Resumen: Biomoléculas y fisiología celular

📋 Esquema del Curso

1. Generalidades de las biomoléculas
2. Hidratos de carbono
3. Lípidos y sus funciones
4. Proteínas y aminoácidos
5. Ácidos nucleicos y nucleótidos

📖 1. Generalidades de las biomoléculas

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Metabolismo: Conjunto continuado de reacciones químicas mediante las que las células utilizan biomoléculas como fuente de energía y sintetizan biomoléculas nuevas.

★ Imprescindible

• Las células contienen cuatro tipos principales de biomoléculas orgánicas pequeñas: azúcares, ácidos grasos, aminoácidos y nucleótidos.

• Los polisacáridos, las proteínas y los ácidos nucleicos son las tres clases de macromoléculas presentes en la célula; son polímeros formados por la unión covalente de numerosas subunidades.

Complementos

• Algunas moléculas, como los aminoácidos esenciales, no pueden ser sintetizadas por las células humanas y deben obtenerse mediante la dieta.

📖 2. Hidratos de carbono

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Monosacárido: Unidades básicas de los hidratos de carbono que contienen de 3 a 8 átomos de carbono.

★ Imprescindible

• Los hidratos de carbono cumplen funciones energéticas, de reserva y estructurales, y participan en el reconocimiento celular.

• En solución acuosa, la ciclación de un monosacárido ocurre cuando un grupo carbonilo reacciona con un grupo hidroxilo de la misma molécula para formar un anillo; es reversible y genera un carbono anomérico con configuración α o β según la posición del nuevo grupo –OH.

• Un enlace O-glicosídico se forma por deshidratación entre el carbono carbonílico de un monosacárido y un grupo hidroxilo de otro; la sacarosa presenta un enlace α1→2 entre la glucosa y la fructosa.

📌 El almidón combina amilosa lineal con enlaces α1→4 y amilopectina ramificada con enlaces α1→4 y ramificaciones α1→6; la celulosa es lineal, tiene enlaces β1→4 y cumple una función estructural.

Complementos

• El glucógeno es una reserva energética de las células animales y el almidón es una reserva energética de las células vegetales.

• Los hidratos de carbono representan el 2-3% de la masa corporal y suelen tener composición aproximada $(CH_2O)_n$.

• Los monosacáridos se clasifican por:

  • número de carbonos: triosas, tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas
  • naturaleza química: cetosas o aldosas
  • estereoisomería: formas L o D

📌 Los isómeros tienen la misma fórmula molecular y propiedades fisicoquímicas diferentes; los estereoisómeros conservan el mismo orden de enlaces entre átomos, pero difieren en su orientación espacial; los enantiómeros son estereoisómeros que son imágenes especulares.

• Los anillos de seis átomos se llaman piranosas y los de cinco átomos, furanosas.

📌 Los enlaces O-glicosídicos α se degradan fácilmente mediante enzimas digestivas, mientras que los enlaces β requieren enzimas especiales, como ocurre con la lactosa.

• El glucógeno es un polímero muy ramificado de glucosa con enlaces α1→4 en las cadenas y enlaces α1→6 en las ramificaciones, almacenado especialmente en hígado y músculo.

• La celulosa no es digerible por el cuerpo humano y sus cadenas se unen mediante puentes de hidrógeno para formar fibras.

📌 En un glicoconjugado, la glicoproteína tiene una porción proteica mayoritaria y el proteoglicano una porción glucídica mayoritaria; un glicolípido une covalentemente un hidrato de carbono a un lípido.

📖 3. Lípidos y sus funciones

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Ácido graso: Cadena de carbono e hidrógeno con un grupo carboxilo terminal; constituye un componente principal de los lípidos saponificables y suele unirse covalentemente a otras moléculas mediante el grupo carboxilo.
• Triglicérido: Compuesto por una molécula de glicerol y tres moléculas de ácidos grasos, unidas mediante enlaces éster entre sus grupos carboxilo y los grupos hidroxilo del glicerol.
• Fosfolípido: Contiene una molécula de glicerol, un grupo fosfato, un grupo polar y dos moléculas de ácidos grasos; constituye el componente principal de la membrana plasmática y presenta una cabeza hidrofílica y colas apolares.

• Lipoproteína: Complejo de lípidos y proteínas específicas, llamadas apoproteínas, que transporta lípidos como colesterol y triglicéridos.
• Esfingolípido: Compuesto por una molécula de esfingosina y una de ácido graso, presenta una cabeza polar y dos colas hidrofóbicas, y puede incluir ceramidas, cerebrósidos y esfingomielinas.
• Vitamina: Nutrientes orgánicos necesarios en pequeñas cantidades; muchas son coenzimas y la mayoría deben obtenerse mediante la ingesta, directamente o en forma precursora.

★ Imprescindible

• Los lípidos cumplen funciones energéticas, de reserva, estructurales y de reconocimiento celular, y participan en la señalización, por ejemplo como hormonas liposolubles.

• Los lípidos son un grupo diverso compuesto principalmente por carbono e hidrógeno y poca cantidad de oxígeno; son insolubles en agua y disolventes polares, pero solubles en disolventes apolares u orgánicos.

📌 Los ácidos grasos saturados tienen el máximo número posible de hidrógenos en su cola, mientras que los insaturados poseen uno o más dobles enlaces entre carbonos; algunos insaturados, como los omega 3 y omega 6, son esenciales para el ser humano.

Complementos

• Los lípidos se transportan por la sangre unidos a proteínas porque no se disuelven en el plasma.

• La clasificación distingue:

  • lípidos con ácidos grasos: triglicéridos
  • lípidos con ácidos grasos: fosfolípidos
  • lípidos con ácidos grasos: esfingolípidos
  • lípidos sin ácidos grasos: esteroides
  • lípidos sin ácidos grasos: eicosanoides, carotenos y vitaminas

• La fórmula genérica de un ácido graso saturado es $\mathrm{CH_3-(CH_2)_n-COOH}$.

• La formación de un enlace éster entre un ácido graso y el glicerol libera una molécula de agua.

• Los esteroides tienen cuatro anillos de carbono; los que presentan al menos un grupo hidroxilo se denominan esteroles.

• El cuerpo humano sintetiza los distintos tipos de esteroles a partir del colesterol.

• Los eicosanoides derivan del ácido araquidónico de 20 carbonos e incluyen prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos; participan en la inflamación y los AINE reducen su efecto.

• Los tipos de lipoproteínas son:

  • quilomicrones
  • HDL
  • LDL
  • VLDL

📖 4. Proteínas y aminoácidos

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Aminoácido: Contiene grupos amino y carboxilo unidos al mismo carbono, y su cadena lateral determina propiedades como la hidrofilia o la hidrofobia; hay 20 tipos presentes en las proteínas.

★ Imprescindible

• Las proteínas son los principales productos funcionales de las células.

• Las proteínas son macromoléculas formadas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, y son polímeros de aminoácidos.

• El enlace peptídico une aminoácidos adyacentes entre el grupo carboxilo de uno y el grupo amino de otro; las cadenas laterales no participan en el enlace.

📌 La estructura primaria es la secuencia lineal de aminoácidos; la secundaria es una estructura tridimensional por interacciones entre aminoácidos próximos en la secuencia; la terciaria resulta de interacciones entre aminoácidos alejados en la secuencia de la misma proteína; la cuaternaria es la interacción entre cadenas y no aparece en todas las proteínas.

Complementos

• Las proteínas se clasifican por composición en simples o conjugadas; las conjugadas contienen un grupo prostético y pueden ser glicoproteínas, fosfoproteínas, lipoproteínas, hemoproteínas o metaloproteínas.

• Según su forma, las proteínas se clasifican en globulares o fibrosas.

• Según su función, las proteínas pueden ser:

  • enzimáticas
  • transportadoras
  • de reserva
  • contráctiles
  • estructurales
  • defensivas
  • hormonales

📌 Una cadena polipeptídica tiene un extremo N-terminal con un grupo amino libre y un extremo C-terminal con un grupo carboxilo libre.

• El orden de los aminoácidos de una proteína determina sus propiedades y funciones.

• La información necesaria para el plegamiento correcto de una proteína está en su propia secuencia de aminoácidos, y la estructura tridimensional final se alcanza una vez sintetizada toda la proteína con participación de otras proteínas.

📖 5. Ácidos nucleicos y nucleótidos

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Nucleótido: Formado por un grupo fosfato, un azúcar y una base nitrogenada.
• RNA: Polímero lineal monocatenario de nucleótidos con ribosa y las bases A, C, U y G.

• DNA: Polímero de nucleótidos con desoxirribosa y las bases A, C, T y G, organizado en dos cadenas antiparalelas sin uniones covalentes entre sí.

★ Imprescindible

• Los ácidos nucleicos son macromoléculas formadas por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo, y son polímeros de nucleótidos.

📌 El DNA contiene desoxirribosa y las bases A, G, T y C, mientras que el RNA contiene ribosa y las bases A, G, U y C.

📌 El DNA codifica la información hereditaria de cada célula, mientras que el RNA traslada la información genética para la producción de proteínas en el ribosoma.

• Los ácidos nucleicos tienen un esqueleto constante de fosfato y pentosa y una secuencia variable de bases nitrogenadas que contiene la información genética.

• Los nucleótidos se unen mediante enlaces fosfodiéster entre el 3′-OH del azúcar de un nucleótido y el 5′-fosfato del siguiente, y la síntesis de ácidos nucleicos avanza en dirección 5′→3′ al añadir nucleótidos al extremo 3′ libre.

Complementos

• El ATP almacena energía temporalmente y su hidrólisis la libera para utilizarla en numerosas reacciones metabólicas celulares.

• Los ácidos nucleicos son polares y presentan extremos diferenciados 5′-fosfato y 3′-OH.

• Los tipos de RNA y sus funciones son:

  • mRNA (mensajero): traslada información genética durante la síntesis proteica
  • rRNA (ribosómico): tiene función catalítica en la síntesis de proteínas
  • tRNA (transferencia): participa en la traducción del código genético a secuencia proteica
  • snRNA: RNA nuclear pequeño

• Las dos cadenas de DNA interactúan mediante puentes de hidrógeno entre bases nitrogenadas, con apareamiento específico entre purina y pirimidina: A con T y C con G.

📊 Tablas de síntesis

Comparación entre DNA y RNA