PROPIEDADES FISICO QUÍMICAS DE LAS BIOMOLÉCULAS

INTRODUCCIÓN

Las biomoléculas son fundamentales en el ser humano y en los animales debido a sus númerosas funciones, pues las biomoléculas orgánicas se pueden ver en varias formas, en formas de carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, aún así tenemos que saber cuáles son las biomoléculas. . inorgánicas, estás son bastante sencillas de nombrar y son el agua, las sales minerales y los gases, la diferencia entre ambos es que las orgánicas están formadas por cadenas de carbonos formando las biomoléculas ya mencionadas con anterioridad mientras que las inorgánicas no tienen una cadena de carbono.

Para continuar con el tema pondremos la siguiente animación con el fin de entender mejor lo que son las biomoléculas:

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ANIMACIÓN

A raíz de ello haremos la siguiente actividad :

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ACTIVIDAD 1

Aquí veremos los siguientes aspectos en que se ven las biomoléculas:

Estructura: Las técnicas de cristalografía de rayos X y la resonancia magnética nuclear (RMN) permiten determinar la estructura tridimensional de biomoléculas como proteínas, ácidos nucleicos y carbohidratos. Esto es esencial para comprender cómo funcionan y cómo interactúan con otras moléculas.
Función: Estudiar la función de las biomoléculas involucradas para comprender cómo desempeñan un papel en los procesos biológicos. Por ejemplo, se investiga cómo las enzimas catalizan reacciones químicas específicas y cómo las proteínas transportan moléculas o transmiten señales dentro de las células.
Interacciones: Las biomoléculas interactúan entre sí para llevar a cabo funciones complejas. La investigación se centra en cómo las proteínas se unen a otras moléculas, cómo los ácidos nucleicos se emparejan y cómo las membranas celulares interactúan con diversas moléculas.
Dinámica: Comprender cómo cambian las biomoléculas con el tiempo es crucial. Las técnicas como la espectroscopía de resonancia magnética y la simulación por dinámica molecular permiten observar cómo las moléculas se mueven y cambian de conformación.
Localización: La microscopía avanzada, como la microscopía de fluorescencia y la microscopía electrónica, permite rastrear la ubicación y distribución de biomoléculas en células y tejidos, lo que ayuda a entender su papel en la biología celular.
Evolución: Estudiar las biomoléculas a lo largo de diferentes especies revela cómo han evolucionado con el tiempo. El análisis comparativo de secuencias genéticas y proteicas proporciona información sobre las relaciones evolutivas entre organismos.
Biodisponibilidad: Comprender cómo las biomoléculas se absorben, distribuyen y metabolizan en el cuerpo es fundamental para la investigación farmacéutica y médica. Esto implica estudiar su absorción en el tracto gastrointestinal, su transporte en la sangre y su eliminación.

Vamos para la siguiente actividad:

ACTIVIDAD 2

BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS

Las moléculas que forman parte de los seres vivos son sorprendentemente similares entre sí en estructura y función, de hecho todos los organismos que conocemos contienen proteínas, ácidos nucleicos, y todos dependen de agua para sobrevivir. Nuestro parentesco con plantas y bacterias se puede verificar si observamos que sus moléculas y las muestras tienen mucho en común.

Los elementos que forman parte de los seres vivos se conocen como elementos biogenèsicos y se clasifican en bioelementos. primarios y secundarios. Los bioelementos primarios son indispensables para la formación de las fundamentales biomoleculares, tales como carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Estos elementos constituyen aproximadamente 97% de la materia viva y son: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Los bioelementos secundarios son todos los elementos biogenèsicos restantes. Se pueden distinguir entre ellos los que tienen una abundancia mayor a 0.1% como el calcio, sodio, potasio, magnesio, cloro y los llamados oligoelementos, los cuales se encuentran en concentraciones por debajo de 0.1% en los organismos, esto no significa que sean poco importantes, ya que una pequeña cantidad de ellos es suficiente para que el organismo viva, sin embargo la ausencia de alguno puede causar la muerte.

CARBOHIDRATOS

Son moléculas biológicas muy abundantes. Se les conoce con el nombre de azúcares y están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno. Los carbohidratos o azúcares se pueden encontrar en diferentes formas:

Monosacáridos .- Son la unidad más pequeña de los azúcares.

Oligosacáridos . -Estos carbohidratos están formados por la unión de dos a diez unidades de azúcar.

Polisacáridos .- Como su nombre lo dice, son largas cadenas formadas por varias unidades de azúcar, incluso cientos.

Los monosacáridos están formados por una cadena de tres a siete átomos de carbonos. De acuerdo al número de carbonos se les llama triosa (3 carbonos), tetrosas (4 carbonos), pentosa (5 carbonos) y así sucesivamente, la glucosa que está formada por 6 carbonos, es una hexosa, lo mismo que la fructosa o azúcar. de las frutas. La glucosa no se encuentra en la naturaleza en forma lineal, sino que tiende a formar anillos.

Algunos ejemplos de monosacáridos son:

-Ribosa .- es una pentosa que forma parte del ARN o ácido ribonucleico, que participa en los procesos de elaboración de proteínas.

-Desoxirribosa .- Es también una pentosa y forma parte del ADN, la molécula de la herencia.

Fructosa.- Es el azúcar de las frutas, se encuentra en la miel y se utiliza como edulcorante de muchos refrescos.

-Glucosa .- Es el monosacárido más abundante en los seres vivos, está formado por seis carbonos, se produce por la fotosíntesis de las plantas, circula en nuestra sangre y la encontramos en muchos productos dulces.

-Galactosa.- Es una hexosa que forma parte del azúcar de la leche.

Oligosacáridos la sacarosa es el azúcar que ponemos en la mesa todos los días, se obtiene de la caña de azúcar o remolacha. Los disacáridos están formados por dos monosacáridos. En la sacarosa se una molécula de glucosa y una de fructosa. Otro disárido familiar es la lactosa , que es el azúcar de la leche, está formado de la unión de la glucosa y la galactosa. La maltosa está formada por la unión de dos moléculas de glucosa. Polisacáridos .- son polímeros formados por la unión de muchos monosacáridos, algunos funcionan como reserva energética tanto en plantas como en animales mientras que otros cumplen funciones estructurales, es decir, que dan forma y firmeza a ciertos organismos por ejemplo: Almidón .-

Es el polisacárido de reserva de las plantas está formado por cientos de unidades de glucosa. Cuando las células de las hojas producen azúcares mediante la fotosíntesis, almacenan una parte de ella como almidón y otra la envían a las raíces ya las semillas, a las semillas les proporciona la energía que necesitan para germinar y crecer. Cuando consumimos productos como papa, trigo, maíz, aprovechamos esa reserva energética de las plantas y la convertimos en glucosa por medio de la digestión.

Glucógeno . - está formado por la unión de moléculas de glucosa formando una estructura muy ramificada, el azúcar que ingerimos en los alimentos se convierte en glucosa, el exceso se envía hacia el hígado y se almacena en forma de glucógeno, en su regulación participa la hormona insulina. .

Celulosa.- contiene moléculas de glucosa enlazadas de manera distinta, es fibrosa y cumple función estructural, los polímeros de glucosa forman fibrillas que dan forma a los tallos y hojas de las plantas. La celulosa se encuentra en las paredes de las células vegetales. La utilizada en las prendas de algodón, en los muebles de madera y forman parte de las hojas de papel. Está no es digerible para los seres humanos.

Quitina .- Este polisacárido se encuentra en el exoesqueleto de cangrejos, langostas e insectos, y también forma parte de la pared celular de los hongos. Si has pisado un insecto, has sentido cómo truena su cubierta externa. Este es un polisacárido estructural y cada unidad de glucosa contiene además un grupo amino (-NH ₂). Los enlácese entre las moléculas de quitina son como los de la celulosa, y el ser humano no los puede digerir.

LÍPIDOS

Los lípidos se conocen también como grasas, son insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos no polares como el éter, el cloroformo o el benceno. Están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno, funcionan como reservas energéticas de la que se obtiene más energía que de los carbohidratos (un gr. de carbohidratos proporciona 3,79 kcal, un gr. de grasa 9,3 kcal), aíslan del frío, así las ballenas. y los mamíferos marinos tienen una capa importante de grasa debajo de la piel. Se divide en:

Lípidos simples .- Sólo contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. En este grupo se encuentran los aceites, grasas y ceras. Su función es de reserva energética, muchas de las grasas naturales se forman de la unión de una molécula de glicerol con tres ácidos grasos y se llaman triglicéridos. Muchos de ácidos grasos tienen 16 a 18 átonos de carbono por molécula. Los ácidos grasos pueden ser saturados si los enlaces entre los átomos de carbono de su larga cadena son sencillos, o insaturados si existe algún doble enlace entre ellos. Forman grasas y ceras que forman cubiertas aislantes que protegen, piel, pelaje, plumaje, hojas y frutos.

Lípidos compuestos .- además contiene otros elementos como fósforo y nitrógeno a este grupo pertenecen los fosfolípidos, los cuales contienen un grupo fosfato asociado a un lípido, el grupo fosfato se convierte en la cabeza polar de la molécula que va a ser hidrofílica y las cadenas de ácido graso se convierten en las colas hidrofóbicas, esta propiedad hace que los fosfolípidos al contacto con el agua se sitúan formando dos capas en las que las cabezas miran hacia el agua y las colas se esconden en medio, son componentes de la membrana celular.

Esteriodes .- se componen de cuatro anillos de carbono fusionados. Un ejemplo es el colesterol que es un componente vital de las membranas de las células animales y también participa en la síntesis de otros esteroides como las hormonas sexuales femeninas y masculinas, o la aldosterona, hormona que controla los niveles de sal.

PROTEÍNAS

Son moléculas muy grandes formadas por la unión de monómeros llamados aminoácidos. Un aminoácido contiene un carbono central al que se une un grupo amino, un grupo carboxilo, un hidrógeno y un grupo radical. Hay veinte aminoácidos diferentes que forman parte de los seres vivos, la diferencia entre ellos está en el grupo R, con estos veinte aminoácidos se forman todas las proteínas que hay en la naturaleza. Cada organismo produce varios cientos de proteínas de características de su especie.

Las proteínas son los elementos fundamentales de un organismo, las uñas así como los diminutos vellos que hay en ella están formados por queratina, una proteína estructural; la piel que la envuelva contiene colágeno, una proteína que le da forma; por debajo de la piel están los músculos formados por actina y miosina, proteínas contráctiles, es decir móviles. Si llegamos a los vasos sanguíneos, la sangre contiene proteínas, entre ellas la hemoglobina, que transporta el oxígeno que respira, y varias hormonas que regulan las funciones del organismo, por ejemplo la insulina que regula el nivel de azúcar en la sangre. Si sufres una herida rápidamente se presentan los anticuerpos, proteínas de defensa, además en todo momento dentro de cada célula, están en acción cientos de enzimas para llevar a cabo las reacciones químicas que mantienen la vida.

ÁCIDOS NUCLÉICOS

Los ácidos nucleicos son polímeros formados por nucleótidos. Un nucleótido está formado por una base nitrogenada, una molécula de azúcar y un fosfato, en el caso el ácido desoxirribonucleico (ADN), el azúcar es la desoxir

Las bases nitrogenadas que forman parte del ADN son: bases púricas (adenina y guanina), y bases paramédicas (timina y citosina). El ADN es la molécula de la herencia, en él se codifica la información necesaria para el desarrollo y el funcionamiento de un organismo, siendo el responsable de su transmisión hereditaria. El ADN superenrollado (estructura terciaria) constituye a los cromosomas

El modelo de estructura en doble hélice del ADN, fue propuesto en 1953 por James Watson y Francis Crick, demostró que en el ADN existió siempre la misma proporción de adenina y timina, y la concentración de guanina era la misma que la de citosina. Esto junto con otras evidencias permitieron saber que la molécula del ADN es una doble cadena en forma de hélice, en la que las bases nitrogenadas se enlazan por medio de puentes de hidrógeno: adenina con timina y citosina con guanina.

La función del ARN o ácido ribonucleico es interpretar la información codificada en el ADN y realizar el proceso de síntesis de proteínas que se requiere en determinado momento en un organismo. Recuerda la molécula de ARN, también está formada por nucleótidos, pero en este caso el azúcar es ribosa y en las bases nitrogenadas, en lugar de timina, hay uracilo. Además no olvides que el ARN está formado de una sola cadena.

Relacionar ADN, código genético y síntesis de proteínas, para comprender la continuidad y evolución de las especies.

El ADN contiene toda la información hereditaria de un ser vivo, es decir, tiene las instrucciones exactas de cómo construir las proteínas de cada organismo. Esto significa que cada organismo mantiene las características propias de su especie gracias a su ADN. La información genética se encuentra en el núcleo. Cuando llega el momento de reproducirse, es en el núcleo donde se produce una copia fiel del ADN para la formación de las células hijas, por medio de la replicación del ADN.

Cuando una célula se va a reproducir necesita duplicar su información genética. Al proceso de copia mediante el cual se forma una nueva molécula de ADN se le llama REPLICACIÓN . Este proceso se realiza en tres pasos:

1.- La enzima helicasa rompe los puentes de hidrógeno que unen las dos cadenas de la doble hélice de ADN.

2.- cada cadena va a servir de molde para que en ella se coloquen nucleótidos y se forme una nueva cadena complementaria. La enzima ADN polimerasa empieza a colocar los nucleótidos que corresponden a la secuencia de la cadena de ADN (guanina –citosina; adenina-timina).

3.- Los nucleótidos de cada cadena forman puentes de hidrógeno y la molécula toma la forma de doble hélice (participa la enzima ADN ligasa). Y se liberan dos moléculas de ADN, cada una conserva una cadena original y tiene una cadena nueva recién elaborada, por esto la replicación de ADN es semiconservativa.

Podemos continuar con el tema realizando la siguiente actividad:

ACTIVIDAD 3

BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS

Las biomoléculas inorgánicas son moléculas que contienen elementos químicos que no son carbono ni hidrógeno, lo que las diferencia de las biomoléculas orgánicas. Aunque no son tan comunes ni variadas como las biomoléculas orgánicas, las biomoléculas inorgánicas desempeñan un papel crucial en varios procesos biológicos. Algunos ejemplos de biomoléculas inorgánicas son:

Iones Metálicos: Los iones de metales como el hierro, el magnesio, el calcio, el potasio y el sodio son esenciales para la función de enzimas y otras proteínas en los organismos vivos. Por ejemplo, el ion hierro es un componente clave en la hemoglobina, que transporta oxígeno en la sangre.
Agua: Aunque no es una biomolécula en el sentido tradicional, el agua es esencial para la vida y se considera una biomolécula inorgánica importante debido a su papel en los procesos biológicos, como el transporte de nutrientes y la regulación de la temperatura corporal.
Fosfatos: Los iones fosfato (PO4^3-) son fundamentales para la formación de moléculas de ácido nucleico, como el ADN y el ARN. También están involucrados en la transferencia de energía a través del trifosfato de adenosina (ATP).
Sales Minerales: Iones como el cloruro (Cl^-), el sodio (Na^+), el potasio (K^+), el calcio (Ca^2+), el magnesio (Mg^2+) y el yoduro (I^-) son esenciales para el funcionamiento adecuado de las células y los sistemas biológicos.
Cofactores Metálicos: Algunas enzimas requieren iones metálicos como cofactores para catalizar reacciones químicas. Por ejemplo, el zinc es un cofactor en muchas enzimas importantes para el metabolismo celular.
Compuestos Inorgánicos Específicos: Ejemplos de compuestos inorgánicos específicos incluyen el carbonato de calcio (CaCO3), que forma parte de estructuras como los huesos y los caparazones, y el nitrato de potasio (KNO3), que se utiliza en procesos de señalización celular y como fuente de nitrógeno para las plantas.

En conclusión, el estudio de las biomoléculas nos sumerge en el fascinante mundo de la vida en su nivel más fundamental. A lo largo de este blog, hemos explorado la diversidad y la importancia crucial de estas moléculas en los procesos biológicos y químicos que sustentan todas las formas de vida. Algunas de las conclusiones clave son las siguientes: Unidades fundamentales de la vida: Las biomoléculas son las unidades básicas de construcción y funcionamiento de los seres vivos. Los carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos se entrelazan en una intrincada red de interacciones que permiten la vida tal como la conocemos. Diversidad y funciones: Cada tipo de biomolécula desempeña roles específicos e indispensables en los organismos. Los carbohidratos proporcionan energía y estructura, los lípidos forman membranas celulares y almacenan energía, las proteínas son responsables de las funciones celulares y los ácidos nucleicos contienen y transmiten la información genética. Exploración continua: Aunque hemos recorrido un largo camino en la comprensión de las biomoléculas, queda mucho por descubrir. La ciencia continúa avanzando y desentrañando nuevos aspectos de estas moléculas y sus interacciones, lo que abre la puerta a un mundo de posibilidades en investigación y aplicación. Se puede decir que, el estudio de las biomoléculas es esencial para entender la base misma de la vida. Estas moléculas no solo son la clave para comprender la biología y la química de los seres vivos, sino que también tienen un impacto profundo en la medicina, la biotecnología y la ética. A medida que seguimos explorando y desentrañando los secretos de las biomoléculas, ampliamos nuestro conocimiento de la vida en su forma más elemental.

Y finalizaremos el blog viendo estas dos animaciones:

ANIMACIÓN 2

ANIMACIÓN 3