Bioquímica celular: agua, iones y macromoléculas

• Biología Celular: Bloque 1 Introducción, Unidad Didáctica 2 Composición de las células.

Guion de la Unidad Didáctica 2

• La unidad didáctica se estructura en dos grandes temas:
• Moléculas de las células.
• Membranas celulares.

2.1 Moléculas de las Células

• Las células son estructuras complejas y variadas capaces de replicarse y realizar tareas especializadas en organismos pluricelulares.
• Los tres elementos fundamentales que componen 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.
• Esto le permite formar enlaces o puentes de hidrógeno entre sí, con otras moléculas polares, o interaccionar con iones cargados.
• Los iones y las moléculas polares son solubles en agua (hidrófilas), mientras que las moléculas no polares son escasamente solubles en medio acuoso (hidrófobas).
• Las moléculas no polares minimizan el contacto con el agua relacionándose estrechamente entre sí.

Iones Inorgánicos

• Representan el 1% (o menos) de la masa total de la célula.
• Están implicados en el metabolismo celular y juegan un papel importante en algunas funciones celulares.
• Los iones que destacan son:
  • Sodio (Na+)
  • Potasio (K+)
  • Magnesio (Mg2+)
  • Calcio (Ca2+)
  • Fosfato (HPO42-)
  • Cloro (Cl-)
  • Bicarbonato (HCO3-)

Moléculas Orgánicas

• Pertenecen a 4 clases de moléculas: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
• Proteínas, ácidos nucleicos y la mayoría de los carbohidratos (polisacáridos) son macromoléculas, formadas por polimerización de cientos o miles de precursores de bajo peso molecular: aminoácidos, nucleótidos o azúcares simples.
• Estas macromoléculas constituyen entre el 80% y el 90% del peso seco de la mayoría de las células, y el resto de la masa lo componen moléculas de pequeño tamaño molecular, incluidos los precursores de estas macromoléculas.

Carbohidratos

• Los carbohidratos se componen de:
  • Azúcares simples (monosacáridos) que constituyen los nutrientes principales de las células. Su degradación no sólo proporciona la fuente de energía, sino también el material inicial de la síntesis de otros compuestos celulares.
  • Polisacáridos que son formas de reserva de los azúcares, y constituyen componentes estructurales de la célula.
• Los polisacáridos y otros polímeros más cortos de azúcares actúan como marcadores para procesos de reconocimiento celular, incluyendo la adhesión entre células y el transporte de proteínas a los destinos intracelulares adecuados.
• La fórmula básica de los monosacáridos es: (CH2O)n, donde n es el número de átomos de carbono que la conforman. De esta fórmula proviene el nombre de carbohidrato.
  • ejemplo: (C = 'carbo' y H₂O = 'hidrato').
• El azúcar de 6C es la glucosa, especialmente importante en las células, ya que constituye la principal fuente de energía.
• Otros azúcares simples tienen entre 3 y 7 carbonos, siendo los de 3 a 5 carbonos los azúcares más comunes
• Los azúcares con 5 o más carbonos pueden ciclarse para formar estructuras anulares que constituyen las formas predominantes dentro de las células.
• Los azúcares ciclados existen en dos formas: α y β, en función de la configuración del C1.
• Los monosacáridos pueden unirse entre sí mediante reacciones de deshidratación, donde se extrae una molécula de agua y los dos azúcares se unen mediante un enlace glucosídico o glicosídico, entre dos átomos de carbono.
• Cuando se unen unos pocos azúcares el polímero resultante se denomina oligosacárido.
• Los polímeros de cientos o miles de azúcares reciben el nombre de polisacáridos.
• Los dos polisacáridos más comunes son el glucógeno y el almidón, que constituyen las formas de depósito de carbohidratos en células animales y vegetales respectivamente.
• Tanto el glucógeno como el almidón están completamente compuestos por moléculas de glucosa en configuración α. El enlace glicosídico se produce entre el C1 de una molécula y el C4 de la segunda glucosa.
• Ocasionalmente, estos polisacáridos contienen enlaces α (1→6) y el C1 de una glucosa se une al C6 de la segunda, lo que conlleva a la formación de ramificaciones que resultan de la unión de dos cadenas independientes de enlaces α (1→4).
• El almidón es una macromolécula constituida por dos polisacáridos, la amilosa y la amilopectina, que se encuentran en proporción 1:3. Ambos polisacáridos están compuestos por residuos de glucosa unidos por enlaces glucosídicos α (1→4).
• En el caso de la amilopectina se pueden producir también enlaces glucosídicos α (1→6) que originan ramificaciones en la molécula.
• La amilosa está compuesta de aproximadamente 200 a 2000 moléculas de glucosa unidas por enlaces glicosídicos α (1→4) en cadenas no ramificadas.
• Las moléculas de amilopectina son significativamente más grandes que las moléculas de amilosa; algunas contienen entre 10000 y 20000 unidades de glucosa. La amilopectina contiene ramificaciones y es esencialmente insoluble en agua caliente.
• La celulosa , en contraste, tiene una función bien definida como principal componente estructural de la pared celular de las células vegetales, está compuesta por moléculas de glucosa, cuyos residuos presentan una configuración β, y no es un polisacárido ramificado.
• La unión de los residuos de glucosa se lleva a cabo mediante enlaces β (1→4) que hace que la celulosa forme largas cadenas que se empaquetan unas junto a otras formando fibras de gran dureza mecánica.
• Los polisacáridos se encuentran unidos a proteínas donde funcionan como marcadores para dirigir a las proteínas a la superficie celular o para incorporarse a distintos orgánulos celulares, jugando importantes papeles en el reconocimiento celular y en las interacciones entre las células en los tejidos y organismos pluricelulares.

Lípidos

• Desempeñan funciones fundamentales en las células como: proporcionar una importante fuente de energía, son el componente principal de las membranas celulares, participan en la señalización celular (hormonas esteroideas o mensajeros moleculares). Trasladan señales desde los receptores hasta las diana moleculares en el interior de las células y median en procesos celulares como la proliferación, el movimiento, la supervivencia y la diferenciación.
• Los lípidos más simples son los ácidos grasos, consistentes en largas cadenas hidrocarbonadas, que contienen entre 16 o 18 átomos de carbono, con un grupo carboxilo COO- en el extremo.
• A diferencia de lo ácidos grasos saturados (Palmíctato o estarato), los ácidos grasos insaturados tienen uno o mas dobles enlaces entre sus átomos de C (ej. Oleato)
• Las cadenas hidrocarbonadas largas de ácidos grasos contienen solo enlaces C-H no polares, que son incapaces de reaccionar con el agua.
• Su naturaleza hidrófoba es responsable del comportamiento de los lípidos complejos, en particular de la formación de las membranas biológicas.
• Los ácidos grasos se almacenan en forma de triglicéridos o grasas, que consisten en tres moléculas de ácidos grasos, ligados con 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 utilización como moléculas precursoras de energía.
• Los ácidos grasos son formas almacenamiento más eficaz que los carbohidratos produciendo mas del doble de energía por peso de material degradado
• Las grasas permiten que se almacene energía en menos de la mitad del peso corporal que se requería para almacenar la misma cantidad de energía con carbohidratos. Este almacenamiento de energía, es muy importante ya que permite una mayor movilidad de los animales.
• Los fosfolípidos son los principales componentes de las membranas celulares, se componen de dos moléculas de ácido graso más un grupo polar de cabeza.
• Las dos moléculas de ácido graso, unidos en una molécula de glicerol, pueden ser diferentes entre sí y se denominan R1 y R2 para diferenciarlos.
• El tercer carbono del glicerol está unido a un grupo fosfato (formando ácido fosfatídico).
• El grupo fosfato se encuentra fuertemente unido a una molécula polar pequeña formando (fosfatidiletanolamina, fosfatidilcolina, fosfatidilserina o fosfatidilinositol).
• En la esfingomielina las dos cadenas de ácido graso se unen al grupo polar de cabeza formado por serina en lugar de glicerol.
• Los fosfolípidos son moléculas antipáticas, en parte solubles en agua y en parte insolubles: tienen colas hidrófobas (dos cadenas hidrocarbonadas) y grupos hidrófilos de cabeza (grupo fosfato y sus uniones polares).
• Además de los fosfolípidos, muchas membranas celulares contienen glicolipidos, cuyas moléculas polares de cabeza están constituidas por carbohidratos, y contienen colesterol.
• El colesterol consta de cuatro anillos hidrocarbonados en lugar de dos moléculas lineales de hidrocarbonos.
• Los anillos hidrocarbonados son intensamente hidrófobos, pero el grupo hidroxilo (OH) unido a un extremo del colesterol es débilmente hidrófilo, por lo cual también el colesterol puede considerarse una molécula anfipática.
• La testosterona y el estradiol son hormonas esteroideas derivadas del colesterol que juegan un papel fundamental en la señalización intercelular.

Ácidos Nucleicos

• Son las principales moléculas de información de las células.
• El ácido desoxirribonucleico (ADN) desempeña un papel único dando material genético. En células eucariotas se encuentra en el núcleo (y también en mitoconrias)
• EL ADN y el ARN son polímeros de nucleótidos que consisten en bases de purinas y primidinas, ligadas a azucares fosforilados.
• Bases Primidinas: A, G
• Bases Puridinas: C, T, U
• Las bases están unidas a azúcares (2'- desoxirribosa en el ADN; y ribosa en eARN) para formar nucleosidos
• Se conocen distintos tipos de ácido ribonucleico (ARN) que participan en distintas actividades celulares:
  • El ARNm o ARN mensajero transporta información desde el ADN a los ribosomas, donde sirve como molde para la síntesis de proteínas.
  • El ARNr ribosómico y el ARNt está implicado en la síntesis de proteína
  • Otras formas de ARN también está implicados en los procesos de trasporte tanto del ARN como proteínas
  • Cataliza diversas reacciones químicas
  • Regula la expresión génica
• Los nucleótidos tienen además, uno o dos grupos fosfatos unidos al C-5 de los azúcares de los nucleósidos.
• La polimerización de los nucleótidos para formar ácidos nucleicos implica la formación de enlaces fosfoiester entre le 5'-fosfato de un nucleotido y el 3'-OH del siguiente
• Los oligonucleótidos son pequeños polímeros que contienen solo unos pocos nucleótidos
• Los polinucleótidos que componen el ARN o AD celular pueden contener miles o millones de nucleótidos respectivamente
• Una cadena de nucleótidos tiene un sentido (3), con un extremo de la cadena terminado en un grupo 5'fosfato y el otro con un grupo 3'-hidroxilo
• Los polinucleótidos siempre se sintetizan en dirección 5→ 3 añadiéndose un nucleótidos al grupo 3-OH de la cadena en formación Por convención, la cadena de ARN y AD siempre se escribe la dirección 5-3
• La información del ARN y del ADN se transmite por el orden de las bases en las cadenas de polinucleótidos.
• El ADN es una molécula de doble cadena que discurren en direcciones opuestas.
• Las bases se ecnuentran en la parte interna de la molécula, y las dos cadenas están unidas por puentes en H entre pares de bases complementarios.
• La información contenida en le ADN and ARN dirige en las a síntesis de proteínas específicas, que controla la mayoría de la actividad celular.
• Los nucleótidos juego un papel fundamental en otros procesos biológicos: por ejemplo la molécula de ATP (fuente y tranmisor de energia) Algunos nucleótidos el AMPc funcionan como integrantes de las rutas de señalización intercelular

Proteínas

• Su nombre deriva del griego proteios, que significa de primer rango.
• Las proteínas encargan de ejecutar las tareas definidos en la información que contienes los acidos nucleicos.
• Son las macromoléculas Mas varadas de todas las macromoléculas: Cada célula contienen miles las proteínas diferentes que realizan una amplia gama de funciones
• Entre la funciones llevalas a cabos por las proteínas destaca
  • Constituyen Componentes estructurales de las células y tejidos
  • El trasporte y almacenientos moléculas pequeños ( ej. La hemoglobina que trasporte el O2 )
  • Trasmisiores de información entre células (como los hormonas proteicas
  • Proporcionan la defensas frente a una infección ( Anticuerpos)
• las proteinas son polimeros dee 20 aminocidos (a) distintos
• Cada (a) esta compuesto por un carbono unido a un grupo ( COOO), un grupo amino( NH3) y un atomo de hidrógeno como la cadena lateral característica
• Las propiedades químicas específicas de cada aa se definen por la naturaleza de la cadena lateral R..
• Los a se distribuyen en cuatro grandes grupos, en función de la naturaleza de R (a , no polos , a polares , a mas básicos y ácidos
• 10 aa no pola
• A no interior con el H2O
• La Gly es el aa más sencillo
• Ala , Val Leu y lle , continene cadenas hidrocarbonos de hasta C Por su naturaleza hidrófoaba , las cadenas de eso aa se localizan en el interior las proteínas , donde no entran en contacto con el agua
• La Pro interne une cadena hidrocarbonada que reacciona el grupo amino formando una estructura cíclica
• Las cadenas laterales de Mets y Cys contienen átomos de azufre que pueden formar enlazes disulfuro
• Las cadena contiene aramos que son las altamente hidrófobicas.
• 5* aa polares
• Las cadenas laterales o tiene cargar y pero son polaires
• Las Ser Thr y tyr contienen grups hidroxilo en su cadena latreses
• Anym y Gin continen grupos Estás cadenas pueden formar Puente de hidrógeno y son hidrófilas

La

• 3aa cadenas Sus cadenas laterales tiene caras altasmente

La a y son muuu básy sus carreras estante cargadas positivamente dentro de la celular Son muy hidrofos y centranten con agua en la superficie de la celular La His estar si cargar fisiologicos

• Sus cadena so acid as

2 aa and glutamina

Estos aa carlado en el interior de la celular Son muy hidrófobicos en con el a agua

Esta unidas por las cadenas polipetitica ( es

• La secuencia aminoacidos de unpolipetidos (orden* Las Características de las cadenas ( a específicos) Frederik dando determinación que la Secuencia *don cadenas politicas unid por su disolfuro

  Las proteína adoptan configuraciones tres dimesionales , que son funciones

1- Estado de la protenaias es la las aa y sus conexiones olipeptídicas

• La estructura primarias ( la secuencias and al cadena poliéster Estructura segundaria : es la aa Hélice :a Hoja b Hélice a es la láminas a estructura (es el pregantemiento en la conexión poliéster ) (se conectan a estructura con cadenas aa hidrófobico e hridrofilioco en las células)

• Estructuras cuaternarias : Entre la células que se pueden cadenas poliéster

2.2 Membranas Celulares

• Las membrana celular separen el interno de la celular de si etron y define las compertemientos de las células eucariotes.
• Todas la membranas comparen la miemssmos organizaciones: bicipas de fosfolipidos y proteínas asociados.
• Las proteínas son responsables y muchas funciones especializadas : trastaradores de pequeñas moléculas, receptor de membrana y etc Memarbas plasmáticas células animales contenia glocoliopdos y colesterol que puede llegar representar un 40% lípidos de membrana .
• En *los fosfolípidos so moléculas antipáticas : tene coles H20 por las cadenas (grupos y pole las H2O

Los FL se detribuyen de yual forma en ambas Hoja por lo tanto la fosfatidelamina en la s hojs en contacto con el etosol

Las cadenas lisitas se importante como los fluidos binenciales puede dar la forma de la polarización

• Las Lisiticas se une y se forma las cadenas de forma y forma lisista*

La permeabilidad electiva de mas membranad biológicas a las mósulas permite , las celuares mantener su composición integra Solo las moleculas pequeñas no encargadas

Las proteinas de la mas celulas ( *25- 75% *) Proteinas laterlaes las proteinas estan insertadas en la mas lisita, de los lípidos se conecta a el funciones de cada mebrana distinta. Dós grandes grupos : Las Proteinasss integrales- laternas( el membrana) , que encuentran el memarana En las células y e encuentra en espiral -a,

Memarbas celularesss

• las moleculas son anfibias y polares*

Algunas aterican las membranas a un so la vez

• En la células la mas proteinas so adiciones de carbohidratos en la supericicie celulare
• También las proteínas Pueden las en a memabranas es de los lípidos con de las celulas al cadena*
• Moléculas pollares, en su permeabilidad selectiva en biológicas de membranas*

Este cuestionario abarca los componentes básicos de la célula: agua, iones inorgánicos y macromoléculas. Explora las propiedades del agua que permiten la vida, la función de los iones y la polimerización de las proteínas. Evalúa tu comprensión de los bloques constructores de la vida celular y sus interacciones.