Almidón, amilosa y amilopectina

• El tema es Biología Celular, del Bloque 1: Introducción
• Unidad Didáctica 2 trata la composición de las células
• En la unidad didáctica 2 se analizan: las moléculas de las células y las membranas celulares

Moléculas de las células

• Las células son estructuras complejas y variadas que se replican a sí mismas y realizan variadas tareas en organismos pluricelulares.
• Los tres componentes fundamentales de las células son: agua, iones inorgánicos y moléculas orgánicas que contienen carbono.

El agua

• El agua representa el 70% (o más) de la masa celular
• El agua es una molécula polar
• Su polaridad le permite formar enlaces o puentes de hidrógeno entre sí, con moléculas polares o iones cargados positiva/negativamente.
• Los iones y moléculas polares son hidrófilas y fácilmente solubles en agua, mientras que las no polares son hidrófobas y casi insolubles.

Iones inorgánicos

• Los iones inorgánicos representan el 1% o menos de la masa celular
• Son necesarios para el metabolismo celular y otras funciones
• Algunos importantes son sodio (Na+), potasio (K+), magnesio (Mg2+), calcio (Ca2+), fosfato (HPO42-), cloro (Cl-) y bicarbonato (HCO₃).

Moléculas orgánicas

• Las 4 clases de moléculas orgánicas son: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos
• Proteínas, Ac. Nucleicos y la mayoría de los carbohidratos (polisacáridos) son macromoléculas formadas por polimerización
• La polimerización usa precursores de bajo peso molecular: aminoácidos, nucleótidos o azúcares simples
• Las macromoléculas comprenden entre el 80 y el 90% del peso seco de las células
• El resto de la masa son moléculas de pequeño tamaño, incluyendo los precursores de las macromoléculas

Carbohidratos

• Se dividen en azúcares simples (monosacáridos) y polisacáridos.
• Los azúcares simples son los principales nutrientes, dando energía y el material inicial para sintetizar otros compuestos celulares.
• Los polisacáridos son una fuente de reserva de azúcares y son componentes estructurales de las células
• Los polisacáridos y otros polímeros de azúcar actúan como marcadores en una variedad de procesos de reconocimiento celular.

Monosacáridos

• La fórmula básica de los monosacáridos es (CH2O)n.
• La glucosa (azúcar de 6 carbonos) constituye la principal fuente de energía de las células.
• Otros azúcares sencillos tienen de 3 a 7 carbonos, siendo comunes los de 3 a 5 carbonos.
• Los azúcares con 5 o más carbonos pueden formar estructuras anulares constituyendo las formas predominantes de las células
• Los azúcares cíclicos existen en formas α y β.
• Los monosacáridos se pueden unir por reacciones de deshidratación con enlaces glicosídicos o glucosídicos.
• Unos pocos azúcares unidos se denominan oligosacáridos y polímeros de cientos o miles azúcares se denominan polisacáridos.
• El glucógeno y el almidón son los polisacáridos más comunes y son formas de reservas de carbohidratos en células animales y vegetales.
• El glucógeno y el almidón están compuestos enteramente de moléculas de glucosa en configuración a.
• Contienen enlaces a (1→6) que une el C1 de una glucosa al C6 de la segunda, Esto conlleva a ramificaciones entre a (1→4).

Polisacáridos

• El almidón posee dos polisacáridos: amilosa y amilopectina, en una proporción de 1:3.
• Ambos están compuestos por residuos de glucosa unidos glucosídicos a (1→4)
• En amilopectinas, enlaces glucosídicos a (1→6) pueden producir ramificaciones
• La amilosa tiene 200-2000 glucosas unidas a (1→4) en cadenas sin ramificar
• Las moléculas de amilopectina son más grandes, con 10.000-20.000 unidades de glucosa, con ramificaciones e insoluble en agua caliente.
• La celulosa es un componente estructural de la pared celular
• Está compuesta por moléculas de glucosa en conformación β y no es un polisacárido ramificado.
• Los residuos de glucosa se unen con enlaces β (1→4) formando fibras de gran dureza mecánica.

Otras funciones de carbohidratos

• Algunos polisacáridos unidos a proteínas funcionan como marcadores dirigiendo las proteínas.
• Como marcadores en la superficie celular, juegan un papel importante en el reconocimiento celular y en las interacciones celulares.

Lípidos

• Desempeñan funciones fundamentales en las células:
• Dan una importante fuente de energía
• Son el componente principal de las membranas celulares
• Señalización celular: como hormonas esteroideas (estrógenos y testosterona) o como mensajeros moleculares
• Los lípidos más simples son los ácidos grasos: largas cadenas hidrocarbonadas con 16-18 átomos de carbono con un grupo carboxilo COO-
• Los ácidos grasos saturados (Palmitato o Estearato) son diferentes a los insaturados (Oleato) porque estos contienen dobles enlaces.
• Las cadenas hidrocarbonadas largas contienen enlaces C-H no polares, haciéndoles incapaces de reaccionar con el agua.
• Su naturaleza hidrófoba es responsable del comportamiento de los lípidos complejos, particulamente la creación de membranas biológicas
• Los ácidos grasos se almacenan como triglicéridos o grasas los cuales consisten en tres moléculas de ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol
• Los triglicéridos son insolubles en agua y se acumulan en forma de gota de grasa en el citoplasma
• Cuando es necesario son degradados para su uso como moléculas precursoras de energía
• Los ácidos grasos almacenan energía de forma más efectiva, produciendo el doble que los carbohidratos por peso
• El cuerpo puede almacenar energía en menos de la mitad del peso corporal que se requeriría para la misma energía con carbohidratos
• Este almacenamiento de energía, es muy importante ya que permite una mayor movilidad de los animales.

Fosfolípidos

• Son los principales componentes de las membranas celulares
• Se componen de dos moléculas de ácido graso y un grupo polar, que los hace anfipáticos
• Las colas de ácidos grasos son no polares y la cabeza es un grupo fosfato polar.
• Las dos moléculas de ácido graso, unidas en una molécula de glicerol, pueden ser designadas R1 y R2 para diferenciarlas.
• El tercer carbono del glicerol tiene unido un grupo fosfato (ácido fostatídico)
• El grupo fosfato está fuertemente unido a una molécula polar formando fosfatidiletanolamina, fosfatidilcolina, fosfatidilserina o fosfatidilinositol
• En la esfingomielina, las dos cadenas de ácido graso se unen al grupo polar (serina) en lugar de glicerol.
• Los fosfolípidos tienen colas hidrófobas (cadenas hidrocarbonadas), y grupos hidrófilos (fosfato con uniones polares)
• Además de los fosfolípidos, las membranas celulares contienen glicolípidos y colesterol
• En los glicolípidos, la cabeza polar está compuesta de carbohidratos
• El colesterol consta de 4 anillos hidrocarbonados y es intensamente hidrófobo, pero con un grupo hidroxilo (OH) hidrófilo
• La testosterona y el estradiol son hormonas esteroideas derivadas del colesterol que tiene un papel importante señalización intercelular.

Ácidos nucleicos

• Son las principales moléculas de información
• El ADN es el material genético en el núcleo (y mitocondrias) de células eucariotas.
• El ARN participa en distintas actividades celulares
• Hay distintos tipos de ARN
• ARNm: transporta información desde el ADN a los ribosomas para sintetizar proteínas
• ARNr y ARNt:. están implicados en la síntesis de proteínas
• Otras formas de ARN participan en el procesamiento y transporte de ARN y catalizan diversas reacciones químicas
• El ARN tambien regula la expresión génica.
• El ADN y ARN son polímeros de nucleótidos conteniendo bases de purinas y pirimidinas unidas a azúcares fosforilados
• Las purinas son adenina (A) y guanina (G).
• Las pirimidinas son citosina (C), timina (T) y uracilo (U)
• Las bases están ligadas a azúcares (2'-desoxirribosa en el ADN; ribosa en el ARN) para formar nucleósidos.
• Los nucleótidos además contienen uno o dos grupos fosfatos unidos al C-5 de los azúcares.
• Los nucleótidos se polimerizan para formar ácidos nucleicos con enlaces fosfodiéster entre el 5'-fosfato de uno y el 3'-OH del siguiente.
• Los oligonucleótidos son polímeros cortos con algunos nucleótidos
• Los polinucleótidos componen ARN y ADN, con miles o millones de nucleótidos
• Una cadena de nucleótidos tiene dirección, con un extremo terminado en un 5'-fosfato y otro con un 3'-hidroxilo
• Los polinucleótidos se sintetizan en dirección 5'→3' por convención
• La secuencia de bases en las cadenas de polinucleótidos transmite la información del ARN y ADN
• El ADN es una molécula de doble cadena en direcciones opuestas
• Las bases en la molécula están unidas por puentes de hidrógeno entre pares de bases complementarias,
• La información del ADN y ARN dirige la síntesis de proteínas específicas, que controlan la mayoría actividad celular.
• Los nucleótidos tienen papeles fundamentales en otros procesos biológicos
• Los nucleótidos integran rutas de señalización intercelular.

Proteínas

• Su nombre deriva de proteios, que significa "de primer rango"
• Las proteínas ejecutan las tareas definidas por la información de los ácidos nucleicos
• Son las macromoléculas más variadas y abundantes, con miles efectuando distintas funciones.
• Las funciones de las proteínas son; constituyen componentes estructurales de las células, transportan y almacenan moléculas pequeñas y transmiten información, y proporcionan defensas frente a una infección (Anticuerpos)
• Las proteínas son polímeros de 20 aa. (aminoácidos) diferentes.
• Cada aminoácido tiene un carbono (Ca) con unido un grupo carboxilo (COO-), grupo amino (NH3+), un átomo de hidrógeno y una cadena lateral
• Las propiedades químicas de cada aa son determinadas por la naturaleza de la cadena lateral R
• Los aminoácidos (aa.) distribuyen en cuatro grupos: no polares, polares, básicos y ácidos
• Los 10 aa. no polares interactúan con el H₂O
• La glicina es el aa. más pequeño y sencillo. (R = H)
• Ala, Val, Leu e Ile contienen cadenas hidrocarbonadas de hasta 4 C
• Las cadenas laterales de metionina y cisteína poseen azufre y pueden formar enlaces disulfuro
• Fenilanina y triptófano poseen anillos arómaticos y son hidrófobos
• La prolina tiene una cadena hidrocarbonada que reacciona con el grupo amino
• Hay 5 aa. polares
• Los residuos de aminoácidos (Ser, Thr y Tyr) tienen grupos hidroxilo
• Asn y Gln contienen grupos amidas
• Formar puentes de hidrógeno con agua, son hidrofílicas y están en la parte externa de proteínas.
• Hay 3 aa. basicos con cadenas laterales polares que tienen carga; Lys y Arg tienen las cadenas laterales cargadas positivamente dentro
• Histidina (His) pueden estar sin o con carga dependiendo del PH e intervenir activamente en las reacciones enzimáticas. Son muy hidrófilos
• Los acidos son los dos aa. Asp y Glu; tienen grupos carboxilo, están cargados negativamente dentro de las células, están en contacto con al agua
• Enlaces peptídicos une aa, entre el grupo a amino y la cadena a carboxilo formando polipéptidos habituales de ciento a miles
• Una cadena tiene extremo a amino, con las siglas (N) y otra con grupo a carboxilo, conocidas con la terminación C
• El orden de aa. es desde extremo N al C.
• Las proteínas definen su característica por ser polipetidos con una secuencia específica de aa.
• En 1953 Frederick Sanger determinó por primera primera vez la secuencia completa de una insulina. Dos cadenas polipeptídicas que se unen por enlaces disulfuros
• Las proteínas actuan para configurar tridimensionalmente características que son cruciales para su función. Las actas configuraciones vienen dadas para las interacciones de sus las aa. constituyentes

Estructura tridimensional de las proteínas

• Estudiando la estructura tridimensional revelan varios procesos que gobiernan el plegamiento, aunque la estructura siendo algo tan complejo hace imposible predecir
• Los niveles de proteina son 4: Primaria (la secuencia de su cadena), Secondaria (Ordenación de la cadena de aminoácidos con a hélice), Terciaria (Es el plegamiento como resultado de las interaciones entre cadenas y laterales de aa), Cuaternaria (son las interacciónes entre cadenas polipétidicas, son las proteínas compuestas de más de un polipéptido)

Membranas celulares

• Las células eucariotas separan el interior de la célula con su entorno
• Los tipos generales se organizan de forma estructural, con una bicapa de fosfolípidos y proteínas asociadas Las membranas especializan sus funciones(transportan las moleculars pequeñas y receptores de membrana)
• Las proteínas de la membrana controlan las intersecciones entre células en los organismos multicelulares

Lípidos de membrana

• Las membranas plasmáticas en animales contiene glycolipidos y cholesteriol, representando cerca del 40 la cantidad de tipos y la composión se diferencia mucho(al haber un grado de asimetría los F no distribuien igual ya que las células fosfatidil y las acidas tienden a la hoja en contactos al citocil) Las biopapas en los lípidos llevan comportamientos fluidos bidemensionables y tienden a moverse en dirreccciones laterales Con la fluidez se ve crucificada a las fundiones de membrana y por conposición de sus partes.El colesterol reduce la permeabilidad lipidica y reduce la fluidez al centro del organismo

Proteínas membrana

• Proteínas insertadas en bicapas se clasificar en dos grupos principales: Proteína integrales de membrana y Periféricas
• Las proteínas integrales de membrana: se encuentran entremetidas a la bicapa, la traviesan completamente, alguna se exponen y el lado de membrana es entre 20 aa
• Proteínas Periféricas: asocian indirectamente a las otra
• Hay moléculas amtipaticas, alguna traviesan membranas una sola vez, la mayoría ha sido modificada en parte con glocoproteinas que tienen expuesto una funcion en la localización y reconocimiento celular
• Las proteínas se anclan y en ocasiones ligan formalmente a la cadena polipéptidca como el los la vertiene con glicosilics o al lado adicionandose al acido graso

Transporte a través de las membranas celulares

• La permebilidad selectiva permite tener un control
• Las moléculas no cargadas pueden difundir
• Algunas permiten el transporte de membrana para sustancias que no traviesen las membranas, clasifandose en 2 grupos: Canales Protenicos(Forman parte de los grupos con un tamaño y descarga adecuado) y Proteínas transportadas ( Unen de una menara selectiva un tamaño en específico)
• En ambos casos las moléculas transportadorar curzan en una dirección enérgicamene favaraole por gradientes
• Requiriendo un un consmo de energía el transporte activo

Este cuestionario explora las diferencias estructurales y funcionales entre amilosa, amilopectina y celulosa, los principales polisacáridos en plantas. Evalúa la comprensión de los enlaces glucosídicos y el impacto de las ramificaciones en las propiedades del almidón y la celulosa. Profundiza en las funciones de estos carbohidratos en las células vegetales.