Organización y Composición Celular

ORGANIZACIÓN: Átomos → moléculas → macromoléculas → organelos → célula → tejido → órgano → aparato/sistema → organismo. Los bioelementos corresponden a la composición atómica y las biomoléculas a la composición molecular. Las principales macromoléculas son carbohidratos, proteínas, ácidos nucleicos y lípidos. La estructura de una macromolécula determina su función.

MACROMOLÉCULAS: Carbohidratos → monosacáridos → enlace glucosídico → función energética, estructural y señalización. Proteínas → aminoácidos → enlace peptídico → función estructural, defensa y transporte. Ácidos nucleicos → nucleótidos → enlace fosfodiéster → información genética y síntesis proteica. Lípidos → ácido graso como equivalente funcional → asociaciones hidrofóbicas → energía, membranas y señalización.

Lípidos y Membranas Celulares

LÍPIDOS: Son diversos y principalmente hidrofóbicos/apolares. No forman polímeros mediante enlaces covalentes; se asocian por interacciones hidrofóbicas. Funciones: reserva energética, membranas, protección, vitaminas, pigmentos, hormonas y mensajeros intracelulares.

Lípidos Saponificables

Contienen ácidos grasos/ésteres y con bases fuertes forman jabones. Ácidos grasos: ácidos carboxílicos de cadena larga, con -COOH y cola hidrocarbonada apolar. Pueden ser saturados o insaturados. A igual longitud, los insaturados tienen menor punto de fusión. Ceras: ésteres de ácidos grasos de cadena larga (14–36 C) + alcoholes de cadena larga (16–30 C); son muy hidrofóbicas y sirven para protección, lubricación e impermeabilización. Triacilglicéridos: glicerol + 3 ácidos grasos, son completamente apolares, principal reserva energética animal y NO forman membranas. Fosfoglicéridos: 2 ácidos grasos + glicerol + fosfato/cabeza polar; principales componentes de la bicapa lipídica. Esfingolípidos: esfingosina + ácido graso + cabeza polar; importantes en membranas neuronales y reconocimiento celular; algunos participan en la definición de grupos sanguíneos.

Lípidos Insaponificables

No contienen ácidos grasos y no forman jabones. Esteroides: derivan del esterano/ciclopentanoperhidrofenantreno. Colesterol: 30–40% de las membranas animales, precursor de sales biliares y hormonas esteroideas. Sales biliares: emulsionan grasas. Glucocorticoides: regulan metabolismo de carbohidratos, proteínas y lípidos. Mineralocorticoides: regulan excreción renal de sales y agua. Hormonas sexuales: andrógenos y estrógenos. Terpenos: derivados del isopreno de 5 C, pueden tener 1–8 unidades; pigmentos, aromas, señales y defensa; precursores de vitaminas A, E y K. Eicosanoides: derivados del ácido araquidónico 20:4 Δ5,8,11,14; actúan localmente. Incluyen prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos; participan en inflamación, coagulación y respuesta inmune.

Membrana Plasmática

Los fosfolípidos son anfipáticos y favorecen estructuras cerradas de mínima energía. Bicapa lipídica = estructura base de las membranas. Modelo de mosaico fluido: bicapa principalmente de fosfolípidos + otros lípidos + proteínas integrales/periféricas; sus componentes se mueven principalmente de forma lateral. El colesterol regula estabilidad en células animales; esfingolípidos y carbohidratos externos participan en reconocimiento celular.

Carbohidratos y Ciclo del Carbono

CARBOHIDRATOS: Biomoléculas formadas por C, H y O, proporción (CH₂O)n. Los monosacáridos son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas y pueden formar anillos de 5 o 6 átomos. Funciones: energética, estructural y señalización. Según carbonilo: aldosas = aldehído; cetosas = cetona. Según número de carbonos: triosas, tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas. Se diferencian por carbonilo, longitud de cadena, grupos funcionales adicionales y disposición espacial de -OH/quiralidad. Monosacárido = 1 monómero; oligosacárido = 2–20; polisacárido = >20. Pueden ser homopolisacáridos o heteropolisacáridos.

Enlace Glucosídico y Glucógeno

ENLACE GLUCOSÍDICO: Se forma entre el -OH del carbono anomérico de un monosacárido y un -OH de otro azúcar. C1 en aldosas y C2 en cetosas. Es un enlace covalente O-glucosídico, funcionalmente éter, formado por condensación.

GLUCÓGENO: Polisacárido de reserva energética animal formado por cadenas ramificadas de glucosa. Enlaces α-1,4 en las cadenas y α-1,6 en las ramificaciones. Se almacena principalmente en hígado y músculo. Una molécula puede superar 120.000 glucosas.

Ciclo del Carbono

CICLO DEL CARBONO: Fotosíntesis: luz + CO₂ + H₂O → carbohidratos + O₂. La glucosa almacena energía. Respiración: plantas y animales oxidan carbohidratos, liberando energía y formando CO₂ + H₂O.

Ácidos Nucleicos y Proteínas

Ácidos Nucleicos

CLASE 3: ÁCIDOS NUCLEICOS Y PROTEÍNAS

DOGMA CENTRAL: ADN → ARN → proteína. Transcripción: ADN → ARN mensajero. Traducción: ARN → proteína funcional. Existen excepciones al flujo habitual.

NUCLEÓTIDO: Fosfato + azúcar pentosa + base nitrogenada. Fosfato permite unión entre nucleótidos y aporta carga negativa. Ribosa está en ARN; desoxirribosa en ADN. Purinas: adenina A y guanina G. Pirimidinas: citosina C, timina T exclusiva de ADN y uracilo U exclusivo de ARN.

ENLACE FOSFODIÉSTER: Enlace covalente fuerte entre el fosfato de un nucleótido y el -OH del carbono 3’ del azúcar del siguiente nucleótido. Forma el esqueleto azúcar-fosfato, da estabilidad y carga negativa y permite formar largas cadenas.

ADN: Doble hebra helicoidal, desoxirribosa, bases A-T-C-G. Las hebras se estabilizan mediante puentes de hidrógeno entre bases. Almacena y transmite información genética.

ARN: Generalmente hebra simple, ribosa y bases A-U-C-G. Puede formar estructuras tridimensionales. ARNm copia información del ADN para síntesis proteica. ARNr forma parte del ribosoma y participa en síntesis de proteínas. ARNt transporta aminoácidos hacia el ribosoma. ARN regulatorios participan en regulación de la expresión génica.

NUCLEÓTIDOS FUNCIONALES: ATP = transferencia de energía celular. Coenzima A = unión de grupos acilos y acetilos, metabolismo de ácidos grasos. NAD⁺ y FAD = reacciones de oxidorreducción.

Proteínas y Aminoácidos

AMINOÁCIDO: Cα unido a grupo amino, grupo carboxilo, H y cadena lateral R. R es diferente en cada aminoácido y determina sus propiedades fisicoquímicas. Son los monómeros de las proteínas.

CLASIFICACIÓN DE AMINOÁCIDOS: Estándar/codificables = 20 aminoácidos codificados por el genoma. No estándar = no forman parte de las proteínas y cumplen funciones propias, ejemplo tiroxina. Esenciales = deben obtenerse de la dieta. No esenciales = pueden ser sintetizados por el organismo. Por polaridad/carga: apolares alifáticos, apolares aromáticos, polares neutros, polares positivos/básicos y polares negativos/ácidos.

CASOS ESPECIALES: Cisteína puede formar puente disulfuro con otra cisteína. Metionina contiene azufre y se comporta como apolar alifático. Prolina cicla su cadena lateral con Cα y aporta rigidez. Tirosina es aromática pero presenta carácter polar por su grupo -OH.

ENLACE PEPTÍDICO: Enlace covalente tipo amida formado por condensación entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente. Tiene carácter parcial de doble enlace, por lo que presenta rigidez, coplanaridad y configuración trans. Péptido = 2–9 aa. Polipéptido = 10–100 aa. Proteína = >100 aa. N-terminal = extremo amino. C-terminal = extremo carboxilo. La secuencia se lee N → C.

Niveles de Estructura de las Proteínas

ESTRUCTURA PRIMARIA: Secuencia lineal de aminoácidos determinada genéticamente. Se lee N-terminal → C-terminal. Determina los niveles superiores y la función. Estabilizada por enlaces peptídicos.

ESTRUCTURA SECUNDARIA: Plegamiento local estabilizado por puentes de hidrógeno entre enlaces peptídicos. α-hélice = hélice dextrógira, 3,6 residuos por vuelta, cadenas laterales hacia afuera; puentes H entre el enlace peptídico de cada aminoácido y el cuarto anterior/posterior. β-plegada = estructura laminar en zig-zag, puede ser paralela o antiparalela; puentes H entre NH y C=O de segmentos contiguos; cadenas laterales arriba o abajo del plano. Giro β = giro cerrado que cambia la dirección de la cadena; predominan prolina y glicina.

ESTRUCTURA TERCIARIA: Plegamiento de una sola cadena polipeptídica sobre sí misma, formando una conformación globular. La mayoría adquiere actividad biológica en este nivel. Se estabiliza por puentes de hidrógeno, interacciones iónicas, interacciones hidrofóbicas y puentes disulfuro entre cisteínas.

ESTRUCTURA CUATERNARIA: Asociación de varias cadenas polipeptídicas, iguales o diferentes. Cada cadena posee su estructura terciaria. Se mantienen mediante interacciones débiles y puentes disulfuro. No todas las proteínas presentan estructura cuaternaria.

Clasificación y Funciones Proteicas

PROTEÍNAS POR FORMA: Fibrilares = principalmente estructurales. Globulares = otras funciones. La secuencia de aminoácidos determina la forma mediante interacciones entre cadenas laterales.

PROTEÍNAS POR COMPOSICIÓN: Simples = solo cadenas polipeptídicas/aminoácidos. Conjugadas = poseen componentes no proteicos. Tipos: glicoproteínas, lipoproteínas, nucleoproteínas, fosfoproteínas, metaloproteínas, hemoproteínas y flavoproteínas.

PROTEÍNAS POR FUNCIÓN: Reserva = ovoalbúmina, caseína. Transporte = hemoglobina, lipoproteínas. Contracción = actina, miosina, flagelina. Protección = inmunoglobulinas, fibrinógeno. Estructural = glicoproteínas, queratina, colágeno. Señalización = insulina, glucagón, hormonas y receptores. Catalítica = catalasa y ribonucleasas; las enzimas aceleran reacciones químicas.

Definiciones y Comparativas Clave

DEFINICIONES CLAVE: Ribonucleótido = nucleótido con ribosa, fosfato y base nitrogenada. Aldopentosa = monosacárido de 5 carbonos con grupo aldehído. Mosaico fluido = bicapa lipídica con lípidos y proteínas que presentan movimiento principalmente lateral. Enlace fosfodiéster = unión entre fosfato y -OH del C3’ de nucleótidos consecutivos. Proteína conjugada = proteína que posee un componente no proteico. N-terminal = extremo amino de una proteína.

DIFERENCIAS: ADN = doble hebra, desoxirribosa, T, información genética. ARN = hebra simple, ribosa, U, síntesis y regulación génica. Triacilglicérido = glicerol + 3 AG, apolar, reserva energética, no membrana. Fosfoglicérido = glicerol + 2 AG + fosfato/cabeza polar, anfipático, membrana. Saponificable = contiene ácidos grasos y puede formar jabón. Insaponificable = no contiene ácidos grasos y no forma jabón. Primaria = secuencia. Secundaria = plegamiento local. Terciaria = forma 3D de una cadena. Cuaternaria = asociación de varias cadenas.