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• Valeria Olmos

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BIOMOLECULAS DE LAS CELULAS: CARBOHIDRATOS, LIPIDOS, PROTEINAS Y ACIDOS NUCLEICOS UNAM, CCH PLANTER SUR 24/08/2018

JORGE SHIZURU LEDESMA GARCIA ALVARADO SARAHI, GRUPO: 309

CARBOHIDRATOS Los carbohidratos, compuestos por carbono, hidrogeno y oxígeno en una proporción (CH20)n, representan la principal fuente de energía celular y también constituyentes estructurales importantes de las paredes celulares y de sustancias intercelulares. También existen carbohidratos que contienen nitrógeno y azufre. Con base a sus características químicas Los carbohidratos también son partes integrales de otras biomoléculas y se clasifican de acuerdo con el número de monómeros que contienen y se clasifican en 3 tipos: 

 

MONOSACARIDOS: estos son azucares simples que no pueden hidrolizar en unidades más pequeñas. En este grupo se incluyen gliceraldehidos, dehidroxina glucosa, fructosa, ribosa desoxirribosa etc. OLIGOSACÁRIDOS: este grupo incluye los compuestos que mediante hidrolisis originan monosacáridos: sacarosa, maltosa, etc. POLISACÁRIDOS: estos carbohidratos al hidrolizarse generan un gran número de monosacáridos, por ejemplo el almidón, la celulosa, etc.

MONOSACARIDOS Los monosacáridos o azúcares sencillos son aldehídos o cetona con una formula general CN (H2O), los monosacáridos con un grupo funcional aldehído se denominan aldosas, mientras que los que tienen un grupo ceto se denominan cetona. Puesto que los enlaces entre átomos de carbono son más o menos rígidos y las moléculas no son planas sino que tiene una disposición tridimensional, podemos encontrar moléculas idénticas en su composición pero con organización espacial diferente. Por el hecho de que tienen propiedades diferentes es preciso darles nombres distintos o al menos ha habido que distinguir unas formas de otras mediante símbolos. A estas moléculas semejantes pero no idénticas se las llama isómeros. Las aldosas y las cetonas más sencillas son, respectivamente, el gliceraldehido y la dihidroxiacetona. Los azucares se clasifican también según el número de átomos de carbono que contienen: Tabla 1 clasificación de azucares

NUMERO DE CARBONOS 3 4 5 6 7 8 9

ALDEHIDO Aldotriosa Aldotetrosa Aldopentosa Aldohexosa Aldoheptosa Aldooctanosa Aldonanosa

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CETONAS cetotriosa Cetotrosa Cetopentosa Cetohexosa Cetoheptosa Cetooctanosa Cetonanosa

Los monosacáridos se representan mediante fórmulas. Una representación muy usual es la de Fischer. Se trata de una fórmula lineal y plana. Pero los monosacáridos en disolución acuosa reaccionan frente al agua y sufren una ciclación, convirtiéndose en moléculas en forma de anillo, que pueden ser de dos tipos, alfa o beta según la disposición de un grupo –OH.

Monosacáridos más importantes TRIOSAS: estos compuestos son los azucares más sencillos. Las triosas son monosacáridos formados por una cadena de 3 átomos de carbono. Si notamos ambas fórmulas cada una tiene tres carbonos, la diferencia está en su grupo funcional, una tiene un aldehído y otra tiene una cetona. En la base esquemática también están anotadas las formulas condensadas C3H6O3; las formulas están presentadas en forma lineal. PENTOSAS: estos compuestos están formados, por una cadena de cinco átomos de carbono que cumplen una función estructural. Como los demás monosacáridos aparecen en su estructura grupos hidroxilo (OH). La ribosa es un azúcar de suma importancia ya que interviene en la constitución de los ácidos nucleicos, los cuales se trata de una Aldopentosa: HEXOSAS: las hexosas son monosacáridos por una cadena de 6 átomos de carbono y su fórmula general es: (C6H12O6). Su principal función es producir energía. Un gramo de cualquier hexosa produce unas 4 kilocalorías de energía. La glucosa es de gran importancia, pues la célula obtiene energía a partir de ella. Este compuesto se conoce a nivel popular como “azúcar glass”. La fructosa se localiza en la fruta y forma, junto con la glucosa, el disacárido llamado sacarosa, el cual no es sino el azúcar común con que endulzamos el café. Existen dos tipos de fórmulas, la condensada y la lineal, pero existe otro tipo de fórmula que es la cíclica, la cual es más estable que la lineal e igualmente se presenta los tipos α y β. La fórmula 1 representa un grupo funcional aldehído y seis carbonos, este se llama aldohexosa. En la fórmula 2 se observa la conversión de la forma lineal en cíclica, el carbono 6 se queda fuera del ciclo y el grupo hidróxido se combina para para cerrar el ciclo.

OLIGLOSACARIDOS Son moléculas formadas por la unión de dos monosacáridos, mediante el llamado enlace glucosídico. Este enlace se efectúa entre un grupo alcohol de cada monosacárido con el desprendimiento de una molécula de agua y queda un oxígeno, el cual une los dos carbonos. El número máximo de monosacáridos que constituyen un oligosacárido es de diez a doce. Aquí se consideran únicamente los disacáridos; estos son los oligosacáridos más comunes y se constituyen medianamente la unión de monosacáridos con otro.

GLUCOSA + FRUCTUOSA = SACAROSA GLUCOSA + GLUCOSA = MALTOSA

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SACAROSA. Este olisacarido (azúcar de mesa, azúcar de caña), se considera que es el compuesto de carbono más barato en el comercio. Se forma en las plantas por separación de los elementos del agua de los grupos hidroxilo glucosidicos de la α-D-glucosa y la β fructuosa. La síntesis real, implica la formación de estrés de fosfato y la intervención y la intervención de enzimas específicas. Cuando se hidroliza la sacarosa (rompe la unión glucosidica) se obtiene una solución más dulce aun debido a la presencia de la fructuosa libre, la mezcla está constituida por 50% de glucosa y 50% de fructosa LACTOSA. La lactosa se encuentra libre en la leche de los mamíferos. Es un producto único de la glándula mamaria y no se encuentra en plantas o en otras partes del cuerpo animal. Se puede considerar que este disacárido se forma por la eliminación del agua en el grupo beta hidroxilo glucósico y del grupo hidroxilo alcohólico en el carbono. LA MALTOSA los granos de cereales en germinación tienen un elevado contenido de amilasas, que descomponen su almidón en dextrinas y maltosa. La malta que se prepara con cebada en germinación, es una fuente excelente de maltosa por las amilasas existentes en saliva humana y en la secreción pancreática del hombre y otros animales se produce durante la germinación de la cebada y se le nombra malta; esta se utiliza en la producción de cerveza.

POLISACARIDOS Los polisacáridos son azucares que se encuentran abundantemente en la naturaleza y están constituidos por moléculas complejas y grandes; son insípidos, insolubles en agua y no se cristalizan. Los polisacáridos pueden dividirse en dos grupos basándose en las propiedades nutritivas que tienen para los animales monogastricos. El grupo no digerible comprende celulosas, hemicelulosas y quitina. El grupo digerible abarca glucógeno, inulina y almidón. ALMIDON: este polisacárido es la forma más importante de carbohidratos del reino vegetal. Casi todos los almidones son una mezcla de un polisacárido de cadena lineal, denominado amilosa y un polisacárido de cadena ramificado, llamado amilopectina. LA AMILOSA. Está constituida por cadenas de glucosa que están unidas por medio de enlaces α 1,4 y forma entre 10 y 20% del almidón. Tiene aproximadamente de 300 a 350 unidades de glucosa, la amilosa se asemeja a la celulosa, en estructura. (Véase en la ilustración 1) LA AMILOPECTINA. La molécula de la amilopectina es más grande que la de amilosa. La amilopectina se forma en la planta por la separación de los elementos de agua del grupo hidroxilo glicosidico de una molécula Dglucosa y el grupo hidroxilo alcohólico. Está formada por cadenas de glucosa unida mediante enlaces, estas cadenas se le conocen como ramificaciones y tienen 24 a 30 moléculas de glucosa. La amilopectina es la fracción más abundante del almidón, ya que Ilustración 1 estructura de la amilosa representa 75% de éste.

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GLUCOGENO: se almacena en el hígado y en los músculos; en el hígado se descompone la glucosa con el fin de mantener el mismo nivel de esta sangre; en los músculos se trasforma en acido pirúvico y láctico para obtener energía. La estructura del glucógeno es similar a la amilopectina, la diferencia es en que el almidón de origen animal (glucógeno) presenta un mayor de ramificaciones. CELULOSA: es la principal materia “esquelética” de las plantas y constituye gran parte de las paredes de las células. La celulosa pura se prepara comercialmente de las hilachas del algodón del lino y de la madera. La forma más pura de la celulosa es la que se encuentra en el copo de algodón ya que está constituido por 98% de ella. Estructuralmente la celulosa es un polímero formado por unidades repetidas de glucosa que integran cadenas como la amilosa. La molécula de la celulosa es, evidentemente, una molécula filamentosa, larga, a ello se debe la naturaleza fibrosa de sus productos. (Algodón, lino, ramio, etc.)

Ilustración 2 enlace de la celulosa

Para que se puedan establecer los enlaces glucosidicos β las moléculas de la glucosa deben estar invertidos ya que esta situación se encuentra estrechamente relacionada con la posición de los OH, al tratarse de una β glucosa. Debido a esta particularidad de esta unión en hombre no tiene en su sistema digestivo la enzima que puede romper el enlace, por lo tanto, la celulosa no se puede digerir y no tiene ningún valor nutritivo. Los únicos organismos capaces de digerir la celulosa son ciertas bacterias y protozoarios que viven en el tracto digestivo de los rumiantes

POLISACARIDOS ALMIDON GLUCOGENO CELULOSA

ORIGEN VEGETAL ANIMAL VEGETAL

ENLACES 1,4 Y 1,6 1,4 Y 1,6 1,4 Y β

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MONOSACARIDOS GLUCOSAS GLUCOSAS Β GLUCOSAS

LIPIDOS Los lípidos son un grupo heterogéneo de biomoléculas. El termino lípido fue propuesto por el bioquímico Bloor para dar nombre a las sustancias insolubles o casi insolubles en el agua, pero solubles en solventes. Esta propiedad general de los lípidos y compuestos se debe al predominio de largas cadenas hidrocarbonadas alifáticas o de anillos bencénicos. Además para pertenecer a esta clase, bebe estar presente una sustancia en los organismos vivos o en un producto de estos. Bloor dividió los lípidos en tres clases principales. 1. LIPIDOS SIMPLES: comprenden los lípidos más abundantes, grasas o triglicéridos y las ceras, menos abundantes. 2. LIPIDOS COMPUESTOS: comprenden los fosfolípidos que contienen fosforo y los galactolipidos que contienen galactosa. 3. LIPIDOS DERIVADOS: comprenden productos de hidrolisis de las dos primeras clases y otros compuestos, como esteridos, aldehídos grasos, cetonas, alcoholes, hidrocarburos, aceites esenciales, vitaminas liposolubles, etc., que son producidos por las células vivas. Se consideran lípidos moléculas como los fosfolípidos, los esteroides, los carotenoides, las grasas y los aceites, que se diferencian mucho en cuanto a estructura y función. Los lípidos desde el punto de vista fisiológico son importantes como moléculas de reserva energética y como material aislante, también son los componentes estructurales primarios de las membranas biológicas; se les conoce también como grasas y presentan las siguientes características.   

No se mezclan con el agua y son solubles en los llamados solventes de las grasas o solventes orgánicos como el éter, el cloroformo, el alcohol, etc. Son éteres o sustancias capaces de formar estrés Tienen funciones energéticas y estructurales

El total de lípidos que contienen el organismo varía de acuerdo con el tejido que se trate:    

Musculo, 3% Sangre, 1% Hígado, 3.20% Cerebro, 2.15%

ACIDOS GRASOS: Los ácidos grasos son abundantes como componentes esenciales de los lípidos simples y los compuestos, pero se encuentran únicamente en pequeñas cantidades en forma libre en las células y los tejidos. Los ácidos grasos saturados son los que no poseen ningún doble enlace entre carbonos y los insaturados son los que tienen uno o más dobles enlaces, de ahí que los ácidos grasos se clasifiquen en:  

Ácidos grasos saturados Ácidos grasos insaturados

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ACIDOS GRASOS SATURADOS: Los ácidos grasos saturados corresponden a la formula general CH3 (CH2)n COOH; los más importantes son los siguientes: Tabla 2 ácidos grasos

Nombre común Acético Propionico Butrico Caproico Caprilico Caprico Laurico Miristico Palmítico Esteárico Araquidico Behenico Lignocerico Cerotico

Nombre químico N-Etanoico N-Propanoico N-butanoico N-Hexanoico N-Octanoico N-Decanoico N-Dodecanoico N-Tetradecanoico N-Hexadecanoico N-Octadecanoico N-Eicosanoico N-Dicosanoico N-tetracosanoico N-Hexacosanoico

Formula CH3-COOH CH3-CH2-COOH CH3-(CH2)2- COOH CH3-(CH2)4-COOH CH3-(CH2)6-COOH CH3-(CH2)8-COOH CH3-(CH2)10-COOH CH3-(CH2)12-COOH CH3-(CH2)14-COOH CH3-(CH2)16-COOH CH3-(CH2)18-COOH CH3-(CH2)20-COOH CH3-(CH2)22-COOH CH3-(CH2)24-COOH

Todos los ácidos grasos presentan el grupo carboxilo (COOH). Las fórmulas de referencia entran en forma condensada pero si la desarrollaríamos quedaría así: (véase la ilustración 3) ACIDOS GRASOS INSATURADOS. Cuando en la cadena hidrocarbonada que constituye un ácido graso hay una doble ligadura entre dos carbonos es que no existen los Ilustración 3 formula desarrollada suficientes hidrógenos para saturar el compuesto (se crea una situación de instauración). Existen ácidos grasos, como el linolieico, que presentan tres dobles ligaduras, y el araquidonico con cuatro, por lo cual se les nombra poliinsaturados. Este tipo de ácidos no los pueden sintetizar los organismos superiores y se denominan “esenciales”, ya que en los mamíferos en crecimiento su carencia produce un cuadro de deficiencia. Los ácidos grasos insaturados más importantes son los siguientes: Nombre miristoleico Palmitoleico Oleico Vacenico Linocleico

formula CH3-(CH2)3-CH=CH-(CH2)7-COOH CH3-(CH2)5-CH=CH(CH2)7-COOH CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH CH3-(CH2)5-CH=CH-(CH2)9-COOH CH3-CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7COOH CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2CH=CH-(CH2)7-COOH CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)3-COOH

Linolenico Araquidónico

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A continuación se enlistan diferentes ácidos grasos que se encuentran en las grasas naturales: NOMBRE ACIDOS GRASOS Acetilico Bultirico Caproico Caprilico Caprico Laurico Miristico

Vinagre Mantequilla Mantequilla Mantequilla; aceite de coco Mantequilla; aceite de coco Aceite de coco, esperma de ballena Manteca de nuez moscada; aceite de coco Grasas animales y vegetales Grasas animales y vegetales Aceite de cacahuate Cera de abejas; lanolina

Esteárico Palmitico Araquidico Cerotico ACIDOS GRASOS INSATURADOS Oleico Linoleico

Grasas animales y vegetales Aceite de linaza; aceite de semilla de algodón Aceite de linaza Lecitina; cefálica

Linolenico Araquidonico

GLICERIDOS. Los glicéridos representan la forma más común de los lípidos y constituyen en su mayor parte las grasas habituales como los aceites (líquidos a temperatura ambiente) y las mantecas (solidas a temperatura ambiente). Químicamente los glicéridos resultan de la reaccion de una molécula de glicerol con ácidos grasos. El glicerol se caracteriza por presentar tres grupos hidroxilo (OH); en cada uno de estos se une el grupo carboxilo del ácido graso, se forma una unión éster y se desprende agua.  Si se une a un ácido graso se llama monogliserido.  Si se unen tres ácidos grasos se forma un trigliserido. La mayoría de los triglicéridos naturales son triglicéridos mixtos, es decir que contienen dos o tres ácidos grasos diferentes en la molécula. Como todas las verdaderas grasas tienen glicerol, sus propiedades químicas, sus propiedades químicas y físicas están determinadas por la naturaleza de sus ácidos grasos. HIDROLISIS Y SAPONIFICACION. Los glicéridos se desdoblan en glicerol y ácidos grasos por enzimas y por álcalis. Las lipasas desdoblan los triglicéridos a un PH ligeramente alcalino de manera gradual. Se forman primero digliceridos que contienen dos ácidos grasos; parte de estos se desdoblan en monogliceridos que contiene un ácido graso y finalmente, parte de los monogliceridos se descomponen en glicerol libre y ácido graso. En la cavidad intestinal, la absorción de los mono, di y triglicéridos solubles o emulsificados es tan rápida que se forma muy poco glicerol libre.

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El desdoblamiento de los triglicéridos por alcalisis se denomina saponificación. En ella, los ácidos grasos libres que se forman por la hidrolisis de la grasa son neutralizados, inmediatamente por el álcali para formar sales metálicas, denominadas jabones, o sea, las sales metálicas de ácidos grasos; el metal puede ser sodio y potasio, según se utilice la hidrolisis hidróxido de sodio o bien el hidróxido de potasio que son solubles en agua, pero también están las sales de otros metales como el calcio, magnesio, bario, etc., que son insolubles en agua. CERAS. Las ceras se encuentran en animales, plantas y microorganismos, donde forman una cubierta protectora o se encuentran en secciones oleosas. Las ceras son lípidos simples que contienen una molécula de ácido graso esterificada con una molécula de alcohol monohidroxilico de alto peso molecular. En la actualidad se sabe que estos organismos almacenan ceras por ser altamente energéticas. Las ceras se originan del fitoplancton, en donde se encuentran los productores primarios de las cadenas de alimentos marinos. FOSFOLIPIDOS. Los fosfolípidos son, probablemente los lípidos más importantes. Se encuentran en todas las células vivas y son esenciales para su funcionamiento. Entre las muchas funciones vitales de esta clase de lípidos puede mencionarse: regulación de la permeabilidad de las células animales y vegetales, participación en el metabolismo de grasa dietética y sintetizada y participación importante en la coagulación en la sangre. HORMONAS ESTEROIDES. Todos los esteroides poseen una misma estructura general de 17 carbonos dispuesto en tres anillos de seis átomos de carbono unidos a uno de cinco carbonos. Entre los esteroides más importantes destacan los siguientes:        

Esteroles Ácidos biliares Hormonas sexuales masculinas Hormonas sexuales femeninas Corticosteroides adrenales Vitamina D Sapocinas Glicosidicos cardiacos

Las hormonas esteroides son secretadas por la corteza suprarrenal y las gónadas masculina y femenina. Las gonodas masculinas secretan testosterona, androsterona, desoxicorticosterona y adrenosterona. Las gónadas femeninas (ovarios) secretan dos tipos de hormonas esteroidales. 1. Las hormonas estrogenicas, estradiol, estrona, estrol, quilina y equilinina. 2. Progesterona. ESTEROLES. Los esteroles son alcoholes solidos de aspecto céreo que se encuentran libres y esterificados con ácidos grasos en la mayoría de las células vivas. El más conocido de los 8

esteroles es el colesterol, el cual se localiza en todas las células animales, principalmente en el tejido nervioso; está ausente en las grasas vegetales. El colesterol es importante por estar estrechada mente relacionado con las hormonas de tipo corticosuprarreal y con las sexuales. Supuestamente el colesterol está ligado a la producción de lípidos en las arterias, lo que constituye el cuadro clínico de las arterioesclerosis.

ACIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos han sido objeto de un sinnúmero de investigaciones, lo cual condujo a la creación de una nueva ciencia: la ingeniería genética. Los ácidos nucleicos se localizan en todas las células vivientes y su importancia radica en la función que desempeñan en el metabolismo celular. Son los responsables de almacenar la información genética, así como de su transmisión de padres a hijos y de una generación celular a otra. Participan también en la expresión del mensaje genético mediante la síntesis de proteínas, dirigiendo el correcto ensamblaje de los aminoácidos en secuencias perfectamente definidas. Químicamente son macromoléculas formadas mediante la polimerización de unidades monoméricas llamadas nucleótidos. Dichos nucleótidos están unidos mediante enlaces fosfodiéster. De este modo, se puede considerar que los nucleótidos son los bloques de construcción de los ácidos nucleicos. Existen 2 tipos de ácidos nucleicos: el ácido desoxirribonucleico (DNA) que se localiza en el núcleo, las mitocondrias y los cloroplastos celulares; y el ácido ribonucleico (RNA) que por lo general se encuentra en el nucléolo, en el citoplasma y en los ribosomas. CONSTITUCION DE LOS ACIDOS NUCLEICOS. Los nucleótidos son las unidades constitutivas de los ácidos nucleicos y están formados por una base nitrogenada, en azúcar y un grupo fosfato. Los azucares que intervienen en la constitución de los nucleótidos son aldopentosas, y de acuerdo con el tipo de ácido es el azúcar; si se trata de ácido desoxirribonucleico el azúcar es la desoxirribosa, y si se trata del ribonucleico el azúcar es la ribosa. Las diferencias entre el DNA y el RNA están en el azúcar y en las bases; en el DNA se encuentra la timina y en el RNA esta se sustituye por el uracilo. El DNA es la molécula portadora de la información genética, mientras que el RNA se encarga de la traducción de la información genética. Si hay dos tipos de ácidos nucleicos, entonces también debe haber dos tipos de nucleótidos. Los ribonucleótidos contienen ribosa y son parte de las moléculas de RNA y los desoxirribonucleótidos que conforman a las moléculas de DNA y que contienen desoxirribosa o deoxiribosa. Esta pequeña diferencia hace que la molécula de DNA sea más estable que la de RNA, ya que el OH del carbono 2 es altamente reactivo. El RNA existe en 3 tipos diferentes. El mensajero (ARNm) el de transferencia o soluble (ARNt) y el robosomal (ARMr). El mensajero se localiza en el citoplasma y el robosomal en los ribosomas. La diferencia entre los 3 radican, por un lado, en el sitio donde se localizan y la función que desempeñan, y por un lado en su peso molecular; es decir, la cantidad de nucleótidos que se presentan en la cadena. El RNA mensajero es el de mayor peso molecular.

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Bibliografías: Zarza, E., (1990) introducción a la bioquímica, México; EDITORIAL TRILLAS, pags. (1525) (27-31) (34-37) (55-56) (58-66) NUEVA ENCICLOPEDIA TEMATICA CIENCIAS NATURALES; PLANTEA, pags. (92-93) (9495) Robertis, E., (1991) Biología celular y molecular, Argentina; El Ateneo, pags. (26 -37) Biología y geología, (2013) México; pags (11-26) Bioquímica, (2000) Mexico; pags (372-394)

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