libro bioquimica

INDICE UNIDAD N° 1 ...................................................................................................... 1c INTRODUCCION A LA BIOQUÍMICA ................................................................. 1c OBJETIVOS .................................................................................................... 1c Definición de Bioquímica ................................................................................. 1c Relación de la Bioquímica con otras ciencias ................................................. 2c Componentes de los Seres Vivos. ................................................................. 3c c Componentes Inorgánicos .................................................................... 4c c Compuestos Mixtos Con Sustancias Orgánicas ................................... 5c c Los Componentes Orgánicos ............................................................... 5c c Œrupos Funcionales ............................................................................. 6c c Compuestos Heterocíclicos .................................................................. 7c Relación entre Biomoléculas ........................................................................... 9c c Reactividad de las biomoléculas: ......................................................... 9c c Abundancia de las biomoléculas: ......................................................... 9c c Reactividad entre biomoléculas. ........................................................... 9c Características que identifican a la Materia Viva ........................................... 10c c Homeostasis. ...................................................................................... 11c c Factores que influyen en la homeostasis ........................................... 11c Requerimientos Nutricionales. ...................................................................... 13c Dieta. ............................................................................................................. 13c Enfermedades Nutricionales. ........................................................................ 14c TEST DE EVALUACION ............................................................................... 14c UNIDAD N° 2 .................................................................................................... 16c LA CELULA, SU ORŒANIZACIÓN BIOQUIMICA ............................................ 16c OBJETIVOS .................................................................................................. 16c Œeneralidades ............................................................................................... 16c Componentes Subcelulares. ......................................................................... 17c c Membrana Celular .............................................................................. 17c c Núcleo ................................................................................................ 18c c Citoplasma ......................................................................................... 19c c Membrana nuclear.............................................................................. 22c c lasma nuclear: .................................................................................. 22c c Nucléolo: ............................................................................................ 22c c Cromatina: .......................................................................................... 22c SEARACIÓN DE COMONENTES SUBCELULARES: Métodos .............. 23c Función Bioquímica de Componentes Celulares .......................................... 24c Ejercicios ilustrativo ....................................................................................... 24c TEST DE EVALUACIÓN ............................................................................... 25c UNIDAD N° 3: ................................................................................................... 26c EL AŒUA Y EL H ........................................................................................... 26c OJETIVOS .................................................................................................... 26c El Agua.......................................................................................................... 26c ROIEDADES DEL AŒUA ......................................................................... 26c c Constante dieléctrica .......................................................................... 26c c Capacidad calorífica ........................................................................... 27c c Calor de vaporización ......................................................................... 27c c Densidad ............................................................................................ 28c c Tensión superficial.............................................................................. 28c v

c Constante de ionización ..................................................................... 28c ropiedades Físicas del Agua. ...................................................................... 28c c Estructuras e interacciones del agua.................................................. 29c c Las moléculas de agua se asocian entre ellas a través de puentes de hidrógeno................................................................................................... 30c c El agua forma puentes de hidrógeno con solutos polares .................. 31c c Los puentes de hidrógeno le dan al agua sus propiedades inusuales 32c ropiedades químicas: olaridad, Enlace de Hidrógeno, e Iónización. ........ 33c c olaridad ............................................................................................ 33c c Enlace De Hidrógeno ......................................................................... 33c c Iónización: Disociación del agua ........................................................ 35c ropiedades Acido - Básico. ......................................................................... 35c c Titulación ácidos bases ...................................................................... 40c c Teoría de Bronsted y Lowry. .............................................................. 41c pH: Medida de Acidez. .................................................................................. 42c Ecuación de Henderson-Hasselbalch. .......................................................... 43c Soluciones Tampones o Buffer. .................................................................... 45c TEST DE EVALUACION ............................................................................... 45c UNIDAD N° 4. ................................................................................................... 46c AMINOACIDOS Y ROTEINAS ....................................................................... 46c OBJETIVOS .................................................................................................. 46c roteínas ....................................................................................................... 46c Estructura de los Aminoácidos ...................................................................... 46c Clasificación de Aminoácidos.- ..................................................................... 48c ropiedades generales de los Aminoácidos: Actividad Optica (Isomerismo). ...................................................................................................................... 49c Estereoisómeros geométricos .................................................................. 50c Estereoisómeros ópticos ........................................................................... 50c Reacciones químicas características de los aminoácidos............................. 51c ropiedades del grupo carboxilo ............................................................... 51c ropiedades del grupo amino .................................................................... 53c Reacciones especificas de algunos aminoácidos ...................................... 56c Aminoácidos Esenciales. .............................................................................. 56c c Triptófano ........................................................................................... 57c c Fenilalanina ........................................................................................ 57c c Valina ................................................................................................. 58c c Leucina ............................................................................................... 59c c Isoleucina ........................................................................................... 60c c Treonina ............................................................................................. 61c c Arginina .............................................................................................. 62c c Histidina .............................................................................................. 63c c Metionina ............................................................................................ 63c c Lisina .................................................................................................. 64c Aminoácidos no roteicos ............................................................................. 64c Nomenclatura y notación de péptidos. .......................................................... 65c Características y ropiedades de los aminoácidos ....................................... 67c ropiedades ácido-base de los aminoácidos ................................................ 68c Estructura de las roteínas. .......................................................................... 71c c Estructura rimaria ............................................................................. 71c c Estructura Secundaria ........................................................................ 72c

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c Estructura Terciaria ............................................................................ 73c c Estructura Cuaternaria ....................................................................... 73c ropiedades de las roteínas ....................................................................... 74c c Especificidad. ..................................................................................... 74c c Desnaturalización. .............................................................................. 74c Clasificación de las roteínas ....................................................................... 75c c HOLOROTEÍNAS............................................................................. 75c c HETEROROTEÍNAS ........................................................................ 75c Métodos de separación de proteínas ............................................................ 76c Funciones de las roteínas ........................................................................... 78c Enlace eptídico. .......................................................................................... 79c Conformación de las Cadenas olipeptídicas. .............................................. 81c Oligopéptidos.- .......................................................................................... 81c Dipéptidos.- ............................................................................................... 81c Tripéptidos.-............................................................................................... 81c Tetrapéptidos. ............................................................................................ 81c olipéptidos o cadenas polipeptídicas. ...................................................... 81c Funciones de roteínas Específicas: Albúminas, Œlobulina, Hemoglobina, Colágeno e Insulina. ..................................................................................... 81c c Albúmina ............................................................................................ 81c c Œlobulinas .......................................................................................... 82c c Insulina ............................................................................................... 83c c Hemoglobina ...................................................................................... 84c c Colágeno ............................................................................................ 85c Importancia Biológica de las roteínas. ........................................................ 87c TEST DE EVALUACION ............................................................................... 87c UNIDAD N°5: .................................................................................................... 89c CARBOHIDRATOS .......................................................................................... 89c OBJETIVOS .................................................................................................. 89c Características Œenerales. ............................................................................ 89c Clasificación de los Carbohidratos. ............................................................... 90c 1. Monosacáridos .......................................................................................... 90c 2. Oligosacáridos .......................................................................................... 94c 3. olisacáridos ............................................................................................. 96c 4. Mucopolisacáridos..................................................................................... 96c IMORTANCIA DELOS HETEROOLISACÁRIDOS ................................... 97c FUNCIONES DE LOS CARBOHIDRATOS ................................................... 97c c Funciones Energéticas ....................................................................... 97c c Función Estructural............................................................................. 98c c Función Informativa ............................................................................ 98c c Función De Detoxificación .................................................................. 98c ISOMERIA ..................................................................................................... 99c c Estereoisomeria de los monosacáridos. ............................................. 99c c Enantiómeros. .................................................................................... 99c c Epímeros. ........................................................................................... 99c c Tautómeros. ....................................................................................... 99c c Mutarrotación. .................................................................................... 99c c Reacción ácido/base sobre monosacáridos. .................................... 100c CONFIŒURACIÓN. ..................................................................................... 100c c ropiedades físicas. ......................................................................... 103c

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c Anomerización. ................................................................................. 104c c Estructura tridimensional. Conformación. ......................................... 106c c ropiedades químicas. ..................................................................... 107c IMORTANCIA BIOLӌICA DE LOS ŒLÚCIDOS ..................................... 111c CARBOHIDRATO FRECUENTE EN LA DIETA. ......................................... 111c FIBRAS: SU IMORTANCIA EN LA DIETA. ............................................... 112c TEST DE EVALUACIÓN ............................................................................. 113c UNIDAD N°6 ................................................................................................... 114c LIIDOS.......................................................................................................... 114c OBJETIVOS ................................................................................................ 114c Características Œenerales ........................................................................... 114c Clasificación de los Lípidos. ........................................................................ 114c c Lipidos saponificables ...................................................................... 115c LÍIDOS SIMLES ..................................................................................... 115c CERAS ........................................................................................................ 119c LÍIDOS COMLEJOS ............................................................................... 121c c Fosfolípidos ...................................................................................... 121c c Œlucolípidos ...................................................................................... 122c c Lipidos insaponificables .................................................................... 122c c rostaglandinas ................................................................................ 123c ACIDOS ŒRASOS ...................................................................................... 124c FUNCIONES DE LOS LÍIDOS .................................................................. 126c IMORTANCIA BIOLӌICA DE LOS LÍIDOS. ........................................ 127c TEST DE EVALUACIÓN ............................................................................. 127c UNIDAD N°7 ................................................................................................... 128c ACIDOS NUCLEICOS Y SUS COMONENTES ........................................... 128c OBJETIVOS ................................................................................................ 128c Œeneralidades. ............................................................................................ 128c BASES NITROŒENADAS........................................................................... 128c c Bases úricas .................................................................................. 128c c Bases irimidínicas .......................................................................... 129c OSAS .......................................................................................................... 131c NUCLEÓSIDOS .......................................................................................... 132c c Ribonucleosidos ............................................................................... 132c c Desoxirribonucleósidos .................................................................... 133c NUCLEÓTIDOS .......................................................................................... 134c c Ribonucleótidos ................................................................................ 134c c Desoxirribonucleotidos ..................................................................... 135c ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (DNA).................................................. 136c c Estructura ......................................................................................... 136c ÁCIDO RIBONUCLEICO (RNA).................................................................. 143c c Estructura ......................................................................................... 143c NUCLEASAS .............................................................................................. 149c Test de Evaluación ...................................................................................... 149c UNIDAD N° 8 BIOQUIMICA ENERŒETICA ................................................... 150c OBJETIVOS ................................................................................................ 150c CICLO DEL AT. ........................................................................................ 150c c ROIEDADES DEL AT. ............................................................... 150c c rincipios de equilibrio químico. ....................................................... 151c ENERŒÍA LIBRE. ........................................................................................ 151c

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c Energía libre estándar Œ . ................................................................ 152c c Aditividad de las variaciones de energía libre estándar Œ
. ............ 152c c Energía libre estándar de formación (vŒ
f). .................................... 152c TRANSFERENCIA DE ENERŒÍA QUÍMICA. .............................................. 153c c Energía libre estándar de hidrólisis del AT. .................................... 153c c Termodinámica del AT. .................................................................. 153c c Respuesta termodinámica. ............................................................... 153c c Transferencia enzimática de grupos fosfatos al AD. ...................... 154c TRANSFERENCIA DE ŒRUOS FOSFATOS DESDE EL AT A DIVERSOS ACETORES. ............................................................................................. 154c TRANSFERENCIA DE ŒRUOS FOSFATOS OR OTROS NTS. ......... 155c c Características.................................................................................. 155c AEL DEL AT Y DEL IROFOSFATO. .................................................. 155c c Ruta enzimáticas de incorporación al sistema AT - AD. .............. 155c c irofosfatas inorgánica. .................................................................... 155c c Adenilato quinasa. ............................................................................ 156c ENERŒTICA DE LOS SISTEMAS ABIERTOS. ........................................ 156c c Œeneralidades. ................................................................................. 156c COMUESTOS RICOS EN ENERŒIA. ...................................................... 156c FORMACION DE AT ................................................................................ 158c TEST DE EVALUACION ............................................................................. 163c UNIDAD N°9 ................................................................................................... 164c ENZIMAS Y COENZIMAS .............................................................................. 164c OBJETIVOS ................................................................................................ 164c Œeneralidades. ............................................................................................ 164c Catalizador .................................................................................................. 164c CARACTERISTICAS DE LAS ENZIMAS .................................................... 165c ACCIÓN DE ENZIMAS ............................................................................... 165c NOMENCLATURA DE LAS ENZIMAS........................................................ 166c CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS .......................................................... 166c c Clasificación estructural. ................................................................... 166c c Clasificación funcional. ..................................................................... 167c c Oxido-reductasas: ............................................................................ 167c .Las Transferasas.- .................................................................................. 168c Las Hidrolasas: ........................................................................................ 168c Las isomerasas: ...................................................................................... 168c .Las Liasas: ............................................................................................. 169c Las Ligasas: ............................................................................................ 169c Importancia del AT (Trifosfato de adenosina) ........................................... 170c Composición Del AT.............................................................................. 170c Funciones de las enzimas ........................................................................... 171c ROIEDADES DE LAS ENZIMAS ............................................................ 172c c Especificidad de los enzimas. .......................................................... 172c Centro activo. .......................................................................................... 172c COFACTORES. .......................................................................................... 173c Holoenzima = Apoenzima + Cofactor ..................................................... 174c CINTICA ENZIMÁTICA ............................................................................. 174c c Teoría de Michaelis y Menten. ......................................................... 174c c Constante de Michaelis y Menten (Km). ........................................... 175c c Representación de Lineweaver-Burk................................................ 175c

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c Representación de Eadie-Hofstee. ................................................... 176c c Efecto del pH sobre actividad enzimática. ........................................ 176c c Efecto de la temperatura sobre actividad enzimática. ...................... 176c c Efecto de la temperatura sobre reacciones enzimáticas. ................. 176c INHIBICIÓN DE ENZIMAS. ......................................................................... 177c c Tipos de inhibición. ........................................................................... 177c c Inhibición irreversible. ....................................................................... 178c ENZIMAS REŒULADORAS. ....................................................................... 178c c Enzimas alostéricas. ......................................................................... 179c c Enzimas homotrópicas. .................................................................... 179c c Enzimas heterotrópicas. ................................................................... 180c c Cinética de las enzimas alostéricas.................................................. 180c c Modulación covalente de las enzimas reguladoras .......................... 181c ACTIVACIÓN COVALENTE DE LOS ZIMOŒENOS. .................................. 182c ISOZIMAS. .................................................................................................. 182c VITAMINAS - COENZIMAS ........................................................................ 182c c Clasificación. .................................................................................... 182c TEST DE EVALUACIÓN ............................................................................. 187c UNIDAD N° 10 ................................................................................................ 188c METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS ....................................................... 188c OBJETIVOS ................................................................................................ 188c DIŒESTION ................................................................................................ 189c c Digestión salival................................................................................ 189c c Digestión gástrica ............................................................................. 189c c Digestión intestinal ........................................................................... 189c ARSORCION .............................................................................................. 190c EL AZUCAR DE LA SANŒRE ..................................................................... 190c HORMONAS Y CONCENTRACION SANŒUINEA DE AZUCAR ............... 191c c Insulina ............................................................................................. 192c c Œlucagon .......................................................................................... 193c c Adrenalina (epinefrina) ..................................................................... 193c c Hormonas corticosuprarrenales........................................................ 193c c Hormonas de la hipófisis anterior ..................................................... 193c ŒLUCOŒENO ............................................................................................. 194c c Œlucogénesis .................................................................................... 194c c Œlucogenólisis .................................................................................. 195c OXIDACION DE LOS CARBOHIDRATOS .................................................. 196c c Œlucólisis .......................................................................................... 197c c Vía anaerobia o de Embden-Meyerhof para la glucólisis ................. 197c c Ciclo aerobio o de Krebs .................................................................. 198c VIAS ALTERNATIVAS DE OXIDACION DE CARBOHIDRATOS ............... 201c FOTOSINTESIS .......................................................................................... 202c c La reacción a la luz........................................................................... 204c c La reacción en la obscuridad ............................................................ 205c CONTRACCION MUSCULAR .................................................................... 207c TEST DE EVALUACION ............................................................................. 207c UNIDAD N°11 ................................................................................................. 209c METABOLISMO DE LIIDOS ........................................................................ 209c OBJETIVOS ................................................................................................ 209c DIŒESTION ................................................................................................ 210c

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ABSORCION............................................................................................... 210c LIIDOS SANŒUINEOS ............................................................................. 210c ALMACENAMIENTO DE ŒRASA ............................................................... 211c SINTESIS DE LIIDOS TISULARES .......................................................... 212c LIOLISIS ................................................................................................... 212c OXIDACION DE ACIDOS ŒRASOS ........................................................... 213c SINTESIS DE ÁCIDOS ŒRASOS ............................................................... 215c SINTESIS DE TRIŒLICERIDOS ................................................................. 216c FORMACION DE CUEROS CETONICOS ............................................... 216c METABOLISMO DE FOSFOLIIDOS......................................................... 217c METABOLISMO DE ESTEROLES ............................................................. 218c CORRELACION DEL METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS Y EL DE ŒRASA........................................................................................................ 220c REŒUNTAS .............................................................................................. 221c UNIDAD N°12 ................................................................................................. 223c METABOLISMO DE ROTEINAS .................................................................. 223c OBJETIVOS ................................................................................................ 223c DIŒESTION ................................................................................................ 223c ARSORCION .............................................................................................. 224c ESTADO DINAMICO DE LA ROTEINA CORORAL ............................... 225c SÍNTESIS DE ROTEÍNA........................................................................... 225c c Aminoácidos esenciales ................................................................... 225c c Mecanismo de la síntesis de proteína .............................................. 226c REACCIONES METABOLICAS DE AMINOACIDOS .................................. 230c c Desaminación ................................................................................... 230c c Transaminación ................................................................................ 230c c Formación de urea ........................................................................... 232c METABOLISMO DE NUCLEOROTEINAS ............................................... 233c c Metabolismo de purinas ................................................................... 234c c Metabolismo de pirimidinas .............................................................. 235c c Síntesis de ácidos nucleicos ............................................................ 235c CREATINA Y CREATININA ........................................................................ 236c ERRORES INNATOS DEL METABOLISMO DE AMIN0ACID0S ................ 236c c Femicetonuria ................................................................................... 237c c Alcaptonuria ..................................................................................... 238c c Tirosinemia ....................................................................................... 239c CORRELACION ENTRE METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS, LIIDOS Y ROTEINAS ............................................................................................ 240c REŒUNTAS .............................................................................................. 240c UNIDAD N° 13 ................................................................................................ 242c LIQUIDOS CORORALES ............................................................................. 242c OBJETIVOS ................................................................................................ 242c SANŒRE ..................................................................................................... 244c CELULAS DE LA SANŒRE ........................................................................ 245c SUERO Y LASMA .................................................................................... 245c c roteínas del plasma ........................................................................ 245c ENZIMAS SERICAS ................................................................................... 246c c Electrólitos del plasma ...................................................................... 247c HEMOŒLOBINA ......................................................................................... 251c c Respiración ...................................................................................... 252c

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ORINA ......................................................................................................... 253c c Formación de orina........................................................................... 253c c oder regulador de riñón .................................................................. 254c c Balance de agua............................................................................... 255c c Balance de electrólitos ..................................................................... 255c c Balance acidobásico......................................................................... 255c TEST DE EVALUACION ............................................................................. 257c BIBLIOŒRAFIA ............................................................................................... 258c ŒLOSARIO ..................................................................................................... 260c

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Relacionar los conocimientos adquiridos en los cursos anteriores con los nuevos. Concientizar a los estudiantes de la importancia que tiene esta unidad como base para comprender la asignatura. Estudiar los constituyentes químicos de los seres vivos, sus funciones y transformaciones. Introducir el lenguaje de la bioquímica con explicaciones sobre el significado, origen e importancia de los términos. roporcionar un conocimiento del contexto físico, químico y biológico en el que opera cada biomolécula, reacción o ruta metabólica.

   La Bioquímica es la ciencia que estudia las diversas moléculas y las reacciones químicas que ocurren en las células y organismos vivos. Los estudiantes de la carrera de biología deben de adquirir sólidos conocimientos de la asignatura para poder enfrentarse a la práctica y a la investigación de los procesos bioquímicos. 






 (del griego Bios vida). Como la célula es la unidad estructural de los sistemas vivientes, podemos definir a la bioquímica como la ciencia que se ocupa de los constituyentes químicos de la célula viva y de las reacciones y procesos que experimentan. La Bioquímica abarca áreas de la biología celular y de la biología molecular. El objetivo de la Bioquímica es describir y explicar en términos moleculares todos los procesos químicos de la célula viva, por lo tanto es necesario conocer su estructura. El interés principal de la bioquímica es la comprensión completa a nivel molecular de todos los procesos relacionados con la célula viva. ara lograr este objetivo los bioquímicos han necesitado aislar las numerosas moléculas de que se compone la célula, determinar sus estructura y analizar la forma en que funciona, por ejemplo, los esfuerzos que hacen para comprender la base 1

molecular de la contractibilidad, para ello han purificado muchas moléculas simples y complejas, seguido por estudios de estructura función. A través de estos esfuerzos, se han descubierto algunas características de la contracción muscular. Otro ejemplo, es la regulación de las actividades de genes y encimas proveniente de estudios realizados en bacterias y hongos. El campo del DNA recombinante surgió del estudio en bacterias y virus. La Bioquímica es esencial en todas las ciencias de la vida, como la genética, la fisiología, la inmunología, la farmacología, la farmacia, la toxicología, patología, todas estas ciencias se apoyan en las bases bioquímicas. Los procesos bioquímicos normales son la base de la salud. La Organización Mundial de la Salud (OMS) define a la salud como un ³estado físico y social completo y no únicamente como la ausencia de enfermedad o dolencia´. La Bioquímica define a la salud como una situación en donde las miles de reacciones intra y extra celular que ocurren en el cuerpo proceden a velocidades acordes con su supervivencia máxima en el estado fisiológico. La investigaciones bioquímicas modifican la nutrición. La ingestión dietética optima de ciertos números de componentes químicos entre ellos las vitaminas, varios aminoácidos, ácidos grasos, minerales y el agua son el objeto de estudio de la bioquímica. Los seres vivos son agregados de moléculas con ciertas particulares que están formados por los mismos átomos y obedecen a las mismas leyes que rigen el comportamiento de cualquier otro tipo de moléculas.

! !   "# $ $ La bioquímica es esencial en todas las ciencias de la vida, incluyendo la medicina. Los fundamentos de la genética descansan en la bioquímica de los ácidos nucleicos; a su vez, el uso de enfoques genéticos ha dilucidado numerosas áreas de bioquímica. La fisiología, estudio de la función corporal, se traslapa casi por completo con la bioquímica. La inmunología emplea numerosas técnicas bioquímicas y muchos de los aspectos inmunológicos han encontrado uso extenso entre bioquímicos. Farmacología y farmacia se apoyan en un conocimiento sólido de bioquímica y fisiología; en particular, la mayor parte de los fármacos son metabolizados por reacciones catalizadas por enzimas y las complejas interacciones entre fármacos se comprenden mejor desde el punto de vista bioquímico. Los venenos actúan por medio de reacciones o procesos 2

bioquímicas y éste es el tema de la toxicología. Enfoques bioquímicos se emplean cada vez más en el estudio de aspectos básicos de la patología (estudio de la enfermedad), como inflamación, lesión celular y cáncer. Muchos profesionales en microbiología, zoología y botánica emplean métodos bioquímicos casi en forma exclusiva. Estas relaciones no sorprenden, debido a que la vida como se conoce depende de reacciones y procesos bioquímicos. De hecho, las viejas barreras entre ciencias de la vida han caído y la bioquímica se torna cada vez más su lenguaje común. Una relación recíproca entre bioquímica y medicina ha estimulado adelantos mutuos. Las dos preocupaciones principales de los estudiosos de ciencias de la salud, en particular médicos, son (1) la comprensión y conservación de la salud y (2) la comprensión y tratamiento eficaz de enfermedades. La bioquímica tiene un impacto tremendo en ambos. De hecho, la interrelación de bioquímica y medicina es un amplio camino de doble sentido. Los estudios bioquímicos han iluminado numerosos campos de salud y enfermedad y, de manera inversa, el estudio de éstas ha abierto áreas nuevas en bioquímica. La relación entre medicina y bioquímica tiene implicaciones filosóficas importantes para la primera. Hasta donde el tratamiento médico se asiente en el conocimiento de la bioquímica y otras ciencias básicas pertinentes (como, fisiología, microbiología, nutrición), la práctica de la medicina tendrá una base racional que puede acomodar nuevos conocimientos. Esto contrasta con cultos de salud no ortodoxos, que a menudo se elevan a poco más que un mito sin base intelectual alguna.

%"$!$#$&$' La naturaleza ha seleccionado de entre los elementos existentes algunos que se combinan entre sí mediante enlaces químicos adecuados, formando grupos químicos definidos, los llamados grupos funcionales o bien moléculas con determinadas características. La siguiente tabla contiene los elementos más comunes que intervienen en la composición de los seres vivos.

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#% !$ !"$  "#&  !  %$  !$ $#$ &&$($$%$$)*#$ "$' !"

Hidrógeno Boro Carbono Nitrógeno Oxigeno Sodio Magnesio Fósforo Azufre Cloro otasio Calcio Manganeso Hierro Cobaito Cobre Cinc Selenio Molibdeno Yodo

+!

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H B C N O Na Mg  S Cl K Ca Mn Fe Co Cu Zn Se Mo I

1.008 10.831 12.000 14.007 15.999 22.990 24.312 30.974 32.064 35.463 39.102 40.080 54.938 55.847 58.933 63.540 65.370 78.960 95.940 126,904

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1 5 6 7 8 11 12 15 16 17 19 20 25 26 27 29 30 34 42 53

0 6 6 7 8 12 12 16 16 18 20 20 29 30 32 34 35 45 54 73

Tanto en la naturaleza como en los seres vivos, los diferentes elementos se encuentran distribuidos en diferentes proporciones y los patrones de distribución muestran grandes diferencias. De los elementos que interviene en la composición de los seres vivos , solo abundan en forma libre el nitrógeno y el oxígeno (79 y 21% de cada uno en el aire respectivamente), el nitrógeno para ser utilizado requiere de sistemas relativamente complicado El carbono otro de los elementos fundamentales en la composición de los seres vivos tampoco puede utilizarse directamente en forma libre lo mismo ocurre con el hidrógeno El oxígeno es el único elemento que se incorpora en forma libre al organismo. Si se exceptúan los componentes de las sales minerales, la incorporación de los elementos químicos a los seres vivos se hace en su mayor parte en forma de compuesto de estructura relativamente complicada, que para su formación requiere de de sistema a su vez complicados.  |omponentes Inorgánicos Los componentes inorgánicos son las sustancias más simples de extraordinaria importancia para la vida, lo cual se pone de manifiesto por sus funciones, tales sustancias son los ácidos, las bases y las sales. Estas moléculas participan en enlaces tipo electrovalentes para la transferencias de electrones de unos átomos a otros, estos se separan llevando consigo una pérdida o una ganancia

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de electrones o una carga positiva o negativa, estas sustancias son los aniones y cationes que son relativamente simples. El papel que desempeñan los iones en las células consiste en su posibilidad de interacción con las demás moléculas del organismo. Estas interacciones pueden hacer modificaciones importantes en el funcionamiento de las enzimas. Un caso muy particular de un catión capaz de interactuar con otras moléculas y modificar notablemente sus funciones y su estructura es el ión hidrógeno, cuya concentración en las células deben de mantenerse dentro de los rangos estrechos. El ambiente iónico de la célula o de unos organismos presenta en gran parte el medio que debe mantenerse dentro de una composición definida para permitir la vida.

 |ompuestos Mixtos |on Sustancias Orgánicas Hay compuestos en que las moléculas inorgánicos se combinan con moléculas orgánicas, mediante enlace covalente para producir otra moléculas orgánicas diferentes a las originales. Estas moléculas son intermediarios de las vías metabólicas y principalmente en el caso de los carbohidratos o nucleótidos, que actúan como compuestos de extraordinaria importancia en el metabolismo energético y en la composición de los ácidos nucleicos. El ácido fosfórico es quizás el compuesto inorgánico que con mayor frecuencia interviene en este tipo de compuestos, con relativa frecuencia el ácido sulfúrico, a partir del cual se forman los sulfatos de moléculas orgánicas principalmente con los carbohidratos. Hay unos grupos de elementos integrantes de moléculas complejas, con funciones importantes como el hierro en la hemoglobina y en los citocromos; el cobre, el zinc, el yodo, algunos de estos elementos participan en cantidades sumamente pequeñas, sin embargo son esenciales para sus funcionamientos.

 os |omponentes Orgánicos La química orgánica abarca un campo de gran amplitud, puede decirse que la bioquímica comprende un importante sector de ella, esto se debe a que el tipo de compuestos que se encuentran en los seres vivos corresponden a aquellos que se encargan la química orgánica, en cuya composición interviene el carbono y sus componentes. La bioquímica estructural también es química orgánica pero se ocupa de la composición de las moléculas de los seres vivos.

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La base de la química orgánica es el conocimiento de los compuestos del carbono. Este elemento tiene la particularidad de formar un gran número de compuesto que tiene como base las cadenas de átomos del mismo, unidos unos con otros, a los cuales se les agregan otros elementos en disposiciones diversas, lo que da lugar a una infinidad de compuestos. Esta cadena puede ser lineal o cíclica y se la denomina de acuerdo al número de átomo del que esta formada. En los compuestos más sencillos se forman cadenas lineales de manera que cada átomo emplea una de sus valencias para combinarse con el siguiente, las valencias restantes se satisfacen con átomos de hidrógeno para dar lugar a los compuestos alifáticos, tanto lineales como cíclicos.

 Œrupos Funcionales A los átomos o grupos de átomos que combinados con una molécula determinada le confieren ciertas propiedades se les llama grupos funcionales, por ejemplo la sustitución de un hidrógeno de un compuesto alifático por un oxidrilo (-OH) se convierte en otra sustancia que pertenece al grupo de los alcoholes, si la sustitución es por un grupo carboxilo, se convierte en un miembro del grupo de los ácidos .En la tabla siguiente se presentan una lista de cinco tipo de compuestos.

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Los grupos funcionales más frecuentes son alcoholes, ácidos, aldehídos. Son los más frecuentes de los compuestos bioquímicos Sin embargo no se suele encontrar casos en los cuales existan un solo tipo de grupo funcional, por ejemplo en los monosacáridos que son las moléculas más sencillas de los carbohidratos coinciden en una hexosa cinco grupos alcohólicos y un grupo aldehídicos o cetónico. En la siguiente figura, se presentan diferentes clases de moléculas biológicas

De igual manera en los compuestos de estructura cíclica hay patrones que se repiten con frecuencia desde los más simples con cadenas cerradas de átomos de carbonos y ligaduras sencillas entre los átomos como el ciclohexano. También se encuentran los miembros principales de los compuestos cíclicos aromáticos en los que existe doble ligadura conjugados.

 |ompuestos Heterocíclicos Dentro de los compuestos de estructura cíclica se encuentran los llamados heterocíclicos que son moléculas en cuyo ciclo participan otros átomos (el nitrógeno), algunos de estos anillos son la base de moléculas de los compuestos biológicos. En la figura siguiente se muestran algunos de estos anillos

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A pesar del gran número de moléculas diferentes que se encuentran en los seres vivos la mayoría de ellos han sido clasificados dentro de cuatro grupos fundamentales: los carbohidratos, los lípidos, las proteínas, y los ácidos nucleicos. Cada una de estas categorías comprende una serie de moléculas más o menos complicadas, como moléculas más simples, que son las que participan en su composición, y que pueden considerarse como unidades estructurales que intervienen en su formación. Algunos compuestos como los esteroles y ciertas vitaminas se han incluido dentro del grupo de los lípidos sin otra base que su solubilidad. Otras pertenecen a la vez a diferentes grupos por ejemplo, el glicerol pertenece al grupo de carbohidratos, al mismo tiempo es el componente de diferente lípidos, la pentosa, la ribosa, y la desoxirribosa son componentes de los carbohidratos y también de los ácidos nucleicos. Esta clasificación permite incluir a la mayor parte de los compuestos biológicos dentro de un grupo más o menos uniforme desde el punto de vista de su estudio estructural y sirve como punto de referencia en cuanto a las propiedades, funciones, localizaciones.

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! "# !/! $  ÷eactividad de las biomoléculas: Depende de los grupos funcionales: Hidroxilo, carbonilo, carboxilo, aldehído, amino, imino, tiol, fosfato, pirofosfato, fosforito. Todas las reacciones de la célula están catalizadas de manera específica, tanto que distinguen hasta estereoisómeros. or ello de todas las reacciones posibles sólo ocurren algunas.  ?bundancia de las biomoléculas: El 70% del peso de una célula es agua.. Las moléculas más abundantes son: macromoléculas 20% (hidratos de carbono, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos) y moléculas pequeñas e iones en menor proporción. Las moléculas pueden ser muy grandes como el DNA porque porta mucha información, si una proteína debe unir varios ligandos ha de ser grande. ara sintetizar moléculas grandes hacen falta muchas reacciones y muchos intermediarios, que ocupan espacio. or ello las macromo-léculas están formadas por monómeros.  ÷eactividad entre biomoléculas. En la célula hay muchas moléculas juntas, por lo que hay muchas reacciones posibles. 0#  1 Hay reacciones que degradan las moléculas convirtiendo los polímeros en monómeros que se pueden volver a utilizar o hidrolizarlos para obtener energía. "$$1 Se sintetizan monómeros y luego a partir de ellos polímeros, igual para estructuras supramoleculares. Sintetizar algo implica aumentar el orden, los seres vivos se ordenan y mantienen su orden. Los procesos desfavorecidos termodinámicamente se hacen a expensas del entorno, desordenándolo por cesión de calor. Es necesario un aporte continuo de energía para impulsar procesos no favorables. La energía se extrae del entorno, se transforma y se usa para trabajos de la célula (movimiento, síntesis).

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# "#$" $"  !  "# &  Las moléculas presentes en todos los seres vivos son iguales, lo que hace pensar en un ancestro común. !"$# % #"!$$#$&&$1 Tienen que ser escogidos del entorno, formando parte de la corteza terrestre o de la atmósfera. La primera limitación es la composición de la corteza y la atmósfera. Los criterios son que sea abundante y asequible. La composición de un ser vivo no es la misma que la de la corteza o la atmósfera sino que unos elementos se escogen antes que otros. Elementos más abundantes: son abundantes y necesarios para los seres vivos. C, N , H y O. Elementos traza: presentes en mínima proporción, como el Al. El He es inerte, no forma parte de los seres vivos. El C abunda mucho porque es capaz de formar moléculas muy largas con enlaces distintos, lo que da lugar a muchos compuestos diferentes. El Si también forma cadenas pero más cortas (menos variación) y la energía del enlace Si-O es muy alta, formando moléculas muy estables, prácticamente inmutables e imposibles de sintetizar. $%$" #" ! 0 1 La vida transcurre en entorno acuoso por lo que si un elemento debe formar parte de una célula debe responder bien al agua. El Al está en forma de hidróxidos muy insolubles, pero como el Fe es más soluble se escoge antes. !"$1 Se escogen los elementos más pequeños de cada grupo porque forman enlaces más estables. El Co o el V son más grandes pero cumplen funciones especiales. - El  y el S son componentes de todos los seres vivos (S de proteínas y  de ácidos nucleicos). - Iones: Na, Mg, Cl, K, Ca... Al y Si: a pesar de ser abundantes no son mayoritarios de seres vivos. - Elementos traza: Fe, Cu, Co, Zn, Mn, presentes en todos los organismos en pequeña cantidad. Y, Mo sólo en algunos. Enlaces:

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C-H, C-C, C=C, O-H, C-O, C=O, N-H, C-N, C=N, -O, =O Los enlaces no covalentes son muy importantes para la estructura tridimensional de la proteína. Enlaces esenciales: Amida: aminoácidos para dar proteínas. -N-COTioéster: aporta energía en metabolismos. -C-S-COFosfoanhidro: aporta energía en metabolismos. O-

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 Homeostasis. El término homeostasis deriva de la palabra griega "homeo" que significa "igual", y "stasis", que significa "posición". Homeostasis es el estado de equilibrio dinámico o el conjunto de mecanismos por los que todos los seres vivos tienden a alcanzar una estabilidad en las propiedades de su medio interno y por tanto de la composición bioquímica de los líquidos, células y tejidos, para mantener la vida, siendo la base de la fisiología. or lo tanto toda la organización estructural y funcional de los seres vivos tiende hacia un equilibrio dinámico. Esta característica de dinamismo, en la que todos los componentes están en constante cambio para mantener dentro de unos márgenes el resultado del conjunto (frente a la visión clásica de un sistema inmóvil), hace que algunos autores prefieran usar el término homeocinesis para nombrar este mismo concepto. Las tres propiedades que rigen un sistema homeostático son: 1. Estabilidad: Sólo se permiten pocos cambios en el tiempo. 2. Equilibrio: Los sistemas homeostáticos requieren una completa organización interna, estructural y funcional para mantener el equilibrio. 3. Impredecible: El efecto preciso de una determinada acción a menudo tiene el efecto opuesto al esperado.

 Factores que influyen en la homeostasis La homeostasis responde a cambios efectuados en: r

El medio interno: El metabolismo produce múltiples sustancias, algunas de ellas de deshecho que deben ser eliminadas. ara realizar esta función los organismos poseen sistemas de excreción. or ejemplo en el

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hombre el aparato urinario. Los seres vivos pluricelulares también poseen mensajeros químicos como neurotransmisores y hormonas que regulan múltiples funciones fisiológicas. Medio externo: La homeostasis más que un estado determinado es el proceso resultante de afrontar las interacciones de los organismos vivos con el medio ambiente cambiante cuya tendencia es hacia desorden o la entropía. La homeostasis proporciona a los seres vivos la independencia de su entorno mediante la captura y conservación de la energía procedente del exterior. La interacción con el exterior se realiza por sistemas que captan los estímulos externos como pueden ser los órganos de los sentidos en los animales superiores o sistemas para captar sustancias o nutrientes necesarios para el metabolismo como puede ser el aparato respiratorio o digestivo..

En la homeostasis intervienen todos los sistemas y aparatos del organismo desde el sistema nervioso, sistema endocrino, aparato digestivo, aparato respiratorio, aparato cardiovascular, hasta el aparato genitourinario. La homeostasis fue descubierta por Claude Bernard en el siglo XIX, pero el término homeostasis fue acuñado por el biólogo Walter Cannon (1871-1945), que recibió el remio Nobel por definir en 1932, en el libro "The Wisdom of the Body", las características que rigen la homeostasis que son: 1. Importancia del sistema nervioso como del endocrino en el mantenimiento de los mecanismos de regulación. 2. Nivel tónico de actividad: Los agentes tanto del medio interno como del medio externo mantienen una moderada actividad que varía ligeramente hacia arriba o abajo, como rodeando un valor medio en un intervalo de normalidad fisiológica. 3. Controles antagónicos: Cuando un factor o agente cambia un estado homeostático en una dirección, existe otro factor o factores que tiende a contrarrestar al primero con efecto opuesto. Es lo que se llama retroalimentación negativa o ³feed-back´ negativo. 4. Señales químicas pueden tener diferentes efectos en diferentes tejidos corporales Las funciones de los seres vivos están encaminadas a la supervivencia individual o colectiva en distintas condiciones de medio ambiente, o sea a la adaptación del individuo y la especie al medio en que viven. Las reacciones de los organismos vivos tienden a sobre ponerse a las alteraciones del medio en que viven, de tal manera que en el interior de su organismo se produzcan cambios mínimos. Cualquier modificación de temperatura, concentración de sales, de acidez, etc., es contrarrestada por una serie de mecanismo que tratan de regresar el sistema al estado previo; estos fenómenos de regulación que tienden a mantener constante la composición reciben el nombre de homeostasis y representan unas de las características de los sistemas biológicas.

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#"$ "# !$' Los seres vivos deben de satisfacer sus necesidades de nutrimentos con los materiales que se encuentran en los alimentos o que son sintetizadas a partir de diversas sustancias que se encuentran en el organismo. Las proteínas, los carbohidratos, los lípidos, son nutrimentos energéticos; las vitaminas, los minerales y el agua son nutrimentos no energéticos. Los nutrimentos dietéticamente esenciales se utilizan con atención al momento metabólico en que se encuentra el organismo; por tanto, la cantidad óptima de determinados nutrimento varia, no solo de persona a persona, sino también en el interior de un mismo sujeto y de acuerdo con muy diversas condiciones. No obstante, en Biología se busca siempre las regularidades que permitan operar dentro de ciertos límites de confiabilidad; así se acepta universalmente que los nutrimentos dietéticamente esenciales deben de consumirse en determinadas cantidades, diariamente y de acuerdo con la edad y el estado fisiológico de la persona. or requerimiento nutricional se entiende la cantidad de cada NDE necesaria para cumplir adecuadamente con las funciones biológicas del organismo. Los distintos requerimientos se han determinado con bases a estudios bioquímicos individuales y reflejan los límites dentro de los cuales el organismo puede funcionar sin alteraciones por déficit o excesos.

" ' Consiste en el uso metódico de determinadas sustancias alimenticias en el sujeto sano o enfermo, o en ambos con el propósito de conservar la vida; Es necesario hacer una valoración de la alimentación desde el punto de vista del aporte calórico que aporta al organismo independiente de la composición de la misma, en cuanto al contenido de carbohidratos, lípidos y proteínas. La base de esta valoración es el hecho de que en un momento dado, en el organismo no existe pérdida ni ganancias de materiales; el peso tiende a mantenerse constante, sobre todo en los animales superiores adultos; aún en los animales superiores en crecimiento, el aumento de peso es relativamente lento. Tampoco hay cambio en el estado energético; todos los sistemas de intercambios de energía se encuentran en equilibrio dinámico. Se puede calcular la cantidad de carbohidratos, lípidos y proteínas, necesarias para satisfacer los requerimientos energéticos de un individuo, de acuerdo a la actividad que desarrolla; toda la información al respecto ya existe; el valor calóricos de los alimentos se ha medido calorimétricamente, por la determinación del calor que se desprende al oxidarlos en presencia del oxígeno. ara los carbohidratos, el valor medido es de aproximadamente 4 Calorías por gramos; para los lípidos es aproximadamente de 9 Calorías por gramos, y para las proteínas es de 4 Calorías por gramo. Estos valores pueden variar de acuerdo a la actividad de los individuos. En los laboratorios se ha determinado el contenido aproximado de carbohidratos, de lípidos, proteínas , vitaminas y minerales de las materias primas empleadas para la elaboración de los alimentos; también se ha medido con aproximación el valor calórico de los alimentos ya elaborados, se cuenta con valores menos precisos 13

para lo que puede ser una ³ ración´ de tal o cual alimento. En la práctica se recurre a tablas ya elaboradas en las cuales se dan los valores experimentales determinados para distintos individuo de acuerdo con su alimentación

# $ "# !$' La desnutrición es la condición en la que un individuo sufre una serie de alteraciones, debido a una deficiencia de la alimentación. Desde el punto de vista nutricional son diversos los factores que hay que tomar en cuenta: la cantidad de alimentos, los aminoácidos esenciales, los minerales y las vitaminas. La desnutrición puede resultar por la deficiencia de cualquiera de estos elementos. El individuo que come lo que puede, difícilmente estará en posibilidades de balancear su dieta y complementarla con vitaminas y minerales. Los problemas nutricionales en los adultos son numerosos; representan una serie de alteraciones que conducen desde las alteraciones físicas hasta los estados patológicos de diversos tipos, debido a las lesiones producidas por las avitaminosis simple o mixta que pueden coexistir en los grados de mayor intensidad del cuadro. La desnutrición tiene un efecto de extraordinaria importancia durante el desarrollo de los individuos. No se trata simplemente de que un niño desnutrido padezca retraso en su desarrollo y que por medio de una alimentación adecuada se lo pueda corregir. Los períodos críticos representan etapas del desarrollo durante las cuales en necesario contar con una alimentación adecuada; si esta no existiera, pasado el período ya no es posible subsanar el daño. En un año de desnutrición puede dejar taras en un niño, en cuanto a su desarrollo mental ya que no se puede corregir, independiente de que se lo coloque en las mejores condiciones nutricionales por el resto de su desarrollo y de su vida. Las proteínas de origen animal son las de mejor calidad, pero su costo es muy alto, Se ha promovido el desarrollo del cultivo de la soya, con semillas seleccionadas que contienen alto grado de proteínas, y que contienen cantidades suficientes todos los aminoácidos esenciales , es decir que se trata de plantas que tienen un contenido elevado de proteínas completas que pueden sustituir en la alimentación a las proteínas animales

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 1. Escriba una definición de bioquímica de acuerdo a su comprensión. 2. Elabore un objetivo que ud, se propone alcanzar aprendizaje de la asignatura.

mediante el

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3. Haga una lista de los principales componentes químicos de los seres vivos. 4. Que concepto tiene ud., sobre las dietas para tener una buena salud. Elabore una dieta que dé buenos resultados para los estudiantes. 5. Cual es el papel que los iones desempeñan en la célula explique con un ejemplo. 6. Entre los compuestos heterocíclicos cuales tienen importancia biológicas. 7. En que consiste la homeostasis y como influye en los seres vivos. 

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 2  p(p 3
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Describir la naturaleza de los principales componentes subcelulares, su función y su composición química. Explicar como el microscopio electrónico y la ultracentrífuga han ayudado con el estudio de la bioquímica de la célula.

3# ! $ El ser humano, como todos los seres vivos, está formado de células, unos 100 billones, unidas entre sí por estructuras intercelulares de sostén. Las mismas células se comportan como pequeños seres vivos porque realizan idénticas funciones vitales que los organismos pluricelulares: necesitan nutrirse para asegurar su vida, utilizan los mismos principios inmediatos y el oxígeno para obtener energía, responden a determinados estímulos y tienen capacidad para reproducirse. Las células se clasifican en: # #" $: Los microorganismo unicelulares más sencillos y pequeños que existen son loa procariotas conocidos generalmente como bacterias, se las considera los actuales representantes de las células ancestrales que a pesar de su relativa simplicidad estructural han logrado vivir mucho más que otros organismos y a la fecha constituyen las células más abundante sobre la tierra. La razón de ello radica en su alta capacidad de adaptación, que les permite tener índice elevado de reproducción



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Las células eucariotas están representadas por organismo unicelulares o multicelulares , los primeros constituyen el grupo protista, conocidos como protozoarios o ³los primeros animales´, a pesar de su constitución relativamente simple, sus diferentes especies poseen estructuras y forma de comportamiento especializadas, como fotorreceptores, flagelos, así como la capacidad de fagocitar diversas partículas incluyendo células. or otra parte , las células de organismo multicelulares se agrupan en varios tejidos y órganos con funciones especial izadas. Estos grupos de células diferentes actúan como

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una unidad debido a la existencia de varios sistemas de comunicación intercelular.

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 Membrana |elular La membrana está constituída de lípidos y proteínas. La parte lipídica de la membrana está formada por una película bimolecular que le da estructura y constituye una barrera que impide el paso de substancias hidrosolubles.

Las proteínas de la membrana están suspendidas en forma individual o en grupos dentro de la estructura lipídica, formando los canales por los cuales entran a las células, en forma selectiva, ciertas substancias.

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La selectividad de los canales de proteínas le permite a la célula controlar la salida y entrada de substancias así como los transportes entre compartimentos celulares. Las proteínas de la membrana no solo hacen que el transporte a través de ella sea selectivo, sino que también son capaces de llevar a cabo transporte activo (transferencia en contra del gradiente de concentración). Las demás funciones de la membrana, como son el reconocimiento y unión de determinadas substancias en las superficies celular están determinadas también por la parte proteica de la membrana. A estas proteínas se les llaman receptores celulares. Los receptores están conectados a sistemas internos que solo actúan cuando la sustancia se une a la superficie de la membrana. Mediante este mecanismo actúan muchos de los controles de las células, algunos caminos metabólicos no entran en acción a menos que la molécula "señal", por ejemplo, una hormona, haya llegado a la superficie celular. En la membrana se localizan unas glicoproteínas que identifican a otras células como integrantes de un individuo o como extrañas (inmunoreacción). Las interacciones entre las células que conforman un tejido están basadas en las proteínas de las membranas. Resumiendo, la estructura de las membranas depende de los lípidos y las funciones dependen de las proteínas.

 Ê cleo A la membrana que envuelve el núcleo se le conoce como envolvente nuclear y consiste de dos membranas concéntricas. La membrana exterior da hacia el citoplasma y la interior hacia el nucleoplasma. La membrana nuclear tiene unos poros que casi son obstruidos por una estructura densa que se le llama anillo. Este es el conducto por medio del cual salen del núcleo hacia el citoplasma los ácidos ribonucleicos bien sean libres ( ARN mensajero o ARN de transferencia) o como subunidades ribosomales. Dentro del núcleo se encuentran unas masas de fibras formadas por ADN nuclear y proteínas. Cada molécula de ADN y sus proteínas asociadas constituyen un cromosoma. El núcleo de una célula humana contiene 46 cromosomas. Al conjunto de los cromosomas que se encuentran dentro de una célula se le llama cromatina. Dentro de la cromatina se distinguen varias estructuras que se llaman nucleolos, fibras nucleolares y gránulos nucleolares. Los nucleolos son parte de la cromatina y se especializan en el ensamble de las subunidades que constituyen los ribosomas. El núcleo es el centro de control de la célula. Desde aquí se dirige la síntesis de enzimas en los ribosomas del citoplasma y por ende se determina la actividad metabólica de la célula. Se conserva, replica y expresa la información genética

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de la célula. Como se trató anteriormente, el conjunto de enzimas que se encuentran en una célula determinan su actividad metabólica.

Estructura del Núcleo.

 |itoplasma El citoplasma está constituido por los organelos y el citosol. Los organelos más importantes son los #+$ $( "# $( & ! $ y otras estructuras unidas a las membranas. Al líquido en el que sobrenadan los organelos se le conoce como citosol. +$ $' La síntesis de las proteínas tiene lugar en el citoplasma. Después de que los mARN y los tARN se sintetizan en el núcleo, pasan a través de los anillos en la envolvente nuclear y entran al citoplasma como moléculas independientes. El rARN entra al citoplasma como subunidades ribosomales. Existen dos tipos de subunidades. En el citoplasma se unen las dos subunidades con moléculas de mARN para formar ribosomas completos activos. Los ribosomas completos tienen un diámetro de 25-30 nm. Los ribosomas activos pueden estar suspendidos en el citoplasma o unidos al #"!%!6$#0$ (RER). Los ribosomas suspendidos en el citoplasma sintetizan las siguientes proteínas: a) las que formarán parte del citosol, b) las que constituirán los elementos estructurales y c) las que forman los elementos móviles del citoplasma. Los ribosomas del RER sintetizan las proteínas que van a formar parte de las membranas o del contenido de las vacuolas. "! %!6$. El RER es un conjunto de membranas interconectadas que forman un extenso sistema de canales y que tienen unidos ribosomas.

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Las proteínas sintetizadas en el RER se integran a sus membranas o las atraviesan y pasan a los canales del RER. Las proteínas que forman parte del RER eventualmente emigran para integrarse a otras membranas, entre ellas la membrana plasmática. En los canales del RER se forman las proteínas complejas (glicoproteínas, lipoproteínas, sulfoproteínas, etc.), vía la adición de los grupos prostéticos las cuales son transportadas a otras partes de la célula o enviadas al exterior de la misma. La región del RER, donde se transforman y desplazan las proteínas, tiene la forma de sacos aplanados y se le conoce con el nombre de #%$3!0. En los Cuerpos de Œolgi se sintetizan también algunas de las macromoléculas que no son proteínas. Ejemplo de estos compuestos son los polisacáridos estructurales y los de almacenamiento. La parte del retículo endoplásmico no asociado a ribosomas, se conoce como retículo endoplásmico liso. Este sistema se encarga de la degradación de grasas cuando se metabolizan para la producción de energía, o cuando se involucran en la destoxificación de substancias que hayan penetrado la célula.  ! $'7 Las vacuolas son sacos que almacenan proteínas para su uso posterior dentro de la célula o para exportarse al exterior de la misma. Las vacuolas de excreción envían su contenido hacia afuera de la célula mediante el proceso de exocitosis. Las vacuolas también pueden actuar para transportar hacia el interior de las células substancias que no se pueden difundir a través de la membrana celular. El proceso se llama endocitosis y es la forma en que las células introducen macromoléculas y material corpuscular. En la exocitosis las vacuolas de excreción se acercan a la membrana celular, se funden con ella y su contenido termina en el exterior de la célula.

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En la endocitosis las moléculas que se van a introducir a la célula se unen al exterior de la membrana celular, se forma una invaginación y se constituye una vacuola. Esta vacuola puede emigrar al lugar de la célula donde su contenido se digerirá o será transformado.

$$ $'7 Son vacuolas producidas por el RER y los cuerpos de Œolgi, contienen enzimas digestivas que pueden romper la mayoría de las biomoléculas. En muchos casos las substancias obtenidas por endocitosis son llevadas a los lisosomas para su rompimiento. El contenido de los lisosomas se puede enviar al exterior de la célula para digerir substancias que se encuentren en el exterior. En algunas ocasiones se liberan las enzimas de los lisosomas hacia el interior de la célula causando la muerte celular. Esto puede ser producto de procesos patológicos, daños por tóxicos o ser parte del proceso de desarrollo embrionario. or ejemplo la pérdida de la cola de los renacuajos es producida por este tipo de muerte celular. "# .- Es un organelo complejo, unido a membranas, que cambia de forma. La forma reconocida como típica, es un corpúsculo alargado con un diámetro de aproximadamente media micra y una micra de longitud. Está rodeado de una doble membrana. La membrana exterior es lisa y continua y la membrana interior se dobla y se extiende hacia el interior en proyecciones tubulares llamadas cristas. El espacio que queda en el interior de las mitocondrias se le llama matriz. A las mitocondrias se les conoce como las centrales de fuerza de la célula, porque en ellas se llevan a cabo las reacciones de oxidación que producen la energía que utiliza las células. Las miticondrias generan la gran mayoría de los AT (adenosín-tri-fosfato) que necesita la célula, por medio de la fosforilación oxidativa del AD (adenosín-di-fosfato).

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Esquema de una Mitocondria. Las mitocondrias son prácticamente autónomas. Tienen su propio ADN y ribosomas. Actúan prácticamente igual que una bacteria. De hecho se piensa que las mitocondrias fueron bacterias que quedaron embebidas en una célula que evolucionó para convertirse en célula eucariota.  Membrana nuclear Es doble y permite el paso recíproco de sustancias entre el núcleo y el citoplasma gracias a su estructura porosa.



Plasma nuclear:

Líquido claro y viscoso donde se sumergen las demás estructuras nucleares.

 Êucléolo: Corpúsculo esférico, que aparece aislado o en grupos, relacionado con la formación de los ribosomas.



|romatina:

Sustancia que puede adoptar diversas tonalidades y que está formada por largos filamentos de ADN (ácido desoxirribonucleico). Estos presentan unas partículas, los genes, que contienen, cada uno de ellos, información sobre una determinada función celular.

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5    p p1/"$ Existen muchos métodos, pero uno de los más utilizados en el laboratorio consiste en separar los distintos componentes de las células, o las células mismas, aprovechando sus diferentes densidades, y el hecho de que, por lo tanto, la velocidad con que sedimentan los distintos componentes varía de acuerdo con esa densidad. La siguiente figura muestra en forma simplificada el procedimiento que puede utilizarse para separar los componentes de una célula, y que consiste esencialmente en dos sistemas; en el más usado de ellos, llamado de centrifugación diferencial, se realizan centrifugaciones a distintas velocidades y tiempos para obtener sus componentes. or ejemplo, para sedimentar las mitocondrias de células hepáticas basta con centrifugar alrededor de 10 minutos el homogeneizado a una velocidad que produzca algo así como 8 000 veces la fuerza de la gravedad. ero antes de eso, será necesario sedimentar partículas más pesadas como los núcleos. Entonces, lo que se hace primero es centrifugar a una velocidad menor y después sedimentar las mitocondrias. Si lo que se trata de obtener son los ribosomas de las células, es necesario centrifugar durante aproximadamente 30 minutos a una velocidad que genere algo así como 100 000 veces la fuerza de la gravedad.

La sedimentación de componentes celulares por centrifugación.

Otro de los procedimientos consiste en la preparación en un tubo de centrífuga de una solución que puede ser de sacarosa o de otras sustancias, en la cual la concentración de la sustancia disuelta va aumentando de arriba a abajo en el tubo. Esto equivale a que existan entonces diferentes densidades a distinta altura. Si luego se coloca un homogeneizado o una preparación un poco más pura obtenida de alguna célula, y se le somete a una centrifugación, cada una de las partículas presentes en el homogeneizado se va a detener en el punto en donde la densidad del líquido sea igual a la propia. Así, los núcleos viajarán

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hacia la parte inferior del tubo, las mitocondrias se quedarán en una zona intermedia por arriba de la anterior, y los ribosomas en una zona todavía más arriba. El procedimiento que se llama de centrifugación en un gradiente de concentración, en ocasiones permite separar componentes celulares que tienen densidades relativamente semejantes. Como ya se mencionó, las propiedades de las membranas de las partículas subcelulares pueden estudiarse utilizándolas intactas; se pueden realizar los experimentos directamente con las partículas obtenidas en la centrifugación. Sin embargo, si lo que se busca es conocer más detalladamente las propiedades de las membranas, y en especial sus componentes, es necesario en principio utilizar un procedimiento semejante al ya mencionado para la preparación de las membranas de los glóbulos rojos; el procedimiento consiste en la ruptura de las membranas y su separación posteriormente, casi siempre por centrifugación diferencial. En todos los casos, cuando se hace la ruptura, cambian las densidades respecto a las células u organelos intactos, y las velocidades de centrifugación y los tiempos utilizados tienen que ser más largos. Las técnicas para la separación de los componentes celulares y sus membranas han evolucionado a tal grado, que ya en esta época es posible obtener una preparación de membranas puras de prácticamente cualquier sistema biológico.

£   %"$ !! #$ . En el interior de las células tienen lugar numerosas reacciones químicas que les permiten crecer, producir energía y eliminar residuos. El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo (término que proviene de una palabra griega que significa cambio). Todas las células contienen información hereditaria codificada en moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN); esta información dirige la actividad de la célula y asegura la reproducción y el paso de los caracteres a la descendencia. Estas y otras numerosas similitudes (entre ellas muchas moléculas idénticas o casi idénticas) demuestran que hay una relación evolutiva entre las células actuales y las primeras que aparecieron sobre la Tierra.

8#$!$"# "& r r

Realice la separación de algunos componentes celulares, obsérvelos al miroscopio y grafique. Basando en el esquema de separación de los componentes celulares, ¿Cómo podría Ud. estimar el volumen relativo y la densidad de los microsomas, en contraste con los núcleos y las mitocondrias?.

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Disponiendo de 10 gr. De tejido hepático, ¿Cómo haría Ud. para demostrar que los lisosomas de las células hepáticas hidrolizan tejido proteínico muerto?.

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5  1. ¿Cuál es la naturaleza de la membrana celular?. ¿Qué datos hay indicando la existencia de permeabilidad selectiva a través de la membrana celular? 2. ¿Los Bioquímicos han estudiado intensamente las mitocondrias durante años, ¿orqué se interesan tanto en esta partícula subcelular? 3. En una micrografía electrónica de la célula ¿Cómo puede distinguirse el retículo endoplásmico rugoso del liso?. 4. ¿Cuál es una de las funciones principales de la forma rugosa?.

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 91 3p:   


  r r r r

Estudiar las propiedades físicas y químicas, y su función dentro de los procesos bioquímicos. Comprender el papel del H y de las soluciones reguladoras en los organismos vivos. Definir el enlace de hidrógeno y explicar cómo este enlace proporciona algunas propiedades anormales a las moléculas Comprender la significación de una solución amortiguadora y su papel en bioquímica.

!0  La vida tal como se conoce en el planeta Tierra, se desarrolló siempre en un medio acuoso, incluso en los seres no acuáticos; el medio interno es esencialmente hídrico. La inmensa mayoría de las reacciones bioquímicas se desarrollan en el seno del agua y obedecen a las leyes fisco-químicas de las disoluciones acuosas. Efectivamente el agua reúne una serie de características que la convierten en un disolvente único e insustituible en la biosfera, indudablemente el agua es indispensable para la vida. La estructura del agua, así como sus propiedades físico-químicas hace que sea posible la vida, ya que esta molécula es el disolvente en el que se encuentran las sustancias que se requieren para formar una célula es el medio en el cual tienen lugar la mayor parte de las reacciones metabólicas .

 
3p  |onstante dieléctrica El agua tiene una de las constantes dieléctricas más elevadas.

26

$" "!/"# % #  !0$%$"$ Constante Compuesto dieléctrica () A 298 K H2 O 78.5 Metanol 32.6 Etanol 24 H2S 9.3 C6H6 2.2 CCl4 2.2 CH4 1.7 Aire 1.00006 Mica 5.4 oliestireno 2.5 & !#! $" "!/"#  % #  !0$!$'

El agua, por tanto, es uno de los solventes más polares que existen, esto se debe a la presencia de un átomo muy electronegativo, el Oxígeno, y dos muy poco electronegativos, los Hidrógenos en la molécula. La consecuencia de lo anterior, es que moléculas o partículas cargadas eléctricamente son fácilmente disociadas en presencia de agua. La ionización sucede por que las fuerzas coulómbicas entre las cargas opuestas son débiles y, por tanto, se rompen fácilmente. Estas fuerzas son proporcionales a q+q-/r2, en donde  es la constante dieléctrica, q+ y q- son la carga catiónica y aniónica respectivamente. Esta observación es muy importante para los sistemas biológicos pues la diferencia en los gradientes ionicos es la base energética y funcional de muchos procesos.  |apacidad calorífica El agua posee una capacidad calorífica muy elevada, es necesaria una gran cantidad de calor para elevar su temperatura 1.0 °K. ara los sistemas biológicos esto es muy importante pues la temperatura celular se modifica muy poco como respuesta al metabolismo. De la misma forma, los organismos acuáticos, si el agua no poseyera esa cualidad, se verían muy afectados o no existirían.  |alor de vaporización El agua tiene un elevado calor de vaporización, al igual que otros líquidos capaces de hacer puentes de Hidrógeno como el etanol o el ácido acético, pero a diferencia de otros líquidos como el hexano que no los hacen

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%$"

!#& %#;  Hb(O2)4

84

%$?0!+ 

r

r

r

r

r r

Metahemoglobina hemoglobina con grupo hemo con hierro en estado ferrico (3+). esta no se une al oxigeno, se produce por una enfermedad congénita en la cual hay deficiencia de reductasa metahemoglobina, la cual mantiene en ferroso el estado del hierro. Hemoglobina ? o Hb? es llamada también hemoglobina del adulto o hemoglobina normal, representa aproximadamente el 97% de la hemoglobina sintetizada en el adulto, formada por dos globinas alfa y dos globinas beta. Hemoglobina ?
: representa menos del 2,5% de la hemoglobina después del nacimiento, formada por dos globinas alfa y dos globinas delta, que aumenta de forma importante en la beta-talasemia, al no poder sintetizar globinas beta. Hemoglobina s: Es una alteración de la estructura de la globina. Esto es debido a la alteración de un gen. De las cuatro cadenas polipetidicas que forman la hemoglobina (dos alfa y dos beta), las alfa van a permanecer igual, pero va a haber una alteración en las cadenas beta. El resto aminoacido seis, en vez de llevar glutamico, lleva valina. Esto da lugar a una enfermedad muy grave, la anemia drepanocitica --> los eritrocitos tienen forma de hoz o media luna (drepanocitos). Hemoglobina t Hemoglobina f: Hemoglobina normal del feto que en su mayor parte se degrada en los primeros días de vida del niño siendo sustituida por la hemoglobina A. Durante toda su vida el sujeto normal produce pequeñas cantidades de hemoglobina F. La hemoglobina F tiene una menor capacidad para transportar oxigeno debido a que el feto aun no respira y obtiene el oxigeno necesario directamente de su madre.

 |olágeno El !60 es una molécula proteica que forma fibras, las fibras colágenas, estando presentes en cantidad variable en todos los tipos de tejido conjuntivo. Las fibras colágenas son flexibles, pero ofrecen gran resistencia a la tracción. El punto de ruptura de las fibras colágenas de los tendones humanos se alcanza con una fuerza de varios cientos de kilogramos por centímetro

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cuadrado. A esta tensión solamente se han alargado un pequeño tanto por ciento de su longitud original. Cuando el colágeno se desnaturaliza por ebullición, se convierte en una sustancia bien conocida, la gelatina. El colágeno está formado por una proteína precursora llamada tropocolágeno que mide alrededor de 300 nanometros de largo y 1,4 nm de diámetro. El tropocolágeno está formado por tres cadenas polipeptídicas llamadas cadenas alfa, cada una de un peso molecular de alrededor de 100000 daltons. Estas cadenas tienen una configuración helicoidal levógira (hélice de colágeno). Las tres cadenas se enrrollan y se fijan mediante enlaces transversales para formar una triple hélice dextrógira con una distancia entre las vueltas de 8,6 nanometros. El colágeno tiene una composición de aminoácidos especial. Contiene gran cantidad de glicina y prolina, así como aminoácidos que no fueron insertados directamente en el ribosoma, como la hidroxiprolina y la hidroxilisina, que forman un gran porcentaje del total de aminoácidos. Estos aminoácidos son derivados de la prolina y de la lisina por medio de procesos enzimáticos de modificaciones postraduccionales en los que se requiere la vitamina C. %$!60 El colágeno en lugar de ser una proteína única, se considera una familia de moléculas estrechamente relacionadas pero genéticamente distintas, describiéndose varios tipos de colágeno, siendo los principales cuatro. r

r

r

!60"%
1 Se encuentra abundantemente en la dermis, el hueso, el tendón y la córnea. Se presenta en fibrillas estriadas de 20 a 100 nm de diámetro, agrupándose para formar fibras colágenas mayores. Sus subunidades mayores están constituidas por cadenas alfa de dos tipos, que difieren ligeramente en su composición de aminoácidos y en su secuencia. A uno de los cuales se designa como cadena alfa1 y al otro, cadena alfa2. Es sintetizado por fibroblastos, condroblastos y osteoblastos. Su función principal es la de resistencia al estiramiento.

!60"%

1 Se encuentra sobre todo en el cartílago, pero también se presenta en la córnea embrionaria y en la notocorda, en el núcleo pulposo y en el humor vítreo del ojo. En el cartílago, forma fibrillas finas de 10 a 20 nanómetros, pero en otros microambientes puede formar fibrillas más grandes, indistinguibles morfológicamente del colágeno tipo I. Están constituídas por tres cadenas alfa2 de un único tipo. Es sintetizado por el condroblasto. Su función principal es la resistencia a la presion intermitente.

!60"%


1 Abunda en el tejido conjuntivo laxo, en las paredes de los vasos sanguíneos, la dermis de la piel y el estroma de varias glándulas. arece un constituyente importante de las fibras de 50 nanómetros que se han llamado tradicionalmente fibras reticulares. Está constituido por una clase única de cadena alfa3. Es sintetizado por las

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r

células del músculo liso, fibroblastos, glía. Su función es la de sosten de los órganos expandibles.

!60 "%
1 Es el colágeno que forma la lámina basal que subyace a los epitelios. Es un colágeno que no se polimeriza en fibrillas, sino que forma un fieltro de moléculas orientadas al azar, asociadas a proteoglicanos y con las proteínas estructurales laminina y fibronectina. Es sintetizado por las células epiteliales y endoteliales. Su función principal es la de sostén y filtración.


%#"   !0 ! $#" $' Su importancia biológica la podemos resumir así: 1. Son las sustancias de la vida, pues constituyen gran parte del cuerpo animal. 2. Se les encuentra en la célula viva. 3. Son la materia principal de la piel, músculos, tendones, nervios, sangre, enzimas, anticuerpos y muchas hormonas. 4. Dirigen la síntesis de los ácidos nucleicos que son los que controlan la herencia. El conjunto de los aminoácidos esenciales sólo está presente en las proteínas de origen animal. En la mayoría de los vegetales siempre hay alguno que no está presente en cantidades suficientes. Se define el valor o calidad biológica de una determinada proteína por su capacidad de aportar todos los aminoácidos necesarios para los seres humanos. La calidad biológica de una proteína será mayor cuanto más similar sea su composición a la de las proteínas de nuestro cuerpo. De hecho, la leche materna es el patrón con el que se compara el valor biológico de las demás proteínas de la dieta. or otro lado, no todas las proteínas que ingerimos se digieren y asimilan. La utilización neta de una determinada proteína, o aporte proteico neto, es la relación entre el nitrógeno que contiene y el que el organismo retiene. Hay proteínas de origen vegetal, como la de la soja, que a pesar de tener menor valor biológico que otras proteínas de origen animal, su aporte proteico neto es mayor por asimilarse mucho mejor en nuestro sistema digestivo.

p
  1. Señalar los principales elementos que existen en las proteínas 2. Escribir la fórmula de un aminoácido que contenga tres átomos de carbono ¿cómo llamaría usted a este aminoácidos? 3. Escriba la fórmula y el nombre de un aminoácido que contenga un anillo Heterocíclico

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4. Escribir la fórmula de un aminoácido como zwiterion, y utilizar la estructura para explicar el punto isoeléctrico. 5. En relación con las reacciones de los aminoácidos, ¿Cuál es de mayor interés para identificarla cualitativamente y cuantitativamente? 6. ¿Cuándo se forma un enlace peptídico?, explique con un ejemplo. 7. Según la organización estructural de las proteínas ¿Cómo están conformadas?, explique con ejemplos. 8. Investigue las propiedades de las proteínas y expóngalas. 9. ¿Qué es desnaturalización de las proteínas?, escriba sus causas y efectos. 10. Haga un cuadro hipnótico de la clasificación de las proteínas

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p
 D1


   


   r r r r

Distinguir la estructura de esta macromolécula de las demás. Distinguir una forma D y una ópticamente activa. Describir el enlace glucósido entre dos monosacáridos. Ilustrar la estructura de un polisacárido empleando varias moléculas de glucosa.

# "#$" $3# !$' Los hidratos de carbono son las sustancias más abundantes de la alimentación, pueden sin embargo participar en funciones de reconocimiento celular de gran especificidad, al determinar, por ejemplo los grupos sanguíneos. Los glúcidos reciben el nombre de carbohidrato por su fórmula general Cn(H2O)m. Es un nombre incorrecto desde el punto de vista químico, ya que esta fórmula sólo describe a una ínfima parte de estas moléculas. Desde el punto de vista químico son aldehídos o cetonas polihidroxilados, o productos derivados de ellos por oxidación, reducción, sustitución o polimerización. D-eritrosa y D-ribosa

D-xilulosa y D-fructosa

También se les conoce por los siguientes nombres: r

3!$0!*$ (de la palabra griega que significa dulce), pero son muy pocos los que tienen sabor dulce.

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r

 6#$ (de la palabra latina que significa azúcar), aunque el azúcar común es uno sólo de los centenares de compuestos distintos que pueden clasificarse en este grupo.

Un aspecto importante de los Hidratos de Carbono es que pueden estar unidos covalentemente a otro tipo de moléculas, formando glicolípidos, glicoproteínas (cuando el componente proteico es mayoritario), proteoglicanos (cuando el componente glicídico es mayoritario) y peptidoglicanos (en la pared bacteriana). Los carbohidratos son moléculas compuestas en su mayor parte por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno. En la naturaleza se encuentran en los seres vivos, formando parte de biomoléculas aisladas o asociadas a otras como las proteínas y los lípidos. Los carbohidratos no son moléculas cuyos carbonos están hidratados, sino enlazados a grupos alcohólicos o hidroxilos (-OH), y a radicales hidrógeno (-H). Además siempre hay un grupo funcional como una grupo cetónico (-C=O-) o un grupo aldheído (-CH=O), por lo que los glúcidos podrían llamarse polihidroxicetonas (cetosas) o polihidroxialdheídos (aldosas).

! $ !$ #+?# "$' De acuerdo con su complejidad estructural y concomitante con su peso molecular, los carbohidratos se dividen en cuatro categorías: 1. $ 6#$. No pueden hidrolizarse. 2. !0$ 6#$' Al hidrolizarse producen de tres a diez moléculas de monosacáridos. 3. !$ 6#$' Al hidrolizarse producen más de diez moléculas de monosacáridos. 4. %!$ 6#$.

'$ 6#$ Monosacáridos Simples.Los monosacáridos simples son aldehídos o cetonas polihidroxilados. Los monosacáridos con función aldehído se llaman aldosas (a la izquierda en la figura) y los monosacáridos con función cetona se llaman cetosas (a la derecha en la figura). Según la longitud de la cadena carbonada se distingue entre aldoy cetotriosas, aldo- y cetotetrosas, aldo- y cetopentosas:

90

Con la excepción de la dihidroxiacetona, en todos los monosacáridos simples hay uno o varios carbonos asimétricos. En el caso más sencillo, el del gliceraldehído, hay un centro de asimetría, lo que origina dos conformaciones posibles: los isómeros D y L. Todos los demás azúcares se consideran estructuralmente derivados del D- y L- gliceraldehído, y por lo tanto se agrupan en las llamadas series D y L: 70!# !?

70!# !?

H

H

C=O

C=O

H - Cï - OH CH2OH

HO ± C* - H

?#= " H

H ± C ± OH

C=O

CH2OH H ± C - OH H

ara saber a qué serie pertenece cualquier monosacárido basta con representar su fórmula en proyección de Fischer y considerar la configuración del penúltimo carbono. La posición de su grupo OH a la derecha o a la izquierda determinará la serie D o L, respectivamente. La casi totalidad de los monosacáridos presentes en la Naturaleza pertenece a la serie D:

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Al ir aumentando el número de carbonos asimétricos en la molécula, aumenta el número de isómeros ópticos posibles. Los azúcares de la serie D son isómeros especulares de sus homónimos de la serie L. Así, la D-glucosa y la Lglucosa son enantiómeros o enantiomorfos, porque una es la imagen especular de la otra. Cuando los isómeros ópticos no son imágenes especulares se dice que son diastereoisómeros. Y si dos isómeros ópticos difieren en la configuración de un único átomo de carbono, se dice que son epímeros. La Dglucosa y la D-galactosa son epímeros porque sólo difieren en la configuración del carbono 4. Monosacáridos derivados erivados Por Oxidación Los extremos de la cadena carbonada de los monosacáridos pueden oxidarse para dar ácidos carboxílicos: r r r

Si la oxidación tiene lugar en el carbono 1 se obtienen los ácidos aldónicos Si la oxidación tiene lugar en el carbono 6 se obtienen los ácidos urónicos Si la oxidación tiene lugar en los carbonos 1 y 6 se obtienen los ácidos aldáricos

Así, a partir de la glucosa se pueden obtener los ácidos glucónico, glucurónico y glucárico, respectivamente. Los ácidos urónicos son parte esencial de importantes polisacáridos. El ácido glucurónico se une por enlace acetal a numerosas sustancias liposolubles, facilitando su solubilización en agua y su posterior eliminación.

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60! COOH

H ± C - OH

HO ± C - H

60!# H

C=O

H ± C - OH

H ± C ± OH H ± C ± OH CH2OH

HO ± C - H H ± C ± OH H ± C ± OH COOH

#& $# Las aldosas y cetosas, por reducción del grupo carbonilo del carbono anomérico da lugar a polialcoholes (alditoles). Son alditoles de interés biológico el sorbitol, también llamado glucitol, y derivado de la glucosa, el manitol (derivado de la manosa), y el ribitol, derivado de la ribosa. El glicerol (derivado del gliceraldehído) es un constituyente esencial en muchos lípidos, y su éster fosfórico es un importante intermediario metabólico. Un polialcohol cíclico de extraordinario interés es el inositol, que forma parte de un tipo de lípidos de membrana (los fosfoinositoles), cuya hidrólisis da lugar a señales químicas de gran importancia en los procesos de control y regulación de la actividad celular. $=#& $ La sustitución de un OH alcohólico por un H da lugar a los desoxiderivados. Son desoxiderivados de especial interés la 2-D-desoxirribosa que forma parte del ácido desoxirribonucleico (DNA), la 6-desoxi-L-manosa y la 6-desoxi-Lgalactosa (fucosa).

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#& $ La sustitución de un grupo OH de los monosacáridos por un grupo amino (NH2) da lugar a los aminoderivados. La sustitución suele producirse en el carbono 2, y el grupo amino siempre está N-sustituído (lo más frecuente es que esté Nacetilado). Son de especial interés la N-acetil-D-glucosamina y la N-acetil-Dgalactosamina, que aparecen en oligosacáridos complejos de la superficie celular y en polisacáridos nitrogenados de los tejidos conectivos. El ácido murámico es una hexosamina que contiene un residuo de lactato unido al carbono 3 por un enlace éter. Forma parte de los polisacáridos de las paredes bacterianas. E$"#$£$#$ El ácido ortofosfórico (a la izquierda) o los ácidos polifosfóricos pueden formar ésteres con los grupos OH (alcohólico o hemiacetálico) de los monosacáridos. Con ello se introduce un grupo fuertemente electronegativo en una molécula que normalmente no posee carga eléctrica. arece ser que el aporte de cargas negativas a los monosacáridos facilita su interacción con enzimas o con otras estructuras celulares. Estos ésteres fosfóricos son las formas en que el metabolismo celular maneja los monosacáridos. Así, la forma metabólicamente activa de la glucosa es la glucosa-6-fosfato.

2' !0$ 6#$ Los oligosacáridos son oligómeros que generalmente contienen de 2 a 10 unidades de monosacáridos y se encuentran subdivididos según el número de monosacáridos que los constituyen, por ejemplo tenemos los disacáridos, los tetrasacáridos. Los disacáridos más importantes son: r

r

   !"$   ;* #   !" está compuesta por dos residuos de glucosa, con los enlaces glucosídico ligando el C1 de un residuo con el C4 del otro. Es un azúcar reductor, reduce la solución de benedict y es fermentada por la levadura, su estructura es 4-O-Y-D- glucopiranosil ± glucopiranosa.   $  #$   ;* #   F  se compone de una molécula de glucosa y una de fructosa, la unión incluye los grupos reductores de ambos azúcares (C1 de la glucosa y C2 de la fructosa) es el único disacárido que no reduce el reactivo de benedict. La fermentación de la sacarosa es posible con la levadura, esta contiene dos enzimas la sacarasa y la zimasa; la primera inicia la hidrólisis del azúcar y la zimasas fermenta el monosacárido. 94

Su nombre derivado es Y-D-glucopiranosil- -D-fructofuranosido. r

  ! "$  se sintetiza por células secretoras de las g gandulas mamarias, contiene cantidades equivalente de galactosa y glucosa, y su estructura es: 4-O- -D-galoctopiranosil-D-glucopiranosa.

Formas de disacáridos más importantes

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9'!$ 6#$ Son moléculas de alto peso molecular, que por hidrólisis producen principalmente monosacáridos, frecuentemente D-glucosa. También pueden producir D-manosa, D y L galactosa, D-xilosa y L-arabinosa. Los polisacáridos difieren en su composición como también en sus pesos moleculares y en otras estructuras. Así unos polisacárido son lineales y otros altamente ramificados. En todos los casos el enlace que une a las unidades de monosacáridos es el enlace glucosídico que puede ser Y o .0. Entre los polisacárido mas importantes están el almidón, el glucógeno y la celulosa. El almidón está constituido por una cadena Y-glucosidica. Los dos constituyentes del almidón son: la amilasa (15 a 20%), que tiene estructura helicoidal no ramificada, responsable del color que adquiere el almidón con el yodo, y la amilopeptina (80 a 85%), que consta de una cadena ramificada, las cuales solo dan color rojo con el yodo, porque no están enrolladas efectivamente. Cada cadena esta compuesta de 24 a 20 residuos de glucosa, los residuos de glucosa están unidos por enlaces 1
4 (A) en las cadenas y por enlace 1
6 (B) en los puntos de ramificación. 3!0' Es un polisacárido que se almacena en el reino animal, su estructura es mas ramificada que la amilopeptina con cadenas de 11 a 18 residuos de Y-D glucopiranosa en enlaces glucosidicos Y (1
4), con ramificaciones unidas por medio de un enlace glucosídico Y (1
6). or hidrólisis ácida el glucógeno da glucosa. El glucogeno no es reductor y con el yodo no toma color rojo.  !!$ . Es constituyente del armazón de las plantas, no da color rojo con el yodo, no es soluble en disolventes ordinarios. Consiste en unidades de - Dglucopiranosa unidas por enlaces (1
4) para formar cadenas rectas, largas, reforzadas por enlaces cruzados de puentes de hidrogeno por hidrólisis da lugar a glucosa.

@'%!$ 6#$' Están constituidos por cadenas de carbohidratos complejos que se caracterizan por su alto contenido de aminoazucares y ácidos urónicos. Cuando estas cadenas se unen covalentemente a una molécula de proteína, el compuesto se conoce como un ³proteoglucano´, y como tales forman parte de elementos estructurales de los tejidos como el hueso, la elastina o el colágeno. Hay siete tipos de mucopolisacáridos (glucosaminoglucano), adheridos por covalencias a las proteínas de los proteoglucanos, los cuales pueden distinguirse por su composición monomérica, su enlace glucosídico y por la cantidad y posición de sus sustituyentes sulfatos. Todos ellos son polianiones dado que contienen grupos acídicos sulfatos o carboxilo procedente de los ácidos urónicos constituyentes de su estructura.

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Entre los mucopolisacáridos mas importantes tenemos: o o o o o

El ácido hialurónico Sulfato de condroitina Sulfato de queratán 1 y sulfato de queratán 2 Heparina y sulfato de heparina, y Sulfato de dermatán


 
    
 A
  Dentro de este grupo de sustancias se encuentran moléculas con las más diversas funciones: en las articulaciones se las encuentra con función lubricante y amortiguadora; la heparina, tiene propiedades anticoagulantes, los condroitín sulfatos son componentes del tejido cartilaginoso, los polisacáridos de los grupos sanguíneos permiten a un organismo ³reconocer´ los eritrocitos de su mismo tipo o ³desconocer´ los de otros organismo ; muchas bacterias pueden se reconocidas por los sistemas inmunológico de un individuo gracias a la presencia de heteropolisacáridos específicos en su superficie. Esta última l propiedad es quizá a la que se le ha dado mayor importancia porque se estudian de modo muy activo los mecanismos que implicados en el en el reconocimiento celular. Estas sustancias constituyen la base de este fenómeno, tales como el sistemas inmunológicos, capaces de reconocer y destruir o inactivar las bacterias o virus, o de rechazar los trasplantes de órganos, al ser estos ³desconocidos´ por el organismo receptor. Este hecho sucede por la presencia de moléculas de estos tipos en la células de los tejidos del organismo donador, que son entidades extrañas para el organismo receptor.

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   Funciones Energéticas Los Hidratos de Carbono (HC) representan en el organismo el combustible de uso inmediato. La combustión de 1g de HC produce unas 4 Kcal. Los HC son compuestos con un grado de reducción suficiente como para ser buenos combustibles, y además, la presencia de funciones oxigenadas (carbonilos y alcoholes) permiten que interaccionen con el agua más fácilmente que otras moléculas combustible como pueden ser las grasas. or este motivo se utilizan las grasas como fuente energética de uso diferido y los HC como combustibles de uso inmediato. La degradación de los HC puede tener lugar en condiciones anaerobias (fermentación) o aerobias (respiración). Todas las células vivas conocidas son capaces de obtener energía mediante la fermentación de la glucosa, lo que indica que esta vía metabólica es una de las más antiguas. Tras la aparición de los primeros organismos fotosintéticos y la acumulación de oxígeno en la atmósfera, se desarrollaron las vías aerobias de degradación de la glucosa, más eficientes desde el punto de vista energético, y por lo tanto seleccionadas en el transcurso de la evolución. Los HC también sirven como reserva 97

energética de movilización rápida (almidón en plantas y glucógeno en animales). Además, los HC son los compuestos en los que se fija el carbono durante la fotosíntesis.  Función Estructural El papel estructural de los HC se desarrolla allá donde se necesiten matrices hidrofílicas capaces de interaccionar con medios acuosos, pero constituyendo un armazón con una cierta resistencia mecánica. Las paredes celulares de plantas hongos y bacterias están constituidas por HC o derivados de los mismos. La celulosa, que forma parte de la pared celular de las células vegetales, es la molécula orgánica más abundante de la Biosfera . El exoesqueleto de los artrópodos está formado por el polisacárido quitina. Las matrices extracelulares de los tejidos animales de sostén (conjuntivo, óseo, cartilaginoso) están constituidas por polisacáridos nitrogenados (los llamados glicosaminoglicanos o mucopolisacáridos).  Función Informativa Los HC pueden unirse a lípidos o a proteínas de la superficie de la célula, y representan una señal de reconocimiento en superficie. Tanto las glicoproteínas como los glicolípidos de la superficie externa celular sirven como señales de reconocimiento para hormonas, anticuerpos, bacterias, virus u otras células. Los HC son también los responsables antigénicos de los grupos sanguíneos. En muchos casos las proteínas se unen a una o varias cadenas de oligosacáridos, que desempeñan varias funciones: r r r r

ayudan a su plegamiento correcto sirven como marcador para dirigirlas a su destino dentro de la célula o para ser secretada evitan que la proteína sea digerida por proteasas aportan numerosas cargas negativas que aumentan la solubilidad de las proteínas, ya que la repulsión entre cargas evita su agregación.

 Función e etoxificación En muchos organismos, ciertas rutas metabólicas producen compuestos potencialmente muy tóxicos, que hay que eliminar o neutralizar de la forma más rápida posible (bilirrubina, hormonas esteroideas). También es posible que un organismo deba defenderse de la toxicidad de productos producidos por otros organismos (los llamados metabolitos secundarios: toxinas vegetales, antibióticos) o de compuestos de procedencia externa (xenobióticos: fármacos, drogas, insecticidas, aditivos alimentarios, ). Todos estos compuestos son

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tóxicos y muy poco solubles en agua, por lo que tienden a acumularse en tejidos con un alto contenido lipídico como el cerebro o el tejido adiposo. Una forma de deshacerse de estos compuestos es conjugarlos con ácido glucurónico (un derivado de la glucosa) para hacerlos más solubles en agua y así eliminarlos fácilmente por la orina o por otras vías.


 
  Estereoisomeria de los monosacáridos. Todos los monosacáridos, excepto la dihidroxiacetona, poseen uno o más átomos de carbono asimétricos y son, por tanto, moléculas quirales. El gliceraldehido contiene un átomo de carbono asimétrico y por lo tanto puede existir en las formas estereoisomeras D y L. Que se refieren a la configuración del grupo OH del carbono asimétrico más alejado del átomo de carbono carbonílico. Las más importantes son:(aldohexosas) D-gliceraldehido, D-glúcosa, Dmanosa y D-galactosa. (cetohexosas) D-fructosa, D- ribulosa y dihidroxiacetona.  Enantiómeros. También conocidos como isómeros ópticos (estereoisómeros). Se caracterizan por ser imágenes especulares no superponible, uno de otro. Ej: el D gliceraldehido presenta dos estereoisómeros (D y L).  Epímeros. Se definen como aquellos azucares que difieren únicamente en la configuración de un átomo de carbono específico. Ej. La D-glúcosa y la D-manosa son epímeros respecto del carbono 2. La Dglúcosa y D-galactosa son epímeros respecto del carbono 4.  àautómeros. Isómeros estructurales que difieren en la localización de sus átomos de H y dobles enlaces y que pueden interconvertirse, a través de un intermediario enediol inestable.  Mutarrotación. Cambio en la rotación óptica de las formas alfa y beta de la D-glúcosa en solución, al llegar a una mezcla en equilibrio constituida por 1/3 de alfa Dglúcosa y 2/3 de beta D-glúcosa, con una rotación de 52,7 .

99

Estos antecedentes y otros permiten deducir una estructura de anillo predominante en la naturaleza (99%), formada por 6 eslabones (piranosa). Las cetohexosas formarían anillos de 5 eslabones (furanosas).  ÷eacción ácido/base sobre monosacáridos. Los ácidos concentrados producen deshidratación de los azúcares para rendir furfurales, derivados aldehídicos del furano. Ej. D-glucosa + HCl --- 5hidroximetilfurfural. Las bases diluidas inducen a reordenamiento en torno al átomo de carbono anomérico y su carbono adyacente, sin afectar a los sustituyentes en los demás átomos de carbono. D-glúcosa + alcali ---- D-glucosa, D-fructosa, Dmanosa.

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3p
5 ' La existencia de uno o varios carbonos asimétricos en todos los monosacáridos simples, excepto en la cetotriosa dihidroxiacetona, implica numerosas posibilidades de configuración espacial de la cadena carbonada. En el caso más sencillo, el de la aldotriosa gliceraldehído, existe un centro de asimetría(*), lo que da lugar a dos configuraciones posibles, conocidas como isómeros D y L Todos los demás azúcares se consideran estructuralmente derivados del D- y L-gliceraldehído, por lo que se agrupan en las llamadas familias D y L. ara saber a qué familia pertenece cualquier monosacárido, basta con representar su fórmula espacial en proyección de Fischer y considerar la configuración del penúltimo carbono. Según coincida con la del D- o la del L-gliceraldehído (² OH a la derecha o a la izquierda), el azúcar pertenecerá a la familia D o L. La casi totalidad de los monosacáridos presentes en la naturaleza pertenecen a la familia D.

100

En las siguientes figuras se representan las aldosas y cetosas de tres a seis átomos de carbono correspondientes a la serie D con sus nombres respectivos. ara representarlas, se ha utilizado la siguiente convención: grupo carbonilo, circulo vacío; grupo hidroxilo secundario, trazo lateral; grupo hidroxilo primario, punto negro.

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$"#"# ! $ !$ $! $#9 G6"$ #+ 

$"#"# ! $"$ $! $#(@ G6"$ #+

102

Los azúcares de la serie D son isómeros especulares de sus homónimos de la serie L. Así por ejemplo, la D-glucosa y la L-glucosa son  "#$ o  "#$. Los azúcares que sólo difieren en la configuración de un carbono asimétrico se llaman %#$, como por ejemplo la D-glucosa y la Dgalactosa, que sólo difieren en la configuración del carbono 4. En bioquímica, se utilizan preferentemente los nombres vulgares de los monosacáridos aunque sus configuraciones absolutas pueden ser fijadas de forma inequívoca, utilizando el nombre químico sistemático, con la convención de Cahn-Ingold-relog. Así por ejemplo, la D-galactosa sería el (2R,3S,4S,5R) pentahidroxihexanal y la D-fructosa, la (38,4R, 5R)-pentahidroxi-2-hexanona.

 Propiedades físicas. Los nionosacáridos simples, de acuerdo con su estructura molecular, son sólidos blancos cristalinos, hidrosolubles y de sabor generalmente dulce. Desde un punto de vista analítico, su propiedad física más importante es la capacidad de desviar el plano de la luz polarizada, o poder rotatorio, debido a la ausencia de planos de simetría en sus moléculas. El ángulo de giro de la luz polarizada (magnitud que se determina experimentalmente en el polarímetro) es proporcional a la concentración de azúcar en la disolución y al espesor de la disolución atravesada. La constante de proporcionalidad es característica de cada azúcar, y recibe el nombre de poder rotatorio específico. Esta proporcionalidad se representa por la ecuación:

103

donde [Į] es el ángulo de giro determinado experimentalmente para una disolución; [Į]D20 es el poder rotatorio especifico del azúcar en cuestión, medido a 200 empleando luz monocromática correspondiente a la línea D del sodio; e es la concentración en g/ml, y 1, la longitud en dm del tubo del polarímetro. En la tabla 3.1 se registran los valores de poder rotatorio de algunos 9-azúcares. #$#" "#$ ;* #$

;* #

Almidón Celobiosa D-Desoxírrjbosa D-Fructosa D-Œalactosa D-Œlíceraldehfdo Œlucógeno D-Œlucosa Inulina Lactosa Maltosa D-Manosa D-Ribosa Sacarosa

£#! 

(C6H1QO5) . H20 C12H22O11 C5H10O4 C6H12O6 C6H12O6 C3H6O3 (C6H10O5)n.H2O C6H12O6 (C6H10O5)n.H20 C12H22O11 C12H22O11.H2O C6H12O6 C5H10O5 C12H22O11

HIJ2K

+196 +34.6 -50 -92.4 +80.2 +14 +196 +52.7 -40 +55.4 +130.4 +14.2 -23.7 +66.5

 ?nomerización. Cuando se disuelve en agua un monosacárido cristalino, es frecuente comprobar que su poder rotatorio varía gradualmente con el tiempo, hasta alcanzar un valor estable. Además, se observa que según el procedimiento seguido para -la cristalización del azúcar, el poder rotatorio inicial varía considerablemente. or ejemplo, la D-glucosa recristalizada de piridina tiene un poder rotatorio específico inicial de + 112,2°, mientras que la D-glucosa recristalizada de alcohol lo tiene de + 18,7°. Ambas disoluciones, al cabo de unas 24 horas, muestran un mismo valor de + 52,5°. Este cambio gradual del poder rotatorio de un monosacárido en disolución recibe el nombre de " ##" . Este fenómeno se debe a que la estructura habitual de los azúcares no es la forma aldehídica o cetónica abierta que hemos considerado hasta ahora, sino que, en la mayor parte de las moléculas, se establece reversiblemente un enlace hemiacetálico interno entre el carbonilo y uno de los hidroxilos, dando lugar a moléculas en anillo. El enlace hemiacetálico crea un nuevo centro de asimetría, con lo que cada azúcar en forma abierta puede originar dos formas cerradas, epiméricas en el carbono hemiacetálico. Estos epímeros reciben el nombre de #$, Se distinguen los anómeros Į y ȕ, según que la configuración del carbono anomérico coincida o no con la del carbono que determina la pertenencia a la familia D o L. 104

La D-glucosa recristalizada de piridina está en un 100% en la configuración anomérica Į, y la recristalizada de etanol adopta totalmente la forma ȕ. Sin embargo, en disolución ambas formas se interconvierten, hasta llegar a un equilibrio en el que aproximadamente 2/3 están en la forma ȕ. Cuando la formación del enlace hemiacetálico intramolecular origina un anillo de cinco eslabones (4C + O), similar al del furano, se dice que el azúcar adopta «forma furanósica». Cuando el anillo originado es de seis eslabones (5C + O) se habla de «forma piranósica» por similitud con el heterociclo pirano. Debido a los ángulos y longitudes de enlace de las formas abiertas, el hidroxilo más accesible al carbonilo suele ser el que origina anillos furanósicos. Sin embargo, la mayor libertad de movimientos de los anillos piranósicos aumenta su estabilidad termodinámica, por lo que los anillos de seis eslabones son los que predominan en todos los monosacáridos libres que pueden establecerlos, como es el caso de la fructosa y la ribosa.

Fórmulas de proyección de Haworth. En las proyecciones de Fischer de las formas hemiacetálicas la geometría molecular queda muy distorsionada. Una representación más cercana a la realidad la proporcionan las fórmulas de proyección de Haworth. En ellas las furanosas y piranosas se representan respectivamente corno pentágonos y hexágonos planos, en los que la parte inferior del papel corresponde a la región más cercana al espectador, y los sustituyentes de los carbonos se sitúan perpendiculares al anillo. ara pasar de la forma abierta en proyección de Fischer a la forma cerrada en proyección de Hawort, se procede así:

105

1. El carbono que aportará su hidroxilo al enlace hemiacetálico se hace girar de manera que el grupo ² OH quede en la parte inferior de la molécula, y en consecuencia por detrás del plano del papel (en la figura AĺBĺC). 2. A continuación se cierra el anillo por la parte posterior de la molécula (en la figura CĺD). En el carbono carbonílico aparece el nuevo centro asimétrico. 3. La molécula se gira 90 hacia la derecha, de modo que el oxígeno hemiacetálico permanece en la parte posterior, y se reajustan las longitudes de enlace (en la figura DĺE). Los sustituyentes que estaban situados a la derecha de la cadena carbonada quedan ahora por debajo del plano del anillo, y los que estaban a la izquierda quedan situados por encima. 4. En general, para azúcares de la serie D, en la proyección de Haworth, el hidroxilo anomérico queda hacia abajo en la forma Į, y hacia arriba en la forma ȕ.

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En la figura a continuación, se representa el mismo proceso aplicado a la Dfructosa.



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 Estructura tridimensional. |onformación. Un paso más en la adecuación de las fórmulas a la estructura real de las moléculas de los glícidos lo constituyen las fórmulas espaciales o tridimensionales. En el caso de los anillos furanásicos, los ángulos de enlace, que en un pentágono regular serian de 108°, resultan muy próximos a los 106

109,5° que presentan las valencias del carbono tetraédrico no distorsionado. or ello, las tensiones del anillo son muy pequeñas, y, en consecuencia, la estructura tridimensional se aproxima mucho a la fórmula plana. No ocurre así en el caso de los anillos piranósicos, sino que, al igual que quedó detallado para el caso del ciclohexano, se mantienen los ángulos de enlace del carbono tetraédrico, y, como consecuencia, se produce un anillo sin tensión que puede adoptar la conformación en silla o bote. También, al igual que en el ciclohexano, la conformación en silla es más estable, porque todos los carbonos están, considerados dos a dos, en conformación alternada, lo que disminuye las interacciones entre sustituyentes. Sin embargo, a diferencia del ciclohexano, las dos posibles conformaciones silla no son equivalentes en la mayoría de los anillos piranósicos. La existencia de sustituyentes voluminosos (como los grupos ² OH y ² CH2OH) en el anillo, hace que resulten más favorecidas las conformaciones silla que presenten un máximo de sustituyentes en posición ecuatorial. Como ejemplo típico, se muestran a continuación las conformaciones en silla favorecida y alternativa de la Ç3-D- glucopiranosa.

# $! L770!%# $ ' #  &# %#$" "$ !$?#=!$ "# !$)!  !"# "& >$ &# 7"$ = !$'

  Propiedades químicas. Los monosacáridos presentan las propiedades correspondientes al grupo carbonilo y al grupo hidroxilo. A continuación se enumeran las más típicas. a) |apacidad reductora. Las aldosas son reductoras, aunque no tanto como los aldehídos, debido a que el grupo carbonilo está habitualmente enmascarado por el enlace hemiacetálico. Sin embargo, son capaces de reducir en caliente y en medio alcalino el cobre (II), azul a cobre (1), rojo. ste es el fundamento de las clásicas reacciones de Fehling y Benedict, entre otras. También las cetosas, al contrario de las cetonas simples, tienen propiedades reductoras en medio alcalino, por su fácil isomerización, a través de formas enólicas intermedias, a aldosas.

107


"#&#$"$ $) !$ $%#!; 

b) eshidratación. Los monosacáridos pueden deshidratarse con ácidos minerales fuertes y concentrados para dar lugar a derivados del furfural. Esta propiedad se utiliza con fines analíticos, pues los furfurales reaccionan con compuestos fenólicos, como el Į-naftol o la resorcina, para dar derivados quinónicos coloreados. En esta propiedad se basan los métodos de identificación de azúcares de Molisch, Seliwanoff, etcétera

 !$?

c) ?largamiento de la cadena (síntesis de Kiliiani). Las cianhidrinas, originadas por adición de HCN a una aldosa, dan, tras hidrólisis y reducción, dos aldosas epiméricas en C2 con un carbono más que el azúcar de origen.

108

Con este procedimiento, a partir del D y el L-gliceraldehido, se pueden generar las dos familias correspondientes de D y L monosacáridos. d) Oxidación con periodato. El metaperiodato de sodio (NaI04), en medio ligeramente ácido, oxida selectivamente el enlace C ² C cuando ambos átomos poseen grupos hidroxilo u oxo. Estos átomos sustituyen su valencia enlazante por un nuevo hidroxilo cada uno y se deshidratan posteriormente de modo espontáneo.

El caso de dos grupos oxidables contiguos es muy frecuente en los glícidos, por lo que esta reacción presenta considerable interés analítico. or ejemplo, por cada molécula de fructosa se producen dos de metanal, tres de ácido fórmico y una de CO2.

Si alguno de los grupos hidroxílicos estuviera bloqueado, por ejemplo, en el metil-Į-glucósido ²que se estudia a continuación² las posibilidades de ataque con periodato quedan restringidas.

109

e) Formación de glicósidos. Los monosacáridos en forma hemiacetálica pueden reaccionar con una nueva función alcohol dando lugar a acetales mixtos denominados glicósidos. Los anómeros Į y ȕ originan respectivamente Į² y ȕ-glicósidos. Estos glicósidos no presentan mutarrotación.

Se conocen glicósidos formados a partir de los alcoholes más variados. Tienen especial importancia los enlaces glicosídicos con hidroxilos, e incluso ² OH anoméricos de otros azúcares, lo que origina moléculas poliméricas más o menos complejas. También tiene importancia biológica la unión N-glicosídica entre el carbono anomérico de un azúcar y una amina, como se verá en el estudio de los ácidos nucleicos. f) Metilación a tondo. Los monosacáridos, por tratamiento con metanol en medio ácido, dan lugar al correspondiente metilglicósido. A veces interesa, con fines analíticos, metilar todos los hidroxilos libres de la molécula, lo que se consigue, por ejemplo, por tratamiento con sulfato de metilo. Los enlaces éter así formados resisten la hidrólisis, a diferencia del enlace glicosídico.

110


 

53
 3M
  La podemos resumir en los aspectos siguientes: r La glucosa es la biomolécula combustible más importante para la mayor parte de los organismos y es también la unidad estructural básica o precursora de los polisacáridos más abundantes. r La celulosa es el componente estructural predominante en los tejidos fibrosos y leñosos de las plantas. r El almidón se encuentra en cantidades muy grandes en las plantas, de las que constituye la forma principal de combustible de reserva. r Los polisacáridos son componentes importantes de las rígidas paredes celulares de las bacterias y las plantas, así como de las cubiertas celulares blandas de los tejidos animales. r Las aldopentosas son componentes importantes de los ácidos nucleicos y varios derivados de las triosas y las heptosas, son intermediarios en el metabolismo de los glúcidos.


 £ p  
' Los expertos creen que los carbohidratos deberían ocupar el 55% del total de una dieta sana. El almidón es la fuente óptima para obtener energía y debe siempre preferirse a los azúcares. El pan integral es un excelente alimento, a pesar de contener menos proporción de azúcar que el pan "blanco". Igualmente la pasta, el arroz, la patata, son una buena fuente de carbohidratos, muy recomendables para los deportistas.

111

Los glúcidos deben aportar el 55 ó 60 por ciento de las calorías de la dieta. Sería posible vivir durante meses sin tomar carbohidratos, pero se recomienda una cantidad mínima de unos 100 gr. diarios para evitar una combustión inadecuada de las proteínas y las grasas (que produce amoniaco y cuerpos cetónicos en la sangre) y pérdida de proteínas estructurales del propio cuerpo. La cantidad máxima de glúcidos que podemos ingerir sólo está limitado por su valor calórico y nuestras necesidades energéticas, es decir, por la obesidad que podamos tolerar.

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1p
 
 
' La fibra está compuesta por las partes no digeribles de los alimentos vegetales. Ayuda a prevenir enfermedades coronarias y el cáncer de intestino. La fibra que comemos procede de la cáscara del grano, de la piel y de la carne de las frutas, así como de la materia dura y fibrosa de los vegetales, la cual, al pasar por el estómago y el intestino, no puede ser descompuesta por los enzimas digestivos y, por lo tanto, no es absorbida por el organismo. Aunque no posea ningún valor nutricional ni energético constituye un elemento vital en la dieta diaria. Los alimentos ricos en fibra suelen proporcionar una mayor sensación de saciedad y un menor aporte calórico. El componente principal de la fibra que ingerimos con la dieta es la celulosa. Es un polisacárido formado por largas hileras de glucosa fuertemente unidas entre sí. Es el principal material de sostén de las plantas, con el que forman su esqueleto. Se utiliza para hacer papel. Otros componentes habituales de la fibra dietética son la hemicelulosa, la lignina y las sustancias pécticas. Algunos tipos de fibra retienen varias veces su peso de agua, por lo que son la base de una buena movilidad intestinal al aumentar el volumen y ablandar los residuos intestinales. Debido al efecto que provoca al retrasar la absorción de los nutrientes, es indispensable en el tratamiento de la diabetes para evitar rápidas subidas de glucosa en sangre. También aporta algo de energía al absorberse los ácidos grasos que se liberan de su fermentación bajo la acción de la flora intestinal. 112

Al cocer la fibra vegetal cambia su consistencia y pierde parte de estas propiedades, por lo que es conveniente ingerir una parte de los vegetales de la dieta crudos. La fibra desempeña un papel clave en la conservación de la salud. Al incrementar la cantidad de heces, facilita el paso de los desechos por los intestinos absorbiendo simultáneamente el agua de los vasos sanguíneos adyacentes, proceso por el cual se ablanda y facilita la evacuación, previniendo el estreñimiento. La fibra también mejora la absorción de los nutrientes por parte del intestino así como su paso a la corriente sanguínea; al reducir la absorción de las grasas digeridas se reduce ligeramente el nivel del colesterol y, por consiguiente, el riesgo de padecer una enfermedad coronaria. Un adulto debería comer 25 grs. de fibra diarios. No obstante, la dieta del mundo moderno occidental contiene un elevado porcentaje de grasas animales y carbohidratos y, muchas veces, carece de una cantidad adecuada de fibra.

p
5  1. ¿Cuál es la composición elemental de los carbohidratos? 2. Escriba la formula de la Aldosa gliceraldehido. ¿resentaría este compuesto actividad óptica en solución?, explique. 3. Describa las propiedades físicas de los monosacáridos 4. En qué consiste el fenómeno de la mutarrotación, explique 5. ¿Qué es un carbón anómero? 6. Escriba las formulas de proyección de Haworth y explique como se originan. 7. Explique la capacidad reductora de los carbohidratos con un ejemplo. 8. En qué momento se realiza la formación de glucósidos, explique con un ejemplo. 9. ¿Qué son los desoxiazúcares y aminoazúcares? 10. ¿Cuáles son los polisacáridos simples que tienen funciones de reservas?

113

p
 G 

   


  r r r

Describir la estructura de una grasa o de un lípido. Ilustrar la formación de un triglicérido de un fosfolípido y de un glucolípido. Distinguir el núcleo estradiol de una hormona.

# "#$" $3# !$ Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas básicamente por carbono e hidrógeno y generalmente también oxígeno; pero en porcentajes mucho más bajos. Además pueden contener también f!, !  y  . Es un grupo de sustancias muy heterogéneas que sólo tienen en común estas dos características: r r

Son insolubles en agua Son solubles en disolventes orgánicos, como éter, cloroformo, benceno.

! $ !$%$' Los lípidos se clasifican en dos grupos, atendiendo a que posean en su composición ácidos grasos (Lípidos saponificables) o no lo posean (Lípidos insaponificables ). r

%$$ % +!$ j Simples j Acilglicéridos j Céridos j Complejos j Fosfolípidos j Œlucolípidos

r

%$$ % +!$ j Terpenos j Esteroides j rostaglandinas

114

 ipidos saponificables


 
 Son lípidos saponificables en cuya composición química sólo intervienen carbono, hidrógeno y oxígeno. !0!/#$ Son lípidos simples formados por la esterificación de una, dos o tres moléculas de ácidos grasos con una molécula de glicerina. También reciben el nombre de glicéridos o grasas simples

Según el número de ácidos grasos, se distinguen tres tipos de estos lípidos: r r r

!$0!/#$, que contienen una molécula de ácido graso !$0!/#$, con dos moléculas de ácidos grasos !$ "#0!/#$, con tres moléculas de ácidos grasos. Aunque tradicionalmente se ha empleado el nombre de triglicéridos, las normas actuales de formulación recomiendan que este término deje de utilizarse y se cambie por el indicado. El nombre de Triacilglicéridos (TAŒs) describe adecuadamente la estructura de estos compuestos, pues poseen el esqueleto del glicerol unido a (esterificado con) tres ácidos grasos (grupos acilos). Se trata, pues, de triésteres formados por tres moléculas de ácidos grasos y una molécula de glicerol.

115

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El punto de fusión de los TAŒs viene determinado por la naturaleza de los ácidos grasos que lo forman. Los TAŒs que son sólidos a temperatura ambiente reciben el nombre de 0# $ $ (poseen mayor número de grupos acilos saturados), mientras que los que son líquidos a esta temperatura reciben el nombre de "$ (poseen mayor número de acilos insaturados). La presencia mayor o menor presencia de ácidos grasos saturados es responsable de un empaquetamiento más compacto o más débil, dando lugar a grasas o aceites, respectivamente.

116

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     Y   c  c  

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No obstante las grasas y aceites naturales no son puros, sino una mezcla de TAŒs. Entre las grasas y aceites más comunes destaca, como TAŒ más puro, el aceite de oliva (84 % de ácido oléico). La siguiente figura compara de forma sencilla la diferente composición en ácidos grasos de algunas grasas y aceites naturales.

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117

Las grasas constituyen una forma eficiente de almacenamiento de energía metabólica. Esto se debe a que las grasas están menos oxidadas (más hidrogenadas) que los glúcidos (glucógeno) de ahí que su rendimiento de energía en la oxidación sea significativamente mayor. Las grasas proporcionan alrededor de $$ &$ 6$ #0 metabólica que un peso igual de glucógeno. El contenido en grasa de las personas normales (21 % en hombres, 26 % en mujeres) les permite sobrevivir en ayuno de dos a tres meses; por el contrario, el suministro corporal de glucógeno, puede cubrir las necesidades metabólicas durante menos de un día (ojo con las dietas, posibilidad de nivel cero de glucosa). Además la apolaridad de las grasas facilita mucho su almacenamiento en forma anhidra (cosa que no ocurre con el glucógeno, que se moviliza más fácilmente). En los animales, los adipocitos son células especializadas en la síntesis y almacenamiento de TAŒs, concentrándose en el tejido adiposo  O   
 
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  c

c Los TAŒs experimentan las mismas reacciones que los ésteres. Una de las reacciones más importantes es su hidrólisis, que puede ser alcalina (bajo el punto de vista industrial) o enzimática (por lipasas, en el organismo). La hidrólisis alcalina o $ % , es el proceso base para la  +#  !$8 +$, mientras que la hidrólisis enzimática se produce en la 0#  ! $0# $ $ ingeridas como alimentos. 
 
   c

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118

c

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Los jabones se obtienen calentando grasas naturales con una disolución alcalina (de carbonato sódico o hidróxido sódico). Tras la hidrólisis, el jabón (sales sódicas de ácidos grasos) se separa del resto mediante precipitación al añadir sal a la mezcla de reacción, tras lo cuál se lava y purifica. El jabón así obtenido es el de tipo industrial. Estos, al igual que otros lípidos polares, #  ! $ en contacto con el agua. Esta propiedad explica su capacidad limpiadora, pues actúan disgregando la mancha de grasa o aceite formando pequeñas micelas en las que las partes ?#+ $ (apolares) rodean la grasa y las partes ?#! $ (polares, debido al grupo carboxilato) quedan expuestas hacia el agua. De esta manera, se forma una  ! (gotas cargadas negativamente) que son arrastradas por el agua en forma de diminutas partículas. Otra reacción importante de los TAŒ es la ?#0  catalítica de los grupos acilo insaturados existentes en los aceites vegetales. Mediante este proceso los TAŒs con grupos acilos insaturados se transforman en TAŒs saturados. Esta reacción se vienen realizando en la industria desde hace muchos años para la producción de  #0 # $ de uso culinario, a partir de aceites vegetales abundantes y baratos (como el de soja y el de maíz). "#

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Doble enlace insaturado

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Doble enlace saturado

Los acilglicéridos frente a bases dan lugar a reacciones de saponificación en la que se producen moléculas de jabón.

 Las ceras son ésteres de ácidos grasos de cadena larga, con alcoholes también de cadena larga. En general son sólidas y totalmente insolubles en 119

agua. Todas las funciones que realizan están relacionadas con su impermeabilidad al agua y con su consistencia firme. Así las plumas, el pelo, la piel, las hojas, frutos, están cubiertas de una capa cérea protectora. Una de las ceras más conocidas es la que segregan las abejas para confeccionar su panal. Las ceras son lípidos saponificables, formados por la esterificación de un ácido graso y un monoalcohol de cadena larga.


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Ëcido graso




Reacción de esterificación

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Monoalcohol

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Cera

Los alcoholes constituyentes de las ceras también tienen un número par de átomos de carbono, que oscila entre 16 y 34. Dos de las ceras más comunes son la de carnauba, de origen vegetal, que se utiliza como cera para suelos y automóviles; y la lanolina (en la que el componente alcohólico es un esteroide) que se utiliza en la fabricación de cosméticos y cremas. Las ceras son blandas y moldeables en caliente, pero duras en frío. En las plantas se encuentran en la superficie de los tallos y de las hojas protegiéndolas de la pérdida de humedad y de los ataques de los insectos. En los animales también actúan como cubiertas protectoras y se encuentran en la superficie de las plumas, del pelo y de la piel.

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120


    Son lípidos saponificables en cuya estructura molecular además de carbono, hidrógeno y oxígeno, hay también nitrógeno, fósforo, azufre o un glúcido. Son las principales moléculas constitutivas de la doble capa lipídica de la membrana, por lo que también se llaman lípidos de membrana. Son también moléculas anfipáticas.  Fosfolípidos Se caracterizan presentar un ácido ortofosfórico en su zona polar. Son las moléculas más abundantes de la membrana citoplasmática. Algunos ejemplos de fosfolípidos

121

 Œlucolípidos Son lípidos complejos que se caracterizan por poseer un glúcido. Se encuentran formando parte de las bicapas lipídicas de las membranas de todas las células, especialmente de las neuronas. Se sitúan en la cara externa de la membrana celular, en donde realizan una función de relación celular, siendo receptores de moléculas externas que darán lugar a respuestas celulares.  ipidos insaponificables #%$ Son moléculas lineales o cíclicas que cumplen funciones muy variadas, entre los que se pueden citar: r r r

Esencias vegetales como el mentol, el geraniol, limoneno, alcanfor, eucaliptol, vainillina. Vitaminas, como la vit.A, vit. E, vit.K. igmentos vegetales, como la carotina y la xantofila.

$"#$ Los esteroides son lípidos que derivan del esterano. Comprenden dos grandes grupos de sustancias: r r

Esteroles: Como el colesterol y las vitaminas D. Hormonas esteroideas: Como las hormonas suprarrenales y las hormonas sexuales.

Colesterol

El colesterol forma parte estructural de las membranas a las que confiere estabilidad. Es la molécula base que sirve para la síntesis de casi todos los esteroides

122

Hormonas Sexuales

Entre las hormonas sexuales se encuentran la progesterona que prepara los órganos sexuales femeninos para la gestación y la testosterona responsable de los caracteres sexuales masculinos. Hormonas Suprarrenales

Entre las hormonas suprarrenales se encuentra la cortisona, que actúa en el metabolismo de los glúcidos, regulando la síntesis de glucógeno.  Prostaglandinas Las prostaglandinas son lípidos cuya molécula básica está constituida por 20 átomos de carbono que forman un anillo ciclopentano y dos cadenas alifáticas.

Las funciones son diversas. Entre ellas destaca la producción de sustancias que regulan la coagulación de la sangre y cierre de las heridas; la aparición de

123

la fiebre como defensa de las infecciones; la reducción de la secreción de jugos gástricos. Funcionan como hormonas locales.


 3  Se conocen más de 100 ácidos grasos naturales. Se trata de 6$  #+=!$, cuyo grupo funcional (- ) está unido a una larga    ?# #+  normalmente no ramificada.

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   c

Se diferencian entre sí en la longitud de la cadena y el número y las posiciones de los dobles enlaces que puedan tener. Los que no poseen dobles enlaces se denominan ácidos grasos saturados (³de hidrógeno´) y los que poseen uno o más dobles enlaces se denominan ácidos grasos insaturados. Los ácidos grasos en estado libre se encuentran en muy bajas cantidades, ya que en su mayoría se encuentran formando parte de la estructura de otros lípidos. La Tabla siguiente, recoge algunos ácidos grasos de interés. La mayoría de los ácidos grasos son compuestos de cadena lineal y numero par de átomos de carbono, comprendido entre 12 y 22. Así, el ácido palmítico (C16H32O2) y el ácido esteárico (C18H34O2), son dos ácidos grasos saturados saturados bastante abundantes, mientras que el ácido oleico (C18H34O2), junto con el linoléico (C18H32O2), son los ácidos grasos insaturados más comunes. Obsérvese que todos los ácidos grasos insaturados naturales presentan isomeria cis. El isómero cis- posee los dos hidrógenos hacia el mismo lado, mientras que en el isómero trans- se encuentran alternados.

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"# | |

sómero Cis

"# | | " sómero Trans

La presencia de dobles enlaces con isomería cis-, en los ácidos grasos insaturados, hace que la cadena hidrocarbonada se 
en el espacio lo cuál, a su vez, dificulta su empaquetamiento con otras moléculas próximas y asegura

124

que los lípidos que contienen estos ácidos grasos tengan bajos puntos de fusión y, por consiguiente, sean fluidos a temperaturas fisiológicas, lo que facilita, entre otras cosas, su transporte en nuestro organismo. #% !$6$0# $$$ "# $$ "# $'

    La Figura 2 muestra las diferencias existentes entre las estructuras espaciales de dos ácidos grasos, uno saturado y otro insaturado.    c   La Figura siguiente, muestra las diferencias existentes entre las estructuras espaciales de dos ácidos grasos, uno saturado y otro insaturado. 

125

     

  



 

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  Los lípidos desempeñan cuatro tipos de funciones: 1. £#$#& ' Son la principal reserva energética del organismo. Un gramo de grasa produce 9,4 kilocalorías en las reacciones metabólicas de oxidación, mientras que proteínas y glúcidos sólo producen 4,1 kilocaloría/gr. 2. £ $"#"# !' Forman las bicapas lipídicas de las membranas. Recubren órganos y le dan consistencia, o protegen mecánicamente como el tejido adiposo de pies y manos. 3. £+ " !; # ' En este papel los lípidos favorecen o facilitan las reacciones químicas que se producen en los seres vivos. Cumplen esta función las vitaminas lipídicas, las hormonas esteroideas y las prostaglandinas. 4. £ "# $%#" # . El transporte de lípidos desde el intestino hasta su lugar de destino se realiza mediante su emulsión gracias a los ácidos biliares y a los proteolípidos.

126


 

53
 
 ' La podemos resumir en los aspectos siguientes: 1. Las grasas son los constituyentes principales de las células almacenadoras de grasas en los animales y vegetales. 2. Constituyen una de las reservas alimenticias importantes del organismo. 3. Se emplean en grandes cantidades como materias primas para muchos procesos industriales, de donde se obtienen en algunos casos alimentos de la dieta diaria. Ejemplos, mantequilla, manteca, aceites, etc., además de otros productos de uso cotidiano jabón, aceites secantes, detergentes, etc.

p
5  1. 2. 3. 4. 5.

¿Qué son los Lípidos y cuál es su composición elemental? Escriba las características de los Lípidos ¿Cómo se clasifican los Lípidos? Escriba las fórmulas y nombres de 3 ácidos grasos más comunes. Escriba la fórmula de un triglicérido que sea sólido a la temperatura de la habitación y uno que esté en forma de aceite. 6. Escriba las reacciones más importantes de los ácidos grasos 7. Describa la importancia Biológica de los Lípidos 8. ¿Qué son las ceras? 9. ¿Cómo se clasifican los Esteroides?, Descríbalos. 10. ¿Qué importancia tienen las rostaglandina en la regulación de la coagulación de la sangre y cierre de las heridas?

127

p
 N 
  p 
:p    


  r r r

Describir la función e importancia de los ácidos nucleicos. Distinguir entre los componentes del DNA y del RNA Diferenciar los tipos de RNA.

3# ! $' La información genética es almacenada y transmitida por los ácidos nucleicos DNA (ácido desoxirribonucleico) y RNA (ácido ribonucleico), que son macro moléculas resultantes de la polimerización de un numero elevado de nucleótidos. Los nucleótidos están formados por tres unidades fundamentales: bases nitrogenadas, una osa y ácido fosfórico. La unión de una osa (ribosa o 2-desoxirribosa) y una base nitrogenada (púrica o pirimidínica) por un enlace N-glucosídico se denomina nucleósido. El compuesto formado por la esterificación de un nucleósido por ácido fosfórico es un nucleótido. NUCLEOSIDO = OSA + BASE NITROŒENADA NUCLEOTIDO = NUCLEOSIDO + ACIDO FOSFORICO 


 3  Las bases nitrogenadas pueden ser de dos tipos: p ricas y pirimidínicas, que derivan, respectivamente, de la purina y de la pirimidina.  Bases P ricas La purina es un heterociclo del que derivan numerosos compuestos por sustitución de los átomos de hidrógeno de los grupos CH por diversos radicales; todos se caracterizan por su carácter aromático y por absorber intensamente la luz ultravioleta.

128

Las bases púricas presentes en los ácidos nucleicos, tanto en el DNA como en el RNA, son: ‡ Adenina (A) 6 6-amino-purina. ‡ Œuanina (Œ) 6 2 amino-6-hidroxi-purina.

Una modificación común de estas bases en los ácidos nucleicos es la metilación, así tenemos la 6-metil-adenina, la 2-metil-guanina y la 7-metilguanina.

 Bases Pirimidínicas Derivan del núcleo de pirimidina por sustitución de los hidrógenos de los grupos CH por diversos radicales. Absorben intensamente en el ultravioleta.

129

Hay tres bases pirimidínicas en los ácidos nucleicos: Citosina (C) ó 2-hidroxi-4-amino-pirimidina, presente en todos los ácidos nucleicos. Algunos derivados suyos, presentes en pequeña cantidad de algunos DNA son la 5-metil-citosina y la 5-hidroximetil-citosina. Uracilo (U) ó 2,4-dihidroxi-pirimidina, esta presente en todos los RNAs, pero no en el DNA. Timina (T) ó 2,4-dihidroxi-5-metil-pirimidina, se encuentra en el DNA, pero no en los RNAs.

Bases pirimidínicas presentes en los ácidos nucleicos. Tanto las bases púricas como las pirimidínicas pueden tener varias configuraciones tautomerícas. La tautomería puede ser:

130

a) Ceto-enólica

 "# "7! ' b) Amino-imino

 "#  7'

 Las osas que forman parte de los ácidos nucleicos son pentosas, estables en su forma furanósica: r r

D-ribosa presente en los RNAs. D-2-desoxirribosa, en el DNA.

131

Estructura de la D-ribosa y la D-2-desoxirribosa.

p 5
   ÷ibonucleosidos Se encuentran en los RNAs. RIBONUCLEOSIDO = RIBOSA + BASE NITROŒENADA Los presentes en los RNAs son: r r r r r

?denosina: El enlace ȕ-N-glucosídico se establece entre el C1¶ de la ribosa y el N9 de la adenina. Œuanosina: El enlace ȕ-N-glucosídico es entre el C1' de la ribosa y el N9 de la guanina. pridina: El enlace ȕ-N-glucosídico es entre el C1' de la ribosa y el N1 del uracilo. |itidina: El enlace ȕ-N-glucosídico es entre el C1' de la ribosa y el N1 de la citosina. Seudo-uridina: El enlace C-glucosídico es entre el C1' de la ribosa y el C5 del uracilo.

132

+!$$'

 esoxirribonucleósidos Se encuentran en el DNA. DESOXIRRIBONUCLEOSIDOS = 2-DESOXI-RIBOSA + BASE NITROŒENADA

Los que se encuentran en el DNA son: r r r r

esoxiadenosina: Enlace ȕ-N-glucosídico entre C1' del azúcar y N9 de la adenina. esoxiguanosina: Enlace ȕ-N-glucosídico entre C1' de la osa y N9 de la guanina. esoxicitidina: Enlace ȕ-N-glucosídico entre C1' del azúcar y N1 de la citosina. esoxitimidina: Enlace ȕ-N-glucosídico entre C1' del azúcar y N1 de la timidina.

133

$=##+!$$'

p 5
  Son los esteres fosfóricos de los nucleósidos. El grupo fosfórico puede estar esterificando uno cualquiera de los hidroxilos libres del azúcar, pero en los ácidos nucleicos, tanto RNAs como DNA, hay nucleótidos en 5', es decir, nucleósidos-5'monofosfato.  ÷ibonucleótidos Se encuentran formando los RNAs. r r r r r

Ácido adenílico o adenosina 5'- monofosfato (AM). Ácido guanílico o guanosina 5'- monofosfato (ŒM). Ácido citidílico o citidina 5'- monofosfato (CM). Ácido uridílico o uridina 5'- monofosfato (UM). Ácido seudo-uridílico o seudo-uridina 5'-monofosfato (ȥM).

134

8%!#+!"'

 esoxirribonucleotidos Constituyen el DNA. r r r r

Ácido desoxiadenílico o desoxiadenosina 5'-mono-fosfato (dAM). Ácido desoxiguanílico o desoxiguanosina 5/-mono-fosfato (dŒM). Ácido desoxicitidílico o desoxicitidina 5'-monofosfato (dCM). Ácido desoxitimidílico o desoxitimidina 5'-monofosfato (dTM).

8%!$=##+!"'

135

A
  O

p 
, -  Estructura $"#"# %# #  El DNA es, como se mencionó anteriormente, un polímero de desoxirribonucleótidos, unidos por enlaces 3'-5'-fosfodiéster. Las cadenas de DNA tienen polaridad; el azúcar del nucleótido de uno de los extremos de la cadena tiene un grupo 3'-OH libre y el azúcar del nucleótido del otro extremo de la cadena tiene un grupo 5'-. or convención, el extremo 5'- de la cadena de polinucleótidos se escribe a la izquierda, es decir, la secuencia de bases está escrita en la dirección 5' ²> 3
. !$=##+!"       

136

Se puede representarse de la siguiente forma:

o más abreviadamente como pApŒpCpTpC o AŒCTC. Erwin Chargaff, en 1950, encontró en el DNA de todas las especies que estudió la siguiente proporción de bases nitrogenadas: r r

A/T=1. C/Œ=1.

Es decir, que A + C = Œ + T. Esta equivalencia tomó significado cuando Watson y Crick propusieron su modelo de DNA.

Estructura secundaria La estructura secundaria del DNA fue establecida en 1953 por James Watson y Francis Crick basándose en patrones de difracción de rayos X de fibras de DNA. Su modelo presenta las siguientes características: r r

La molécula de DNA está constituida por dos cadenas de polinucleótidos formando una doble hélice dextrógira. Las dos cadenas de la doble hélice están orientadas con polaridad opuesta, es decir, son antiparalelas.

137

%#$" ! $?+# $ "% # !! $%!" # $! '

r

r

Los anillos de desoxirribosa con el grupo fosfato unido están en el exterior de la hélice, con lo cual las cargas negativas de los grupos fosfato pueden interaccionar con los cationes de la solución, lo que estabilizaría la molécula. Las bases nitrogenadas están en el interior de la hélice. Las dos cadenas permanecen unidas mediante puentes de hidrógeno; solamente los pares A-T y Œ-C pueden acomodarse en la estructura de doble hélice. El enlace A-T es mediante dos puentes de hidrógeno y el Œ-C mediante tres, por lo cual es mas estable. or lo tanto, la secuencia de nucleótidos de una cadena de la doble hélice determina la secuencia de la otra cadena, y se dice que las dos cadenas de una molécula de DNA son complementarias.

138

r

r

r

Los planos que contienen las bases son perpendiculares al eje de la hélice. Los planos que contienen los azúcares están formando ángulos casi rectos con los de las bases. El diámetro de la hélice es de 20 Å, la separación entre nucleótidos adyacentes a lo largo del eje de la hélice es de 3,4 Å, desplazados por una rotación de 36 grados, y el paso de hélice es de 3,4 Å, por lo que hay 10 pares de nucleótidos por vuelta de hélice. uede haber cualquier secuencia de bases en la cadena polinucleotídica. Una secuencia concreta de bases transporta una información genética precisa.

La estructura de doble hélice del DNA se puede presentar bajo distintas formas: a) Forma B del DNA: Es la de mayor interés biológico ya que es la que suele encontrarse en condiciones fisiológicas. Corresponde básicamente al modelo propuesto por Watson y Crick, con 10 pares de bases por vuelta de hélice y una separación de, aproximadamente, 3,4 Å entre nucleótidos contiguos. Se caracteriza por presentar dos tipos de surcos, uno ancho o surco mayor (12 Å de ancho) y otro estrecho o surco menor (6 Å), aparecen porque los enlaces glicosídicos de cada par de bases no resultan diametralmente opuestos, uno con respecto a otro. b) Forma A del DNA: Aparece cuando la humedad relativa es inferior al 75%. resenta 11 pares de bases por vuelta, el paso de hélice es de, aproximadamente, 28 Å y la inclinación de las bases es de 20 grados respecto al eje de la hélice. Aunque los dos surcos del DNA tienen una altura parecida, uno de ellos es muy profundo y el otro casi desaparece. La forma A aparece en el DNA deshidratado, en los híbridos RNA-DNA y en las regiones de doble hebra del RNA.

139

0# ?! !+ " # ! $#   

c) La forma Z del DNA: Fue descubierta al estudiar la estructura del oligonucleótido CŒCCŒ. La forma Z es una hélice doble, con las cadenas antiparalelas y con el apareamiento de Watson y Crick

140

entre guanina y citosina. Sin embargo, esta hélice es levógira, los fosfatos del esqueleto están en zig-zag y solo contiene un surco de hélice profundo. resenta 12 pares de bases por vuelta de hélice, con un paso de hélice de unos 43 Å. Esta forma solo aparece en disolución en condiciones de alta fuerza iónica, esta termodinámicamente desfavorecida debido a las repulsiones electrostáticas entre los grupos fosfato, que están mas próximos que en la forma B. Su formación esta favorecida por metilación del C5 de la citosina, lo cual, junto con secuencias repetitivas de pirimidinas-purinas, es frecuente en eucariontes. Hay dos tipos de moléculas de DNA: r r

ineales: Se localizan en células eucarióticas y en algunas procarióticas, así como en algunos virus. |irculares: Como el caso de la bacteria E. coli que tiene un cromosoma circular, lo cual se descubrió al comprobar que el mapa de correlación genética de esta bacteria era circular. También algunos virus como el fago 'k presentan cromosomas circulares, en este caso en su forma replicativa. También los plásmidos, presentes en el citoplasma de numerosas bacterias, son pequeñas moléculas de DNA circular.

$"#"# "# # 

 

141

El DNA lineal en disolución se comporta como un ovillo estadístico de gran rigidez, debido al impedimento estérico que originan las interacciones intramoleculares que estabilizan la doble hélice. Este hecho se produce a partir de un peso molecular de uno o dos millones; por debajo de este peso molecular se comporta como una varilla ligeramente flexible. La flexibilidad del DNA parece deberse a pequeñas distorsiones en la molécula que le permiten curvarse ligeramente. Los DNAs circulares virales, de pequeño tamaño, cuando se aíslan aparecen superenrollados negativamente. El DNA superenrollado es la forma común de la mayor parte del DNA de las células vivas; así el DNA cromosómico bacteriano esta organizado en bucles aislados, que se comportan como anillos que pueden superenrollarse independientemente. En las bacterias, la enzima que superenrolla, negativamente, el DNA es la DNA-girasa. El superenrollamiento es un mecanismo para regular la transcripción.   p
4
5  . Cuando la temperatura alcanza el punto de fusión del ADN, la agitación térmica es capaz de separar las dos hebras y producir una desnaturalización. Este es un proceso reversible, ya que al bajar la temperatura se puede producir una renaturalización. En este proceso se rompen los puentes de hidrógeno que unen las cadenas y se produce la separación de las mismas, pero no se rompen los enlaces fosfodiester covalentes que forman la secuencia de la cadena. La desnaturalización del ADN puede ocurrir, también, por variaciones en el pH.

Al enfriar lentamente puede renaturalizarse.

142

A
 
p 
, -  Estructura $"#"# # #  Los ácidos ribonucleicos son polímeros de ribonucleótidos, con un elevado numero de unidades. Los ribonucleótidos adyacentes están unidos por enlaces 3', 5'-fosfodiéster. Las cadenas de RNA, al igual que las de DNA, tienen polaridad, con un 3'-OH libre en un extremo y un 5'- en el otro; el extreme 5' se escribe a la izquierda.

  
c

143

El polirribonucleótido se puede representarse de la siguiente forma:

o bien como pApŒpCpUpC o como AŒCUC. Las moléculas de RNA son hebras simples; las proporciones de los diferentes ribonucleótidos varían según las clases de RNA, su origen biológico y el estado de nutrición del organismo del que procede.

144

|lases de ÷Ê? r

÷Ê? mensajero (m÷Ê?): Es el molde para la síntesis de proteínas, es decir, traslada la información genética desde el DNA a los ribosomas, donde se produce la síntesis de cadenas polipeptídicas. Son moléculas grandes, con mas de 5.000 nucleótidos.

r

÷Ê? de transferencia (t÷Ê?): Es el adaptador en la síntesis de proteínas, contiene un centro de unión de aminoácido y un centro de reconocimiento del molde o anticodón. Cada molécula de tRNA transporta un aminoácido especifico activado hasta el lugar de la síntesis proteica. Son moléculas pequeñas de unos 75-85 nucleótidos. Tienen entre 10 y 15% de sus bases modificadas, presentan: inosina, inosina metilada en posición 1, guanina metilada en posición 1, guanina dimetilada en el N hexocíclico, seudo-uridina, ribotimidina (T) y dihidrouridina (UH2). ÷Ê? ribosómico (r÷Ê?): Forma parte de los ribosomas asociado con proteína. En células procarióticas se distinguen tres tipos de rRNA: 23S, 16S y 5S; en las células eucarióticas se distinguen: 28S, 18S, 5.8S y 5S. Son ricos en guanina y citosina y tienen muy poca seudo-uridina.

r

145

$"#"# $ #  

 La molécula de RNA esta formada por una única cadena polinucleotídica, sin embargo no es lineal, sino que forma estructuras irregulares parcialmente helicoidales mediante puentes de hidrógeno entre secuencias complementarias antiparalelas; las bases que se unen siguen la complementariedad de Watson y Crick (A:U y Œ:C), aunque no de forma estricta, ya que las hélices pueden incluir bases no apareadas y apareamientos no-Watson-Crick (Œ:U). La estructura secundaria del RNA depende de su estructura primaria, es decir, de la secuencia de nucleótidos y, en muchos casos, es importante para la propia función de las moléculas de RNA. El elemento estructural mas importante en el RNA es la forma A de doble hélice que se forma en las regiones apareadas. Las estructuras secundarias mas frecuentes en el RNA son: bucles en horquilla, bucles internos y salientes. Los rRNA presentan numerosos bucles de apareamiento, aproximadamente el 70% de la molécula. Los tRNA presentan numerosas bases modificadas, son modificaciones postranscripcionales que influyen decisivamente en la estructura secundaria de los tRNAs, puesto que generan zonas monocatenarias, que no pueden formar puentes de hidrógeno, en la cadena. Su estructura secundaria tiene forma de hoja de trébol y presenta las siguientes características:

146

r r r r r r

En el extreme 5' tienen ácido guanílico. El brazo UH2 se llama así por presentar dihidrouridina; reconoce la aminoaciltRNA-sintetasa. El brazo del anticodón, que reconoce el codón del mensajero, tiene 7 bases desapareadas: 5'pyr-pyr-X-Y-Z-pur-base3'. El brazo extra, que puede llegar a desaparecer o ser muy grande. El brazo TȌC, contienen la secuencia ribotimidina (T), seudo-uridina (Ȍ), citosina (C), es la zona de interacción con el ribosoma. En el extreme 3' hay una zona monocatenaría con 4 o 5 mononucleótidos desapareados; todos los tRNA terminan en la secuencia CCA; esta zona transporta un aminoácido especifico, esterificado por su grupo carboxilo al 1' 6 3'-OH del residuo A.

147

$"#"# "# #  

 Las bases no apareadas que forman los bucles de las horquillas de RNA pueden interaccionar con secuencias distantes de la molécula de RNA, frecuentemente mediante apareamientos tipo Watson-Crick, aunque también se producen apareamientos no-Watson-Crick, así como otros tipos de puentes de hidrógeno, como aquellos en los que participa el OH en 2' de la ribosa. Todos los enlaces contribuyen a formar la estructura terciaria de la molécula. De los RNAs, la estructura terciaria mejor establecida es la de los tRNAs, determinada por difracción de rayos X, que tiene forma de L, donde un extreme de la L corresponde al extreme 3'-OH de la molécula y el otro extreme de la L corresponde al anticodón, quedando los bucles UH;, y TȥC juntos en el vértice. Esta estructura esta estabilizada por puentes de hidrógeno entre las bases de las zonas con estructura primaria; estos puentes de hidrógeno no siguen en todos los casos, el patrón de Watson y Crick.

$ ! $"#"# "# # " ' 

148

p  Son enzimas que degradan los ácidos nucleicos y son útiles para el estudio de los mismos. Se clasifican en: a) Según el sustrato que hidrolizan: r r r

Inespecíficas: hidrolizan DNA y RNA. Especificas de RNA o ribonucleasas. Especificas de DNA o desoxirribonucleasas.

b) Según su modo de acción: r r

Exonucleasas: hidrolizan por un extremo de la molécula. Endonucleasas: hidrolizan la molécula por el centro.

c) Según la posición del enlace fosfodiéster hidrolizado: r r

Tipo a: hidrolizan el enlace entre el  y el 3'-OH; originan 5'oligonucleótidos. Tipo b: hidrolizan el enlace entre el  y el 5'-OH; originan S'oligonucleótidos.

$"& !  1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

¿Qué son los ácidos nucleicos? ¿Cuál es el sacárido que forma parte de los ácidos nucleicos? Escriba la estructura de la D-ribosa y la D-2-desoxirribosa ¿Cuáles son las bases nitrogenadas propias del ADN? Cómo está formado un nucleótido? En el ADN, ¿Cómo se emparejan las bases nitrogenadas? Dibuje la configuración helicoidal bicatenaria del DNA en su forma B. Haga una breve descripción de las propiedades físicas y químicas del ADN 9. ¿Cómo se clasifican los ácidos ribonucleicos? 10. ¿Qué son las nucleasas y Cómo se clasifican?

149

p
 P
p

 3
  


  r r r

Distinguir la energía libre y la energía libre estándar de una reacción bioquímica. Reconocer el AT como un compuesto rico en energía y su relación con el AD y el AM. Explicar el proceso de la fosforilación oxidativa y el lugar de su origen en las mitocondrias.

La Bioquímica Energética, considera a las células máquinas químicas capaces de trabajar en condiciones de temperatura, presión y volúmenes constantes. Su propósito es estudiar los principios químicos y termodinámicos que regulan la función del sistema del AT en la energética de las células vivas.


 ' 1:- El AT actúa de modo cíclico como transportador de la energía química de las reacciones catabólicas del metabolismo. Las que proporcionan energía para el trabajo celular. 2:- El AT se genera a partir del AD por reacciones de fosforilación ligadas o acopladas a expensas de la energía que se libera en la degradación de moléculas combustibles. 3:- El AT, puede ceder su grupo fosfato terminal a moléculas aceptoras específicas, que son activadas energetícamente, permitiendo efectuar diversas funciones como: Transporte activo, biosíntesis, contracción muscular. 4:- La hidrólisis del AT genera las moléculas de AD y i, con la consecuente liberación de energía. El AD se refosforila por la oxidación del combustible celular que libera energía para formar AT.  P÷OPIE ? ES E ?àP. 1:- El AT, AD y AM, se encuentran en los tejidos animales y vegetales a concentraciones de 2 a 10 mM. 2:- En células de metabolismo activo las concentraciones de AT son mayores que las de AD y AM. 4:- A pH 7,0 el AT y AD son aniones.

150

5:- El AT presenta 4 protones ionizables en sus grupos  condensados, mientras que el AD presenta 3 protones ionizables. 6:- Tres de los 4 H del AT se hallan totalmente ionizados a pH 7,0. 7:- El cuarto H presenta un pK
de 6,95 y por lo tanto disociado en un 50% a pH 7,0. 8:- En células intactas el AT y AD se hallan como complejos 1:1 con magnesio. Ej: MgAT-2 y MgAD-, debido a la afinidad de los grupos pi por los cationes bivalentes. 9:- En la mayor parte de las reacciones enzimáticas, donde el AT es el dador de fosfato, su forma activa es el complejo MgAT-2'  Principios de equilibrio químico. 17## !)' rincipio de conservación. La energía no se crea ni se destruye durante un proceso determinado, puede transformarse de una forma a otra. Ej: La energía química puede transformarse en energía térmica, radiante, eléctrica o mecánica. 2170 !)' Equilibrio termodinámico. Establece que en todos los procesos, la entropía del sistema (desorden, libertad) más la de su entorno (entropía del universo) experimentan el equilibrio, donde la entropía es máxima.

 3
' Forma de energía capaz de realizar trabajo útil en condiciones de temperatura y presión constante a medida que el sistema tiende al equilibrio. La relación entre la variación de energía libre de un sistema reaccionante y la entropía, se define como: vŒ = vH - TvS vŒ : Variación de energía libre. vH : Variación de la entalpía. vS : Variación de la entropía. T : Temperatura absoluta.

151

 Energía libre estándar Œ. 1:- La energía libre estándar de una reacción, se define como la diferencia entre las sumas de las energías libres de los productos y la suma de las energías libres de los reaccionantes, a una temperatura de 25 C (298 K), a concentración 1 M y a una atmósfera de presión. vŒ = Œ prod. - Œ react. 2:- vŒ es una constante para cualquier reacción química, mientras que el vŒ varía con las concentraciones de los reaccionantes y productos.

3:- vŒ = vŒ , cuando los reaccionantes y productos se presentan a concentración 1 M. Una reacción química se produce sólo cuando vŒ presenta signo (-), es decir, sí disminuye la energía libre del sistema. 4:- Si el vŒ es positiva, implica que la reacción química puede realizarse en el sentido en que se halla escrita, pero se encuentra termodinámicamente desfacorecido.

5:- El valor vŒ de una reacción química representa el trabajo máximo que se puede realizar (Kcal o Kj). 6:- Las reacciones químicas con una variación de energía libre estándar negativa se denominan exergónicas. 7:- Las reacciones con una variación de energía libre estándar positiva, reciben el nombre de endergónicas. 8:- La variación de energía libre estándar a pH 7,0 se representa por Œ
y la que tiene lugar a pH 0,0 por Œ .  ?ditividad de las variaciones de energía libre estándar Œ. Las variaciones de energía libre estándar de las reacciones químicas son aditivas (acopladas) y en cualquier secuencia de reacciones consecutivas.  Energía libre estándar de formación (vŒf). Se define como la disminución de energía libre que se produce, cuando se forma un mol del compuesto, a partir de sus elementos. Equivale a la suma de las energías libres estándar de formación de los productos menos la suma de las energías libres estándar de formación de los reaccionantes.

152

 £
 3 p
' Tendencia termodinámica o potencial de un grupo fosfato de una molécula a ser transferido a otra molécula en una reacción catalizada enzimáticamente.  Energía libre estándar de hidrólisis del ?àP. 1:- Su determinación a través de la constante de equilibrio se dificulta, ya sea en la determinación de los vŒ
para cualquier reacción que presente valores de vŒ
muy (+) o muy (-). 2:- El vŒ
AT, se obtiene por sumatoria de los valores de vŒ
de reacciones consecutivas y corresponde a -7,3 Kcal/mol. 3:-La vŒ
de hidrólisis del AD es similar a la del AT. 4:- La vŒ
AM es relativamente inferior (-3,4 Kcal/mol), debido a que los enlaces entre fosfatos adyacentes al AT y AD son enlaces anhídridos, mientras que el enlace entre el ácido fosfórico y la ribosa es un enlace éster'  àermodinámica del ?àP. ¿or qué el AT presenta una energía libre estándar de hidrólisis más negativa, que la presentada por otros compuestos fosforilados ? Ejemplo,Œlúcosa 6-.  ÷espuesta termodinámica. 1:- El ión fosfato próximo a pH 7,0, es un híbrido en resonancia, en el que el doble enlace presenta carácter de enlace simple. 2:- Los híbridos en resonancia son más estables (contienen menos energía libre). Se estabilizan por una cantidad de energía llamada, energía de estabilización por resonancia. 3:- Los grupos fosfatos del AT, AD y AM son híbridos por resonancia, que se estabilizan por cantidades diferentes de energía de resonancia, y que dependen de la configuración electrónica de los grupos funcionales adyacentes. 4:- A pH 7,0 el AT presentan 3,5 cargas (-) muy próximas, que se repelen mutuamente. Al hidrolizarse el  terminal se elimina la tensión del AT. 5:- Los 2  terminales del AT, presentan fuerte atracción por los e -, así los enlace anhídrido del , son más susceptible a la hidrólisis que un simple enlace éster. 6:- El AD y i, se hallan más fuertemente hidratados que el propio AT, aumentando la tendencia de hidrólisis del AT

153

7:- El grupo pi del AT y del grupo acil-fosfato del 3- gliceril - , tiene un elevado contenido energético, al igual que los ésteres enólicos (fosfoenol piruvato), los tioésteres (acetil CoA) y derivados de fosfoguanidina (creatina).  àransferencia enzimática de grupos fosfatos al ? P. Existen dos clases de fosfatos de alto contenido energético, en los cuales el vŒ
de hidrólisis es más negativo que la del AT, y que pueden servir como donadores de grupos fosfatos para el AD. rimer grupo. Formado por el 3-fosfogliceril - fosfato y el fosfopiruvato, los cuales se producen durante la degradación enzimática de las moléculas combustibles, específicamente en la glucólisis, o a través de la fosfoglicerato quinasa y piruvato kinasa, respectívamente. Segundo grupo. Formado por la fosfocreatina y fosfoarginina, que actúan como depósito de energía en los músculos (fosafágenos). La fosfocreatina se encuentra en el tejido nervioso y la fosfoarginina en los tejidos de invertebrados. En ambas moléculas, el átomo de fósforo se halla unido directamente a un átomo de N de un grupo guanidinio. El grupo  es transferido enzimáticamente al AD por la creatina - kinasa y arginina - kinasa , respectívamente'

 £
  3p  £ £      
   ' El AT puede ceder su grupo fosfato terminal a una variedad de moléculas capaces de aceptar el fosfato en reacciones catabolizadas por enzimas específicas. Entre los aceptores se encuentran la D - glúcosa y D - glicerina, donde la hexoquinasa cataliza la reacción. " $;6" $"# $# 0#%$$ "$' El sistema AT-AD se conectan primariamente entre fosfatos de alto y de bajo contenido de energía. Los grupos fosfatos se transfier en por fosfotransferasas específicas desde compuestos de alto contenido energético, hasta el AD (Ej: Fosfoenolpiruvato vŒ
-7,5 Kcal/mol)). El AT, así formado se convierte después en el dador de grupos fosfatos en una segunda reacción enzimática, para formar un fosfato de bajo contenido energético (Ej: glúcosa-6, vŒ
Kcal/mol). !  #$0#%$ !" #0 '

154

El AT no actúa como depósito de energía, sino como transportador de ésta. La cantidad de AT intracelular es transitoria. Los sistemas celulares presentan compuestos , que actúan como almacenadores de energía. Ej: Fosfocreatina. Que se forma por fosforilación de la creatina, cuando los niveles del AT son altas. Se encuentra en el músculo esquelético, músculo liso y células nerviosas; y en cantidades muy bajas en el riñón. La fosfoarginina cumple similar función , pero en el tejido de invertebrados como el cangrejo y langosta . Algunos microorganismos almacenan grupos fosfatos de alta energía en forma de gránulos insoluble de polimetafósfatos (volutina).

 £
3p £ £     ' Existen otros 5
nucleósidos di y trifosfatos, los que desempeñan el papel de precursores energéticos activos en la síntesis de RNA y transferencia de grupos fosfatos hacia otras reacciones de biosíntesis.  |aracterísticas. 1:- Todas estas vías se conectan al AT a través de la nucleósido di- quinasa, presente en mitocondrias y en el citoplasma. 2:- La nucleósido di--quinasa transfiere fosfatos entre el AT y cualquier ND. 3:- El UT es el dador de  (energía) de reacciones que conducen a la síntesis de polisacáridos. 4:- El CT es el dador de grupos fosfatos (y de energía) en las reacciones de biosíntesis de lípidos.

:
 £ £ ' Los dos grupos fosfatos terminales del AT se pueden separar enzimáticamente de una sola vez por escisión pirofosfórica (i), entregando como producto AM. Como por ejemplo la activación enzimática de un ácido graso para formar un éster con CoA. AT + RCOOH + CoA-SH ------ AM + pi + RCO-SCoA  ÷uta enzimáticas de incorporación al sistema ?àP - ? P. El AM y pi son incorporados a la corriente de transferencia de grupos fosfatos, a través del ciclo del AT - AM por las enzimas pirofosfatasa inorgánica y la adenilato quinasa.  Pirofosfatas inorgánica. Cataliza la hidrólisis del pirofosfato inorgánico, para formar dos moléculas de ortofosfato inorgánico, él que puede ser utilizado en la regeneración del AT, apartir de AD.

155

i + H20 ------- 2 i vŒ
= -4,6 Kcal/mol  ?denilato quinasa. También llamada mioquinasa. Cataliza la refosforilación del AM a AD en la reacción: AT + AM ------ AD + ND

 3E
 

 ' Las células son sistemas abiertos, intercambian materia y energía con su entorno (eminentemente dinámicos). En un momento dado, las células se encuentran en un estado estacionario en que la velocidad de entrada de materia es igual a la velocidad de salida de la misma.  Œeneralidades. 1:- Un sistema abierto en el estado estacionario es capaz de efectuar trabajo, porque está alejado de su equilibrio. 2:- En la termodinámica de los sistemas abiertos, el estado estacionario, puede considerarse como un estado ordenado de un sistema abierto, donde la entropía es mínima.

p 
  3
' Muchas reacciones endergónicas de una célula pueden acoplarse con una reacción exergónica para obtener la energía que impulse la reacción celular a la derecha. Investigaciones tempranas sobre la naturaleza de la contracción muscular demostraron que la presencia del compuesto rico en energía fosfato de creatina proporciona una fuerza impulsora en las reacciones musculares. Los estudios sobre oxidación de glucosa y especialmente sobre ciclos metabólicos de la oxidación de los carbohidratos ponen de relieve el papel del $"#$ " ,-( y este compuesto rico en energía ha pasado a ser la clave que liga los procesos endergónicos con los que son exergónicos. Los compuestos ricos en energía muchas veces son ésteres complejos de fosfato que proporcionan grandes cantidades de energía libre por hidrólisis. Una consideración más detallada de la energía liberada por la hidrólisis por etapas de AT ilustrará el concepto del cuerpo rico en energía.

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Se han propuesto varias explicaciones para la liberación de energía por hidrólisis de compuestos ricos en energía. Incluyen el hecho de que estos compuestos son inestables en soluciones ácidas y alcalinas, y se hidrolizan fácilmente. Así pues, los productos hidrólisis, fosfato inorgánico, AD y AM, tienen muchas más posibilidades de resonancia que el producto original AT. Un motivo principal para la liberación de energía incluye el tipo de estructura de enlace en estos compuestos. Los enlaces ȕ y Ȗ en el AT son enlaces de anhídrido que incluyen gran cantidad de energía de repulsión entre los fosfatos, qué se libera por hidrólisis. Otros compuestos de fósforo ricos en energía incluyen los siguientes:

Los dos compuestos superiores tienen enlaces de anhídrido entre un fosfato Ȗ y en grupo carbonilo o ácido enol. El fosfato de creatina, el compuesto rico en energía que hay en los músculos, presenta un enlace directo entre el fosfato y el nitrógeno, mientras que el enlace de acetilmercaptán de la coenzima A 157

también es característico de un compuesto rico en energía. En cada caso el compuesto rico en energía se hidroliza fácilmente, dando productos que sufren reacciones espontáneas. Estas reacciones originan productos que termodinámicamente son más estables. Los ésteres simples de fosfato, como AM, glucosa-6-fosfato, y ácido 3-fosfoglicérico, no se consideran compuestos ricos en energía y por hidrólisis proporcionan una cantidad de energía menor.

La distinción entre compuestos ricos en energía y ésteres de fosfato pobres en energía es arbitraria, pero los bioquímicos suelen admitir una línea divisoria de 5.0 Kcal por mol. En la exposición sobre metabolismo habrá varios ejemplos del empleo de compuestos ricos en energía para almacenarla y transmitirla, y de acoplamiento de energía obtenida de alimentos para utilización en reacciones celulares.

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 Como el adenosintrifosfato se ha considerado compuesto clave en el almacenamiento de energía química y en el acoplamiento de reacciones exergónicas a reacciones endergónicas en la célula, constituye la fuerza impulsora mayor para las reacciones metabólicas de los tejidos. Aunque AT puede formarse con la energía luminosa en el proceso de la fotosíntesis, aquí consideramos su formación en el citoplasma en ausencia de oxígeno (a nivel de substrato de fosforilación) y en las mitocondrias por el proceso de fosforilación oxidativa. ?àP a nivel de substrato En el esquema anaerobio del metabolismo de los carbohidratos (vía de Embden-Meyerhof) la glucosa es fosforilada, y más tarde se rompe en el derivado fosforilado de tres carbonos. En las dos reacciones siguientes AD se convierte en el compuesto AT rico en energía, con ayuda de catalizadores llamados enzimas. Estas reacciones pueden tener lugar en ausencia de O2 en el citoplasma y se denominan fosforilaciones a nivel de substrato.

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Fosforilación oxidativa de ?àP Uno de los esquemas aerobios u oxidativos principales del metabolismo de los hidratos de carbono (ciclo de Krebs) incluye la reacción de compuestos intermedios con producción de varios moles de AT. Hay un sistema de transporte de electrones en las mitocondrias de las células que transportan activamente los electrones de un metabolito reducido al oxígeno, con ayuda de enzimas y coenzimas según se indica en la figura a continuación.

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i es fosfato inorgánico, NAD es dinucleótido de nicotinamida-adenina, FMN es mononucleótido de flavina, y FAD es dinucleótido de flavina y adenina. Otros compuestos intermedios de la figura entre el metabolito reducido y el oxígeno, aparte de NAD y FAD, son la coenzima Q y los citocromos. Las reacciones globales incluyen primero Q" +!"R luego 

2S"

2Q9Q9QT 2S

+!"Q  Q9Q

2 2 

Como puede verse en la figura anterior, AT nace en tres lugares de la cadena de transportes de electrones, con las siguientes transferencias electrónicas: de NADH2 a la coenzima Q gracias a la flavoproteína FMN; de la coenzima Q al citocromo c pasando por el citocromo b; y del citocromo c a O2 mediante citocromo a3. or lo tanto, pueden generarse tres moles de AT por el paso de electrones de un mol de substrato a través de NAD hasta oxígeno molecular, pero solo pueden generarse dos moles si los electrones son transferidos directamente del substrato a la coenzima Q a través de FAD, porque esta transferencia evita la primera zona de fosforilación. Las enzimas de transporte electrónico están localizadas en la membrana interna de las mitocondrias. Se cree que esta membrana está, formada por unidades repetidas, compuestas cada una de una pieza maestra que se proyecta en la matriz, unida por un tallo a una pieza basal.

La cadena básica de transporte de electrones está localizada en las piezas basales. Cada pieza basal está considerada un complejo que contiene una parte de las enzimas que transportan electrones. Cuatro de tales complejos más NADH2, coenzima Q, y citocromo c constituyen un sistema de transporte electrónico completo. La energía generada por el transporte de electrones en el complejo de la pieza basal es transmitida a través de la proteína del tallo a la porción principal, donde es convertida en el enlace rico en energía del AT.

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NAD, el dinucleótido de adenina y nicotinamida es un dinucleótido formado por AM unido a nicotinamida-ribosa-fosfato. La porción nicotinamida de la molécula interviene en las reacciones de oxidación y reducción de la fosforilación oxidativa. La porción restante de la molécula está representada como ribosa-  - -  -adenosina, donde  significa ácido fosfórico. La reducción de NAD para formar NADH2 puede representarse así:

F? dinucleótido de adenina y flavina es un dinucleótido compuesto de flavina-ribosa-fosfato unido a AM. La reducción de FAD en el sistema de transporte de electrones puede representarse así:

La ;  es una quinona liposoluble, llamada a veces ubiquinona-10 por las 10 unidades de isopreno que lleva en la cadena lateral (el número puede variar de 0 a 10). Esta coenzima se reduce fácilmente a la forma hidroquinona durante el transporte de hidrógeno, así:

Los "#$ son pigmentos de oxidación-reducción formados por complejos de hierro-porfirina conocidos como ?, que también constituye parte integral de la hemoglobina, el pigmento respiratorio de los glóbulos rojos. El hem del citocromo c, por ejemplo, está unido a una molécula de proteína por coordinación con dos residuos de aminoácidos básicos, y por enlaces de tioéter formados por adición de un grupo sulfhidrilo de cada una de dos moléculas de cisteína en la molécula de proteína.

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El citocromo c es un portador de electrones en el ciclo de fosforilación oxidativa, donde el átomo de hierro del hem cambia de Fe+++ a Fe++ en la forma siguiente:

La naturaleza exacta y el mecanismo funcional detallado del ciclo de la fosforilación oxidativa todavía no están perfectamente conocidos. Recientemente Œreen y colaboradores han aislado una gran partícula de transporte electrónico de las mitocondrias celulares. Luego separaron la partícula en cuatro complejos, y después de estudiar su composición y función, propusieron la siguiente relación entre los complejos y el sistema de transporte de electrones:

La energía bioquímica en forma de AT es una fuerza impulsora esencial en muchas reacciones metabólicas de células y tejidos. Como ya hemos visto, intervienen varias reacciones complejas en la síntesis de este compuesto vital; procede insistir en que se forman tres moles de AT cuando los electrones de NADH2 son transportados a través del sistema hasta el oxigeno. También se forman dos moles de AT cuando los electrones de FADH2 son transportados hacia el oxígeno. Estas relaciones ayudarán a comprender el balance de energía en los ciclos metabólicos.

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 1. ¿Cuáles son las diversas formas de energía que pueden producirse en la célula viva? 2. ¿Cuál es la relación entre el cambio de energía libre estándar de una reacción, ǻŒ* y el cambio de energía libre, ǻŒ? 3. La formación de un éster a partir de un ácido y un alcohol ha proporcionado un ǻŒ* de +2.0 Kcal. El AT forma un intermedio con el ácido para impulsar la reacción hasta completarla. Representar la reacción y calcular el nuevo ǻŒ*. 4. Explicar brevemente por qué el ácido fosfoenolpirúvico es un compuesto rico en energía. 5. Si el ácido 3-fosfoglicérico se convirtiera en ácido l.3-difosfoglicérico, ¿qué le pasaría al AT, y cuál cambio energético podría esperar? 6. ¿or qué el mecanismo de fosforilación oxidativa se llama también sistema de transporte de electrones?. Detallar. 7. Detallar el proceso del sistema de transporte de electrones de la porción basal a la porción principal en la membrana interna de las mitocondrias. 8. Explicar por qué motivo solo se forman dos moles de AT en .el sistema de transporte de electrón cuando los electrones de FADH, son transportados hacia el oxígeno.

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:  4
  


  r r r

Definir y describir la naturaleza de una enzima y coenzima. Reconocer la relación entre lugar activo y su especificidad. Describir el efecto de H, temperatura y productos terminales sobre una reacción enzimática.

3# ! $' Los enzimas son catalizadores muy potentes y eficaces, químicamente son proteínas Como catalizadores, los enzimas actúan en pequeña cantidad y se recuperan indefinidamente. No llevan a cabo reacciones que sean energéticamente desfavorables, no modifican el sentido de los equilibrios químicos, sino que aceleran su consecución. Las enzimas son grandes proteínas que aceleran las reacciones químicas. En su estructura globular, se entrelazan y se pliegan una o más cadenas polipeptídicas, que aportan un pequeño grupo de aminoácidos para formar el sitio activo, o lugar donde se adhiere el sustrato, y donde se realiza la reacción. Una enzima y un sustrato no llegan a adherirse si sus formas no encajan con exactitud.

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Un catalizador es una sustancia que acelera una reacción química, hasta hacerla instantánea o casi instantánea. Un catalizador acelera la reacción al disminuir la energía de activación.

En una transformación dada de "A" a "" , "A" representa las moléculas reaccionantes, que constituyen el estado inicial. "" representa los productos o estado final. La reacción química de A a  es un proceso posible si la energía de  es menor que la de A. ero hay una barrera de energía que los separa; si no es por ella, A no existiría, puesto que no sería estable y se habría transformado en . Este escollo es una barrera energética, la energía de activación (Ea), que corresponde al estado de transición.

 

 4
 La característica más sobresaliente de los enzimas es su elevada especificidad. Esta es doble y explica que no se formen subproductos: 1. Especificidad de sustrato. El sustrato (S) es la molécula sobre la que el enzima ejerce su acción catalítica. 2. Especificidad de acción. Cada reacción está catalizada por un enzima específico.




5  4
 La acción enzimática se caracteriza por la formación de un complejo que representa el estado de transición. El sustrato se une al enzima a través de numerosas interacciones débiles como son: puentes de hidrógeno, electrostáticas, hidrófobas, etc, en un lugar 165

específico , el centro activo. Este centro es una pequeña porción del enzima, constituido por una serie de aminoácidos que interaccionan con el sustrato.

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Con su acción, regulan la velocidad de muchas reacciones químicas implicadas en este proceso. El nombre de enzima, que fue propuesto en 1867 por el fisiólogo alemán Wilhelm Kühne (1837-1900), deriva de la frase griega en zyme, que significa 'en fermento'. En la actualidad los tipos de enzimas identificados son más de 2.000.

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 Muchas enzimas han sido designadas añadiendo el sufijo -asa al nombre del sustrato, es decir, la molécula sobre la cuál ejerce su actividad catalítica. or ejemplo la ureasa cataliza la hidrólisis de la urea, y la arginasa cataliza la hidrólisis de la arginina (a urea y ornitina). Otras enzimas han recibido su nombre en función del tipo de reacción que catalizan; así la Œliceraldehído-3deshidrogenasa cataliza la oxidación del la Œliceraldehído-3. Incluso algunas se conocen de hace mucho tiempo y mantienen su nombre, sin dar información alguna del sustrato o la reacción que catalizan (tripsina).


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5  4


 |lasificación estructural. ; $ $%!$. Son aquellas que para su función catalítica no necesitan cofactor u coenzima. ; $80  $. Enzimas que necesitan para su actividad catalítica una coenzima o ión metálico. Cuando la coenzima o ión metálico se unen covalentemente a la enzima, constituye un grupo prostético y que en su conjunto se asigna como holoenzima. La parte proteíca de la enzima se denomina apoenzima o apoproteína. 166

 |lasificación funcional. Muchas enzimas se asignan con el sufijo "asa" al nombre de su sustrato o una palabra o frase que describe su actividad. Ejemplo: ureasa, enzima que hidróliza la urea. or acuerdo internacional las enzimas se clasifican en seis clases principales, cada una de ellas con diferentes subclases, según el tipo de reacción catalizada. Cada enzima es nombrado por 4 dígitos: EC a.b.c.d. Clase de enzima atendiendo a la clase de reacción que catalizan: 1) 2) 3) 4) 5) 6)

Óxido-reductasas ( Reacciones de oxido-reducción). Transferasas (Transferencia de grupos funcionales) Hidrolasas (Reacciones de hidrólisis) Liasas (Adición a los dobles enlaces) Isomerasas (Reacciones de isomerización) Ligasas (Formación de enlaces, con aporte de AT)

 Oxido-reductasas:

@ c c  c c 
 !c  cc  c cc c 
c

c Son las enzimas relacionadas con las oxidaciones y las reducciones biológicas que intervienen de modo fundamental en los procesos de respiración y fermentación. Las oxidoreductasas son importantes a nivel de algunas cadenas metabólicas, como la escisión enzimática de la glucosa, fabricando también el AT, verdadero almacén de energía. Extrayendo dos átomos de hidrógeno, catalizan las oxidaciones de muchas moléculas orgánicas presentes en el protoplasma; los átomos de hidrógeno tomados del sustrato son cedidos a algún captor. En esta clase se encuentran las siguientes subclases principales: Deshidrogenasas y oxidasas. Son más de un centenar de enzimas en cuyos sistemas actúan como donadores, alcoholes, oxácidos aldehidos, cetonas, aminoácidos, DNH2, TNH2, y muchos otros compuestos y, como receptores, las propias coenzimas DN y TN, citocromos, O2, etc.

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.as àransferasas.-

r

  c 
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 cc

r

  c  c

Estas enzimas catalizan la transferencia de una parte de la molécula (dadora) a otra (aceptora). Su clasificación se basa en la naturaleza química del sustrato atacado y en la del aceptor. También este grupo de enzimas actúan sobre los sustratos mas diversos, transfiriendo grupos metilo, aldehído, glucosilo, amina, sulfató, sulfúrico, etc.

as Hidrolasas: à    c%  cc  cc? ) c  *cc +cc c  cc +cc c  %
cc +cc c%
cc +cc c|oc

Esta clase de enzimas actúan normalmente sobre las grandes moléculas del protoplasma, como son la de glicógeno, las grasas y las proteínas. La acción catalítica se expresa en la escisión de los enlaces entre átomos de carbono y nitrógeno (C-Ni) o carbono oxigeno (C-O); Simultáneamente se obtiene la hidrólisis (reacción de un compuesto con el agua)de una molécula de agua. El hidrógeno y el oxidrilo resultantes de la hidrólisis se unen respectivamente a las dos moléculas obtenidas por la ruptura de los mencionados enlaces. La clasificación de estas enzimas se realiza en función del tipo de enlace químico sobre el que actúan. A este grupo pertenecen proteínas muy conocidas: la pepsina, presente en el jugo gástrico, y la tripsina y la quimiotripsina, segregada por el páncreas. Desempeñan un papel esencial en los procesos digestivos, puesto que hidrolizan enlaces pépticos, estéricos y glucosídicos. as isomerasas:

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Transforman ciertas sustancias en otras isómeras, es decir, de idéntica formula empírica pero con distinto desarrollo. Son las enzimas que catalizan diversos tipos de isomerización, sea óptica, geométrica, funcional, de posición, etc. Se dividen en varias subclases. Las racemasas y las epimerasas actúan en la racemización de los aminoácidos y en la epimerización de los azúcares. Las primeras son en realidad pares de enzimas específicas para los dos isómeros y que producen un solo producto común. Las isomerasas cis ± trans modifican la configuración geométrica a nivel de un doble ligadura. Los óxidos ± reductasas intramoleculares catalizan la interconversión de aldosas y cetosas, oxidando un grupo CHOH y reduciendo al mismo tiempo al C = O vecino, como en el caso de la triosa fosfato isomerasa, presente en el proceso de la glucólisis; en otros casos cambian de lugar dobles ligaduras, como en la (tabla) isopentenil fosfato isomerasa, indispensable en el cambio biosinético del escualeno y el colesterol. or fin las transferasas intramoleculares (o mutasas) pueden facilitar el traspaso de grupos acilo, o fosforilo de una parte a otra de la molécula, como la lisolecitina acil mutasa que transforma la 2 ± lisolecitina en 3 ± lisolecitina, etc. Algunas isomerasa actúan realizando inversiones muy complejas, como transformar compuestos aldehídos en compuestos cetona, o viceversa. Estas ultimas desarrollan una oxidorreducción dentro de la propia molécula (oxido reductasa intramoleculares)sobre la que actúan, quitando hidrógeno, a algunos grupos y reduciendo otros; actúan ampliamente sobre los aminoácidos, los hidroxácidos, hidratos de carbono y sus derivados. .as iasas:

r r r

Y c|cc|cc Y c|cc
cc Y c|ccc

Estas enzimas escinden (raramente construyen) enlaces entre átomos de carbono, o bien entre carbono y oxigeno, carbono y nitrógeno, y carbono y azufre. Los grupos separados de las moléculas que de sustrato son casi el agua, el anhídrido carbónico, y el amoniaco. Algunas liasa actúan sobre compuestos orgánicos fosforados muy tóxicos, escindiéndolos; otros separan el carbono de numerosos sustratos. as igasas: r r r r

Y c|cc
cc Y c|cc@cc Y c|cccc Y c|cc|c

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Es un grupo de enzimas que permite la unión de dos moléculas, lo cual sucede simultáneamente a la degradación del AT, que, en rigor, libera la energía necesaria para llevar a cabo la unión de las primeras. Se trata de un grupo de enzimas muy importantes y recién conocidas, pues antes se pensaba que este efecto se llevaba a cabo por la acción conjunta de dos enzimas, una fosfocinasa, para fosforilar a una sustancia A (A + AT A + AD) y una transferasa que pasaría y uniría esa sustancia A, con otra, B (A - + B A ± B + i ). A este grupo pertenecen enzimas de gran relevancia reciente, como las aminoácido ±ARNt ligasas conocidas habitualmente con el nombre de sintetasas de aminoácidos ±ARNt o enzimas activadoras de aminoácidos que representan el primer paso en el proceso biosintético de las proteínas, y que forman uniones C-O; las ácido-tiol ligasas, un ejemplo típico de las cuales es la acetil coenzima. A sintetasa, que forma acetil coenzima. A partir de ácido acético y coenzima A ; las ligasas ácido ± amoniaco (glutamina sintetasa), y las ligasas ácido-aminoácido o sintetasas de péptidos, algunos de cuyos ejemplos más conocidos son la glutación sintetasa, la carnosina sintetasa, etc.


%#"  !,#$ " $ - Es importante ya que es la principal fuente de energía de los seres vivos y se alimenta de casi todas las actividades celulares, entre ellas el movimiento muscular, la síntesis de proteínas, la división celular y la transmisión de señales nerviosas. Esta molécula se encuentra en todos los seres vivos y constituye la fuente principal de energía utilizable por las células para realizar sus actividades. Se origina por el metabolismo de los alimentos en unos orgánulos especiales de la célula llamados mitocondrias. |omposición el ?àP El AT se comporta como una coenzima, ya que su función de intercambio de energía y la función catalítica (trabajo de estimulación) de las enzimas están íntimamente relacionadas. La parte adenosina de la molécula está constituida por adenina, un compuesto que contiene nitrógeno (también uno de los componentes principales de los genes) y ribosa, un azúcar de cinco carbonos. Cada unidad de los tres fosfatos (trifosfato) que tiene la molécula, está formada por un átomo de fósforo y cuatro de oxígeno y el conjunto está unido a la ribosa a través de uno de estos últimos. Los dos puentes entre los grupos fosfato son uniones de alta energía, es decir, son relativamente débiles y cuando las enzimas los rompen ceden su energía con facilidad. Con la liberación del grupo fosfato del final se obtiene siete kilocalorías (o calorías en el lenguaje común) de energía disponible para el trabajo y la molécula de AT se convierte en AD (difosfato de adenosina). La mayoría de las reacciones celulares que consumen energía están potenciadas por la conversión de AT a AD, incluso la transmisión de las 170

señales nerviosas, el movimiento de los músculos, la síntesis de proteínas y la división de la célula. or lo general, el AD recupera con rapidez la tercera unidad de fosfato a través de la reacción del citocromo, una proteína que se sintetiza utilizando la energía aportada por los alimentos. En las células del músculo y del cerebro de los vertebrados, el exceso de AT puede unirse a la creatina, proporcionando un depósito de energía de reserva.

£$! $; $ En su estructura globular, se entrelazan y se pliegan una o más cadenas polipeptídicas, que aportan un pequeño grupo de aminoácidos para formar el sitio activo, o lugar donde se adhiere el sustrato, y donde se realiza la reacción. Una enzima y un sustrato no llegan a adherirse si sus formas no encajan con exactitud. Este hecho asegura que la enzima no participa en reacciones equivocadas. La enzima misma no se ve afectada por la reacción. Cuando los productos se liberan, la enzima vuelve a unirse con un nuevo sustrato.

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 4
  Especificidad de los enzimas. Los enzimas son proteínas catalíticas. Casi todas las reacciones celulares están catalizadas. Alguna actividad catalítica no reside en las proteínas sino en el RNA, es el caso de la ribozima que tiene parte de RNA y parte proteica aunque la catálisis la efectúa el ácido nucleico. Esto tiene una importancia evolutiva pues demuestra que el RNA catalizaba antes que los enzimas que luego se especializaron. El RNA es peor catalizador. La función de los enzimas estás relacionada con la unión de un ligando que será el sustrato. Se forma complejo enzima-sustrato, que luego se convierte en producto: enzima + sustrato enzima-sustrato enzima + producto Como es un catalizador el enzima no se consume, acelerando la velocidad de reacción sin modificar la posición de equilibrio. Las propiedades que tienen los enzimas que los hacen efectivos como catalizadores son: -

-

Capaces de acelerar las reacciones en las condiciones suaves de la célula. Alto poder catalítico por su gran actividad molecular, aceleran las reacciones hasta 1017 veces. Esto es porque se une al sustrato en relación 1:1 y la reacción que ocurre en los confines de éste ve rebajada su energía de activación como consecuencia de esa unión. Son muy específicos respecto a. (1) Tipo de reacción: ya que no son catalizadas reacciones de naturaleza distinta. (2) Respecto al sustrato: el enzima no puede unirse con cualquier sustrato. Hay enzimas más específicos que otros. La especificidad puede ser tan alta que se distinga entre estereoisómeros. Sin embargo los enzimas digestivos son poco específicos porque si no harían falta demasiados. La ventaja de la especificidad reside en que se pueden catalizar muchas reacciones a la vez sin reacciones laterales ni que se acumulen los productos secundarios.

|entro activo. El sitio de unión del ligando está muy bien definido. En él habrán distintos residuos que aporten los grupos funcionales necesarios para cada función: -

Residuos catalíticos: son capaces de llevar a cabo la catálisis. Residuos de unión: aportan soporte para unir el enzima a su sustrato y no a otro. Residuos que participan en la estructura tridimensional.

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La proteína al plegarse determina el centro activo que será una cavidad hidrofóbica (ambiente especial). No habrá agua si no participa en la reacción. Se crea un microambiente especial para que los grupos catalíticos sean más reactivos.