PROTEINAS

 

 

   Las proteínas son cadenas de unidades de aminoácidos que se encuentran unidos por medio de enlaces peptídicos entre los grupos carboxilo y el grupo amino.

v  La unión de un bajo número de aminoácidos da lugar a un PÉPTIDO.

v  Si el número de aminoácidos no es mayor a 10 se denomina OLIGOPÉPTIDO.

v  Si es superior a 10 aminoácidos se llama POLIPÉPTIDO.

    Si el número de aminoácidos es superior a 50 se habla de PROTEÍNA.

FUNCIONES

• Catálisis: está formado por enzimas proteicas, realiza reacciones químicas más rápido y eficientemente. por ejemplo: enzimas proteasas, ribonucleasa.
• Reguladora: Ayudan al equilibrio entre las funciones del cuerpo. por ejemplo: los factores de transcripción (proteínas de unión al ADN).
• Estructura: Da resistencia y elasticidad. Por ejemplo: la tubilina (en el citoesqueleto), glucoproteínas, histonas, queratina, colágeno, elastina.
• Defensiva: se encarga de defender el organismo de cuerpos extraños. Por ejemplo: Inmunoglobulinas, trombina, fibrinógeno.
• Transporte: se encarga de llevar las sustancias del organismo a donde sean requeridas. Por ejemplo: lipoproteínas, hemoglobina, hematocianina.
• Receptoras: se encargan de recibir señales para que la célula realice su funcion. Por ejemplo: Acetilcolina.

ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS

La estructura tridimensional de una proteína es determinante en su actividad biológica. Posee un carácter jerarquizado, que da lugar a 4 tipos de estructuras:

Estructura primaria: es de orden lineal y las uniones son peptídicas, es de considerar que todas las proteínas la tienen. Por ejemplo: la hormona insulina tiene dos cadenas polipeptídicas.

Estructura secundaria: su configuración es alfa hélice y beta plegada. Sus uniones son de tipo puente hidrógeno. Por ejemplo: el colágeno.

α-Hélice: la cadena se va enrollando en forma de espiral, los enlaces de hidrogeno intracatenarios mantienen su estructura, la rotación es hacia la derecha y cada aminoácido gira 100° con respecto al anterior por lo que hay 3.6 residuos por vuelta, los grupos –C=O se orientan en la misma dirección y los –NH en dirección contraria.

Lamina β: algunas proteinas conservan su estructura primaria en zigzag y se asocian entre sí. La Lamina β está en forma de hoja plegada (c-β) son proteínas fibrosas.

Estructura supersecundaria: son combinaciones de elementos de estructura secundaria y forman proteínas definidas, se obtienen de la torsión de la proteína

Triple hélice del colágeno: es una proteína fibrosa de tropocolageno (Pro,Gly,aaX), posee una secuencia muy regular de aminoácidos, es muy hidrofóbica ( interacción puentes de hidrogeno), forma un cable helicoidal por enrollamiento de las tres hélices.

Alfa- Queratina: Esta formada por tres hélices que giran entre ellas, es fibrosa, hidrofóbica y se estabiliza por puentes disulfuro.

Estructura Terciaria: es de forma globular. Enlaces no covalentes entre las cadenas laterales de la proteína. Se estabiliza por uniones entre radicales de aminoácidos alejados unos de otros. Por ejemplo: Mioglobina, algunas enzimas.

Estructura Cuaternaria: formada por más de una cadena o subunidad. Se unen por enlaces disulfuro covalentes o enlaces no covalentes. por ejemplo: Hemoglobina y enzimas alostéricos. 

clasificación de las proteínas

• Simples o sencillas: llamadas holoproteinas, su constitución está referida solo a la presencia de aminoácidos.
• Fibrosas: Por lo general los polipéptidos que las forman se encuentran dispuestos a lo largo de una sola dimensión, son insolubles en agua, tienen funciones estructurales o protectoras son unidades repetidas de un solo tipo de estructuras secundarias. por ejemplo colágeno, miosina y actina, queratina, fibrina, elastina.
• Globulares: mas complejas que las fibrosas, plegadas en forma mas o menos esférica. aquí se encuentran albuminas, globulinas, histonas y protaminas.

• Compuestas o conjugadas: llamadas heteroproteinas, en su composición tienen una  proteína (grupo proteico) y una parte no proteica (grupo prostético).

HETEROPROTEINA	GRUPO PROSTETICO	EJEMPLO
Cromoproteina Porfirinicas No porfirinicas	Pigmento Grupo hemo o hemino Cobre, hierro o retinal	Hemoglobina rodopsina
nucleoproteína	Ácidos nucleicos	cromatina
Glucoproteína	Glúcido	fibrinógeno
Fosfoproteína	Ácido fosfórico	caseína
Lipoproteína	Lípido	Quilomicrones

Ionización de Aminoácidos

ALANINA (ALA, A)

    En la curva de titulación de la alanina, se observa que a pH < 1 está completamente protonada, a pH = 2,34 la alanina es una mezcla 50:50 de formas protonada y neutra a pH = 6,01 es completamente neutra; a pH 9,69 es una mezcla 50:50 de formas neutra y desprotonada; a pH > 11,5 la alanina está completamente desprotonada.

Es decir, en la curva de titulación, en disolución ácida el aminoácido es protonado y existe como un catión; en disolución básica, el aminoácido es desprotonado y existe como un anión, entre estos dos está a un pH intermedio donde el aminoácido esta balanceado entre las formas aniónica y catiónica y existe como un ion dipolar neutro qua se conoce como zwitterion, este pH se llama punto isoeléctrico del aminoácido el cual tiene un valor de 6,01 para la alanina.

COMPARACIÓN DE LA ALANINA CON EL AMINOÁCIDO: HISTIDINA

Este aminoácido presenta tres grupos ionizables el grupo carboxilo, el grupo imidazol de la cadena lateral y el grupo α-amino, es decir que existen tres regiones de capacidad tamponante, una de ellas localizada cerca del pKR = 6, por lo que la histidina actúa como tampón a pH fisiológico. A su vez, el pI se calcula como el promedio del pKN y del pKR. El hecho de que el pKR de la histidina esté muy próximo al pH fisiológico, implica que este aminoácido puede actuar como ácido o como base en los medios biológicos.

Aporte respecto a la curva de titulación del acido glutámico

El ácido glutámico tiene un grupo carboxilo en la cadena lateral, a pH bajo, el ácido glutámico tendrá una carga neta de +1. Al añadir la base, el grupo α-carboxilo perderá un protón para transformarse en un grupo carboxilato, por lo que el glutamato ahora no tendrá carga neta, mientras se añada más base, el segundo grupo carboxilo perderá un protón y la molécula tendrá una carga de −1. La adición de más base hace que el ion amonio pierda su protón. En ese punto, el glutamato tiene una carga neta de −2. por lo que el valor de pI del glutamato es el del pH que se encuentra entre los valores de pKa de los dos grupos carboxilo siendo 3.22. 

El ácido glutámico es uno de los 20 aminoácidos que forman parte de las proteínas y su forma ionizada es el glutamato. Actúa como estimulante del sistema inmunológico reduciendo infecciones y desempeña un papel importante en la síntesis de distintos aminoácidos, interviene en la síntesis de la enzima glutatión y cumple un papel importante en la regulación del equilibrio ácido-base, regula la producción de urea en el hígado y juega un papel fundamental en el mantenimiento y crecimiento celular.

TIPOS CELULARES

     

    La célula es la unidad biológica, funcional y estructural básica de cualquier ser viviente, por otra parte la célula es el organismo más pequeño de todos, capaz de realizar las funciones de nutrición, relación y reproducción. Las células se pueden clasificar en dos grupos: eucariotas y procariotas. 

Características y funciones de la célula

Las células cumplen funciones como contener el material hereditario y transmitirlo a las siguientes generaciones, absorber los nutrientes de los alimentos, efectuar procesos vitales y proporcionar una estructura corporal. las células, pueden presentar formas esféricas, poliédricas, alargadas y prismáticas, pero la variedad de formas solo está presente en aquellos seres vivos constituidos por más de una célula. En este sentido, los organismos pueden ser clasificados como:

• Unicelulares. Cuando están formados por una sola célula como las Arqueas, las bacterias, las algas unicelulares, los hongos unicelulares y los protozoarios.
• Multicelulares. Formados por una gran cantidad de células de diferentes tipos que normalmente están especializadas en funciones específicas.

    Los organismos multicelulares son plantas o animales y están formados cada uno de ellos por células vegetales o células animales respectivamente, las cuales tienen ciertas diferencias fundamentales en su estructura. Tanto las células animales como las vegetales, son diminutas y la gran mayoría mide del orden de los 1 a los 100 micrones. O sea 1x10-6 metros o una millonésima de metro.

Tipos de células

Célula procariota 

Se caracteriza por presentar el material genético, disperso en el citoplasma, es decir, no posee núcleo. Presenta dos estructuras principales: la membrana plasmática y el citoplasma. Todos los procariontes poseen células de este tipo, la mayoría son pequeñas y simples. Las células procariotas fueron las primeras formas de vida en la tierra y su estructura y funcionamiento es mucho más sencilla que la de las células eucariotas.

Ejemplo:

Las bacterias (tanto gram-negativas como gram-positivas) o las arqueobacterias o arqueas. Algunas no son patógenas y viven fuera del cuerpo, a menudo en hábitats inaccesibles para el humano. Otras son las que se combaten a diario, ya que son capaces de causar enfermedades.

Célula eucariota

A diferencia de las procariotas, las células eucariotas contienen un núcleo definido rodeado por una membrana y otros compartimientos internos, los orgánulos que están rodeados por membranas extensas. Los eucariontes comprenden todos los miembros de los reinos animal y vegetal, incluidos los hongos, los cuales existen tanto en formas multicelulares (mohos) como en formas unicelulares (levaduras), y los protozoos, que son exclusivamente unicelulares; las células vegetales poseen pared celular compuesta de celulosa, mientras que, las células animales no poseen pared celular. Las células eucariotas miden unos 10-100 μm de longitud, por lo general son mucho más grandes que las bacterias, además, las células eucariotas son aerobias, es decir que precisan de oxígeno para vivir. Se reproducen mediante la mitosis y meiosis. Poseen organelos, estructuras dentro del citoplasma, que cumplen diversas funciones. Por ejemplo: en una célula vegetal, el organelo cloroplasto cumple la función de la fotosíntesis, sin embargo, no todas las células poseen todos los organelos. Poseen ribosomas más complejos que los de las células procariotas.

Ejemplos de célula eucariota:

Protozoarios: como el Leishmania donovani es el agente causal de la leishmaniasis, enfermedad que afecta a los humanos y también puede afectar a los perros.

Musgo: son plantas formadas por células eucariotas vegetales, con la capacidad de la fotosíntesis. 

Algas: organismos eucariontes que pueden ser unicelulares o multicelulares. 

Plantas: son organismos eucariontes autótrofos. Dentro las células vegetales se encuentran los cloroplastos, organelos con clorofila encargados del proceso de fotosíntesis. También presentan pared celular, que es una estructura externa a la membrana plasmática, que le da un mayor soporte.

Levaduras: como el Saccharomyces cerevisiae que es la levadura del pan y del vino, Pichia pastoris es empleada en biotecnología y Candida albicans es el agente causal de muchas infecciones fúngicas en el ser humano.

Neurona: células especializadas en la transmisión del impulso nervioso.

Megacariocito: célula gigante que se encuentra en la médula ósea (dentro de los huesos).

Glóbulos rojos o eritrocitos: célula eucariota especial, porque no tienen núcleo pues en el proceso de maduración de los glóbulos rojos en la médula ósea de los mamíferos, estos pierden el núcleo y salen a la sangre con la forma en que se conocen.

Células madre: en el embrión, las primeras células que se forman se dividen varias veces, para luego formar las células de las extremidades, ojos, corazón y del cerebro.

BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS

 

LÍPIDOS 

    

    Son el conjunto  de  sustancias  estructuralmente heterogéneas,  las  cuales  pueden  ser extraídas  de  tejidos  vegetales  o animales  al  ser  tratados con  disolventes orgánicos apolares. Los principales tipos de lípidos son los fosfolípidos que son aquellos que forman las membranas celulares, pero también existen otros como las grasas, ceras, esteroles y triglicéridos.

Función de los Lípidos

• Son material energético celular.
• Constituyen sustancias de reserva.
• Tienen función protectora: 
• Paredes celulares de bacterias y plantas.
• Exoesqueleto de insectos.
• Piel de vertebrados.

GLÚCIDOS O CARBOHIDRATOS

    También conocidos como sacáridos o azúcares, son otro grupo de biomoléculas orgánicas fundamentales para la vida celular; son de las macromoléculas más abundantes sobre el planeta. Estas biomoléculas están formadas esencialmente por carbono, hidrógeno y oxígeno. 

    Dependiendo del número de azúcares del que estén compuestos, los glúcidos pueden ser: - Monosacáridos (1 azúcar).

- Disacáridos (2 azúcares).

- Oligosacáridos (más de 3 azúcares)

- Polisacáridos (un gran número de azúcares, todos iguales o diferentes)

Funciones de los carbohidratos

- Energética: constituyen por su abundancia, el combustible celular por excelencia.

- Estructural:  se encuentran formando  parte estructural de las membranas celulares.

- Reserva: se  encuentran  almacenadas  en  forma  de polímeros  en  animales  y  plantas  cuyos  componentes principales son el glucógeno y el almidón respectivamente. 

AMINOÁCIDOS Y PROTEÍNAS

    Son polímeros de aminoácidos, lo que significa que están compuestas por cientos de aminoácidos unidos unos con otros. Las proteínas y por lo tanto los aminoácidos, están formadas fundamentalmente por átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, pero pueden asociarse también con otros átomos como el fósforo, el azufre, el hierro, el magnesio, el níquel, el zinc y otros.

    Representan las moléculas orgánicas más abundantes en el interior de la célula, pues  constituyen alrededor del 50% o más. son como pequeñas máquinas que llevan a cabo todas las funciones celulares y también tienen funciones estructurales. Las proteínas que funcionan como “máquinas” se conocen como enzimas; estas y las proteínas con funciones estructurales son producidas a partir de la información contenida en los ácidos nucleicos.

Funciones de las Proteínas

- Tienen función estructural (proteínas en membranas).

- Funcionan como biocatalizadores (enzimas).

- Actúan  como  vehículo  de  transporte  (hemoglobina, seroalbúmina).

- Presentan función protectora o inmunológica (globulinas).

NUCLEÓTIDOS Y ÁCIDOS NUCLEICOS

    Los ácidos nucleicos (ADN y ARN) son biomoléculas informativas que se encuentran en el núcleo de las células eucariotas o en el citoplasma de las células procariotas. Son polímeros de otras moléculas más pequeñas que se conocen como nucleótidos, representan estructuras moleculares de gran importancia en las células, por cuanto participan directamente en la transmisión y  codificación de la información genética.

Función de los ácidos nucleicos

    Estos polímeros tienen como función la síntesis  de las  proteínas. El ADN se localiza en el núcleo celular fundamentalmente y posee la codificación genética de la célula.

Bioquímica - Biomoléculas

 

    

    La bioquímica es la rama de la ciencia que estudia la composición molecular de los seres vivos, especialmente las proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos, además de  otras pequeñas moléculas presentes en las células y las reacciones químicas que sufren estos compuestos.

RAMAS DE LA BIOQUIMICA

- Bioquímica Estructural: Pretende comprender  la  arquitectura química  de  las  macromoléculas biológicas, especialmente de las proteínas y de los ácidos nucleicos (ADN y ARN).

- Química Orgánica: Es un área de la química que se encarga del estudio de los compuestos orgánicos.

- Enzimología: Estudia el comportamiento de los catalizadores  biológicos o  enzimas, como son  algunas  proteínas  y  ciertos  ARN catalíticos,  así  como  las coenzimas y cofactores como metales y vitaminas.

- Bioquímica Metabólica: Es un área de la bioquímica que pretende conocer los diferentes tipos de rutas metabólicas a nivel celular, y su contexto orgánico.

LAS BIOMOLÉCULAS O MOLÉCULAS BIOLÓGICAS 

    Son los compuestos químicos con los que están formados los seres vivos, las biomoléculas están formadas por átomos de distintos elementos, pero principalmente del grupo compuesto por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). Muchas veces estos se conocen como bioelementos.

Las biomoléculas son fundamentales para la existencia de los seres vivos, ya que se consideran los pequeños bloques con los que están construidas las células, que son las unidades básicas de la vida. Todas las células, además de estar formadas por biomoléculas, necesitan de estas para alimentarse y nutrirse, para reproducirse y moverse, y para interactuar con el medio que las rodea.

Funciones de las biomoléculas

- Almacenan, multiplican y transmiten la información que contiene las instrucciones necesarias para fabricar otras biomoléculas, así como para que una célula se reproduzca, se alimente y regule sus procesos internos.

- Son los componentes estructurales que le dan soporte, forma y movimiento a todos los tipos de células que existen en la naturaleza y que forman a los seres vivos.

- Funcionan como fuente de energía que las células aprovechan para llevar a cabo sus tareas e, incluso, representan reservas energéticas que pueden ser utilizadas únicamente cuando se necesitan.

- Participan en la comunicación intracelular e intercelular, bien sea como mensajes, como sitios de recepción o como multiplicadores de mensajes.

Clasificación de las biomoléculas

- Biomoléculas orgánicas: tienen un papel importante desde el punto de vista estructural, energético, de almacenamiento y transmisión de la información entre una célula y su descendencia. Existen cuatro tipos de biomoléculas orgánicas: lípidos, glúcidos o carbohidratos, aminoácidos y proteínas, nucleótidos y ácidos nucleicos.

- Biomoléculas inorgánicas: se trata de moléculas más pequeñas, átomos individuales, incluso que ejercen funciones muy puntuales en los seres vivos. en este grupo se encuentra: agua, gases, iones: aniones y cationes

Las biomoléculas orgánicas son de las más abundantes e importantes, los seres vivos necesitan de ambos tipos de biomoléculas para ser lo que son y para sobrevivir.