Conceptos generales de bioquimica (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Enfermería - 1º curso
Asignatura Bioquímica
Año del apunte 2015
Páginas 20
Fecha de subida 11/03/2015
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Conceptos generales de bioquimica

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Bioquímica (Clase 1) La Bioquímica estudia los diferentes niveles de organización del organismo.
Elemento: materia compuesta de átomos que tienen todos ellos el mismo número atómico (número de protones en el núcleo).
TABLA PERIÓDICA Elemento químico: cada elemento está formado por una nomenclatura, hay 112, tienen unas características físicas y químicas que los diferencia de los demás. Están estructurados por el nombre atómico pero también constan otros valores como el nombre másico. Todos los átomos tienen el mismo nombre atómico y distinto nombre másico. (Isótopo de un elemento) Los átomos que son isótopos entre sí son los que tienen igual número atómico (número de protones en el núcleo) pero diferente número másico (suma del número de neutrones y el de protones en el núcleo). Por lo tanto difieren en el número de neutrones.
1 H1 He2 2 Li3 Be4 F9 Ne10 Cl17 Ar18 4 K19 Ca20 Sc21 Ti22 V23 Cr24 Mn25 Fe26 Co27 Ni28 Cu29 Zn30 Ga31 Ge32 As33 Se34 Br35 Kr36 5 Rb37 Sr38 Y39 Zr40 Nb41 Mo42 Tc43 Ru44 Rh45 Pd46 Ag47 Cd48 In49 Sn50 Sb51 Te52 Xe54 3 Na11 Mg12 B5 C6 N7 O8 Al13 Si14 P15 S16 6 Cs55 Ba56 La57 Hf72 Ta73 W74 Re75 Os76 Ir77 Pt78 Au79 Hg80 Tl81 Pb82 Bi83 Po84 Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Uun Uuu Uub Uut Uuq Uup Uuh 7 87 88 89 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 La57 Ce58 Pr59 Nd60 Pm61 Sm62 Eu63 Gd64 Tb65 Dy66 Ho67 Er68 Tm69 Yb70 Ac89 Th90 Pa91 U92 Np93 Pu94 Am95 Cm96 Bk97 Cf98 Es99 Fm100 Md101 No102 I53 At85 Rn86 Uus Uuo 117 118 Lu71 Lr103 Átomo: componente más pequeño de un elemento que mantiene las propiedades del mismo, consiste en un núcleo (compuesto de protones y neutrones) rodeado por una nube de electrones. Cada átomo está compuesto por docenas de partículas subatómicas distintas. Las cargas positivas del núcleo se atraen fuertemente con las carga negativas de la corteza del átomo.
Nombre Másico: Suma de masas entre protones y neutrones.
Nombre Atómico: Número de partículas subatómicas que se encuentran en un elemento. Número total de protones en un núcleo atómico.
Estructura atómica: Hay dos tipos de estructura atómica: -Modelo Planetario o de niveles de energía: Electrones visibles -Modelo Orbital o de nube de electrones: Electrones difuminados Electronegatividad: mide la tendencia de un átomo a ganar electrones en su última capa. Un átomo es más electronegativo cuantos más electrones tiene en la última capa y cuantas menos capas presenta. Los electrones que gana o pierde un átomo se conocen con el nombre de electrones de valencia, y se corresponde con el número de enlaces que puede presentar.
Características electrónicas: Gases nobles: elementos inertes, es decir, tienen 2 o 8 electrones en la capa mas externa.
Gases reactivos: Son el resto de elementos que no tienen 2 o 8 electrones en su última capa.
Nivel inferior químico: Moléculas sencillas: Oxigeno Dióxido de carbono… Moléculas complejas: Macromoléculas Elementos que forman parte de la vida Biomoléculas primarias: se encuentran en el 95% del organismo vivo, sin contar el agua, (H,C,N,O) Biomoléculas secundarias: 4,5% de la masa total del organismo, (Na, Mg, K, Ca, P, S, Cl) Biomoléculas terciarias: 0,5% en el organismo, (Mn, Co, Ni, Zn, I, Fe, Al, Mo, Cr, Cu, B, F, As, Se…) Modelos Moleculares: a) Fórmula estructural b) Modelo planetario: c) Modelo de bolas o esferas d) Estructura de Lewis El carbono y el esqueleto de las moléculas orgánicas Las diferentes Biomoléculas van a estar constituidas básicamente por átomos de carbono unidos entre sí mediante enlaces covalentes. La resistencia y versatilidad de los enlaces carbono-carbono y del carbono con otros elementos: oxigeno, nitrógeno o azufre, va a posibilitar el que se puedan formar estructuras que serán el esqueleto de las principales moléculas orgánicas.
Conformación tetraédrica del carbono El átomo de carbono tiene 4 electrones en la última capa. Esto hace que pueda unirse a otros átomos mediante cuatro enlaces covalentes pudiéndose formar tres estructuras distintas. Una de ellas es: -La hibridación tetraédrica. En la que el átomo de carbono esta unido mediante cuatro enlaces covalentes simples a otros cuatro átomos. En este tipo de hibridación el átomo de carbono ocupa el centro de un tetraedro y los cuatro enlaces simples se dirigen hacia sus vértices.
Biomoléculas: las moléculas de la vida Las Biomoléculas son las organizaciones moleculares que forman parte de la materia viva.
Biomoléculas Inorgánicas: Como el agua y las sales minerales, que también se pueden encontrar en la materia inerte.
Biomoléculas Orgánicas: Son exclusivas de la materia viva y están constituidas por una cadena de átomos de carbono. Son los glúcidos, lípidos, proteínas y los ácidos nucleídos.
Enlace iónico: Pasa cuando un átomo metálico tiene un electrón libre en su última capa y está cerca de otro elemento pero no metálico que es electronegativo y que tiene tendencia a atraerlo. Como son cargas eléctricas opuestas tienen tendencia a justarse y darse uno a otro el electrón que le falta. En medio acuoso no es tan efectivo ya que el agua tiende a alejarlos.
Los principales enlaces que se dan en los seres vivos son de tipo covalente (ya que los bioelementos más abundantes tienen electronegatividades parecidas : (C, H, O, N, S, P).
Enlace covalente polar: se produce cuando un núcleo atómico atrae los electrones compartidos con mayor fuerza que el núcleo del otro átomo de la molécula.
Enlace covalente no polar: Cuando el enlace lo forman dos átomos del mismo elemento, la diferencia de electronegatividad es cero, entonces se forma un enlace covalente no polar. El enlace covalente no polar se presenta entre átomos del mismo elemento o entre átomos con muy poca diferencia de electronegatividad. Un ejemplo es la molécula de hidrógeno.
Fuerzas inter e intramoleculares Las interacciones no covalentes son las responsables de las interacciones intramoleculares (entre átomos o grupos moleculares dentro de las macromoléculas) e intermoleculares, fundamentales para las funciones biológicas.
A las interacciones no covalentes se las suelen llamar interacciones “débiles” porque, al menos, son un orden de magnitud menos energética que los enlaces covalentes.
Los enlaces NO covalentes son fuerzas débiles importantes en la estructura tridimensional de las Biomoléculas como los siguientes: • Las fuerzas electrostáticas (iónicas) resultan de la atracción electrostática entre dos grupos ionizados con carga opuesta, como un grupo carboxilo (-COO- ) y un grupo amino (-NH3+). En el agua, estas fuerzas son muy débiles.
• Los puentes de hidrógeno resultan de la atracción electrostática entre un átomo electronegativo (O o N) y un átomo de hidrógeno que se encuentra unido covalentemente a un segundo átomo electronegativo.
• Las fuerzas de van der Waals son fuerzas atractivas de corto alcance entre grupos químicos que se encuentran muy cercanos. Tienen su origen en pequeños desplazamientos de carga.
• Las atracciones hidrofóbicas provocan que grupos no polares, como cadenas hidrocarbonadas, se asocien unas con otras en un medio acuoso.
Grupos funcionales Es un grupo de átomos presentes en la cadena de carbonos de una sustancia que por sus características de reactividad define el comportamiento químico de la molécula.
Cada grupo funcional define una clase distinta de compuesto orgánico.
Los principales grupos funcionales son: Alcoholes, éter, esteres, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, amines, amidas, nitrilos, alcanos, alquenos, alquinos y hidrocarburos aromáticos.
Ácidos y Bases Ácidos: Son sustancies que en disolución acuosa se disocian produciendo un aumento en la concentración de protones libres (H+). (Arrhenius).
Es toda sustancia que puede ceder protones (Brönsted).
Es toda sustancia que puede aceptar electrones (Lewys).
Bases: Son sustancias que en disolución acuosa se disocian aumentando la concentración de hidroxilos libres (Arrhenius) Es toda sustancia que puede captar protones (Brönsted).
Es toda sustancia que puede ceder electrones (Lewys).
Los ácidos y las bases en disolución forman tándemes de ácido y base conjugada.
Bioquímica (Clase 2) Volumen de agua en los compartimentos líquidos.
El 60% (40L) del peso total corporal es debido al agua, que se estructura en diferentes partes del organismo: Principales electrolitos Sistemas de control del equilibrio osmótico Pérdidas y ganancias totales de agua El plasma sanguíneo es el nexo de unión entre el medio interno o líquido intersticial y el medio externo, de aquí que sea la diana de todos los dispositivos censores de la homeostasis y entre ellos los del balance osmótico.
Características del agua. Molécula dipolar y polar.
El agua es la Biomoléculas más abundante, y también la más importante. La vida, tal como se conoce en el planeta Tierra, se desarrolla siempre en medio acuoso. Está formada por átomos de oxigeno e hidrógenos y no muestran globalmente carga eléctrica porque tienen el mismo número de protones que de electrones.
Todo y que el núcleo de oxigeno presenta una pequeña carga negativa y los hidrógenos positiva, estas cargas se compensan mutuamente y por eso las moléculas de agua no tienen carga. La existencia de cargas negativas y positivas alrededor de los núcleos de oxigeno y hidrógeno nos permite considerar la molécula de agua como dipolar. Por esta razón decimos que son polares.
La presencia de estas cargas residuales posibilita la formación de los puentes de Hidrógeno.
Puentes de Hidrógeno en líquido y hielo.
Gracias a los puentes de hidrógeno, las moléculas de agua se unen formando una red tridimensional. A 37ºC, por ejemplo, el 15% de las moléculas de agua se encuentran asociadas a 4 moléculas mas, en una unión que se hace y deshace constantemente. El número de moléculas que participan en la red disminuye cuando se incrementa la temperatura, ya que el calor proporciona energía para romper los puentes de hidrógeno.
Por el contrario, en disminuir la temperatura, el numero de enlaces aumenta, hasta llegar al estado sólido, el hielo, a 0ºC, donde las moléculas integran una red cristalina que se mantiene firme por los puentes de hidrógenos donde cada molécula de agua establece 4 puentes de hidrógeno con 4 moléculas más.
Propiedades físicas térmicas del agua.
El agua tiene un punto de ebullición muy elevado (100ºC, a 1 atmósfera de presión), teniendo en cuenta su tamaño. Su punto de congelación (0ºC) es mayor de lo esperado también. El amplio margen de temperaturas en que permanece en fase líquida (entre 0ºC y 100º C) proporciona variadas posibilidades de vida, desde los organismos psicrófilos, que pueden vivir a temperaturas próximas a 0º C hasta los termófilos, que viven a 70-80º C.
En el organismo, el agua, a causa de su elevada calor específica, evita o suaviza los cambios repentinos de temperatura de los líquidos internos del organismo producidas por las reacciones químicas celulares que producen calor.
Propiedades químicas como disolvente de sustancias.
El agua es el disolvente universal, lo que la convierte en gran transportadora de sustancias. Gracias a su naturaleza polar, pueden establecer interacciones con iones y con grupos polares que caracterizan a la mayoría de moléculas orgánicas.
Su capacidad de disociación y la rápida emigración de los iones resultantes (H+ y OH-) explican la importancia crítica del pH en muchos procesos biológicos. El agua se comporta como ácido y como base, ya que genera tanto H+ como OH-. Se trata por tanto de una sustancia anfótera o anfolito.
Disoluciones acuosas, expresiones de la concentración.
TIPOS DE DISOLUCIONES EN FUNCIÓN DEL TAMAÑO DEL SOLUTO La inmensa mayoría de las reacciones bioquímicas se desarrollan en el seno del agua y obedecen las leyes físico-químicas de las disoluciones acuosas. Las disoluciones constituyen un caso particular de las dispersiones. Se define una dispersión como la interposición mecánica de las partículas de una sustancia en el seno de otra. En toda dispersión se suele distinguir  una fase dispersante continua y, en general, la más abundante  una o varias fases dispersas, discontinuas y más escasas Según el tamaño de las partículas dispersas, las dispersiones se dividen en:  dispersiones groseras (sedimentan espontáneamente y no atraviesan membranas permeables, dialíticas o semipermeables)  disoluciones coloidales (sólo sedimentan mediante centrifugación a altas velocidades y atraviesan membranas permeables pero son retenidas por membranas dialíticas)  disoluciones verdaderas (son estables a la gravedad y a la centrifugación y atraviesan las membranas permeables y dialíticas, pero no las semipermeables) El tamaño del soluto afecta directamente a otros tres parámetros:  La visibilidad (el soluto se puede observar a simple vista, con un microscopio óptico, con un ultramicroscopio o con un microscopio electrónico)  La estabilidad en disolución (el soluto precipita por gravedad, centrifugando a baja velocidad o centrifugando a gran velocidad)  La difusión a través de membranas de distinto tamaño de poro (el soluto puede atravesar una membrana permeable, dialítica o semipermeable) TIPOS DE DISOLUCIONES EN FUNCIÓN DE LA CAPACIDAD DE ASOCIACIÓN O DISOCIACIÓN DEL SOLUTO A veces se forman asociaciones moleculares y el número real de partículas dispersas puede resultar menor que el de moléculas teóricas. Otras sustancias, al disolverse en agua, se disocian originando un número de partículas mayor que el número de moléculas teóricas. De ahí que se utilice el concepto de osmolalidad.
Un osmol es un mol de partículas, es decir, la cantidad de partículas que produce los mismos efectos osmóticos que un mol no disociado.
Disoluciones Moleculares: Muchas sustancias químicas, al disolverse en agua se resuelven en tantas partículas como moléculas las integran.
Asociaciones Moleculares: A veces se forman asociaciones moleculares y el número real de partículas dispersas puede resultar menor que el de moléculas teóricas.
Disoluciones totalmente disociadas: Otras sustancias, al disolverse en agua, se disocian originando un número de partículas mayor que el número de moléculas teóricas. Como cada molécula se disocia en varias partículas, en general iones, las propiedades coligativas detectan una concentración de soluto aparentemente mayor que la previsible.
Disoluciones parcialmente disociadas: En los electrolitos débiles la disociación es parcial y se comportan de forma intermedia entre los solutos moleculares y los electrolitos fuertes. Por lo tanto, en una disolución de electrolitos débiles se encuentran además de los iones libres moléculas neutras sin disociar.
Ionización del agua, concepto de pH.
PH: Es el parámetro que indica el grado de acidez o basicidad de una disolución acuosa diluida. Expresa la concentración de H+ de la disolución en logaritmos negativos: pH = - log [H+] [H+] = 10 –pH Deriva del producto iónico del agua pura a 25ºC. que es una constante calculada a partir de la ionización espontánea de les moléculas de agua, ionización que genera idéntica cantidad de H+ que de OH- (107M).
El pH del agua pura se considera el valor neutro de pH • En una disolución acuosa diluida, a medida que aumenta la [H+], por adición de un ácido, disminuye la [OH-], el valor numérico del pH disminuye por debajo de 7, la solución se hace más ácida: [H+] > [OH-]; pH < 7 • Cuando se adiciona una base, la [OH-] aumenta proporcionalmente a la disminución de la [H+], la solución se vuelve básica: [OH-] > [H+] ; pH > 7 • El cambio en una unidad de pH significa una variación de diez veces en la concentración de protones.
Sistemas amortiguadores o buffers Son compuestos químicos que convierten los ácidos y bases fuertes en débiles y así mantiene el pH sanguíneo en valores constantes (7,35-7,45), y lo hacen extrayendo o agregando protones H+.(bicarbonat) Formas de expresión de una disolución Propiedades coligativas: La presión osmótica.
Las propiedades coligativas no guardan ninguna relación con el tamaño ni con cualquier otra propiedad de los solutos. Son función sólo del número de partículas y son resultado del mismo fenómeno: el efecto de las partículas de soluto sobre la presión de vapor del disolvente.
Las cuatro propiedades coligativas son:  descenso de la presión de vapor del disolvente  elevación ebulloscópica  descenso crioscópico  presión osmótica Presión Osmótica La presión osmótica es la propiedad coligativa más importante por sus aplicaciones biológicas. Es necesario revisar los conceptos de difusión y de ósmosis. Difusión es el proceso mediante el cual las moléculas del soluto tienen a alcanzar una distribución homogénea en todo el espacio que les es accesible, especialmente importante el fenómeno de difusión a través de membranas, ya que la presencia de las membranas biológicas condiciona el paso de disolvente y solutos en las estructuras celulares. Las membranas se clasifican en cuatro grupos:  impermeables: no son atravesadas ni por solutos ni por el disolvente.
 semipermeables: no permiten el paso de solutos verdaderos, pero sí del agua.
 dialíticas: son permeables al agua y solutos verdaderos, pero no a los solutos coloidales.
 permeables: permiten el paso del disolvente y de solutos coloidales y verdaderos; sólo son impermeables a las dispersiones groseras Ósmosis es la difusión de líquidos a través de membranas. Supongamos una disolución de NaCl separada del disolvente por una membrana semipermeable que, como hemos visto, permite el paso del agua pero no de la sal (Figura izquierda de la tabla). El agua tiende a atravesar la membrana, pasando de la disolución más diluída a la más concentrada (Figura central de la tabla), o sea, en el sentido de igualar las concentraciones. Esta tendencia obedece al segundo principio de la termodinámica y se debe a la existencia de una diferencia en la presión de vapor entre las dos disoluciones. El equilibrio se alcanza cuando a los dos lados de la membrana se igualan las concentraciones, ya que el flujo neto de agua se detiene Se define la presión osmótica como la tendencia a diluirse de una disolución separada del disolvente puro por una membrana semipermeable (Figura central de la tabla). Un soluto ejerce presión osmótica al enfrentarse con el disolvente sólo cuando no es capaz de atravesar la membrana que los separa. La presión osmótica de una disolución equivale a la presión mecánica necesaria para evitar la entrada de agua cuando está separada del disolvente por una membrana semipermeable (Figura derecha de la tabla).
Si comparamos la presión osmótica de dos disoluciones podemos definir tres tipos de disoluciones:  disoluciones isotónicas son aquéllas que manifiestan la misma presión osmótica que la disolución de referencia  disoluciones hipotónicas son aquéllas que manifiestan menor presión osmótica que la disolución de referencia  disoluciones hipertónicas son aquéllas que manifiestan mayor presión osmótica que la disolución de referencia Bioquímica(Clase 3) Glúcidos o HC o Sacáridos: Biomoléculas orgánicas: grupos y características generales.
Son moléculas orgánicas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno. Son solubles en agua y se clasifican de acuerdo a la cantidad de carbonos o por el grupo funcional que tienen adherido. Son la forma biológica primaria de almacenamiento y consumo de energía. Los glúcidos se dividen en monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos.
Los glúcidos, azucares o hidratos de carbono: Proporción en la materia viva, Funciones biológicas.
Representa alrededor de un 2% de la materia total del organismo y normalmente los encontramos en la membrana plasmática de las células. Funciones: Energética: 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. Por este motivo se utilizan las grasas como fuente energética de uso diferido y los HC como combustibles de uso inmediato.
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.
Marcadores Celulares: Los HC pueden unirse a lípidos o a proteínas de la superficie de la célula, y representan una señal de reconocimiento en superficie. Sirven como señales de reconocimiento para hormonas, anticuerpos, bacterias, virus u otras células. Los HC son también los responsables antigénicos de los grupos sanguíneos.
Detoxificador: En muchos casos, los organismos deben encargarse de eliminar compuestos tóxicos que son muy poco solubles en agua, y que tienden a acumularse en tejidos con un alto contenido lipídico como el cerebro o el tejido adiposo.
Clasificación y composición molecular La fórmula empírica es la expresión que representa la proporción más simple en la que se encuentran los elementos químicos de un compuesto, en el caso de los monosacáridos es Cn (H2O)n.
La fórmula molecular, además de los elementos representados por su símbolo, expresa en forma de subíndices la cantidad de átonos de cada uno: por la glucosa C6H12O6.
La fórmula estructural, además muestra la orientación espacial de los átomos y la conectividad.
Los monosacáridos: son los glúcidos más sencillos, que no se hidrolizan, es decir, que no se descomponen para dar otros compuestos, conteniendo de tres a seis átomos de carbono. La cadena carbonada de los monosacáridos no está ramificada y todos los átomos de carbono menos uno contienen un grupo alcohol (-OH). El átomo de carbono restante tiene unido un grupo carbonilo (C=O). Si este grupo carbonilo está en el extremo de la cadena se trata de un grupo aldehído (-CHO) y el monosacárido recibe el nombre de aldosa. Si el carbono carboxílico está en cualquier otra posición, se trata de una cetona (-CO-) y el monosacárido recibe el nombre de cetosa.
Isómeros: Son sustancias distintas pero con la misma fórmula molecular. Hay isómeros de constitución que tienen los mismos átomos pero conectados de distinta forma (a). Hay isómeros de configuración que tienen los mismos átomos y conectividad pero distinta disposición espacial de los átomos o grupos funcionales, debido a la presencia de uno o más carbonos asimétricos o centros quiral. Dentro de este hay distintos tipos: 1) Enantiòmers o isómeros especulares, uno es la imagen al espejo del otro (L-Glucosa y D- Glucosa) 2) Isómeros anòmers (c) Isómeros epímers (b) que se diferencian por la configuración de un solo carbono asimétrico, ya sea el anomerico o cualquiera de las otras, respectivamente.
3) En los lípidos veremos isomeria Cis-trans, que se cuando a ambos costados de un doble enlace covalente los dos extremos de la molécula quedan al mismo lado, cis, o al contrario, trans (d).
Carbono asimétrico Todos los carbonos en rosa son asimétricos porque tienen los cuatro sustituyentes diferentes, en la DEritrosa y en la D-Gulosa redondeados, en rojo, un carbono asimétrico y en rosa, sus cuatro sustituyentes.
Quiralidad Quiral deriva de forma de mano, las dos manos son muy parecidas pero no idénticas, una es la imagen especular de la otra, aun cuando pueden girar, no pueden coincidir. Una molécula orgánica quiral contiene al menos un átomo de carbono con los cuatro sustituyentes distintos, se el denominado carbono asimétrico o centro quiral, por cada carbono asimétrico la molécula tiene dos isómeros que coinciden mediante reflexión pero no por rotación, a este tipo de isómeros espaciales o estereoisòmers se los conoce como enantiòmers o isómeros especulars y cada cual desvía el plan de la luz polarizada en sentido contrario al que lo hace el otro.
Isomería en los monosacáridos Enlace glucosídico El enlace entre monosacáridos se denomina ENLACE GLUCOSÍDIC y se produce al reaccionar dos grupos funcionales hidroxilo de dos monosacáridos y desprenderse una molécula de H2O.
Los disacáridos: Maltosa, Sacarosa, Lactosa.
Están constituidos por la unión glucosídica de dos monosacáridos, que pueden ser iguales o diferentes.
Los disacáridos son los más abundantes del grupo de los oligosacáridos, aquellos compuestos de dos a diez unidades. Los más importantes disacáridos son: Glucosa + Glucosa = Maltosa Glucosa + Galactosa = Lactosa (azúcar de leche) Glucosa + Fructosa = Sacarosa (azúcar común) Los polisacáridos: almidón y fibra dietética y glucógeno Los polisacáridos son sustancias de elevada masa molecular formada por la unión de más de 10 monosacáridos. Cuando la unidad repetitiva es única hablamos de homopolisacáridos, mientras cuando es un disacárido que se polimeriza hablamos de heteropolisacárido Los polisacáridos de reserva energética encontramos el glucógeno, la amilosa y la amilopectina, como reserva de los animales. El almidón, es la reserva energética de los vegetales. Y la fibra dietética está compuesta por muchos derivados de monosacáridos. Fibra insoluble: celulosa (formada por millares de glucosas), hemicelulosas (glucosas con cortas cadenas laterales de monosacáridos), quitina (polímero lineal de N-Acetil glucosamina) y glucosaminglucanos formados por largas cadenas linéales de polisacáridos no ramificados, integrados por unidades repetitivas de un disacárido.
Transportadores de monosacáridos en las membranas celulares: GLUT A la derecha, 4 vellosidades de la mucosa jejunal observadas al microscopio óptico. Las microvellosidades de cada célula contienen multitud de disacaridasas y de proteínas transportadores de glucosa del tipo GLUT2.
En la imagen de la izquierda observamos el transporte facilitado de la glucosa a través de las proteínas GLUT2.
Encontramos 5 tipos diferentes de proteínas GLUT transportadoras. El GLUT1 lo encontramos en los eritrocitos y sangre humana, el GLUT2 como se ha dicho anteriormente en la mucosa intestinal, hígado, riñones.
El GLUT3 en el cerebro, neuronas. El GLUT4, en el tejido adiposo y músculos y el GLUT5 en el epitelio intestinal y espermatozoides.
Lípidos Proporción en la materia viva En cuanto a la cantidad de peso dentro de una célula, los lípidos ocupan un 5%. Denominamos lípidos a un conjunto de Biomoléculas cuya característica distintiva aunque no exclusiva ni general es la insolubilidad en agua, siendo por el contrario, solubles en disolventes orgánicos. Los lípidos pueden encontrarse unidos covalentemente con otras biomoléculas como en el caso de los glicolípidos y también son numerosas las asociaciones no covalentes de los lípidos con otras biomoléculas, como en el caso de las lipoproteínas. Una característica básica de los lípidos, y de la que derivan sus principales propiedades biológicas es la hidrofobicidad. La baja solubilidad de los lípidos se debe a que su estructura química es fundamentalmente hidrocarbonada con gran cantidad de enlaces C-H y C-C. La naturaleza de estos enlaces es 100% covalente y su momento dipolar es mínimo.
Funciones biológicas Energética: Los lípidos constituyen la reserva energética de uso tardío o diferido del organismo. Su contenido calórico es muy alto (10 Kcal/gramo), y representan una forma compacta y anhidra de almacenamiento de energía. A diferencia de los hidratos de carbono, que pueden metabolizarse en presencia o en ausencia de oxígeno, los lípidos sólo pueden metabolizarse aeróbicamente.
Reserva de Agua: Aunque parezca paradójico, los lípidos representan una importante reserva de agua. Al poseer un grado de reducción mucho mayor el de los hidratos de carbono, la combustión aerobia de los lípidos produce una gran cantidad de agua (agua metabólica).
Producción de Calor: En algunos animales hay un tejido adiposo especializado que se llama grasa parda o grasa marrón. En este tejido, la combustión de los lípidos está desacoplada de la fosforilación oxidativa, por lo que no se produce ATP, y la mayor parte de la energía derivada de la combustión de los triacilgliceroles se destina a la producción de calor. En los animales que hibernan, la grasa marrón se encarga de generar la energía calórica necesaria para los largos períodos de hibernación. En este proceso, un oso puede llegar a perder hasta el 20% de su masa corporal.
Estructural: Los fosfogliceridos, gracias a la propiedad de formar capas cuando están rodeados de agua, son con las proteínas, los principales componentes de las membranas celulares y de sus orgánulos, juntamente con los esfingolípidos y el colesterol.
Informativa: Los organismos pluricelulares han desarrollado distintos sistemas de comunicación entre sus órganos y tejidos. Así, el sistema endocrino genera señales químicas para la adaptación del organismo a circunstancias medioambientales diversas. Estas señales reciben el nombre de hormonas. Muchas de estas hormonas (esteroides…) tienen estructura lipídica.
Catalítica: Hay una serie de sustancias que son vitales para el correcto funcionamiento del organismo. Por lo tanto deben ser necesariamente suministradas en su dieta. Estas sustancias reciben el nombre de vitaminas. La función de muchas vitaminas consiste en actuar como cofactores de enzimas.
Clasificación y composición molecular El componente lipídico de una muestra biológica puede ser extraído con disolventes orgánicos y ser sometido a un criterio empírico: la reacción de saponificación.
Lípidos saponificables Los lípidos saponificables agrupan a los derivados por esterificación u otras modificaciones de ácidos grasos, y se sintetizan en los organismos a partir de la aposición sucesiva de unidades de dos átomos de carbono. En este grupo se incluyen: Ácidos grasos: Los ácidos grasos son ácidos monocarboxílicos de cadena larga. Por lo general, contienen un número par de átomos de carbono, normalmente entre 12 y 24. Las propiedades químicas de los ácidos grasos derivan por una parte, de la presencia de un grupo carboxilo, y por otra parte de la existencia de una cadena hidrocarbonada. La coexistencia de ambos componentes en la misma molécula, convierte a los ácidos grasos en moléculas débilmente anfipáticas. Según la naturaleza de la cadena hidrocarbonada, distinguimos tres grandes grupos de ácidos grasos: - - - Ácidos grasos saturados: Los ácidos grasos saturados más abundantes son el palmítico y el esteárico. Los ácidos grasos saturados de menos de 10 átomos de C son líquidos a temperatura ambiente y parcialmente solubles en agua. A partir de 12 C, son sólidos y prácticamente insolubles en agua. En estado sólido, los ácidos grasos saturados adoptan la conformación alternada todo-anti, que da un máximo de simetría al cristal, por lo que los puntos de fusión son elevados. El punto de fusión aumenta con la longitud de la cadena. Grasas son aquellos lípidos que son sólidos a temperatura ambiente, mientras que aceites son aquellos lípidos que son líquidos a temperatura ambiente.
Ácidos grasos insaturados: Con mucha frecuencia, aparecen insaturaciones en los ácidos grasos, mayoritariamente en forma de dobles enlaces, aunque se han encontrado algunos con triples enlaces. Por lo general, las insaturaciones de los ácidos grasos son del tipo cis. Esto hace que la disposición de la molécula sea angulada, con el vértice en la insaturación. Esta angulación hace que los puntos de fusión de las ácidos insaturados sean más bajos que los de sus homólogos saturados. Los dobles enlaces en trans distorsionan poco la simetría cristalina, que es muy parecida a la de los ácidos grasos saturados. Algunos ácidos grasos poliinsaturados (linoleico, linolénico y araquidónico) no pueden ser sintetizados por los animales superiores (incluído el hombre), y como su función biológica es fundamental, deben ser suministrados en la dieta. Por este motivo reciben el nombre de ácidos grasos esenciales.
Derivados de ácidos grasos: - JABONES: Son las sales de los ácidos grasos. Debido a la polaridad del anión carboxilato tienen un fuerte carácter anfipático, y son muy miscibles con el agua, especialmente los jabones de metales alcalinos. Las grandes micelas esféricas pueden incluir en su interior grasas neutras, por lo que los jabones tienen poder detergente. Otros derivados de ácidos grasos son los ac. Grásos cíclicos, ac. Grasos ramificados y hidroxiácidos grasos.
Eicosanoides: Este término agrupa a una serie de compuestos derivados de ácidos grasos poliinsaturados de 20 átomos de carbono. Como la diversidad de los eicosanoides es grande, estos compuestos se clasifican en función de las enzimas que intervienen en su síntesis:  Si son productos de la ruta de la ciclooxigenasa: prostaglandinas y tromboxanos  Si son productos de la ruta de la lipoxigenasa: leucotrienos Tienen una amplia gama de actividades biológicas: intervienen en procesos alérgicos, inflamatorios o provocan la contracción del músculo liso.
Grasas neutras: Son ésteres de ácidos grasos con alcoholes. No tienen ningún otro tipo de componentes, por lo que son moléculas muy poco reactivas.
En la Naturaleza encontramos dos tipos: Acilgliceroles: Constituyen el contingente mayoritario de los lípidos de reserva energética, y son muy abundantes en el tejido adiposo animal.
Ceras: Su función principal es estructural, cubriendo y protegiendo diversas estructuras, contribuyendo al carácter hidrofóbico de los tegumentos de animales y plantas.
Lípidos anfipáticos: Cuando la molécula de un lípido posee un grupo fuertemente polar además de la cadena hidrocarbonada hidrofóbica se dice que se trata de un lípido anfipático.
  los glicerolípidos, en los que los ácidos grasos están esterificados a los carbonos carbonos sn-1 y sn-2 del glicerol los esfingolípidos, en los que los ácidos grasos están esterificados a la esfingosina, un alcohol nitrogenado de 18 átomos de Carbono Lípidos NO saponificables Los lípidos insaponificables son derivados por aposición varias unidades isoprénicas, y se sintetizan a partir de una unidad básica de 5 átomos de carbono: el isopreno. En este grupo de lípidos se incluyen:  terpenos: retinoides, carotenoides, tocoferoles, naftoquinonas, dolicoles. Químicamente, la mayoría son hidrocarburos, aunque algunos contienen funciones oxidadas. Muchas de estas moléculas son vitaminas liposolubles. Son frecuentes en los aceites esenciales de plantas.
 esteroides: esteroles, sales y ácidos biliares, hormonas esteroideas. El colesterol está ampliamente distribuído entre los animales, y es un componente habitual de la membrana plasmática, donde contribuye a regular su fluidez. Con mucha frecuencia aparece esterificado a ácidos grasos, y es la forma en que normalmente se almacena o se transporta por la sangre. El colesterol es el precursor metabólico de otros esteroides como los calciferoles, las hormonas esteroideas y los ácidos biliares. Una vez sintetizado, el organismo animal es incapaz de romper el sistema de anillos, de modo que es excretado como tal. Por este motivo, al ser poco soluble, el colesterol tiende a precipitar en el endotelio de los vasos sanguíneos, formando las placas de ateroma.
Lipoproteínas plasmáticas Los quilomicrones son lipoproteínas sintetizadas en el epitelio del intestino caracterizadas por poseer la más baja densidad. Son grandes partículas esféricas que recogen desde el intestino delgado los triglicéridos, los fosfolípidos y el colesterol ingeridos en la dieta llevándolos hacia los tejidos a través del sistema linfático.
Las lipoproteínas de baja densidad son macromoléculas circulantes derivadas del procesamiento lipolítico por acción de diversas lipasas extracelulares, principalmente la lipasa lipoproteica. Es la segunda lipoproteina de menor tamaño. Actualmente no se tiene claro el rol funcional de las LDL, ya que, al contrario de lo que generalmente se piensa, éstas no transportan colesterol desde el hígado hasta los tejidos periféricos, sino que son captadas por el hígado para su eliminación final de la circulación.
Las lipoproteínas de alta densidad, HDL son aquellas lipoproteínas que transportan el colesterol desde los tejidos del cuerpo hasta el hígado. Debido a que las HDL pueden retirar el colesterol de las arterias y transportarlo de vuelta al hígado para su excreción, se les conoce como el colesterol o lipoproteína buena.
Bioquímica (Clase 4) Las proteínas y sus ligandos Las proteínas ocupan el 15% total de la proporción del peso de una célula. Son polímeros lineales de aminoácidos. Una proteína enzimática gasta ATP y gracias a una enzima (quinasa) se activa esta proteína junto con un grupo fosfato. Así también hay otros enzimas (fosfatasa) que las puede desactivar y separar la proteína del grupo fosfato. La característica principal de las proteínas es la interactividad con sus ligandos, que gracias a su afinidad (grado de fuerza que se establece entre proteína y ligando) con ellos se activan y se desactivan por medio de enzimas. La unión entre proteína y ligando es un enlace débil por lo que pueden disociarse constantemente por las reacciones metabólicas de cuerpo.
El lugar alostérico es un lugar donde se posa un ligando donde no le corresponde dentro de la proteína enzimática y que causa efectos negativos o positivos. Se dice que es un ligando alostérico.
Clasificación y función de las proteínas Las funciones principales son: Enzimática: Las enzimas o biocatalizadores aceleran las reacciones químicas en las que intervienen.
Hormonal: las hormonas peptídicas como la insulina, el glucagón, la hormona del crecimiento, la somatostatina son mensajeros intercelulares que actúan sobre receptores de membrana.
Reconocimiento de señales: proteínas de la superficie celular receptoras de hormonas, neurotransmisores, moléculas de la matriz extracelular, anticuerpos, etc Transducción de señales: proteínas intracelulares que se activan por el complejo ligando - receptor de superficie y internalizan la señal externa amplificándolo.
Transporte: a través de las membranas como las proteínas canal iónico, GLUT, las bombas iónicas, a través de la sangre como Hemoglobina, albúminas y lipoproteínas Estructural: proteínas hilamentosas del citoesqueleto celular, proteínas de la matriz extracelular: colágeno, elastina.
Defensa: inmunoglobulinas o anticuerpos.
Movimiento: proteínas motoras como la actina y la miosina Reserva: proteínas del embrión animal o vegetal Reguladora: proteínas reguladoras de procesos celulares como las ciclinas que controlan las fases del ciclo celular.
Como se clasifican las proteínas? 1. Su solubilidad en medio acuoso salino, en solventes polares, ácidos o básicos o su insolubilidad en cualquier solvente.
2. Su composición química: proteínas simples a base únicamente de aminoácidos y proteínas conjugadas con el componente no proteico dicho grupo prostético y el componente proteico llamado apoproteina.
3. El número de cadenas polipeptídicas que la forman, de forma que se llaman monoméricas cuando sólo tienen una cadena y oligoméricas cuando son varias, cada cadena es una subunidad.
4. El aspecto tridimensional de la proteína completa: proteínas globulares y proteínas filamentosas.
Clasificación Homoproteinas: formadas solo por aminoácidos 1. Proteínas fibrosas: colágenos, elastinas y queratinas.
2. Proteínas Globulares: Prolaminas, gluteminas, albúminas, hormonas y enzimas.
Heteroproteinas: formado por un grupo prostético (fracción proteica y grupo no proteico) son glucoproteínas, lipoproteínas, nucleoproteínas y cromoproteína.
Propiedades químicas de las proteínas 1. Estructura nativa y desnaturalización Cuando la proteína no ha sufrido ningún cambio en su interacción con el disolvente, se dice que presenta una estructura nativa. Se llama desnaturalización de las proteínas a la pérdida de las estructuras de orden superior (secundaria, terciaria y cuaternaria), quedando la cadena polipeptídica reducida a un polímero estadístico sin ninguna estructura tridimensional fija.
2. Solubilidad en medio acuoso En disolución acuosa, los residuos hidrofóbicos de las proteínas se acumulan en el interior de la estructura, mientras que en la superficie aparecen diversos grupos con carga eléctrica, en función del pH del medio. Cualquier factor que modifique la interacción de la proteína con el disolvente disminuirá su estabilidad en disolución y provocará la precipitación.
3. Presión coloidosmótica Las proteínas ejercen un efecto osmótico cuando existen barreras que limitan su libre difusión, como puede ser una membrana semipermeable, que permite el paso del agua, pero no de los solutos. Si tenemos dos compartimentos acuosos separados por una membrana semipermeable y uno de ellos contiene proteínas, éstas tienden a captar agua del compartimento vecino. Este efecto osmótico es proporcional al número de partículas dispersas. En el caso de las proteínas, el efecto osmótico se ve amplificado por otros dos factores.
Por un lado, el agua de hidratación que forma la envoltura acuosa de las proteínas también contribuye a la presión osmótica.
Por otro lado, las proteínas se comportan como polianiones, cuyas cargas están neutralizadas por iones Na+ o K+.
4. Capacidad tamponadora o amortiguadora Esta propiedad se debe a la existencia de grupos ionizables de las cadenas laterales y grupos COOH y NH2 terminales.
Por este motivo, las proteínas poseen un considerable poder amortiguador en una amplia zona de pH.
Cuando el pH es bajo, los grupos ionizables están protonados, y la carga neta de la proteína es de signo positivo. Cuando el pH es alto, los grupos ionizables están desprotonados, y la carga neta es de signo negativo. Entre ambas zonas, habrá un pH en el cual la carga neta de la proteína es nula. Es el pH isoeléctrico o punto isoeléctrico, y es característico de cada proteína.
Estructura, composición y clasificación de los aminoácidos Clasificación Existen 20 aminoácidos diferentes de que forman parte de las proteínas. Todos ellos son a-aminoácidos y constan de un grupo amino, un grupo carboxilo, un hidrógeno y un grupo distintivo llamado R unidos a un mismo carbono denominado carbono-a. El carbono-a recibe este nombre por ser el carbono adyacente al carbono del grupo carboxilo, y el grupo diferenciador de los distintos aminoácidos (R) se denomina cadena lateral.
Excepto la glicina, todos los aminoácidos proteicos tienen un carbono asimétrico o quiral (el carbono alfa), lo cual hace que puedan existir dos formas estereoisómeras especulares o enantiómeras, por convención se dice L-aminoácido a la forma que presenta el grupo alfa-amino (-NH3 +) a la izquierda y D-aminoácido el que lo presenta a la derecha. Las proteínas de todos los seres vivos están formadas casi exclusivamente por L-aminoácidos, los Daminoácidos sólo se encuentran en algunos péptidos antibióticos producidos por hongos.
Aminoácidos esenciales De los 20 AA proteicos codificables, la mitad pueden ser sintetizados por el hombre, pero el resto no, y por lo tanto deben ser suministrados en la dieta: son los AA esenciales.
Son AA esenciales: Arg, Val, Leu, Ile, Phe, Trp, Thr, Met y Lys. Además, en recién nacidos el AA His es esencial porque su organismo todavía no ha madurado lo suficiente como para poder sintetizarlo.
Niveles estructural de las proteínas En el estudio de la estructura de las cadenas polipeptídicas podemos distinguir hasta cuatro niveles de organización estructural.
La estructura primaria corresponde con la secuencia de aminoácidos que forman la cadena polipeptídica.
La estructura secundaria es disposición espacial del esqueleto de la cadena polipeptídica, sin incluir las cadenas laterales de los aminoácidos. Está compuesto por enlaces puente de hidrógeno. La hélice alfa o la lámina beta son ejemplos.
La estructura terciaria es la disposición tridimensional de la cadena polipeptídica completa. Las fuerzas que estabilizan la estructura terciaria de una proteína se dan entre las distintas cadenas laterales de los aminoácidos, pueden ser de dos tipos: Covalentes: puentes disulfuro entre dos cadenas laterales de Cys, No covalentes: (1) fuerzas electrostáticas entre cadenas laterales ionizadas, con carga de signo contrario, (2) puentes de hidrógeno, entre las cadenas laterales de los aminoácidos polares (3) interacciones hidrofóbicas entre cadenas laterales apolars y (4) fuerzas de Van del Waals. Cuando desaparecen estas interacciones se desmonta la estructura terciaria, se pierde la estructura tridimensional característica de la proteína y consecuentemente se pierde la función la proteína a menudo precipita. Es el fenómeno denominado desnaturalitzación.
La estructura cuaternaria aparece en la proteínas formadas por más de una cadena polipeptídica, y describe cómo están asociadas dichas cadenas para constituir la proteína activa.
Composición, estructura y función de los nucleótidos Hay 2 tipos de ácidos nucleicos (AN): el ácido desoxirribonucleico (DNA) y el ácido ribonucleico (RNA), y están presentes en todas las células.
Los ácidos nucleicos están constituidos por la unión de numerosos nucleótidos. Cada nucleótido está formado por un nucleósido y un fosfato (ácido) . El nucleósido está formado por una pentosa (neutro) y una base nitrogenada (básica).
La unión de la pentosa con una base constituye un nucleósido. La unión mediante un enlace éster entre el nucleósido y el ácido fosfórico da lugar al nucleótido. La unión de los nucleótidos da lugar a los polinucleótidos.
Los nucleótidos, además de integrar las cadenas de AN poseen funciones biológicas en estado libre:  La energía libre almacenada en el ATP se utiliza para desarrollar trabajo mecánico (contracción muscular), osmótico (transporte activo), químico (biosíntesis) y eléctrico (transmisión del impulso nervioso)  La guanosina-5'- trifosfato (GTP, pppG) interviene en la síntesis de proteínas  la uridina-5'- trifosfato (UTP, pppU) en el metabolismo de los glúcidos  la citosina-5'- trifosfato (CTP, pppC) en el metabolismo lipídico ...