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UNIVERSIDAD ANÁHUAC-XALAPA
ASIGNATURA : Biología Celular CATEDRÁTICO : M en C. André Patiño Toss PERIODO: del 7 al 11 de agosto de 2023 GUÍA DE ANOTACIONES DE CLASE (CUESTIONAMIENTOS DE ESTUDIO)
FUNDAMENTOS QUÍMICOS DE LA FUNCIÓN CELULAR
QUÍMICA DE LA VIDA
⎨ Resume los fundamentos de la teoría de síntesis abiótica (teoría fisicoquímica del origen de la vida), narrando los eventos, en orden lógico, de la evolución de compuestos químicos y la conformación desde proto-células a células. → Amplia su resumen incluyendo la propuesta del mundo de ARN. → Resume los fundamentos teóricos y los resultados del experimento de Miller- UreY. La teoría de síntesis abiótica postula que la vida se originó a partir de reacciones químicas en ausencia de vida preexistente. Los eventos en orden lógico de la evolución de compuestos químicos y la conformación desde proto-células a células incluyen la formación de moléculas orgánicas simples a partir de compuestos inorgánicos, la formación de polímeros como proteínas y ácidos nucleicos, la aparición de sistemas de replicación y la evolución hacia estructuras celulares más complejas. Además, se incluye la propuesta del mundo de ARN, que sugiere que el ARN pudo haber sido la primera molécula autorreplicante y catalítica en la evolución temprana de la vida. El experimento de Miller-Urey es relevante en este contexto, ya que demostró que las condiciones de la Tierra primitiva eran propicias para la formación de compuestos orgánicos a partir de sustancias inorgánicas mediante descargas eléctricas, lo que respalda la teoría de síntesis abiótica. ⎨ Clasifica los distintos tipos de sustancias puras y describe las generalidades de la estructura atómica, menciona la composición del núcleo, así como, la distribución de electrones en la configuración electrónica. → Describe la importancia de la interacción entre protones-neutrones, así como la estabilidad del átomo neutro por las interacciones entre el núcleo atómico y la nube de electrones. Las sustancias puras se clasifican en elementos y compuestos. Los elementos son sustancias puras formadas por átomos del mismo tipo, mientras que los compuestos son sustancias puras formadas por átomos de diferentes elementos químicos en proporciones fijas.
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La estructura atómica consta de un núcleo compuesto por protones con carga positiva y neutrones sin carga, rodeado por una nube de electrones con carga negativa. La configuración electrónica describe la distribución de electrones en los distintos niveles de energía alrededor del núcleo atómico. La interacción entre protones y neutrones en el núcleo atómico es crucial para la estabilidad del átomo neutro, ya que los neutrones ayudan a contrarrestar la repulsión entre protones, manteniendo así la cohesión del núcleo. La interacción entre el núcleo atómico y la nube de electrones es fundamental para la estabilidad del átomo, ya que los electrones son atraídos por la carga positiva del núcleo, manteniéndolos en órbita alrededor del núcleo. ⎨ Resume la teoría de enlace, tomando en cuenta la regla del octeto de Gilbert Lewis y la noción de electronegatividad de Linus Pauling. → Clasifica los enlaces químicos en función de las distintas interacciones que pueden tener los electrones para alcanzar la estabilidad. La teoría de enlace se basa en la regla del octeto de Gilbert Lewis, que establece que los átomos tienden a completar su capa de electrones con 8 electrones para alcanzar estabilidad. La electronegatividad, propuesta por Linus Pauling, es la capacidad de un átomo para atraer electrones hacia sí mismo en un enlace químico. Los enlaces químicos se clasifican en función de las distintas interacciones que pueden tener los electrones para alcanzar la estabilidad. Estos enlaces incluyen enlaces iónicos, enlaces covalentes y enlaces metálicos. Los enlaces iónicos se forman por la transferencia de electrones entre átomos con diferente electronegatividad, los enlaces covalentes se forman por el compartimiento de electrones entre átomos y los enlaces metálicos se forman por la interacción de electrones libres en una red tridimensional de átomos metálicos. ⎨ Define a una molécula a partir de la formación de un compuesto y la presencia de enlaces covalentes. Además, explica la liberación y almacenamiento de la energía por la formación y la ruptura de enlaces químicos. → Expresa la energía necesaria en la formación de los distintos tipos de enlaces químicos, expresar en Kcal/mol. Una molécula se forma cuando dos o más átomos se unen mediante enlaces covalentes para crear un compuesto. Los enlaces covalentes se forman cuando los átomos comparten pares de electrones para alcanzar la estabilidad. La energía se libera cuando se forman enlaces químicos, ya que la energía de los enlaces covalentes es menor que la energía de los átomos separados. Por otro lado, se requiere energía para romper los enlaces químicos, ya que se debe vencer la fuerza de atracción entre los átomos.
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puentes de hidrógeno y son responsables de la formación de sustancias como el aceite y el gas. ⎨ Describe el enlace iónico, tomando como base el proceso de ionización. Menciona la formación de aniones y cationes, describiendo sus generalidades. → Resume el proceso de formación de esferas de hidratación en aniones y cationes. El enlace iónico se forma por la transferencia de electrones entre átomos, lo que resulta en la formación de iones con carga positiva (cationes) y negativa (aniones). Durante el proceso de ionización, un átomo cede electrones para formar un catión, mientras que otro átomo los acepta para formar un anión. Esta transferencia de electrones se produce entre átomos con diferencias significativas en su electronegatividad, lo que resulta en una atracción electrostática entre los iones de carga opuesta. Los aniones son iones con carga negativa que se forman cuando un átomo gana electrones. Por ejemplo, el cloro (Cl) puede ganar un electrón para formar el ion cloruro (Cl-). Los cationes, por otro lado, son iones con carga positiva que se forman cuando un átomo pierde electrones. Por ejemplo, el sodio (Na) puede perder un electrón para formar el ion sodio (Na+). Cuando los iones se encuentran en un medio acuoso, las moléculas de agua se organizan alrededor de los iones formando esferas de hidratación. En el caso de los aniones, las moléculas de agua se orientan con el oxígeno hacia el ion, formando una capa de moléculas de agua alrededor del anión. En el caso de los cationes, las moléculas de agua se orientan con el hidrógeno hacia el ion, formando una capa de moléculas de agua alrededor del catión. Estas esferas de hidratación ayudan a estabilizar los iones en solución acuosa y son fundamentales en la química de las soluciones iónicas. ⎨ Explica la importancia de las interacciones débiles en la estructura y función celular. → Describe la debilidad de estas interacciones, comparando la energía de enlace con los iónicos y covalentes, expresa en kcal/mol. Las interacciones débiles desempeñan un papel crucial en la estructura y función celular. Estas interacciones son esenciales para mantener la conformación tridimensional de las macromoléculas biológicas, como proteínas y ácidos nucleicos, y para regular procesos celulares como la adhesión celular, el transporte de moléculas a través de membranas y la interacción entre moléculas señalizadoras y sus receptores. A pesar de ser débiles en comparación con los enlaces covalentes e iónicos, las interacciones débiles son fundamentales para la fisiología celular. Por ejemplo, los puentes de hidrógeno, las interacciones hidrofóbicas y las fuerzas de van der Waals son esenciales
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para mantener la estructura de las proteínas y ácidos nucleicos, así como para la formación de estructuras celulares como las membranas. En términos de energía de enlace, las interacciones débiles son significativamente más débiles que los enlaces iónicos y covalentes. La energía de enlace de los enlaces covalentes es de aproximadamente 50-110 kcal/mol, mientras que la energía de enlace de los enlaces iónicos es mayor, alrededor de 80-400 kcal/mol. En contraste, las interacciones débiles tienen energías de enlace mucho menores, en el rango de 1-5 kcal/mol, lo que las hace más susceptibles a ser interrumpidas y reformadas en respuesta a cambios en el entorno celular. ⎨ Distingue las características fisicoquímicas de las interacciones intermoleculares, la energía asociada con ellas y su importancia para la fisiología celular. Toma en cuenta: → Puentes de hidrógeno → Interacciones hidrófobas → Fuerzas de van der Waals Las interacciones intermoleculares juegan un papel crucial en la fisiología celular debido a su influencia en la estructura y función de las macromoléculas biológicas. Estas interacciones incluyen:
- Puentes de hidrógeno: Son interacciones débiles que se forman entre un átomo de hidrógeno parcialmente positivo y un átomo electronegativo parcialmente negativo, como oxígeno, nitrógeno o flúor. Aunque son más débiles que los enlaces covalentes, los puentes de hidrógeno son fundamentales en la conformación de proteínas, ácidos nucleicos y en la interacción entre moléculas de agua, lo que contribuye a la estructura y función celular.
- Interacciones hidrofóbicas: Estas interacciones se producen entre regiones no polares de moléculas, lo que resulta en la exclusión de agua. Aunque son débiles, las interacciones hidrófobas son esenciales para la conformación de proteínas y la formación de estructuras celulares, como las membranas biológicas.
- Fuerzas de van der Waals: Estas fuerzas se producen debido a fluctuaciones en la distribución de electrones alrededor de un átomo o molécula, lo que resulta en una atracción débil entre ellas. Aunque son las interacciones más débiles, las fuerzas de van der Waals son esenciales para mantener la estructura tridimensional de macromoléculas biológicas y para la interacción entre moléculas en la célula. Estas interacciones intermoleculares son fundamentales para la fisiología celular, ya que contribuyen a la estabilidad y función de las macromoléculas biológicas, así como a la formación de estructuras celulares y la regulación de procesos celulares.
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La teoría ácido-base de Arrhenius establece que un ácido es una sustancia que libera iones de hidrógeno (H ) en solución acuosa, mientras que una base es una sustancia que libera⁺ iones hidroxilo (OH ). Según la teoría de Brönsted-Lowry, un ácido es una especie química⁻ capaz de donar un protón (H ), mientras que una base es una especie química capaz de⁺ aceptar un protón. Por otro lado, la teoría de Lewis define un ácido como una especie química capaz de aceptar un par de electrones, y una base como una especie química capaz de donar un par de electrones. Estas teorías proporcionan diferentes perspectivas sobre la naturaleza de los ácidos y bases, lo que permite comprender su comportamiento en solución acuosa y su interacción con otras sustancias químicas. ⎨ Describe los destinos finales de los protones de los ácidos y bases en las células. → Describe el concepto de base conjugada. → Explica la importancia de una sustancia anfótera, describe el ejemplo de la molécula de agua. Los protones liberados por los ácidos en las células pueden tener varios destinos finales. En el caso de los ácidos fuertes, los protones liberados se unen rápidamente a moléculas de agua para formar iones hidronio (H3O+), que son los responsables de la acidez en la solución. Por otro lado, en el caso de los ácidos débiles, los protones liberados pueden ser capturados por otras moléculas, como las proteínas, para formar complejos ácido-proteína. La base conjugada de un ácido es el producto que queda después de que el ácido ha donado un protón. En otras palabras, la base conjugada es la especie que resulta de la pérdida de un protón por parte del ácido. Por ejemplo, en el caso del ácido acético (CH3COOH), su base conjugada es el ion acetato (CH3COO-), que resulta de la pérdida de un protón por parte del ácido acético. Una sustancia anfótera es aquella que puede comportarse como ácido o como base, dependiendo del entorno en el que se encuentre. Un ejemplo clásico de una sustancia anfótera es la molécula de agua. En soluciones ácidas, el agua puede actuar como una base aceptando protones para formar iones hidronio (H3O+), mientras que en soluciones básicas, el agua puede actuar como un ácido liberando protones para formar iones hidroxilo (OH-). Esta capacidad de actuar como ácido o base es fundamental para mantener el equilibrio del pH en las células y los organismos vivos. ⎨ Explica el concepto de pH, su fórmula y describe su aplicación en la fisiología celular. → Menciona el pH fisiológico. → Compara el pH de los lisosomas y explica su fundamento fisiológico.
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→ Menciona la importancia de los buffers/tampones en la fisiología celular. El pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución y se define como el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno (H ) en una solución. Su fórmula⁺ matemática es pH = -log[H ], donde [H ] representa la concentración de iones hidrógeno en⁺ ⁺ moles por litro. En la fisiología celular, el pH es crucial para mantener el equilibrio ácido- base necesario para el funcionamiento adecuado de las células. Las enzimas, por ejemplo, son sensibles al pH y requieren un rango específico para funcionar correctamente. Además, el pH intracelular influye en procesos como el transporte de sustancias a través de membranas celulares y la regulación de la homeostasis. El pH fisiológico en los seres humanos se encuentra en un rango estrecho, alrededor de 7.35 a 7.45, lo que indica un ligero carácter alcalino. Mantener el pH dentro de este rango es esencial para la supervivencia celular y el funcionamiento adecuado de los sistemas biológicos. Los lisosomas, orgánulos celulares que contienen enzimas digestivas, tienen un pH ácido que oscila alrededor de 4.5. Este ambiente ácido es fundamental para la actividad enzimática de las enzimas lisosomales, que desempeñan un papel crucial en la digestión intracelular y la degradación de moléculas. Los buffers o tampones son sistemas que ayudan a mantener el pH dentro de un rango específico al resistir cambios en la acidez o alcalinidad. En la fisiología celular, los buffers son fundamentales para contrarrestar cambios repentinos en el pH que podrían ser perjudiciales para las células. Por ejemplo, el sistema de amortiguación del ácido carbónico/bicarbonato en la sangre ayuda a mantener el pH sanguíneo dentro de un rango estrecho, lo que es crucial para el transporte de dióxido de carbono y la regulación del equilibrio ácido-base en el cuerpo. MACROMOLÉCULAS BIOLÓGICAS ⎨ Explica el fundamento para denominar a las moléculas biológicas, como moléculas orgánicas. En este sentido, explica por qué actualmente se conocen a las moléculas biológicas como bioquímicas. Las moléculas biológicas se denominan orgánicas debido a que están compuestas principalmente por carbono, junto con otros elementos como hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre. El carbono es un elemento versátil que tiene la capacidad de formar enlaces covalentes fuertes con otros átomos de carbono y con otros elementos, lo que le permite formar una gran variedad de compuestos. Esta
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ejemplos de grupos funcionales incluyen alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, ésteres, aminas, fosfatos y sulfhidrilos. Estos grupos funcionales otorgan propiedades específicas a las moléculas biológicas. Por ejemplo, los carbohidratos contienen grupos funcionales como alcoholes y éteres, que les confieren propiedades de solubilidad en agua y capacidad para formar enlaces glucosídicos. Los lípidos contienen ésteres, que les proporcionan propiedades de insolubilidad en agua y capacidad para almacenar energía. Las proteínas contienen grupos amino y carboxilo, que les confieren propiedades de capacidad amortiguadora y formación de enlaces peptídicos. Los ácidos nucleicos contienen grupos fosfato, que les proporcionan propiedades de carga negativa y capacidad para formar enlaces fosfodiéster. ⎨ Define el término de macromolécula, integra los conceptos de monómero y polímero, así como los procesos de polimerización e hidrólisis en la conformación de las moléculas biológicas. → Identifica los monómeros y polímeros de las principales moléculas biológicas. → Explica el término de metabolito y sus implicaciones en las vías metabólicas. Una macromolécula es una molécula de gran tamaño compuesta por la repetición de unidades más pequeñas llamadas monómeros. Los monómeros se unen entre sí a través de enlaces covalentes para formar polímeros, que son cadenas largas de monómeros. El proceso de formación de un polímero a partir de monómeros se conoce como polimerización, mientras que la ruptura de un polímero en monómeros individuales se llama hidrólisis. En las principales moléculas biológicas, los monómeros y polímeros son: ● Carbohidratos: Los monosacáridos, como la glucosa, se unen para formar polisacáridos como el almidón y la celulosa. ● Proteínas: Los aminoácidos se unen para formar péptidos y proteínas. ● Ácidos nucleicos: Los nucleótidos se unen para formar ácidos nucleicos como el ADN y el ARN. ● Lípidos: Aunque los lípidos no son polímeros en el sentido estricto, están compuestos por unidades más pequeñas como ácidos grasos y glicerol. Un metabolito es cualquier molécula pequeña que participa en las vías metabólicas de un organismo. Estas moléculas pueden ser sustratos, productos intermedios o finales de una vía metabólica. Los metabolitos pueden ser utilizados como fuente de energía, como bloques de construcción para la síntesis de macromoléculas, o como reguladores de procesos celulares. Su presencia y concentración en las células son fundamentales para el funcionamiento adecuado de los procesos metabólicos. QUÍMICA DE CARBOHIDRATOS
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⎨ Define químicamente qué son los carbohidratos y describe las funciones principales que presentan dentro de la célula. → Explica por qué los carbohidratos son llamados también polihidroxialdehídos y polihidroxicetonas → Incluye en la definición química de los carbohidratos la fórmula general de los monosacáridos y explica sus fundamentos químicos. Los carbohidratos son compuestos orgánicos que consisten en carbono, hidrógeno y oxígeno en una proporción de 1:2:1, respectivamente. Estos compuestos son llamados polihidroxialdehidos y polihidroxicetonas debido a que su estructura química básica consiste en un grupo funcional aldehído o cetona, junto con múltiples grupos hidroxilo (-OH). Los carbohidratos desempeñan diversas funciones en la célula, incluyendo el suministro de energía, el almacenamiento de energía, la estructura celular y la participación en procesos de reconocimiento celular y comunicación intercelular. La fórmula general de los monosacáridos, que son los bloques de construcción básicos de los carbohidratos, es (CH2O)n, donde "n" es un número entero que suele ser de 3 a 7. Los monosacáridos son compuestos orgánicos que contienen un grupo funcional aldehído o cetona, junto con múltiples grupos hidroxilo. Estos compuestos son importantes para la vida celular, ya que son la principal fuente de energía inmediata para la mayoría de los organismos. Además, los monosacáridos pueden unirse entre sí mediante enlaces glucosídicos para formar disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos, que son formas de almacenamiento de energía y estructurales en los seres vivos. ⎨ Describe la clasificación de los monosacáridos en función del número de átomos de carbono. → Explica la importancia de los azúcares de cadena abierta y cerrada en la fisiología humana. → Describe el concepto de isomería y resume la importancia biomédica de los estereoisómeros o enantiómeros. → Describe la estructura y función de los principales monosacáridos: ribosa, desoxirribosa, glucosa, manosa, fructosa, galactosa. → Explica el concepto de carbono asimétrico. La clasificación de los monosacáridos se realiza en función del número de átomos de carbono que poseen. Se dividen en triosas (3 átomos de carbono), tetrosas (4 átomos de carbono), pentosas (5 átomos de carbono), hexosas (6 átomos de carbono), heptosas ( átomos de carbono) y así sucesivamente, dependiendo del número de carbonos en la molécula.
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Los principales disacáridos son la lactosa, la sacarosa y la maltosa. La lactosa está formada por la unión de una molécula de glucosa y una de galactosa, y es el azúcar presente en la leche de mamíferos. La sacarosa se compone de glucosa y fructosa, y es el azúcar comúnmente conocido como azúcar de mesa. La maltosa está formada por dos moléculas de glucosa y se encuentra en alimentos como la cebada y el malteado. Estos disacáridos tienen funciones importantes en la nutrición y el metabolismo, ya que proporcionan energía a los organismos y son componentes esenciales de la dieta humana. ⎨ Clasifica a los polisacáridos con base en sus funciones: estructurales o de reserva. → Describe la composición química y la función/relevancia biológica de los principales polisacáridos: almidón, glucógeno, celulosa, quitina. Los polisacáridos se clasifican en dos categorías principales según sus funciones: estructurales y de reserva. Los polisacáridos estructurales son aquellos que proporcionan soporte y estructura a los organismos. Ejemplos de polisacáridos estructurales incluyen la celulosa, que forma la pared celular de las plantas, y la quitina, que forma la estructura de los exoesqueletos de insectos y crustáceos. Por otro lado, los polisacáridos de reserva son aquellos que almacenan energía para su uso posterior. Ejemplos de polisacáridos de reserva incluyen el almidón, que es la principal forma de almacenamiento de glucosa en plantas, y el glucógeno, que es la principal forma de almacenamiento de glucosa en animales, incluyendo a los seres humanos. El almidón está compuesto principalmente por cadenas de glucosa lineales (amilosa) y ramificadas (amilopectina). Su función biológica radica en ser una fuente de energía para las plantas y para los animales que las consumen. El glucógeno es similar al almidón en su composición, pero con una mayor ramificación. Se almacena en el hígado y en los músculos de los animales, y es una fuente de energía de rápida movilización. La celulosa es un polisacárido estructural que forma la pared celular de las plantas, proporcionando rigidez y soporte a las células vegetales. Aunque los seres humanos no pueden digerir la celulosa, es una fuente importante de fibra en la dieta. La quitina es un polisacárido estructural que forma el exoesqueleto de los artrópodos, como insectos y crustáceos, así como la pared celular de hongos. Proporciona resistencia y soporte a estas estructuras biológicas.
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QUÍMICA DE LÍPIDOS
⎨ Define a los lípidos como un grupo diverso de moléculas, tomando en cuenta la heterogeneidad del grupo en función de sus características fisicoquímicas. → Resume las generalidades químicas y biológicas de los ácidos grasos, clasificándolos en ácidos grasos saturados e insaturados. Así como las posibles conformaciones en forma cis y trans. Los lípidos son un grupo diverso de moléculas que se caracterizan por su insolubilidad en agua y su solubilidad en solventes orgánicos. Esta heterogeneidad se debe a sus características fisicoquímicas, que incluyen la presencia de ácidos grasos, alcoholes, esteroles, fosfolípidos, entre otros. Los lípidos desempeñan funciones biológicas importantes, como el almacenamiento de energía, la formación de membranas celulares, la regulación del metabolismo y la señalización celular. Los ácidos grasos son componentes fundamentales de los lípidos. Se clasifican en ácidos grasos saturados, que no contienen enlaces dobles en su cadena hidrocarbonada, y ácidos grasos insaturados, que presentan uno o más enlaces dobles. Los ácidos grasos insaturados pueden presentar conformaciones cis y trans. La conformación cis es común en la naturaleza y presenta una curvatura en la cadena, mientras que la conformación trans tiene una estructura más lineal. Estas diferencias en la conformación afectan las propiedades fisicoquímicas y biológicas de los ácidos grasos, así como su impacto en la salud humana. ⎨ Menciona la relevancia biológica de los acilglicéridos, y describe su estructura química. → Diagrama las reacciones que intervienen en la conformación de un triacilglicérido, destaca los grupos funcionales que intervienen en el proceso de esterificación. → Describe las características fisicoquímicas que permiten la conformación de grasas y aceites, así como la función biológica que pueden presentar estos dos grupos de compuestos. Los acilglicéridos son lípidos que desempeñan un papel crucial como reserva de energía en los organismos. Su relevancia biológica radica en que constituyen una forma eficiente de almacenamiento de energía, ya que proporcionan más del doble de energía por gramo que los carbohidratos. Además, los acilglicéridos actúan como aislante térmico y protegen los órganos internos de los impactos mecánicos. La estructura química de un triacilglicérido consiste en la unión de tres moléculas de ácidos grasos a una molécula de glicerol. En el proceso de esterificación para la formación de un
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Los glucolípidos son lípidos que contienen azúcares en su estructura. Se clasifican en cerebrósidos y gangliósidos. Los cerebrósidos consisten en un oligosacárido unido a un ácido graso mediante un enlace glucosídico. Estos lípidos se encuentran en las membranas celulares y desempeñan un papel importante en el reconocimiento celular, la adhesión y la señalización. Además, son fundamentales para el desarrollo del sistema nervioso. Por otro lado, los gangliósidos son glucolípidos que contienen oligosacáridos con uno o más residuos de ácido siálico. Estos lípidos también se encuentran en las membranas celulares, especialmente en las células del sistema nervioso. Tienen un papel crucial en la transmisión de señales, la regulación del crecimiento celular y la adhesión celular. Además, los gangliósidos están involucrados en la interacción patógeno-huésped y en la respuesta inmune. ⎨ Menciona por qué los esteroides son considerados como lípidos a pesar de no presentar la estructura básica conformada a base de ácidos grasos. → Describe cuál es el precursor universal de los esteroides en el ser humano, tomando como base el colesterol y la estructura del ciclopentanoperhidrofenantreno. → Resume la importancia fisiológica de la molécula del colesterol en la célula y a nivel sistémico. Los esteroides son considerados lípidos a pesar de no presentar la estructura básica conformada por ácidos grasos debido a su insolubilidad en agua y su solubilidad en solventes orgánicos. Además, comparten la característica de ser moléculas hidrofóbicas que desempeñan funciones de almacenamiento de energía, estructurales y de señalización celular, características comunes a otros lípidos. El precursor universal de los esteroides en el ser humano es el colesterol, el cual tiene una estructura de ciclopentanoperhidrofenantreno. Esta estructura consiste en cuatro anillos fusionados, tres de los cuales son de seis átomos de carbono y uno de cinco átomos de carbono. La importancia fisiológica del colesterol a nivel celular radica en su papel como componente estructural de las membranas celulares, contribuyendo a su integridad y fluidez. A nivel sistémico, el colesterol es el precursor de hormonas esteroides, como los glucocorticoides, mineralocorticoides y hormonas sexuales, así como de la vitamina D. Estas hormonas desempeñan funciones vitales en la regulación del metabolismo, la respuesta al estrés, la homeostasis de electrolitos y la reproducción, entre otras funciones cruciales para el organismo (). QUÍMICA DE PROTEÍNAS
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⎨ Define a las proteínas a partir de sus monómeros, considerando la formación del enlace peptídico desde las interacciones que pueden tener los grupos funcionales de los aminoácidos. → Explica las distintas funciones que pueden presentar las proteínas en función de las distintas interacciones en las cadenas de polipéptidos Las proteínas son macromoléculas formadas por la unión de monómeros llamados aminoácidos. La formación de las proteínas se lleva a cabo a través de enlaces peptídicos, los cuales resultan de la reacción entre el grupo amino de un aminoácido y el grupo carboxilo de otro, liberando una molécula de agua. Esta reacción forma una cadena lineal de aminoácidos, conocida como cadena polipeptídica. Las proteínas pueden desempeñar diversas funciones en función de las interacciones presentes en las cadenas de polipéptidos. Estas funciones incluyen: ● Estructural: Las proteínas pueden formar estructuras como el citoesqueleto, que proporciona soporte y forma a las células, así como colágeno, que es el componente principal de los tejidos conectivos. ● Enzimática: Las proteínas pueden actuar como enzimas, catalizando reacciones químicas en el organismo. ● Transporte: Algunas proteínas, como la hemoglobina, transportan moléculas como el oxígeno a través del cuerpo. ● Contráctil: Las proteínas como la actina y la miosina son responsables de la contracción muscular. ● Defensa: Las proteínas como los anticuerpos participan en la defensa del organismo contra agentes patógenos. Estas funciones son posibles gracias a las interacciones entre los grupos funcionales de los aminoácidos, que determinan la estructura tridimensional de la proteína y, por ende, su función (). ⎨ Describe las distintas propiedades que pueden adquirir las proteínas en función de los distintos grupos R que se pueden agregar a la cadena lateral de los aminoácidos. → Clasifica a los aminoácidos en: polar con carga positiva, polar con carga negativa, polar sin carga, no polar. Los aminoácidos pueden adquirir distintas propiedades en función de los grupos R que se pueden agregar a la cadena lateral. Los aminoácidos se clasifican en:
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→ Describe las generalidades estructurales de las hélices alfa y las láminas plegadas beta. Asimismo, resalta la relevancia fisiológica de estos niveles de estructura proteica. Las interacciones que desencadenan la formación de una estructura secundaria en las proteínas son principalmente los enlaces de hidrógeno entre los grupos amino e hidroxilo de los aminoácidos en la cadena polipeptídica. Estas interacciones permiten la formación de estructuras secundarias como las hélices alfa y las láminas plegadas beta (). Las hélices alfa son estructuras secundarias en forma de hélice que resultan de la formación de enlaces de hidrógeno entre los grupos amino e hidroxilo de los aminoácidos, lo que produce una estructura compacta y estable. Por otro lado, las láminas plegadas beta son estructuras secundarias en forma de láminas planas que también se forman por enlaces de hidrógeno entre los grupos amino e hidroxilo de los aminoácidos. Estas estructuras son importantes para la estabilidad y la función de las proteínas, ya que contribuyen a su plegamiento tridimensional y a su capacidad para interactuar con otras moléculas (). ⎨ Describe cómo se conforma la estructura terciaria de las proteínas, además de su clasificación en proteínas fibrosas y globulares. → Enlista y describe las cuatro interacciones presentes en el mantenimiento de la estructura terciaria de las proteínas. → Explica el término de domino en la conformación terciaria de las proteínas. La estructura terciaria de las proteínas se conforma a través del plegamiento tridimensional de la cadena polipeptídica. Esta estructura tridimensional resulta de las interacciones entre los grupos R de los aminoácidos, que pueden incluir enlaces de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas, puentes disulfuro y fuerzas de Van der Waals. Las proteínas terciarias se clasifican en dos tipos principales: proteínas fibrosas, que tienen una estructura alargada y están formadas por una o varias cadenas polipeptídicas, y proteínas globulares, que tienen una estructura compacta y esférica, con una sola cadena polipeptídica plegada sobre sí misma. Las cuatro interacciones presentes en el mantenimiento de la estructura terciaria de las proteínas son: Enlaces de hidrógeno: Estos enlaces se forman entre los grupos amino e hidroxilo de los aminoácidos, contribuyendo a la estabilidad de la estructura tridimensional de la proteína. Interacciones hidrofóbicas: Los aminoácidos hidrofóbicos tienden a agruparse en el núcleo de la proteína, mientras que los aminoácidos hidrofílicos tienden a estar en la superficie, lo que contribuye a la estabilidad de la estructura tridimensional. Puentes disulfuro: Estos enlaces covalentes se forman entre los grupos sulfhidrilo de dos cisteínas, contribuyendo a la estabilidad de la estructura tridimensional de la proteína.
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Fuerzas de Van der Waals: Estas fuerzas de atracción débiles entre átomos cercanos contribuyen a mantener la estructura tridimensional de la proteína. El término "dominio" en la conformación terciaria de las proteínas se refiere a regiones compactas y estables de la estructura tridimensional de la proteína que tienen una función específica. Los dominios pueden plegarse independientemente y pueden estar presentes en una o varias proteínas, lo que les permite desempeñar diversas funciones biológicas ⎨ Define a la estructura cuaternaria de las proteínas a partir del concepto de subunidad. → Explica las posibles conformaciones de la estructura cuaternaria de las proteínas a partir de los conceptos de homodímero, heterodímero y complejo multiproteico. La estructura cuaternaria de las proteínas se refiere a la disposición tridimensional de múltiples subunidades de proteínas que interactúan entre sí para formar una estructura funcional. Una subunidad es una unidad individual de la proteína que puede plegarse y funcionar de manera independiente, pero que también puede unirse a otras subunidades para formar una estructura cuaternaria. Las posibles conformaciones de la estructura cuaternaria de las proteínas incluyen: ● Homodímero: En esta conformación, dos subunidades idénticas se unen para formar la estructura cuaternaria. Por ejemplo, la hemoglobina es un homodímero formado por dos subunidades idénticas de globina. ● Heterodímero: En esta conformación, dos subunidades diferentes se unen para formar la estructura cuaternaria. Un ejemplo es el ADN polimerasa, que está formado por una subunidad de polimerasa y una subunidad de exonucleasa. ● Complejo multiproteico: En esta conformación, múltiples subunidades diferentes se unen para formar una estructura cuaternaria compleja. Un ejemplo es el ribosoma, que está formado por múltiples subunidades de proteínas y ARN. ⎨ Explica en qué consiste el proceso de desnaturalización de las proteínas. → Enlista y describe los factores que provocan la desnaturalización de las proteínas El proceso de desnaturalización de las proteínas consiste en la pérdida de la estructura tridimensional nativa de una proteína, lo que conlleva a la pérdida de su función biológica. Este proceso puede ser causado por diversos factores que alteran las interacciones no covalentes que mantienen la estructura tridimensional de la proteína. Los factores que provocan la desnaturalización de las proteínas incluyen:
