Compuestos de la materia viva.
Llamados de esta forma: "Compuestos de la materia viva" a los compuestos que forman parte de los seres vivos, se dividen en dos categorías:
Inorgánicos y orgánicos.
Los compuestos inorgánicos carecen de presencia de carbono en su estructura, por ejemplo:
Minerales sólidos: forman estructuras duras, como huesos y dientes, ejemplo: Ca, Mg y P.
Minerales en
disolución: participan en funciones como la contracción muscular,
fotosíntesis, el mantenimiento del equilibrio osmótico celular, ejemplo:
Ca, Cl, K, Mg, Mn y Na.
Gases disueltos: forman parte de los procesos de respiración y fotosíntesis, principalmente son: oxígeno y dióxido de carbono.
Los compuestos orgánicos son todos aquellos en los que el carbono forma su “esqueleto”. Existen cuatro grupos de biomoléculas orgánicas: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
Carbohidratos
Conocidos también como glúcidos, azúcares e hidratos de carbono.
Están formados por átomos de carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O) y se dividen en monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.
Monosacáridos.
Son también
conocidos como azúcares simples, sus moléculas contienen de 3 a 10
carbonos, siendo los carbohidratos de mayor importancia biológica son
los de 5 y 5 carbonos denominados pentosas y hexosas respectivamente.
Las principales
pentosas son la ribosa y la desoxirribosa las cuales forman parte de
los ácidos nucleicos (ribonucleico y desoxirribosa). En cuanto a las
hexosas las más importantes son la glucosa, fructosa y galactosa.
En general, los monosacáridos tienen sabor dulce y son solubles en agua.
Disacáridos:
Compuestos
formados de la unión de dos monosacáridos mediante un enlace glucosídico
en el cual se desprende una molécula de agua.
Dentro de algunos disacáridos podemos mencionar:
Sacarosa: formada de la unión de los monosacáridos glucosa y fructosa, también es conocida como azúcar de caña.
Lactosa: conocida como azúcar de la leche, está formada de la unión de glucosa con galactosa.
Polisacáridos.
Se forman a partir de la unión de muchos monosacáridos, sobre todos de glucosa. Algunos llegan a tener varios miles de unidades.
Algunos ejemplos que se pueden mencionar son: almidón, glucógeno y celulosa.
Almidón: Cadenas de glucosa, que forman parte de una gran cantidad de alimentos.
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| Almidón. Alimentos que contienen este polisacárido. |
Glucógeno: Cadenas de glucosa, que sirven como reserva energética de los animales.
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| Glucógeno |
Celulosa: Cadenas de glucosa, que forman parte de la estructura de las plantas.
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| Celulosa |
Función de los carbohidratos.
· Su principal función es como fuente de energía, por lo que son fundamentales en el metabolismo energético de los seres vivos.
· Como partes estructural de las células (membrana celular, de las plantas en forma de celulosa y de los artrópodos como quitina).
· Forman parte de otro componentes de gran importancia para las células, como los ácidos nucleicos (ribosa, desoxirribosa).
· Reserva energética para animales y plantas como lo son el almidón y el glucógeno respectivamente.
· Los carbohidratos que en su estructura contienen nitrógeno están presentes en cartílagos, huesos y tendones.
Lípidos
Son otro tipo
de compuestos orgánicos que de igualo manera que los carbohidratos
realizan funciones energéticas y estructurales. Sin embargo este grupo
es mucho más diversificado con propiedades físicas y químicas propias y
forman gran parte estructural de los seres vivos a diferencias de los
glúcidos.
Están formados en su mayor parte por C, H y O y en menor proporción por N, P y S. Son poco solubles en agua, y solubles en disolventes orgánicos (éter, benceno, cloroformo, acetona, alcohol, etc).
De acuerdo a sus propiedades química se clasificación de acuerdo a criterios de saponificación en simples o complejos.
Clasificación de los lípidos
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Ácidos grasos
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Saturados
Insaturados
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Saponificables
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Triglicéridos o grasas
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Aceites
Mantecas
Sebos
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Ceras
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Lípidos complejos o de membrana
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Glicerolípidos
Esfingolípidos
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Insaponificables
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Terpenos
Esteroides
Hormonas Eicosanoides
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Triglicéridos:
Se componen exclusivamente de carbono ( C), hidrógeno (H) y oxígeno (0),
es la unión de glicerina con tres ácidos grasos, como es el caso de las
ácidos palmítico, esteárico y oleico. Son reserva energética de los
seres vivos y forman un “abrigo protector” que los aisla del frío y del
calor excesivo.
“Es el grupo de biomoléculas más abundante en los seres vivos”.
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| Estructura de trigliceridos |
Fosfolípidos: Son
los principales componentes de la membrana celular. Su principal
característica es su carácter anfifílico, es decir una parte de la
moléculas tienen afinidad por el agua (hidrófila) y la otra por las
grasas (lipófila).
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| Izquierda: Estructura de fosfolípidos. Derecha: Membrana celular |
Esfingolípidos:
Formados por una molécula de ácido graso (esfingosina) y una “cabeza”
polar variable. Las más importantes son esfingomielinas, cerebrósidos y
gangliósidos, componentes estructurales del tejido nervioso del cerebro y
de membranas celulares.
Esteroides y terpenos:
Son lípidos no saponificables. Los esteroides existen en cantidades
pequeñas no así los esteroles como es el caso del colesterol.
Los terpenos se
encuentran en los “aceites esenciales” de vegetales como el del limón,
mentol o alcanfor. A partir de estos se sintetizan las vitaminas
liposolubles (A, D, E y K).
Función de los lípidos.
De igual manera
que los carbohidratos, los lípidos poseen doble función en los seres
vivos: como componentes estructurales y como reserva energética. Además
intervienen como componentes funcionales importantes por ejemplo: en las
hormonas (cortisona o en las hormonas sexuales).
Proteínas.
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| Funciones de las proteínas |
Son
constituyentes químicos fundamentales en la materia viva debido a que
llevan a acabo funciones primordiales para los seres vivos como:
transporte de nutrientes, de defensa, de reserva, entre otras.
Las
proteínas son biopolímeros de elevado peso molécular, constituidas por
carbono ( C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N); aunque
tambipen pueden contener azufre (S) y fósforo (P), hierro (Fe), cobre
(Cu), magnesio (Mg), yodo (Y), entre otros. Estos elementos químicos se
agrupan para formar la unidad estructural de las proteínas llamados:
Aminoácidos, a los cuales podríamos considerar como los “ladrillos de
los edificios moleculares protéicos”.
Entonces,
las proteínas son: biopolímeros de aminoácidos y son indispensables
para que los seres vivos lleven a cabo múltiples procesos vitales.
El nombre de: aminoácidos es debido a su composición química, la cual está conformada por un grupo amino (-NH2) y otro carboxilo o ácido (-COOH).
En la naturaleza existen unos 80 aminoácidos diferentes, pero de todos ellos sólo unos 20 forman parte de las proteínas.
Estos
se dividen en esenciales y no esenciales; los primeros son aquellos que
un organismo no puede sintetizar y los segundos son los que sí puede
sintetizar. Para los seres humanos son esenciales ocho aminoácidos: treonina, metionina, lisina, valina, triptófano, leucina, isoleucina y fenilalanina (además puede añadirse la histidina como esencial durante el crecimiento, pero no para el adulto).
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| 20 aminoácidos necesarios para el ser humano |
Los
aminoácidos esenciales deben obtenerse directamente de los alimentos,
debido a que el organismo del ser humano no posee la capacidad
metabólica para sintetizarlos y se encuentran básicamente en los
alimentos de origen animal, como la leche, huevo, carne y pescado.
Cuando dos aminoácidos se unen (mediante un enlace peptídico) dan origen a dipéptido.
Dipéptidos: si el n° de aminoácidos es 2.
Tripéptidos: si el n° de aminoácidos es 3.
Tetrapéptidos: si el n° de aminoácidos es 4.
etc.
Polipéptidos o cadenas polipéptidicas: si el n° de aminoácidos es mayor a 10.
Proteína: más de 100 aminoácidos.
Proteínas.
La estructura de las proteínas se describe de acuerdo a la organización de su molécula.
Siendo cuatro sus niveles.
Estructura primaria. Está formada por una serie de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos en forma de cadenas.
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| Estructura primaria de la insulina. |
Estructura secundaria: Se forma por una serie de cadenas polipétidicas en forma de hélice o plegadas.
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| Estructura terciaria de las proteínas. |
Estructura terciaria:
Se presentan superplegamientos y enrrollamientos de la estructura
secundaria, constituyendo formas tridimensionales geométricas muy
complicadas que se mantienen por enlaces fuertes (puentes disulfuro
entre dos cisteinas) y otros débiles (puentes de hidrógeno; fuerzas de
Van der Waals; interacciones iónicas e interacciones hidrofóbicas).
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| Estructura terciaria del colágeno |
Estructura cuaternaria:
Representada por el acoplamiento de varias cadenas polipeptídicas,
iguales o diferentes, con estructuras terciarias (protómeros) que quedan
autoensambladas por enlaces débiles, no covalentes.
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| Estructura cuaternaria de la hemoglobina. |
Funciones de las proteínas.
Las proteínas poseen varias funciones y se clasifican de acuerdo a cada una:
· Estructurales:
Forman parte de tejidos permanentes como la piel, cartílago, hueso, de
estructuras celulares como la membrana o el citoplasma.
· Protectoras:
Como su nombre lo dice su principal función es proteger dentro las que
se encuentran: el colágeno o la queratina presente en garras, uñas y
pelo.
· Reguladoras:
Forman parte de las hormonas, como es el caso de la insulina la cual
regula el metabolismo de los carbohidratos en algunos organismos.
· Transportadoras:
Participan en el transporte de nutritientes o elementos químicos
esenciales para los seres vivos. La hemoglobina es una buen ejemplo de
este tipo de proteínas, está se encara de transportar el oxígeno,
necesario para los procesos de respiración.
· Contractiles: Participan en procesos de contracción muscular, como la miosina y la actina.
· Inmunitarias:
Estan involucradas en la formación de anticuerpos, los cuales actúan
contra agentes que causan daño al organismo, como es el caso de las
bacterias.
Ácidos nucleicos.
Son biopolímeros, de elevado peso molécular, formados por subunidades denominadas nucleótidos.
El
descubrimiento de los ácidos nucleicos se debe a Meischer (1869), el
cual trabajando con leucocitos y espermatozoides de salmón, obtuvo una
sustancia rica en carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y un porcentaje
elevado de fósforo. A esta sustancia se le llamó en un principio
nucleina, por encontrarse en el núcleo. Años más tarde, se fragmentó
esta nucleina, y se separó un componente proteico y un grupo prostético,
este último, por ser ácido, se le llamó ácido nucleico.
En los años 30, Kossel comprobó que tenían una estructura bastante compleja.
En
1953, James Watson y Francis Crick, descubrieron la estructura
tridimensional de uno de estos ácidos, concretamente del ácido
desoxirribonucleico (ADN).
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Los acidos nucleicos
son el ácido desoxiribonucleico (ADN), y el ácido ribonuclieco (ARN), en
ellos radica la clave de la transmisión de las características
hereditarias. Son de enorme importancia para la célula y para la vida
misma.
De forma semejante a
las proteínas, los ácidos nucleicos son largas cadenas de unidades, sólo
que en este caso se trata de cuatro nucleótidos distintos, que al
unirse forman la cadena de ADN.
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| Figura de ADN en 3D |
Tipos de ácidos nucleicos.
Los ácidos nucleicos
están formados, por la polimerización de muchos nucleótidos, los cuales
se unen de la siguiente manera: 3´- pentosa - 5´-fosfato - 3´-pentosa -
5´fosfato.
De acuerdo a su estructura y composición existen dos tipos de ácidos nucleicos:
a) Ácido desoxirribonucleico o ADN o DNA
b) Ácido ribonucleico o ARN o RNA
ADN
Es una estructura en
doble hélice que almacena la información genética y el mecanismo de
duplicación del ADN. Fue postulada por Watson y Crick.
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| Representación del ADN |
ARN
Formado
por la unión de muchos ribonucleótidos, los cuales se unen entre ellos
mediante enlaces fosfodiester en sentido 5´-3´ ( igual que en el ADN ).
Están formados por una sola cadena, a excepción del ARN.
Estructura primaria del ARN
Se refiere a la secuencia de las bases nitrogenadas que constituyen sus nucleótidos.
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| Estructura primaria del ARN |
Estructura secuandaria del ARN
Cuando se acoplan regiones complementarias capaces de aparearse.
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| Estructura secundaria del ARN |
Estructura terciaria de ARN
Es un plegamiento, sobre la estructura secundaria.
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| Estructura terciaria del ARN |
Clasificación de los ARN.
ARN Mensajero (ARNm).
- Cadenas de largo tamaño con estructura primaria.
- Se le llama mensajero porque transporta la información necesaria para la síntesis proteica.
- Cada ARNm tiene información para sintetizar una proteína determinada.
- Su vida media es corta.
ARN Ribosómico (ARNr)
- Cada ARNr presenta cadena de diferente tamaño, con estructura secundaria y terciaria.
- Forma parte de las subunidades ribosómicas cuando se une con muchas proteínas.
- Están vinculados con la síntesis de proteínas.
ARNu
- Son moléculas de pequeño tamaño.
- Se les denomina de esta manera por poseer mucho uracilo en su composición.
- Se asocia a proteínas del núcleo y forma ribonucleoproteínas.
ARN Tranferente (ARNt)
Sus principales características son.
- Son moléculas de pequeño tamaño.
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Poseen en algunas zonas estructura secundaria, lo que va hacer que en
las zonas donde no hay bases complementarias adquieran un aspecto de
bucles, como una hoja de trébol.
- Los plegamientos se llegan a hacer tan complejos que adquieren una estructura terciaria.
- Su misión es unir aminoácidos y transportarlos hasta el ARNm para sintetizar proteínas.
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| Esquema de síntesis de proteínas. |
Funciones de los ácidos nucleicos.
- Duplicación del ADN
- Expresión del mensaje genético:
- Transcripción del ADN para formar ARNm y otros
- Traducción, en los ribosomas, del mensaje contenido en el ARNm a proteinas.
Bibliografía:
