Bioquímica: Estructuras y Funciones de Biomoléculas, Resúmenes de Bioquímica

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Escuela de Nutrición Nombre José Andrés Alcántara Tapia Matricula 2023 – 3100331 Materia Bioquímica Carrera Nutrición

Generalidades de bioquímica, sus unidades monómeros. Estructuras y funciones de carbohidratos y lípidos de importancia fisiológica y nutricional. Estructuras y funciones de bases nitrogenadas, nucleósidos, nucleótidos y ácidos nucleicos.

1. Generalidades de bioquímica. La bioquímica es la química de la vida, es decir, la rama de la ciencia que se interesa por la composición material de los seres vivientes. Esta ciencia estudia los compuestos elementales que conforman y permiten que los seres vivos se mantengan con vida: las proteínas, los carbohidratos, los lípidos y los ácidos nucleicos. Por otra parte, la bioquímica también estudia los procesos y reacciones químicas que ocurren entre estos compuestos, tanto en las células como en el organismo. Se denomina metabolismo a estas reacciones bioquímicas cuando se trata de transformar compuestos en otros, catabolismo, cuando se trata de la degradación de compuestos para obtener energía, y anabolismo, cuando se trata de la síntesis de compuestos complejos a partir de sustancias más simples. La bioquímica existe como campo científico a partir de la distinción de la química orgánica (la que encabeza estructuralmente el carbono) y también la química inorgánica. Esta ciencia considera que las moléculas de los seres vivos son carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre, moléculas que forman las células, órganos y sistemas de órganos de los seres vivos. Es una ciencia experimental, que recurre al método científico, a la comprobación de los experimentos mediante técnicas instrumentales propias y de otras ramas de la ciencia como la estadística y la física. Su comprensión molecular de la vida es, lógicamente, consecuencia del desarrollo de la teoría celular y del desarrollo moderno de la física, química y biología. RAMAS DE LA BIOQUÍMICA Bioquímica estructural. Se interesa por la arquitectura molecular de las sustancias orgánicas y las macromoléculas biológicas, como las proteínas, los azúcares o los ácidos nucleicos (como el ADN y el ARN). Uno de sus cometidos como disciplina es la ingeniería (ensamblaje artificial) de proteínas.

Descripción: Los ácidos nucleicos, como el ADN y el ARN, están formados por cadenas de nucleótidos. Los nucleótidos consisten en una base nitrogenada, un azúcar (ribosa en ARN y desoxirribosa en ADN) y un grupo fosfato. Estas moléculas son esenciales para el almacenamiento y la transmisión de información genética.

3. Lípidos Unidades monoméricas: No tienen unidades monoméricas definidas, pero están formados principalmente por ácidos grasos y glicerol. Descripción: Los lípidos son un grupo diverso de moléculas que incluyen grasas, fosfolípidos y esteroides. Son componentes clave de las membranas celulares y sirven como reservas de energía y mensajeros químicos. 4. Carbohidratos Unidades monoméricas: Monosacáridos Descripción: Los carbohidratos son polímeros formados por monosacáridos (como la glucosa). Desempeñan roles cruciales en el almacenamiento y suministro de energía y en la estructuración de las células (como la celulosa en las plantas). Estructuras y funciones de carbohidratos. Los carbohidratos, llamados glúcidos o hidratos de carbono, son biomoléculas con carbono, hidrógeno y oxígeno, formados por moléculas de azúcar que al descomponerse crean glucosa, sustancia que sirve como combustible del cuerpo, al proporcionar energía y potencia en todas sus funciones. Las biomoléculas son esenciales para varios procesos biológicos e incluyen macromoléculas grandes como proteínas, aminoácidos, lípidos, vitaminas, ácidos nucleicos y, por supuesto, a los glúcidos o carbohidratos. En términos más generales, las biomoléculas son esenciales en la vida de los seres vivos.

Clasificación de los Carbohidratos Los carbohidratos se clasifican dentro de tres grupos: Monosacáridos También reciben el nombre de azúcares simples al ser los glúcidos más sencillos. Se caracterizan por pasar a través de la pared del tracto alimentario sin sufrir modificación por parte de las enzimas encargadas de la digestión. Entre los ejemplos más comunes y conocidos de monosacáridos están la glucosa (o dextrosa), la fructosa (o levulosa) y la galactosa. Pero también existe la eritrosa, treosa, ribosa, xilosa, alosa, manosa, talosa y sorbosa, por mencionar más ejemplos. Según el grupo funcional carbonílico, los monosacáridos se dividen en aldosas y cetosas. Según el número de carbonos presente, se clasifican en diosas, triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, heptosas. ESTRUCTURA DE LOS MONOSACÁRIDOS. Los monosacáridos están formados por cadenas carbonadas de 3 a 12 átomos de carbono. Se nombran añadiendo el sufijo - osa al prefijo que indica el número de carbonos de la molécula. Los más abundantes y de mayor importancia biológica son las triosas, pentosas y hexosas. Aquellos monosacáridos que tienen un grupo funcional aldehído (-CHO), localizado siempre en el C1, se denominan aldosas, y los que tienen un

Son hidratos de carbono de mayor complejidad que los dos anteriores. Pueden ser metabolizados por algunas bacterias y protistas y algunos son fuentes comunes de energía en la alimentación. Entre los ejemplos más comunes de polisacáridos están el almidón (o fécula), el glicógeno (o almidón animal), la celulosa (es sustancia fibrosa) y la quitina. Ejemplos:

• Almidón: Reserva de energía en plantas, compuesto por amilosa y amilopectina.
• Glucógeno: Reserva de energía en animales, almacenado en hígado y músculos.
• Celulosa: Componente estructural en plantas, no digerible por humanos. **Funciones de Carbohidratos

1. Energía Rápida:** La glucosa es la principal fuente de energía rápida para el cuerpo, especialmente para el cerebro y los músculos durante el ejercicio. 2. Reserva Energética: El glucógeno almacenado en el hígado y los músculos sirve como reserva de energía que puede ser movilizada rápidamente. 3. Estructural: La celulosa proporciona soporte estructural en las plantas y forma parte de la fibra dietética, importante para la salud digestiva en humanos. 4. Señalización Celular: Los oligosacáridos en la superficie celular están involucrados en la comunicación y reconocimiento celular.

Estructuras y funciones de lípidos de importancia fisiológica y nutricional. Sirven como fuente de energía y aislante térmico. Además, forman las membranas celulares y otras estructuras del cuerpo. Del mismo modo, hacen parte de algunas hormonas, vitaminas, sales biliares y otras sustancias importantes. Clasificación de los lípidos. Esteroides Los esteroides de importancia biológica en el ser humano. Por ejemplo, el colesterol, las hormonas sexuales, las hormonas suprarrenales y las sales biliares. Además, algunos esteroides actúan como «detergentes» intestinales (ácidos biliares, que es la forma en que se transporta el colesterol en el organismo). Adolf Windaus descubrió la importancia biológica de los esteroides. Ácidos grasos Son ácidos mono-carboxílicos de 4 a 36 átomos de carbono. Los más frecuentes son lineales, de número par de átomos de carbono. En las células se oxidan a CO2 y H2O, liberando energía. Los ácidos grasos linoleico y linolénico son esenciales para el ser humano y deben ingerirse en la dieta. Los ácidos grasos se encuentran esterificados (formando uniones éster con alcoholes), sobre todo en los fosfolípidos y en los triglicéridos.

Triglicéridos Son los lípidos más abundantes en las células, y son una forma eficiente de almacenamiento energético. Los carbohidratos y las proteínas pueden transformarse en lípidos, cuando la cantidad de calorías que ingresan en un organismo es mayor que la requerida. Las grasas animales, como la manteca y la mantequilla, tienen ácidos grasos saturados. Son sólidas a temperatura ambiente. En los aceites vegetales, que son líquidos a temperatura ambiente, predominan los ácidos grasos insaturados. Céridos. Son ésteres de ácidos grasos de cadena larga. Son sólidos a temperatura ambiente. Tienen dos extremos hidrófobos, lo que determina su función impermeabilizante y de protección. En los animales, por ejemplo, se encuentran en piel, pelos, plumas y exoesqueleto de insectos. En los vegetales forman películas que recubren hojas, flores y frutos. Los céridos más comunes son la lanolina (grasa de lana de oveja), la cera de abeja y el cerumen del conducto auditivo externo en los seres humanos. Terpenos. Son moléculas formadas por condensación de unas pocas unidades de isopreno (2-metil 1,3-butadieno). Son frecuentes en los aceites esenciales de las plantas (sustancias aromáticas). Muchas de estas moléculas son vitaminas liposolubles. Entre las vitaminas derivadas del isopreno se encuentran, por ejemplo, la vitamina A (retinol), la vitamina E (tocoferol) y

la vitamina K (naftoquinona). Esta última, esencial para la coagulación sanguínea. Fosfolípidos. Se forman de una molécula de glicerol unida a dos ácidos grasos y a un radical fosfato (ácido fosfatídico). Este a su vez, se enlaza mediante una unión éster, con un amino alcohol, como la etanolamina, la colina o la serina. También puede enlazarse con un polialcohol como el glicerol o el inositol. La membrana celular tiene dos capas de fosfolípidos. Estructuras y funciones de bases nitrogenadas, nucleósidos, nucleótidos y ácidos nucleicos. Las bases nitrogenadas son compuestos orgánicos de forma heterocíclica, ricos en nitrógeno. Forman parte de los bloques estructurales de los ácidos

Anillo de pirimidinas. El anillo de las pirimidinas son anillos aromáticos heterocíclicos con seis miembros y con dos átomos de nitrógeno. Los átomos son numerados siguiendo el sentido de las agujas del reloj. Anillo de purinas El anillo de las purinas consiste en un sistema de dos anillos: uno es similar estructuralmente al anillo de las pirimidinas y otro similar al anillo imidazol. Estos nueve átomos están fusionados en un solo anillo. El anillo de las pirimidinas es un sistema plano, mientras que las purinas se desvían un poco de este patrón. Entre el anillo de imidazol y el anillo de las pirimidinas se ha reportado un ligero pliegue o arruga.

Nucleósidos. Los nucleósidos son los componentes básicos que forman los ácidos nucleicos. Se combinan para formar los nucleótidos, que son las unidades estructurales más grandes y funcionales de los ácidos nucleicos. Estructura de los nucleósidos. Base nitrogenada. El primer componente, la base nitrogenada, también llamado nucleobase, es una molécula plana de carácter aromático que contiene nitrógeno en su estructura, y puede ser una purina o una pirimidina. Las primeras están formadas por dos anillos fusionados: uno de seis átomos y otro de cinco. Las pirimidinas son más pequeñas y están formadas por un solo anillo. Pentosa. El segundo componente estructural es una pentosa, que puede ser una ribosa o una desoxirribosa. La ribosa es un azúcar “normal” donde cada átomo de carbono está unido a uno de oxígeno. En el caso de la desoxirribosa, el azúcar está modificado, ya que carece de un átomo de oxígeno en el carbono 2’. Enlace. En todos los nucleósidos (y también en los nucleótidos) que encontramos naturalmente, el enlace entre ambas moléculas es de tipo β-N- glicosídico, y es resistente al clivaje alcalino. El carbono 1’ del azúcar se encuentra unido al nitrógeno 1 de la pirimidina y al nitrógeno 9 de la purina. Como vemos, estos son los mismos componentes que están en los monómeros que forman los ácidos nucleicos: los nucleótidos. Nucleósidos modificados. Hasta ahora, hemos descrito la estructura general de los nucleósidos. Sin embargo, existen algunos con ciertas modificaciones químicas, siendo la más común la unión de un grupo metilo con la base nitrogenada. También pueden ocurrir metilaciones en la porción del carbohidrato. Otras modificaciones menos frecuentes incluyen isomerización, por ejemplo, de uridina a seudouridina, pérdida de hidrógenos, acetilación, formilación, e hidroxilación.

bases nitrogenadas levemente distinto (adenina, guanina, citosina y timina en el ADN; adenina, guanina, citosina y uracilo en el ARN). Su estructura. Mientras el ADN es una cadena doble en forma de hélice (doble hélice), el ARN es monocatenario y lineal. El ADN codifica la totalidad de la información genética del organismo a través de su secuencia de nucleótidos. En ese sentido, podemos decir que el ADN opera como un molde de nucleótidos. En cambio, el ARN sirve como operador a partir de dicho código, porque lo copia (lo transcribe) y lo lleva a los ribosomas celulares, donde se procede al ensamblaje de las proteínas. Es un proceso complejo que no podría darse sin estos compuestos fundamentales para la vida.