BIOQUÍMICA

BIOELEMENTOS E BIOMOLÉCULAS

Bioelementos: son elementos químicos que constitúen a materia dos seres vivos. Clasifícanse en: Primarios: representan o 96,2% de toda a materia viva. Indispensables para a formación de glícidos, lípidos, proteínas e ácidos nucleicos. Son: C, H,O,N,P e S Secundarios: menos abundantes que os anteriores pero desempeñan funcións vitais na fisioloxía celular. Exemplos: Na, K, Ca, Mg, Cl, Oligoelementos: aparecen en cantidades < 0,1% pero son fundamentais para o correcto funcionamento dos seres vivos. Exemplos: Fe, Cu, Zn, Mn, I, Co, etc.

Biomoléculas: moléculas que forman parte dos seres vivos e están constituídas por bioelementos. Clasifícanse en: Inorgánicas: Auga Sales minerais Orgánicas: Glícidos Lípidos Proteínas Ácidos nucleicos

A AUGA

A auga: É a molécula máis abundante nos seres vivos. Indispensable para a vida. Estrutura: Formada pola unión de 1 átomo de O e 2 de H, unidos por enlaces covalentes. É una molécula POLAR ou dipolar: Isto significa que aínda que a molécula é eléctricamente neutra, presenta 2 zonas ou polos: o átomo de O é máis electronegativo que o do H  por isto os e- compartidos do enlace están máis desprazados cara o O, deixando esa zona cunha carga lixeiramente máis negativa. Debido a este carácter polar as moléculas de auga interaccionan entre sí mediante enlaces ou pontes de H Cada moléc. de auga pode formar ata 4 enlaces de H: 1 por cada átomo de H e 2 polo O, formando así cadeas de moléculas de H2O. Responsable das propiedades da auga

Propiedades biolóxicas da auga: Derivan do seu carácter polar, que fai que sexa líquida a temperatura ambiente Disolvente universal: por ser un gran disolvente, gran cantidade de substancias son transportadas polo organismo ou incorporadas ás células disoltas nela. Alta reactividade química: proporciónalle ao medio os H+ e OH- necesarios para as reaccións metabólicas das células. Elevada calor específica e calor de vaporización: a auga absorbe gran cantidade de calor sen sufrir un aumento importante de Tª (debido ás unións por pontes de H: emprégase parte da calor en romper estes enlaces de H)  Isto é importante na termorregulación (permite aos seres vivos diminuír a súa Tª por medio da evaporación de auga, como ocorre ao súar) Elevada tensión superficial: (resistencia que opón un líquido á penetración de corpos nel permite que os insectos “anden” sobre a auga) Densidade máis alta en estado líquido ca en estado sólido: en estado sólido os enlaces de H forman un retículo que ocupa maior volume que en estado líquido. Polo tanto, o xeo é menos denso que a auga, polo que flota sobre ela, formando unha capa termoaillante que posibilita a vida debaixo dela en climas fríos.

OS SALES MINERAIS

Os sales minerais: atópanse nos seres vivos en cantidades comprendidas entre o 1% e o 5%. Poden atoparse: En forma sólida ou precipitada: orixinan estruturas esqueléticas e de suxeición. Exemplo: CaCO3  constitúe esqueleto de moluscos En disolución: Actúan como sistemas tampón, controlando as variacións do pH Manteñen o equilibrio osmótico Regulan accións específicas: activación de enzimas, transmisión do impulso nervioso, contracción muscular, coagulación sanguínea, etc.

Sales minerais disoltos: mantemento do equilibrio osmótico Ósmose: fenómeno no que se produce o paso ou difusión dun disolvente a través dunha membrana semipermeable (permite o paso de disolventes, pero non de solutos) dende unha disolución máis diluida a outra máis concentrada, coa finalidade de equilibrar as concentracións. A membrana plasmática da célula pode considerarse semipermeable, e por isto as células deben permanecer en equilibrio osmótico cos líquidos que as rodean. Se non fose así: problemas de turxencia ou plasmólisis e  morte celular!!

Cando as concentracións dos fluidos extracelulares e intracelulares é igual, ambas disolucións son isotónicas. Se os líquidos extracelulares aumentan a súa concentración de solutos voltanse hipertónicos respecto á célula e ésta perde auga, deshidrátase e pode chegar a morrer (plamólise: proceso de saída de auga das células debido a fenómenos osmóticos desfavorables). Se pola contra os medios extracelulares se dilúen, voltanse hipotónicos respecto á célula, a auga tende a entrar e as células hinchan, voltanse turxentes, chegando incluso a estoupar (turxencia ou turxescencia: proceso de entrada de auga nas células debido a fenómenos osmóticos desfavorables). Animación: http://www2.uah.es/biomodel/biomodel-misc/anim/memb/osmosis.html Medios

Biomoléculas: Inorgánicas: Auga Sales minerais Orgánicas: Glícidos Lípidos Proteínas Ácidos nucleicos

Biomoléculas orgánicas: Propiedades: Son moléculas exclusivas da materia viva, formadas por cadeas hidrocarbonadas (C-H) Son moléculas lineais, ramificadas ou cíclicas unidas por enlaces covalentes e un ou varios grupos funcionais A maioría son macromoléculas (polímeros), formadas pola unión de moléculas máis sinxelas (monómeros). Todas realizan unha función importante dentro dos organismos vivos Grupo Hidroxilo (Alcol) Grupo Amino Grupo Carboxilo (Acido) Grupo Carbonilo (Cetona) Grupo Carbonilo (Aldehido)

Glícidos

GLÍCIDOS: Tamén chamados azúcares ou Hidratos de Carbono. Son moléculas formadas por C, H e O. En todos os glícidos sempre hai un grupo carbonilo (C carbonílico é o C unido a un O mediante un dobre enlace C=O). O grupo carbonilo pode ser: grupo aldehido(-CHO) grupo cetona (-CO-) Así, en función de si presentan un ou outro grupo, os glícidos poden definirse como polihidroxialdehidos ou polihidroxicetonas Realizan nas células funcións enerxéticas e estruturais. Dependendo da complexidade diferéncianse: monosacáridos, disacáridos e polisacáridos

Clasificación dos glícidos:

MONOSACÁRIDOS Son as unidades básicas dos azúcares Químicamente son moléculas que teñen entre 3 e 7 átomos de C. Todos os átomos de C están unidos a un grupo Hidroxilo (-OH) agás un, que pode ser grupo aldehido (-CHO) se está nun extremo da cadea grupo cetona (-CO-) se se localiza no seu interior Divídese en aldosas (aldehidos) ou cetosas (cetonas), dependendo de se a molécula presenta un gr. aldehido ou cetona. Exemplo: a glicosa é unha aldohexosa, e a fructosa unha cetohexosa Segundo o nº de átomos de C que teñan, clasifícanse en: triosas (3C), tetrosas (4C), pentosas (5C), etc. Noméanse en xeral do seguinte xeito: Grupo funcional (aldo-, ceto-) + nº de C (3, 4, …) + terminación -osa (exemplos: aldotriosa, cetotriosa).

Funcións dalgúns monosacáridos importantes: A glicosa é o principal combustible utilizado polas células e a base de moitos polisacáridos A fructosa é utilizada tamén como combustible celular A ribosa forma parte do ARN. O seu derivado (desoxirribosa) aparece no ADN. A ribulosa é a molécula sobre a que se fixa o CO2 na fotosíntese Exemplos de monosacáridos: Ribosa (aldopentosa) Glicosa (Aldohexosa) Frutosa (Cetohexosa) Ribulosa (cetopentosa)

Formas cíclicas dos monosacáridos: En disolución acuosa, os monosacáridos de máis de 5 átomos de C tenden a formar moléculas cíclicas. O estudo da ciclación foi realizado por Haworth e se coñece co nome de proxección de Haworth A ciclación prodúcese do seguinte xeito: O grupo carbonilo (C=O) do C1 aproxímase ao penúltimo C e reaccionan o C do grupo funcional (aldehido ou cetona) e o grupo alcohol do penúltimo C, formándose un enlace chamado hemiacetal (reacción aldehido + OH) ou hemicetal (cetona + OH). Ambos carbonos quedarán unidos mediante un átomo de osíxeno. O C unido ao O cun doble enlace denomínase Carbono anomérico (é o C carbonílico na fórmula lineal)

Ciclación da glicosa

DISACÁRIDOS Os disacáridos son glícidos constituídos por 2 monosacáridos unidos por un enlace covalente chamado O-glicosídico. Enlace O-glicosídico: enlace covalente que se establece entre 2 monosacáridos para formar un disacárido. Reaccionan 2 grupos hidroxilo (-OH) e libérase 1 molécula de H2O. O enlace se establece entre o grupo –OH do C carbonílico (C=O) dunha osa e un grupo alcohol (-OH) dunha osa diferente. Hai 2 tipos: Monocarbonílico: no enlace só participa 1 C carbonílico Dicarbonílico: no enlace participan 2 C carbonílicos.

Disacáridos máis habituais na natureza: Maltosa: formada por 2 moléculas de α-D-glicosa. Non existe libre na natureza e obtense pola hidrólise do almidón e doutros polisacáridos. Lactosa: constituida por 1 glicosa + galactosa (outro monosacárido). A lactosa é o azucre do leite. Sacarosa: está formada pola unión de 1 glicosa + 1 frutosa. É a forma na que moitas plantas transportan os azucres desde as células fotosintéticas ata o resto do vexetal.

Disacáridos máis habituais na natureza: Lactosa Maltosa Sacarosa

POLISACÁRIDOS Son longas cadeas de centos ou incluso miles de monosacáridos unidos por enlaces O-glicosídicos. Segundo a súa función, clasifícanse en: Polisacáridos de reserva: Almidón: polisacárido de reserva de células vexetais. Constituido por cadeas de amilosa e amilopectina. Glicóxeno: forma de almacenamento da glicosa nos animais. Constituido por cadeas ramificadas de α-D-glicosa. Almacénase no fígado e no músculo esquelético. Estruturais: Celulosa: polisacárido estrutural que forma as paredes celulares das células vexetais. Está formada por cadeas lineais de β-glicosa.

Lípidos

LÍPIDOS Son moléculas orgánicas formadas por  C, O e H (e ás veces P e S). Propiedades físicas: Insolubles en auga (e disolventes polares) Relativamente untuosos ó tacto Solubles en disolventes orgánicos (cloroformo, éter, benceno,... ) Funcións fundamentais: Función estrutural: forman parte das membranas. Reserva : almacenan gran cantidade de enerxía  almacenamento enerxético a longo prazo, tanto en animais (adipocitos) como en vexetais (semente, froito)  proporcionan o doble de enerxía por gramo que os glícidos Protectora : son axentes protectores de superficies limitantes co medio externo. Accións específicas: en procesos do metabolismo, vitamínicas, hormonais Aillantes térmicos

CLASIFICACIÓN DE LÍPIDOS:

ÁCIDOS GRAXOS Son ácidos orgánicos con grupo -COOH terminal, que posúen unha cadea hidrocarbonada máis ou menos longa (entre 14 e 22 átomos de C), lineal, cun número par de átomos de C (pode haber excepcións). Os máis frecuentes presentan 16/18 átomos de C Fórmula xeral: CH3 - (CH2)n - COOH Segundo a presencia ou non de dobres enlaces, podemos falar de: Ácidos graxos saturados: non teñen dobres enlaces na cadea Ácidos graxos insaturados: presentan 1 ou máis dobres enlaces na cadea Son pouco abundantes en estado libre, obténdose por hidrólisis de lípidos saponificables.

Propiedades físico-químicas dos ácidos graxos: Son moléculas anfipáticas (presentan comportamento anfipático): son moléculas que presentan 2 zonas diferenciadas: Son insolubles en auga. pero debido ao seu carácter anfipático, cando están en medio acuoso, forman bicapas e micelas Sufren reaccións de esterificación e de saponificación: Esterificación: alcohol + ácidos orgánicos (ácidos graxos)  éster + H2O Saponificación: ácido graxo + base xabón + H2O Zona hidrófila (polar, afín á auga): no caso dos ácidos graxos está constituida polo grupo –COOH Zona hidrófoba (apolar, repele a auga): esta zona afastase da auga. No caso dos ácidos graxos está constituida polas cadeas carbonadas (que se afastan da auga e establecen entre sí forzas de Van der Waals)

Bicapas e micelas As micelas son estruturas esféricas nas que as zonas hidrófilas están en contacto coa auga, e as hidrófobas (lipófilas) xuntas no centro As bicapas son estruturas formadas por unha doble capa, nas que as zonas hidrófilas están en contacto coa auga, e as hidrófobas (lipófilas) xuntas no centro

É a reacción entre un ácido graxo + alcohol -----> éster + auga Esterificación: É a reacción entre un ácido graxo + alcohol -----> éster + auga CH3-(CH2)14-COOH HOH2C-CH2-CH3 CH3-(CH2)14-COO-CH2-CH2-CH3 H2O ácido palmítico + propanol ------> palmitato de propilo + auga Saponificación: É a reacción entre un ácido graxo e unha base ---> sal + auga CH3-(CH2)14-COOH Na(OH) CH3-(CH2)14-COONa H20 ácido palmítico + hidróxido sódico ---> palmitato sódico + auga xabón

ACILGLICÉRIDOS OU GRAXAS Composición: son moléculas formadas por 1 molécula de glicerina (glicerol) esterificada (unida) en 1,2 o 3 dos seus –OH con 1, 2 ou 3 ácidos graxos, formando así mono-, di- ou tri-glicéridos As graxas máis abundantes son os triacilglicéridos ou triglicéridos (1 glicerina +3 ác graxos).

ACILGLICÉRIDOS OU GRAXAS Clasifícanse en aceites e sebos: Se os ácidos graxos son saturados, os triglicéridos que os forman son sólidos a temperatura ambiente e se chaman sebos. Se os ácidos graxos son insaturados, os triglicéridos que forman son líquidos a temperatura ambiente e se chaman aceites.

FOSFOLÍPIDOS OU FOSFOGLICÉRIDOS Reciben este nome porque o ácido fosfórico forma parte da súa composición. Están formados pola glicerina (glicerol) esterificada (unida) en dous –OH con 2 ácidos graxos (1 saturado e outro insaturado) e no terceiro –OH cun ácido fosfórico (grupo fosfato) Teñen función estrutural, xa que constitúen as membranas biolóxicas (son moléculas anfipáticas!!!!!!!!) Fosfolípido = glicerina + 2 ácidos graxos + grupo fosfato

CÉRIDOS OU CERAS Son lípidos apolares, polo que impermeabilizan (pel, plumas nos animais) e evitan a perda de auga nas plantas (cubren a superficie de follas, froitos,..) Exemplos de onde atopamos ceras: Pel Pelos Plumas Epidermis de moitas froitas Panais das abellas

TERPENOS Lípidos insaponificables derivados do isopreno. Destacan pigmentos como as Xantofilas e os Carotenos, que participan na fotosíntese Destaca tamén o β-caroteno, precursor da vitamina A

ESTEROIDES Lípidos insaponificables derivados dunha molécula cíclica de esterano. Exemplos: o colesterol compoñente das membranas celulares, ás que lles proporciona rixidez Precursor de outros esteroides, como as hormonas sexuais Precursor da vitamina D, que regula o metabolismo do Calcio.

O Colesterol: forma parte das membranas celulares, aportándolles estabilidade e influindo na súa permeabilidade. Ten función estrutural. O colesterol sintetízase en case todos os tecidos, pero en maior cantidade no fígado. No sangue o colesterol únese ás lipoproteínas para ser transportado. Hai 2 tipos de liporoteínas: LDL: lipoprot de baixa densidade. Transportan o colesterol a todos os tecidos (“colesterol malo”) HDL: lipoprot de alta densidade. Recollen o exceso de LDL, o levan ao fígado e alí se “expulsa” (se metaboliza). É o que se chama “colesterol bo”. Un exceso de LDL favorece o seu depósito en forma de placas nas arterias formando as placas de ateroma, que se depositan nas arterias e provocan arterioesclerose (debilitamento, perda de elasticidade e estreitamento das arterias) PROBLEMAS CARDIOVASCULARES. Para evitalo é importante levar unha dieta sana (moitos alimentos son ricos en colesterol: ovos, mariscos, carnes, etc.), facer deporte (favorece o aumento do HDL), eliminar o tabaco, etc..

PROTEÍNAS

PROTEÍNAS Moléculas formadas por C, H, O, N, e, en menor proporción por S e P Están constituídas pola unión de unidades máis sinxelas chamadas aminoácidos Oligopéptidos: <10 aa Polipéptidos: 10-100 aa Proteínas: >100 aa AMINOÁCIDOS Moléculas formadas por un grupo amino, un grupo carboxilo e unha cadea lateral ou grupo R unidos a un átomo de C chamado Carbono α. A presenza do grupo carboxilo e o grupo amino fai que os aminoácidos poidan comportarse como ácidos ou como bases, polo que se di que son moléculas anfóteras. Os aminoácidos se unen mediante o chamado enlace peptídico.

O ENLACE PEPTÍDICO Enlace covalente que que consiste na unión do grupo carboxilo dun aminoácido e o grupo amino doutro aminoácido diferente, coa liberación de 1 molécula de auga.

PRINCIPAIS FUNCIÓNS DAS PROTEÍNAS F. estrutural: forman estruturas celulares e orgánicas: Glicoproteínas das membranas celulares Coláxeno que forma tendóns Queratina que constitúe uñas, pelos e plumas F. de reserva: actúan como reserva de aa Ovoalbúmina do ovo Caseína do leite F. de transporte: transporte de sustancias entre órganos Hemoglobina: transporta O2 Lipoproteínas: transportan lípidos insolubles no plasma sanguíneo F. de defensa: defenden ao organismo de substancias extrañas Anticorpos (inmunoglobulinas) F. contráctil: confírenlle aos organismos capacidade de desprazamento ou de cambiar de forma Acina e miosina: responsables da contracción muscular F. hormonal: algunhas hormonas son proteínas Insulina: regula o metabolismo da glicosa Hormona do crecemento

Exemplos de aminoácidos

ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS As proteínas difiren unhas de outras no número e na orde na que se sitúan os aa que as forman. Secuencia de aa configuración espacial (forma) determina a función biolóxica da proteína. Existen 4 niveis estruturais: Estrutura primaria Estrutura secundaria Estrutura terciaria Estrutura cuaternaria

PROPIEDADES DAS PROTEÍNAS: Especificidade: Especificidade de función: Cada proteína leva a cabo unha determinada función porque posúe unha determinada estrutura primaria e unha conformación espacial propia (un cambio na estrutura da proteína pode significar unha pérda da función). Ademáis, as proteínas que interactúan con outras moléculas (enzimas, inmunoglobulinas) presentan unha estrutura que lles permite unirse específicamente ás moléculas correspondentes. Especificidade de especie: Existen proteínas que son exclusivas de cada especie (porque a secuencia de aa ven determinada polo ADN,que é diferente en distintas especies). A semellanza entre proteínas de diferentes especies  grao de parentesco entre individuos  sirven para a construcción de "árbores filoxenéticas“) Ademáis cada individuo posúe proteínas específicas propias (rexeitamento de órganos transplantados)

2) Desnaturalización. Proceso que consiste na perda de calquera das estruturas dunha proteína, debido á rotura dos enlaces da molécula (NON necesariamente do enlace peptídico,que só se refire á estrutura 1ª!!). A desnaturalización supón a perda das propiedades, da actividade biolóxica e das funcións da proteína. Pode estar provocada por cambios no pH e na Tª. (Ex: ovo cocido ou fritido ) Este proceso pode ser reversible se as condicións óptimas de pH e Tª se restablecen (e se a desnaturalización non afectou á estrutura 1ª!!), de modo que unha proteína desnaturalizada pode volver ao seu anterior pregamento ou conformación, recuperando con iso a actividade biolóxica perdida. Este proceso se denomina renaturalización.

OS ENZIMAS Son moléculas de natureza proteica que catalizan (aceleran) a velocidade das reaccións químicas que se producen nos seres vivos. Nas reaccións enzimáticas: Substratos: son as moléculas que reaccionan Produtos: son as substancias formadas Os enzimas caracterízanse pola súa elevada especificidade: cada enzima é capaz de actuar sobre un ou moi poucos substratos. Nas reaccións enzimáticas o enzima (E) e o substrato (S) únense para formar o complexo enzima-substrato (ES), que tras a transformación sepárase nos produtos da reacción (P) e queda o enzima libre.

ACIDOS NUCLEICOS

ACIDOS NUCLEICOS Son as moléculas portadoras da información xenética dos organismos e son as responsables da súa transmisión hereditaria. Son longas cadeas de unidades máis sinxelas chamadas nucleótidos. Poden alcanzar tamaños xigantes, sendo as moléculas máis grandes que se coñecen, constituídas por millons de nucleótidos. Existen 2 tipos de ácidos nucleicos: ADN e ARN, que se diferencian na súa composición, estrutura e funcións

COMPOSICIÓN DOS ÁCIDOS NUCLEICOS: OS NUCLEÓTIDOS Os nucleótidos son as unidades básicas dos ácidos nucleicos. Están formados por 3 subunidades: Unha pentosa (ribosa ou desoxirribosa) Unha molécula de ácido fosfórico Unha base nitroxenada Púrica: adenina (A), guanina (G) Pirimidínica: citosina (C), timina (T) e uracilo (U) Azucre = desoxirribosa Bases nitroxenadas: A, G, C, T (adenina, guanina, citosina e timina) Composición dos Nucleótidos que forman o ADN Azucre = ribosa Bases nitroxenadas: A, G, C, U (adenina , guanina, citosina e uracilo) Composición dos Nucleótidos que forman o ARN

NUCLEÓTIDOS

NUCLEÓTIDOS

BASES NITROXENADAS DOS NUCLEÓTIDOS PENTOSAS DOS NUCLEÓTIDOS

O ENLACE FOSFODIÉSTER: Os nucleótidos únense entre sí mediante enlaces fosfodiéster que dan lugar a longas cadeas: os ácidos nucleicos No enlace fosfodiéster : O grupo –OH da posición 3´ dun nucleótido reacciona cun grupo –OH do ácido fosfórico do outro, liberándose unha molécula de auga. Así, os dous nucleótidos quedan enlazados por unha ponte de osíxeno

ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS

ESTRUTURA DO ADN: O ADN está formado por 2 cadeas de desoxirribonucleótidos de A, G, C e T, enroladas en forma de dobre hélice. Estas cadeas son: Complementarias Antiparalelas Mantéñense unidas por pontes de Hidróxeno que se establecen entre as bases complementarias.

Estrutura do ADN: ambas cadeas dispóñense a modo de escaleira coas bases nitroxenadas situadas formando os peldaños (banzos) desa escaleira.

ESTRUTURA DO ARN: O ARN está formado por 1 única cadea de ribonucleótidos de A, G, C e U. Existen 3 tipos de ARN: ARN mensaxeiro (ARNm): transporta a información contida no ADN (núcleo) ata os ribosomas do citoplasma. ARN transferente (ARNt): captará os aminoácidos do citoplasma según as instruccións do ARNm e os levará aos ribosomas, onde se unirán para formar proteínas. ARN ribosómico (ARNr): forma parte do ribosoma.

FUNCIÓNS DOS ÁCIDOS NUCLEICOS: O ADN é a molécula portadora de información xenética O ARN é o encargado de transmitir e executar a información que se atopa no ADN Replicación: proceso de duplicación (copiado) da molécula de ADN para dar lugar a 2 moléculas idénticas que se repartirán na división celular ás células fillas. A replicación é semiconservativa: a dobre hélice se separa e cada hebra serve de molde para a síntese dunha nova dobre cadea Transcrición: síntese dunha molécula de ARNm a partir da información contida no ADN para poder transmitir a información do núcleo ao citoplasma (onde ocorre a síntese de proteínas). Tradución: síntese dunha proteína nos ribosomas