Asignatura: INTRODUCCIÓN A LAS CIENCIAS BIOLÓGICAS GUÍA N° 5 TEMA : Hidratos de Carbono, Lípidos y Proteínas Unidad 4: Componentes orgánicos esenciales Hidratos de Carbono. Lípidos. Proteínas. Ácidos Nucleicos. Adenosín Trifosfato. Hormonas. Minerales. Vitaminas. Docentes: Gabriela Lourtau, Patricia Ruz, Nahuel Scarone, Mariela Bravo, María Rosa Felice, Valeria Analia Ortiz, Claudio Berardi, María Paula Aguilera, María Arena Hernández Malan En esta guía se hará enfoque en las moléculas más relevantes para todos los seres vivos. Estos compuestos son fundamentales para la estructura y función de la célula y la comunicación entre ellas a través de las hormonas. La gran diversidad existente de es tos compuestos hace necesario una división en familias, dependiendo de su naturaleza química, y luego en subgrupos que dependen de cómo se asocien entre sí. Objetivos: ● Describir los grupos funcionales de las moléculas orgánicas. ● Conocer e identificar los componentes y funciones de distintas moléculas esenciales para la vida, como son los carbohidratos, lípidos y proteínas. Guía de lectura dirigida: Leer atentamente la bibliografía obligatoria de la Unidad 4: Gerard J. Tortora. (2013). Principios de Anatomía y Fisiología, 13va edición – In ciencia , Ed. Médica Panamericana. Disponible en biblioteca UNLPam. Capítulo 2 El nivel químico de organización Gil A. Tratado Nutrición. (ed). Panamericana. 2010. Cap Luego responda las siguientes preguntas en su casa: 1) Identificar y conocer la estructura y función de monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. 2) Identificar la composición de los principales azúcares de la dieta humana. 3) ¿Qué tipo de lípidos existen y cuáles son sus características? 4) ¿Qué estructuras de la célula y el cuerpo poseen lípidos y de qué clase? 5) ¿Para qué son relevantes los lípidos de naturaleza esteroide? 6) ¿Cómo definiría una proteína? ¿Qué es un enlace polipeptídico? 7) Resuma los niveles de organización estructural de las proteínas. 8) Distinga entre proteínas fibrosas y globulares según su estructura y función Nociones generales de los hidratos de carbono A los hidratos de carbono también se los conoce como carbohidratos, azúcares o glúcidos. La glucosa y los almidones (dos ejemplos de carbohidratos) sirven como fuente de energía para las células, en tanto que la celulosa (otro carbohidrato) es el componente estructural principal de las paredes que rodean a las células vegetales. Los carbohidratos se componen de átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno en proporción aproximada de un átomo de carbono por dos de hidrógeno y uno de oxígeno (CH2O)n. Ya la palabra carbohidrato o hidrato de carbono debe hacerle pensar en un azúcar y agua (este ultimo elemento ya lo vimos desde la primera clase y guía). Ejercicio n° 1 . Nomenclatura de hidratos de carbono Complete: Los carbohidratos que contienen una unidad de azúcar se denominan _______________ , cuando presentan dos unidades son __________________ y, en el caso de tener muchas unidades , se los denomina ________________ Los monosacáridos son los hidratos de carbono más sencillos o elementales y tienen en general entre 3 y 7 átomos de carbono Nomenclatura y Ejemplos de carbohidratos de 3 átomos de carbono Como se observa en las fórmulas anteriores, los átomos de carbono se encuentran numerados y cuando un átomo de carbono inicial (C1) tiene una doble ligadura con un átomo de Oxigeno (O), esto se llama grupo “aldehído”. Si esta doble ligadura del carbono con el oxígeno se da en cualquier otro átomos e carbono que no sea el inicial, se llama grupo “cetona”. En función de esto, podemos decir que el compuesto que esta debajo con el nombre compuesto A (la dihidroxiacetona) es una CETOTRIOSA, ya que tiene ____ átomos de carbono y un grupo ____________, y el compuesto dihidroxiacetona es una ALD O TRIOSA, ya que tiene ______ átomos de carbono y un grupo __________________ . Los grupos OH (oxigeno e hidrogeno) se denominan hidroxilos u oxidrilos y dan a los monosacáridos propiedades hidrófilas (son muy solubles en agua). Indique en el siguiente compuesto: grupo aldehído o cetona, grupos hidroxilos. Un carbono quiral es un átomo de carbono enlazado a cuatro grupos o átomos diferentes. En el ejemplo que sigue, cada carbono tiene 4 enlaces. El C1 con dos H, un OH y el siguiente carbono. El C2 con dos carbonos y con doble ligadura con el O. El C3 igual que el C1. Debido a esta estructura asimétrica, la molécula resultante no puede superponerse con su imagen especular ( como ocurre con sus manos ) , lo que lleva a la existencia de estereoisómeros o enantiómeros El compuesto que sigue es el gliceraldehido, un carbohidrato, que como se observa puede tomar dos formas químicas , el D gliceraldehido y el L gliceraldehido Carbohidratos de 5 átomos de carbono o pentosas El ADN (ácido deso xi rribonucleico), que contiene los genes y se encuentra principalmente en el núcleo de las células eucariotas, es un compuesto complejo y, dentro de sus constituyentes, contiene un carbohidrato de 5 átomos de carbono (una pentosa) llamada DESOXIRIBOSA). El A RN (ácido ribonucleico), transcripto a partir del ADN, también contiene una pentosa dentro de su molécula, pero en este caso dicha pentosa es la RIBOSA. Como a la pentosa que forma parte del ADN le falta un átomo de carbono, se lo llama ______________________________________________ . Sin lugar a dudas, el carbohidrato estrella, el monosacárido estrella, es la GLUCOSA. Esta es una TRIOSA / PENTOSA / HEXOSA (tachar lo que NO corresponde) , ya que está formada por ________ átomos de carbono. La glucosa es tan importante para el metabolismo que su concentración se mantiene en valores homeostáticos relativamente constantes en la sangre de seres humanos (la glucosa en sangre se denomina Glucemia). Los monosacáridos pueden representarse en forma lineal, llamada proyección de Fisher o como sucede con las pentosas y hexosas en medio acuoso que adquieren la forma cíclica de Haworth. Por cuestiones de estabilidad, los monosacáridos en solución acuosa se ciclan formando estas estructuras en anillo (en algunos casos adquieren la conformación silla ) Le presentamos a la GLUCOSA ciclada. ¿Cuál/es son los grupos que desaparecen al ciclarse un monosacárido? Indique para cada uno de los casos que siguen, si se trata de una triosa, pentosa o hexosa. Ejercicio n° 2 . Disacáridos y Polisacáridos Este disacárido es product o de la unión de la _____________ con la _______________ . Es el azúcar común de la mesa. Este disacárido es product o de la unión de la _____________ con la _______________ . Es el azúcar común de la cebada, trigo y además de bebidas espirituosas como la _____________________. En resumen, un Disacárido consiste en la union de ____ moléculas de monosacárido. La union es de tipo covalente y se llama enlace O - glicosídico entre los monosacáridos (grupo funcional éter), por lo general entre el átomo de C1 de una molécula y el C4 de la otra. Los polisacáridos pueden almacenar energía o realizar funciones estructurales. Los carbohidratos más abundantes en la naturaleza son los polisacáridos, grupo que incluye a los almidones, el glucógeno y la celulosa. Un polisacárido es una macromolécula consistente en unidades repetitivas de azúcares simples o monosacáridos. El almidón, que es la forma habitual de almacenamiento de carbohidratos en las plantas Las subunidades son de alfa glucosa. Hay dos formas básicas de almidón que le presentamos en la siguiente figura y que difieren en la ramificación de C. 1) ¿Bajo qué forma se acumula energía en el hígado y el músculo humano? ¿cuál es el principal polisacárido en humanos que es capaz de almacenar energía y liberarla en situaciones de mayor requerimiento metabólico? Le presentamos la molécula que usted nombro: Este disacárido es product o de la unión de la _____________ con la _______________ . Es el azúcar común de la _____________________. Los enlaces α - 1,6, que se producen aproximadamente cada diez residuos son los responsables de las ramificaciones que tiene el glucógeno. RECUERDE : La importancia de que el glucógeno sea una molécula tan ramificada reside en que esta ramificación aumenta su solubilidad y permite la abundancia de residuos de glucosa no reductores que van a ser los puntos reconocidos por las enzimas glucógeno sintasa y glucógeno fosforilasa, es decir, las ramificaciones facilitan tanto la velocidad de síntesis como la de degradación del glucógeno 2) Para usted, ¿Cuál es el principal disacárido incorporado en la dieta humana? Y ¿En qué alimentos lo encontramos? Ejercicio n° 3 Complete el crucigrama y descubra la frase: El glucógeno suele estar almacenado en las células musculares o hepáticas en forma de gránulos y está disponible para su catabolismo y liberar gl ucosa en todo momento. LÍPIDOS Ejercicio n° 4 Conteste las siguientes preguntas acerca de los lípidos 1) Mencione los tipos de lípidos que conoce. 2) ¿Qué clase de lípidos se asocian a problemas cardiovasculares? RECUERDE : Los lípidos son el principal constituyente de numerosas estructuras celulares, además de formar muchas hormonas y otras sustancias vitales. Pero, la acumulación de muchos de ellos en las paredes arteriales y órganos, puede ocasionar que se ocluyan dichos vasos sanguíneos. Ejercicio n° 5 COMPLETAR El componente estructural básico más importante de la mayor parte de los lípidos son los ____________ ____________ Los AG están formados por una larga cadena hidrocarbonada lineal, con diferente cantidad de átomos de carbono y en su extremo tienen un grupo ________________ En los seres vivos, por lo general, los AG tienen un número par / impar (tache lo que NO corresponde) de átomos de carbono. Los AG se pueden clasificar en función de la longitud de su cadena, como AG de cadena __________, _______________ o ______________. En plantas y animales los AG que predominan son los de 16 y 18 átomos de carbono (C16 y C18): acido palmítico, ácido oleico, linoleico y esteárico. Los AG se pueden clasificar también en función del tipo de enlace presente entre carbono y carbono. Según esta clasificación tenemos: ácidos grasos saturados, CON / SIN dobles enlaces (tache lo que NO corresponde), los insaturados ( con simple / doble enlace ) (tache lo que no corresponde) y los poliinsaturados (dos o más dobles enlaces). Ejercicio n° 6 Nomenclatura Se puede simplificar la nomenclatura de los acidos grasos especificando la longitud de la cadena hidrocarbonada y el número de dobles enlaces separados por dos puntos: ácido palmítico : tiene 16 átomos de carbono y es saturado Entonces lo abreviaremos : 16:0 ácido oleico tiene de 18 carbonos y un doble enlace, será:_______ Cuando hay dobles enlaces , estos se especifican con exponentes que siguen a la letra Δ (delta). Ejemplo, en el caso del ácido oleico de 18 carbonos y un doble enlace en el carbono 9, será: 18:1 (Δ9). Supongamos que estamos en presencia de un ácido graso de 20 átomos de carbono, con un doble enlace en la posición C7. ¿Cómo lo describiría? _________________________ Otra de las nomenclaturas frecuentemente usada, es la omega (ω). Hay dos clases de AG insaturados importantes, los de la serie ω3 (omega 3) y ω6 (omega 6). Los AG ω3 y ω6 se consideran esenciales para el ser humano, ya que no tenemos la capacidad de sintet izarlos. ¿Qué indica est a nomenclatura, desde donde se cuenta el primer doble enlace ? Ejercicio n° 7 Relación del comportamiento de los ácidos grasos en agua Los AG son moléculas anfipáticas. Tienen una región polar o hidrofílica / hidrofóbica (tache lo que NO corresponde) que está dada por el grupo carboxilo, y una región no polar o hidrofílica / hidrofóbica (tache lo que NO corresponde), dado por la cadena hidrocarbonada. El carácter ácido y la solubilidad en agua aumentan / disminuyen (tache lo que NO corresponde) en los AG a medida que aumenta la longitud de la cadena hidrocarbonada. Solo los AG de cadena muy corta (por ejemplo, el ácido acético) son solubles en agua. RECUERDE : Los ácidos grasos ( AG ) rara vez se encuentran libres, más bien forman parte estructural de la gran mayoría de los lípidos. Clasificación de los lípidos Los lípidos, se clasifican en: Acilglicéridos Glicerofosfolípidos Esfingolípidos Glicolípidos Esteroles Lipoproteínas. Acilglicéridos: se obtienen por esterificación de 1 glicerol con: 1 AG y se llaman ___________________ 2 AG y se llaman ___________________ 3 AG y se llaman ___________________ Observe la reacción entre el glicerol (polialcohol de 3 átomos de carbono) y un ácido graso: Glicerofosfolípidos Derivan del ácido fosfatídico (un DAG unido a un ácido ortofosfórico ). El grupo fosfato puede estar unido a alguna de las siguientes cuatro moléculas: Etanolamina (aminoalcohol) Colina (aminoalcohol) Serina (un aminoácido) Inositol (un polialcohol cíclico). Los fosfolípidos, como los que forman la membrana plasmática y las membranas de la mayor parte de las organelas de las células, son moléculas anfipáticas. Tienen una cabeza polar (hidrofílica) y dos colas hidrofóbicas. Los ácidos grasos por lo general tienen una longitud de 16 a 20 carbonos. Esfingolípidos Tienen como estructura básica a la ceramida, que resulta de la unión de una esfingosina (aminoalcohol de 18 carbonos) con un AG. La cabeza polar en este tipo de lípidos es exactamente igual que en los glicerofosfolípidos. Ejemplo de esfingolípido: la esfingomielina. Glicolípidos Son ceramidas que tienen como grupo polar un glúcido. Si es un monosacáridos (glucosa o galactosa), se forman los cerebrósidos , y si es un oligosacáridos se forman los gangliósidos Entonces, resultan de la unión de una ceramida con un monosacárido (cerebrósidos) u oligosacárido (gangliósidos). Estos tipos de lípidos son muy abundantes en las membranas plasmáticas de las células de nuestro sistema nervioso. Esteroles Son lípidos derivados del ciclo pentanoperhidrofenantreno. El esterol más abundante en los animales es el colesterol, que forma parte de las membranas de todas las células eucariotas y micoplasmas. Ejercicio n° 8 Caso clínico y sopa de letras Suponiendo que tenemos un paciente de 58 años de edad con sobrepeso e hipertensión. Teniendo en cuenta el riesgo cardiovascular: ¿Qué modificaciones le sugeriría con respecto a su dieta? ¿Cómo reemplazaría grasas saturadas por insaturadas y por qué? En la siguiente sopa de letras, encontrar las 10 palabras referidas a los Lípidos: Respuestas: PROTEINAS Ejercicio n° 9 Responda 1) ¿Cómo clasificaría a las proteínas según sus funciones? 2) Defina cada una de las estructuras que puede adoptar una proteína. Ejercicio n° 10 Completar TRIGLICÉRIDOS - INSATURADOS - ENERGÍA - ESTEROIDES - FOSFOLÍPIDOS - SATURADOS - ACEITES - COLESTEROL - GRASAS - HIDROFÓBICOS Las proteínas son polímeros, están constituidas por unidades repetidas denominadas monómeros que en este caso son los _________________. Todas las proteínas están constituidas a partir del mismo conjunto de 20 aminoácidos, unidos de forma covalente en sec uencias lineales. Cada uno de estos aminoácidos tienen una cadena lateral propia que determina sus propiedades químicas. Los 20 aminoácidos que podemos encontrar en las proteínas son α - aminoácidos. Todos tienen un grupo _________________ ( - COOH), un grupo _____________ ( - NH2) y un átomo de hidrogeno unidos al mismo átomo de carbono (el carbono α) Las diferencias de unos con otros está en sus cadenas laterales, o grupos R, que varían en estructura, tamaño, y carga eléctrica que influyen en la solubilidad en agua de los aminoácidos. Estructura de un aminoácido A los aminoácidos se les han asignado abreviaturas de tres letras y símbolos de una sola letra que se utilizan para indicar de manera abreviada la composición y secuencia de aminoácidos en las proteínas. Los aminoácidos se clasifican según su grupo “R”. En función de esto, hay cinco clases principales. La polaridad de los grupos R varía enormemente desde totalmente apolar o hidrofóbico (insoluble en agua) a altamente polar o hidrofílico (soluble en agua). Los aminoácidos pueden actuar como ácidos y como bases (le recomendamos retroceder un casillero si no recuerda este tema). Cuando un aminoácido se disuelve en agua, se encuentra en solución en forma de ion dipolar, pudiendo actuar como ácido (donador de p rotones) o bien como una base (aceptor de protones) Ejercicio n° 1 1 Completar Los dipéptidos son básicamente 2 ____________ unidos de forma covalente a través de un enlace peptídico. Este enlace se forma por la eliminación de un grupo hidroxilo del grupo α - carboxilo de un aminoácido y un átomo de hidrógeno del grupo α - amino del otro aminoácido. Un tripéptido seria la unión de _______ aminoácidos mediante _______ enlaces. Un tetrapéptido sería la unión de _______ aminoácidos mediante _______ enlaces y así sucesivamente. Cuando se unen unos pocos aminoácidos entre sí, la estructura resultante es un __________________. Cuando se unen muchos aminoácidos, el producto es un polipéptido. Aunque a veces los términos “polipéptido” y “proteína” son intercambiables, las moléculas n ominadas polipéptidos tienen masas moleculares inferiores a 10.000 kDa. Las proteínas tienen 4 niveles de estructura llamadas: Estructura primaria : describe los enlaces covalentes que unen los aminoácidos de la cadena polipeptídica. Es decir, que esta estructura se basa en la secuencia de aminoácidos que es codificada por el ADN nuclear. Estructura secundaria : disposiciones particularmente estables de los aminoácidos que dan lugar a patrones estructurales repetidos. Estructura terciaria : aspectos del plegamiento tridimensional de un polipéptido. Estructura cuaternaria : cuando una proteína posee dos o más subunidades polipeptídicas, su disposición en el espacio se denomina estructura cuaternaria. Le mostramos como ejemplo a la proteína hemoglobina que ya hemos nombrado en la guía de estado acido base. Ejercicio n° 12 Unir con flechas Ejercicio n° 13. CASO CLINICO FINAL (para resolverlo, le recomendamos repasar lo que vimos de presión oncótica en unidad 1) Un paciente acude al médico con los resultados del laboratorio que confirman una insuficiencia renal caracterizada por pérdidas de proteínas por orina. ● ¿Cuál es la proteína más frecuentemente hallada en la orina de estos pacientes? ● ¿Cuál es el rol fisiológico de esta proteína? ● ¿Qué sintomatología podría evidenciarse por pérdida de esta proteína en los enfermos renales? aminoacido polipeptido sustrato Desnaturalizacion proteica Enlace covalente Estructura 3a Estructura 4a enzima Grupo amino Grupo carboxilo Unión Fuerte que comparte electrones entre átomos Perdida de la forma estructural de la proteína Unidades básicas de las proteínas Unión de varios aminoácidos a través de enlaces peptídicos Nivel donde la proteína se pliega estructuralmente Nivel donde la proteína resulta de la unión de varias cadenas peptídicas Grupo funcional NH de los aminoácidos Grupo funcional COOH de los aminoácidos atomos Proteína que acelera reacciones químicas Molécula sobre la que actúan las enzimas