Introducción a Las Biomoléculas

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Antología |

Nombre de la a

signatura

Unidad 1. Nombre

Bioquímica

Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

Ingeniería en Biotecnología

Tercer semestre

Bioquímica

Unidad 1. Introducción a

las biomoléculas

Clave

19142315

Universidad Abierta y a Distancia de México

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Bioquímica

Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

Unidad 1. Introducción a las Biomoléculas

Presentación de la unidad

Te damos la bienvenida a esta unidad, la primera de tu programa de estudio. Con ella vas Te damos la bienvenida a esta unidad, la primera de tu programa de estudio. Con ella vas a obtener un panorama general sobre las

a obtener un panorama general sobre las biomoléculasbiomoléculas: ¿Cuáles son? ¿Para qué: ¿Cuáles son? ¿Para qué sirven? ¿Cuál es su importancia? ¿En qué procesos biológicos intervienen y de qué sirven? ¿Cuál es su importancia? ¿En qué procesos biológicos intervienen y de qué manera?.

manera?.

Las biomoléculas cumplen con funciones biológicas importantes dentro de los organismos Las biomoléculas cumplen con funciones biológicas importantes dentro de los organismos y microorganismos, son los cimientos que conforman a tales sistemas, pero no todas son y microorganismos, son los cimientos que conforman a tales sistemas, pero no todas son iguales, de hecho difieren entre ellas por su estructura y función. Tal como tú, también iguales, de hecho difieren entre ellas por su estructura y función. Tal como tú, también forman parte de una familia y cumplen un rol dentro de ella, es por eso que se agrupan en forman parte de una familia y cumplen un rol dentro de ella, es por eso que se agrupan en cuatro grandes bloques: los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. cuatro grandes bloques: los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. ¡Vamos! Comienza a revisar la unidad, verás que es muy interesante ligar a las

¡Vamos! Comienza a revisar la unidad, verás que es muy interesante ligar a las biomoléculas con casos prácticos y ejemplos comunes. Las biomoléculas son biomoléculas con casos prácticos y ejemplos comunes. Las biomoléculas son

fundamentales para la vida, muchos de los productos que actualmente utilizas contienes fundamentales para la vida, muchos de los productos que actualmente utilizas contienes biomoléculas como enzimas (detergentes biodegradables), en complementos alimenticios, biomoléculas como enzimas (detergentes biodegradables), en complementos alimenticios, etc. También las identificas cuando tiñes membranas de una bacteria para verla a través etc. También las identificas cuando tiñes membranas de una bacteria para verla a través del microscopio, cuando modificas genéticamente alguna bacteria para que produzca del microscopio, cuando modificas genéticamente alguna bacteria para que produzca alguna proteína o para identificar organismos. ¡Las biomoléculas se encuentran en todas alguna proteína o para identificar organismos. ¡Las biomoléculas se encuentran en todas partes! ¡Ya lo verás!. Espero que disfrutes y asimiles el contenido de esta unidad.

partes! ¡Ya lo verás!. Espero que disfrutes y asimiles el contenido de esta unidad.

Propósitos de la unidad

Esta unidad tiene el propósito de: Esta unidad tiene el propósito de:

 Distinguir Distinguir y y diferenciar diferenciar las las biomoléculas biomoléculas con con laslas

que tienes contacto diariamente. que tienes contacto diariamente.

 Identificar algunos Identificar algunos de de sus sus usos, usos, así así como como susu

estructura y por qué se clasifican en diversos estructura y por qué se clasifican en diversos grupos.

grupos.

 DistinguirDistinguir, , de de acuerdo acuerdo a a su su constituciónconstitución, , laslas

subclasificaciones que algunas tienen. subclasificaciones que algunas tienen.

 Identificar Identificar el el papel papel sustantivo sustantivo que que juegan juegan puestopuesto

que son la base y el fundamento de la vida. que son la base y el fundamento de la vida.

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Presentación de la unidad

Te damos la bienvenida a esta unidad, la primera de tu programa de estudio. Con ella vas Te damos la bienvenida a esta unidad, la primera de tu programa de estudio. Con ella vas a obtener un panorama general sobre las

a obtener un panorama general sobre las biomoléculasbiomoléculas: ¿Cuáles son? ¿Para qué: ¿Cuáles son? ¿Para qué sirven? ¿Cuál es su importancia? ¿En qué procesos biológicos intervienen y de qué sirven? ¿Cuál es su importancia? ¿En qué procesos biológicos intervienen y de qué manera?.

manera?.

Las biomoléculas cumplen con funciones biológicas importantes dentro de los organismos Las biomoléculas cumplen con funciones biológicas importantes dentro de los organismos y microorganismos, son los cimientos que conforman a tales sistemas, pero no todas son y microorganismos, son los cimientos que conforman a tales sistemas, pero no todas son iguales, de hecho difieren entre ellas por su estructura y función. Tal como tú, también iguales, de hecho difieren entre ellas por su estructura y función. Tal como tú, también forman parte de una familia y cumplen un rol dentro de ella, es por eso que se agrupan en forman parte de una familia y cumplen un rol dentro de ella, es por eso que se agrupan en cuatro grandes bloques: los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. cuatro grandes bloques: los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. ¡Vamos! Comienza a revisar la unidad, verás que es muy interesante ligar a las

¡Vamos! Comienza a revisar la unidad, verás que es muy interesante ligar a las biomoléculas con casos prácticos y ejemplos comunes. Las biomoléculas son biomoléculas con casos prácticos y ejemplos comunes. Las biomoléculas son

fundamentales para la vida, muchos de los productos que actualmente utilizas contienes fundamentales para la vida, muchos de los productos que actualmente utilizas contienes biomoléculas como enzimas (detergentes biodegradables), en complementos alimenticios, biomoléculas como enzimas (detergentes biodegradables), en complementos alimenticios, etc. También las identificas cuando tiñes membranas de una bacteria para verla a través etc. También las identificas cuando tiñes membranas de una bacteria para verla a través del microscopio, cuando modificas genéticamente alguna bacteria para que produzca del microscopio, cuando modificas genéticamente alguna bacteria para que produzca alguna proteína o para identificar organismos. ¡Las biomoléculas se encuentran en todas alguna proteína o para identificar organismos. ¡Las biomoléculas se encuentran en todas partes! ¡Ya lo verás!. Espero que disfrutes y asimiles el contenido de esta unidad.

partes! ¡Ya lo verás!. Espero que disfrutes y asimiles el contenido de esta unidad.

Propósitos de la unidad

Esta unidad tiene el propósito de: Esta unidad tiene el propósito de:

 Distinguir Distinguir y y diferenciar diferenciar las las biomoléculas biomoléculas con con laslas

que tienes contacto diariamente. que tienes contacto diariamente.

 Identificar algunos Identificar algunos de de sus sus usos, usos, así así como como susu

estructura y por qué se clasifican en diversos estructura y por qué se clasifican en diversos grupos.

grupos.

 DistinguirDistinguir, , de de acuerdo acuerdo a a su su constituciónconstitución, , laslas

subclasificaciones que algunas tienen. subclasificaciones que algunas tienen.

 Identificar Identificar el el papel papel sustantivo sustantivo que que juegan juegan puestopuesto

que son la base y el fundamento de la vida. que son la base y el fundamento de la vida.

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

Competencia específica

Comparar las biomoléculas mediante su estructura para Comparar las biomoléculas mediante su estructura para identificar su función en los procesos bioquímicos.

identificar su función en los procesos bioquímicos.

Temario de la unidad

1.1. Carbohidratos. 1.1. Carbohidratos.

1.1.1.

1.1.1. ClasificClasificación ación y y estructura.estructura. 1.1.2.

1.1.2. Importancia bioquímica Importancia bioquímica de de los los carbohidratos.carbohidratos. 1.2. Lípidos.

1.2. Lípidos. 1.2.1.

1.2.1. ClasificClasificación ación y y estructura.estructura. 1.2.2.

1.2.2. Importancia bioquímica Importancia bioquímica de de los los lípidos.lípidos. 1.3. Proteínas.

1.3. Proteínas.

1.3.1. Estructura. 1.3.1. Estructura. 1.3.2.

1.3.2. ClasificClasificación ación e e importancia bioquímica importancia bioquímica de de las las proteínasproteínas 1.3.3.

1.3.3. Capacidad Capacidad catalítica de catalítica de las las proteínas.proteínas. 1.4. Ácidos nucleicos.

1.4. Ácidos nucleicos. 1.4.1.

1.4.1. Estructura Estructura del del DNA.DNA. 1.4.2.

1.4.2. ClasificClasificación ación y y estructura del estructura del ARNARN 1.4.3.

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

1.1. Carbohidratos

Los carbohidratos son compuestos de origen orgánico y son fundamentales para la vida. Los carbohidratos son compuestos de origen orgánico y son fundamentales para la vida. Los carbohidratos son importantes ya que todos los seres vivos los utilizan como base Los carbohidratos son importantes ya que todos los seres vivos los utilizan como base fundamental de su metabolismo, como reserva de energía además de jugar un papel fundamental de su metabolismo, como reserva de energía además de jugar un papel estructural muy importante en las células. Todos los carbohidratos están formados por estructural muy importante en las células. Todos los carbohidratos están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno. En la naturaleza se encuentran en forma individual, es carbono, hidrógeno y oxígeno. En la naturaleza se encuentran en forma individual, es decir, como monosacáridos, en forma asociada formando disacáridos (dos

decir, como monosacáridos, en forma asociada formando disacáridos (dos

monosacáridos), trisacáridos (tres monosacáridos), etc., hasta generando moléculas muy monosacáridos), trisacáridos (tres monosacáridos), etc., hasta generando moléculas muy complejas como los almidones y celulosa principalmente.

complejas como los almidones y celulosa principalmente.

1.1.1. Clasificación y estructura

Los carbohidratos, hidratos de carbono o también conocidos como glúcidos tienen fórmula Los carbohidratos, hidratos de carbono o también conocidos como glúcidos tienen fórmula general (CH

general (CH22O)O)nn donde el subíndice n indica el número de carbonos de la molécula deldonde el subíndice n indica el número de carbonos de la molécula del

carbohidrato es decir, si es

carbohidrato es decir, si es triosatriosa (tres átomos de carbono), (tres átomos de carbono), tetrosatetrosa (4 átomos de (4 átomos de carbono),

carbono), pentosapentosa (5 átomos de carbono) o (5 átomos de carbono) o hexosahexosa (6 átomos de carbono). Así por(6 átomos de carbono). Así por ejemplo, la fórmula de la glucosa, que es una hexosa es (CH

ejemplo, la fórmula de la glucosa, que es una hexosa es (CH22O)O)66 es decir, C es decir, C66HH1212OO66..

Estas biomoléculas han sido clasificadas de la siguiente manera: Estas biomoléculas han sido clasificadas de la siguiente manera:

a.

a. MonosacáridosMonosacáridos: son carbohidratos que no pueden ser hidrolizados, es decir, no: son carbohidratos que no pueden ser hidrolizados, es decir, no pueden ser más pequeños de lo que ya son. Los monosacáridos se dividen en dos pueden ser más pequeños de lo que ya son. Los monosacáridos se dividen en dos grandes grupos diferenciados por el grupo funcional presente en la molécula, de grandes grupos diferenciados por el grupo funcional presente en la molécula, de esta forma se tienen a las

esta forma se tienen a las aldosasaldosas ((Fig. 1Fig. 1)) llamadas así debido a la presencia dellamadas así debido a la presencia de un grupo aldehído

un grupo aldehído (-CHO)(-CHO) y las y las cetosascetosas ((Fig. 2Fig. 2)),, nombradas así por grupo cetona nombradas así por grupo cetona (-C=O)

(-C=O) presente en el carbohidrato.presente en el carbohidrato.

Figura 1

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

Figura 2

Figura 2. Una cetosa, la fructosa (Curtis, 2009).. Una cetosa, la fructosa (Curtis, 2009).

En todos los monosacáridos (a excepción de la dihidroxiacetona) presentan carbonos En todos los monosacáridos (a excepción de la dihidroxiacetona) presentan carbonos asimétricos formando dos conformaciones posibles, los isómeros

asimétricos formando dos conformaciones posibles, los isómeros DD y y LL. Es muy sencillo. Es muy sencillo determinar si un carbohidrato es

determinar si un carbohidrato es DD o o LL, para ello se utiliza la llamada proyección de, para ello se utiliza la llamada proyección de Fischer (

Fischer (Figuras 1Figuras 1 y y 22). Como primer paso se debe identificar el penúltimo carbono). Como primer paso se debe identificar el penúltimo carbono asimétrico más alejado del grupo funcional. Como segundo paso, se identifica la posición asimétrico más alejado del grupo funcional. Como segundo paso, se identifica la posición del grupo

del grupo OHOH en este carbono. Esta posición determinará si el carbohidrato en en este carbono. Esta posición determinará si el carbohidrato en DD o o LL. Si el. Si el grupo está a la derecha, el carbohidrato es

grupo está a la derecha, el carbohidrato es DD y si está a la izquierda, el carbohidrato es y si está a la izquierda, el carbohidrato es LL.. El gliceraldehído es un caso interesante ya que la forma

El gliceraldehído es un caso interesante ya que la forma DD y y LL son imágenes especulares son imágenes especulares entre sí (

entre sí (Fig. 3Fig. 3) por lo que se dice que son) por lo que se dice que son isómeros quiralesisómeros quirales,, enantiómerosenantiómeros o o enantiomorfos

enantiomorfos..

Figura 3

Figura 3. Isómeros quirales del gliceraldehído (Curtis, 2009). Isómeros quirales del gliceraldehído (Curtis, 2009)

Todas las

Todas las aldosasaldosas se consideran como estructuras derivadas del gliceraldehído ya sea se consideran como estructuras derivadas del gliceraldehído ya sea DD oo LL. En el caso de las. En el caso de las cetosascetosas, se consideran estructuralmente derivadas de la, se consideran estructuralmente derivadas de la DD- o- o L L--eritrulosa (

eritrulosa (Fig. 4Fig. 4).).

Figura 4

Figura 4. Forma D- y L- de la eritrulosa. (Curtis, 2009). Forma D- y L- de la eritrulosa. (Curtis, 2009) Como te darás cuenta, entre mayor cantidad de carbonos asimétricos tenga un Como te darás cuenta, entre mayor cantidad de carbonos asimétricos tenga un

carbohidrato, mayor será el número de isómeros ópticos posibles. Hay una fórmula muy carbohidrato, mayor será el número de isómeros ópticos posibles. Hay una fórmula muy

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sencilla para calcular este número de isómeros la cual está dada por 2n_{donde n es el}

número de carbono asimétricos presentes en la molécula.

¿Te has preguntado el porqué de la conformación D o L?. Es una propiedad física de las moléculas que son ópticamente activas, es decir, que pueden desviar el plano de la luz polarizada y se debe, en el caso de los carbohidratos, a la presencia de los carbonos asimétricos.

De esta forma, las moléculas que desvían la luz polarizada a la derecha se les llama dextrógiros o dextrorrotatorios o simplemente D, y los compuestos que desvían la luz polarizada a la izquierda se les llama levógiros o levorrotatorios o simplemente L. Es importante señalar que la posición del OH en el carbono asimétrico en los carbohidratos da la casualidad que efectivamente, la conformación D desvía la luz polarizada a la derecha y la conformación L, a la izquierda. Existen otras formas de representar a los carbohidratos a parte de la de Fischer y que pueden ser de mucha ayuda sobre todo cuando se están representando moléculas más complejas como los almidones o la

celulosa que se estudiarán más adelante. Estas representaciones son la proyección de Haworth que es una forma común de representar a los carbohidratos de forma cíclica y la representación de silla que presenta a las moléculas en su forma más estable ( Fig. 5).

Figura 5. Representaciones de la glucosa. De izquierda a derecha,

Representación de Fischer, Representación de Haworth y Representación de silla (Curtis, 2009).

También existe una subclasificación proveniente de la cantidad de carbohidratos unidos. Así, encontramos a las triosas, que en su estructura tiene tres átomos de carbono,

tetrosas, que contienen cuatro átomos de carbono , pentosas, con cinco átomos de carbono y hexosas que contienen seis átomos de carbono. Esta clasificación aplica tanto para las aldosas (Fig. 6) como a las cetosas (Fig. 7).

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Figura 6. Aldosas en función de su número de carbonos (Curtis, 2009).

l l .

l l l l l

. l l l l l l

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b. Disacáridos: cuando dos monosacáridos están asociados por uniones químicas de tipo covalente entre el hidroxilo anomérico de un azúcar cíclico y el hidroxilo de un segundo azúcar cíclico forman lo que se llama un enlace glucosídico, por lo tanto, cuando dos monosacáridos se unen, necesariamente lo hacen a través de un enlace glucosídico. Ahora bien, hay dos formas de enlaces glucosídicos que son los alfa y los beta. Por ejemplo, cuando el carbono anomérico (carbono 1) de la glucosa reacciona con el carbono número 4 de otra molécula de la D-glucosa se forma un enlace llamado  1-4 D-glucosa (Fig. 8) y se llama alfa por la

posición del grupo hidroxilo del carbono anomérico. En la naturaleza no solo se encuentran los enlaces glucosídicos  1-4 también se encuentran los enlaces 

1-2, 1-6,  1-4 y  1-6 (Fig. 9).

Figura 8. Enlace  1-4-enlace glucosídico. Disacárido maltosa

(glucosa-glucosa) (Curtis, 2009).

Figura 9. Dos disacáridos. El primer disacárido representa a la sacarosa (glucosa-fructosa) con enlace  1-2-enlace glucosídico, la segunda estructura representa a la

lactosa (glucosa-galactosa) con enlace  1-4-enlace glucosídico (Curtis, 2009).

c. Oligosacáridos: son polímeros que van desde 3 hasta 20 unidades de

monosacáridos aunque algunos autores mencionan que los oligosacáridos tienen hasta 10 unidades de carbohidrato. De esta forma se pueden clasificar como oligosacáridos a los trisacáridos, tetrasacáridos, etc. La cadena de los

oligosacáridos no necesariamente debe ser lineal, de hecho, en la naturaleza es común encontrar oligosacáridos ramificados. Todos los oligosacáridos están formados por monosacáridos unidos por enlaces glucosídicos. Este tipo de carbohidratos suelen estar unidos covalentemente a proteínas o a lípidos

formando glicoproteínas y glicolípidos. La unión a proteínas suele ser de dos tipos: mediante enlaces N-glicosídicos es decir, la unión a un grupo amida de la

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

presentan cuando se enlaza el carbohidrato con un grupo OH de la cadena lateral de los aminoácidos serina o treonina ( Fig. 10).

Figura 10. Unión de oligosacáridos a proteínas (tomado de http://chemistry.umeche.maine.edu/CHY251/Enzym-Stereo.html) . En el caso de los glicolípidos estos se forman a partir de un enlace O-glicosídico con el grupo OH de un lípido (Fig. 11). Los oligosacáridos que forman a la glicoproteínas y glicolípidos y que además se encuentran en la superficie externa de la membrana plasmática tiene una gran importancia en las funciones de reconocimiento en superficie de diversas moléculas orgánicas. Los oligosacáridos más comunes están formados

generalmente por D-glucosa, D-galactosa, D-manosa, glucosamina, N-acetil-D-galactosamina, ácido siálico y fucosa.

Figura 11. Glucolípido formado a partir de un carbohidrato (glucosa) y un lípido (Curtis, 2009).

d. Polisacáridos: los polisacáridos son moléculas muy complejas y es la formas más Unión N-glicosí dica a una proteí na Unión O-glicosí dica a una proteí na

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

enlace glucosídico) aunque hay que considerar que los polisacáridos son considerados como no reductores ya que no es posible detectarlos por las

técnicas comunes de detección (técnica de Fehling o Tollens). Los polisacáridos tienen diversas funciones en las células vivas. En los vegetales son considerados la principal fuente de energía (aunque no es la única), el almidón el cual está presente en tubérculos y granos llega a ser de alrededor del 70 % en peso. El almidón está presente formando dos diferentes estructuras, como amilopectina y como amilosa, siendo la forma más abundante la amilopectina. Los almidones son la principal fuente de glúcidos de la humanidad de ahí su importancia. La amilosa es un polímero con alto peso molecular formado por unidades de glucosa unidos por enlaces  (1-4), llegando a tener de entre 250-600 unidades de glucopiranosa

(representación de Haworth) (Fig. 12). La amilopectina presenta un mayor peso molecular que la amilosa. Este es un polímero ramificado (a diferencia de la amilosa) llegando a tener alrededor de 1000 unidades de D-glucosa. La amilopectina presenta enlaces de tipo  (1-4) y  (1-6) los cuales están

espaciados cada 25-30 residuos de glucosa y son los causantes de las ramificaciones de este polisacárido (Fig. 13).

e.

Figura 12. Representación de un fragmento de amilosa (Curtis, 2009).

Figura 13. Representación de un fragmento de amilopectina (Curtis, 2009). Otro polisacárido de importancia es el glucógeno que es el polisacárido de reserva de los tejidos animales. La concentración de este polisacárido es muchos más alta en los tejidos musculares que en cualquier otro tipo de tejido. Estructuralmente es muy parecido a la amilopectina pero con ramificaciones más frecuentes (cada 8-12 monómeros de glucosa)

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

principal reserva de energía del planeta. Es un polímero lineal formado exclusivamente por monómeros de glucosa unidos por enlaces  (1-4) (Fig. 15). Finalmente, la quitina es

el otro polisacárido de importancia. La quitina es el principal componente del exoesqueleto de los insectos y de las paredes celulares de los hongos. La quitina está formada por monómeros de N-acetil glucosamina unidos por enlaces  (1-4) (Fig. 16).

Figura 14. Representación de un monómero de glucógeno(Curtis, 2009).

Figura 15. Parte del esqueleto de la celulosa (Curtis, 2009).

Figura 16. Monómero de quitina(Curtis, 2009).

1.1.2. Importancia bioquímica de los carbohidratos

Después de identificar a los diferentes carbohidratos te has preguntado ¿para qué su estudio?, en párrafos anteriores se ha dejado entrever la importancia de estas

biomoléculas en nuestra vida y en la de los otros organismos del planeta. A continuación haremos un breve resumen de la importancia bioquímica de los carbohidratos las cuales se pueden dividir como sigue:

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

polisacáridos es el combustible que utiliza la célula para satisfacer su demanda energética ¿por qué?, por ejemplo, en el proceso respiratorio, por cada molécula de glucosa se producen 2 moléculas de ATP (Adenosin Trifosfato) y 2 de NADH (nicotinamida adenina dinuceótido) que a su vez se transforman en 6 moléculas de ATP (3 por molécula de NADH). Si se involucra el ciclo de Krebs, la conversión de ácido pirúvico en acetilCoA en la matriz mitocondrial producen 2 moléculas de NADH, por cada molécula de glucosa entran dos moléculas de acetilCoA que a su vez producen dos moléculas de GTP (guanosín trifosfato) que generan 2 ATP por cada una, 2 moléculas de FADH (flavín adenin dinucleótido) que generan 2 moléculas de ATP y 6 moléculas de NADH que sabemos que producen 2 ATP por cada molécula. Sumando el total de ATP producido por cada molécula de glucosa se tiene un gran total de 38 moléculas de ATP en todo el proceso de oxidación de una molécula de glucosa.

2. Reserva. Los carbohidratos son almacenados en los polisacáridos ya

mencionados es decir, como almidones en tubérculos y semillas y en glucógeno en animales. El producto de su hidrólisis da como resultado glucosa que como ya se ha mencionado, es la principal fuente energética de la célula.

3. Compuestos estructurales. Los carbohidratos forman parte de las paredes celulares de los vegetales, sirven de soporte de las plantas y del sistema vascular de las mismas. En vegetales superiores como los árboles, la celulosa tiene función de carga y soporte. Hay que recordar que la celulosa esta constituida de unidades de glucosa por lo que es considerada la mayor fuente renovable de energía del planeta. También se encuentran azúcares complejos que forman parte de la pared celular de las células procariotas como son los péptidos glucanos y ácidos

teicoicos. En los insectos se encuentra la quitina la cual le da sostén al aparato muscular de los mismos.

4. Precursores. Algunos carbohidratos son precursores para la síntesis de proteínas, lípidos y de algunas vitaminas como la vitamina C y el inositol. 5. Señales de reconocimiento. La participación de algunos carbohidratos es

fundamental en los complejos procesos de reconocimiento celular como pueden ser la coagulación, el reconocimiento de hormonas y en la aglutinación de

moléculas orgánicas.

Te habrás dado cuenta ya de la importancia de los carbohidratos en la función metabólica de las células vivas. El conocer metabolismo de los carbohidratos es fundamental para comprender procesos de crecimiento y de síntesis de metabolitos celulares. Más adelante y conforme avances en tu preparación te darás cuenta que para mejorar ciertos procesos biotecnológicos, es fundamental conocer el metabolismo de los glúcidos. En la web existe una gran cantidad de información gratuita inclusive, libros especializados los cuales

puedes descargar de forma gratuita. Si deseas indagar más sobre este fascinante tema te recomiendo libros especializados como el de Principios de Bioquímica de Lehninger el cual analiza con más profundidad este tema o el libro de Bases del Control del

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Bioquímica

Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

Actividad 1. Importancia de la Bioquímica para un Ingeniero en

Biotecnología

El propósito de esta actividad es discutir la importancia de la Bioquímica en tu formación como Ingeniero en Biotecnología y con esto aumentar tu interés por el estudio de esta Ciencia tan interesante.

Por ello, te solicito, por favor, que Investigues, leas, reflexiones y después respondas las siguientes preguntas antes de comenzar la discusión en el Foro:

 ¿Qué es la Bioquímica?

 ¿Cuáles son las principales biomoléculas presentes en las células?

 ¿Cuál es la importancia de esta ciencia en tu quehacer como Ingeniero en

Biotecnología?

Una vez revisadas, contestadas y reflexionadas las respuestas a las preguntas busca algún artículo de aplicación biotecnológica y discute la importancia del estudio de la Bioquímica en ese tema en concreto. Finalmente:

1. Dirígete a la sección del foro donde encontrarás un tema o pregunta de

discusión propuesto por tu Docente en línea y escribe tu aportación, cuidando que tu participación incluya tu reflexión sobre el artículo elegido así como el link donde tu Docente en línea y compañeros pueden leer el artículo de tu elección.

2. Recuerda ser respetuoso y profesional.

3. Evita el plagio en los comentarios de tus compañeros

4. Procura que tu participación sea original y pertinente de acuerdo al tema. No olvides leer las participaciones de tus compañeros y realizar la retroalimentación correspondiente para que todos seamos partícipes de tus ideas.

Actividad 2. Reconocimiento celular y carbohidratos

En este tema también nos dimos cuenta que los carbohidratos tienen participación en procesos de señalización celular, en la glicosilación de proteínas, etc. Los carbohidratos también juegan un rol de suma importancia en la respuesta alergénica, por esta razón te invito a que leas el artículo “Reacciones cruzadas entre alérgenos: implicación de los carbohidratos” de Rodríguez y Villalba (1997). En este artículo encontrarás información

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Bioquímica

Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

Finalmente:

1. Realiza un ensayo en donde identifiques los carbohidratos que se involucran en el proceso de señalización celular, procurando contemplar los siguientes puntos: nombre de los carbohidratos, describir si se encuentran asociados a alguna otra biomolécula, perspectivas de innovación e investigación.

2. Apoya tu trabajo con imágenes y sé cuidadoso con la ortografía.

3. Integra tu trabajo en un documento de presentación electrónica o de texto con las características indicadas.

4. Guarda tu documento con la nomenclatura BBIQ_U1_A2_XXYZ y envíalo a tu Docente en línear (a) mediante la sección de tareas para que lo revise y te retroalimente.

*Recuerda que tu documento no deberá pesar más de 4 MB. Bibliografía recomendada

 Murray, R., et al . (1997). Bioquímica de Harper. Buenos Aires. Editorial Manual

Moderno.

 Osorio, J.H.O. (2002). Embarazo y metabolismo de carbohidratos. Revista

Colombiana de Obstetricia y Ginecología. 54(2): 1-10.

 Rodríguez, R., Villalba, M. (1997). Reacciones cruzadas entre alérgenos: implicación

de los carbohidratos. Rev Esp Alergol Inmunol Clin. 12(5): 269-281.

1.2. Lípidos

Las siguientes biomoléculas de las que hablaremos son los lípidos, moléculas

responsables, entre otras cosas, de la reserva de energía y la formación de membranas. Comenzaremos conociendo un poco su estructura y clasificación para terminar

entendiendo su principal función en las células y por lo tanto su importancia biológica.

1.2.1. Clasificación y estructura

Los lípidos son moléculas cuya principal característica es su carácter hidrofófico, es decir, no son solubles en agua. Están formadas, principalmente, por C e H y, en menor cantidad, por O, ya que son las biomoléculas más reducidas que podemos encontrar en

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Bioquímica

Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

las células. Algunos lípidos pueden contener fósforo, azufre e hidrógeno, pero no es muy común.

Los lípidos son muy variados pero podemos hacer una clasificación simple atendiendo a su estructura. Los lípidos saponificables son aquellos capaces de generar jabón

mediante una hidrólisis alcalina; al contrario de los lípidos saponificables o insaponificables.

La saponificación es una reacción química que consiste en la disociación de los ácidos grasas en un medio alcalino de manera que se asocian con los álcalis formando las sales sódicas de los ácidos grasos que forman el jabón.

De esta manera, la clasificación de los lípidos la podemos observar en la Tabla 1. Tabla 1 Clasificación de los lípidos

Tipo de lípido Lípido

Saponificables Ácidos grasos Acilglicéridos Fosfoglicéridos Esfingolípidos Ceras o céridos No saponificables Terpenos Esteroides Eicosanoides o prostaglandinas Tabla 1. Basada en Nelson y Cox, 2009 y modificada. Ahora iremos viendo, poco a poco, las características de cada uno.

1. Lípidos complejos o saponificables: a) Ácidos grasos

Son los lípidos más simples siendo las unidades básicas de los lípidos más complejos. Están formada por una larga cadena hidrocarbonada, de 12 a 24 átomos de carbono, con un grupo carboxilo terminal. Podemos encontrar ácidos grasos saturados

compuestos únicamente por enlaces simples, o ácidos grasos no saturados o

insaturados que contienen uno o más enlaces dobles entre los C(Mathews, 2002 ) . Esta

características reduce el punto de fusión además de alterar su estructura tridimensional, tal y como podemos observar en la Figura 17. Así mismo, por su estructura tiene un carácter alifático, es decir, tiene una región apolar (la cadena hidrocarbonada) y una región polar (correspondiente al carboxilo terminal).

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Figura 17. Estructura de ácidos graso saturado (a) donde se puede observar con una estructura lineal, a diferencia del ácido graso con una insaturación (b) donde se observa un pliegue en el doble enlace (Nelson y Cox, 2009).

En referencia a la nomenclatura de los ácidos grasos, existen tres formas pero antes de explicarles cada una es importante que entiendan la configuración cis y trans presente en las insaturaciones. Estos conceptos se refieren a la orientación de los átomos de hidrógeno con respecto al doble enlace (cis significa “en el mismo lado” y trans significa “en el lado opuesto”) y para que les quede más claro pueden observar la Figura 18

(McMurry, 2001).

Figura 18. Configuración Cis y Trans de los ácidos grasos insaturados (Nelson y Cox, 2009).

Ahora sí, las tres formas de nombrar a los ácidos grasos y para ello tomaremos como ejemplo el ácido oleico (Figura 19):

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1. La común donde se le dan los nombres a los ácidos grasos por tradición, por ejemplo el ácido palmítico le debe su nombre a su origen en el aceite de palma, así como el ácido oleicos del aceite de oliva o ácido esteárico a su origen griego

stear que significa grasa o sebo.

2. Sistemática según las reglas definidas por la IUAC de manera que al carbono

carboxílico corresponde el número 1 y el resto de las posiciones se refieren a él.

En este caso se indica el número de carbonos con la terminación “decanoico”

cuando se refiere a un ácido graso saturado, por ejemplo: ácido hexadecanoico (16 átomos de C, saturado) o ácido octadecanoico (18 átomos de C, saturado). En caso de tener alguna insaturación se comenzará con cis o trans (según el tipo de

enlace), seguido del número del C donde se encuentra la insaturación,

posteriormente el número total de C para terminar con “enoico” precedido del número de insaturación, por ejemplo: “decenoico” (cuando sola hay uno doble

enlace); dienoico (cuando tiene 2 dobles enlaces) o trienoico (cuando tiene 3 dobles enlaces). En nuestro ejemplo del ácido linoléico sería: cis,cis-9,12-ocatadecadienico.

3. Finalmente, existe la forma abreviada o numérica donde aparecen número, letras y el símbolo delta. En nuestro ejemplo sería  . El primer número

  hace referencia al total de C que contiene. El segundo número

 . indica el total de los dobles enlaces que posee. La letra   son las configuraciones y posiciones de los dobles enlaces (c cuando es cis y t

cuando es trans). Delta y uno o más números    corresponden al átomo de carbono en el que inicia cada doble enlace, estos números se designan

contando a partir del carboxilo.

Figura 19. Estructura del ácido linoléico (nomenclatura común),

cis,cis-9,12-ocatadecadienico (nomenclatura sistemástica) o  2 (nomenclatura abreviada o numérica). Observa que cuenta con 18 átomo de carbono y dos insaturaciones tipo cis

entre los carbonos 9 y 10 y entre 12 y 13 (Nelson y Cox, 2009). b) Acilgliceroles

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Su estructura básica es de una molécula de glicerol unida a uno o más ácidos grasos por un enlace éster; así pues de acuerdo al número de ácidos grasos que posea la molécula existen tres tipos:

 Monoacilglicéridos que se conforman por un ácido graso unido a una molécula

de glicerol.

 Diacilglicéridos en los que existen dos ácidos grasos por moléculas de glicerol.  Triacilglicéridos son los más abundantes, formando por tres ácidos grasos

unidos a una molécula de glicerol, erróneamente son llamados triglicéridos. Para conocer más revisa el capítulo 11. Lípidos, lipoproteínas y membranas del libro de Bioquímica de Lehninger, en donde el autor trata con mayor profundidad y desde un aspecto más químico de los diferentes acilglicéridos.

En la Figura 20 pueden observar cada uno de ellos con la nomenclatura dependiendo de la situación del ácido graso respecto al glicerol (excepto en el triglicérido con sus 3 ácidos grasos). El tipo de ácido graso (con su nomenclatura correspondiente como se indicó anteriormente) se representa como R y en el caso de los di y triacilglicétidos estos ácidos grasos pueden ser del mismo tipo o de diferente estructura.

Figura 20. Estructura y nomenclatura de los diferentes tipos de aciglicérido (tomado de www.fao.org/docrep/V700S/V4700S00.htm) .

Físicamente, los acilglicéridos con abundantes ácidos grasos insaturados son líquidos a temperatura ambiente (como el aceite), mientras que los que poseen mayor cantidad de ácidos grasos saturados son sólidos (como la mantequilla). Esto se debe a que las

cadenas saturadas se pueden acomodar extremadamente juntas hasta el punto de formar estructuras semicristalinas (Mathews, 2002).

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

Los triacilglicéridos son la principal reserva de energía de los seres vivos y los

acilglicéridos más abundantes en las células. En la Figura 21 pueden observar uno de ellos representado de diferentes formas.

Figura 21. Estructuras de los triacilglicéridos (Mathews, 2002). c) Fosfoglicéridos

Se caracterizan por tener un grupo fosfato lo cual les confiere una mayor polaridad. En este caso se conforman por un ácido fosfatidico, glicerol y dos ácidos grasos que pueden ser saturados o insaturados ( Fig. 22).

“Los diferentes tipos de fosfoglicéridos difieren en el tamaño, forma y carga eléctrica de sus grupos de cabeza polares” (Nelson y Cox, 2009).

Figura 22. Fosfatidilcolina formada por un fosfato, un glicerol y 2 ácidos grasos, uno saturado y uno insaturado (tomado de Nelson y Cox, 2008)

El grupo fosfato posee un alcohol o un aminoalcohol que son moléculas altamente hidrofólicas o polares y esta característica hace que los fosfolípidos formen las

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Figura 23. Representación de una membrana plasmática, en azul se puede observar la zona hidrofófica formada por los ácidos grasos de los diferentes fosfolípidos, la zona hidrofílica está compuesta por el glicerol y el grupos fostato (las bolas blacas y azules, respectivamente). Intercalada en las membrana se pueden ver diferentes proteínas integrales que cumplen diferentes funciones como transportadoras o receptores de señales externas (Madigan, 2003).

Si quieres conocer un poco sobre la estructura de las membranas plasmáticas y la

importancia de los lípidos en las mismas puedes consultar el capítulo “Biomenbranas y arquitectura celular” (Lodish, 2007).

d) Esfingolípidos

Su estructura está constituida por una cadena larga del aminoalcohol esfingosina en lugar de un glicerol, se le une un ácido graso, el más común es el grupo de las ceramidas. En la Figura 24 está la estructura de la Esfingomielina y se puede observar un gran parecido estructural con los fosfolípidos, es por ello, que ambos tipos de lípidos forman la membrana plasmática.

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Figura 24. Estructura de la esfingomielina (Nelson y Cox, 2009). Los glucolípidos o glucoesfingolípidos son lípidos membranales formados de

esfingosina y sacáridos o azucares. Su estructura consta de una esfingosina, un ácido graso, un sacárido y una ceramida (Figura 25).

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Un resumen de los lípidos que forman la membrana plasmática, con la estructura de cada una de ellas, se presenta en la Figura 26.

Figura 26. Diferentes tipos de lípidos que conforman la membrana plasmática (Nelson y Cox, 2009)

e) Céridos o ceras

Son moléculas que se obtienen mediante la esterificación de un ácido graso y un alcohol monovalente de cadena lineal y larga ( Figura 27). Son sólidos y duros a temperatura ambiente. Estas moléculas son altamente hidrofóbicas por lo que son insolubles en agua.

Figura 27. Estructura de la Triacontanilplamitato formado por el ácido graso palmítico y el alcohol triaconatrol. Es el principal componente de la cera de la abeja (Nelson y Cox, 2009).

2.

Lípidos no saponificables

a) Terpenos

Derivan del isopreno, constan de dos a más moléculas de isoprenos, éste es un

hidrocarburo de cinco átomos de carbono. Reciben una subclasificación dependiendo de las unidades de isopreno que presenten, tal como lo indica la tabla 2.

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

Tabla 2. Clasificación de los terpenos

Nombre

Número de isoprenos en su

estructura

Monoterpenos

Dos unidades

Sesquiterpenos

Tres unidades

Diterpenos

Cuatro unidades

Triterpenos

Seis unidades

Tetraterpenos

Ocho unidades

Regularmente se encuentran unidos cola con cabeza, sin embargo no es raro encontrar a las unidades de isopreno unidas cola con cola, un ejemplo de terpeno es el licopeno ( Fig. 28).

Figura 28. Licopeno (Science Photo Library ).

b) Esteroides

Derivan del hidrocarburo perhidrociclopentanofenantreno, el número y posición de sus dobles enlaces los hace diferentes unos de otros; así como en el tipo, número y localización de sus grupos funcionales (Lehninger, 2009). Algunos ejemplos se pueden

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c) Eicosanoides

Son derivados de los ácidos grasos escenciales de 20 carbonos, sus precursores son el ácido araquidónico, el ácido linoleico y el ácido linolénico.

Se dividen en prostaglandinas (Fig. 30), tromboxanos y leucotrienos, de los cuales los más estudiados y considerados como los más importantes son las prostaglandinas. Las prostaglandinas E y F fueron las primeras en aislarse, se denominan E a las que son más solubles en éter y F a las solubles en amortiguador de fosfatos, por esta razón ahora se les conoce como PGE y PGF.

Estructuralmente contienen dos grupos carboxilo, cada uno unido a una cadena lateral y ambas unidas a un anillo de ciclopentano, al designarlos se cuenta con un subíndice que indica el número de dobles enlaces, por ejemplo la PGE2. Se designa alfa o beta para

indicar si es ciso trans respectivamente.

Figura 30. Estructura de la Prostaglandina E y F (Mathews, 2002).

1.2.2. Importancia bioquímica de los lípidos

Ya conocemos los diferentes tipos de lípidos y hemos hablado un poco sobre la

importancia de los mismos en las células. En este apartado vamos a ahondar más en este tema y espero que les resulte tan emocionante como a mí, ¿empezamos?

1. Lípidos complejos o saponificables: a) Ácidos grasos

Los ácidos grasos no los encontramos de esta manera en las células, si no que están formando lípidos más complejos como acilgliceroles. Existen ácidos grasos esenciales que serán aquellos que los organismos deben ingerir porque no son capaces de

sintetizarlos. Uno de los más abundantes es el ácido linoléico (Fig. 31), este ácido no es sintetizado por los mamíferos sino que son obtenidos mediante la dieta por medio de los vegetales donde se encuentran en grandes cantidades. De esta manera tenemos un

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

Figura 31. Modelo del ácido linolénico (Science Photo Library ).

b) Acilgliceroles

Los acilgliceroles, específicamente los triglicéridos, se acumulan en las células con una función principal que es la de reserva de energía ya que cuenta con largas cadenas hidrocarbonadas altamente reducidas (como ya lo comentamos anteriormente) de manera que la oxidación de las mismas proporciona energía de manera rápida misma que se transforma o se disipa en calor; en el mismo caso se produce ATP (molécula energética de las células por excelencia necesaria para llevar a cabo diversos procesos biológico) y en el segundo caso se obtiene la segunda función importante de estos lípidos, la

producción de calor . (Mathews, 2002).

Finalmente, en los mamíferos los triglicéridos se acumulan en células especiales

denominadas adipocitos (Fig. 32) que forman el tejido adiposo, para el aislamiento del frío cuando el tejido adiposo debajo de la piel actúa como aislante en los ambientes gélidos, también recubren y protegen los órganos de algún daño mecánico o estructural.

Figura 32. Adipocito. (Science Photo Library). c) Fosfoglicéridos

Los fosfoglicéridos, como ya lo comentamos anteriormente, son los principales

formadores de membrana ya que tienen una región altamente hidrofílica (el fosfato) y una zona altamente hidrofóbica (la cadena hidrocarbonada). De esta manera, los fosfolípidos

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

las hidrofóbicas formando una doble capa ( Fig. 33). Si únicamente existen fosfolípidos como en la imagen (Fig. 33 c), entonces hablamos de una micela.

Figura 33. Asociación de fosfolípidos para formar una micela (Curtis, 2009).

Las micelas que hemos hablado contienen una zona altamente hidrofóbica que no puede ser atravesada por compuestos polares, como los azúcares, que son necesarios para las células como hemos visto en el apartado anterior. Es por ello, que las membranas

plasmáticas, están formadas además, por proteínas ( Fig. 34) cuya función principal será el transporte de micromoléculas como comentaremos en el siguiente apartado. De esta manera, las membranas se transforman en estructuras semipermeables y selectivas de manera que solo se transporte aquellos metabolitos que son necesarios para la vida celular. Además, las membranas tiene, en su cara externa a la célula, un conjunto de oligosacáridos que le ayudarán en el señalamiento intercelular (Lodish, 2007).

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

Figura 34. Ilustración de una membrana plasmática formada por fosfolípidos (azul) donde se observa una proteína de canal (en amarillo) por donde se transportan

moléculas polares (Science Photo Library).

Si quieres conocer más sobre la importancia de los lípidos y el transporte de moléculas en

las membranas plasmáticas consulta el capítulo “Biomenbranas y arquitectura celular”

(Lodish, 2007). d) Esfingolípidos

Los esfingolípidos también forman parte de la membrana plasmática de todos los seres vivos siendo los segundos más importantes pero donde son más abundantes en el tejido nervioso de los animales, puesto que la esfingomielina junto con el ácido lignocérico y un aminoalcohol llamado colina, conforman las vainas de mielina (Fig. 35), las cuales protegen y aíslan a las células nerviosas, además de favorecer la sinapsis.

Figura 35. Neurona, la flecha señala una vaina de mielina (Science Photo Library ).

e) Céridos o ceras

Las podemos encontrar formando cubiertas protectoras en los animales, ya sea sobre la piel, en forma de pelo (como la lanolina de la lana de las ovejas) y plumas de las aves. En los vegetales en las hojas, tallos y frutos recubriéndolos y protegiéndolos de la pérdida de

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

exoesqueleto y también en un gran ejemplo en las ceras producidas por las abejas compuesta, principalmente, por ésteres del ácido palmítico

2. Lípidos simples o no saponificables a) Terpenos

Son importantes porque forman los aceites esenciales que aportan olor y sabor a algunos vegetales algunos ejemplos son el geraniol, mentol, limoneno, alcanfor, pineno, etc. Otro terpeno es el fitol que forma parte de la molécula de clorofila (Fig. 36). También conforman otros pigmentos fotosintéticos como los carotenoides y pueden estar presentes en bacterias y hongos como metabolitos secundarios con importancia biotecnológica. También existen terpenos con importancia fisiológica puesto que son vitaminas

liposolubles, son las vitaminas A, K y E, además otros terpenos son coenzimas por ejemplo la coenzima Q que actúa como transportador de hidrógeno en las oxidaciones biológicas de las mitocondrias (Nelson y Cox, 2009).

Figura 36. Representación de la molécula de clorofila (Science Photo Library). b) Esteroides

Cumplen entre otras con la función reguladora y hormonal, las hormonas esteroides regulan el metabolismo y las funciones reproductivas. Algunos ejemplos de esteroides son los ácidos biliares, las hormonas sexuales, la vitamina D, el colesterol y los

corticosteroides; estos últimos ampliamente utilizados para producción de medicamentos como la cortisona.

Un esteroide muy importante es el colesterol ya que es parte de las bicapas lipídicas de las células eucariotas además de ser el precursor de varios esteroides, dentro de los cuales se encuentran las hormonas sexuales masculinas (andrógenos) y las femeninas (estrógenos) es por ello que se presentan algunos problemas relacionados con los ciclos menstruales cuando el consumo de grasas es muy pobre o nulo, tal como sucede con las personas que no las incluyen en su dieta, al igual con las personas que sufren trastornos alimenticios como la anorexia y la bulimia.

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

Otro problema relacionado con los esteroides es la producción de esteroides anabólicos que son sustancias sintéticas formadas a partir de los andrógenos u hormonas esteroides masculinas, su efecto es promover el acelerado crecimiento muscular, lo cual es

considerado como deshonestidad deportiva conlleva varios riesgos a la salud además de acarrear la descalificación de los atletas en eventos deportivos.

c) Eicosanoides

Una de las funciones de los eicosanoides es como biocatalizador , es decir que facilitan las reacciones químicas que se producen en los seres vivos; además tienen acción en la comunicación celular , en los procesos de inflamación y la respuesta inmune (Fig. 37) de vertebrados e invertebrados, ya que las prostaglandinas son un tipo de eicosanoide que tiene funciones en dicha respuesta.

Figura 37. Esquema general de la respuesta inmune (Science Photo Library). Ahora que terminaste de leer sobre los lípidos es momento de que aprendas sobre las

proteínas, otras biomoléculas que son de suma importancia y que se relacionan con los lípidos por ejemplo las podemos encontrar incluidas en las membranas celulares para el transporte de micromoléculas. ¿Seguimos?

Actividad 3. Análisis de diferentes lípidos

Propósito:

Analizar la estructura y función de los diferentes lípidos para entender su importancia fisiológica y su posible aplicación biotecnológica mediante la elaboración de una tabla donde se incluye la clasificación, estructura, función y aplicación de diferentes tipos de lípidos.

Desarrollo: Como hemos visto a lo largo de este segundo tema, los lípidos son

biomoléculas muy versátiles y de gran importancia en la fisiología celular. Por ello, es momento de analizar varios ejemplos para que te familiarices con ellos.

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

A continuación en la tabla que se incluye en la actividad podrás observar el nombre de varios lípidos, una vez revisada lleva a cabo las siguientes acciones:

1. Realiza una la investigación en donde incluyas a. Su clasificación, ¿es saponificable o no?

b. Dentro de esta clasificación, ¿a qué subclasificación corresponde?

2. Incluye la estructura molecular de la molécula indicando, claramente, cuál es la región hidrofóbica e hidrofílica característica de todo lípido

3. Finalmente, menciona la función de este compuesto en los seres vivos destacando su importancia en la célula

4. Redacta una reflexión final sobre la siguiente pregunta: ¿Detectas alguna aplicación biotecnológica? Investiga al respecto en fuentes confiables. Lípido 1.Clasificación 2. Estructura 3. Función 4. Aplicación Colesterol Fosfatidilcolina Triaconilpalmitato Leucotrieno B4 Astaxantina Esfingomielina 1-palmitoil, 2-oleil, 3-estearoil-glicerol

5. Posteriormente a tu investigación, realiza lo siguiente:

a. Completa la tabla anterior cuidando que las fuentes en que basaste tu

actividad sean confiables, posteriormente escribe una conclusión sobre esta actividad, considerando en todo momento la diversidad de las funciones de las biomoléculas anteriores.

b. Apoya tu trabajo con imágenes y sé cuidadoso con la ortografía.

c. Si tienes dudas, por favor, consulta la información referenciada en la sección

Para saber más.

Cierre:

Los lípidos tiene una gran importancia en la célula, no sólo en la estructura y la obtención de energía y son varios los tipos de lípidos que podemos encontrar según su estructura. Así mismo, como futuro Ingeniero en Biotecnología es importante que analices la aplicación que pueden tener los conocimientos adquiridos y este trabajo es una buena oportunidad para que analices dichas implicaciones. En el Apéndice de

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Bioquímica

Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

las aplicaciones pueden ser variadas y no tienes porqué poner exactamente la misma que aparece en la respuesta.

Par a s ab er m ás :

La realización de esta actividad es compleja ya que engloba el análisis de varios

lípidos diferentes, por ello, te invito a revisar varios libros que te ayudarán a completar correctamente la actividad:

 Mathews, C.K, Van Holde, K. E y Ahern, K.G. (2002). Bioquímica. (3a edición)

México: Editorial Pearson Addison Wesley.

 Murray, R. Mayers, P. Granner, D. y Rodwell, V. (2010). Harper. Bioquímica ilustrada. (28ª edición) México: Editorial McGraw Hill.

 Nelson, D.L. y Cox, M.M. (2009). Lehninger: Principios de Bioquímica.

España: Editorial Omega.

1.3. Proteínas

Las proteínas se pueden considerar como los materiales de construcción de todos los organismos vivos. Su función es muy variada, forman parte de los tejidos y son

consideradas como sustancias plásticas lo que implica que tienen funciones de

construcción y de reparación de estructuras celulares y finalmente, presentan actividad biológica lo que significa que participan en procesos de reparación, de transporte, de regulación, de defensa, de reserva y de catálisis lo que les hace diferentes a los glúcidos y lípidos los cuales son considerados como sustancias inertes.

1.3.1. Estructura

Para tratar el tema de las proteínas es necesario mencionar que existen más de 300 aminoácidos, aunque sólo 20 de ellos son los que destacan debido a que constituyen las unidades monoméricas de las proteínas (Murray y col., 2010); las diferentes

combinaciones de aminoácidos generan una cadena peptídica, pero para que una proteína sea funcional es necesario que su estructura tenga la correcta conformación tridimensional, así pues te voy a mencionar las estructuras de las proteínas y brevemente

desarrollaré algunas características, ten en cuenta que “la función deriva de la estructura

tridimensional y la estructura tridimensional está establecida por la secuencia de

aminoácidos” (Lodish y col., 2007).

a) Estructura primaria

Es la unión de dos o más aminoácidos, también se denominan péptidos cuando la cadena es corta, de 20 a 30 aminoácidos y polipéptido cuando es larga (31 aminoácidos

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

Figura 38. Estructura primaria de una proteína (Lodish, 2007).

Los aminoácidos están unidos entre sí por el enlace peptídico, este enlace se forma a partir del extremo amino de un aminoácido y el extremo carboxílico de otro aminoácido (Fig. 39). Su hidrólisis o ruptura tiene como resultado la liberación de una molécula de agua. Debido a su estabilidad, el enlace peptídico es considerado como un doble enlace a pesar que no lo es, ¿el porqué de esta consideración?, quizás se deba a que como el nitrógeno es menos electronegativo que el oxígeno, el enlace C-O tiene un 60 % de carácter de doble enlace y un 40 % de enlace sencillo dado por el enlace C-N. Estas dos características genera que el enlace peptídico presente resonancia dando origen a su carácter de enlace doble parcial.

Figura 39. Enlace peptídico de dos aminoácidos (Lodish, 2007). b) Estructura secundaria

Ahora que conoces la estructura primaria es momento de que sepas que la estructura secundaria se forma cuando ciertas partes de la estructura primaria se pliegan gracias a enlaces de hidrógeno, las partes que se pliegan se encuentran bien establecidas de tal manera que forman una hélice alfa, una hoja beta plegada y en menos proporción realizan un giro corto en forma de U; las hojas son las que brindan sostén a la proteína, cualquiera de los plegamientos que posea una proteína, viene definido genéticamente, así pues dependiendo de la proteína que se esté produciendo su configuración ya está definida y

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

se puede predecir en que sitio se encontrará una hoja beta plegada, un giro y una hélice alfa.

Respecto a las hélices alfa, esta conformación surge a partir de la unión del oxígeno del carbonilo con un hidrógeno del aminoácido de cuatro posiciones anteriores tal como se muestra en la Figura 40.

Figura 40. Hélice alfa, forma parte de la estructura secundaria de una proteína (Lodish, 2007).

Por otra parte la hoja beta se forma, como lo muestra la figura 41, por hebras de

aproximadamente 5 a 8 aminoácidos que se agrupan lateralmente, los enlaces que posee provocan que el péptido se pliegue.

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

Dentro de la estructura de las hojas beta plegada se pueden observar un par de giros cortos que proporcionan la forma de U, estos giros están compuestos por tres o cuatro aminoácidos, sirven para redirigir la estructura del péptido.

c) Estructura terciaria

Aquí encontramos que los elementos de la estructura secundaria, las hélices alfa, las hojas beta plegadas y los giros azarosos ( Fig. 42) que se mantienen compactados gracias a que la cadena polipeptídica se estabiliza mediante las interacciones hidrófobas entre las cadenas laterales no polares y también por los enlaces de hidrógeno entre las cadenas laterales polares y enlaces peptídicos; sin embargo por la debilidad de los enlaces aún se modifica su estructura momentáneamente.

Figura 42. Estructura terciaria (Lodish, 2007).

d) Estructura cuaternaria

Consta de dos o más polipéptidos que se unen entre sí, hace referencia al número de subunidades que posee, mismas que pueden ser idénticas o diferentes, en este caso pueden asociarse con otras proteínas que se encuentran en el mismo lugar o bien que cumplan funciones dentro del mismo proceso, es decir forman asociaciones multiméricas dentro de la célula formando de esta forma un sinfín de complejos proteínicos; por

ejemplo un replisoma que es la unión de la helicasa, una DNA polimerasa y una primasa (Fig. 43).

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

Figura 43. Estructura cuaternaria, como ejemplo es la hemaglutina (Lodish, 2007).

1.3.2. Clasificación e importancia bioquímica de las proteínas

Para saber cuál es la importancia de las proteínas te pediré que pienses en algún proceso bioquímico y te preguntes ¿participa alguna molécula de origen proteico en éste proceso? verás que se encuentran prácticamente en todos los procesos bioquímicos y biológicos pues son operadoras de la célula con funciones variadas, la ausencia, presencia, déficit o sobreproducción de alguna de ellas provoca diversas enfermedades; éstas biomoléculas fueron evolucionando hasta lograr especializarse de tal manera que ahora podemos encontrar una clasificación basada en su funcionalidad, así se cuenta con:

a) Proteínas estructurales que brindan rigidez a la célula, por ejemplo el citoesqueleto (Fig. 44) que mantiene la forma celular y la integridad física.

Figura 44. Citoesqueleto de un fibroblasto (Science Photo Library). b) Proteínas transportadoras que controlan y permiten el paso a través de las

membranas lipídicas; otro tipo de transporte es, por ejemplo, la que realiza la hemoglobina llevando el oxígeno al torrente sanguíneo ( Fig. 45 y 46).

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

Figura 45. Simulación de sistema de transporte. (Science Photo Library).

Figura 46. Proteína transmembranal con función de transporte (Science Photo Library).

c) Proteínas reguladoras controlan y apoyan en diversas actividades, aquí encontramos a las enzimas que catalizan reacciones que generan energía, sintetizan y degradan biomoléculas, duplican y transcriben genes etc.

d) Proteínas señalizadoras transmiten señales dentro y fuera de la célula, son receptores que permiten a las células detectar y responder a hormonas y otras señales del entorno (Fig. 47).

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

Figura 47. Proteínas receptoras de hormonas (Science Photo Library).

e) Proteínas motoras que son las que originan el movimiento y conforman los filamentos de actina y miosina (Fig. 48) forman la maquinaria contráctil del músculo.

Figura 48. Túbulos de miosina (color verde) y actina (rojo) (Science Photo Library).

1.3.3. Capacidad catalítica de las proteínas

Las enzimas son proteínas que catalizan todas las reacciones metabólicas de las células. Una característica especial es que aceleran las velocidades de reacción sin una

significativa inversión de energía ¿y cómo es que lo logra?, disminuyendo la energía de activación de las reacciones bioquímicas. Es importante recalcar que las enzimas solo catalizan las reacciones termodinámicamente viables. Las enzimas se clasifican en seis grandes clases que definen su principal característica catalítica.

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Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

La Enzyme Commission es el organismo encargado en clasificar a todas las enzimas y lo hace a partir de un conjunto de dígitos que indican la clase de enzima y el tipo de reacción que cataliza. Los dígitos asignados por esta comisión definen como ya se ha mencionado a la enzima en cuestión es decir, el primer dígito indica la clase de enzima, el segundo dígito indica la subclase de enzima, el tercer dígito indica la subclase de la subclase y el cuarto dígito corresponde a la enzima específica. Estos cuatro dígitos son antecedidos por las siglas EC que indican Enzyme Commission. Así por ejemplo, la enzima EC 2.7.1.1 nos denotaría que la enzima se trata de una Transferasa (clase 2), subclase 7 (transferencia de fosfato), subclase 1 (una función alcohol como aceptor de fosfato) y el último dígito denota a la enzima hexocinasa o ATP

D-hexosa-6-fosfotransferasa.

La clasificación resulta un poco compleja por lo en la actualidad se sigue utilizando el nombre convencional de las enzimas y que dan idea del sustrato que catalizan, por

ejemplo, la celulasa nos indica que hidroliza a la celulosa; la amilasa, hidroliza al almidón, de esta forma podemos distinguir un número importante de enzimas. Tendrías que tener cuidado en la clasificación de enzimas utilizando esta nomenclatura ya que solo basta con

que agregues la terminación “ asa” al sustrato principal de la enzima en cuestión. La

importancia de las enzimas en el metabolismo es fundamental, sin ellas sería imposible la vida. Como futuro biotecnólogo debes tener claro que las enzimas juegan un papel de suma importancia en procesos de síntesis y en el crecimiento celular y que su control a través del conocimiento de variables como pH, temperatura y fuerza iónica así como del conocimiento de los procesos de inhibición ya sea por sustrato o por producto, te

permitirán optimizar y mejorar procesos de síntesis o de producción de biomasa.

1.4. Ácidos nucleicos

Las últimas biomoléculas de las que vamos a hablar son los ácidos nucleicos y, aunque su estructura puede ser la más simple, son de vital importancia en todos los seres vivos. Como los demás polímeros descritos están formados por monómeros, que en este caso se denominan nucleótidos (Fig. 49).

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Bioquímica

Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

Figura 49. Estructura general de un nucleótido (tomado de Curtis y Nelson 2009)

El tipo de azúcar así como la base nitrogenada presente es la principal diferencia entre los dos tipos de ácidos nucleicos: el ácido desoxirribonucleico o ADN y los ácidos

ribonucleicos o ARN. En este apartado iremos desarrollando la estructura e importancia de cada uno de ellos, ¿te apuntas?

1.4.1. Estructura del DNA

El ADN o ácido desoxirribonucléico es un polímero, de doble cadena, formado por desoxinucléotidos (también llamados desoxirribonucleótidos) unidos por enlaces fosfodiéster (Fig. 50). Empezaremos por definir qué es un desoxinuclétido para después explicar cómo se unen entre sí y finalmente cómo se estructura el ADN.

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Bioquímica

Unidad 1. Introducción a las biomoléculas

Figura 50. Estructura del ADN o ácido desoxirribonucléico.

Los desoxinucleótidos están formados por una pentonsa (desoxirribosa) un grupo fosfato y una base nitrogenada que puede ser purina (Adenina o Guanina) o pirimidínica (Timina o Citosina). Su estructura se puede observar en la Figura 51 (tomado de Nelson y Cox, 2009).

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