Psicobiolog

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TEMA II LAS MOLECULAS DE LA VIDA
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• Los seres vivos obedecen a las mismas leyes
  físicas y químicas que los sistemas no vivos
• Todos los seres vivos comparten los mismos tipos
  de moléculas

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• Los seres vivos están constituídos por los mismos
  elementos químicos que la materia inanimada y
  sometidos a las mismas leyes físicas y químicas
  que los sistemas no vivos.
• Las reacciones químicas que se producen entre
  átomos son la base de todos los procesos vitales.
• La clave para entender a los seres vivos está en
  conocer como organizan y funcionan los átomos y
  moléculas.

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• Según aumenta el grado de complejidad en la
  organización (átomos, moléculas, organismos,
  biosfera) aparecen nuevas propiedades a
  consecuencia de la interacción y no solo de las
  características de cada elemento.
• El principal compuesto de las moléculas de los
  seres vivos es el carbono.

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• Elementos químicos
• Sustancias que no pueden descomponerse en otras
  sustancias por medios químicos
• 92 elementos químicos
• 30 esenciales para la vida
• Bioelementos C, H, O, N. (96,5)
• En menor cantidad Na, K, Ca, Cl, P, S
• Oligoelementos Zn, Fe, Mg, I, Cu, Mn

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• El átomo
• Es la partícula más pequeña de un elemento que
  posee todas las propiedades químicas
  características de este.

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• Núcleo. Concentra la mayoría de la masa.
• Protones ()
• Neutrones (sin carga)
• Electrones (-). En órbita alrededor del núcleo
  por la fuerza electrostática
• Número atómico número de protones
• Número de electrones igual al número de protones,
  el átomo es eléctricamente neutro.

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• Estructura atómica
• Los átomos se unen formando moléculas
• Las moléculas se forman mediante diversos tipos
  de enlaces
• Los enlaces atómicos dependen de la dinámica de
  los electrones

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• Los electrones se desplazan en órbitas a una
  velocidad cercana a la de la luz
• Existen de 1 a 4 órbitas alrededor del núcleo
  atómico
• Los electrones se sitúan en diferentes órbitas
• La distancia que los separa del núcleo determina
  su nivel energético, cuanto más lejos más energía

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Niveles energéticos

• Los electrones tienden a situarse próximos al
  núcleo
• 1er nivel de energía 2e
• 2do nivel de energía 8e
• 3er nivel de energía 8e
• 4º nivel de energía ...

? 8 8 2
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Estabilidad atómica
La estabilidad del átomo está en función de que
sus electrones estén en los niveles de energía
inferiores y de que estos estén completos Los
electrones suelen ir completando en orden cada
uno de los niveles La inestabilidad atómica es
la causa de las uniones atómicas mediante
diferentes tipos de enlaces
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Enlaces químicos

• Existen muy pocos átomos estables en la materia
  viva
• Tendencia a la estabilidad mediante reacciones
  químicas (enlaces) que permiten que todos los
  niveles energéticos estén ocupados

Permiten adquirir a los átomos una estructura
electrónicamente estable. Enlace iónico y enlace
covalente
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Enlace iónico

• Transferencia de e- de un átomo a otro
• Iones (átomos cargados eléctricamente)
• Aniones (Cl-)
• Cationes (Na)
• Enlaces débiles de iones
• Moléculas solubles

Enlace covalente
Átomos que comparten al menos un par de e- Al
mantenerse juntos, los átomos completan sus
niveles energéticos
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• Dobles
• Más de un par de e-
• Más variados
• Más rígidos

• Sencillos
• Un par de e-
• Más numerosos
• Más flexibles

Polaridad en el enlace covalente

• En enlaces covalentes de átomos distintos
• Desigualdad en la fuerza de atracción del núcleo
• Diferencia de polaridad en las cargas atómicas
• Moléculas polares y apolares
• Importancia biológica de las moléculas polares

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Las moléculas de los seres vivos. Biomoléculas

• Moléculas inorgánicas presentes en la materia
  orgánica e inorgánica. Agua, sales minerales y
  gases (CO2 y NO)
• Moléculas orgánicas organizadas en torno al C
• El carbono tiene capacidad para formar grandes
  moléculas por su reducido tamaño y los cuatro
  electrones de la capa externa
• Puede formar enlaces con H, O y N y con hasta
  otros 4 átomos de C
• Gran variedad de los enlaces covalentes
  (sencillos, dobles, triples)

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• La mayoría de biomoléculas son moléculas
  orgánicas
• Moléculas orgánicas pequeñas, de hasta 30 átomos
  de C azúcares, ácidos grasos, aminoácidos y
  nucleótidos. Algunas pueden descomponerse en
  otras más pequeñas, pero la mayoría son monómeros
  
• Macromoléculas, unión de muchos monómeros, son
  los Polímeros orgánicos
• Los polímeros son las moléculas más abundantes y
  esenciales para la vida glúcidos, lípidos,
  proteínas y ácidos nucleicos

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• Las moléculas más importantes para la vida son
• Agua
• Macromoléculas orgánicas
• Glúcidos
• Lípidos
• Proteínas
• Acidos nucleicos

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El agua

• Origen de la vida Enlace covalente
• Molécula polar Reacciones metabólicas

El agua. Puentes de hidrógeno

• Puentes o enlaces de hidrógeno
• Máximo de 4 puentes de hidrógeno
• Agua líquida agua hielo

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Sustancias hidrófilas e hidrófobas

• El puente de H no es exclusivo del H2O, sino de
  todas las moléculas polares
• Hidrófilas moléculas con regiones polares (ClNa)
• Hidrófobas moléculas sin regiones polares
  (aceite)

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Glúcidos

• Biomoléculas formadas a partir de azúcares
  (energía)
• Azúcares compuestos orgánicos que atienden a la
  fórmula

(CH2O)n

• Por su proporción en H y O son también
  denominados carbohidratos o hidratos de carbono
• Diferencias de tamaño monosacáridos, disacáridos
  y polisacáridos

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Unión de azúcares
Formación de polímeros
Síntesis de condensación (unión)
H2O
Hidrólisis (ruptura)
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Monosacáridos

• Glúcidos más sencillos
• Fructosa, galactosa
• Ribosa, desoxirribosa (n5) Parte de la
  estructura de los ácidos nucleicos
• Glucosa, libre o unida a glúcidos más complejos,
  lípidos (glucolípidos) o proteínas
  (glucoproteínas)
• Glúcido principal del metabolismo de los
  organismos, es la principal fuente de energía
  (fotosíntesis, glucolisis, respiración celular)

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Disacáridos

• Disacáridos unión de dos monosacáridos
• Sacarosa GlucosaFructosa (azúcar común)
• Maltosa GlucosaGlucosa (proviene de la
  hidrólisis del almidón y es el azúcar más
  importante en las plantas)
• Lactosa GlucosaGalactosa (en la leche)

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Polisacáridos
Polímeros formados por la unión de muchos
monosacáridos Son los glucidos más abundantes en
la naturaleza Reserva energética y elementos
estructurales
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• Glucógeno
• Principal polisacárido de reserva de los animales
  constituido por glucosa
• Se almacena en el hígado y en la musculatura
  esquelética

• Almidón
• Principal polisacárido de reserva de los
  vegetales constituido por glucosa
• De gran importancia y utilidad energética para el
  ser humano

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Polisacáridos

• Celulosa
• Papel estructural en vegetales (paredes
  celulares)
• Polisacárido constituido de unidades de glucosa
  que forman cadenas lineales debido al tipo de
  enlace
• No apta para el consumo energético humano

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Lípidos

• Estructuras muy diversas
• Constituidos de C, H y O en menor medida
• Algunos también tienen fósforo, azufre y
  nitrógeno
• Naturaleza hidrofóbica. Solubles en disolventes
  apolares (eter, benceno, cloroformo)

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• Reserva energética (no glucógeno ? lípidos). Los
  azúcares que no podemos almacenar se convierten
  en lípidos
• Glúcidos energía inmediata
• Lípidos energía de reserva
• Importante función estructural (membranas
  celulares). Al ser hidrófobos forman barreras que
  separan la célula del líquido que la rodea

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Ácidos grasos

• Ácidos grasos moléculas básicas de los lípidos
• 2 regiones
• Una larga cadena hidrocarbonada (HC). Es
  hidrófoba y químicamente poco reactiva
• Un grupo carbóxilo (COOH). Muy hidrófilo y
  químicamente reactivo

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• Se unen a otras moléculas a través de enlaces
  covalentes en los grupos carboxilos
• Los ácidos grasos se diferencian por la longitud
  de sus cadenas y la posición de sus enlaces dobles

• Insaturados (el C no satura sus 4 enlaces con
  H). Uno o más enlaces dobles. Alteración en la
  cadena pues provocan dobleces que separan las
  moléculas. Líquidos a temperatura ambiente
• Saturados Enlaces sencillos. Cadenas rectas que
  facilitan que las moléculas se empaqueten juntas.
  Sólidos a temperatura ambiente

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Triglicéridos

• Se almacenan en el citoplasma celular en forma de
  glicéridos (grasas)
• Los más abundantes son los triglicéridos
• 3 moléculas de ácidos grasos unidas a una de
  glicerina
• Diferentes tipos de triglicéridos en función de
  los ácidos grasos que presenten

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Fosfolípidos
Función estructural de los lípidos (membrana
celular) 2 cadenas de ácidos grasos y una de
glicerina

• El tercer carbono de la glicerina está unido a
  otro grupo fosfato hidrófilo, que está enlazado a
  otro grupo polar

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• Cuando la molécula de fosfolípidos está rodeada
  de agua las colas hidrofóbicas se agrupan para
  excluir el agua formando micelas o una doble
  capa. Esta doble capa es la base estructural de
  las membranas celulares

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Esteroides

• Lípidos sencillos
• No contienen ácidos grasos
• Son insolubles en agua
• El más conocido es el colesterol
• También son esteroides algunas hormonas

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Proteínas

• El componente más abundante de los organismos
  después del agua
• Gran importancia biológica
• Gran versatilidad, millones de proteínas
  diferentes
• Multifunción estructural, catalítica,
  comunicación
• Grandes polímeros compuestos por la unión
  secuencial lineal de moléculas más sencillas
  llamadas aminoácidos

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Aminoácidos

• Grupo carboxilo (COOH)
• Grupo amino (H2N)
• Átomo único de C
• Grupo R (radical), cadena lateral de carbonos que
  determina el tipo de aminoácido
• 20 aminoácidos (apolares, polares y -)
• Para construir las proteínas se unen mediante
  enlaces peptídicos

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Enlace peptídico

• Enlace peptídico síntesis de condensación
• Grupo carboxilo grupo amino
• Liberación de H2O
• Resultado Polipéptido (cadena de hasta 50
  aminoácidos)

• Las posibilidades de combinación de los 20
  aminoácidos dan lugar a cientos de miles de
  proteínas diferentes
• Las proteínas suelen ser grandes y contener
  centenares de aminoácidos

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Factores que determinan la estructura
tridimensional de una proteína

• Secuencia en la cadena de aminoácidos determina
  la forma
• Enlaces no covalentes débiles mantienen la
  conformación
• Puentes de hidrógeno Enlaces iónicos

• Cadenas laterales de los aminoácidos polares ?
  orientación exterior
• Cadenas laterales de los aminoácidos no polares ?
  orientación interior
• Conformaciones específicas en la superficie.
  Funciones concretas

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Estructura tridimensionalde una proteína
Las proteínas se organizan espacialmente según
cuatro niveles estructurales
Estructura primaria
La secuencia de aminoácidos constituye la
estructura primaria de una proteína
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Estructura secundaria
Plegamiento de la cadena polipeptídica debido al
establecimiento de puentes de hidrógeno entre
fragmentos próximos
Hélice a Conformación helicoidal de la cadena
debido al establecimiento de puentes de
hidrógenos entre el grupo CO y el grupo H-N del
tercer o cuarto aminoácido consecutivo. Los
grupos radicales se orientan hacia el exterior
Conformación ß Configuración en zig-zag de
cadenas polipeptídicas paralelas debido al
establecimiento de puentes de hidrógeno. Los
grupos radicales quedan alternamente arriba y
abajo de la estructura
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Tipos de proteínas según la estructura secundaria

• Proteínas fibrosas
• Constituidas por un solo tipo de estructura
  secundaria
• Cadena polipeptídica en forma de largos
  filamentos
• Funciones estructurales en la anatomía de los
  vertebrados (queratina uñas, escamas y plumas)
• Proteínas globulares
• Diferentes tipos de estructuras secundarias en la
  misma cadena polipeptídica
• La estructura secundaria se pliega sobre si misma
  dando lugar a estructuras terciarias más
  complicadas

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Estructura terciaria

• Repliegue sobre sí mismo de la estructura
  secundaria ? proteínas globulares
• Interacción entre los grupos R de diferentes
  aminoácidos de la cadena
• Enlaces débiles y covalentes
• Abundantes en los seres vivos enzimas, hormonas,
  receptores de membrana

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Estructura cuaternaria

• Dos o más cadenas polipeptídicas idénticas o
  diferentes
• Unidas por las mismas fuerzas que mantienen la
  estructura terciaria
• Hemoglobina proteína de estructura cuaternaria
  transportada por los glóbulos rojos que establece
  enlaces débiles con el O2 en los pulmones y los
  conduce a cualquier tejido del organismo

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Enzimas

• Proteínas muy variadas y especializadas
• Median reacciones químicas propias del
  metabolismo celular
• Disminuyen la cantidad de Energía de activación
  necesaria en una reacción química
• Pueden acelerar hasta cien millones de veces la
  velocidad de una reacción
• Degradan nutrientes, transforman energía y
  fabrican macromoléculas biológicas
• Cada reacción química celular está controlada por
  una enzima

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• Enérgía de activación necesaria en las
  reacciones químicas para vencer las fuerzas de
  los electrones que envuelven las moléculas y
  romper los enlaces químicos para formar otros
• Puede proporcionarse de dos maneras
• Con calor (en sistemas no vivientes)
• Reduciendo la energía de activación necesaria
  mediante encimas (catalización o biocatalización)
• La encima interviene sobre otra molécula
  (sustrato) que suele ser pequeña debilitando sus
  enlaces químicos

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• La biocatalización permite que las funciones de
  los seres vivos se produzcan a la velocidad
  adecuada
• Cada enzima tiene una estructura tridimensional
  propia. Son moléculas muy complejas. Entre los
  pliegues de sus polipéptidos se producen las
  reacciones catalizadas
• Cada enzima es específica para un sustrato

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Actividad enzimática
La enzima se combina específicamente con un
sustrato en su centro activo debilitando los
enlaces de éste. La reacción enzimática no supone
la modificación de la enzima. Solo resulta un
producto
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Cofactores y coenzimas
Nomenclatura
Se las identifica por el sufijo asa asociado
al sustrato sobre el que actúa (ATPasa) o a la
actividad que realiza (ATP sintetasa)
Sustancias necesarias para el funcionamiento
metabólico de algunas enzimas como algunos iones
inorgánicos (Fe2, Mg2 o Zn2) o sustancias
orgánicas
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Nucleótidos y Ácidos nucleicos

• Los nucleótidos son moléculas complejas formadas
  por una base nitrogenada, un azúcar y uno o
  varios grupos fosfato, que aisladamente realizan
  funciones esenciales para el metabolismo celular
• Los ácidos nucleicos son grandes moléculas
  (polímeros) formadas por nucleótidos que cumplen
  una importante función para el mantenimiento de
  la vida permitiendo la transmisión y expresión de
  la información genética de unas células a otras

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Nucleótidos
Base nitrogenada, un azúcar y uno o varios
grupos fosfato Los nucleótidos difieren entre
sí por el tipo de azúcar y en las bases
nitrogenadas que presenta y toman el nombre de
éstas últimas
Azúcar es una pentosa (ribosa o desoxirribosa)
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• Bases nitrogenadas moléculas compuestas de C, H,
  N y O en forma de anillos (Bases captan iones de
  H)
• Púricas anillo doble (Adenina y Guanina)
• Pirimidínicas un solo anillo (Citosina, Timina,
  Uracilo)

Grupo fosfato monofosfato, difosfato o trifosfato
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Adenosín trifosfato (ATP)
Molécula nucleótida, portadora de un grupo
trifosfato, implicada en todos los procesos
bioquímicos en los que se requiere energía

• Ruptura por hidrólisis produce energía (ADP,
  grupo fosfato libre y energía)
• Se obtiene de nuevo ATP al metabolizar glucosa.
  Se necesita energía (solar en plantas o
  procedentes de otras reacciones como la oxidación
  de la glucosa en animales

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Ácidos nucleicos
Compuestos por nucleótidos unidos covalentemente
por el enlace fosfodiester Son moléculas que
almacenan la información biológica
Enlace fosfodiéster Unión del oxígeno del grupo
fosfato del C5 de un azúcar y el grupo carboxilo
del C3 de otro azúcar por el que se condensa una
molécula de H2O
Estructura de los ácidos nucleicos
Cadena de elementos alternos constituidos por
grupos fosfatos y pentosas que presentan bases
laterales unidas a la cadena a intervalos
regulares
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Principales tipos de ácidos nucleicos

• Ácido ribonucleico (ARN)
• Unidad glucídica ribosa
• Bases nucleótidas Adenina, Guanina, Citosina,
  Uracilo
• Cadena única de nucleótidos
• Ácido desoxirribonucleico (ADN)
• Unidad glucídica desoxirribosa
• Bases nucleótidas Adenina, Guanina, Citosina,
  Timina
• Doble cadena de nucleótidos unidas por
  apareamiento entre las bases