ACADEMIC PRESENTATION II

AEI CURSO DE QUIMICA EXAMEN DE ADMISION NIVEL LICENCIATURA

BIOMOLECULAS

Las biomoléculas son moléculas necesarias para que un organismo pueda mantenerse vivo. Este tipo de moléculas está formado principalmente por cadenas de carbonos e hidrógenos, es decir, son moléculas orgánicas. Las moléculas inorgánicasson aquellas que no presentan cadenas de carbonos en su estructura, es por esto que el agua, las sales e incluso el dióxido de carbono se consideran compuestos inorgánicos. Las biomoléculas más importantes son los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos.

01

CARBOHIDRATOS

HIDRATOS DE CARBONO

AZÚCARES

POLISACÁRIDOS

MONOSACÁRIDOS

DISACÁRIDOS

DOS MOLÉCULAS DE AZUCAR

MUCHAS UNIDADES DE AZUCAR

UNA MOLECULA DE AZUCAR

02

LIPIDOS

LIPIDOS

los lípidos comprenden varias moléculas que están compuestas principalmente po carbono, hidrógeno y en menor medida oxígeno, con enlaces no polares carbono-carbono y carbono-hidrógeno. Los enlaces no polares hacen que los lípidos sean insolubles en agua, es decir, son moléculas hidrofóbicas. La principal función de los lípidos es la de almacenar energía a largo plazo, otros forman los recubrimientos impermeables de plantas y animales, otros más son componentes esenciales de la membrana celular o son hormonas. Los lípidos se clasifican en tres grupos principales: (1) aceites, grasas y ceras, que tienen una estructura parecida y sólo contienen carbono, hidrógeno y oxígeno; (2) fosfolípidos, que son estructuralmente semejantes a los aceites, pero que también contienen fósforo y n itrógeno, y (3) la familia con “anillos fusionados” de los esteroides, que están compuestos de carbono, hidrógeno y oxígeno.

L I P I D O S

FOSFOLIPIDOS

ACEITES, GRASAS Y CERAS

CERAS

03

PROTEINAS

PROTEINAS

Las proteínas son polímeros de aminoácidos; tienen una función fundamental en casi todos los procesos biológicos. La mayoría de las enzimas, que son los catalizadores de las reacciones bioquímicas, son proteínas. Se ha estimado que el cuerpo humano contiene alrededor de 100 mil tipos de proteínas, cada una de las cuales tiene una función fisiológica específica. Las proteínas están compuestas por:

FUNCIONES

AMINOACIDOS

Los monómeros de las proteínas son los aminoácidos. Un aminoácido es una molécula que contiene por lo menos un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH):

AMINOACIDOS

Los aminoácidos se pueden encontrar como iones dipolares en una disolución a pH neutro, es decir, el hidrógeno del grupo carboxilo migra hacia el grupo amino, generando una carga negativa en el primero grupo y una carga positiva en el segundo, tal como se representa en la siguiente imagen:

AMINOACIDOS

La proteína se comienza a formar gracias a una reacción de condensación, en la que el grupo amino de un aminoácido reacciona con el grupo carboxilo de otro aminoácido. El compuesto que se forma se llama dipéptido y el enlace que los une enlace peptídico.

AMINOACIDOS

Donde R1 y R2 puede ser un átomo de hidrógeno u otro grupo. Los extremos del dipéptido quedan disponibles para la adición de otros aminoácidos, de esta manera se puede formar un tripéptido, luego un tetrapéptido y así sucesivamente hasta convertiste en un polipéptido, es decir, una proteína. El tipo y el número de aminoácidos en una proteína dada, junto con la secuencia u orden en el que éstos se alinean, determinan la estructura de la proteína.

ESTRUCTURA

La estructura de las proteínas suele dividirse en cuatro niveles de organización. La estructura primaria se refiere a la secuencia única de aminoácidos de la cadena polipeptídica. En la estructura secundaria se toman en cuenta aquellas partes de la cadenA polipeptídica que se estabilizan por un patrón regular de enlaces de hidrógeno entre los grupos CO y NH del esqueleto, por ejemplo, la hélice α o la b plegada. El término estructura terciaria se aplica a la estructura tridimensional estabilizada por enlaces de hidrógeno y otras fuerzas intermoleculares. La estructura terciaria difiere de la secundaria en que los aminoácidos que toman parte en estas interacciones pueden estar alejados en la cadenA polipeptídica. Una molécula de proteína puede estar formada por más de una cadena polipeptídica. Así, además de las interacciones dentro de una cadena que dan origen a las estructuras secundaria y terciaria, también se deben considerar las interacciones entre las cadenas. A todo el conjunto de las cadenas de polipéptido se le denomina estructura cuaternaria.

ENZIMAS

Las enzimas son quizás las proteínas más importantes que existen, ya que tienen la capacidad de acelerar procesos metabólicos, por esta razón también se les conoce como catalizadores biológicos. La razón por la que aceleran dichos procesos metabólicos es porque disminuyen la energía de activación de las reacciones. Las enzimas son moléculas altamente específicas además de que no se degradan durante el proceso de catálisis, por lo tanto, se pueden usar una y otra vez.

ACIDOS NUCLEICOS

Un nucleótido es una molécula con tres elementos en su estructura: un azúcar de cinco carbonos, un grupo funcional fosfato y una base nitrogenada que varía según los nucleótidos. Los nucleótidos se encuentran en dos clases generales: nucleótidos de desoxirribosa y de ribosa, Las bases de los nucleótidos de desoxirribosa son adenina, guanina, citosina y timina. La adenina y guanina tienen dos anillos, mientras que la citosina y la timina, anillos simples. Los nucleótidos pueden funcionar como moléculas transportadoras de energía, como mensajeros intracelulares o como unidades de los polímeros llamados ácidos nucleicos. Los nucleótidos simples (monómeros) pueden unirse en largas cadenas y formar polímeros llamados ácidos nucleicos. En estos ácidos nucleicos, un oxígeno del grupo funcional fosfato de un nucleótido se une por enlace covalente al azúcar del siguiente.

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HUMBERTO RAMIREZ

A los triglicéridos que son sólidos a temperatura ambiente se les llama grasas y son de origen animal, mientras a los que son líquidos a temperatura ambiente se les llama aceites y son de origen vegetal. La diferencia entre los triglicéridos sólidos y líquidos radica en su estructura de las cadenas de ácidos grados.Las grasas se describen como ácidos grasos saturados y se les nombra así porque tienen la mayor cantidad de átomos de hidrógeno posibles debido a que todos sus enlaces carbono-carbono son sencillos. Al ser moléculas rectas, los ácidos grasos se pueden compactar, lo que genera que la grasa gane densidad y finalmente sea sólida a temperatura ambiente.

Por el contrario, los aceites están formados por ácidos grasos insaturados, llamados así porque sus cadenas de ácidos grasos presentan dobles ligaduras entre carbonos. Estos dobles enlaces hacen que la estructura se “doble” como se muestra en la imagen, por lo tanto, las moléculas quedan más separadas unas de otras, la sustancia pierde densidad y finalmente esto hace que los aceites sean líquidos a temperatura ambiente.

Contienen sólo carbono, hidrógeno y oxígeno; también contienen uno o más ácidos grasos, que son largas cadenas de carbono e hidrógeno con un grupo de ácido carboxílico (—COOH) en un extremo. Además, casi ninguno tiene estructuras anilladas. Las grasas y los aceites seusan principalmente como moléculas de almacenamiento de energía. Contienen más del doble de calorías por gramo que los carbohidratos y las proteínas (grasas: 9 Cal/gramo; carbohidratos y proteínas: 4 Cal/gramo).

A diferencia de grasas y aceites, que no tienen anillos, todos los esteroides están compuestos de cuatro anillos de átomos de carbono unidos, de los que sobresalen varios grupos funcionales. Un tipo de esteroide es el colesterol. Éste es un componente esencial de la membrana de las células animales. Comprende alrededor de 2% del cerebro humano, donde es un componente importante del aislamiento de las neuronas. Con el colesterol, las células sintetizan otros esteroides, como la hormona sexual femenina estrógeno o la hormona sexual masculina testosterona.

El glucógeno es el carbohidrato que usan los animales para almacenar glucosa y disponer de energía de manera rápida. Una gran cantidad de glucógeno se almacena en los músculos, lista para la hidrólisis inmediata y el metabolismo. El glucógeno adicional se almacena en el hígado, donde puede hidrolizarse a glucosa para la secreción en la corriente sanguínea, proporcionando a un atleta su "segundo aire." La estructura del glucógeno es similar a la del almidón, pero con una ramificación más extensa. La estructura altamente ramificada del glucógeno deja muchos grupos extremos disponibles para la hidrólisis rápida y así proveer la glucosa necesaria para el metabolismo.

La quitina es un polisacárido único ya que tiene la misma configuración de enlace de las moléculas de glucosa que la celulosa, pero las unidades de glucosa tienen un grupo funcional nitrogenado (en verde) en lugar del grupo hidroxilo. La quitina, que es dura y flexible, da sostén al cuerpo blando de los artrópodos (insectos, arañas y otros), así como a la mayor parte de los hongos.

La glucosa es el monosacárido más común de los organismos vivos y es una unidad de muchos polisacáridos. La glucosa tiene seis carbonos, así que su fórmula química es C6H12O6. Muchos organismos sintetizan otros monosacáridos que tienen la misma fórmula química de la glucosa, aunque estructuras ligeramente distintas. Éstos incluyen la fructosa (el azúcar que está en las frutas, jarabe de maíz y miel) y la galactosa (parte del disacárido lactosa, llamado azúcar de la leche).

Los polisacáridos son cadenas de monosacáridos, de 10 o más unidades. Al ser moléculas más grandes son insolubles en agua y pierden el sabor dulce característico de los azúcares. Dentro de los polisacáridos existen cuatro muy importantes: el almidón, la celulosa, la quitina y el glucógeno. El almidón es un polisacárido formado por unidades de glucosa, las plantas lo utilizan para almacenar energía, además, es el principal carbohidrato para el consumo humano.

La celulosa la emplean las plantas como componente estructural. También está formada por unidades de glucosa, pero a diferencia del almidón, cada tercera glucosa está “al revés”, lo que permite que cadenas de celulosa se enlacen entre sí mediante puentes de hidrógeno representados en azul en la imagen siguiente.

Los fosfolípidos son parecidos a los aceites, se diferencian de estos al tener dos ácidos grasos que forman la “cola” de la molécula, y en lugar del tercer ácido graso presentan un grupo fosfato unido a un grupo funcional polar variable, que normalmente contiene nitrógeno. Un fosfolípido consta de dos extremos diferentes. En el extremo donde se encuentran los ácidos grasos se le llama las “colas” hidrofóbicas debido a que las cadenas de carbonos son no polares, en otras palabras, repelen el agua. En el otro extremo se encuentra la “cabeza” hidrofílica, es decir, es soluble en agua por la polaridad del grupofosfato. Estas propiedades de los fosfolípidos son muy importantes para la estructura y funcionamiento de las membranas celulares.

Están formados por una sola molécula de azúcar, por lo tanto, son los carbohidratos más sencillos ya que no pueden separarse a compuestos más sencillos. Debido a que son moléculas pequeñas son altamente solubles en agua y presentan un sabor dulce característico. Los monosacáridos tienen un esqueleto de tres a siete átomos de carbono. Cuando se disuelve en agua, así como en el citoplasma de una célula, el esqueleto de carbono del azúcar forma un anillo.

Aunque las ceras son químicamente semejantes a las grasas, el humano y casi todos los otros animales carecen de las enzimas necesarias para degradarlas. Las ceras están muy saturadas y, por tanto, son sólidas a temperaturas exteriores normales. Las ceras forman un recubrimiento impermeable sobre hojas y tallos de plantas terrestres. Los animales sintetizan ceras como impermeabilizante para el pelaje de los mamíferos y el exoesqueleto de los insectos.

El término carbohidrato surgió debido a que la mayoría de los azúcares tienen fórmulas moleculares Cn(H2O)m. Todos los carbohidratos son azúcares pequeños y solubles en agua o bien polímeros de azúcar, como el almidón.Los carbohidratos son los componentes orgánicos más abundantes en la naturaleza. Casi todas las plantas y animales sintetizan y metabolizan estas biomoléculas para almacenar energía y suministrarla a sus células de manera inmediata. Los carbohidratos se pueden clasificar como monosacáridos, disacáridos y polisacáridos

Los monosacáridos pueden unirse mediante reacciones de síntesis por deshidratación para formar disacáridos o polisacáridos. Muchas veces, los disacáridos almacenan energía a corto plazo, especialmente en las plantas. Cuando se requiere energía, los disacáridos se degradan en sus monosacáridos por reacciones de hidrólisis y luego éstos se degradan paraliberar la energía guardada en los enlaces químicos. Ejemplos de disacáridos son la sacarosa (glucosa más fructosa), la lactosa (glucosa más galactosa) y la maltosa (glucosa más glucosa).

Las grasas y a los aceites se sintetizan mediante reacciones de deshidratación en las que se unen tres unidades de ácidos grasos a una molécula de glicerol como se muestra en la imagen. Por este motivo a las grasas y aceites también se les conoce como triglicéridos.

El polimero de los nucleótidos de desoxirribosa, llamado ácido desoxirribonucleico (ADN), puede contener millones de nucleótidos. El ADN se encuentra en los cromosomas de todas las células. Su secuencia de nucleótidos, detallan la información genética necesaria para elaborar todas las proteínas de un organismo. Una molécula de ADN consta de dos cadenas de nucleótidos entrelazados en la forma de una doble hélice y unida por enlaces de hidrógeno. Las cadenas simples de los nucleótidos de ribosa, llamadas ácido ribonucleico (ARN) se copian del ADN y dirigen la síntesis de proteínas.