Bioquímica

 Biomoléculas

Este tema se desarrollo teniendo en cuenta los siguientes documentos:

• Bioquímica Bonhinski.
• Bioquímica médica.
• Bioquímica Lehninger.
• Bioquímica Horton.

1. Carbohidratos: Son también conocidos como hidratos de carbono. son una familia de compuestos, formadas por moléculas muy simples (Monosacáridos), hasta las moléculas mas complejas (Heteropolisacáridos) y sus derivados.

                                Aldopentosa          Aldohexosa         Cetohexosa

                                (Ribosa)                (Glucosa)             (Fructosa)

Los carbohidratos se pueden clasificar en:

• Monosacáridos: Azucares simples.
• Oligosacáridos: Moléculas de dos a veinte monosacáridos.
• Polisacáridos: Moléculas formadas por mas de veinte monosacáridos. 

Nota: Hay que tener en cuenta que la aldohexosa y la cetohexosa presentan IGUAL formula molecular pero DIFERENTE forma estructural.

      

      1.1. Estructura de los monosacáridos.

Los monosacáridos en solucion acuosa se presentan como moleculas lineales y ciclicas. Por tal razón la representación de cetosas y aldosas se hace mediante formulas lineales y cíclicas.

Hemiacetal de la glucosa.

La reacción entre un alcohol y un aldehído produce un hemiacetal y si la reacción ocurre entre alcohol y cetona se forma un hemicetal.

   

      1.2 Estructuras cíclicas.

Con base a las estructuras  hemiacetálicas  se determinan las estructuras cíclicas de los monosacáridos. Estas estructuras se conocen como Estructuras de Harworth y se construyen a partir de los anillos del pirano y furano.

Las estructuras cíclicas de los monosacáridos se puede representar: Los grupos químicos que estén a la derecha en la estructura hemiacetálica se escriben hacia abajo en la estructura cíclica y los que estén hacia la izquierda se escriben hacia arriba. Como consecuencia el monosacárido presenta dos formas anoméricas las cuales son α y β.

                                         Anómero α              Anómero β

Anómero α: Tiene su OH hemiacetálico hacia abajo.

Anómero β: Tiene su OH hemiacetálico hacia arriba.

       1.3 Derivados de los monosacáridos.

Los  monosacáridos son polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas por lo cual presentan varias reacciones que son:

• Formación de fosfoazúcares.

Glucosa - 6 - P

• Reacciones de oxidación.

Anómero β

• Reacciones de reducción.

  Glucitol

• Aminoazúcares.   

Anómero β de la glucosamina.

• Formación de glicósidos.

Maltosa

      1.4 Los disacáridos son unión de dos monosacáridos.                                  

El principal enlace estructural de todos los polímeros de los monosacáridos se conoce como enlace glucosídico. Estos enlaces se forman por la condensación de dos monosacáridos con eliminación de agua. En términos de estructura química, los enlaces glucosídicos son enlace acetal en los que interviene la condensación del carbono anomérico de un monosacárido.

En conclusión podriamos decir de enlace glucosídico, cuando en el enlace se compromete el OH hemiacetálico del carbono anomérico.

La maltosa se libera durante la hidrólisis de amilasas. La maltosa esta compuesta por dos residuos de glucosa - D unidos por un enlace de glucósido - α. El enlace glucosídico une el carbono 1 de un residuo. La maltos es por consiguiente α - D - glucopiranosil. Es importante resaltar que el carbono anomérico unido por el enlace glucosídico no esta en libertad de isomerizarse sino que se fija en la configuración α mientras que el residuo de la glucosa a la derecha.

  

Hay que tener en cuenta algo muy importante, lo cual es que los carbonos anoméricos pueden formar enlaces glucosídicos con una diversidad de moléculas no azúcares. Las moléculas orgánicas no  azúcares enlazadas con los azúcares se conocen como agluconas, y los compuestos formados se denominan glucósidos.   

      1.5 Los monosacáridos y la mayor parte de los disacáridos son reductores.

Debido a que los monosacáridos y la mayor parte de disacáridos componen un grupo carbonilo reactivo, son oxidados con facilidad a diversos productos por tratamiento con soluciones alcalinas de iones metálicos reducibles. Por ejemplo Cu 2+ o Ag +. Estos carbohidratos, entre los que están la glucosa, maltosa, celobiosa y lactosa, se clasifican en ocasiones como azucares reductores. Los carbohidratos como la sacarosa. Los cuales no son oxidados con facilidad debido a que sus átomos de carbono anómeros están fijos en un enlace glucosídico, no reducen a los iones metálicos y por consiguiente se clasifican como azucares reductores. 

Los azúcares reductores pueden reducir el Cu 2+ que tiene color azul a Cu + el cual precipita de la solución alcalina como Cu2O de color rojo - naranja. Esto se hace a través de la prueba de Benedict.   

Tips importantes

1. ¿por qué la sacarosa, glucosa, y la fructosa no tienen carácter reductor? R/ Porque estos carbohidratos están unidos por el OH hemiacetálico por lo cual no se presenta un carácter reductor.
2. El carácter reductor se da porque el OH hemiacetálico esta libre o el grupo aldehído esta libre.

      

      1.6 Los  polisacáridos son polímeros largos de monosacáridos.

Los polisacáridos son las biomoléculas mas abundantes de la tierra, estas se clasifican en   Homopolisacáridos que son polímeros que contienen un solo tipo de residuo monosacáridos, y los Heteropolisacáridos que son los polímeros que contienen mas de un tipo de residuos de

monosacáridos. Los polisacáridos se forman sin una matriz por la adición de un monosacárido en particular y residuos de oligosacáridos.

La mayor parte de polisacáridos se pueden clasificar también de acuerdo a sus funciones biológicas como polisacáridos de reserva, como por ejemplo el almidón y el glucógeno, o como polisacáridos estructurales, por ejemplo la celulosa y la quitina.

      1.7 Los heteropolisacáridos están distribuidos en la naturaleza. 

Existe una amplia variedad de heteropolisacáridos en la naturaleza, como lo es el ácido  hialurónico que es un componente primario de la sustancia fundamental, la matriz intracelular sumamente viscosa, semejante a un gel, de los tejidos conectivos de los vertebrados, se encuentra en el humor vítreo del ojo y en el liquido sinovial en las articulaciones.

El ácido hialurónico es un polímero lineal que consta de residuos alternos de ácido D -  glucurónico y Acetil glucosamina.

Ciertas bacterias patógenas secretan hialuronidasa, enzimas que catalizan la ruptura de los enlaces β del ácido hialurónico, dejando a los tejidos a los que atacan, susceptibles a una invasión bacteriana .

Ejemplos de heteropolisacáridos:

• Heparina: Es un mucopolisacárido formado por unidades de ácido - D - glucurónico y sulfato de D - glucosamina. Es un anticoagulante.
• Sulfato de condroitina: Es un mucopolisacárido formado por el ácido - D - glucurónico y sulfato de N - acetil - D - galactosamina; hacen parte del tejido cartilaginoso.
• Mureina: Es un mucopolisacárido formado por N - acetil glucosamina, ácido N - acetil murámico y un oligopéptido. Hace parte de la pared bacteriana porque se considera un  péptido glucano.    

      2. Lípidos.

Son compuestos orgánicos insolubles en agua, que se encuentran en los sistemas biológicos. Son hidrofóbicos (no polares) o anfipáticos (que tienen sustituyentes polares y no polares).

      2.1 Ácidos grasos.

Son ácidos carboxílicos de alto peso molecular. Se presentan esterificados en grasas, aceites, ceras y esfingolípidos; pueden ser saturados e insaturados.

Los ácidos grasos saturados solo presentan enlaces simples carbono - carbono como por ejemplo el ácido palmítico; los ácidos grasos insaturados presentan por lo menos un doble enlace carbono - carbono como por ejemplo el ácido oleico, linoleico y linolénico.

      2.1.1 Ácidos grasos omega.

Son ácidos grasos poli - insaturados que en general no son producidos por nuestro organismo, por lo cual son considerados "ácidos grasos esenciales". Su cadena carbonada, en uno de sus extremos tiene el grupo  -CH3 (carbono W1) y en el otro el carbono carboxílico (-COOH).

De acuerdo a lo anterior estos acidos se conocen como:

• Ácidos omega (W3):Presentan varios dobles enlaces carbono - carbono, el primero de ellos entre los carbonos C3 y C4.

Como podemos observar el primer doble enlace se da en los carbonos 3 y 4.

• Ácidos omega (W6): Son ácidos grasos poli - insaturados, cuyo primer doble enlace compremete el carbono C6.  

Ácido linoleico.

Como podemos observar los doble enlaces se dan en el carbono C6.

Los ácidos grasos omega presentan una estructura química con forma Cis, alrededor del doble enlace lo que origina formas geométricas "dobladas" que permiten su dinámica en el metabolismo celular.    

Se considera que los ácidos grasos de forma Trans son nocivos para la salud ya que se asocian a la acumulación de grasas en las paredes de los vasos sanguineos produciendo ateromas y arterioesclerosis. 

Es importante resaltar que la ingesta adecuada de los acidos graso W3 y W6 juegan un papel importante en la regulación del sistema cardiovascular, reproductivo, digestivo y son antiinflamatorios. 

      

Tips importantes.

Hay que tener en cuenta las principales propiedades del omega 3 y 6.

Omega 3:

• Prevención y tratamiento de enfermedades cardiovasculares. 
• Reducción de los triglicéridos.
• Descenso de la presión sanguínea, sobre todo si se padece hipertensión. 
• Contribución al perfecto desarrollo del bebé antes y después del parto.
• Alivio del dolor y la rigidez en casos de artritis reumatoide.
• Mejora la dermatitis seborreica infantil y la dermatitis pañal.
• Protección de los fumadores frente a la enfermedad pulmonar crónica obstructiva.  
• Reducción de la probabilidad de recaída en la enfermedad de Crohn.  

Omega 6:

• Mantenimiento de la piel tensa y flexible.
• Regulación de la temperatura corporal. 
• Protección de la piel frente a heridas e infecciones. 

NOTA: Cuando el porcentaje de consumo de grasa se incrementa a más del 12% puede producirse un descenso de del HDL (colesterol bueno) al tiempo que puede aumentar el riesgo de formación de cálculos biliares. Otros estudios apuntan a problemas de tipo inmunitario, de coagulación de la sangre y glicemia en los diabéticos aunque no se sabe con exactitud. Ademas, una ingesta elevado de ácidos omega 3 dificulta la absorción digestiva de vitamina E. Por lo tanto, lo mejor es tener una ingesta adecuada de este tipo de grasas.      

   

      2.2  Glicerolípidos.


Los glicerolípidos son ésteres, productos de la reacción de un alcohol triol, la glicerina o glicerol, con ácidos grasos:

Los glicerolípidos se conocen como grasas neutras dentro de los cuales se encuentran los triglicéridos que hacen parte del tejido adiposo y son utilizados por muchos tejidos como fuente de ácidos grasos y estos como fuente de energía.

 Triglicéridos.

Reserva energética de ácidos grasos, lo utiliza la célula como fuente de energía.

      2.2.1 Mezcla de Acilgliceroles.


Aceites:

• Son una mezcla de Acilgliceroles con alto porcentaje de insaturación porque están formados por ésteres del glicerol con ácidos grasos insaturados, son de origen vegetal, líquidos, saponificables (de aquí se produce el jabón y cosméticos).       

Grasas:

• Son una mezcla de Acilgliceroles con alto porcentaje de saturación porque están formados por ésteres del glicerol con ácidos grasos saturados, son de origen animal, sólidos, saponificables y comestibles.

      

      2.3 Esfingolípidos

Los esfingolípidos están compuestos de esfingosina (trans - 4 - esfingosina), un alcoholo no ramificado de C18 con un doble enlace trans entre C-4 y C-5, un grupo amino en C-2, y grupos hidroxilo en C-1 y C-3.

Una ceramida consiste en un ácidos graso enlazado al grupo amino de C-2 de la esfingosina, mediante una unión amida.

Las tres familias principales de esfingolípidos son:

• Esfingomielinas: Se encuentra en las membranas plasmáticas de la mayor parte de las células de mamíferos y un componente principal de las vainas de mielina que rodean a ciertas células nerviosas.
• Cerebrósidos: Son abundantes en el tejido nervioso y les corresponde el 15% de los lípidos de capa de mielina.
• Gangliósidos: Hacen parte de la materia gris cerebral, se encuentran en la superficies de las células con las dos cadenas hidrocarbonadas de la mitad ceramida incluidas en la parte hidrofóbica de la membrana plasmática y la compleja estructura oligosacárida formando una recubierta externa. Los gangliósidos proveen las células de marcadores superficiales distintivos, que pueden servir para el reconocimiento celular y para la comunicacion de célula a célula.  

      2.4 Lípidos de importancia biológica.

1. Ceras: Son ésteres no polares de alcoholes monohidroxílicos de cadena larga y ácidos grasos de cadena larga. Las ceras están distribuidas con amplitud en la naturaleza; forman recubrimientos protectores, a prueba de agua, de las hojas y los frutos de ciertas plantas y de las pieles, plumas y exoesqueletos de animales. 

      

      2.5  Lípidos que son transportados como lipoproteínas.

Debido a que son insolubles en el agua, tanto el colesterol y sus ésteres, los triacilgliceroles no polares, no se pueden transportar en sangre como moléculas libres. Como consecuencia estos lípidos forman complejos con fosfolípidos y proteínas anfipáticas, para formar las lipoproteínas. Las lipoproteínas son ensamblados de macromoléculas con centros hidrofóbicos y superficies hidrofílicas. 

Las principales proteínas humanas son:

• Quilomicrones: Acarrean triacilgliceroles y colesterol del intestino delgado a los tejidos.
• Lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL): Su función es la de llevar los triacilgliceroles  endógenos, el colesterol y los ésteres de colesterilo del hígado (sitio principal de su síntesis), a los tejidos.
• Lipoproteínas de baja densidad (LDL): Se forman durante la degradación de las VLDL y se enriquecen en colesterol y ésteres de colesterilo; su función principal es la de transportar colesterol a los tejidos principalmente a las paredes de los vasos sanguíneos; cuando se acumula se forman ateromas (depositos de grasas) obstruyendo el paso de la sangre ocasionando arterioesclerosis.
• Lipoproteínas de alta densidad (HDL): Su función principal es la de recoger el colesterol de los tejidos, los lleva al hígado donde son degradados.       

      3. Proteínas

Las proteínas tienen mucha y diversas funciones en la naturaleza, por lo cual se van a enumerar  las proteínas primero que todo las que funcionan como enzimas:

1. Proteínas catalíticas: Son enzimas que incrementan la velocidad de ciertas reacciones químicas dentro de la célula. 
2. Proteínas estructurales: Proteínas que confieren apoyo estructural. Colágeno.
3. Proteínas contráctiles: Proteínas que pueden contraerse y relajarse de manera reversible, están como ejemplo la miosina y la actina. 
4. Proteínas de defensa natural: Dan protección al organismo contra sustancias, células y virus extraños. Anticuerpos, Interferones.
5. Proteínas digestivas: Catalizan la degradación de los alimentos para convertirlos en sustancias más sencillas. Tripsina, Quimiotripsina.
6. Proteínas de transporte: Llevan una sustancia de un lugar a otro. Hemoglobina.
7. Proteínas de la sangre: Participan en diversos procesos sanguíneos, como la coagulación, la disolución de coágulos y el transporte de diversas sustancias como la vitamina B12 y el colesterol. 
8. Proteínas hormonales: Son sintetizadas por un tipo de célula y controlan las actividades de otros tipos celulares. Insulina.
9. Proteínas como factores de crecimiento: Estimulan la velocidad del crecimiento y la división celular. Hormona de crecimiento, PDFG y EGF.
10. Proteínas de transferencia de electrones: Median el flujo de estos últimos entre un donador inicial y un aceptor final. Citocromo.
11. Proteínas del DNA: Regulan la expresión de los genes, promover el destorcimiento de la estructura doble del DNA, estabilizar la estructura destorcida del DNA o promover la fijación de otras proteínas a éste. 
12. Proteínas cromosómicas: Intervienen en la regulación de los genes del cromosoma. 
13. Proteínas membránicas receptoras: Son proteínas específicas localizadas en las membranas de la célula y de los organelos subcelulares.
14. Proteínas ribosómicas: Son polipéptidos que se asocian con moléculas específicas de RNA para formar los ribosomas.
15. Proteínas de almacenamiento: Sirven como depósitos de energía nutricional y de aminoácidos.
16. Proteínas tóxicas: Se encuentran en el veneno de los reptiles ponzoñosos y son causa de la toxicidad de aquel para el sistema nervioso de los mamíferos.
17. Proteínas de la visión: Son sustancia sensibles a la luz, que participan en los fenómenos moleculares asociados con la vista.

Proteínas por sus diferentes composiciones.

1. Proteínas conjugadas: Tienen un componente polipeptídico asociado con un componente no peptídico llamado grupo prostético.
2. Proteínas no conjugadas: proteínas que están compuestas por aminoácidos y sólo tienen material polipeptídico, no tienen ningún grupo prostético.  

Proteínas por sus diferentes formas y solubilidades.

1. Proteínas fibrosas: Son proteínas insolubles en agua, están caracterizadas por altos o bajos grados de ductibilidad, elasticidad, tenacidad, y fragilidad. Como por ejemplo podemos citar la elastina, colágeno y la queratina.
2. Proteínas globulares: Son proteínas más solubles que las fibrosas y muco mas delicadas. Como por ejemplo podemos citar las globulinas y las albúminas.

A través de este tema de biomoléculas se quiere que el lector tenga un aprendizaje básico, y que si se quieren tener conocimientos más amplios consulten los libros que se mencionan en la parte superior del tema de biomoléculas para una mayor profundización, agradeceríamos que nos dejaran comentarios frente al tema en lo que se tenga que mejorar o ampliar.   




Microbiología y bioanalismo.