Bioquímica de las Biomoléculas (PDF)

Bioquímica Biomoléculas  Materia Sustancias puras Mezclas Elementos Compuestos Mezclas Mezclas Pueden homogéneas heterogéneas...

Bioquímica Biomoléculas  Materia Sustancias puras Mezclas Elementos Compuestos Mezclas Mezclas Pueden homogéneas heterogéneas descomponerse La composición es La composición es en sustancias igual en todas las diferente en todas más simples por partes sus partes cambios químicos, su Los componentes Los componentes Atómico Molecular composición son indistinguibles son distinguibles siempre es constante  Elementos biológicamente importantes Carbono Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno Fósforo Azúfre La vida es compleja y dinámica. Organismos se encuentran constituidos por el mismo conjunto de elementos químicos, C O N H P S (forman biomoléculas). La vida es organizada y se sustenta a sí misma. Organizados jerárquicamente, del átomo al organismo. Elementos biológicamente importantes  Elementos “inorganicos” El agua representa hasta el 70% del peso de una célula, y iones como el sodio (Na+), potasio (K+), magnesio (Mg2+) y calcio (Ca2+) pueden representar otro 1%. Casi todas las demás clases de moléculas de los seres vivos son orgánicas.  Elementos “inorganicos” El agua representa hasta el 70% del peso de una célula y casi todas las demás clases de moléculas de los seres vivos son orgánicas. Iones como el sodio (Na+), potasio (K+), magnesio (Mg2+) y calcio (Ca2+) pueden representar otro 1%.  Elementos “inorganicos” El agua representa hasta el 70% del peso de una célula y casi todas las demás clases de moléculas de los seres vivos son orgánicas. Iones como el sodio (Na+), potasio (K+), magnesio (Mg2+) y calcio (Ca2+) pueden representar otro 1%. Agua Agua - propiedades ENLACES NO COVALENTES Interacciones ionicas Puentes de hidrogeno PROPIEDADES DISOLVENTES DEL AGUA El agua es el disolvente biológico ideal. Disuelve con facilidad una gran diversidad de cons9tuyentes de los seres vivos. Entre los ejemplos se incluyen iones (p. ej., Na+, K+ y Cl−), azúcares y muchos de los aminoácidos. pH Acción disolvente El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno. Polimeros Monomeros  Grupos funcionales de las biomoléculas Se puede considerar que la mayoría de las biomoléculas deriva de la clase más simple de moléculas orgánicas: los hidrocarburos, moléculas que contienen carbono e hidrógeno y son hidrófobas (insolubles en agua). Todas las demás moléculas orgánicas se forman mediante la unión de otros átomos o grupos de átomos al esqueleto hidrocarbonado.  Grupos funcionales de las biomoléculas La mayoría de las biomoléculas contiene más de un grupo funcional. Por ejemplo, muchos azúcares tienen numerosos grupos hidroxilo y un grupo aldehído. Los aminoácidos, que son los elementos fundamentales de las proteínas, tienen un grupo amino y un grupo carboxilo. Las distintas propiedades químicas de cada grupo funcional contribuyen al comportamiento de las moléculas que lo contienen.  Ácido Aldehido 1 2 Cetona Alcohol 3 4 Clasificación de carbohidratos FORMADOS EXCLUSIVAMENTE POR CARBONO, OXIGENO E HIDROGENO Monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. Químicamente: Poli-hidroxialdehidos y Poli- hidroxicetonas. Pueden formar integrarse a otras biomoléculas, llamados glucoconjugados.  Monosacáridos Dos grandes familias, de acuerdo al grupo funcional que poseen. Aldosas: poseen un grupo funcional aldehído. Cetosas: 7enen un grupo ceto.  Monosacáridos Los monosacáridos de ambas familias son nombrados de acuerdo con el número de carbonos presentes en su estructura, de tal forma que: 3 Carbonos - triosas 4 Carbonos - tetrosas 5 Carbonos - pentosas 6 Carbonos - hexosas  Monosacáridos Tanto aldosas como cetosas 3 Carbonos - triosas 4 Carbonos - tetrosas 5 Carbonos - pentosas 6 Carbonos - hexosas Monosacáridos Familia de aldosas Familia de cetosas Aldotriosa Cetotriosa Aldotetrosa Cetotetrosa Aldopentosa Cetopentosa Monosacáridos Podria decirse que entre el C1 y en C2 de las aldosas, y el C2 y C3 de las cetosas, se agrega un nuevo carbono sus9tuido (H-C-OH). Familia de las aldosas Familia de las cetosas Triosas Pentosas Hexosa Epímeros: Difieren en un (OH) de 1 mismo carbono. aldosa cetosa Monosacáridos, configuración de ciclos Tanto las aldosas como las cetosas de 5 y 6 carbonos, reaccionan para formar ciclos de manera espontanea. Estos anillos pueden ser de 5 o 6 atomos (heteroatomos). El ejemplo mas sencillo es el de la glucosa (aldosa de 6 carbonos ó hexoaldosa). Monosacáridos, configuración de ciclos Ésta configuraBon recibe el nombre de configuración de fischer, en una columna y Haworth cuando se especifica el anillo formado  Monosacáridos, configuración de ciclos Las estructuras de anillo de 6 se denominan piranosas. los anillos de 5 miembros reciben el nombre de furanosas. IMPORTANTE: Un mismo monosacárido puede generar estructuras piranosas y furanosas! Fructosa = CETOSA = Hexosa α-OH abajo β-OH arriba Ribosa = ALDOSA = Pentosa α-OH abajo β-OH arriba  DISACÁRIDOS Unión de dos monosacáridos = enlace glucosídicos. De todos los disacáridos, destacan: - Sacarosa (sucrosa): Glucosa + fructosa - Lactosa: Glucosa + Galactosa - Maltosa: Glucosa + Glucosa POLISACÁRIDOS Se pueden hidrolizar dando muchos monosacáridos. Ejemplo mas importante: Almidón; polisacárido de reserva en las plantas. Fuente de ingesta de CH´s de la dieta. Se conforma de dos polímeros de glucosa (α-D- glucopiranosa): AMILOSA (25%, enlaces α 1-4, sin ramificaciones). AMILOPECTINA (75%, enlaces α 1-4 y en gran cantidad α 1-6, ramificada) Sin embargo, existen mucho otros polisacáridos importantes: CELULOSA- D-glucosa, β-1-4´. QUITINA- N-acetilglucosamina, β-1-4´. Lípidos  Características: Están compuestos principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno. Son de naturaleza NO polar, por lo tanto disuelven en compuestos no polares como el éter, el cloroformo y la acetona. Son insolubles en agua. Fuente de alta energía- Contienen más energía química en sus enlaces que los carbohidratos. Unidad básica:  Poseen una gran variedad de funciónes: Estructural (constituyen la membrana plasmática). Sirven como reservorio energetico en el humano. Poseen la mayor diversidad estructural de las biomoléculas.  Generalidades - Ácidos grasos - saturación Enlaces sencillos Mayor punto de fusión Sólidos (grasas animales) Dobles enlaces Menor punto de fusión Líquidos (aceites vegetales)  Generalidades - Ácidos grasos insaturados palmitico Saturados Oleico Monoinsaturados Poliinsaturados Linoleico Generalidades - Ácidos grasos insaturados Orientación de los dobles enlaces Cis (saludables) Trans TRANS CLASIFICACIÓN Simples Saponificables Complejos LÍPIDOS Terpenos Insaponificables Esteroides Eicosanoides CLASIFICACIÓN Saponificables Generalidades LÍPIDOS Esteroides Terpenos Prostaglandinas Generalidades Lípidos saponificables v Se pueden fabricar jabones con ellos v Son ésteres de ácidos grasos con alcoholes 2 1 3 Generalidades Lípidos saponificables v Se pueden fabricar jabones con ellos v Son ésteres de ácidos grasos con alcoholes CLASIFICACIÓN Simples Saponificables Complejos LÍPIDOS Terpenos Insaponificables Esteroides Prostaglandinas Lípidos saponificables q Simples § Grasas o acilglicéridos § Ceras q Complejos § Glicerolípidos §Glicerofosfolípidos § Gliceroglucolípidos § Esfingolípidos §Esfingofosfolípidos §Esfingoglucolípidos Lípidos saponificables > Simples> grasas o acilgliceroles Glicerol esterificado con ácidos grasos Monoacilglicéridos Diacilglicéridos triacilglicéridos  Lípidos saponificables > Simples> ceras Alcoholes de cadena larga esterificados con ácidos grasos Lípidos saponificables q q Complejos § Glicerolípidos- Ácidos grasos esterificados con glicerol. § Glicerofosfolípidos § Gliceroglucolípidos §Esfingolípidos-Ácidos grasos unidos con una esfingosina mediante un enlace amida. §Esfingofosfolípidos §Esfingoglucolípidos Lípidos saponificables q Complejos § Glicerolípidos- Son lípidos simples, que 6enen unido un grupo fosfato o un monosacárido § Glicerofosfolípidos- ácido fosfa>dico § Gliceroglucolípidos- monosacárido  Glicerofosfolípidos y Gliceroglucolípidos Pueden tener moleculas unidas al grupo fosfato o glucido que cumple con funciones de vital relevancia para el organismo. §Esfingolípidos-Ácidos grasos unidos con una esfingosina mediante un enlace con Nitrógeno. §Esfingofosfolípidos §Esfingoglucolípidos Lípidos saponificables q Complejos § Glicerolípidos - §Esfingolípidos - Ácidos grasos unidos a una esfingosina (a diferencia de los lípidos previos, donde se une a un glicerol) mediante un enlace nitrogeno. Enlace por un N Esfingosina + Ácido graso = ceramida CLASIFICACIÓN Simples Saponificables Complejos LÍPIDOS Terpenos Insaponificables Esteroides Eicosanoides CLASIFICACIÓN Simples Son lípidos que no poseen Saponificables ácidos grasos en su estructura, divididos en tres subgrupos. Complejos LÍPIDOS Terpenos Insaponificables Esteroides Eicosanoides  Lípidos insaponificables > Terpenos Son compuestos orgánicos Isopreno = unidad de 5 carbonos responsables de los aromas y (2) sabores en las plantas. (5) (4) (1) (3) Formados por 1 a 8 unidades de isopreno (hidrocarburos de 5 átomos de carbono). Dichas unidades pueden arreglarse linealmente o cíclicamente.  Lípidos insaponificables > Terpenos Son compuestos orgánicos Isopreno = unidad de 5 carbonos responsables de los aromas y (2) sabores en las plantas. (5) (4) (1) (3) Formados por 1 a 8 unidades de isopreno (hidrocarburos de 5 átomos de carbono). Dichas unidades pueden arreglarse linealmente o cíclicamente.  Lípidos insaponificables -> Esteroides Los esteroides son compuestos derivados de una estructura compleja formada de tres anillos de 6 carbonos y un anillo de 5 carbonos: el ciclopentano-perhidro-fenantreno (esterano). Principales esteroides: § Colesterol. §Vitamina D. § Hormonas sexuales. §Corticosteroides (Medicamentos antiinflamatorios).  Lípidos insaponificables -> Esteroides Los esteroides son compuestos derivados de una estructura compleja formada de tres anillos de 6 carbonos y un anillo de 5 carbonos: el ciclopentano-perhidro-fenantreno (esterano). Principales esteroides: § Colesterol > Hormonas sexuales: testosterona, progesterona, estradiol, etc.). §Anticonceptivos  Lípidos insaponificables -> Eicosanoides Son lípidos derivados de los ácidos grasos esenciales de 20 carbonos como el ácido araquidónico y los ácidos grasos omega-3 y omega-6. Se clasifican en tres tipos: a) Prostaglandinas (PG) b) tromboxanos (TX) c) leucotrienos (LT) Funciones: - Vasodilatadores - Broncodilatadores - Broncoconstrictores - Pirógenos - Constricción/relajación del músculo liso CLASIFICACIÓN Simples EN RESUMEN Saponificables Complejos LÍPIDOS Terpenos Insaponificables Esteroides Eicosanoides  Proteínas Función PRIMORDIALMENTE ANABÓLICA Estructural. Ej: colágena y queraCna. Hormona. Ej: insulina. Transportadora. Ej: hemoglobina. Defensiva. Ej: anCcuerpos. Para nuestra materia: 1) Enzimas: glucocinasa y hexocinasa. 2) Función energéCca: en caso de falta de aporte energéCco muy extremo (gluconeogénesis).  Proteínas > aminoácidos Aminoácidos: moléculas con un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH). “tanto el carboxilo como el amino están unidos al mismo carbono” el carbono alfa α La cadena lateral (llamada radical R) posee estructura variable, que determina la identidad del a.a.  Proteínas > aminoácidos Aminoácidos: moléculas con un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH). Proteínas: polímeros de (L)-α-aminoácidos unidos mediante enlaces amida. básicos ácidos Clasificación (a pH= 7) Polares No polares (sin carga) (8) (7) básicos ácidos Clasificación (a pH= 7) Polares No polares (sin carga) (8) (7) CaracterisJcas de los grupos R α  Caracteristicas de los grupos R Azufrados Formación de puentes disulfuro: Cis=na  Caracteristicas de los grupos R Azufrados Aromáticos  CaracterisJcas de los grupos R En a.a., por convención, se les clasifica como L-aminoácidos. (*Todos los aminoácidos son quirales excepto la glicina). AMINOÁCIDOS ESENCIALES: no son sinteazados por los seres humanos. - Tarea: Talidomida, importancia de la configuración QUIRAL  Enlace pep>dico ¿Diferencia entre péptido y proteína?  Niveles estructurales de proteínas Las proteínas son extraordinariamente complejas. Los modelos completos que ilustran incluso las más pequeñas de las cadenas polipep8dicas son dificiles de comprender. Structure of COVID-19 virus spike receptor-binding domain (complexed with a neutralizing antibody).  Estructura primaria Estructura primaria: la secuencia de aminoácidos que es especificada por la información gené7ca.  Estructura secundaria Estructura secundaria: se genera cuando la cadena polipepKdica se pliega, formandose determinadas disposiciones localizadas de aminoácidos adyacentes (no necesariamente conLguos). Existen dos formas: α- hélice (hélice - α) β-plegada (β-laminar)  Estructura secundaria Estructura secundaria: se genera cuando la cadena polipepKdica se pliega, formandose determinadas disposiciones localizadas de aminoácidos adyacentes (no necesariamente conLguos). α- hélice (hélice - α) Estructura rígida originada por una cadena polipepSdica enrollada en conformación helicoidal dextrógira. Se forman por la interacción entre el entre: El grupo NH2 de cada a.a. y el carbonilo del a.a. que se encuentra cuatro residuos más adelante (por puente de hidrógeno).  Estructura secundaria Estructura secundaria: se genera cuando la cadena polipepKdica se pliega, formandose se forman determinadas disposiciones localizadas de aminoácidos adyacentes (no necesariamente conLguos). Las láminas plegadas 𝛃 se forman cuando se alinean dos o más segmentos de la cadena polipep_dica uno al lado del otro. Se estabilizan por: Puentes de hidrogeno que se forman entre los grupos NH de un a.a. y el carbonilo del esqueleto polipep_dico de cadenas adyacentes.  Estructura secundaria Estructura secundaria: se genera cuando la cadena polipepKdica se pliega, formandose determinadas disposiciones localizadas de aminoácidos adyacentes (no necesariamente conLguos). Las láminas plegadas 𝛃 se forman cuando se alinean dos o más segmentos de la cadena polipep_dica uno al lado del otro. Se estabilizan por: Puentes de hidrogeno que se forman entre los grupos NH de un a.a. y el carbonilo del esqueleto polipep_dico de cadenas adyacentes.  Estructura terciaria Es la responsable de sus propiedades biológicas, ya que determina su interacción con los diversos ligandos. Aquí existen los puentes DISULFURO. La estructura terciaria es la máxima información estructural que se puede obtener.  Estructura terciaria La estructura cuaternaria, se refiere a proteínas que constan de dos o más cadenas polipepddicas (o subunidades). - Dimeros, trimeros, tetrameros. - Homo u hetero-estructuras. Clasificación de proteinas por su forma Globulares y filamentosas Clasificación de proteinas por su forma Globulares y filamentosas  Desnaturalización Cambios en el entorno (pH, concentración de sales o temperatura) deriva en modificaciones estructurales con la subsecuente perdida de integridad de la proteína (y acDvidad biológica). A este proceso se le denomina desnaturalización, y es un proceso Irreversible  Secuencia de una pépJdo (ejercicio) Nomenclatura de 1 letra: NH3-G-A-D-C-M-P-V-K-N-COO- Nomenclatura de 3 letra: NH3-Gly-Ala-Asp-Cys-Met-Pro-Val-Lys-Asn-COO- Nombre completo:  Holoenzima Enzima completa y acGva formada por Apoenzima y Cofactor Parte proteica que puede Parte proteica tener unido un “grupo inorgánica (ion) u prosté=co” (componente no orgánica (co-enzima) aminoacídico que forma parte de la estructura de las heteroproteínas) Bioquímica de los Acidos Nucleicos CA García Sepúlveda MD PhD Bioquímica de los ácidos nucleícos Principios Bioquímicos ¿Qué es el DNA? El DNA es una molécula bicatenaria (duplex), antiparalela y complementaria. Bioquímica de los ácidos nucleícos Principios Bioquímicos ¿Qué es el DNA? El DNA (al igual que el RNA) es un polímero biológico. Bioquímica de los ácidos nucleícos Principios Bioquímicos ¿Qué es el DNA? El DNA es una molécula BICATENARIA (duplex), antiparalela y complementaria. Cadena #1 Cadena #2 Bioquímica de los ácidos nucleícos Principios Bioquímicos ¿Qué es el DNA? El DNA es una molécula bicatenaria (duplex), ANTIPARALELA y complementaria. 5' 3' Cada cadena de DNA posee un extremo 5' y otro 3' (según la orientacion de la desoxirribosa). 3' 5' Bioquímica de los ácidos nucleícos Principios Bioquímicos ¿Qué es el DNA? El DNA es una molécula bicatenaria (duplex), antiparalela y COMPLEMENTARIA. A T T A Cuando no se G encuentran formando C parte de un duplex las C G cadenas aisladas de A T DNA se denominan T A ssDNA. G C C G A T T A G C C G Bioquímica de los ácidos nucleícos Principios Bioquímicos ¿Qué es el DNA? El DNA (al igual que el RNA) es un polímero biológico. Bioquímica de los ácidos nucleícos Principios Bioquímicos ¿Qué es el DNA? El DNA (al igual que el RNA) es un polímero biológico. Bioquímica de los ácidos nucleícos Nucleó3dos Constituyen la unidad estructural del DNA y RNA Participan en el metabolismo formando parte de varios cofactores (CoA, flavina, nicotinamida). Participan en la señalización intracelular Formados por tres subunidades Una base nitrogenada químicas Bioquímica de los ácidos nucleícos Nucleó3dos Constituyen la unidad estructural del DNA y RNA Participan en el metabolismo formando parte de varios cofactores (CoA, flavina, nicotinamida). Participan en la señalización intracelular Formados por tres subunidades químicas Una pentosa, ¿Qué Lpo de monosacarido específicamente: RIBOSA cicldo es este? Bioquímica de los ácidos nucleícos Nucleó3dos Constituyen la unidad estructural del DNA y RNA Participan en el metabolismo formando parte de varios cofactores (CoA, flavina, nicotinamida). Participan en la señalización intracelular Formados por tres subunidades químicas Un grupo fosfato Bioquímica de los ácidos nucleícos Bases nitrogenadas Purinas Pirimidinas ARN Enlace N-glucosídico Bioquímica de los ácidos nucleícos Pentosas Las bases nitrogenadas se unen al C1 de la pentosa a través del Nitrogeno 9 (purinas) o Nitrogeno 1 (pirimidinas). Bioquímica de los ácidos nucleícos Pentosas C2' puede estar oxidado o reducido (desoxidado). El tipo de pentosa distingue al DNA (Acido Desoxyrribonucleico) del RNA (Acido Ribonucleico) Bioquímica de los ácidos nucleícos Pentosas La numeración de los átomos de la pentosa toma en cuenta que el carbono #5 siempre se encuentra fuera de la estructura cíclica. Bioquímica de los ácidos nucleícos Pentosas Para distinguir la numeración de los átomos de las bases nitrogenadas de Su orientación indica la polaridad de una cadena aquellos átomos de las pentosas se de ácido nucleíco 5´ vs 3´. usa el símbolo prima (') para las PENTOSAS. Bioquímica de los ácidos nucleícos Fosfato Fosfato... Se une al carbono 5' de la pentosa También es responsable de una dicotomía en la nomenclatura. Un grupo fosfato Bioquímica de los ácidos nucleícos Fosfato Fosfato... Se une al carbono 5' de la pentosa También es responsable de una dicotomía en la nomenclatura. Nucleósido Nucleótido Bioquímica de los ácidos nucleícos Nomenclatura correcta Base nitrogenada Nucleósidos Nucleótidos Adenosimonofosfato (AMP) Adenina (A) Adenosina (A) Adenosindifosfato (ADP) Guanina (G) Guanosina (G) Adenosintrifosfato (ATP) Citosina (C) Citidina (C) Timina (T) Timidina (T) Los nucleósidos y nucleótidos mencionados corresponden a los del RNA, la nomenclatura en DNA es: Desoxiadenosina = dA Desoxiadenosinmonofosfato = dAMP Bioquímica de los ácidos nucleícos Fosfatos Fosfatos y enlaces fosfodiester = Polimerización de ácidos nucléicos El fosfato del extremo 5' de un nucleótido forma enlaces fosfodiester con el carbón 3' de un nucleótido aledaño a través de un proceso de condensación Bioquímica de los ácidos nucleícos Fosfatos Fosfatos y enlaces fosfodiester = Polimerización de ácidos nucléicos El fosfato del extremo 5' de un nucleótido forma enlaces fosfodiester con el carbón 3' de un nucleótido aledaño a través de un proceso de condensación Bioquímica de los ácidos nucleícos Fosfatos Fosfatos y enlaces fosfodiester = Polimerización de ácidos nucléicos Los enlaces se dan entre el PO4 del nucleó1do y el OH del siguiente nucleo1do El fosfato del extremo 5' de un nucleótido forma enlaces fosfodiester con el carbón 3' de un nucleótido aledaño a través de un proceso de condensación Esto explica la orientación o polaridad 5' y 3’ de los ácidos nucleicos. Bioquímica de los ácidos nucleícos Fosfatos Fosfatos y enlaces fosfodiester = Polimerización de ácidos nucléicos Cada enlace fosfodiester conlleva una carga electroestática de -1 por lo cual la carga neta del polímero de nucleótidos (DNA) es negativa. Bioquímica de los ácidos nucleícos Fosfatos Fosfatos y enlaces fosfodiester = Polimerización de ácidos nucléicos Debido a que las pentosas y los fosfatos realmente solo cumplen con funciones estructurales (no son el sustrato informativo de una secuencia de DNA), se les considera como el armazon del DNA (Backbone). Bioquímica de los ácidos nucleícos Fosfatos Fosfatos y enlaces fosfodiester = Polimerización de ácidos nucléicos Al igual que todos los polímeros, los ácidos nucleicos se encuentran polarizados. Un andamiaje hidrofílico por fuera y un coro hidrofóbico por dentro. Inevitablemente esta distribución topológica de características provoca interacciones interesantes....APAREAMIENTO DE BASES. Bioquímica de los ácidos nucleícos Apareamiento de bases Puentes de hidrógeno, Complementariedad, Desnaturalización e Hibridización. Los nucleótidos polimerizados del ssDNA tendrán expuestos átomos de H y O... Termodinamicamente muy inestable. Estos átomos dan lugar a puentes de hidrógenos (NO COVALENTES) entre algunas bases. Solamente algunas bases son compatibles: COMPLEMENTARIEDAD. Bioquímica de los ácidos nucleícos Apareamiento de bases Puentes de hidrógeno, Complementariedad, Desnaturalización e Hibridización. Los puentes de hidrógeno individuales son muy debiles pero su poder acumulado hacen del DNA la molécula ideal para almacenar información y perpetuarla.