II UNIDAD: POLÍMEROS SINTÉTICOS Y NATURALES CAP 2: POLÍMEROS NATURALES Colegio Andrés Bello Chiguayante II UNIDAD: POLÍMEROS SINTÉTICOS Y NATURALES CAP 2: POLÍMEROS NATURALES Jorge Pacheco R. Profesor de Biología y Química

POLÍMEROS NATURALES APRENDIZAJES ESPERADOS: Identifican la composición y función biológica de los carbohidratos. Identifican la estructura, composición y organización de las proteínas. Comprenden el rol biológico de ciertas proteínas en función de sus estructuras. Reconocen la estructura de los ácidos nucleícos y sus funciones.

Proteínas (principalmente Albúmina) PREGUNTA PREVIA ¿Qué polímero natural se presenta en mayor proporción en el siguiente alimento: carbohidrato o proteínas? Proteínas (principalmente Albúmina)

Carbohidratos (Almidón) PREGUNTA PREVIA ¿Qué polímero natural se presenta en mayor proporción en el siguiente alimento: carbohidrato o proteínas? Carbohidratos (Almidón)

Proteínas (Actina y Miosina) PREGUNTA PREVIA ¿Qué polímero natural se presenta en mayor proporción en el siguiente alimento: carbohidrato o proteínas? Proteínas (Actina y Miosina)

Energética y Estructural PREGUNTA PREVIA ¿Qué función biológica cumple los carbohidratos? Energética y Estructural

Estructural y Transporte PREGUNTA PREVIA ¿Qué función biológica cumple las proteínas? Estructural y Transporte

PREGUNTA PREVIA ¿Qué similitudes existen entre estas moléculas? Ambas moléculas tienen seis átomos de carbono, cinco grupos hidroxilos (–OH) y un grupo carbonilo (–C=O).

PREGUNTA PREVIA ¿Qué diferencias existen entre estas moléculas? El grupo carbonilo de la glucosa está dentro del grupo funcional aldehído, y en la fructosa como cetona.

PREGUNTA PREVIA ¿Estas moléculas son solubles en agua? Ambas moléculas son solubles en agua, debido a que poseen grupos polares (–OH).

PREGUNTA PREVIA ¿Qué molécula se forma al unir la glucosa con la fructosa?, ¿qué molécula se elimina a partir de esta reacción química? De la unión glucosa con una fructosa se origina una molécula de sacarosa (disacárido); y se elimina una molécula de agua.

Pueden ser de origen animal o vegetal. ¿QUÉ SON LOS POLÍMEROS NATURALES? Los polímeros naturales, como su nombre lo indica, son de origen natural. Pueden ser de origen animal o vegetal. Algunos ejemplos de polímeros naturales son: La celulosa, el algodón, la seda, el caucho natural, la lana, la quitina, el almidón, el ADN.

Celulosa cruda blanqueada EJEMPLOS DE POLÍMEROS NATURALES Celulosa cruda blanqueada

Celulosa, imagen de microscopio electrónico EJEMPLOS DE POLÍMEROS NATURALES Celulosa, imagen de microscopio electrónico

EJEMPLOS DE POLÍMEROS NATURALES Algodón

Algodón: imagen de microscopio electrónico EJEMPLOS DE POLÍMEROS NATURALES Algodón: imagen de microscopio electrónico

POLÍMEROS NATURALES Las moléculas precursores generan, a su vez, moléculas de mayor masa molecular, llamadas monómeros, los que se unen entre sí, formando los polímeros naturales.

POLÍMEROS NATURALES De acuerdo con el tipo de unidad estructural que los integra, los polímeros naturales que constituyen la materia viva corresponden básicamente a tres grandes categorías:

X X X X X ACTIVIDAD: RESPONDER ¿Qué semejanzas hay entre estos tres polímeros en cuanto a los elementos químicos que los conforman?, ¿qué diferencias? POLÍMEROS C H O N P S POLISACÁRIDOS PROTEÍNAS ÁCIDOS NUCLEÍCOS X X X X X

LOS CARBOHIDRATOS

CARBOHIDRATOS Hidratos de Carbono. Glícidos o glúcidos (dulce). Sacáridos (azúcar). El azúcar común es uno sólo de los centenares de compuestos distintos que pueden clasificarse en este grupo. Son macromoléculas formado por la unión de monosacáridos. Cada monosacáridos formado por C, H y O. Cada monosacáridos corresponde a un esqueleto formado entre 3 a 8 carbonos.

CLASIFICACIÓN Según el número de monosacáridos: Monosacáridos : 1 Disacáridos : 2 Oligosacáridos : 3 a 10. Polisacáridos : >10.

CLASIFICACIÓN

MONOSACÁRIDOS MONOSACÁRIDOS IMPORTANCIA Glucosa Constituye el “azúcar” del organismo. Es el que principalmente utilizan los tejidos. Fructosa El hígado y el intestino pueden convertirla en glucosa. Galactosa Es sintetizada en las glándulas mamarias, para formar la lactosa de la elche,

MONOSACÁRIDOS MONOSACÁRIDOS TIPO FUNCIÓN Eritrosa y Eritrulosa Tetrosas Intermediarios en la glucólisis. Ribosa y Desoxirribosa Aldopentosa Constituyentes de los Ácidos Nucleícos. Ribulosa Cetopentosa Aceptor del CO2 en la fotosíntesis. Glusoca Aldohexosa Molécula energética.

MONOSACÁRIDOS

MONOSACÁRIDOS

MONOSACÁRIDOS

DISACARIDOS Maltosa Digestión con amilasa o hidrólisis del almidón. MONOSACARIDOS IMPORTANCIA Maltosa Glucosa + Glucosa Digestión con amilasa o hidrólisis del almidón. Lactosa Glucosa+ Galactosa Principal fuente de carbohidratos en el lactante. Sacarosa Glucosa + Fructosa Se transporta en los fluidos vegetales.

DISACARIDOS

POLISACARIDOS Entre los mas importantes están: Almidón; Glucógeno y Celulosa. FUNCIONES: Energético. Estructural. Mensajeros.

POLISACARIDO: CELULOSA Polisacárido estructural en los vegetales. El algodón tiene sobre un 90% de celulosa. La celulosa es en rigor homopolisacárido, es decir, está compuesto por un único monómero de azúcar.

POLISACARIDO: ALMIDÓN Polisacárido, presente en la mayoría de las plantas. Es una reserva alimenticia. Lo encontramos en el maíz, arroz y papas, entre otros.

POLISACARIDO: QUITINA

ACTIVIDAD: CLASIFICAR Clasifica estos tres carbohidratos en aldosas y cetosas. CETOSA ALDOSA ALDOSA

ACTIVIDAD: RESPONDER ¿Qué son los carbohidratos? ¿En qué consiste el enlace glucosídico? ¿Qué es el Almidón y cuál es su importancia? ¿Por qué se considera a la Celulosa un polisacárido estructural? ¿Qué es un disacárido?

PROYECCIONES PROYECCIÓN DE FISCHER PROYECCIÓN DE HAWORTH

LAS PROTEÍNAS

¿QUÉ SON LAS PROTEÍNAS? Son las macromoléculas más abundantes de la célula. Cumple función estructural y participa de los procesos metabólicos. El 50% o más de la masa libre de agua (peso seco) del cuerpo humano se compone de proteínas. Los monómeros son los aminoácidos.

LAS PROTEÍNAS

LOS AMINOÁCIDOS Los aminoácidos experimentan una reacción ácido-base que los transforma en un ion dipolar o zwitterion, formando un ion amonio, y un ion carboxilato. Debido a las cargas, los aminoácidos son solubles en agua y tienen propiedades anfóteras.

FUNCIÓN DE LAS PROTEÍNAS

CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS

CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS

ENLACE PEPTÍDICO Los aminoácidos se unen entre sí mediante una unión que recibe el nombre de enlace peptídico. El conjunto de dos Aa unidos por un enlace peptídico recibe el nombre de dipéptido, si se trata de tres Aa tripéptido, y así sucesivamente.  Se habla de oligopéptidos cuando hay un número moderado de Aa y de polipeptidos cuando hay un número elevado de Aa.

CADENAS PEPTÍDICAS Una cadena peptídica adquiere la estructura de planos sucesivos que pueden tomar distintos ángulos entre sí, y de los que salen lateralmente los grupos químicos de cada aminoácido (las cadenas laterales R).

ESTRUCTURA PRIMARIA Corresponde a la secuencia de aminoácidos: aminoácidos que componen la proteína y orden en que se encuentran (Cada proteína posee una específica).

ESTRUCTURA SECUNDARIA Organización en el espacio de la cadena polipeptídica  estabilizada por enlaces por puentes de hidrógeno entre los elementos C=O y NH de los enlaces peptídicos. Hay varios tipos de estructura secundaría periódica, los más frecuentes: Hélice alfa. Hoja plegada o estructura beta. Hélice del colágeno. Giro beta.

HELICE ALFA Los planos de los sucesivos enlaces peptídicos se disponen formando una hélice dextrógira. Todas las cadenas laterales de los Aa se proyectan hacia fuera de la hélice y los grupos C=O y N-H de los enlaces peptídicos quedan hacia arriba o hacia abajo, en dirección más o menos paralela al eje de la hélice.

ESTRUCTURA BETA En esta estructura los planos de los enlaces peptídicos sucesivos se disponen en zig.zag, La estructura se estabiliza también mediante enlaces por puentes de hidrógeno entre los grupos C=O y N-H de planos peptídicos pertenecientes a diferentes segmentos de la cadena polipeptídica.

ESTRUCTURA TERCIARIA Las interacciones  que estabilizan la estructura terciaria son variadas: Puentes disulfuro (-S-S-). Puentes de hidrógeno. Interacciones electrostáticas. Interacciones de van der Waals. Interacciones hidrofóbicas entre.grupos apolares.

ESTRUCTURA TERCIARIA

ESTRUCTURA CUATERNARIA Cuando una proteína está formada por varias cadenas polipeptídicas denominadas subunidades proteicas (proteína oligomérica) existe un nivel estructural superior llamado estructura cuaternaria. Se trata la asociación entre las distintas subunidades.

DISPOSICIONES DE CADENAS DE AA

CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS SEGÚN SU COMPOSICION: Holoproteínas o Proteínas Simples: Están formadas únicamente por cadenas polipeptídicas. Heteropoteínas o proteínas complejas o conjugadas: Además de las cadenas polipeptídicas, están compuestas también por una parte no proteica que se denomina grupo prostético. En este grupo están las metaloproteínas (ion metálico), glucoproteínas (glúcido), lipoproteínas (lípido), hemoproteínas como la hemoglobina (grupo hemo).

CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS SEGÚN SU ESTRUCTURA TERCIARIA: Proteínas globulares: Tienen una forma más o menos esférica, generalmente son solubles en agua o en disoluciones salinas diluidas. Proteínas fibrilares: con forma alargada; generalmente son insolubles en agua y son las responsables de la mayor parte de las estructuras fijas de los organismos.

DESNATURALIZACIÓN DE LAS PROTEÍNAS Cambio en la disposición espacial de la cadena polipeptídica dentro de la molécula, desordenando su estructura. AGENTES FÍSICOS AGENTES QUÍMICOS Calentamiento Ácidos Enfriamiento Bases Tratamientos Mecánicos Metales Presión Hidrostática Disolventes Orgánicos Irradiación Soluciones de sustancias orgánicas (urea, guanina)

LAS ENZIMAS

PREGUNTAS ¿Qué significa que un aminoácido se clasifique como esencial? ¿Qué diferencia a un aminoácido de carácter ácido de un aminoácido de carácter básico? Las proteínas presentan una organización estructural que depende de las interacciones entre los aminoácidos que las forman. ¿Cuáles son las características de las estructuras primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria? ¿En qué consiste la desnaturalización de una proteína? ¿Qué es un zwitterión y cómo se forma? ¿Cómo se forma un enlace peptídico? ¿Qué función cumple el colágeno? ¿Qué diferencias existen entre una proteína fibrilar y una globular?

LOS ÁCIDOS NUCLEÍCOS

ANTECEDENTES J. Friedrich Miescher Miescher en 1871 aisló del núcleo de las células de pus una sustancia ácida rica en fósforo que llamó "nucleína". Un año más tarde, en 1872, aisló de la cabeza de los espermas del salmón un compuesto que denominó "protamina" y que resultó ser una sustancia ácida y otra básica. El nombre de ácido nucleico procede del de "nucleína" propuesto por Miescher. J. Friedrich Miescher 

REGLAS DE CHARGAFF PARA EL ADN La proporción de Adenina (A) es igual a la de Timina (T). A = T . La relación entre Adenina y Timina es igual a la unidad (A/T = 1). La proporción de Guanina (G) es igual a la de Citosina (C). G= C. La relación entre Guanina y Citosina es igual a la unidad ( G/C=1). La proporción de bases púricas (A+G) es igual a la de las bases pirimidínicas (T+C). (A+G) = (T + C). La relación entre  (A+G) y (T+C) es igual a la unidad (A+G)/(T+C)=1. Edwin Chargaff

Difracción de Rayos X: ADN-B MODELO DE WATSON Y CRICK Difracción de Rayos X: ADN-B El ADN es la molécula formada por dos cadenas de nucleótidos que se unen entre sí a través de las bases nitrogenadas y luego se enrolla helicoidalmente.

LOS ÁCIDOS NUCLEÍCOS Son biopolímeros que se encuentran en el núcleo y en el citoplasma de la célula. Existen dos tipos: ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN). El ADN almacena la información genética que es transmitida a la descendencia. El ARN transporta la información genética del ADN (núcleo) al citoplasma celular, donde es traducida, leída y puede expresarse.

LOS ÁCIDOS NUCLEÍCOS

LOS ÁCIDOS NUCLEÍCOS

NUCLEÓTIDOS

PENTOSA

BASES NITROGENADAS

BASES NITROGENADAS: PURINAS

BASES NITROGENADAS: PIRIMIDINAS

LOS ÁCIDOS NUCLEÍCOS

LOS ÁCIDOS NUCLEÍCOS Químicamente, el ARN es muy semejante al ADN, pero difieren en: El azúcar que lo compone, en lugar de la Timina el ARN contiene Uracilo y en la mayoría de los casos, el ARN se encuentra como cadena simple.

UNIÓN FOSFODIÉSTER

LOS ÁCIDOS NUCLEÍCOS El dogma central de la genética molecular. La replicación del ADN ocurres sólo una vez en cada ciclo celular. La transcripción y la traducción, sin embargo, ocurren repetidamente a través de toda la interfase del ciclo celular. Estos procesos ocurren en una sola dirección.

LOS ÁCIDOS NUCLEÍCOS

LOS ÁCIDOS NUCLEÍCOS

ACTIVIDAD: RESPONDER ¿Cuál es la unidad básica de los ácidos nucleícos y cuál es su composición? ¿Qué diferencias hay entre la molécula de ADN y ARN? Señala tres. ¿Qué pares de bases están siempre unidas en el ADN? Considerando la siguiente secuencia de la hebra de ADN: CCT TAT TCCGAC CCT TGC, escribe la secuencia de la hebra complementaria de ADN y la de ARN que se formaría a partir de cada una de ellas. Imagina una sola hebra de ADN que contiene una sección con la siguiente secuencia de bases nitrogenadas: A – C – T – C – G – A. ¿Cuál es la secuencia de bases nitrogenadas de la hebra complementaria?

Profesor de Biología y Química Colegio Andrés Bello Chiguayante Muchas Gracias Jorge Pacheco R. Profesor de Biología y Química