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Facultad de Medicina Biología Celular y Molecular.

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1 Facultad de Medicina Biología Celular y Molecular

2 La vida depende de… …miles de interacciones y reacciones químicas exquisitamente coordinadas tanto en el tiempo como en el espacio y bajo la influencia de instrucciones genéticas y del medio ambiente.

3 En el interior de las células ocurren diversas reacciones químicas reguladas y coordinadas con una alta precisión.

4 La primera forma de vida apareció en un medio acuoso y las propiedades de éste medio ha influenciado profundamente en la química de la vida.

5 Todos los organismos vivos… …se componen de sustancias químicas inorgánicas y orgánicas, que aparecen en aproximadamente las mismas proporciones, y realizan las mismas tareas generales. La células están constituidas por las mismas moléculas y los mismos átomos presentes en seres inanimados.

6 El hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, carbono, fósforo, y azufre: Representan más del 99% de la masa de las células vivas. Cuando se combina en diversas maneras prácticamente forman todas las biomoléculas. Estos átomos son inicialmente empleados en la síntesis de un pequeño número de bloques de construcción (monómeros). Estos monómeros son utilizados en la construcción de un amplia gama de macromoléculas vitales.

7 Bloque de construcción Macromolécula AminoácidosProteínas NucleótidosADN y ARN AzúcaresAlmidón y celulosa. Los fosfolípidos y colesterol forman parte de las biomembranas.

8 Hay cuatro clases generales de macromoléculas dentro de las células vivas: Ácidos nucleicos. Proteínas. Polisacáridos. Lípidos.

9 Hay cuatro clases generales de macromoléculas: Ácidos nucléicos, Proteínas, Polisacáridos y Lípidos. Estos compuestos tienen pesos moleculares que van desde 1 x 10 3 a 1 x Se forman mediante la polimerización de bloques de construcción que tienen pesos moleculares en el rango de 50 a 150.

10 Formación de macromoléculas dentro de la célula Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno, Carbono, Fósforo, Azufre Nucleótidos aminoácidosAcetil coenzima A Azúcares simples (ej. Glucosa) Acido graso (Ej. Acido palmítico) ACIDOS NUCLEICOSPROTEÍNAS LÍPIDOS POLISACARIDOS Colesterol B = Base conteniendo N R = Cadena latera

11 Energía térmica Fuerzas de Van der Waals Fuerzas electrostáticas Puentes de Hidrógeno Hidrólisis del ATP Enlace fosfoanhidro Enlaces covalentes Interacciones no covalentes Los enlaces covalentes son mucho más estables y más fuertes que las interacciones no covalentes Las interacciones no covalentes participan estabilizando la estructura de la macromolécula.

12 Las células contienen mucho más moléculas de proteínas que moléculas de ADN. El ADN es la biomolécula de mayor longitud de la célula. En las células eucariotas se localiza en el núcleo, en las mitocondrias y cloroplastos.

13 Composición química aproximada de una célula en rápida división (E. coli) Compuesto% peso húmedo de la célula Diferentes tipos de moléculas/célula Agua701 Ácidos nucleicos: ADN11 ARN6 Ribosomal3 Transferencia40 Mensajero1000 Nucleótidos y metabolitos0,8200 Proteínas – Aminoácidos y metabolitos0,8100 Polisacáridos3200 Lípidos y metabolitos250 Iones inorgánicos120 Otros0,4200 Watson JD: Molecular Biology of the Gene, 2nd ed., Philadelphia, PA: Saunders, La composición química de un organismo celular no tiene mayor diferencia que la de un organismo multicelular, incluyendo los mamíferos.

14 Un óvulo humano de aprox. 200 micrómetros de diámetro rodeado de espermatozoides. De la unión de un óvulo y un espermatozoide se tiene una célula que dará origen a los 1 x células que conforman el cuerpo humano.

15 El agua es una molécula bipolar importante para la vida

16 El agua es la molécula más abundante de las células: Aproximadamente el 99% de las moléculas celulares son moléculas de agua. El agua representa aproximadamente el 70% del total de peso húmedo de la célula. Aunque el agua es importante para la vitalidad de todas las células, la mayor parte de nuestra atención está por lo general centrada en el otro 1% de biomoléculas.

17 Las moléculas de agua forman puentes de hidrógeno con otras moléculas de agua y con moléculas diferentes. Momento dipolar

18 La distancia entre los átomos en un enlace covalente es menor que la distancia en un enlace de hidrógeno. El enlace covalente es más fuerte. Las macromoléculas tienen una abundancia de enlaces covalentes. La célula para formar enlaces covalentes requiere más energía.

19 Los iones tienen una capa de agua

20 Los gases necesarios para la vida son solubles en el agua.

21 El agua organiza las membranas celulares: Las regiones hidrofílicas de una molécula interactúa con el agua. Las regiones no cargadas (hidrofóbicas) se esconden del agua.

22 El agua permite la interacción entre moléculas, La reacciones químicas que acontecen en el interior de la célula ocurren por lo general en un medio acuoso. Ej. Sustrato y enzima

23 El pH del agua es neutra

24 Las interacciones entre el agua y otros constituyentes de la célula es de importancia central en la química biológica. La propiedad de ser una molécula polar le permite interactuar con diversas moléculas que exponen cargas positivas o negativas: – hidrógenos: ligera carga positiva. – Oxígeno: una ligera carga negativa.

25 Los iones tienen una distribución característica fuera y dentro de la célula. Generan microambientes propicios para las diversas reacciones químicas. La distribución asimétrica de los diversos iones da polaridad a la membrana celular.

26 Ácidos Nucleicos Son polímeros (gr. Poli = varios, mer = unidad) de nucleótidos. Almacenan y transmiten la información genética. Sólo 4 nucleótidos diferentes se utilizan en la biosíntesis de los ácidos nucléicos: – Ácido ribonucleico. – Ácido desoxirribonucleico.

27 Pnemotécnia: PiCUT PuAG PURINAS PIRIMIDINAS Las bases nitrogenadas forman el ADN y ARN

28 El nucleótido es la unidad formadora de ADN y ARN

29 La información genética contenida en los ácidos nucleicos es almacenada y reproducida en los cromosomas, que contienen genes (gr. gennan = "producir"). La especie humana tiene 23 pares de cromosomas

30 Un cromosoma es una molécula de ácido desoxirribonucleico (ADN) interactuando con proteínas histonas. Los genes son segmentos de un ADN intacto. El número total de genes en una determinada célula de mamíferos es de varios miles. Cuando una célula se replica por sí misma se producen copias idénticas de moléculas de ADN conservándose la información para la descendencia. La información genética presente en el ADN está disponible para dirigir prácticamente todas las reacciones químicas dentro de la célula.

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32 La mayor parte de la información genética llevada por el ADN proporciona instrucciones para el ensamblaje de prácticamente todas las proteínas de la célula. El flujo de información de ácidos nucleicos a las proteínas es comúnmente representado como: ADN Significa que la secuencia de nucleótidos en un gen de ADN especifica el montaje de un secuencia de nucleótidos en una molécula de ARNm, lo que a su vez dirige el montaje de la secuencia de aminoácidos en la proteína a través de moléculas de ARNt y ARNr. ARN mensajero ARN de transferencia ARN ribosomal proteínas.

33 Proteínas Las proteínas son polímeros de aminoácidos responsables de la implementación de las instrucciones contenidas dentro del código genético. 20 diferentes aminoácidos se utilizan para sintetizar las proteínas, aproximadamente la mitad se forman como intermediarios metabólicos, mientras que el resto debe ser incorporado a través de la dieta*. * aminoácidos esenciales

34 20 aminoácidos forman TODAS las proteínas del cuerpo. Una célula tiene miles de proteínas. Cada proteína diferente cumple un rol específico necesario para la vida de la célula.

35 La carga en la cadena de aminoácido depende de del pH. Los ácidos carboxilos captan en una solución acuosa los H+ para formar un ión de carga negativa (aspartato, glutamato). El grupo amina en solución acuosa capta H+ para formar un ión cargado positivamente. Estas reacciones son rápidamente reversibles, las formas cargadas o no cargadas dependen del pH de la solución. pH alto: El ácido carboxilo tiende a estar cargado y las aminas a estar descargadas. pH bajo: El ácido carboxilo esta descargado y las aminas cargadas. Si a pH = 7: La mitad de los carboxilo y la mitad de los residuos de amina están cargados. Es el pK de este aminoácido.

36 Proteínas Cada proteína formada en el cuerpo, es única en su estructura y función, participa en procesos que caracterizan la individualidad de células, tejidos, órganos y sistemas orgánicos. Un célula contiene miles de diferentes proteínas, cada una con una función diferente. Las proteínas son constantemente sintetizadas para reemplazar a las proteínas alteradas las que son degradadas por sistemas proteolíticos celulares.

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38 Las proteínas pueden tener hasta cuatro estructuras.

39 estructura primaria, secundaria, terciaria algunas proteínas tienen estructura cuaternaria.

40 Funciones de las proteínas 1.Muchas proteínas funcionan como enzimas catalizando las reacciones químicas. Prácticamente todas las reacciones químicas en la célula viva requiere de una enzima. 2.Otras proteínas transportan diferentes compuestos, hacia fuera o al interior de las células. 3.Algunas actúan como proteínas de almacenamiento (ej. La mioglobina se une al oxígeno en el músculo).

41 Funciones de las proteínas 4.Otras proteínas funcionan como moléculas de defensa en la sangre o en la superficie de las células (ej. proteínas de coagulación e inmunoglobulinas). 5.Existen proteínas contráctiles (por ejemplo, la actina, miosina y la troponina de las fibras musculares esqueléticas). 6.Otras proteínas tienen un rol estructural (por ejemplo, colágeno y elastina). Las proteínas, a diferencia del glucógeno y triglicéridos, no son sintetizadas ni almacenadas como entidades no funcionales.

42 Polisacáridos Los polisacáridos son polímeros de azúcares simples (es decir, monosacáridos). (gr. Sakchar = "azúcar o dulzura".) Algunos polisacáridos son polímeros homogéneos que contienen sólo un tipo de azúcar (ej. glucógeno). Otros polisacáridos son polímeros heterogéneos complejos que contienen tipos de azúcares.

43 Bacteria Glicoproteinas Glicolípidos Mono- sacáridos Peptidoglicano (mureina) Periplasma Proteoglicanos Glucógeno Aminoácidos Piruvato Otros monosacáridos Glucosa

44 Polisacáridos En contraste con los polímeros heterogéneos (por ejemplo, proteínas, ácidos nucleicos, y algunos polisacáridos), los polímeros homogéneos no llevan información.

45 Los polisacáridos pueden ser: 1.Componentes funcionales y estructurales de las células. (ej. glicoproteínas y glicolípidos). 2.Formas de almacenamiento de energía, no informacional. (ej. glucógeno). Los 8 a 10 monosacáridos que se convierten en los pilares para polisacáridos heterogéneos pueden ser sintetizados desde glucosa o formados a partir de otros intermediarios metabólicos.

46 Lípidos Lípidos (gr. lipos ="grasa") son sustancias no polares en su mayoría insolubles en agua (excepto: ácidos grasos cadena corta volátiles y cuerpos cetónicos).

47 Lípidos Funciones: Componente de membranas (colesterol, glicolípidos y fosfolípidos). Precursores a otras importantes biomoléculas (ácidos grasos). Revestimientos de protección para prevenir la infección y el exceso de ganancia o pérdida de agua. Vitaminas (A, D, E, y K). Hormonas esteroides.

48 Lípidos Funciones: Forma de almacenamiento de energía (triglicéridos). Barreras de aislamiento (depósitos de grasa neutra). Aislamiento térmico

49 Lípidos Todos los lípidos pueden ser sintetizados a partir de acetil-CoA. Acetil coenzima A se pueden generar de diversas fuentes: – Carbohidratos. – Aminoácidos. – Ácidos grasos de cadena corta volátiles (ej. acetato). – Cuerpos cetónicos. – Ácidos grasos.

50 Lípidos. Clasificación: 1.Lípidos simples: incluyen únicamente las que son ésteres de ácidos grasos y un alcohol (ej. mono-, di- y triglicéridos). 2.Lípidos compuestos: incluyen diversos materiales que contienen otros sustancias, además de un alcohol y ácido graso (ej. Fosfoacilglicerol, esfingomielina y cerebrósidos) 3.Lípidos derivados: incluyen aquellos que no pueden ser claramente clasificados (ej. esteroides, eicosanoides y las vitaminas liposolubles).

51 Lípidos Principales clases: 1.Ácidos grasos saturados e insaturados (de cadena corta, mediana y larga). 2.Triglicéridos. 3.Lipoproteínas: Quilomicrones. Lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL). Lipoproteínas de baja densidad (LDL). Lipoproteínas de densidad intermedia (IDL). Lipoproteínas de alta densidad (HDL). 4.Fosfolípidos y glicolípidos. 5.Esteroides (colesterol, la progesterona, etc). 6.Eicosanoides (prostaglandinas, tromboxanos, y leucotrienos).

52 Ácidos grasos saturados e insaturados

53 Los fosfolípidos forman bicapas. Las regiones hidrofóbicas se orientan a regiones donde no existe una abundancia de agua.

54 Los lípidos de membrana son: 1.Fosfolípidos 2.Glicolípidos. 3.Colesterol

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