Biología: la vida en la Tierra

Presentación del tema: "Biología: la vida en la Tierra"— Transcripción de la presentación:

1 Biología: la vida en la Tierra
Teresa Audesirk • Gerald Audesirk • Bruce E. Byers Biología: la vida en la Tierra Octava Edición Capítulo 3 Moléculas biológicas Copyright © 2008 Pearson Prentice Hall, Inc.

2 Contenido del capítulo 3
3.1 ¿Por qué el carbono es tan importante en las moléculas biológicas? 3.2 ¿Cómo se sintetizan las moléculas orgánicas? 3.3 ¿Qué son los carbohidratos? 3.4 ¿Qué son los lípidos? 3.5 ¿Qué son las proteínas? 3.6 ¿Qué son los ácidos nucleicos?

3 Contenido de la sección 3.1
3.1 ¿Por qué el carbono es tan importante en las moléculas biológicas? Moléculas orgánicas/inorgánicas o grupos funcionales Orgánico contra Inorgánico en la química. Orgánico describe las moléculas que tienen una estructura de carbono. Inorgánico se refiere al dióxido de carbono y a todas las moléculas que no tienen carbono.

4 ¿Por qué el carbono es tan importante?
Un átomo de carbono puede volverse estable al enlazarse con hasta otros cuatro átomos y así formar enlaces dobles o triples. Los grupos funcionales determinan las características y la reactividad química de las moléculas orgánicas

5 Tabla 3-1 Grupos funcionales importantes en las moléculas biológicas

6 Contenido de la sección 3.2
3.2 ¿Cómo se sintetizan las moléculas orgánicas? Las moléculas biológicas se unen o se desintegran agregando o eliminando agua.

7 Síntesis de moléculas orgánicas
Las moléculas biológicas son polímeros (cadenas) de subunidades llamadas monómeros.

8 Síntesis de moléculas orgánicas
Los monómeros se enlazan mediante una reacción química denominada síntesis por deshidratación. Se elimina un H y un OH, lo que provoca la pérdida de una molécula de agua (H2O).

9 Síntesis por deshidratación
Figura 3-1 Síntesis por deshidratación FIGURA 3-1 Síntesis por deshidratación

10 Síntesis de moléculas orgánicas
Los polímeros se dividen mediante la hidrólisis (“romper con agua”). El agua de divide en H y OH y se usa para romper el enlace entre los monómeros.

11 Hidrólisis FIGURA 3-2 Hidrólisis figura 3-2 Hidrólisis

12 Síntesis de moléculas orgánicas
Todas las moléculas biológicas pertenecen a sólo cuatro categorías generales: Carbohidratos Lípidos Proteínas Ácidos nucleicos

13 Tabla 3-2 (parte 1) Las principales moléculas biológicas
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14 Tabla 3-2 (parte 2) Las principales moléculas biológicas

15 Contenido de la sección 3.3
3.3 ¿Qué son los carbohidratos? Perspectiva general Hay diversos monosacáridos con estructuras ligeramente distintas. Los disacáridos consisten en dos azúcares simples que se enlazan mediante síntesis por deshidratación. Los polisacáridos son cadenas de azúcares simples.

16 ¿Qué son los carbohidratos?
Composición de los carbohidratos: Formado por C, H, y O en proporción aproximada de 1:2:1. Estructura: Si un carbohidrato se compone de una sola molécula de azúcar, se llama monosacárido. Si se enlazan dos o más monosacáridos, forman un disacárido. Un polímero de muchos monosacáridos es un polisacárido.

17 ¿Qué son los carbohidratos?
Los carbohidratos son fuentes importantes de energía para muchos organismos. Casi todos los carbohidratos pequeños son solubles en agua debido a los grupos funcionales polares OH.

18 Monosacáridos Estructura básica de los monosacáridos:
Esqueleto de tres a siete átomos de carbono, también tres hasta nueve. Muchos grupos funcionales –OH y –H. Por lo regular, forma un anillo en las células. Ejemplo de monosacáridos: Glucosa (C6H12O6); la más común.

19 Glucosa Figura 3-4 Estructura de la glucosa FIGURA 3-4 Estructura de la glucosa. Los químicos pueden representar la misma molécula de diversas maneras; aquí la glucosa se muestra en forma lineal (recta) y como dos versiones diferentes de anillos. La glucosa forma un anillo cuando se disuelve en agua. Observa que cada articulación sin rotular en una estructura en forma de anillo es un átomo de carbono.

20 Monosacáridos Continúan ejemplos de monosacáridos:
Fructosa (contenida en la miel de maíz y la fruta). Galactosa (parte de la lactosa). Ribosa y desoxirribosa (que se encuentran en el DNA y en el RNA).

21 Figura 3-5 Monosacáridos
galactosa fructosa FIGURA 3-5 Monosacáridos

22 desoxirribosa ribosa FIGURA 3-6 Azúcares: ribosa y desoxirribosa
FIGURA 3-6 Azúcares de ribosa desoxirribosa ribosa FIGURA 3-6 Azúcares: ribosa y desoxirribosa

23 Monosacáridos El destino de los monosacáridos dentro de la célula:
Algunos se descomponen para liberar su energía química. Otros se encadenan mediante síntesis por deshidratación para formar disacáridos o polisacáridos.

24 FIGURA 3-7 Síntesis de un disacárido
FIGURA 3-7 Síntesis de un disacárido. El disacárido sacarosa se sintetiza mediante una reacción de síntesis por deshidratación donde se eliminan un hidrógeno (—H) de la glucosa y un grupo hidroxilo (—OH) de la fructosa. En el proceso se forma una molécula de agua (H—O—H), quedando los dos anillos de monosacárido unidos mediante enlaces individuales con el átomo de oxígeno restante. La hidrólisis de la sacarosa es simplemente lo inverso de su síntesis: se divide una molécula de agua y se agrega a los monosacáridos. Figura 3-7 Síntesis de un disacárido El disacárido sacarosa se sintetiza mediante una reacción de síntesis por deshidratación donde se eliminan un hidrógeno (―H) de la glucosa y un grupo hidroxilo (―OH) de la fructosa. En el proceso se forma una molécula de agua (H—O—H), quedando los dos anillos de monosacárido unidos mediante enlaces individuales con el átomo de oxígeno restante. La hidrólisis de la sacarosa es simplemente lo inverso de su síntesis: se divide una molécula de agua y se agrega a los monosacáridos.

25 Disacáridos Los disacáridos consisten en dos azúcares simples:
Sacarosa (azúcar de mesa) = glucosa + fructosa Lactosa (azúcar de leche) = glucosa + galactosa Maltosa (azúcar de malta)= glucosa + glucosa

26 Polisacáridos Polisacáridos, moléculas que almacenan energía:
Monosacáridos que se enlazan para formar cadenas (polisacáridos). Polisacáridos, moléculas que almacenan energía: Almidón (polímero de glucosa) Se forma en las raíces y en las semillas como una forma de almacenar glucosa. Glucógeno (polímero de glucosa) Se encuentra en el hígado y los músculos.

27 FIGURA 3-8 El almidón es un polisacárido para almacenar energía y está compuesto por subunidades de glucosa a) Gránulos de almidón dentro de células de papa. La mayoría de las plantas sintetizan almidón, que forma gránulos insolubles en agua integrados por muchas moléculas de almidón. b) Pequeña porción de una sola molécula de almidón, que suele presentarse como cadenas ramificadas de hasta medio millón de subunidades de glucosa. c) Estructura precisa de la porción resaltada en azul de la molécula de almidón del inciso b). Nota el ligamiento entre las subunidades individuales de glucosa y compáralo con la celulosa. Figura 3-8 El almidón es un polisacárido para almacenar energía y está compuesto por subunidades de glucosa (a) Gránulos de almidón dentro de células de papa. La mayoría de las plantas sintetizan almidón, que forma gránulos insolubles en agua integrados por muchas moléculas de almidón. b) Pequeña porción de una sola molécula de almidón, que suele presentarse como cadenas ramificadas de hasta medio millón de subunidades de glucosa. c) Estructura precisa de la porción resaltada en azul de la molécula de almidón del inciso b). Nota el ligamiento entre las subunidades individuales de glucosa y compáralo con la celulosa (véase figura 3-9).

28 FIGURA 3-8 (parte 2) El almidón es un polisacárido para almacenar energía y está compuesto por subunidades de glucosa Figura 3-8 (parte 2) El almidón es un polisacárido para almacenar energía y está compuesto por subunidades de glucosa (a) Gránulos de almidón dentro de células de papa. La mayoría de las plantas sintetizan almidón, que forma gránulos insolubles en agua integrados por muchas moléculas de almidón. b) Pequeña porción de una sola molécula de almidón, que suele presentarse como cadenas ramificadas de hasta medio millón de subunidades de glucosa. c) Estructura precisa de la porción resaltada en azul de la molécula de almidón del inciso b). Nota el ligamiento entre las subunidades individuales de glucosa y compáralo con la celulosa (véase figura 3-9).

29 Polisacáridos Polisacáridos estructurales
Celulosa (polímero de glucosa). Integra las paredes celulares de las plantas. Casi ningún animal puede digerirla debido a la orientación de los enlaces entre las subunidades de glucosa.

30 FIGURA 3-9 Estructura y función de la celulosa
PREGUNTA: Muchos tipos de plástico están formados por moléculas provenientes de la celulosa; sin embargo, los ingenieros están trabajando con empeño para desarrollar plásticos con base en moléculas de almidón. ¿Por qué los plásticos basados en almidón serían una mejoría en relación con los tipos de plástico existentes? FIGURA 3-9 Estructura y función de la celulosa La celulosa puede tener gran fuerza estructural. a) La madera de este pino de piñas con escamas de 3000 años de edad se compone principalmente de celulosa. b) La celulosa forma la pared celular que cubre cada célula de la planta. c) Las paredes celulares vegetales a menudo consisten en fibra de celulosa en capas que están anguladas entre sí y resisten el rompimiento en ambas direcciones. d) La celulosa se compone de subunidades de glucosa. Compara esta estructura con la figura 3-8c y observa que en la celulosa cada tercera molécula de glucosa está “de cabeza”.

31 Polisacáridos Continuación de polisacáridos estructurales
Quitina (polímero de unidades de glucosa modificadas). Se encuentra en las cubiertas externas de insectos, cangrejos y arañas. Se encuentra en las paredes celulares de muchos hongos.

32 FIGURA 3-10 Quitina: un polisacárido singular
FIGURA 3-10 Quitina: un polisacárido singular. La quitina tiene la misma configuración de enlaces de glucosa que observamos en la celulosa. Sin embargo, en la quitina las subunidades de glucosa tienen un grupo funcional nitrogenado (amarillo), en vez de un grupo hidroxilo. La quitina, que es resistente y ligeramente flexible, brinda soporte a los cuerpos, por lo demás blandos, de los artrópodos (insectos, arañas y sus parientes) y de los hongos. Figura 3-10 Quitina: un polisacárido singular La quitina tiene la misma configuración de enlaces de glucosa que observamos en la celulosa. Sin embargo, en la quitina las subunidades de glucosa tienen un grupo funcional nitrogenado (amarillo), en vez de un grupo hidroxilo. La quitina, que es resistente y ligeramente flexible, brinda soporte a los cuerpos, por lo demás blandos, de los artrópodos (insectos, arañas y sus parientes) y de los hongos.

33 Contenido de la sección 3.4
3.4 ¿Qué son los lípidos? Perspectiva general Los aceites, las grasas y las ceras son lípidos que sólo contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. Los fosfolípidos tienen “cabezas” solubles en agua y “colas” insolubles en agua. Los esteroides consisten en cuatro anillos de carbono fusionados.

34 ¿Qué son los lípidos? Todos los lípidos contienen regiones extensas de hidrógeno y carbono no polares. La mayoría de los lípidos son hidrofóbicos e insolubles en agua.

35 ¿Qué son los lípidos? Los lípidos tienen estructuras diversas que sirven para varias funciones: Almacenar energía. Impermeabilizar el exterior. Componente principal de las membranas celulares. Funcionan como hormonas.

36 Aceites, grasas y ceras Tienen una o más subunidades de ácido graso.
Las grasas y los aceites Se forman mediante síntesis por deshidratación: 3 ácidos grasos + glicerol  triglicérido

37 FIGURA 3-11 Síntesis de un triglicérido
Ácidos grasos Glicerol Figura 3-11 Síntesis de un triglicérido La síntesis por deshidratación enlaza una sola molécula de glicerol con tres ácidos grasos para formar un triglicérido y tres moléculas de agua. Triglicérido 3 moléculas de agua FIGURA 3-11 Síntesis de un triglicérido

38 Aceites, grasas y ceras Las grasas y los aceites se usan para almacenar energía a largo plazo. Las grasas y los aceites poseen una gran cantidad de energía química almacenada, proporcionan el doble de energía por gramo que los azúcares y proteínas.

39 FIGURA 3-12a Lípidos. Un robusto oso pardo europeo listo para hibernar
FIGURA 3-12a Lípidos. Un robusto oso pardo europeo listo para hibernar. Si este oso almacenara la misma cantidad de energía en carbohidratos en vez de en grasas, ¡probablemente no podría ni caminar! Figura 3-12a Lípidos (a) Un robusto oso pardo europeo listo para hibernar. Si este oso almacenara la misma cantidad de energía en carbohidratos en vez de en grasas, ¡probablemente no podría ni caminar!

40 Aceites, grasas y ceras La solidez de la grasa se debe a enlaces de carbono sencillos o dobles. Las grasas que están sólidas a temperatura ambiente son saturadas (la cadena de carbono tiene muchos átomos de hidrógeno, y casi todos o todos son enlaces C-C); por ejemplo, la grasa animal.

41 FIGURA 3-13 La grasa animal es saturada

42 Aceites, grasas y ceras La solidez de la grasa se debe a enlaces de carbono sencillos o dobles (continuación): Las grasas que son líquidas a temperatura ambiente son insaturadas (menos átomos de hidrógeno, muchos enlaces C=C); por ejemplo, el aceite de maíz. Las transgrasas insaturadas han sido vinculadas a las enfermedades cardíacas.

43 FIGURA 3-14 El aceite de linaza es insaturado

44 Aceites, grasas y ceras Las ceras están compuestas por largas cadenas de carbono e hidrógeno y son altamente hidrofóbicas. Las ceras están muy saturadas y son sólidas a temperatura ambiente.

45 Aceites, grasas y ceras Las ceras forman un recubrimiento impermeable:
Hojas y los tallos de las plantas Pelo de los mamíferos Exoesqueletos de los insectos Se usan para construir las estructuras de las colmenas.

46 Figura 3-12b Lípidos (b) La cera es un lípido altamente saturado que mantiene su firmeza a temperatura ambiente. Su rigidez permite usarla para moldear los hexágonos de este panal, que son muy resistentes pese a lo delgado de sus paredes. FIGURA 3-12b Lípidos. La cera es un lípido altamente saturado que mantiene su firmeza a temperatura ambiente. Su rigidez permite usarla para moldear los hexágonos de este panal, que son muy resistentes pese a lo delgado de sus paredes.

47 Fosfolípidos Fosfolípidos: Forman parte de la membrana plasmática que cubre cada célula. Estructura 2 ácidos grasos + glicerol + grupo fosfato + un un grupo funcional polar

48 Cabeza polar (hidrofílica) Columna vertebral de glicerol Colas de ácido graso (hidrofóbica) FIGURA 3-15 Fosfolípidos. Los fosfolípidos tienen dos colas de ácido graso unidas al esqueleto o columna vertebral de glicerol. La tercera posición del glicerol está ocupada por una “cabeza” polar integrada por un grupo fosfato, al cual está unido un segundo grupo funcional (que por lo regular contiene nitrógeno). El grupo fosfato tiene una ligera carga negativa, y el grupo nitrogenado, una ligera carga positiva, lo cual hace que las cabezas sean hidrofílicas. Figura 3-15 Fosfolípidos Los fosfolípidos tienen dos colas de ácido graso unidas al esqueleto o columna vertebral de glicerol. La tercera posición del glicerol está ocupada por una “cabeza” polar integrada por un grupo fosfato, al cual está unido un segundo grupo funcional (que por lo regular contiene nitrógeno). El grupo fosfato tiene una ligera carga negativa y el grupo nitrogenado tiene una ligera carga positiva, lo cual hace que las cabezas sean hidrofílicas.

49 Fosfolípidos Los fosfolípidos tienen porciones hidrofóbicas e hidrofílicas. Los grupos funcionales polares son solubles en agua. Las “colas” de ácido graso no polar no son solubles en el agua.

50 Esteroides Los esteroides consisten en cuatro anillos de carbono fusionados. Ejemplos de esteroides: Colesterol Se encuentra en las membranas de las células animales. Hormonas masculinas y femeninas

51 Estrógeno Colesterol Testosterona
PREGUNTA: ¿Por qué después de viajar por el torrente sanguíneo las hormonas esteroides son capaces de penetrar las membranas plasmáticas y las membranas nucleares de las células para producir sus efectos? FIGURA 3-16 Esteroides. Los esteroides se sintetizan a partir del colesterol. Todos los esteroides tienen una estructura molecular no polar similar (compárala con los anillos del carbono). Las diferencias en la función de los esteroides dan como resultado diferencias en los grupos funcionales unidos a los anillos. Nota la similitud entre la hormona sexual masculina testosterona y la hormona sexual femenina estradiol (un estrógeno).