las
conocemos con el nombre de sustancias anfóteras. Es el caso del agua, que junto con un ácido fuerte
actúa como una base débil, y con una base fuerte puede actuar como un ácido débil. Por ejemplo:
Lewis (1923) definió que para que una sustancia acepte un protón debe tener un par de electrones no
compartidos, de manera que define un ácido como unas especies que puede aceptar pares de electrones
y una base como una especie que puede ceder pares de electrones. El protón es el ácido de Lewis, pero
no es el único, es una definición más general (que no usaremos). Decimos que un ácido / base es fuerte
cuando está muy disociado en solución acuosa, y débil cuando está poco disociado. Los ácidos fuertes
tendrán una elevada tendencia a ceder protones y las bases fuertes tendrán una elevada tendencia a
captar protones. Cuando tenemos un ácido fuerte, como tiene una elevada tendencia a ceder protones,
su base conjugada será débil porque tendrá poca tendencia a captar protones y transformar en su ácido
conjugado. El agua es una sustancia anfóteros, por lo que puede comportarse como un ácido débil o como
una base débil, dependiendo de la sustancia con la que la unimos. Tomando como referencia el agua para
expresar la fortaleza de los ácidos y bases, se ha definido una constante de equilibrio, que será:
Cuanto más fuerte sea el ácido mayor será su constante de acidez (Ka), porque si la constante es mayor
quiere decir que las concentraciones de A y H + son mayores. La constante de acidez definirá la fortaleza
del ácido, es decir, la capacidad de ceder protones. De manera que podemos establecer que: pKa = -log
Ka; cuanto más elevada sea la Ka menor será pKa.
De modo que cuando mayor sea Kb más desplazado estará el equilibrio hacia la derecha y, por tanto, más
mayor será la fuerza de la base o su capacidad para captar protones y convertirse en BH +. También
podremos establecer que: PKB = -log Kb; cuanto más elevada sea la constante de basicidad menor será
PKB.
Como hemos dicho, la reacción de ionización del agua es un equilibrio, por lo que podemos conocer las
concentraciones de protones e hidroxilos en agua pura (explicó anteriormente).
• pH neutro = 7 (agua pura), y el pOH también debe ser 7 y la suma de los dos ha de ser 14
• pH ácido menos que 7 + concentración de H3O+
• pH básico mayor que 7 + concentración de OH-
3.3 DEFINICIÓN DE PH
Las siglas pH significan "potencial de hidrógeno", término que fue definido por el danés Sorensen que le
definir como el logaritmo negativo en base 10 de la actividad de los iones de hidrógeno.
PH + POH=14
La escala del pH puede ir por debajo de 0 o por encima de 14 dependiendo de los protones o hidroxilos
que podamos obtener en una solución acuosa.
Si tenemos un pH de 6, significa que tenemos una concentración de protones de 10-6, por lo que esto es
lo mismo que 1/1000000 y por tanto una variación en el pH es un cambio muy grande en la concentración
de protones, ya que habrá 10 veces más o menos.
El pOH lo definimos como el logaritmo negativo en base 10 de la actividad de hidroxilos, por lo que
siempre será complementario al pH.
POH= -log[OH-]
El pH sanguíneo se encuentra en un rango de 7,38 a 7,42 y una alteración en este hace reaccionar los
grupos funcionales de las biomoléculas. Dependiendo de cómo está el pH las biomoléculas tendrán los
grupos funcionales protonats o desprotonadoss.
Es por este motivo que el cuerpo humano tiene una serie de sistemas para mantener el equilibrio ácido-
base. Estos sistemas se denominan disoluciones amortiguadoras o soluciones tampón. Estas mantienen
un pH constante y evitan variaciones cuando de añade un ácido o una base. Lo hacen con ácidos o bases
débiles y los respectivos conjugados.
Las soluciones tampón son sistemas acuosos que tienden a amortiguar los cambios que se producen en
el pH al añadir pequeñas cantidades de ácido o de base. Están formados por un ácido débil y su base
conjugada o bien por una base débil y su ácido conjugado. Cuando la concentración de ambas especies es
similar el sistema tiene esta capacidad amortiguadora. En esta situación, cualquier aumento en la
concentración de H + podrá ser absorbida por la base conjugada, y si incrementa el OH- será el ácido débil
quien el neutralice cediéndole un H +.
Es la ecuación de Enderson.
Tenemos un ácido (HA) que absorbe los hidroxilos del medio, y su base conjugada (A-) que absorberá los
protones del medio.
Si el equilibrio le añadimos un ácido, se desplazará hacia la izquierda, disminuirá el cociente [A-] / [HA] y
el pH bajará. Pero la cantidad añadida es pequeña comparada con las cantidades (grandes) que hay de A
y HA, el cociente cambiará muy poco y el pH casi no se modificará.
Dado que las concentraciones iniciales de ácido y de su base conjugada son grandes, se puede suponer
que las cantidades que desaparecerán y que aparecerán mientras se va alcanzando el equilibrio son
pequeñas, comparadas con las iniciales. Por lo tanto, en la fórmula anterior del pH (es una fórmula exacta)
las concentraciones en el equilibrio se pueden aproximar por las concentraciones iniciales, mediante la
ecuación de Henderson-Hasselbalch, que indica que cuando el valor del pH de la solución es igual al pKa,
entonces las concentraciones de las dos especies amortiguadoras serán iguales y tendrá la máxima
capacidad amortiguadora:
El pH de una solución amortiguadora depende del Ka y de las concentraciones, esto es lo que determinará
su capacidad amortiguadora, que definimos como la cantidad de ácido o de base que se puede añadir a
un tampón antes que el pH comience a cambiar de manera apreciable. Esta dependerá de:
- Número de moles de ácido y de base (deben ser altos para que la capacidad también lo sea).
- Cociente [base] / [ácido] (porque la capacidad sea alta, debe ser próxima a 1: si es <0,1 o> 10 no
será muy eficiente. La mayor eficiencia será cuando el pH = pKa).
Dentro de la célula la base más abundante son los iones K, y el ácido más abundante es el fosfato. De
manera que la solución tampón que mantendrá el pH será una basada en el ácido fosfórico. Fuera de la
célula hay abundantes iones bicarbonato, por lo que la solución tampón se basará en la disociación del
ácido carbónico.
En la sangre, el tampón fosfato actúa ya que tiene un pKa muy parecido al pKa de la sangre. Presenta una
acción amortiguadora ya que hay una zona en el que el pH se mantiene igual, aunque seguimos añadiendo
ácido.
Otro ejemplo es el ácido acético (interviene un ácido débil (CH3COOH) y su base conjugada (CH3COO-),
En el momento que las concentraciones sean iguales, esta solución tendrá la máxima capacidad
amortiguadora. Sin embargo, hay una región llamada región amortiguadora que es donde habrá
variaciones de pH muy pequeñas).
pH = pKa
3.5. INDICADORES DE PH
Son ácidos o bases débiles de los que las formas ácido / bases conjugadas presentan colores diferentes,
es decir, que cambian de color dependiendo de si el medio es
ácido o base.
Cuando a una disolución le añadimos un indicador, estarán presentes las dos especies Hindi y Ind-. Cada
tipo de indicador tendrá un intervalo de viraje, es decir, una interpretación de los colores dependiendo
del pH al que aquella sustancia cambio.
AMPLIACIÓN pH
Teoría de Bronsted-Lowry: un ácido es aquella sustancia capaz de ceder protones y una base capaz de
captar protones.
Estas sustancias que dependiendo en qué solución se encuentran podemos comportarse como ácidos o
como a bases denominan anfóteras o amfipróticas.
Cuando tenemos agua pura hay una proporción muy pequeña de la misma que está ionizada, es decir,
que la encontramos en forma de iones H3O + y OH-. De manera que se cumple que:
Por tanto, en el agua pura hay la misma cantidad de iones oxonio que de iones hidróxido. Hemos dicho
que una parte muy pequeña de agua está ionizada, por lo que el equilibrio está muy desplazado hacia la
izquierda.
En las soluciones ácidas habrá un exceso de iones oxonio, pero siempre las concentraciones de hidroxilos
y Oxon deberán ser constantes, ya que responden a Kw. Por tanto, en una solución ácidos oxonio>
hidróxido y en una solución básica oxonio <hidróxido.
CONCEPTO DE PH:
Podemos determinar la acidez o basicidad de una sustancia por la concentración de iones oxonio que
presenta. De modo que el pH podremos calcularlo basándonos en esta. Del mismo modo, podremos
relacionarlo con el pOH, ya que sabemos que: pH + pOH = PKW, por lo que si sabemos que PKW es 14
(porque -log de 10-14 = 14) tendremos que la suma de pH y pOH deberá ser siempre 14. Para tanto,
cuando una solución es ácida el pH estará por debajo de 7, neutra estará igual a 7 y básica estará por
encima de 7.
Un ácido fuerte tiene una gran tendencia a transferir un protón y una base fuerte tiene una gran afinidad
por los protones (Los capta). Para calcular la fortaleza usamos el H2O como base para compara los ácidos
y como ácido para comparar las bases. Lo calcularemos basándonos en la fórmula ya mencionada sobre
la constantede equilibrio de las reacciones ácido-base:
Cuanto mayor sea la Ka más fuerte será el ácido y más débil será su base conjugada.
Cuanto mayor sea la Kb más fuerte será la base y más débil su ácido conjugado. Como la fortaleza de un
ácido o base está directamente relacionada con la debilidad que tendrán sus conjugados, podemos
relacionar Ka y Kb, de forma que:
Son aquellas en las que el pH se modifica muy poco cuando se diluye o se añaden cantidades moderadas
de ácidos o bases, aunque sean fuertes. Están formadas por una mezcla de ácido débil y su base conjugada
o bien por una mezcla de base débil y su ácido conjugado.
Supongamos que tenemos una solución tampón basada en un ácido débil HA:
pH = pKa. Así, tendremos que mezclando pares diferentes de ácido-base conjugados y ajustando las
concentraciones en la misma cantidad, podremos conseguir soluciones tampón que tendrán el máximo
efecto cuando pH sea igual a pKa.
TEMA 4: GLÚCIDOS
Los glúcidos, carbohidratos, hidratos de carbono o sacáridos son biomoléculas compuestas principalmente
de carbono, hidrógeno y oxígeno, aunque algunos de ellos también contienen otros bioelementos tales
como nitrógeno, azufre y fósforo. Son compuestos que contienen un grupo aldehído o cetona y dos o más
grupos hidroxilos.
1.MONOSACÁRIDOS
Según el número de carbonos pueden ser triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, heptosas. Las cetosas de
4 o más carbonos se añade el infijo “ul”.
1.1 ISOMERÍA
La esteroisomería se produce ya que los monosacáridos tienen uno o más carbonos quirales (4 grupos
funcionales diferentes).
- Enantiómeros: son imágenes especulares entre sí. Distinguimos D y L.
La formación cíclica en los monosacáridos se produce cuando tenemos + de 5 carbonos, ya que son
inestables en disolución acuosa. El grupo carbonilo forma enlace covalente con el hidroxilo, formando un
enlace hemiacetal o hemicetal. Se pierde el doble enlace, el O del alcohol del último carbono asimétrico se
enlaza con el carbono aldehído o cetona y el hidrogeno del alcohol se le da al que ha perdido el doble
enlace. Encontramos anómeros alfa (abajo OH) y beta (arriba OH).
2.1 PROPIEDADES
- Los enlaces glucosídicos de hidrolizan con facilidad en presencia de ácidos, pero son resistentes
a la hidrólisis básica.
- Hay enzimas capaces de hidrolizar el enlace glucosídico, es decir romper su molécula (-asa).
- Son solubles en agua, son dulces y sólidos cristalinos. De color blanquinoso. La lactosa y la
maltosa son reductores.
- Puede reducirse cuando el carbono anomérico de los componentes no está implicado en el enlace
de los monosacáridos.
• MALTOSA: formada por dos D-glucosas por enlace 1alfa→4. Es reductor y se obtiene por hidrólisis
del almidón y glucógeno. Aparece en la germinación de la cebada empleada en la fabricación de
la cerveza.
• LACTOSA: formada por b-D-galactosa y D-glucosa unidas por enlaces 1beta--<4. Es reductor y
se encuentra en la leche de los mamíferos.
• SACAROSA: formada por a-D-glucosa y b-D-fructosa con enlace 1alfa→2beta unidas por sus
carbonos anoméricos. Azúcar de mesa. No tiene poder reductor por su enlace dicarbonílico.
• CELOBLOSA: formadas por D-glucosas unidas por enlace 1beta→4. Se obtiene por hidrólisi de la
celulosa.
Algunas personas tienen intolerancia a la lactosa y se debe a la escasez de una enzima que se produce en
el intestino delgado (la lactasa). Una persona puede tener niveles bajos de lactasa y aún así ser capaz de
digerir productos lácteos.
3.POLISACÁRIDOS
También llamados glucanos, distinguimos los homopolisacáridos que solo tiene un tipo de monómero y los
heteropolisacáridos que están formados por diferentes monosacáridos.
3.1 HOMOPOLISACÁRIDO
• ALMIDÓN: sintetizado por los vegetales, son su reserva energética. Está formado por dos
polímeros de la glucosa, la amilosa (homopolisacárido no ramificado Glca1→4Glc) y la
amilopectina (mismos enlaces, pero ramificada, presenta una ramificación Glca1→6Glc cada 24 o
30 residuos).
La molécula de almidón adopta una disposición en hélice, dando una vuelta por cada 6 moléculas
de glucosa, además, cada 12 glucosas presentan ramificaciones 1ª→6. En disoluciones de iodo
se tiñe de violeta (Logol). Se encuentra con abundancia en semillas de los cereales y tubérculos
de la patata.
• GLUCÓGENO: sintetizado por los animales, son su reserva energética. Enlaces 1ª→4 y
ramificaciones cada 6-8 residuos de enlaces 1ª→6.
PROPIEDADES
• CELULOSA: sintetizado por los vegetales, constituye la pared celular de los vegetales. Está
compuesto por residuos de glucosa, no presenta ramificaciones y se diferencia de la amilosa por
tener enlaces Glc(1b→4)Glc.
Las vacas pueden digerir la celulosa y los humanos no por la ausencia de O en el rumen, lo cual
permite la proliferación de algunas bacterias que si sintetizan estas enzimas y que les permite
digerirla. Tienen una estructura rígida y
estable por los enlaces de PH y VdW.
• QUITINA: sintetizado por animales e insectos, estructural para el esqueleto de los artrópodos,
invertebrados y musclos. Mismos enlaces que la celulosa sin ramificaciones, pero el residuo
monomérico es la N-acetilglucosamina.
3.2 HETEROPOLISACÁRIDO
3.3 GLUCOCONJUGADOS
1. LÍPIDOS DE ALMACENAMIENTO
Los ácidos grasos son los constituyentes principales de los lípidos de almacenamiento, son usados por el
organismo para obtener energía.
18:3 9,12,15
Localización de insaturaciones
Nº de insaturaciones
Nº de C
PUFA es la familia de ácidos grasos insaturados que cuando constan de un doble enlace entre el C3 y
el C4 se denominan ácidos grasos de omega-3. Esta nomenclatura empieza a nombrar los carbonos
desde el C omega (tienen gran importancia en la nutrición humana).
PROPIEDADES
- Suelen ser componentes de lípidos más complejos (triacilgliceroles o ceras), o libres en la
sangre unidos a una proteína transportadora.
- Se pueden oxidar con facilidad generando una gran cantidad de energía.
- Comportamiento anfipático (cabeza polar y cadena alifática apolar).
- Muy pocos soluble en agua pero solubles en disolventes apolares. Mayor longitud→ menos
solubilidad.
- Su punto de fusión es más elevado cuando aumenta la longitud de la cadena. En saturados
(están más ordenados) tienen mayor punto de fusión que en insaturados.
• CERAS: son almacenes de energía y cubiertas impermeables al agua. Están formados por:
PROPIEDADES
- Total insolubilidad. Secretadas por los vertebrados para proteger la piel y el pelo mediante
su impermeabilización.
- Punto de fusión más elevado que el de los triacilgliceroles.
- Protege diversas partes y órganos de vegetales y animales.
2.LÍPIDOS ESTRUCTURALES
Son todos aquellos lípidos que forma parte de las estructuras celulares como la MP. Son polares y
anfipáticos. Los lípidos anfipáticos que se forman en el agua con las micelas, bicapas lipídicas y los
liposomas (membrana biológicas).
El modelo del mosaico fluido de las membranas biológicas nos explica que esta formada por una bicapa de
lípidos y proteínas unidos de forma no covalente, lo que le proporciona es fluidez a la membrana y
permeabilidad selectiva.
ENLACE ÉSTER
SATURADO
MOLÉCULA
GLICEROL INSATURADO
CADENA LATERAL si es H es un
FOSFATO ácido fosfatídico.
Las cabezas polares y los grupos fosfatos están cargadas a pH fisiológico. Y se nombran según el alcohol
polar en el grupo de la cabeza, y puede estar cargado negativamente, ser neutro o positivamente.
El glicerol-3-fosfato es el armazón de los glicerofosfolípidos (son derivados del ácido fosfatídico). Los
glicerofosfolípidos con enlace éter son plasmalógenos, es un factor activador plaquetario.
PROPIEDADES
2.2 ESFINGOLÍPIDOS
- Aislamiento térmico.
- Los glucoesfingolípidos con residuos de NANA pueden alterar las concentraciones de Ca.
- Reconocimiento celular
PROPIEDADES
2.3 ESTEROLES
Son lípidos estructurales que se hallan presentes en la membrana de la mayoría de las células eucariotas.
Existen varios, siendo el más importante el colesterol por su presencia en células animales.
Formado por un núcleo esteroide, rígido, hidrofóbico y plano, formado por 4 anillos de C (6C y uno de 5C).
presenta un OH en el C3 y una cadena alifática en el C17.
PROPIEDADES
- Anfipático
- Precursores de diversos productos con actividades biológicas específicas
- Es isoprenoide.
3.LÍPIDOS CON FUNCIONES ESPECÍFICAS
3.1 LÍPIDOS SAPONIFICABLES
Los lípidos saponificables agrupan los derivados por esterificación u otras modificaciones de AG, y se
sintetizan en los organismos a partir de la aposición sucesiva de unidades de dos C.
PROPIEDADES
- Mayor solubilidad
- Se transmiten por la sangre y van asociadas a unas proteínas
para llevarla a compartimento diana.
- Se encuentran en concentraciones muy bajas.
- Son emulsionantes de grasas (bilis).
- La vitamina D también es un esterol derivado del colesterol.
Función en el metabolismo del fosfato y del calcio, importante
en los tejidos óseos. Su déficit provoca raquitismo en humanos.
Los aminoácidos difieren uno de otro por la cadena lateral o grupo R, que varían en
estructura, tamaño, carga eléctrica e influyen en la solubilidad.
Según el pH de la disolución que se encuentran pueden presentarse en forma iónica (zwitterionic o ion
híbrido, que quiere decir que tienen presente tanto una carga positiva como negativa) o la no iónica, que es
sin tener en cuenta el Ph y no se encuentran en soluciones acuosas.
Los carbonos adicionales de un grupo R se denominan β, γ, δ, ε… empezando siempre a partir del carbono
α. Sin embargo se suelen numerar, siendo el C1 el carbono carboxílico.
Cada uno de los 20 aminoácidos tiene, además del nombre vulgar, que tiene relación con el lugar donde se
encontró por primera vez el aminoácido (la asparagina se encuentra en grandes cuantidades en el
espárrago), un código de tres letras que suelen ser las tres primeras de su nombre en inglés y un código
de una sola letra, que es o la primera letra del aminoácido o alguna relacionada con la pronunciación del
aminoácido en inglés.
• GRUPO R AROMÁTICO: sus cadenas laterales aromáticas son relativamente apolares y por ello
estos aminoácidos también pueden participar en interacciones hidrofóbicas. El grupo hidroxilo de
la tirosina tiene importancia por ser capaz de formar enlaces de hidrógeno y constituye el grupo
funcional de algunos enzimas. Tienen la capacidad de absorber la luz ultravioleta (λ = 280 ηm),
especialmente el triptófano y la tirosina. Son los más voluminosos de todos los aminoácidos, lo
que hará que no aparezcan en determinadas situaciones.
• GRUPO POLAR SIN CARGA: sus grupos R son más solubles en agua, o más hidrofílicos, que
los de los aminoácidos apolares debido a que contienen grupos funcionales con diferencias de
densidad de carga, que forman enlaces de hidrógeno con moléculas de agua. La polaridad de la
serina y treonina proviene de su grupo hidroxilo (sujeto de O-glucosidaciones de proteínas); en el
caso de la cisteína su grupo sulfhidrilo, que es un ácido débil que puede establecer enlaces de
hidrógeno débiles con el oxígeno o el nitrógeno; y en el de la asparagina y la glutamina de sus
grupos amido. La cisteína e oxida con suma facilidad formando
un aminoácido dimérico (ambos monómeros son la cisteína)
que se llama cistina, en el que ambas moléculas están unidas
por un enlace disulfuro, que tienen mucha importancia en la
estructura de muchas proteínas.
• GRUPO R CARGADO NEGATIVAMENTE (ácidos): Los dos aminoácidos que tienen grupos R
cargados negativamente a pH próximo a 7 son el aspartato y el glutamato, cada uno de los cuales
tiene un segundo grupo carboxilo. Nótese que el aspartato y el glutamato son igual que la
asparagina y la glutamina sustituyendo el grupo amida por un grupo carboxilo.
También encontramos otros aminoácidos:
3. ENLACE PEPTÍDICO
Los aminoácidos están unidos por enlaces peptídicos para formar cadenas polipeptídicas, formando la
estructura primaria de la proteína. El enlace peptídico se da entre el grupo carboxilo del carbono α1 y el
grupo amino del carbono α2. El enlace peptídico es plano, rígido y con configuración trans.
Es una reacción de condensación, de manera que siempre se desprenderá una molécula de agua (-CO-
NH- + H2O). Todos los grupos del aminoácido que eras ionizables dejan de serlo para que pasen a formar
parte del enlace amida, por lo que sólo quedarán el primer grupo amino (extremo amino-terminal o N
terminal) y el último grupo carboxilo (extremo carboxilo-terminal o C-terminal) como ionizables, a no ser que
haya otros grupos que puedan ionizarse en la cadena lateral de los aminoácidos. De manera que para
determinar la carga neta del polipéptido tendremos que fijarnos en las cargas de las cadenas laterales, que
de este modo serán ellas también las que determinarán el punto isoeléctrico. El enlace amida que se forma
entre el C y el N es un enlace rígido y plano (es un tipo de enlace simple pero tiene las propiedades y
características de un enlace doble). Sólo posibilita dos tipos de configuraciones:
- Cis: cuando el grupo H queda en el mismo plano que el U. Prácticamente no se da porque todas
las cadenas laterales quedarían en el mismo lado y los átomos chocarían entre ellos.
- Trans: cuando el grupo H queda al plan contrario que el U. Es la forma más habitual y la que
encontramos en la naturaleza.
Aunque el enlace peptídico sea muy rígido, hay posibilidad de torsión alrededor de los carbonos α. Habrá
dos posibilidades de rotación:
Cuando la cadena lateral es muy pequeña tiene muchas posibilidades de rotación ya que no hay muchos
átomos que choquen y se molesten entre ellos, en cambio cuando la cadena lateral es muy larga o grande
no hay tanta capacidad de rotación. El H que queda unido al N cuando se produce el enlace peptídico tendrá
la posibilidad de hacer puentes de H con otros átomos o moléculas. No importa cuántos aminoácidos se
unan para formar un péptido o una proteína, lo que realmente importa es como se plegará esta cadena y si
será funcional o no, así determinaremos si realmente es un péptido o una proteína, pero nunca nos
guiaremos por el número de aminoácidos que la forman.
• ENLACES NO COVALENTES:
a) Efecto hidrofóbico: las cadenas apolares unen y quedan en el interior (en el núcleo de la
proteína), de manera que cuando la cadena de aminoácidos se pliega quedan las partes polares
en la parte exterior de la proteína haciendo que ésta pueda reaccionar con el agua, dejado las
partes apolares dentro del núcleo proteico.
b) Fuerzas de Van der Waals: a las cadenas laterales de los aminoácidos apolares se pueden
crear dipolos instantáneos que crean fuerzas de atracción intermoleculares muy débiles pero
que, en conjunto, pueden tener un efecto importante en la determinación de la estructura
tridimensional de las proteínas. Por tanto, se produce porque en un momento determinar algún
grupo de la cadena lateral queda cargado y los polos opuestos se atraen, por lo que crea una
interacción entre ellos.
c) Interacciones electrostáticas: como las cadenas laterales pueden tener grupos funcionales de
carácter ácido o básico, pueden encontrarse ionizadas a determinados valores de pH, por lo
que a unas condiciones de pH determinadas encontraremos polos opuestos que se atraen entre
ellos formando uniones que se mantienen si se mantiene el pH (la diferencia con las fuerzas de
Van der Waals es que estas son momentáneas). Como es una interacción similar a las
interacciones iónicas de las sales, también se denominan puentes salinos.
d) Formación de puentes de Hidrógeno: algunas cadenas laterales pueden formar estas
interacciones actuando como donadores o aceptor de hidrógeno. En todos los casos existe un
átomo de H unido a un átomo más electronegativo que hace que se cree una densidad de carga
positiva en el átomo de H. Normalmente se da entre el grupo NH del enlace peptídico con el H
del carbonilo de otro enlace peptídico.
• ENLACES COVALENTES:
a) Glicosilación: los grupos OH del carbono anomérico se unen a los OH del aminoácido mediante
un enlace o-glucosídico. Cuando se enlaza con un grupo NH3 se forma un enlace N-glucosídico.
Es la unión de un glúcido a una proteína.
b) Puentes disulfuro: se producen pocos, pero son básico para mantener la forma de la proteína.
Se produce una oxidación, que podrá dar un puente intracatenario (entre dos cadenas laterales
de la misma cadena de aminoácido, es decir, de una misma proteína) o bien intracatenario
(Entre dos cadenas laterales de dos cadenas de aminoácidos diferentes, es decir, entre dos
proteínas diferentes).
c) Fosforilación: es la unión de un grupo hidroxilo (OH) con una molécula de fosfato (P). los únicos
aminoácidos que forman estos puentes son la tirosina, serina y adenosina. Cuando se produce
esta unión cambia la carga neta de la proteína y la estructura de la misma, de manera que se
activa o inactiva la proteína. Esta reacción está catalizada por una enzima llamada quinasa
(añade grupo fosfato) y es reversible con la fosfatasa (elimina grupo fosfato).
d) Adición de yodo (I): formación de moléculas totalmente nuevas. - UNIÓN DE ELEMENTOS
METÁLICOS: cuando se une un metal y permite que la proteína haga su función. Es
imprescindible el metal para que se produzca la funcionalidad de la proteína (por ejemplo, el
caso de la Hb, que necesita el Fe).
Las secuencias de aminoácidos tienen dirección, las cadenas laterales son variables, la cadena
principal, esqueleto es constante.
4.IONIZACIÓN DE AMINOÁCIDOS Y PUNTO ISOELECTRICO
GLUTAMATO
- Cada aminoácido tiene un punto isoeléctrico, que es el pH característico en que la carga eléctrica neta de una disolución del aminoácido
es cero, que es la media aritmética de pKAs que rodean la especie química neutra. En el caso de la histidina→PI= (pkR+pk2)/2
PROTEÍNAS
Las proteínas son las biomoléculas que más funciones tienen dentro de la célula. La secuencia de
aminoácidos que la formen determinará dicha función, pero se necesita una estructura tridimensional muy
específica para ser funcional, lo que hará que los aminoácidos interactúen entre ellos y sus cadenas
laterales. Tienen la función de catálisis, respuesta a estímulos, estructural, movimiento, reserva energética,
transporte, regulación de procesos y defensa.
Las proteínas son polímeros formados por monómeros de aminoácidos (hay 20 tipos d’aa diferentes). Son
las macromoléculas más versátiles de los seres vivos y cada una tiene una estructura lógica y funcional.
Todas las proteínas presentan características comunes. El tamaño de la proteína se expresa en daltons, es
una unidad de masa casi igual a la del átomo de hidrógeno kilodalton (kd, kDa)=1000 Da.
Las alteraciones que se produzcan tanto en la proteína como en el entorno en el que se encuentren,
producirán la pérdida de estructura y por tanto pérdida de funcionalidad, lo que conocemos como
desnaturalización de proteínas (la cadena AA se mantiene de nuevo sin plegarse). Si restauramos las
condiciones, el proceso fisiológico es un proceso reversible y normalmente la proteína se pliega de nuevo
de la misma manera para volver a ser funcional.
- QUÍMICO (composición): simple o conjugado. Llamamos holoproteína a la que se forma por una
apoproteína y un grupo protésico (gluco-, lipo- → nucleoproteínas; metal-, hemo→ flavo proteínas).
- ESTRUCTURAL (forma): globular o fibrosa
▪ Globulares: la hemoglobina es un claro ejemplo, una proteína encargada de transportar
oxígeno y dióxido de carbono en la sangre, y es parte de los eritrocitos. Es una proteína
globular esférica compuesto por diferentes subunidades: tetràmer formado por 4 cadenas, dos
α y dos β. El protómero se compone de una subunidad de α y un β subunitat. Hasta que la
proteína hay un grupo protésico hemo, de naturaleza no proteica. Tiene algunas
modificaciones estructurales para la unión de ligandos (gases) y
efecto cooperativo después del primer oxígeno unido (más
fácilmente se unen otras moléculas suministro de oxígeno).
Tienen patrones de plegamiento estables. Las proteínas
globulares pueden tener uno o más dominios estructurales (CD4
parte extracelular).
La desnaturalización de las proteínas globulares ciertos
cambios ambientales producen la desnaturalización de la
proteína, con pérdida de sus propiedades específicas. Algunos
factores que pueden influir son: el calentamiento por encima de
la temperatura de desnaturalización térmica, pH muy ácido o
básico, presencia de alcohol o urea. Consiste en la pérdida de
todas las estructuras (secundarias, terciarias y cuaternarias), dejando la proteína reducida al
polímero de aminoácidos. Las consecuencias inmediatas son: disminución drástica de la
solubilidad de la proteína (precipitación), pérdida de todas sus funciones biológicas, alteración
de sus propiedades hidrodinámica. La renaturalización es el proceso por el cual la
desnaturalización se invierte restaurando las condiciones fisiológicas ambientales iniciales.
- FUNCIÓN
- FÍSICO (solubilidad)
Las bases nitrogenadas son estructuras aromáticas planas que derivan de purinas o pirimidinas. Por lo
tanto, pueden ser de dos tipos principales:
- Purinas: cuando son adenina (A) y guanina (G), que están formadas por dos anillos y el podemos
encontrar tanto ADN como ARN;
- Pirimidínicas cuando son timina (T), citosina (C) y uracilo (U), que están formados por un solo anillo
hexagonal y el encontramos ADN (C y T) y ARN (C y U).
Los azúcares o áticos que se encuentran en los nucleótidos son desoxirribosa cuando ADN (C 2 ha perdido
una O del grupo OH) y ribosa cuando se forman parte del ARN (C 2 tiene un grupo OH). El enlace entre el
grupo pento y el grupo fosfato es un enlace éster-fosfórico. Éste se puede encontrar un vínculo entre los
diferentes grupos de ácido fosfórico y en el nucleótidos, de modo que el C3 se une con el C5 del siguiente
nucleótido dejando un grupo fosfato entre ellos. De esta manera, en la cadena de ADN o ARN siempre que
un extremo 5' y 3' libres. Las funciones de los nucleótidos tanto en el ADN como en el ARN son formar una
secuencia fundamental para la vida ya que transmite caracteres hereditarios y regula la expresión génica.
La cadena de ADN o ARN siempre tendrá un esqueleto formado por grupos fosfato y pentosas (pentosa –
fosfato –pentosa) que siempre será el mismo en todos los ácidos nucleicos; y por otro lado tendrá una
secuencia de bases variables en cada cadena.
Los ácidos nucleicos tienen una característica principal: las cadenas son complementarias, y siempre las
mismas bases → A+T/U y C+G están emparejadas con puentes de hidrógeno y entre C-G tres (por lo que
estos tres puentes serán más difíciles de romper que los dos de A-T. Desenfrenar o separar las cuerdas
será más difícil cuanto más G y C haya, porque significa que hay más puentes de H para romper). Por lo
tanto, las cadenas apareadas siempre serán antiparalelas, es decir, una irá de 5' a 3' y el otro de 3' a 5' para
poder complementarlo. Dentro de la misma especie, el cien bases nitrogenadas son siempre las mismas
(%A=%T y %C=%G ya que siempre estarán emparejadas). Estos % no se modifican con los hábitos, la
dieta o el envejecimiento de las células, no se modifican. Los ácidos nucleicos pueden ser oligonucleótidos
(menos de 50 nucleótidos) o polinucleótidos (más de 50).
- DNA A: en soluciones pobres en H2O (otros disolventes). La hélice es más robusta y más corta.
Cada vuelta son 11 bases.
- DNA B: es el habitual. Cada vuelta de hélice contiene aproximadamente 10 parejas de bases.
Tiene una longitud de unos 34 Aº y diámetro de unos 19 Aº.
- DNA Z: hélice más estirada y de menor diámetro, levógira. En procariotas, virus y otros eucariotas.
Cada vuelta es de 12 bases.
- RNA ribosómico (rRNA): es el componente principal de los ribosomas, representando hasta el 65%
del peso del ribosoma. Desempeña un papel catalítico y estructural. Se forma cada subunidad del
ribosoma para una molécula de ARNr más grande o más pequeña y proteínas.
- RNA de transferencia (tRNA): se compone de alrededor de 75 nucleótidos, es una de las moléculas
de ARN más pequeñas. Es un nucleótido de una sola cadena que transporta aminoácidos a la ribosoma
para la formación de enlaces peptídicos entre ellos y así dar lugar a la cadena polipeptídica que dará
lugar a un proteína. Tienen un anticodón 5' – 3' que coincide con los codones que lleva el ARNm y cada
uno de estos pertenece a un aminoácido específico.
- RNA mensajero (mRNA): es el menos abundante de todos los ARN (solo 5-10%). Es el molde para la
síntesis de proteínas en traducción. Los ribosomas se unen y el ARNt está leyendo el codifica
añadiendo los aminoácidos relevantes y formando la cadena polipeptídica. Inicialmente transcrito la
cadena de ADN 3' – 5' y luego permite la traducción. Siempre ocurre el mismo paso de DNA a RNA:
3. FUNCIONES DE LOS NUCLEÓTIDOS
El DNA y el RNA formados por una secuencia de nucleótidos, son fundamentales por la vida, ya que
transmiten los caracteres hereditarios y regulación de la expresión génica.
RESERVA DE ENERGÍA: cada nucleótido puede contener 1, 2 o 3 fosfatos (monofosfato: AMP; difosfato:
ADP o trifosfato: ATP). Estos nucleótidos son la moneda de energía de la célula, es decir, el cómo transferir
energía. Los nucleótidos están en un estado estable cuando solo tienen 1 grupo fosfato (forma AMP), de
modo que cada grupo fosfato adicional que tienen se encuentra en un estado más inestable y por lo tanto
el enlace fosfato tiende a romperse por hidrólisis y liberar su energía que lo mantiene unido al nucleótido.
La enzima ATPasa rompe los enlaces entre el fósforo, lo que ayuda a desprender una gran cantidad de
energía almacenada en estos enlaces.
El ATP tiene funciones de: transmisión nerviosa, contractilidad miocárdica, respiración, reparación de
tejidos, contracción muscular, secreción hormonal, circulación y reacciones acopladas.
- Según mensajeros (AMPc y GMPc): son nucleótidos modificados que actúan como segundos
mensajeros en la señalización celular.
- Coenzimas (NAD, NADP, FAD, FMN): en algunas reacciones metabólicas un grupo de átomos se
separa de un compuesto y se transporta a otro compuesto. Este grupo de átomos se un temporalmente
a una coenzima (molécula transportadora de sustancias). Muchas vitaminas tienen esta función. Son
responsables de tomar los electrones liberados por las moléculas oxidadas.
- Transporte de grupos acil (Coenzim A): derivan de diferentes vitaminas.
▪ Vitamina B1o tiamina
▪ Vitamina B2 o riboflavina: sus derivados son nucleótidos enzimáticos el [FAD+
](Flavin-adenín dinucleótido)o el [FMN+ ] (Flavín mononucleótido)
▪ Vitamina B3 o niacina: sus derivados son nucleótidos enzimáticos con gran poder
reductorcomo el [NAD+ ](Nicotin-adenín dinucleótido)o el [NADP+ ] (Nicotin-adenín
dinucleótido fosfato)
▪ Vitamina B5 o ácido pantoténico: su principal derivado es la coenzima A (CoA) con
gran importancia en procesos metabólicos.
▪ Vitamina B6o piridoxina
▪ Vitamina B12o cobalamina
PORTADORES/ DE ENERGÍA QUÍMICA EN LAS CÉLULAS: los nucleótidos pueden presentar uno, dos
o tres grupos fosfato unidos covalentemente al grupo hidroxilo en el 5’ de la ribosa. La hidrólisis de los
nucleósidos o nucleótidos trifosfato proporciona la energía química para impulsar una amplia variedad de
reacciones celulares. La adenosina 5’-trifosfato (ATP) es el más utilizado, aunque existen otros como el
UTP, GTP y CTP. La hidrólisis del enlace éster libera aproximadamente 14kJ/mol mientras que los enlaces
anhídricos que unen los grupos fosfato proporcionan un poco más del doble de energía, debido a la energía
potencial acumulada por las cargas negativas de los grupos fosfato.
MOLÉCULAS REGULADORAS: su función principal es señalizar. Estos nucleótidos reguladores son como
los que hemos visto que tenían el grupo fosfato unido covalentemente y de forma cíclica a la pentosa: la
adenosina 3’, 5’-monofosfato cíclico (AMPc) y la guanosina 3’,5’-monofosfato cíclico (GMPc). Su función es
de segundos mensajeros que intervienen en cascadas de señalización intracelular.
COFACTORES ENZIMÁTICOS: Hay distintos tipos de cofactores enzimáticos. Por una parte, tenemos las
coenzimas, como la A, cuya estructura es derivada de un nucleótido. Sin embargo, los dinucleótidos también
tienen una función muy importante pues actúan como cofactores enzimáticos transportando electrones. Son
un ejemplo la nicotinamida adenina dinucleótido (NAD+ ) y la flavina adenina dinucleótido (FAD+ ).
4.REACCIONES QUE PARTICIPAN LOS NUCLEÓTIDOS
• FOSFORILACIÓN: es importante pues las proteínas se regulan por
fosforilación (sin ir más lejos, la fosforilación de una manosa
permite que se reconozcan las enzimas hidrolasas lisosómicas). El
nucleótido cede un grupo fosfato.
• ADENILACIÓN: Una ATP cede un AMP de forma que resulta un
pirofosfato (los dos grupos fosfato restantes).
• URIDILIZACIÓN: muy similar a la reacción anterior, con la
diferencia que es un UTP que cede un UMP.
• ADP-RIBOSILACIÓN: el NAD es el sustrato. Se separa el
dinucleótido de la nicotinamida.
• Metilación: en esta reacción el donador es la S-adenosil-metionina,
que transfiere su grupo metil de forma que resulta una S-adenosil-
homicisteína.
ÁCIDOS NUCLEICOS
1.CARACTERÍSTICAS
Hablamos de una estructura de doble hélice, es decir, de dos filamentos antiparalelos en los que las bases
interaccionan entre si mediante puentes de hidrógeno en el interior de la hélice mientras que las ribosas y
los grupos fosfato dan a la cara exterior de la hélice. Hay un surco mayor y un surco menor.
Cada 3,4 Å encontramos un residuo de nucleótido y en un surco mayor encontramos 10 nucleótidos, por lo
que el paso de rosca es de más o menos 36Å. Además de las interacciones covalentes entre nucleótidos y
los puentes de hidrógeno entre bases hay otras interacciones hidrostáticas e hidrofóbicas en la doble hélice,
así como interacciones Van der Waals y dipolo-dipolo. Es una estructura antiparalela: una cadena en
sentido 5’→3’ y una en sentido 3’→5’. La cadena siempre crece en reacción 5’→3’.
El apareamiento de las bases nitrogenadas es complementario. Los esqueletos covalentes de los ácidos
nucleicos consisten en residuos alternados de fosfato y pentosa, mientras que las bases pueden
considerarse como grupos laterales unidos al esqueleto a intervalos regulares. Los nucleótidos
consecutivos están enlazados mediante enlaces fosfodiéster entre el carbono 5 de un nucleótido i el
carbono 3 del siguiente. Los esqueletos covalentes son hidrofílicos (enlaces dipolo-dipolo con el medio) y
se encuentran totalmente ionizados a pH fisiológico
- Macromoléculas
- Solubilidad en agua
- Estructura secundaria: desnaturalización reversible
- Principio de hibridación
- Una cadena y doble cadena, microchips de ADN.
- Carácter acido
TEMA 7: MEMBRANAS BIOLÓGICAS
1. MEMBRANA BIOLÓGICA
Las membranas biológicas tienen un aspecto trilaminar (5-8nm 50-80 Å de grosor). Definen los límites
del exterior y del interior de la célula y dividen el espacio interno en células eucariotas, delimitando los
orgánulos como mitocondrias, cloroplastos, peroxisomas y lisosomas.
FUNCIONES
PROPIEDADES FÍSICAS
2. COMPOSICIÓN DE LA MEMBRANA
2.1 LÍPIDOS
Forman una barrera de permeabilidad y establecen compartimentos. Cada tipo de membrana presenta
una composición lipídica característica (colesterol, cardiolipina, esfingolípidos).
Son insolubles en agua, pero solubles disolventes apolares. Al ser insolubles en agua tienen la tendencia
a formar agregados agrupándose con sus partes hidrofóbicas y sus grupos hidroxilos tienen el contacto
con el agua.
Se forman las bicapas lipídicas, que es el elemento básico estructural de las membranas, y que tienen
una permeabilidad muy baja para los iones y moléculas polares, pero el H2O atraviesa fácilmente dichas
membranas por pequeño tamaño, alta concentración y ausencia de carga.
- Tipo I: una sola hélice transmembrana, extremo amino hacia el exterior (glucoforina)
- Tipo II: una sola hélice transmembrana, extremo amino hacia el interior.
- Tipo III: múltiples hélices transmembrana en un único polipéptido (bacteriorrodopsina, 7
hélices alfa).
- Tipo IV: unión de múltiples hélices de diferentes polipéptidos/cadenas (canal).
- Tipo V: unión covalente a través de un lípido, sin hélices transmembrana.
- Tipo VI: tanto hélices transmembrana como uniones covalentes con lípidos (GPI, por
ejemplo).
Determinadas proteínas integrales, como las caveolinas (actúa como translocador), fuerzan la curvatura
de las membranas para así permitir el tráfico a través de la membrana, y realizar la transducción de señal.
Otras intervienen en procesos de fusión de membranas (lisosomas, endosomas, vacuolas, endocitosis,
exocitosis…) y por último unas proteínas implicadas en la adhesión superficial y señalización.
Las acuaporinas forman canales transmembranas hidrofílicos para el paso del agua.
- Por debajo de la temperatura fisiológica → Fase de gel: fase semisólida, en la que muchos de
los movimientos de los lípidos están constreñidos.
- Por encima de la temperatura fisiológica → Estado líquido desordenado o fluido: los ácidos
grasos están en constante movimiento (sobre todo de rotación).
- A temperatura fisiológica → Estado líquido ordenado: hay menos moción térmica pero aún tiene
lugar el movimiento lateral
3. TRANSPORTE DE MEMBRANAS
Como ya sabemos, la bicapa lipídica de las membranas biológicas es intrínsecamente impermeable a los
iones y a las moléculas polares. Aun así, dichas especias deben cruzar la membrana para asegurar una
función celular normal. Los transportadores disminuyen la energía de activación del transporte de solutos.
• Bombas: utilizan una fuente de energía libre como el ATP o la luz para impulsar el transporte de
iones o moléculas en condiciones termodinámicamente desfavorables (transporte activo).
• Conductos: facilitan el flujo rápido de iones a través de la
membrana a favor de gradiente.
3.1 TIPOS DE TRANSPORTE
Los sistemas de cotransporte trasladan simultáneamente dos solutos.
3.2 BOMBAS
Las bombas de membrana funcionan mediante mecanismos
básicamente sencillos, pero a menudo complejos en detalle.
Fundamentalmente, cada bomba proteica puede existir en dos
estados conformacionales principales, uno con los centros de unión
a los iones abiertos a un lado de la membrana y el otro con estos
centros abiertos hacia el otro lado. Para bombear iones en una sola
dirección a través de la membrana, se debe suministrar energía libre
de tal manera que se pueda acoplar a la interconversión entre estos
dos estados conformacionales.
Los canales iónicos regulados por voltaje producen potenciales de membrana neuronales. El canal de Na+
está regulado por voltaje.
Un gen es un segmento de ADN que contiene la información necesaria para la síntesis de una proteína o
ARN. Son segmentos de ADN que se transcriben en ARNm y se traducen en proteínas. El genoma es el
material genético de un organismo, un conjunto único y completo de información genética. El las células
que tienen dos copias del genoma se llaman diploides, las que tienen una son las haploides. El genoma
tiene una analogía con el lenguaje: el ADN es un código de 4 caracteres (A, T, C, G), palabras de las cuales
son los codones, las frases las proteínas, el significado de estos fenotipos, y en su conjunto formar al
individuo. El genoma humano contiene 3x109 bases, entre las que encontramos genes que codifican
proteínas, ARN, pseudogenes, ADN repetitivo y ADN de funciones desconocidas. La hélice antiparalela
doble se condensa hasta que forma la estructura más condensada posible: cromosomas metafásicos. El
genoma humano tiene 23 pares de cromosomas (22 autosómicos y 1 sexual). Todas las células tienen el
mismo material genético, pero con diferentes especializaciones. El cariotipo genético es un mapa de los
cromosomas de un organismo o especie. La cromatina es la forma en que encontramos el material genético,
que puede estar relajada cuando es eucromatina y condensada en forma de heterocromatina. El ADN es
una cadena muy larga que debe ser se compacta para que pueda estar dentro de las células. Lo hace con
las histonas, y el retiro sobre sí mismo.
• GENOMA PROCARIOTA: están compuestos por una sola molécula circular de ADN. Los
procariotas compactan su ADN haciendo bucles con proteínas que conducen a nucleoides. El ADN
siempre ha tenido accesibles (relajados) para la lectura ya que están muy divididos (cada 30min
aproximadamente). La carga limpia del cromosoma circular bacteriano es negativa debido a la
presencia de grupos fosfato, compactados con proteínas cargadas positivamente (ricas en
Arginina y Lisina). Tienen plásmidos: pequeñas moléculas de ADN fuera del cromosoma circular,
que proporcionan funciones información no esencial para el organismo (proporcionan información
adicional no contenida en el genoma inicial de los procariotas: por ejemplo, resistencia a los
antibióticos). Pueden transferir información genética entre diferentes procariotas con sistemas de
transformación, transducción o conjugación. El genoma procariota codifica el ADN, con una
pequeña parte reguladora. La unidad genética es el operon: es una secuencia de diferentes genes
que son adyacentes al genoma y se expresan como unidad ya que están relacionados
funcionalmente. Por ejemplo, los genes X, Y y Z codifican proteínas relacionadas con la digestión
de la lactosa, por lo que la opereta de lactosa será
formada por la secuencia de los genes X, Y y Z ya que
tienen una función relacionada y son seguidos en el
genoma.
Los plásmidos o episomas son pequeñas moléculas de
ADN circulares, no pertenecen al genoma bacteriano,
confiere a la bacteria características añadidas
(resisténcia a los antibióticos y pueden ser transferidos
entre bacterias.
• GENOMA VIRAL/VÍRICO: los virus dependen de la infección de otro organismo. Pueden ser ADN
o ARN, cadena simple o doble. Los virus ARN (retrovirus) necesitan duplicar su material genético
del ARN al ADN para completar el ciclo y poder infectar al organismo huésped. Enlatar estar en
un ciclo lisogénico cuando incorporan su material genético, pero permanecen en un estado latente
de para que no generen patología, hasta que comience el ciclo lítico y se generen partículas que
dan lugar a la aparición de la patología.
• GENOMA EUCARIOTA: El ADN eucariota contiene diferentes tipos de secuencias: codificantes
(exones) y no codificantes (intrones), además de las regiones reguladoras. La unidad de
transcripción es el gen, que consistirá en exones e intrones. Es por eso que a menudo se pueden
formar diferentes proteínas del mismo gen, dependiendo de los exones del gen
elegido (empalme alternativo). El empaquetado de ADN eucariota requiere
proteínas positivas (histonas) que compactan el ADN primero haciendo un núcleo
con 4 histonas (las histonas 2, 3 y 4 están envueltas en ADN e histonas 1 se pega
al final actuando como un "bache" para que no se deshaga la cadena de
nucleosomas → cada nucleosoma consta de 8 histonas). El nucleosoma vuelve a
girar hasta dar lugar al solenoide, que es una estructura formada por 6
nucleosomas e hilos de ADN. Esta estructura continuará plegada hasta que
compactación máxima del ADN: cromosoma en metafase. Los cromosomas están
formados por: dos cromátidas unidas por un centrómero, dos extremos superiores
o telómeros que tienen función estabilizadora y hacen no acortan los cromosomas.
Hay una parte que es la ADN satélite, que no codifica proteínas.
PROCARIOTA EUCARIOTA
El nucleoide da el RNAm y esto dará lugar a una Es lineal y está envuelto en el núcleo.
proteína. No todo el ADN codifica, hay intrones que no dan
Es circular, tiene un área regulatoria (promotor) y lugar a genes.
cada uno codifica un gen que puede dar una Cada promotor regula un conjunto de genes, para
proteína. que cada uno pueda regular más de uno proteína.
Todo el ADN es funcional, todo codifica. El mismo RNAm puede dar diferentes proteínas
(dependiendo de los exones que se tomen):
policirápico.
2.PROYECTO GENOMA HUMANO
Su objetivo es determinar la secuencia completa del Genoma Humano y determinar la posición de los genes
en los cromosomas (técnicas adecuadas, bases de datos, aspectos éticos e ilegales y políticas de
protección de datos).
El genoma humano contiene 3x109 parejas de bases, 30.000 genes. La secuencia de nucleótidos del
genoma humano ocuparía unos 3000 libres de unos 500 pg. Si la secuencia estuviera liberada en el espacio
ocuparía + de 10.0000 millones de km. Y si estuviera estirada ocuparía unos 5000 kms de Madrid a new
york.
Las repercusiones que atrajo el proyecto del genoma humano son nuevos enfoques bioantrológicos,
identificar cuestiones de criminología o paternidad, mejorar la producción agrícola y ganadera microbiología
y medio ambiente. Y en la biomedicina es importante en la investigación (por ejemplo, el trasplante de
órganos), el diagnóstico prevención de enfermedades como el Parkinson y el Alzheimer, o en terapia
farmacogenómica o terapia génica.
TEMA 10: REPLICACIÓN Y REPARACIÓN DEL DNA
El ADN es una buena molécula para contener información genética (como soporte molecular de los genes)
porque la cadena es doble, antiparalela y complementario, y también se puede copiar fácilmente. Esto lo
convierte en un estable y no se degrada, por lo que permite contener mucha información y mantenerla de
forma estable con el tiempo. Por lo tanto, el ADN tiene características específicas por lo que es ideal para
contener información genética: estabilidad, disponibilidad y transferencia.
10.1 REPLICACIÓN
Los procariotas replican su ADN cada 30 minutos. En contraste, los eucariotas solo replican el ADN cuando
se divide.
Existen diferentes modelos de replicación del ADN, por lo que la replicación puede ser:
El origen de la replicación eucariota es de múltiples orígenes (asíncrono). Las fuentes de replicación son
las áreas de ADN donde comienza el proceso de replicación. Estos se producen la apertura de la doble
hélice formando una burbuja de replicación que crece bidireccionalmente. Los puntos donde comienza la
separación de la doble hélice en eucariotas de llamada ARS.
En los procariotas el origen es único, el mecanismo por el cual se replica se llama theta. El origen de la
replicación se llama ori C en procariotas. En ambos casos, cada uno la burbuja de replicación tiene dos
"horquilles"/tenedores. Áreas ricas en bases A y T son más fáciles de romper porque solo tienen 2 puentes
de hidrógeno. Con el fin de que estos puentes se rompen y las cadenas están separadas tenemos la enzima
helicoidal. La cadena tiene una tendencia a re-juntarse y formar la doble hélice, de modo que se necesitan
proteínas para mantenerlas separadas, en el caso de los eucariotas son RPA y en procariotas SSB, que
estabilizan el ADN abierto mientras se replican.
Si nos fijamos en una burbuja de replicación, a partir de las cadenas de ADN uno tendrá una orientación de
5' – 3' y los otros 3' – 5', por lo que las nuevas cadenas serán antiparalelas a estas y también tendrán
diferente orientación. La síntesis de la nueva cadena para la replicación se realiza mediante la enzima
DNApolimerasa, que siempre añade nucleótidos a la cadena 5'-3'. Sin embargo, para iniciar el sintetizador
de la cadena replicada, se requiere la enzima primasa, que inicia la secuencia con el "primero" y a partir de
él se genera el final 3' (complementario a la cadena con punto final 5') y en este extremo el ADN puede
comenzar a actuar polimerasa mediante la adición de nucleótidos. En el caso de los procariotas actuales,
la polimerasa III ADN y eucariotas el ADN polimerasa a ε, ɣ y α, que siempre actuarán añadiendo nucleótidos
en la dirección de 5' – 3' de la cadena.
En una bifurcación de replicación, cuando se abre la cadena de ADN, habrá dos cadenas:
- De 3' – 5': la cuerda que habrá que sintetizar irá de 5' – 3' ya que será complementaria a la
Existente. Esto formará la cadena principal o hebra continúa.
- De 5' a 3': la cuerda que habrá que sintetizar irá de 3' a 5', por lo que si el DNApolimerasa añade
nucleótidos siempre de 5' – 3', en cuyo caso no podrás hacerlo de la manera habitual, pero lo hará
por segmentos. Esta será la cadena retrasada o hebra discontinua. Se formarán fragmentos de
Okazaki: cómo DNApolimerasasa no puede unirse a nucleótidos de 3' – 5', lo que se hace es
colocar un primero en medio de la cadena que va de 5' – 3' para que pueda añadir nucleótidos a
3' el DNApol. Se formará la cadena "al revés".
El ADN polimerasa también tiene acción exonucleasa 3' – 5', que consiste en corregir errores durante la
lectura. De esta manera, el DNApol revisa el nucleótido que se ha añadido a la nueva cadena y en el caso
de que se haya equivocado de forma complementaria la elimina. Además también tiene actividad
exonucleasa 5' – 3', que consiste en retirar la primera y rellenar los espacios que ocuparon con nuevas
bases.
La telomerasa sintetiza una extensión de la cadena inicial con bases complementarias al extremo de
la cadena de telómeros, dejando una porción de la enzima como 3' para que el ADN polimerasa pueda
agregar las nuevas bases y complete la pieza de la primera había sido eliminado. Otros tipos:
- HELICASAS: son enzimas que rompen los puentes de hidrógeno que mantienen unidas las
dos cadenas de la doble hélice.
- LA PROTEÍNA SSB: se une al ADN de hélice sencilla y lo estabiliza retrasando la
regeneración de la doble hélice.
- TOPOISOMERASAS: pueden producir o eliminar nudos o enlaces en una hélice. existen
topoisomerasas de la clase I (para eliminar super vueltas negativas)que cortan solamente una
de las dos hélices y topoisomerasas de la clase II que cortan ambas cadenas. Un fragmento
de DNA de doble hélice cuando se separan las dos cadenas tienden a formar estructuras
extrañas debido a la tensión, por lo que la topoisomerasa sirve para eliminar estas estructuras
y relajar el DNA.
• EUCARIOTAS: las únicas diferencias en la replicación eucariota se producen en:
1. No solo hay una única fuente de replicación, sino que hay muchas (ARS).
2. Una vez que el ADN ha sido replicado, los primeros se eliminan y las cuerdas se unen con el
mismo proceso que los procariotas.
3.
4. Al final, la enzima telomerasa es necesaria, responsable de la replicación de los extremos de
los cromosomas eucariotas, formados por una parte proteica y una parte ARN. Si no hay los
cromosomas de la telomerasa son cada vez más cortos y el cuidado produce envejecimiento.
Cuando el primero de los extremos de los cromosomas es un extremo 5' – 3' vacío que el ADN
polimerasa no puede llenar ya que necesitaría un primero (sin fin 3' para agregar nucleótidos).
DATOS GENERALES DE LA REPLICACIÓN
- Semiconservativa
- Múltiple: se inicia en puntos definidos del genoma, los inicios de replicación mal
definidos.
- Bidireccional
- Semidiscontinua
- Completa
- Una sola por ciclo celular
- Produce pérdida de material genético en cada ciclo de replicación
- Sentido de polimerización siempre en dirección 5’—3’, todas las polimerasas funcionan
en el mismo sentido.
- DNApol no puede iniciar la polimerización de cero, nucesita extremos 3’
10.2 REPARACIÓN
El ADN polimerasa comete 1 error por cada 10.000 nucleótidos, la actividad correctiva de la exonucleasa
comete 1 error por 1.000.000 de nucleótidos; Esto significa que en todo el genoma es capaz de causar
alrededor de 1000 Errores. Por esta razón, se requieren sistemas de corrección adicionales para que no
haya tantos Errores. La actividad correctiva que ocurre normalmente consiste en:
- Probar la actividad correctiva: si una base diferente está sentando la base complementaria de la
actividad la exonuclasa de ADN polimerasa hidroliza el incorrecto para eliminarlo. ADN
polimerasa por lo tanto, puede eliminar los conceptos erróneos finales. Cuando el error se
produce en el centro de la cadena, es decir que el ADN se siguió sintetizando porque no se
detectó el error, la actividad endonucleasa, que elimina la base no terminal incorrecta.
Debido a errores en este proceso, pueden ocurrir algunas alteraciones del ADN, como mutaciones: son
cambios heredables en la información genética. Son la fuente de la variabilidad y diversidad de
organismos vivos, y por lo tanto son la causa de la evolución. Pero también son responsables de muchas
enfermedades genéticas que pueden ser fatales tanto para la célula como para todo el organismo.
- - Sustitución de bases: se realiza un cambio en un solo nucleótido de ADN, de modo que su el par
de cadenas complementarias también cambiará (hay un cambio en un par de bases).
Este reemplazo puede ser de dos tipos: transición cuando una purina se cambia a otra o pirimidina para
otra pirimidina; transversión cuando se reemplaza una purina pirimidina o viceversa. Las transiciones
suelen ser más frecuentes.
- Inserción de bases: implica la adición de uno o más pares de bases de nucleótidos. Puede
producir un cambio en la forma en que se lee el gen.
- Selección de bases: supone la eliminación de uno o más pares de bases. También puede producir
un cambio en el modo de lectura de genes.
En algunas áreas donde hay secuencias de bases repetidas, pueden ocurrir LOOPS o "zonas" resbaladizas",
como hay muchas bases iguales seguidas de ADN polimerasa es más probable para cometer un error.
- Mutaciones espontáneas: se producen por cambios químicos en el ADN. Estos cambios puede
ser: depuración (pérdida de una base púrpura, rompe el vínculo entre la suspensión y el azúcar),
desaminación (pérdida del grupo amino de una base, que puede alterar el apareamiento de la
base correcta).
- Mutaciones inducidas: debido a agentes ambientales como productos químicos o radiación para
poder dañar el ADN. Estos agentes se llaman mutágenos. Pueden ser factores (radiación),
sustancias químicas o sustancias del propio metabolismo celular (estrés oxidativo: moléculas
generadas como peróxidos que pueden causar mutaciones). Tipos de mutaciones inducidas:
estrés oxidativo, análogos de base (sustancias químicas), agentes intercalantes (sustancias de
tamaño similar a los nucleótidos), radiación y UVA.
Transcribir es eliminar información del ADN y convertirla en una molécula que podamos leer y dar lugar a
Proteínas. El ARN tiene características similares al ADN, pero es de cadena simple y no es estable, por lo
que se degrada muy fácilmente. Cuando se traduce, desaparece de la célula.
La replicación siempre está en todo el ADN, se hace una nueva copia completa. Por otro lado, la
transcripción es sólo parte del ADN, la parte que nos interesa transcribir los genes necesarios para realizar
una función. Se generan muchas copias del gen para producir todas las proteínas.
La transmisión de información genética se produce con la transcripción. Cuando se transcribe un gen sólo
se copia una de las cadenas de doble hélice de ADN. Tenemos dos cadenas: la cadena de codificación que
es el que tiene el mensaje, tiene los codones que darán la secuencia de aminoácidos que queremos
obtener; y la cadena de molde o cadena no codificante, que es la que copiamos para tener el mensaje de
la cadena de codificación original.
Es decir, si quiero el mensaje de la cadena 1 tengo que copiar el complementario 2 para obtener el mismo
mensaje en la cadena 1.
Podemos ver que hay algunas diferencias en la transcripción según el tipo de célula:
- No solo existe un tipo de ARN polimerasa, sino que depende del tipo de ARN que se pueden
utilizar hasta 4 tipos de ARN polimerasa.
- El ARN polimerasa necesita factores de transcripción que promuevan la iniciación. Hay más
regulación de esta fase inicial ya que los genes son mucho más distantes y hay muchas
regiones reguladoras.
- Iniciación: los factores de transcripción (TF II H) deben estar unidos por el promotor del gen,
que tiene un área rica en bases A y T llamada caja TATA (la TF II H también tiene actividad
helicoidal para facilitar la apertura de la doble hélice). La caja TATA es el área de
reconocimiento de la promotora por el ARN polimerasa. El ARN de la polimerasa se une a
esta región (TATA) para iniciar la transcripción.
- Elongación: se produce fosforilación del ARN polimerasa que proporciona energía para
iniciar la síntesis de ARN. Los factores TF II H permiten que el ARN polimerasa salga de la
fuerte unión con el promotor y avances en la cadena del ADN.
- Terminación: una vez transcrito todo el gen, se procesa el ARN para eliminar los intrones del
y dejar sólo regiones codificantes (exones). Este proceso de eliminación de intrones se
conoce como empalme o "ayuste", y ocurre dentro del núcleo. Una vez que el ARN ha
madurado viajar al citoplasma para ser traducido, así que ¿cómo es muy inestable y fácil de
traducir? degradarse, sufre una serie de modificaciones con el fin de proteger la molécula: a
cabeza de 7-metilguanosina y una cola de cop A (muchas bases A), para prevenir nucleasas
degradar la molécula. Además, dentro de los exones codificantes hay una secuencia para
delante y detrás de las bases que no están codificando, solo protección. Estos 5'UTR (región
no traducida) y 3'UTR. Por lo tanto, el ARN tendrá las siguientes partes:
El ARN (ARN de transferencia) son las moléculas adaptativas para la traducción. Es esencial su
presencia porque es la molécula que reconoce las codificaciones de ARNm y transporta aminoácidos
para forman la cadena polipeptídica correspondiente a las codificaciones mensajeras.
Presenta una cuerda de 3' – 5' doblado con un anticodón (que se empareja con el
codón de ARNm) y lo tiene unido al extremo 3' el aminoácido correspondiente al codón
del anticodón que transporta el ARNt. El ARNt es la molécula adaptativa para pasar de
las bases a la proteína. Tiene zonas de doble cadena (por lo que no todo el ARN es
cadena simple). Tienen un anticuerpo en la parte inferior del ARNt que reconocerá el
codón de ARNm. Tendrá un aminoácido unido a 3'. Si el RNAm es CCC, el anticuerpo
será GGG y reunirá el aminoácido Prolina (correspondiente al codón CCC). Tenemos
64 codones posibles, 20 aminoácidos diferentes y 31 ARNt. No hay tantos ARNt como
codones posibles porque la tercera base de los codones es muy flexible, es decir, las
dos primeras bases a menudo ya son dar lugar a un aminoácido independientemente
de la tercera base.
Otra molécula importante para el proceso de traducción es el ARNr (ribosómico), ya que es lo que forma
las subunidades grandes y pequeñas de los ribosomas. La pequeña subunidad es la que primero se une a
la cadena de ARNm para iniciar la traducción, pero cuando se une la subunidad grande es cuando
comienza. Ésta la subunidad grande tiene 3 regiones diferentes:
- Peptidil (P): aquí es donde se hace el enlace peptídico entre los aminoácidos que entrante.
4. TERMINACIÓN: al entrar en el ARNt que lleva el codón STOP introduce algunos factores de terminación
(RF:factor relise) que corta la cadena y hace que salga del complejo, las subunidades están separadas y el
ARNm libre que degrada o relee (tiene una vida media de 3 a 10 horas, pero puede leer muchas veces a
la vez para diferentes ribosomas). El ARNt se recicla y normalmente se usa más de una vez. El ARNt en el
Zona P es lo que lleva la cadena de aminoácidos que se ha formado, que está separado, y además se
liberan las subunidades de los ribosomas también. La proteína sintetizada va al destino (RER, AG,
membrana...). Cadenas polipeptídicas
Dentro del ADN, tanto los organismos procariotas como los eucariotas tienen todos los genes. Estos genes
estructuras estructurales, que desempeñarán un papel esencial en la formación de estructuras celulares
y procesos metabólicos, y por otro lado también habrá reguladores, que interactuarán en el transcripción
y traducción. La célula regula la expresión de genes estructurales a partir de genes Reguladores. Los genes
constitutivos, que son esenciales para las funciones vitales de la célula y siempre se expresan,
continuamente. Son por ejemplo los que codifican ribosomas, ARNt, membranas celulares,... común en
todas las células. Por otro lado tenemos los genes inducibles, que se expresarán únicamente en
determinadas situaciones en las que sean necesarias (por ejemplo, hormonas, enzimas,...). También
tendremos genes de desarrollo, que se expresarán durante el desarrollo de embrionario; y genes
específicos de tejidos, que expresarán las proteínas que dan características a un tejido.
Durante todas las fases desde el momento en que tenemos la doble hélice de ADN hasta que obtenemos
una proteína, tendremos mecanismos regulatorios. Podemos distinguir algunos controles específicos:
- Modificación y maduración del ARN: en primer lugar, hay ciertas modificaciones en la molécula.
- Empalme alternativo: se eliminan los intrones de ARNm y se seleccionan los exones interés por la
proteína a codificar.
- Exportación del ARNm: debe salir del núcleo hacia el citoplasma.
- Estabilidad MRNA: se añaden la cabeza, la cola y las secuencias 5'UTR y 3'UTR evitar que se
degrade.
- Control de traducción negativa: hay proteínas específicas que bloquean el ARNm uniéndose a él
e impidiendo que la maquinaria de traducción lo haga. Ser libre en el citoplasma disponible para
cuando se necesita traducción, aunque la vida media del ARN evita que sean largos periodos de
tiempo.
- Fosforilación del factor de iniciación: es necesario darle energía para actuar.
- Marco de traducción offset: se debe reconocer el patrón de lectura correcto (en los eucariotas
reconocen la región de Kozak y en los procariotas el Shine Delgarno).
Existen otros mecanismos de control de la traducción como miRNAs, siRNAs y ARN antisentido. Otra
regulación post-traslacional es el plegamiento de proteínas: si el plegamiento no es correcto estos no
serán funcionales, por lo que existen proteínas (chaperonas) que regulan el plegamiento. Hay proteínas
que se sintetizan en forma de pre-proteína o incluso pro-proteína, por lo que deben sufrir una serie de
modificaciones para poder ser funcionales. Estas modificaciones se denominan modificaciones post-
traslacionales, que pueden ser: ruptura proteolítica, glucosilación, hidroxilación, fosforilación,
modificaciones lipófilas, metilación, enlaces disulfuro. Estas modificaciones determinarán la actividad de
la proteína, su ubicación, repuesto o degradación, interacciones con otras proteínas, su plegado o su
regulación.
Existen diferentes vías de transducción de señales que consisten en proteínas que se modifican entre sí
creando una señal que llega al núcleo y produce que la actividad transcripcional de los genes.
TEMA 14. BIOGENÉTICA Y TERMODINÁMICA.
La biogenética es una rama de la bioquímica que estudia la transferencia y el uso de energía en sistemas
vivos.
La termodinámica es la ciencia que describe y relaciona las propiedades físicas de la materia y sus
intercambios de energía. Define un sistema (Célula) que tiene un entorno (universo). La célula utiliza
energía química para hacer un trabajo (esta proviene de los alimentos) que proviene de las plantas y éstas
la consiguen de la luz mediante la fotosíntesis. De modo que la energía no se crea ni se destruye, se
transforma.
La entalpía (H) es la medida del calor, es decir, la cantidad de calor que necesita o libera una reacción
química al producirse en una reacción a presión constante. Cuando se produce una liberación de calor
hablamos de reacción exotérmica y la variación de entalpía (AH) es negativa, ya que el contenido de calor
de los productos es menor que los de los reactivos. En cambio, cuando la reacción absorbe calor del medio
hablamos de reacción endotérmica y AH es positivo.
H(productos)-H(reactivos)=AH
La entropía (S) es una magnitud que mide el desorden del sistema, cuando los productos son menos
complejos y más desordenado que los reactivos la entropía aumenta.
S(productos)-S(reactivos)=AS
Normalmente la naturaleza tiende al máximo desorden, pero los organismos vivos tienen tendencia a una
disminución de la entropía y por tanto al orden. La molécula con la mínima entropía es el ADN, pero hay
una elevada energía (entalpía elevada). El organismo utiliza energía para organizar su materia.
La energía libre de Gibbs (G) expresa la cantidad de energía capaz de realizar trabajo.
G(productos)-G(reactivos)=AG
Si la variación de energía libre (AG) es negativo decimos que es una reacción exergónica y cuando es
positivo la reacción es endergónica. La energía libre de Gibbs relaciona la entalpía con la entropía:
ΔG = AH - T · ΔS.
En las reacciones que liberan energía o en otros que la necesitan, es necesario que haya reacciones
acopladas (Endotérmicas con exotérmicas para que puedan tener lugar). Las reacciones acopladas dan
lugar al metabolismo celular, donde las moléculas proporcionan energía y llamamos moneda energética
al ATP, que interviene en el transporte celular como por ejemplo el transporte de iones, en el movimiento
de proteínas del músculo que permiten la contracción, en la biosíntesis de macromoléculas, en la
termogénesis... La energía del ATP proviene de sus enlaces con fosfatos (ATP → ADP → AMP).
Las reacciones de oxidación-reducción son aquellas en las que se produce una transferencia de electrones.
El estado más oxidado que encontramos en nuestro organismo es el CO2, por lo que todo lo que ingerimos
acaba oxidándose hasta formar el elemento más reducido. Un sustrato reducido da un electrón y se
produce una reacción de oxidación, el producto es el sustrato oxidado. En las reacciones de reducción, la
sustancia oxidada coge un electrón y se reduce. Por lo tanto, la oxidación es el paso a moléculas más
sencillas y la reducción en más complejas.
1.ENZIMAS
Las enzimas son substancias orgánicas normalmente siempre de natura proteica formadas por RNA
(riboenzimas), que aceleran reacciones químicas. Las enzimas interaccionan con moléculas de partida
(substratos) y catalizan su transformación en otros de diferentes (productos). Intervienen con un papel
importante en casi todos los procesos celulares. Como tienen un alto grado de selectividad respecto a su
substrato y cada uno de ellos cataliza unas reacciones muy concretas, el conjunto de enzimas que se
producen en una célula determina las rutas metabólicas que se pueden llevar a cabo.
Entendemos como catalizador un elemento que acelera una reacción química. La estructura
tridimensional de las enzimas hace posible que haya una enzima específica para cada sustrato:
• CENTRO ACTIVO: zona de la molécula a la que se une el sustrato y donde se realiza la catálisis
enzimática. Es necesario que la enzima esté en un medio adecuado (pH y temperatura adecuados)
para que se una con el sustrato formando el complejo enzima-sustrato. Los centros activos suelen
ser zonas hidrofóbicas para que el agua del medio no influya en la reacción enzimática.
• CENTRO REGULADOR: zona en la que se unen las sustancias que regulan la actividad enzimática.
Podemos definir diferentes tipos de enzimas, ya que algunas enzimas necesitan moléculas que no son
proteínas para realizar su catálisis:
Por último, otro factor que influye en la actividad de las enzimas es el pH del medio, ya que tiene influencia
en el punto isoeléctrico de los aminoácidos que forman la enzima. Si hay cambios en el centro activo se
producirá la desnaturalización y por tanto no podrá actuar. Normalmente actúan a un pH óptimo de 7
(neutro), excepto las enzimas digestivas u otros que actúan a un pH ácido por las características del medio
donde se encuentran.
CINÉTICA DE MICHAELIS-MENTEN
Describe como varia la velocidad de la reacción en función de la concentración de sustrato.
A bajas concentraciones de
sustrato, la velocidad de reacción
(primer orden) es proporcional a la
concentración de sustrato.
A altas concentraciones la
velocidad de reacción (orden 0) es
constante e independiente de la
concentración del sustrato.
- INHIBICIÓN POR PRODUCTO FINAL: el producto inhibe la enzima para que la reacción no se pueda
volver a producir. Se produce un feedback cuando ya tenemos suficiente producto.
- REGULACIÓN GENÉTICA: en la transcripción y traducción del gen que dará lugar a la enzima.
- REGULACIÓN POR MODIFICACIÓN COVALENTE: la enzima se activa por una modificación
reversible, así como una fosforilación, acetilación, metilación ...
También se puede producir la activación por zimógenos: enzimas que se sintetizan de forma inactiva (por
ejemplo, algunos enzimas digestivos como las proteasas) y sólo funcionan digiriendo proteínas
incorporadas de la dieta para que no se degraden el resto de proteínas estructurales o con otras funciones
que hay en el organismo.
15. INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO.
El objetivo del metabolismo es obtener energía química a partir de nutrientes ricos en energía, además,
convierte moléculas que incorporamos como nutrientes en moléculas características de la propia célula.
La célula polimeriza precursores monoméricos a proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, polisacáridos y otros;
sintetizar y degrada biomoléculas necesarias en funciones celulares especializadas. El metabolismo en
general realiza rutas enzimáticas complejas y diversas. El metabolismo es el conjunto de reacciones
enzimáticas que tienen lugar en el organismo.
El metabolismo es la capacidad que tenemos los seres vivos de cambiar la estructura química de la
materia, es igual que decir que es el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar dentro de un
organismo. En el metabolismo primero destruimos y después construimos. Podemos dividir el
metabolismo en dos grandes partes:
• CATABOLISMO: es el conjunto de reacciones por las que la célula degrada o destruyen (lisis) los
nutrientes. Se producen reacciones de degradación o destrucción, es decir, de oxidación.
Rompemos las moléculas porque desprenden energía y tienen lugar a partir de muchos sustratos
diferentes, pero se llega a los mismos productos (rutas convergentes). Sirven para obtener
energía (exergónicas) producen ATP AG<0. (-isis siempre es catabolismo: Lisis, glucolisis,
glucogenólisis, proteólisis y lipolisis). CATA-DESATA
• ANABOLISMO: conjunto de reacciones por las que la célula sintetiza las biomoléculas, a partir de
precursores más simples. Son reacciones de síntesis o construcción, es decir, reacciones de
reducción. Se producen con consumo de energía y a partir de sustratos similares se llega a
productos diferentes (rutas divergentes). Consumen energía (endergónicas) AG>0, gastamos
ATP. (-esis: génesis, glucogénesis, gluconeogénesis, proteogénesis, lipogénesis) ANA-ATA
Estas dos vías no están separadas, sino que están estrictamente relacionadas.
- AUTÓTROFO: CO2 como única o principal fuente de carbono, cogen la energía del sol → plantas,
algas, cianobacterias
- HETERÓTROFO: moléculas orgánicas procedentes de otros seres vivos, cogen la energía de los
alimentos →animales, hombre
FUENTE DE ENERGÍA:
Una ruta metabólica se refiere a una serie de reacciones químicas conectadas entre sí, de tal modo que
el producto de una reacción es sustrato de la siguiente.
Podemos diferenciar las etapas del metabolismo según sean vías catabólicas o anabólicas:
No todas las rutas metabólicas tienen lugar en la misma localización, la topografía del metabolismo es:
❖ La compartimelización dentro de las células depende de donde nos encontremos, hará que se
active una ruta u otra ya que en cada compartimento hay unas enzimas, concentraciones y
productos.
TEMA 16: METABOLISMO DE LOS HIDRATOS DE CARBONO.
En la digestión de los azúcares de la dieta, el principal hidrato de carbono que ingerimos es el almidón,
seguido del glucógeno, la glucosa, sacarosa... También ingerimos otros que no son digeribles, así como la
fibra (celulosa), ya que no tenemos enzimas que degraden los enlaces β. La digestión comienza en la boca,
ya que en la saliva tenemos α-amilasa (también presente en los jugos pancreáticos, la amilasa pancreática
rompe disacáridos). Con la digestión obtenemos polisacáridos, tres disacáridos y finalmente
monosacáridos, y éstos serán transportados para que lleguen a las células. Los monosacáridos pueden
entrar en las células mediante transportadores como los GLUT 3, SGLT1 y el GLUT 5 (disacáridos, intestino
delgado); y finalmente atravesarán la parte interna de la membrana mediante el transportador GLUT 2
(en la sangre).
La digestión es el proceso en el que los polisacáridos de la dieta se rompen para liberar a los
monosacáridos para favorecer su absorción.
La glucosa es la forma principal por la que los glúcidos llegan a las células. Se
pasa de una glucosa de 6 C a dos moléculas de piruvato de 3C. Esta reacción
se da en el citosol de las células y es un proceso anaeróbico.
La glucólisis es la vía más rápida de la célula para obtener energía, y en el metabolismo de los hidratos de
carbono es la primera vía de combustión. Esta ruta metabólica tiene lugar en el citosol, y se puede dividir
en dos fases:
Hasta este punto del metabolismo de los HC no hay consumo de oxígeno, es a partir de la oxidación del
piruvato que podrá hacerse de forma aeróbica o anaeróbica. Hay 3 puntos de regulación de la glucólisis
que se corresponden con las tres reacciones irreversibles que tienen lugar durante la fase preparativa y
de rendimiento energético de la glucólisis (otros substratos son la sacarosa,fructosa, lactosa y maltosa):
Algunos de los monosacáridos que también son sustratos para la glucólisis son: fructosa (procedente de
la sacarosa), manosa y lactosa. Estos monosacáridos sufren fosforilaciones para convertirse en glucosa-6-
P o fructosa-6-P y así poder converger en la glucólisis.
El NADH que obtenemos es energía: si hay oxígeno disponible el NADH se vuelve a oxidar a la cadena de
transporte electrónico generando 2,5 moléculas de ATP en la fosforilación oxidativa. En condiciones
anaeróbicas, el NADH es oxidado por la lactato deshidrogenasa en NAD para ser utilizado en más glicólisis.
El piruvato también es energía, en condiciones aeróbicas se transforma en Acetil CoA y entra en el ciclo
de Krebs, y en condiciones anaeróbicas sufre la fermentación, que puede ser de dos tipos:
Nuestro organismo es muy susceptible a los niveles de glucosa en sangre. Obtenemos la glucosa de la
dieta, pero cuando estamos en ayuno hay otras rutas anabólicas que tienen el objetivo de obtener glucosa
como fuente de energía.
La gluconeogénesis es el proceso contrario a la glucólisis, pero como en esta última ruta hay algunas
reacciones irreversibles necesitan enzimas específicas. Consiste en sintetizar glucosa a partir de piruvato,
y requiere un alto consumo de ATP y NADH. Esta ruta también permite la síntesis de glucosa a partir de
otros precursores no glucídicos, como, por ejemplo: aminoácidos, lactato, glicerol o intermediarios del
Ciclo de Krebs. Esta ruta sólo tiene lugar en el hígado y en el córtex renal, y tiene lugar en el citosol de las
células, aunque el primer paso se da en la mitocondria.
Las reacciones que se producen son justamente las mismas que en el caso de la glucólisis, pero hay 3
pasos diferentes que coinciden con las reacciones irreversibles de la glucólisis, son los puntos reguladores
diferentes: (son puntos de alto requerimiento energético)
El hígado es el que se encarga de el tener una reserva de glucosa, para no tener una hipoglucemia,
y libera la glucosa a la sangre.
Rompemos la reserva que tenemos para obtener esta glucosa, ya sea en el hígado o en el músculo.
Se puede hacer con gluco-fosfo-mutasa que rompe enlaces a1-4 que da lugar a glucosa unida a
fosfato y enzima desramificante capaz de romper enlaces a1-4 que da lugar a glucosa libre
(importante cuando el hígado necesita glucosa libre de manera rápida).
a. ÁCIDO LÁCTICO: el lactato producido por la fermentación láctica del músculo en condiciones
anaeróbicas o bien a los eritrocitos, va a parar al hígado para servir como precursor de la glucosa
en la gluconeogénesis. Este se denomina Ciclo de Cori, el cual aprovecha el lactato para hacer la
gluconeogénesis y liberar glucosa en la sangre.
2.GLUCOGENOGÉNESIS Y GLUCOGENÓLISIS.
El glucógeno es un polisacárido de origen animal formado por gran cantidad de moléculas de glucosa con
una estructura ramificada y tiene la función de almacenar energía a corto plazo, pero no en todos los
tejidos sino sólo a los músculos y en el hígado. El metabolismo del glucógeno se divide en dos procesos,
el de la síntesis de éste y la degradación.
CASCADA REGULADORA
La glucogenólisis se suele producir horas después de las comidas, cuando los niveles de glucosa en sangre
han disminuido. En este momento, el tejido hepático comenzará a degradar glucógeno para liberar
glucosa en la sangre. Al tejido muscular sólo se degradará cuando haya un gasto energético que no pueda
ser cubierto por los niveles de glucosa disponibles en sangre. La degradación del glucógeno se base en el
funcionamiento de dos enzimas:
• GLUCÓGENO FOSFORILASA: elimina las moléculas de glucosa de los extremos no reductores (rompe
enlaces α1-4). Libera glucosa-1-P. Cuando quedan 3 residuos no puede continuar de manera que hay
una actividad transferasa.
• ENZIMA DESRAMIFICANTE: tiene actividad glucósido transferasa (coge los 3 últimos residuos y los
transfiere a la siguiente cadena para poder continuar cortando) y glucosidasa (talla enlaces α1-6), por
lo que elimina los puntos de ramificación de la molécula.
Por lo tanto, para la glucogenólisis hay una triple actividad enzimática: fosforilasa, transferasa y
glucosilasa.
Para dar lugar a una molécula de 6 carbonos necesitamos una de 3 C. para pasar de piruvato a oxitalato
el proceso se realiza en la mitocondria ++++
16.4. VÍA DE LAS PENTOSAS FOSFATO (VPP)
Es una vía catabólica que no genera ATP, sino que genera energía metabólica o también llamada poder
reductor. Es una ruta anfibólica, es decir anabólica y catabólica (la principal es el ciclo de Krebs). La unidad
del poder reductor más asequible en las células es el NADPH, que se distingue del NADH por el grupo
fosforilo en el C2 de una unidad de ribosa. El NADH se oxida por la cadena respiratoria para formar ATP.
El NADPH sirve como dador de electrones (Ión hidruro), en las biosíntesis reductoras . Las finalidades de
la VPP son:
1. FASE OXIDATIVA: se producen 3 reacciones: una molécula de glucosa-6-P sufre una oxidación y
pasa a ser 6-fosfogluconolactona, dando lugar a un NADPH; esta es hidrolizada en
6-fosfoglutanato; después sufre una descarboxilación oxidativa dando lugar a ribosa-5-P con la
liberación de otro NADPH. Por tanto, en esta fase se obtienen dos moléculas de poder reductor
(NADPH).
2. FASE NO OXIDATIVA: participan isomerasa y epimerasa que hacen reorganizaciones moleculares
entre diferentes monosacáridos. Se transfieren átomos de C que pasan de cetosas a aldosas.
La regulación de la VPP tiene su punto clave en la fase oxidativa. Hay una molécula llamada Glutatión (GSH
en su forma reducida y GSSG en la forma oxidada) que tiene capacidad antioxidante y compensa los
radicales libres además de regular la VPP. Cuando hay alto niveles de GSH activa la vía de las pentosas,
controlada por la glucosa-6-fosfato disponible (fase no oxidativa) y por la cantidad de moléculas para
compensar los radicales libres (fase oxidativa).
La descarboxilación oxidativa del piruvato es el paso del piruvato a Acetil-CoA y este proceso se realiza en
la mitocondria.
Para la formación del Acetil CoA primero de debe formar el piruvato, siendo la molécula precursora del
ciclo de Krebs y se forma a partir del piruvato producido en la glucólisis.
1. CICLO DE KREBS
El ciclo de Krebs es un nexo entre las diferentes rutas metabólicas y participa en lo que llamamos
respiración celular típica de los organismos aeróbicos. El objetivo es catabolizar del Acetil CoA procedente
de los monosacáridos, ácidos grasos y aminoácidos hasta producir CO2 y así obtener gran cantidad de
energía (en forma de poder reductor que luego será utilizado por la cadena de transporte de electrones
para producir ATP). Además de ser catabólico, el ciclo de Krebs también tiene una parte anabólica ya que
proporciona intermediarios para la síntesis de biomoléculas como AG y azúcares. Es por ello que se
considera una ruta anfibólica, ya que tiene una parte catabólica y otra anabólica.
El ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz mitocondrial de las células eucariotas. En células que no tienen
mitocondrias como por ejemplo los eritrocitos no se produce el ciclo y por tanto han de obtener la energía
directamente de la glucólisis, por lo tanto, son más dependientes de los niveles de glucosa en sangre. Las
reacciones que tienen lugar durante el ciclo de Krebs son:
1. CONDENSACIÓN: unión entre una molécula de acetil CoA y un oxalacetato, donde se libera la
CoA y obtenemos citrato. Es un paso irreversible y actúa el citrato sintasa.
2. TRANSFORMACIÓN DEL CITRATO EN ISOCITRATO: se produce una deshidratación seguida de
una hidratación.
3. PRIMERA DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA: el isocitrato (6C) pasa a una molécula de 5C con la
liberación de un NADH y la eliminación de un CO2. Es irreversible. Pasa de piruvato a Acetil-Coa
4. SEGUNDA DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA: se transforma la molécula de 5C en succinil CoA
(4C), generando un NADH y eliminando un CO2. También es irreversible.
5. FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO: tiene lugar la ruptura de un fuerte enlace del succinil
CoA y se libera una molécula de GTP y el CoA.
6. OXIDACIÓN DEL SUCCINATO OBTENIDO A FUMARATO: libera un FADH2.
7. HIDRATACIÓN DEL FUMARATO PARA FORMAR L-MALTEADA.
8. DESHIDROGENACIÓN: el L-malteada oxida a oxalacetato y se libera un NADH. Este oxalacetato
utilizará para iniciar un nuevo ciclo.
OBTENEMOS
De este modo, se pueden oxidar muchas moléculas de Acetil CoA con un solo oxalacetato, ya que éste se
vuelve a producir en cada vuelta del ciclo de Krebs, se regenera.
EL FADH2 y los 3 NADH se reoxidaran rápidamente a la cadena de transporte de electrones para obtener
ATP, y la molécula de GTP se convertirá en ATP, aunque algunas reacciones utilizan esta molécula de GTP
como fuente de energía y no hay que convertirla en ATP.
La regulación del ciclo de Krebs se da con el fin de satisfacer las necesidades energéticas de la célula y por
crear intermediarios para la biosíntesis de nuevas moléculas. Hay principalmente dos niveles de
regulación del ciclo que necesitamos para realizar el ciclo:
Si tenemos mucha energía (ATP) el sistema tiende a pararse y a no realizar el ciclo, si tenemos
mucho Acetil CoA, NADH, ácidos grasos, succinil-CoA o citrato nuestro sistema tiende a parar el
ciclo. Por lo contrario, si tenemos poca energía, es decir, mucho AMP, Coa, NAD y Ca el ciclo
comenzara para así obtener energía.
La formación de acetil CoA mediante piruvato es inhibida por la presencia de acetil CoA, NADH y ATP y se
activa con altos niveles de AMP. Con este tipo de regulación, el glicólisis va a la velocidad adecuada para
formar el acetil CoA que el ciclo necesita para cubrir las necesidades energéticas de la célula, por lo que
la velocidad de la glucólisis y la del CK están acopladas a través de los productos que los inhiben y los
activan. Las reacciones anapleróticas son rutas que convergen en el CK y permiten reponer los
intermediarios del ciclo para que éste siga funcionando. La reposición de un intermediario lleva a la larga
a la reposición de cualquier intermediario del ciclo, debido a ser un ciclo cerrado. Estas reacciones
permiten que el ciclo siga funcionando, aunque algunos de los intermediarios se utilicen para la biosíntesis
de nuevas moléculas.
La teoría quimiosmótica habla del acople del transporte electrónico a la síntesis de ATP. Lo que hacemos
es pasar protones a través de los electrones que hay en las moléculas reducidas, y después la cantidad de
protones traspasados volverán a entrar para generar ATP.
En la cadena de transporte de electrones las moléculas reducidas se van a oxidar liberando protones al
espacio intermembrana que a través de la ATP sintasa se forma ATP. Complejos:
- Complejo I: con la oxidación de un NAD reducidos pasamos 4H+. Los electrones nos permiten
que un protón (+) sea capaz de pasar a un sitio donde la carga es positiva.
- Complejo II: con la oxidación de los FAD reducidos pasa a coenzima Q (nos sirve para pasar los
electrones de un sitio a otro).
- Complejo III: solo pasa moléculas gracias al complejo II, no reduce. Pasa a través del citocromo
al complejo IV.
- Complejo IV: solo es capaz de pasar dos protones porque los ostros dos se los da al oxígeno para
formar agua.
Solo 3 son capaces de pasar protones de la matriz mitocondrial al espacio intermembrana. Por cada 4H+
se forma 1ATP. La enzima que obtenemos es ATP sintasa (es un complejo), por el que pasa los protones
del espacio intermembrana para obtener 1 ATP por cada 4H+, por lo que obtenemos 2,5 ATP.
La mayoría de los electrones que se hacen sirven a la CTE provienen de deshidrogenasas que cogen los
electrones por los diferentes procesos metabólicos y los canalizan hacia aceptores de electrones, así como
NAD y FAD. Los electrones que transportan estas moléculas son transferidos a una serie de
transportadores asociados a la membrana interna de la mitocondria, conocidos como complejos. Estos
complejos son proteínas que tienen la capacidad de aceptar y dar electrones.
En el complejo de transporte de electrones intervienen 3 moléculas principales:
I. Ubiquinoa o coenzima Q
II. Citocromos
III. Proteínas con agrupaciones sulfo-férricas
El tráfico de electrones a través de los complejos se produce en orden creciente de afinidad electrónica,
de manera que se transfieren electrones desde las coenzimas reducidos hasta el oxígeno que es el aceptor
final de electrones.
La membrana interna de la mitocondria es impermeable a NADH y H+, por lo que para que los electrones
puedan atravesarla deben utilizar mecanismos indirectos llamados lanzaderas. Hay dos tipos principales
de lanzadera:
1.DIGESTIÓN
La digestión comienza en las glándulas de la parte posterior de la lengua, ya que produce lipasa lingual
inactiva. A pesar de que la boca secreta lipasa lingual, esta solo se activa a un PH ácido, es decir, cuando
llega al estómago, pero tiene muy poca acción. Por eso decimos que la digestión de los lípidos no empieza
en la boca, si no en el estómago. Después, en el estómago, actúa la lipasa lingual junto a la lipasa gástrica
(lipasas ácidas), que hidrolizan triacilglicéridos con ácidos grasos de cadena corta y mediana, y sus
productos son productos diacilglicéridos y monoacilgliceroles y ácidos grasos libres. La colecistocinina y
secretina son secretadas por el duodeno, que induce a la secreción de sales biliares y enzimas
pancreáticas. Los ácidos grasos de cadena corta pasan vía porta al torrente circulatorio. La vesícula biliar
o la bilis es muy importante, sin ellas no hay digestión de lípidos.
La emulsificación es la formación de micelas (lípidos y ácidos grasos). Entre los ácidos biliares el más
abundando es el ácido cólico, y en menor proporción se encuentra el ácido quenodesoxicólico. Son
excretados en la bilis conjugados con glicina o taurina (ácido glicólico y taurocólico). Los ácidos biliares
tienen unas propiedades:
La digestión continua en el duodeno a través de la lipasa pancreática (en el páncreas hay enzimas que se
secretan al duodeno -exocrina del páncreas- importantes para la digestión), que produce colipasa se
encargan de hidrolizar los ésteres de colesterol y producir fosfolipasa A2.
RESULTADO DE LA DIGESTIÓN
Las sales permiten que los lípidos no viajen solos, ya que forma micelas haciendo que los lípidos viajen en
esferas. Si tenemos todos los lípidos recogidos es más fácil que la molécula llega a una gota de las micelas
y hacer su reacción.
2.ABSORCIÓN
Los lípidos cuando tienen que salir a la sangre, van encapsulados en estructuras para poder viajar, pero
hay algunos ácidos grasos que pueden pasar libremente. Las estructuras que se formar para poder
traspasar los lípidos son los quilomicrones. Para poder volver a pasar tenemos moléculas que entran en
los eritrocitos, pero para poder pasar a torrente sanguíneo tenemos que volver a construir el
triacilglicérido.
La absorción de lípidos es un proceso mediante el cual las sustancias resultantes de la digestión ingresan
a la sangre a través de membranas permeables (sust. de bajo PM) o por medio de transporte selectivo.
No es indispensable la digestión total de las grasas neutras debido a que pueden atravesar las membranas
si se encuentran en emulsión fina. Las sustancias sin degradar totalmente que atraviesan las membranas
son hidrolizadas totalmente en los enterocitos. En las células intestinales se sintetizan nuevamente los
triacilglicéridos (TAG). El colesterol se absorbe en el intestino y luego se incorpora a los quilomicrones
como tal o como ésteres con AG.
La lipasa rompe los triacilglicéridos, que entra en eritrocito sin gastar energía, pero antes de salir al
sistema linfático y después a la vena subclavia necesitamos un sistema para transportarlo, que son los
quilomicrones (familia de lipoproteínas).
2.1 LIPOPROTEÍNAS
Las lipoproteínas son moléculas compuestas de proteínas y de grasa, encargadas de trasladar el colesterol
y otras sustancias grasas similares a través de la sangre. Su apariencia física es esférica, son hidrosolubles
y presentan un núcleo de lípidos apolares (colesterol esterificado y triacilglicéridos), están cubiertas por
una capa externa hecha de apoproteínas, fosfolípidos y colesterol libre.
Son complejos macromoleculares formados por lípidos y proteínas. Circulan por el plasma, donde
cumplen la función de transporte de lípidos, tanto exógenos (dieta) como endógenos. Se clasifican según
su densidad que depende de la relación de lípido proteína de cada partícula. Se sintetizan en el intestino
o en el hígado.
Cada lipoproteína posee un tipo particular de apolipoproteína y una función específica determinada por
su composición y lugar de síntesis. Intercambian componentes lipídicos y proteicos en circulación, pero
algunas apolipoproteínas son intercambiables.
Son muy parecidos en el tamaño a los quilomicrones, pero tienen un diámetro más
pequeño (30-80nm). Tienen muy baja densidad (0,930-1). Se forman en el hígado y están
Muy baja densidad compuestos por proteínas (7-10%) y lípidos (90-93%).
La B-oxidación se realiza en todos los tejidos (hígado y músculo esquelético, en reposo, corazón, tejido
adiposo, riñón), excepto en el cerebro y glóbulos rojos. Rompemos el glicerol y posteriormente va a la
fase de oxidación que es donde necesitamos la energía.
1. ACTIVACIÓN: solo ocurre en los tejidos donde encontramos la enzima glicerolquinasa (hígado,
riñón, glándula mamaria lactante e intestino. Pasamos de un glicerol a un glicerol-3-fosfato.
2. Luego es trasformado en dihidroxiacetona fosfato a través del glicerolfosfato deshidrogenasa.
3. Por último, a través de la fosfotriosa obtenemos gliceraldehído-3-fosfato.
Los ácidos grasos libres se transportan en la circulación sanguínea gracias a la albúmina, que es una
proteína de unión de ácidos grasos para moverse en la célula, no se mueven libremente. También
tenemos la proteína FABP, que es una proteína de unión a ácidos grasos en la mitocondria.
Pero para que se produzca la beta oxidación, antes debe ocurrir la activación del ácido graso, lo cual
requiere de energía ATP y el transporte al interior de la mitocondria.
La beta oxidación solo ocurre en ácidos grasos activados y cada ronda de beta oxidación se van a
desprender dos carbonos entre el carbono alfa y el carbono β.
Partimos de un ácido graso de 16 carbonos (beta oxidación de un palmitato) y a través de varias reacciones
de beta oxidación vamos eliminando carbonos hasta obtener un ácido graso de 2 carbonos, dándonos un
acetil-CoA libre. Por cada oxidación obtenemos un FADH2 y un NADH+H.
En cada ciclo se pierden 2 átomos de C en forma de Acetil-CoA. Para degradar completamente un ácido
graso de 16C hace falta 7 ciclos.
Nº de ciclos = (Nº de C) -1
2
En cada ciclo se produce 1 molécula de FADH2 y una de NADH
La interrelación con el ciclo de Krebs:
- Los acetilos formados en la beta oxidación ingresan al ciclo de Krebs para su oxidación total a
CO2.
- Los NADH y FADH2 producidos en el ciclo de Krebs forman ATP en la mitocondria (fosforilación
oxidativa)
Para esto es necesaria la presencia de oxalacetato (1º intermediario en el ciclo de Krebs). Si la cantidad
de oxalacetato es insuficiente, las unidades de acetil-CoA son utilizadas mediante una vía alternativa en
la que se producen los cuerpos cetónicos. Estos compuestos se forman principalmente en el hígado, a
partir de acetil-CoA mediante una serie de etapas.
Los cuerpos cetónicos son moléculas que se sintetizan a partir del Acetil-CoA en las mitocondrias hepáticas
y derivan del catabolismo de ácidos grasos y son utilizamos como fuente de energía en tejidos
extrahepáticos. En condiciones fisiológicas, los cuerpos se sintetizan cuando la glucemia es baja.
La cetogénesis es la síntesis de cuerpos cetónicos que ocurre en las mitocondrias de los hepatocitos. Esta
vía ocurre en situaciones metabólicas particulares, cuando la glucemia y la insulinemia son bajas.
EXCESO
Este proceso ocurre en ayunos muy prolongados. El Hígado es el principal productor ya que posee todas
las enzimas necesarias. Es incapaz de usarlos como combustible. Los órganos que los usan son: cerebro,
músculo esquelético, corazón y otros. Solo se usan como fuente de energía en situaciones metabólicas
especiales. Ej: Diabetes, ayuno prolongado. El aumento de estos provoca Acidosis Metabólica.
Los tejidos extrahepáticos utilizan cuerpos cetónicos como fuente de energía. El acetil CoA adentro de la
célula, ingresa al ciclo de Krebs para obtener energía.
La cetosis: una vez que el nivel de cuerpos cetónicos en sangre llega a un cierto umbral, se considera que
ha alcanzado un estado de cetosis nutricional. El límite para estar en cetosis nutricional es de un mínimo
de 0,5mmol/L de betahidroxibutirato.
9.SÍNTESIS DE NOVO
Los ac. grasos se sintetizan en el citosol a partir de acetil-CoA que se produce en la mitocondria por lo
tanto es necesario que estos últimos sean transportados afuera de las mitocondrias. La membrana
mitocondrial interna es impermeable a acetil-CoA. La manera en que salen es como citrato mediante un
transportador de tricarboxilatos. Se usa NADPH como fuente de H para las reducciones. Sin el citrato no
hay síntesis de ácidos grasos
1. FORMACIÓN DE MALONIL-CoA: es una carboxilación que requiere HCO3 (como fuente de
CO2). Cataliza: acetil-CoA carboxilasa que usa biotina (vit B7) como coenzima. Es el
principal sitio de regulación de la síntesis de ac. Grasos. Esta reacción consume energía.
La enzima acetil-CoA carboxilasa si hay insulina se activara la enzima y si hay glucagón
inhibe la enzima y no almacenará los ácidos grasos
2. REACCIONES DE LA ENZIMA ÁCIDO GRASO SINTETASA: le vamos añadiendo acetil CoA al ácido
graso.
- Transferencia de acetato.
- Transferencia de malonilo.
- Condensación de acetilo con malonilo
- Reducción del grupo ceto Translocación
- Deshidratación
- Segunda reducción (Saturación del enlace C-C) translocación.
3. BIOSÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS: cada 8 acetil-CoA gastaremos 7 ATP y 14 NADPH. Estamos
gastando energía en el proceso.
TEMA 19: METABOLISMO DE PROTEÍNAS Y NUCLEÓTIDOS
1.DIGESTIÓN DE PROTEÍNAS
Las proteínas inician la digestión en el estómago con la enzima pepsina que genera péptidos de cadena
corta, la enzima pepsinógeno que está inactiva pasa a pepsina siendo una enzima activa. Posteriormente
continua en el intestino delgado (la mayor parte sucede en el duodeno y yeyuno). Las enzimas que se
secretan en el páncreas son las endopeptidasas que cortan los enlaces del lateral (tripsina, elastina y
quimiotripsina) y exopeptidasa que cortan el enlace por el medio (carboxipeptidasa que separa
aminoácidos del extremo carboxilterminal de las cadenas polipeptídicas y la aminopeptidasa), las cadenas
polipeptídicas son digeridas en aa libres, dipéptidos y tripéptidos. Por último, estos aminoácidos libres
entran libres por cotransporte con Na+ y pasan a capilares sanguíneos y los dipéptidos y tripéptidos entran
por transporte activo secundario, mediante una gradiente de protones, y en el citoplasma son
hidrolizados en aa libres para poder pasar a los capilares sanguíneos.
2.AMINOÁCIDOS
Un aminoácido es una molécula orgánica con un grupo amino (-NH2) en uno de los extremos de la
molécula y un grupo carboxilo (-COOH) en el otro extremo. Forman péptidos, dipéptidos y proteínas.
• NO ESENCIALES: son los que nuestro cuerpo es capaz de sintetizar por sí mismo. Los que
sintetizamos forman parte de diferentes rutas metabólicas.
- Ácido aspártico
- Ácido glutámico
- Alanina
- Cistina
- Citrulina
- Hidroxiprolina
- Prolina
- Serina
- Tirosina
Hay aminoácidos que no se consideran proteicos, son derivados de otros aminoácidos, es decir, se
incorporan a la proteína como uno de los aminoácidos proteicos y, después de haber sido formada la
proteína, se modifican químicamente (la hidroxiprolina). Algunos aminoácidos no proteicos se utilizan
como neurotransmisores, vitaminas, etc. (beta-alanina o biotina).
Los aminoácidos no se acumulan, hemos de tener en cuenta que hay un abastecimiento de aa y un uso
de ellos. Lo podemos obtener de la dieta, de proteínas corporales y la síntesis de aminoácidos no
esenciales, y luego podemos usar los aminoácidos para volver a formar proteínas, lo podemos derivar a
dar glucosa y glucógeno, ácidos grasos, cuerpos cetónicos, etc.
4.CATABOLISMO DE AMINOÁCIDOS
La degradación de los aa se inicia con la liberación de -NH2 denominandose desanimaciones para luego
ser utilizado el NH3 en la síntesis de nuevos aa. La degradación de -COOH en los aminoácidos hasta CO2
se denomina descarboxilación.
El sitio de degradación de los aa en los mamíferos es el hígado, solo degradamos en el hígado y primero
se pierde el grupo amino y luego el carboxilo. El grupo amino de muchos aa es transferido al glutamato,
el cual, por desaminación oxidativa llega a la formación de amonio.
Las situaciones en la que se produce la degradación oxidativa de los amino ácidos son:
- Durante la síntesis y degradación de las proteínas, algunos aminos ácidos que son liberados de
las proteínas y no son necesarios para la síntesis de nuevas proteínas pueden seguir una ruta
catabólica.
- Cuando el individuo sigue una ruta rica en proteínas y la ingesta de amino ácido excede a las
necesidades corporales para la síntesis de proteínas.
- Durante un ayuno prolongado o una diabetes descompensada, donde los carbohidratos no
pueden ser utilizados apropiadamente, las proteínas celulares son utilizadas como combustible.
Nunca los aminoácidos están libres por el cuerpo. El problema es que cuando lo rompemos el grupo
amino es tóxico y por tanto tenemos que eliminarlo.
Una vez eliminado el grupo amino durante el metabolismo de los aa, éste puede seguir diferentes
destinos metabólicos:
El transporte de amonio desde los tejidos periféricos al hígado (síntesis de glutamina) se realiza:
7.CICLO DE UREA
Su importancia se radica en que es el mecanismo más eficaz que dispone el organismo para la
eliminación del amoníaco. La urea es un componente de baja toxicidad. En este proceso 2
moléculas de amoníaco y una de CO2 son convertidas en urea. La síntesis de la urea se lleva a
cabo en el hígado y de este pasa al riñón, donde se elimina por la orina. Cualquier situación
que impida eliminar la urea puede ser fatal (uremia). El dador general de la urea es el
glutamato.
El glutamato coge el grupo amino. Es un ciclo mixto por la localización, ya que empieza en la
mitocondria y termina en el citoplasma del hígado. Al principio sintetizamos citrulina en
mitocondrias, y para empezar el ciclo necesitamos carbamoil-fosfato y para ello gastamos 2
ATP a partir del carbamoil fosfato. A través de la ornitina carboxilasa formamos citrulina y esta
sale al citoplasma. En el citoplasma generamos argininasuccinato para que la arginina de
ornitina libera el grupo amonio
Para la ruptura de argininasuccinato se libera arginina y furamato (siendo el furamato el link entre el
ciclo de krebs y el de la urea), este furamato entra en el ciclo de krebs y compensa el gasto de energia
en la urea.
El furamato liberado durante el ciclo de urea, conecta ambos ciclos. El furamato es compensador de
energía del ciclo de la urea en forma de NADH por su transporte citosol-mitocondria.
El furamato se libera en el citoplasma, el cual se pasará a malato para pasar a la mitocondria y con la
lanzadera entrar al ciclo de krebs.
El fumarato es hidratado a Malato, el cual puede regresar al interior de la mitocondria. El malato puede
ahí ser convertido a Oxaloacetato que puede tener varios destinos: