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jueves, 20 de octubre de 2011
Estructura molecular de los ácidos nucleicos
James Watson y Francis Crick
(1953) Nature, 171, 737-8
Queremos proponer una estructura para la sal del ácido desoxirribonucleico (ADN). Esta estructura posee unas características nuevas que tienen un considerable interés biológico.Pauling y Corey ya propusieron una estructura para el ácido nucleico. Nos ofrecieron amablemente su artículo antes de publicarlo. Su modelo consistía en tres cadenas alternadas que formaban una estructura común, cuyos grupos fosfatos estaban situados cerca del eje de simetría de la estructura y las bases estaban dirigidas hacia el exterior. En nuestra opinión esta estructura es insatisfactoria por dos razones: 1) Nosotros creemos que el material que da los diagramas de rayos X es la sal, no el ácido libre. Sin los átomos de hidrógeno ácidos no está claro cuales son las fuerzas que mantienen unida la estructura, en especial si se considera que los fosfatos negativos, situados cerca del eje, se repelen entre sí. 2) Algunas de las distancias de van der Waals parece que son demasiado cortas.Faser también ha sugerido una estructura de tres cadenas (en prensa). En su modelo los fosfatos están situados hacia el exterior y las bases hacia el interior, unidas entre sí por enlaces de hidrógeno. La estructura descrita de esta forma no queda claramente definida y por esta razón no la comentaremos.
La característica nueva de esta estructura es la forma en que las dos cadenas se mantienen unidas por las bases purínicas y pirimidínicas. Los planos de las bases son perpendiculares al eje de la estructura. Las bases se unen a pares, una base de una cadena establece un enlace de hidrógeno con otra base de la otra cadena, de modo que las dos están situadas una al lado de otra y tienen las mismas coordenadas z. Una de las bases que forman el par debe ser una purina y la otra una pirimidina para que pueda tener lugar el enlace. Los enlaces de hidrógeno se establecen como sigue: la purina de la posición 1 con la pirimidina de la posición 1; la purina de la posición 6 con la pirimidina de la posición 6.
Si suponemos que las bases sólo pueden hallarse en la estructura en las formas tautoméricas más plausibles (es decir, en las configuraciones ceto y no en las enólicas) encontramos que sólo pueden enlazarse unos determinados pares de bases. Estos pares son: adenina (purina) con timina (pirimidina) y guanina (purina) con citosina (pirimidina). En otras palabras, si una adenina constituye un miembro de un par, en una de las cadenas, entonces según estas suposiciones el otro miembro debe ser la timina; de igual forma que la guanina y la citosina. La secuencia de bases de una cadena individual no parece estar restringida de ninguna forma. Sin embargo, si sólo pueden establecerse unos pares de bases específicos, se deduce que, dada la secuencia de bases en una cadena, la secuencia en la otra cadena viene automáticamente determinada.
Se ha encontrado experimentalmente que en el ácido desoxirribonucleico la relación entre la cantidad de adenina y timina y entre la de guanina y citosina, es siempre muy próxima a la unidad. Probablemente, es imposible construir esta estructura con un azúcar ribosa en lugar de la desoxirribosa, ya que el átomo de oxígeno extra establecería un enlace de van der Waals demasiado cerca. Los datos de rayos X publicados hasta ahora sobre el ácido desoxirribonucleico son insuficientes para poder establecer una comprobación rigurosa de nuestra estructura. Por lo que podemos decir hasta ahora, es más o menos compatible con los datos experimentales, pero debe considerarse como no probada hasta que se pueda verificar con resultados más exactos. Algunos de ellos se dan en las comunicaciones siguientes. Nosotros no conocíamos los detalles de los resultados presentados allí cuando ideamos nuestra estructura, que se basa principalmente, aunque no del todo, en datos experimentales publicados y argumentos estereoquímicos.
No se nos escapa el hecho de que el apareamiento específico que hemos postulado sugiere inmediatamente un posible mecanismo de copia para el material genético.Todos los detalles de la estructura, incluidas las condiciones supuestas para su construcción, junto con las coordenadas de cada átomo, serán publicadas en algún otro lugar. Debemos agradecer al Dr. Jerry Donohue su consejo y juicio crítico constantes, especialmente en lo que se refiere a las distancias atómicas. También hemos recibido un gran estímulo de los resultados experimentales no publicados y de las ideas del Dr. M. H. F. Wilkins y del Dr. R. E. Franklin y sus colaboradores del King's College de Londres. Uno de nosotros (J. D. W.) ha disfrutado de una beca de la Fundación Nacional para la Parálisis Infantil.
J. D. WATSON, F. H. CRICK
Medical Research Council Unit para el Estudio de la Estructura Molecular de los Sistemas Biológicos. Laboratorio Cavendish, Cambridge. Abril 2.
1. Pauling, L., y Corey, R. B., Nature, 171, 346 (1953), Proc. U.S Nat. Acad. Sci., 39, 84 (1953).
2. Furberg, S., Acta Chem. Scand., 6, 634 (1952)
3. Chargaff, E., for references see Zarnenhof S., Brawerman, G and Chargaff, E., Biochim. et Biophys. Acta, 9, 402 (1952).
4. Wyatt, G. R., J. Cen. Physio., 36, 201 (1952).
5. Atsbury, W T., Symp. Soc. Exp. Biol. 1, Nucleic Acid, 66 (Camb. Univ. Press, 1947).
6. Wilkins, M. H. F., y Randall, J. T., Biochim et Biophys. Acta, 10,
jueves, 6 de octubre de 2011
LIPIDOS
Se tratan de un grupo de moléculas con estructuras químicas diversas y funciones muy diferentes; pero todos los lípidos tienen en común la naturaleza hidrocarbonada de gran parte de sus moléculas. Lo que hace insolubles en agua, pero solubles en disolventes no polares.
Los lípidos son biomoléculas compuestas por C, H y O, y otros elementos.
Clasificación de los lípidos
Ácidos grasos | |
Lípidos saponificables (con ác.grasos) | Acilglicéridos Ceras Glicerolípidos Esfingolípidos |
Lípidos insaponificables (sin ác. Grasos) | Terpenos Esteroides Prostaglandinas |
Ø Ácidos Grasos.
Su estructura química presenta largas cadena hidrocarbonada, con un nª par de átomos de carbono y un grupo carboxilo terminal.
La cadena hidrocarbonada pueden ser Saturada o insaturada, es decir, con uno o más enlaces dobles o triples.
Ácidos grasos Saturados:
- Palmítico
- esteárico Ácidos grasos insaturados:
- Oleico
- Linoleico
- Araquidónico
La aparición de dobles enlaces en la estructura se provoca la aparición de codos en la cadena, modificando su punto de fusión.
Los ácidos Grasos esenciales son aquellos que tenemos que ingerir en nuestra dieta.
Las propiedades físicas y químicas de los ácidos grasos:
- Carácter anfipático. Los ácidos grasos poseen en su molécula una zona polar, el grupo carboxilo, que forman enlaces de H con otras moléculas polares y una zona apolar, la cadena hidrocarbonada que tiende a establecer enlaces de Van der Waals con otras cadenas semejantes.
El gran tamaño de la cadena alifática tienden a disponerse en forma de lámina superficial o micelas, en las que las zonas polares establecerán enlaces de H con moléculas de agua, mientras que las zonas hidrófobas permanecerán alejadas de éstas.
- Punto de fusión. Dependen de la longitud de su cadena y del nº de insaturación que ésta presente.
- Esterificación. Los ácidos grasos pueden formar enlaces éster con grupos alcohol de otras moléculas: Ácidos grasos + alcohol ! éster
- Saponificación. Por hidrólisis alcalina, los ésteres dan lugar a Jabón: ácidos grasos + base ! Jabón + H2O
- Autooxidación. Los ácidos grasos insaturados se pueden oxidar espontáneamente. Originando aldehídos donde existían dobles enlaces.
v Lípidos saponificables:
Los lípidos saponificables químicamente son ésteres de ácidos grasos, cuya hidrólisis mediante una base originan una sal conocida como jabón.
- Acilglicéridos.
Lípido simple
Son moléculas complejas de una esterificación entre la glicerina con 1, 2, 3 ácidos grasos.
Son hidrolizables y saponificables, que se obtienen: glicerina y ácidos grasos.
Los mono y diacilglicéridos con poco frecuentes en la naturaleza, pero los triacilglicéridos son los lípidos más abundantes y constituyen las principales reservas energéticas en las células vegetales y animales.
Los triacilglicéridos a temperatura ambiente son líquidos, llamado aceites (vegetales) porque su molécula tiene por lo menos un ácido graso insaturado, y son sólidos se llaman grasas neutras, porque carecen de polaridad y son moléculas insolubles en agua. (animales)
- Ceras
Moléculas muy largas, porque lo ácidos grasos son largas y los alcoholes. Las dos son hidrófobas, por lo tanto, su característica más básica es la insolubilidad en agua y su función es actuar como impermeabilizante.
Las ceras son ésteres de ácidos grasos de cadena larga con monoalcoholes de elevado peso moléculas.
Tanto los glicerolípidos como los esfinjolípidos se engloban dentro de la denominación lípidos de membrana dado que, por sus características, son los principales constituyentes de las membranas biológicas.
Todos ellos son lípidos complejos formados por una parte lipídica, apolar (hidrófoba) y otra no lípidica en su molécula. Estos grupos son polares, por lo que esta zona es hidrófila.
Este comportamiento anfipático es la causa de su disposición en un medio acuoso.
- Glicerolípidos
Son lípidos complejos que se originan al esterificarse la glicerina con dos ácidos grasos y su unión posterior a:
- Glicerofosfolípidos (fosfolípidos), Se originan al esterificarse ac. Fosfórico. Se encuentra en la membrana animal: lecitina y Cefalina
- Esfingolípidos
Es un lípido complejo es también muy abundante en las membranas de las células vegetales y animales. Están formados por esfingosina + un ac. Graso, denominándose ceramida.
- Las esfingomielina están en las vainas mielinas de las células nerviosas: ceramida + ac. Fosfórico + colina
- Cerebrósidos están formado ceramida + un monosacárido (galactosa o glucosa). Se encuentra en las neuronas.
- Los gangliósidos esta formado por ceramida + oligosacáridos complejos. Se encuentran en la materia gris del cerebro.
v Lípidos insaponificables:
Se caracterizan porque no contienen ácidos grasos en su estructura. Se agrupan en 3 familias distintas según la molécula de la que deriven: isopreno, esterano o prostanoato.
- Terpenos o isoprenoides
Son polímeros construidos por repetición de unidades de isopreno, con estructura lineal o cíclica.
Presenta en su estructura muchos dobles enlaces conjugados, lo que hacen que los e- estén muy deslocalizados y sean fácilmente excitables. Función como pigmentosintético. Elevada insolubilidad en medios acuosos. En este grupo existen algunas vitaminas:
- Vitamina A, se encuentra en vegetales que contengan carotenoides (pigmento de color rojo o amarillo), moléculas de vitamina A e intestino. También se encuentra en la leche y en los huevos. Actúan protegiendo tejidos epitoriales, que las reacciones que se produce en el ojo al percibir estímulos luminosos. Su carencia origina la xeroftalmia, engrosamiento y opacidad de la córnea y debilitamiento mucosas.
- Vitamina K
La vitamina K o Filocluinona. En realidad es un grupo de vitaminas de orígenes diversos y que tienen como función la síntesis de protombina, moléculas propulsoras de la pretombina, enzima necesaria para permitir la cougulación de la sangre. Su carencia favorece la aparición de hemorragias. La carencia de la vitamina K es rara, porque es abundante en todos los alimentos y se debe a alteraciones intestinales, normalmente causado o déficit de ac. Biliares, que son los encargados de favorecer la absorción de los lípidos en el intestino.
- Vitamina E
La vitamina E, también llamada vitamina de la fertilidad o tocoferol, evita la autooxidación de los lípidos, como la vitamina A, lípidos de membrana, grasas, etc. La vitamina E se encuentra en las hojas verdes, semillas, aceites y huevos.
La denominación y clasificación de los terpenos atiende al número de dímeros que forman sus estructuras
Denominación | Nº de moléculas de isopreno | Principales ejemplos | Función |
Monoterpenos | 2 | Geraniol, limoneno, mentol, pineno, alcanfor, aldehído cinámico, vainillina, timol, anetol | Aceites esenciales de muchas plantas |
Sesquiterpenos | 3 | Farnesol | Precursor del escualeno |
Diterpenos | 4 | Fitol | Componente de la clorofila |
Triterpenos | 6 | Escualeno | Precursor en la biosíntesis del colesterol |
Tetraterpenos | 8 | Carotenos y xantofilas | Pigmentos fotosintéticos |
Politerpenos | >100 | Caucho y gutapercha | Productos de excreción de algunas plantas. |
- Esteroides
Los esteroides son derivados del esterano.
Existe una gran variedad de esteroides que destaca el grupo de los esteroles, todos ellos con un grupo -OH en posición A3 y una cadena alifática.
Estos esteroides derivan del escualeno. De esta forma se inicia la ruta de biosíntesis del Colesterol, abundante esteroide que forma parte de las membranas plasmáticas de células animales.
En los animales, el colesterol es un precursor de otros muchos esteroides:
- Los ácidos biliares compuestos que colaboran en la emulsión de los lípidos intestinales, lo que facilita su digestión y absorción.
- La vitamina D, esta formado por un conjunto de esteroles que regulan el metabolismo del calcio y su absorción intestinal. Cada vitamina D, proviene de un esterol diferente. La vitamina D2 o calciferol es unas provitaminas de origen vegetal, la vitamina d3 o calecalciferol, proviene del colesterol, etc. La síntesis de estas vitaminas es inducida en la piel por los rayos ultravioletas y su carencia produce el raquitismo en los niños y la osteomolacia en los adultos.
- Algunas hormonas: aldosterona y cortisol, producidas por la corteza suprarrenal; las hormonas sexuales (testosterona y estradiol, prostegerona).
- Prostaglandinas
Se trata de una familia de lípidos derivados del ácido prostanoico. Función reguladora u hormonal local, produciendo disminución de la presión sanguínea y contracción de la musculatura lisa. Otras acciones:
- La agregación plaquetaria provocada por el tromboxano, segregada por las paredes de los capilares cuando son lesionadas.
- El efecto contrario a éste que produce las prostaciclinas segregadas por las paredes arteriales.
- Cuando los tejidos sufren daños, producen vasodilatación, lo que origina inflamación local.
- Al aumentar su concentración en el hipotálomo ocasionan un aumento de la temperatura corporal (fiebre)
- Disminuye la secreción de jugos gástricos e incrementa la producción de mucus protector en el estómago y en el intestino.
Funciones de los lípidos
- Función de reserva (ác. Grasos y grasas)
Son la principal reserva energética del organismo. Un gramo de grasa produce 9,4 Kcal, en las reacciones de oxidación, mientras proteínas y glúcidos producen 4,1. La gran cantidad de energía que desprenden las grasas en debida en gran parte a la oxidación de ác. Grasos en la mitocondrias.
- Función estructural
En las células, los lípidos forman bicapas lipídicas de las membranas. Cumplen esta función los fosfolípidos, glucolípidos, colesterol, etc. En los órganos, recubren estructuras y las dan consistencia, como la cera del cabello. Otros tienen función de protección térmica, como los Acilglicéridos, que se almacenan en tejidos adiposos del animal.
Finalmente otra función estructural, es la protección mecánica, como los tejidos adiposos que están situados en la planta del pie y en la palma de la mano.
- Función Biocatalizadora
Los biocatalizadores, son sustancias que posibilitan o favorecen las reacciones químicas de los seres vivos. Son las vitaminas lipídicas, las hormonas esteroideas y proctalanminas.
• Función transportadoras
El transporte de los lípidos desde el intestino hasta su lugar de utilización o hasta el tejido diposo, donde se almacenan, se realiza mediante la envulsión de los lípidos gracias a los ac. Biliares y los protolípidos, asociaciones de proteínas con triaciaglicéridos, colesterol, fosfolípidos, etc. Que permiten su transporte por la sangre y la linfa.
FUNCIONES DE LAS BIOMOLECULAS EN EL ORGANISMO
INTRODUCCION.
Toda materia viva está compuesta por un grupo reducido de moléculas combinadas entre sí, a estas se le llaman biomoleculas, debido a que son las que constituyen el organismo vivo y permiten la existencia y el mantenimiento del estado vital.
El agua y las sales minerales, los carbohidratos, los lípidos, las proteínas, los ácidos nucleicos, las enzimas, las vitaminas y las hormonas son ejemplos claros de biomoleculas.
El siguiente articulo está enfocado a las funciones de las biomoleculas en nuestro organismo, veremos la complejidad funcional de cada una de ellas y así entenderemos su importancia biológica y bioquímica.
FUNCIONES DE LAS BIOMOLECULAS.
· FUNCIÓN CONTRÁCTIL: La realizan proteínas como la actina, miosina y la direina.
§ La actina y la miosina constituyen las miofibrillas responsables de la contracción muscular.
§ La direina está relacionada con el movimiento de cilios y flagelos.
· FUNCIÓN DE TRANSPORTE: la realizan el agua y otras proteínas.
§ El agua permite la circulación de sustancias en el interior de los organismos y en su intercambio con el exterior.
Muchas proteínas transportan sustancias por el torrente circulatorio como:
§ La hemoglobina transporta oxígeno en la sangre de los vertebrados.
§ La hemocianina transporta oxígeno en la sangre de los invertebrados.
§ La mioglobina transporta oxígeno en los músculos.
§ Las lipoproteinas transportan lípidos por la sangre.
§ Los citocromos transportan electrones.
· FUNCIÓN ENERGÉTICA: la realizan lípidos como los ácidos grasos y triglicéridos y los glúcidos y otros monosacáridos como los hidratos de carbono. además de otras funciones orgánicas que actúan como combustible productores de energía.
§ El glúcido más importante es la glucosa, ya que es el monosacárido más abundante en el medio interno, y puede atravesar la membrana plasmática sin necesidad, para ello, de ser transformado en moléculas más pequeñas. A partir de 1mol de glucosa y mediante sucesivas reacciones se pueden obtener 266Kcal. El almidón, glucógeno y otros se forman del almacenamiento de glucosa.
§ Los triglicéridos son los lípidos más abundantes y constituyen las principales reservas energéticas en las células vegetales y animales
§ Los lípidos o grasas son la principal reserva energética del organismo. Un gramo de grasa produce 9,4 Kcal, en las reacciones de oxidación, mientras que los glúcidos producen 4,1. Los lípidos tienen la tendencia de acumularse en diversas partes del cuerpo cuando los requerimientos de energía son menores, lo que en definitiva causa la obesidad. Las grasas se queman muy lentamente en comparación con los hidratos de carbono, por lo que se dificulta su completa eliminación o que se metabolice adecuadamente. Su alto poder energético viene de la oxidación de ác. Grasos en la mitocondrias.
· FUNCIÓN ENZIMÁTICA: la realizan las proteínas especializadas llamadas enzimas.
§ Las enzimas actúan como biocatalizadores de las reacciones químicas del metabolismo celular, es decir, son proteínas cuya función es la "catálisis de las reacciones bioquímicas". Algunas de estas reacciones son muy sencillas; otras requieren de la participación de verdaderos complejos multienzimáticos. El poder catalítico de las enzimas es extraordinario: aumentan la velocidad de una reacción, al menos un millón de veces.
· FUNCIÓN ESTRUCTURAL: la realizan el agua, el colesterol, los esfingolipidos, los fosfolípidos, los oligosacáridos y las proteínas
§ El agua forma parte de la estructura celular, formando lo principal de las células, principalmente la vegetal.
§ Los lípidos presentes en las células, forman bicapas lipídicas de las membranas. Cumplen esta función los fosfolípidos, glucolípidos, colesterol, etc. En los órganos, recubren estructuras y las dan consistencia, como la cera del cabello. Otros tienen función de protección térmica, como los Acilglicéridos, que se almacenan en tejidos adiposos del animal. Finalmente otra función estructural, es la protección mecánica, como los tejidos adiposos que están situados en la planta del pie y en la palma de la mano.
Las proteínas constituyen estructuras celulares:
§ Las glicoproteínas forman parte de las membranas celulares y actúan como receptores o facilitan el transporte de sustancias.
§ Las histonas forman parte de los cromosomas que regulan la expresión de los genes.
Otras proteínas confieren elasticidad y resistencia a órganos y tejidos:
§ El colágeno del tejido conjuntivo fibroso.
§ La elastina del tejido conjuntivo elástico.
§ La queratina de la epidermis.
· FUNCIÓN HOMEOSTÁTICA: la realiza proteínas como la fibrina
§ La fibrina es una proteína fibrilar que presenta una propiedad coagulante, puede formar agregados con otras moléculas de fibrina formando un coágulo blando. La fibrina mantienen el equilibrio osmótico y actúa junto con otros sistemas amortiguadores para mantener constante el pH del medio interno.
· FUNCIÓN HORMONAL: la realizan los lípidos, los glúcidos y proteínas (más específicamente, los aminoácidos de dichas proteínas que producen hormonas como la adrenalina, la insulina y glucagón).
§ Hormonas de naturaleza proteica como la insulina y el glucagón (que regulan los niveles de glucosa en sangre) o las hormonas segregadas por la hipófisis como la del crecimiento o la adrenocorticotrópica (que regula la síntesis de corticosteroides) o la calcitonina (que regula el metabolismo del calcio).
§ Hormonas de naturaleza lipídica como los esteroides (testosterona) o eicosanoides (prostaglandinas).
§ Los Glúcidos que producen hormonas ganodotropas
· FUNCIÓN INMUNITARIA: la realizan las proteínas y algunas vitaminas como la vitamina C
§ La vitamina C estimula la producción de defensa
Entre Las proteínas encargadas de esta función de defensa están:
§ Las inmunoglobulinas actúan como anticuerpos frente a posibles antígenos.
§ La trombina y el fibrinógeno contribuyen a la formación de coágulos sanguíneos para evitar hemorragias.
§ Las mucinas tienen efecto germicida y protegen a las mucosas.
§ Algunas toxinas bacterianas, como la del botulismo, o venenos de serpientes, son proteínas fabricadas con funciones defensivas.
· FUNCIÓN REGULADORA: la realiza el agua, las proteínas, las vitaminas y algunos lípidos.
§ El agua se evapora en la superficie absorbiendo gran parte de calor del entorno inmediato. Esta propiedad se utiliza como mecanismo de regulación térmica.
§ Algunas proteínas regulan la expresión de ciertos genes y otras regulan la división celular (como la ciclina).
§ Hormonas y Proteínas represoras: son proteínas que participan en la regulación de procesos metabólicos; las proteínas represoras son elementos importantes dentro del proceso de transmisión de la información genética en la bisíntesis de otras moléculas.
§ La vitamina C regula el funcionamiento de las hormonas anti estrés de las glándulas suprarrenales. Es un potente antioxidante (escorbuto su carencia)
§ La vitamina D está formada por un conjunto de esteroles que regulan el metabolismo del calcio y su absorción intestinal.
§ Los lípidos como el colesterol constituyen la bicapa lipídica celular por la tanto, se encargan de regular la fluidez de sustancias, controlando los iones y las moléculas. Cuantos más ácidos grasos saturados existen, mayor será la viscosidad.
BIBLOGRAFIA.
Enciclopedia familiar de la medicina y la salud de Morris Fishbein. Volúmenes 1 y 2.
PAGINAS WED.
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