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Las células están constituidas por moléculas químicas → las cuales provienen de los alimentos. Estas pequeñas moléculas como → AMINOÁCIDOS, BASES, ÁCIDOS GRASOS Y AZÚCARES → permitirán que se formen moléculas complejas mediante enlaces covalentes como PROTEÍNAS, ÁCIDOS NUCLEICOS, FOSFOLÍPIDOS, POLISACÁRIDOS, etc. EN LOS ALIMENTOS → las proteínas, los ácidos nucleicos, los fosfolípidos, los polisacáridos y disacáridos → rompen sus enlaces covalentes a través de la digestión. Entonces → ingerimos un alimento, este es digerido → se obtienen pequeñas moléculas → y a partir de estas, el organismo construyen las moléculas necesarias para fabricar estructura ay funcionalidad. La formación de enlaces no covalentes permitirá la estabilización de las estructuras como → la cromatina y la bicapa lipídica. Los hidratos de carbono son moléculas que se caracterizan por ser POLIALCOHOLES que tienen en su estructura una función ALDEHÍDO o una función CETONA. En general → los hidratos de carbono permiten obtener energía y además proveen estructura, protección y sostén; y participan de procesos de comunicación. Se los clasifica como: MONOSACÁRIDOS → aquellos que están formados por una sola molécula. OLIGOSACÁRIDOS → aquellos formados de 2 a 20 moléculas de monosacáridos. POLISACÁRIDOS → aquellos que tienen más de 20 moléculas de monosacáridos. GLICOCONJUGADOS → aquellos formados por una región proteica o lipídica y una región de hidratos de carbono. 7° T E O R I C O Lípidos e HdC Hidratos de carbono Monosacáridos LOS MONOSACÁRIDOS SON POLIALCOHOLES QUE SE CARACTERIZAN POR TENER UN GRUPO ALDEHÍDO O UN GRUPO CETONA. Si poseen un grupo aldehído en su estructura → ALDOSAS. Si poseen un grupo cetona en su estructura → CETOSAS. El hecho de que éstos azúcares tengan un grupo aldosa o un grupo cetosa les confiere propiedades reductoras → estos grupos son capaces de ceder electrones, oxidarse, y así, reducir a otra sustancia. Que tengan propiedades reductoras significa que pueden transformar sus grupos aldosas y cetosas, en principio, en un ácido carboxílico → y en segunda instancia, ese ácido carboxílico → puede ser oxidado hasta convertirse en CO2 que luego será eliminado de la mitocondria, de la célula y en última instancia → a través de los pulmones. Además de tener propiedades reductoras, los azúcares tienen ACTIVIDAD ÓPTICA → los carbonos asimétricos (quirales) tienen unidos grupos diferentes en cada uno de sus 4 enlaces. Los carbonos quirales poseen actividad óptica → pueden desviar la trayectoria de la luz polarizada: Si desvía la luz hacia la derecha → DEXTRÓGIRO. Si desvía la luz hacia la izquierda → LEVÓGIRO A estos compuestos se los denomina ISÓMEROS ÓPTICOS o ENANTIÓMEROS. Además de tener enantiómeros, los hidratos de carbono se caracterizan por tener EPÍMEROS → son ISÓMEROS DE POSICIÓN → son moléculas con diferentes actividades. Son todas aldosas. Serie D → son dextrógiros. Por ejemplo → se tiene una molécula de glucosa y una de galactosa → son exactamente iguales excepto por el hidroxilo en posición 4 se encuentra de diferente lado del carbono → esta diferencia en cuanto a la posición del oxhidrilo en el carbono → da como resultado dos moléculas que tienen diferentes actividades. LA GALACTOSA ES UN EPÍMERO EN POSICIÓN 4 DE LA GLUCOSA; LA MANOSA ES UN EPÍMERO EN POSICIÓN 2 DE LA GLUCOSA. POR OTRO LADO → se van a generar distintos de compuesto de acuerdo a como la molécula se cierre sobre si misma; el carbonilo que forma parte del grupo aldehído o del grupo cetona → es una molécula muy reactiva, por lo tanto tenderá a cerrarse sobre sí misma ya que será la posición más favorable que adopte en el espacio. Al cerrarse sobre sí misma y aproximarse los átomos → el hidroxilo en posición 5 va a generar un ataque nucleofílico sobre el carbonilo en posición 1 → se genera un enlace glucosídico con lo cual se cerrará la molécula. La molécula puede cerrarse generando un compuesto que tenga el oxhidrilo en el carbono 1 hacia abajo (σ); o su oxhidrilo en el carbono 1 haca arriba (β). A partir de un pequeño número de moléculas de hidratos de carbono → se pueden generar muchas moléculas, muchos isómeros → y cada uno de ellos tendrá una actividad biológica distinta. Los monosacáridos pueden generar MONOSACÁRIDOS MÁS COMPLEJOS O DERIVADOS DE MONOSACÁRIDOS si es que → se sustituyen los oxhidrilos por otros grupos funcionales → por ejemplo, se puede sustituir un oxhidrilo por un grupo amino. Disacáridos LOS MONOSACÁRIDOS PUEDEN COMBINARSE PARA FORMAR DISACÁRIDOS → a partir de dos monosacáridos y a partir de una unión que es una condensación → se pierde una molécula de agua → se genera un enlace glucosídico y se forma un disacárido. Hay dos tipos de uniones muy comunes entre los disacáridos: Pueden ser entre el oxhidrilo que está en el carbono 2 y el oxhidrilo en posición 4 → la unión es 1-4. Pueden ser entre le oxhidrilo que está en el cabrono 1 y el oxhidrilo en carbono 6 → unión 1-6. Si el oxhidrilo se encuentra hacia abajo → la unión será σ-1-4; y si el oxhidrilo en posición 1 se encuentra hacia arriba → la unión será β-1-4. Ejemplo de disacárido: LACTOSA → se encuentra en la leche → está formada por una molécula de glucosa y una de galactosa. La molécula de lactosa es el azúcar de la leche → y cuando es ingerida por el organismo, se hidroliza en glucosa y galactosa → que serán utilizadas para las distintas funciones biológicas. Entonces → los disacáridos son ingeridos (mediante los alimentos) → y en la digestión se rompen los enlaces covalentes y lo que se absorben son los monosacáridos → los cuales son utilizados para lo que se necesite en el organismo. LA LACTOSA → cuando llega al intestino es degradada por una enzima denominada lactasa → es desdoblada a galactosa y glucosa y luego absorbida. Polisacáridos Se pueden obtener a partir de monosacáridos. HOMOPOLISACÁRIDOS → si están formados por el mismo tipo de monosacáridos. HETEROPOLISACÁRIDOS → si están formados por distintas moléculas de monosacáridos. A su vez → cada uno de ellos puede ser lineal o ramificado. EJEMPLO → almidón → es una fuente de reserva en los vegetales. Las plantas tienen la capacidad de asimilar CO2 y agua gracias a la energía obtenida de la luz solar → a partir de esto, las plantas son capaces de generar triosafosfatos → y a partir de ellas, hexosafosfatos. A partir de esto → las plantas generan sacarosa → es el disacárido que, en las plantas, transporta a través del sistema lo hidratos de carbono. La planta va a sintetizar celulosa, a partir de la sacarosa, para generar la pared celular. Si a la célula le sobra disacárido → lo almacenará en gránulos de almidón. El almidón, entonces, será ingerido a partir de aquellos alimentos de origen vegetal. El almidón entonces es un polímero de almacenamiento → está formado por dos tipos de polímeros: Por un homopolímero lineal (AMILOSA) → donde la glucosa se encuentra unida por uniones alfa 1,4. Polímero ramificado (AMILOPECTINA) → donde la glucosa se encuentra unida por uniones alfa 1,4 y por uniones alfa 1,6. Estos dos polímeros se combinan para formar los gránulos de almidón. Otro ejemplo → CELULOSA → es un polímero lineal de la glucosa. La unión de sus monómeros se realiza a partir de uniones beta 1,4 → éstos polímeros interaccionan entre sí a través de puentes de hidrógeno y forman las microfibrillas de celulosa → y muchas de estas formaran las fibras de celulosa → las cuales forman las paredes de las células vegetales → permite que las células vegetales tengan mucha resistencia a la tracción. En los animales también hay un polímero de almacenamiento → GLUCÓGENO → es un HOMOPOLISACÁRIDO RAMIFICADO → formado por largas moléculas de glucosa que están unidas por uniones alfa 1,4 y alfa 1,6. Laslargas moléculas de glucosa se condensan entre sí en torno a una proteína aglutinadora de glucógeno denominada GLUCOGENINA (se encuentra en aquellas células que almacenan glucógeno) → y en torno a la glucogenina se forman los gránulos de glucógeno a partir de múltiples moléculas. Si se hace un corte de un tejido hepático → es un tejido que almacena glucógeno → y se hace una tinción PAS → se observaría en ese corte de tejido una tinción fucsia. CUANDO SE DICE QUE UN TEJIDO ES PAS+ → SE INDICA QUE ESE TEJIDO TIENE UN ALMACENAMIENTO DE HIDRATO DE CARBONO. A PARTIR DE LOS ALIMENTOS → se obtiene HdC → a partir de estos → aquellos que podemos desdoblar en el intestino → obtenemos glucosa ésta, cuando es ingerida: ESTIMULA EL PÁNCREAS → páncreas libera insulina → y ésta estimula a las células del hígado para que capte la glucosa y forme glucógeno ESTIMULA A LAS CÉLULAS DEL TEJIDO MUSCULAR → para que capte la glucosa para su funcionamiento y para que también forme glucógeno. Y ESTIMULA AL TEJIDO ADIPOSO → para que capte glucosa en exceso y lo trasforme en ácidos grasos. Cuando consumimos hidratos de carbono en exceso → se tiene glucógeno en el hígado, en el músculo → habría más energía para hacer movimiento → pero todo el exceso de HdC una vez que es captado por el adipocito y oxidado a acetil coA → si no se utiliza para generar energía, rápidamente el adipocito desvía el metabolismo intermedio → y ese acetil coA pasará rápidamente a ser la fuente para la síntesis de ácidos grasos → y estos se almacenan en los adipocitos. POLISACÁRIDOS HETEROPOLISACÁRIDOS → son aquellos formados por azúcares diferentes. Dentro de esta categoría, un ejemplo son los GLICOSAMINOGLICANOS → son característicos de la matriz extracelular → proveen estructura y sostén al tejido extracelular y participan activamente de los procesos de comunicación célula-célula, célula-matriz. GLICOSAMINOGLICANO (GAGS) → se forma a partir de dímeros formados por azúcares complejos. LOS GLICOSAMINOGLICANOS PUEDEN FORMAR PARTE DE GLICOCONJUGADOS → son aquellos que se forman uniendo hidratos de carbono a proteínas. Un glicoconjugado típico de la matriz extracelular son los PROTEOGLUCANOS → formados por una proteína núcleo a la cual se le unen moléculas de azucares como los glicosaminoglicanos. EL AGRECANO ES UN PROTEOGLUCANO → que tiene una proteína núcleo (en gris) y luego tiene adicionada a ella, muchas moléculas de queratan sulfato y de condroitin sulfato. Y el agrcano, se encuentra unido a su vez → en una molécula de ácido hialurónico → formando un gran complejo de proteoglucano en la matriz extracelular. El otro tipo de glicoconjugado son → LAS GLICOPROTEÍNAS O LOS GLICOLÍPIDOS → no son proteoglicanos pero sin embargo tienen funciones muy importantes en la estructura y comunicación sobre todo entre las células. GLICOPROTEÍNA → proteína + oligosacárido. GLICOLÍPIDO → lípido + oligosacárido. GLICOLÍPIDO → primero a la izquierda; glicoproteína → la que se encuentra al lado. Ambos dos → tienen hacia el lado extracelular, unidos a su estructura (graficada en negro), moléculas complejas de glúcidos. FUNCIÓN → reserva y obtención de energía. Sin embargo → los lípidos participan en otras funciones → son la base de la estructura de todas las membranas biológicas, participan en la comunicación celular y forman parte de cofactores. Los lípidos son un conjunto de moléculas orgánicas que son SOLUBLES EN SOLVENTES NO POLARES y se encuentran constituidos por carbono, hidrógeno y oxígeno (principalmente). Clasificación → hay 2 tipos de moléculas lipídicas: Aquellas que contienen un ácido graso en la molécula → se las denomina SAPONIFICABLES. Aquellas que no contiene ácido graso en la molécula → se las denomina NO SAPONIFICABLES. Que una molécula sea saponificable quiere decir que pueden participar de una reacción de saponificación → se puede tener una MOLÉCULA LIPÍDICA como una grasa o un aceite, que está formado por un triglicérido → si esa grasa se CALIENTA EN PRESENCIA DE UNA SUSTANCIA ALCALINA (como hidróxido de sodio) → habrá HIDROLISIS de la molécula → se separarán DOS MOLÉCULAS A PARTIR DE LA HIDRÓLISIS: GLICEROL O GLICERINA A partir de distintas combinaciones de azúcares que se conjugan a un lípido o a una proteína → se tienen distintos tipos de sangre → el tipo de sangre depende del tipo de combinación de azúcares que tengamos unidos a un lípido o a una proteína. Lípidos ÁCIDOS GRASOS SEPARADOS DE LA MOLÉCULA → se los denomina jabón o detergente → ya que lo que constituye, básicamente, la estructura de un jabón o de un deferente son moléculas de ácidos grasos por sus propiedades anfipáticas. Puede suceder, que cuando la molécula se hidrolice en un medio alcalino → genere ácidos grasos o no los genere. EL PROPIO ÁCIDO GRASO ES UNA UNIDAD BÁSICA DE MOLÉCULA LÍPIDICA. UN ÁCIDO GRASO ESTÁ FORMADO POR UNA LARGA CADENA HIDROCARBONADA → tiene hidrógeno unido al carbono. Cuando el carbono está unido al hidrógeno tiene un momento dipolar prácticamente nulo → molécula muy apolar. EN EL EXTREMO DE LA LARGA CADENA HIDROCARBONADA SE TIENE UNA FUNCIÓN CARBOXILO → LA FUNCIÓN CARBOXILO ES LA ÚNICA PARTE POLAR DE LA MOLÉCULA → y es una función ácido → de ahí que se los denomina “ácidos grasos”. Representación de un ÁCIDO PALMÍTICO → tiene 16 átomos de C unidos a H. En esta molécula, todos los carbonos están ocupando sus 4 valencias que provienen de una hibridación sp3 → en esta configuración del carbono, tetraédrica y con 4 orbitales híbridos sp3, el carbono une 4 hidrógenos. También se conoce al ácido palmítico con el nombre de 16.0 → tiene 16 carbonos y ningún doble enlace. A este tipo de moléculas donde el carbono está uniendo 4 átomos a su núcleo → se lo denomina ÁCIDO GRASO SATURADO → se dice que el carbono está saturado en cuanto a la máxima capacidad de unión. Cuando no se tiene dobles enlaces en la molécula → se habla de una molécula saturada → EL ÁCIDO GRASO ES SATURADO. Pero podría ocurrir que en alguna parte de la molécula, el carbono se una a un carbono vecino a través de un orbital sp2 → formará una unión covalente de tipo alfa a través de la interacción entre dos orbitales sp2 → y formará una unión covalente de tipo pi entre dos orbitales p. Cuando en el ácido graso se formó un doble enlace (o más) → se dice que el ÁCIDO GRASO ES INSATURADO O NO SATURADO. ÁCIDO OLEICO → tiene un doble enlace → y los hidrógenos que forman parte de ese doble enlace tienen disposición cis → se encuentran del mismo lado de la molécula → el ácido entonces tiene disposición Cis → es un CIS-OLEICO. Al ácido oleico también se lo conoce con el número 18.1 → que significa 18 átomos de carbono y un doble enlace. También puede ocurrir → que haya un hidrógeno de cada lado de la molécula → e cuyo caso se dice que tiene disposición trans → ES UN TRANS- OLEICO → tiene propiedades distintas a las del ácido oleico. También se lo conoce como ácido elaídico. SE PUEDE TENER ÁCIDOS GRASOS INSATURADOS CIS O ÁCIDOS GRASOS INSATURADOS TRANS. LOS ÁCIDOS GRASOS QUE NECESITAMOS TENER EN NUESTRO ORGANISMO DEBEN SER CIS. LOS ÁCIDOS GRASOS SON MOLÉCULAS ANFIPÁTICAS → tienen una cabeza polar (grupo carboxilo) y una larga cadena saturada que es altamente hidrofóbica → si tratase de disolverlo en agua → todas las colas hidrofóbicas van a interaccionar entre sí y todas las cabezas polares interaccionaran con el solvente → se formará una MICELA. Cuando se trata de disolver ácidos grasos en agua se forma una MICELA → tendrá un núcleo hidrofóbico en su interior, formado por todas las colas; y en el exterior van a estar todas las cabezas polares que interaccionaran con el solvente acuoso. LOS ÁCIDOS GRASOS SE PUEDEN ESTERIFICAR→ la esterificación es el proceso inverso a la saponificación → un grupo carboxilo de un ácido graso con un oxhidrilo del glicerol (por ejemplo) → van a formar un éster → con lo cual a este proceso se lo denomina esterificación. POR EJEMPLO → puedo tener un glicerol, que tiene 3 OH (es un polialcohol, no llega a ser un azúcar ya que no tiene ni grupo cetona ni aldehído) → estos OH del glicerol se pueden esterificar o con el carboxilo del palmítico o con el carboxílico del oleico → para formar ésteres entre el glicerol y el oleico. EL ÁCIDO GRASO PUEDE FORMAR ÉSTERES QUE GENEREN GLICEROLÍPIDOS, GLÍCEROFOSFOLÍPIDOS, ESFINGOLÍPIDOS Y CERAS (ver cuadro de hoja 7). Glicerolípidos/ glicerofosfolípidos Los GLICEROLÍPIDOS es lo que se conoce como TRIGLICÉRIDOS; y FOSFOLÍPIDOS es lo que se conoce, en la nueva clasificación, como GLICEROFOSFOLÍPIDOS. En los GLICEROLÍPIDOS (TRIGLICÉRIDOS) se tiene una molécula de glicerol esterificada con 3 moléculas de ácidos grasos. Este triglicérido tiene dos ácidos en grasos en disposición trans. Éste GLICEROFOSFOLÍPIDO es un FOSFOLÍPIDO → formado por una molécula de glicerol, con dos OH unidos a ácidos graso; y el tercero OH está unido a una fosfo-azucar o a un fosfo-amino que constituirá la cabeza polar del fosfolípido. Glicerofosfolípidos El fosfolípido está constituido por una molécula de glicerol, y a ésta se unen dos ácidos grasos; y a su vez, al tercero OH de la molécula de glicerol se une una cabeza polar → la cual contiene un fosfato que a su vez está esterificado con un aminoalcohol o con un azúcar. Si el aminoalcohol es etanolamina → el fosfolípido será → FOSFATIDILETANOLAMINA. Si el amino alcohol es colina → el fosfolípido será → FOSFATIDILCOLINA. Si está esterificado con un aminoácido como la serina → el fosfolípido será FOSFATIDILSERINA. Si está esterificado con un azúcar como el inositol → el fosfolípido será FOSFFATIDILNOSITOL. Si el fosfato no está esterificado con nada → el fosfolípido se llamará ÁCIDOFOSFATIDICO. POR LA ESTRUCTURA QUE PRESENTA UN FOSFOLÍPIDO SE DEDUCE QUE ES UNA MOLÉCULA ANFIPÁTICA → por lo tanto si trato de disolver fosfolípidos en agua → EL FOSFOLÍPIDO ESPONTÁNEAMENTE FORMARA UNA BICAPA → a diferencia de lo que ocurre con los ácidos grasos, que formaban una micela, la cual es una monocapa. La bicapa → una vez que adquiere cierta extensión se cierra sobre sí misma y formará lo que se conoce como LIPOSOMA. Lípidos saponificables Habitualmente, al ácido graso cis se lo dibuja como al Cis-oleico → donde se muestra esquemáticamente que la molécula sufre un quiebre. Cuando este ácido graso cis está unido a uno de los OH del glicerol para formar el fosfolípido → la molécula que va a formar parte de la bicapa será mucho más desordenada que las moléculas de fosfolípidos que están formadas por dos colas de ácidos grasos trans. ESTO TENDRA UN EFECTO EN LA FLUIDEZ DE LA MEMBRANA O DE LA BICAPA QUE FORMEN → ya sea que estén formadas por ácidos grasos saturados → que son rectos y que van a permitir fácilmente ordenar a la membrana; o que estén formadas por ácidos grasos insaturados → que van a generar desorden → bicapa estará menos ordenada y será más fluida. Glicerolípidos LOS TRIGLICÉRIDOS ESTÁN FORMADOS POR UN GLICEROL QUE TENDRÁ ÁCIDOS GRASOS UNIDOS A SUS 3 OH. Por cómo está dibujado este triglicérido se puede decir que está unido a un ácido graso saturado y a dos ácidos grasos insaturados de tipo trans. Los triglicéridos son fabricados en el organismo por el hígado (generalmente) a partir de los ácidos grasos que uno consume de la dieta; Y SON TRANSPORTADOS EN LA SANGRE EN LO QUE SE CONOCE COMO LIPOPROTEÍNA → la lipoproteína lleva en su interior la gran masa de triglicéridos que son completamente hidrofóbicos. LOS GLICEROLÍPIDOS SON COMPLETAMENTE HIDROFOBICOS → NO SE DISUELVEN EN AGUA. Estos glicerolipidos están recubiertos por una monocapa de fosfolípidos que tienen sus colas hidrofobicas en contacto con el glicerolípido que transportan en su interior y sus cabezas polares en contacto con la sangre. Esto es lo que se conoce como LIPOPROTEÍNA. En la célula → cuando hay un exceso de ácidos grasos, los triglicéridos son almacenados en gotas lipídicas → la célula no podría almacenar ácidos grasos sueltos ya que seria corrosivo (pensar que son “detergentes” → disolverían todas las membranas). Entonces → cuando sobran ácidos grasos y no se necesita su degradación para obtener energía → se los une a glicerol, forma triglicéridos y los almacena dentro de gotas lipídicas → TIENEN UN NÚCLEO CENTRAL FORMADO POR LOS TRIGLICÉRIDOS Y UNA SUPERFICIE FORMADA POR FOSFOLIPIDOS (MONOCAPA) CON SUS CABEZAS POLARES EN CONTACTO CON LA SOLUCIÓN ACUOSA QUE FORMA EN CITOSOL. Esfingolípidos Forman parte de la estructura de las membranas biológicas y participan de la comunicación celular. Los esfingolípidos se forman a partir de un aminoalcohol, que es una base denominada esfingosina → ésta se esterifica con un ácido graso de cadena larga para formar ceramida → y la ceramida, a través de uno de sus oxhidrilos se unirá con una cabeza polar para formar un esfingolípido. Si la cabeza polar es una fosforilcolina → se está en presencia de la ESFINGOMIELINA. Si la cabeza polar es un glúcido como la galactosa o la glucosa → es un GLUCOESFINGOLÍPIDO → puede tener unido al OH de la ceramida UN AZUCAR SENCILLA CONO GALACTOSA O GLUCOSA O PUEDE TENER UNIDO UN AZÚCAR COMPLEJO → cuando el azúcar complejo se une a la molécula de ceramida se forma un GANGLIOSIDO → esto es un glucoesfingolípido. LOS GANGLIOSIDOS SON MUY IMPORTANTES EN EL SNC. Tanto la glucosilceramida como la galatosilceramida como los sulfátidos → muchas veces son receptores de señales que vienen del exterior. La degradación de estos esfingolípidos va a formar mediadores lipídicos → que van a actuar como hormonas. Ceras Las ceras están FORMADAS POR UN ÁCIDO GRASO DE CADENA LARGA Y UN ALCOHOL DE CADENA MUY LARGA. En esta esterificación se dará un producto altamente hidrofóbico e insoluble en agua. Prenoles Dentro de los prenoles se encuentran muchos compuestos → los TERPENOS, los ACEITES ESENCIALES, las VITAMINAS, las RESINAS y los PRECURSORES BIOSINTÉTICOS. Todos los prenoles son derivados de la UNIDAD DEL ISOPRENO → la cual tiene 5 átomos de carbono y dos dobles enlaces conjugados. Dos unidades de isopreno constituyen un MONOTERPENO → en este grupo se encuentran los aceites aromáticos. Cuando se unen 4 unidades de isopropeno (o sea, dos de monoterpeno) constituyen un DIPERTENO → dentro de este conjunto se encuentran las vitaminas. Cuando se unen 6 unidades de isopreno constituyen un triterpeno (3 unidades de monoterpeno) → en este grupo se encuentran los BETACAROTENOS. Cuando se unen 3 unidades de isopropeno constituyen un SESQUITERPENO → en este grupo se encuentra el farnesol. Cuando se unen 8 unidades de isopropeno constituye un TETRATERPENO. Muchas unidades de isopreno unidas forman un POLITERPENO. Lípidos no saponificables Esteroles A partir del escualeno (que es un terpeno) se pueden sintetizar otros lípidos no saponificables como los esteroles. Dentro de los esteroles se tiene a los ESTEROIDES, SECOESTEROIDES, ÁCIDOS BILIARES y ESTEROIDES CONJUGADOS. Entonces a partir del escualeno las células podrán obtener por síntesis → colesterol, β- sitoesterol o ergosterol. El colesterol se encuentra exclusivamente en animales, el β-sitoesteron en las plantas y el ergosterol en los hongos. A ESTE GRUPO SE LOS DENOMINA ESTEROLES. El colesterol tiene una importancia activa en cuanto a la compactación de los fosfolípidos en una bicapa biológica. Permitirá que la bicapa sea muy rígida; el colesterol tiene un efecto buffer para garantizar la fluidezde las membranas. A PARTIR DEL COLESTEROL SE PUEDEN OBTENER POR DISTINTOS TIPOS DE REACCIONES BIOQUIMICAS LLEVADAS A CABO EN LAS CÉLULAS → DIVERSOS DERIVADOS → A LOS CUALES SE LOS DENOMINA ESTEROIDES. Dentro de estos derivados hay hormonas esteroides → como los ANDRÓGENOS, los ESTRÓGENOS y la ALDOSTERONA. ADEMÁS → a partir del colesterol se pueden obtener otros derivados. En el hígado se obtienen, a partir del colesterol los ácidos biliares y secoestroides. Célula eucarionte → alto grado de compartimentalización → cada compartimiento cumple una función específica → para ello, dentro de cada compartimiento hay reacciones enzimáticas típicas de cada compartimiento. TODO ESTO PUEDE MANTENERSE YA QUE CADA COMPARTIMIENTO ESTÁ SEPARADO DEL RESTO DEL ENTORNO CELULAR POR LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS → a diferencia de las mitocondrias y del núcleo los cuales están separados del entorno celular por dos membranas biológicas. Estructura La estructura de todas las membranas celulares es similar → se utiliza el MODELO DEL MOSAICO FLUIDO → según el → la membrana que rodea a cada compartimiento celular va a estar FORMADA POR UNA BICAPA LIPÍDICA LA CUAL TENDRÁ ASOCIADA PROTEÍNAS CARACTERÍSTICAS DE CADA COMPARTIMIENTO CELULAR. La bicapa lipídica se encuentra constituida principalmente por GLICEROFOSFOLÍPIDOS → estos, mayoritariamente, están constituidos por fosfolípidos; y en menor cantidad por PLASMAÓGENOS. Además de los glicerofosfolípidos → se tiene ESFINGOLÍPIDOS como la esfingomielina y los glucoesfingolípidos. Por último se tiene al COLESTEROL. Biomembranas LOS FOSFOLÍPIDOS DETERMINARÁN LA ESTRUCTURA DE LA MATRIZ LIPÍDICA DE TODAS LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS. TODAS LAS MEMBRANAS TIENEN COLESTEROL → pero dependiendo del tipo celular, el colesterol varía. Las bacterias (procariones) no tienen colesterol. La FOSFATIDILCOLINA también se encuentra presente en todas las membranas biológicas → excepto en las bacterias. La fosfatidil colina tiene facilidad para formar bicapa y apilarse una arriba de otra → dejando la parte hidrofóbica hacia el centro y la parte hidrofílica hacia la superficie acuosa. SE LA CONSIDERA COMO LA FORMADORA DE BICAPA POR EXCELENCIA POR SU FORMA CILINDRICA EN EL ESPACIO. La esfingomielina se encuentra presente en todas las membranas a excepción de las mitocondrias. CADA MEMBRANA TENDRÁ UN PERFIL O PATRÓN DE LÍPIDOS CARACTERISTICO. La membrana mitocondrial tiene un alto porcentaje de FOSFATIDIL ETANOLAMINA → esto se debe a que la fosfatidil etanolamida luego será convertida en cardiolipina → que es un lípido marcador de la membrana mitocondrial interna. CUANDO SE INTENTA DISOLVER A LOS FOSFOLÍPIDOS EN AGUA → ESTOS TIENEN A FORMAR ESPONTÁNEAMENTE UNA BICAPA → si esta es muy grande, se curvara sobre sí misma y formara una vesícula por autosellado → la cual se llama LIPOSOMA. RECORDAR → LOS ÁCIDOS GRASOS NO FORMAN BICAPAS, SINO QUE FORMAN MICELAS Y TIENEN UNA SOLA CAPA DE LÍPIDOS. A PESAR DE QUE LA ESTRUCTURA DE TODAS LAS MEMBRANAS ES SIMILAR → TODAS LAS MEMBRANAS VAN A PODER MOSTRAR EN LA CÉLULA DOS SEMICAPAS. Una hemicapa en contacto con el citosol → HEMICAPA CITOSÓLICA. Una hemicapa en contacto con los lúmenes de los compartimientos o con el exterior celular → HEMICAPA LUMINAL. Estas hemicapas tendrán diferente composición química y proteica. Bicapa fosfolipídica MOVIMIENTO DE LOS LÍPIDOS → los lípidos que se encuentran en la bicapa fosfolípidica pueden moverse fácilmente hacia los costados (DIFUSIÓN LATERAL), pueden rotar sobre sí mismos (ROTACIÓN) y pueden moverse hacia los costados como un balanceo (FLEXIÓN). Lo que se encuentra mucho más restringido es el movimiento de FLIP-FLOP → el pasaje de un lípido desde un lado de la bicapa hacia el otro → debido al tamaño de sus cabezas polares es termodinámicamente no favorable que el fosfolípido atraviese con la cabeza polar el núcleo hidrofóbico de la bicapa → con lo cual este movimiento es más restringido que los otros 3 → para pasar de un lado al otro de la membrana van a necesitar FLIPASAS → son proteínas que los ayudan a transportarse de un lado hacia el otro. FLUIDEZ → la fluidez es una característica de las membranas biológicos → la fluidez de las membranas depende de la TEMPERATURA Y DE LA POSICIÓN QUÍMICA. Cuando aumenta la temperatura → aumenta el movimiento cinético de las moléculas (movilidad) → con lo cual, la membrana se desordena → y al desordenarse aumenta la fluidez. EN LAS CÉLULAS ANIMALES ESTO NO OCURRE → YA QUE LOS ORGANISMOS ANIMALES MANTIENEN SU TEMPERATURA CONSTANTE. En organismos unicelulares si depende de la temperatura → pero en organismos superiores no. Entonces → dentro de las células animales y los seres vivos que son homeotermos → la fluidez depende fundamentalmente de la COMPOSICIÓN QUÍMICA. EN CUANTO A LA COMPOSICIÓN QUÍMICA SE HABLA DE LOS ÁCIDOS GRASOS → los ácidos grasos de cadena larga y los ácidos grasos de cadena larga con dobles insaturaciones en posición trans → van a generar unas membranas más ordenadas; aquellas formadas por ácidos grasos que poseen insaturaciones en posición cis serán más desordenadas → ya que en posición cis los ácidos se quiebran formando membranas más desordenadas. Los otros ácidos grasos que favorecerán la fluidez de la membrana son los ácidos grasos de cadena corta → ya que no llegan hacia el centro hidrofóbico y evita el empaquetamiento de las colas. Por otro lado → el colesterol se ubica hacia la parte externa de ambas hemicapas en los primeros 10 o 13 carbonos del ácido graso. EL COLESTEROL FAVORECE LA RIGIDIZACIÓN DE LA PARTE EXTERNA (aquella que se encuentra cerca de las cabezas polares) → por lo tanto, el colesterol favorecerá y fortalecerá las propiedades de barreas → impedirá que los fosfolípidos se separen y que las sustancias presentes en el medio extracelular o en el medio citosólico puedan atravesar la bicapa. Sin embargo → el colesterol, en general no rigidiza la membrana sino que favorece su fluidez → EL COLESTEROL PUEDE RIGIDIZAR LA PARTE EXTERNA DE LAS HEMICAPAS FAVORECIENDO SU PROPIEDAD DE BARRERA → PERO EL EFECTO GENERAL ES FAVORECER QUE LA CÉLULA MANTENGA UNA FLUIDEZ CONSTANTE. ISLAS O BALSAS LIPÍDICAS → estos dominios están formados por colesterol, esfingomielona y fosfatidilcolina → son dominios muy rígidos y en ellos la membrana tiene un espesor mayor al que tiene habitualmente. Estos dominios de membrana permiten que las proteínas, al ubicarse en estos dominios → puedan activarse o inhibir su actividad → ya que las membranas cambian sus propiedades fisicoquímicas. ASIMETRÍA DE LA BICAPA → que se asimétrica significa que cada hemicapa tendrá una composición característica. Si se trata de una membrana plasmática → le hemicapa externa estará formada mayoritariamente por fosfatidilcolina, esfingomielina y glicoesfingolípidos; la hemicapa interna, que da hacia el citosol → fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina, fosfatidilnositol y fosfatidilcolina. Cuando alguno de los fosfolípidos pierde la propiedad de estar de un lado o del otro de las membranas → la membrana pierde su homeostasis y pueden ocurrir diferentes actividades biológicas que no sean favorables para las células. POR EJEMPLO → si aumenta la fosfatidilserina en el lado externo de la membrana → habrá un reconocimiento celular por parte de los macrófagos y la célula será tenida en cuenta como una célula que se está muriendo → con lo cual será digerida por los macrófagos. Con lo cual, es importante que la fosfatidilserina se mantenga del lado interno de la membrana. NO TODAS LAS MEMBRANAS SON ASIMÉTRICAS → la membrana del retículo endoplasmático no es asimétrica → tiene una composición balanceada de ambos lados de la bicapa → en él se sintetizan todos los lípidos de la célula. Si hayasimetría, por ejemplo, en el aparato de Golgi → gracias a las flipasas dependientes y no dependientes de ATP → comienzan a transportarse los lípidos hacia un lado y hacia el otro de la bicapa. CURVATURA Y ESPESOR → CADA FOSFOLÍPIDO DE LA MEMBRANA TIENE UNA FORMA CARACTERÍSTICA → lo cual contribuye a que esté de un lado o del otro de la membrana. La FOSFATIDILCOLINA tiene un aspecto cilíndrico debido a que su cabeza polar es muy grande y puede compensar la disposición de las colas de ácidos grasos en el espacio → tiene tendencia a apilarse de forma inversa → se apila cola con cola quedando las cabezas hacia las superficies acuosas. En cambio, la FOSFATIDILETANOLAMINA tiene cabezas polares muy pequeñas y es más probable que tenga un aspecto cónico → lo que favorece la curvatura de las membranas. La ESFINGOMIELINA también tiene disposición cilíndrica → lo que favorece en este caso es que aumente el espesor de las membranas ya que sus ácidos grasos son saturados y ocupan una mayor extensión. Biosíntesis de lípidos TODOS LOS LÍPIDOS SE SINTETIZAN EN EL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO → sin embargo podría ocurrir que cada uno de los compartimientos en particular pueda finalizar la síntesis de algún lípido en particular. Por ejemplo → en la mitocondria, a partir de la fosfatidiletanolamina se sintetiza el fosfatidilglicerol y la cardiolipina → mientras que en el retículo no hay cardiolipina. SI BIEN TODOS LOS LÍPIDOS DE LAS CÉLULAS SE SINTETIZAN EN EL RETÍCULO ENDOPLÁSMICO, HABRÁ ALGUNOS QUE SE SINTETICEN EN EL APARATO DE GOLGI, OTROS EN LAS MITOCONDRIAS, OTROS EN LAS MEMBRANAS PLASMÁTICAS → PERO SIEMPRE PARTIENDO DEL LÍPIDO FUNDAMENTAL MADRE QUE SE SINTETIZÓ EN EL RETÍCULO ENDOPLASMICO. SÍNTESIS DE LOS TRIGLICÉRIDOS EN EL RETÍCULO → permite la acumulación entre las dos hemicapas del retículo endoplásmico de los triglicéridos y va a llegar un momento en que se forma una “gota” rodeada por una monocapa del retículo endoplásmica → cuando se libera constituye lo que se denomina cuerpos lipídicos. Proteínas asociadas a la membrana Las proteínas asociadas a la membrana se clasifican dependiendo de cómo pueden ser extraídas las proteínas de la bicapa. Las proteínas que se encuentran interaccionando con la membrana pueden ser extraídas de los lípidos de la membrana utilizando una alta fuerza iónica (por ejemplo, KCl 1M) → PROTEÍNAS PERIFÉRICAS. Las proteínas que se encuentran interaccionando con la membrana pueden ser extraídas de los lípidos de la membrana utilizando algún detergente (iónico o no iónico) → PROTEÍNAS QUE INTERACCIONAN CON EL NÚCLEO HIDROFÓBICO DE LA BICAPA → PROTEÍNA INTEGRAL. Aquellas que necesitan detergente son las marcadas en rosa. Aquellas que pueden extraerse simplemente con alta fuerza iónica están marcadas en negro. A las proteínas periféricas puede extraérselas simplemente mediante el uso de una fuerza iónica ya que estas proteínas se encuentran interaccionando o con lípidos o con proteínas que se encuentran interaccionando fuertemente con el núcleo hidrofóbico de la membrana a través de interacciones débiles, como interacciones salinas → se desplaza la interacción mediante el KCl 1M. Proteínas periféricas ESQUEMA → proteína dimérica (verde) que atraviesa la membrana → esa proteína interaccionará con el núcleo hidrofóbico de la membrana (PROTEÍNA INTEGRAL). La proteína azul se llama pi-3-quinasa → esta interaccionando con un grupo fosfato de la proteína verde → por lo tanto, es una PROTEÍNA PERIFÉRICA, ya que está interaccionando por interacciones débiles con la proteína verde. La proteína marrón → interacciona con un fosfolípido que tiene 3 fosfatos a través de interacciones iónicas. TANTO LAS PROTEÍNAS AZUL Y MARRÓN SON PERIFÉRICAS Y LA VERDE ES UNA PROTEÍNA QUE INTERACCIONA CON EL NÚCLEO HIDROFÓBICO DE LA MEMBRANA. LA INTERACCIÓN PROTEÍNA LÍPIDO PUEDE FAVORECER LA DEFORMACIÓN DE LA MEMBRANA → hay proteínas que interaccionan con los lípidos → y a medida que van interaccionando favorecen la curvatura de la membrana. LAS PROTEÍNAS PERIFÉRICAS INTERACCIONAN CON PROTEÍNAS INTEGRALES O CON LÍPIDOS DE LA MEMBRANA POR MECANISMO DE COMPLEMENTARIEDAD MOLECULAR. Esquema → membrana y una proteína verde que la atraviesa; hay lípidos y una proteína naranja que interacciona con ellos y una proteína roja que interacciona con la proteína verde mediante mecanismos de complementariedad molecular. Cuando se pone KCl en alta concentración → el KCl es capaz de desplazar las interacciones débiles y de liberar de su unión débil tanto a la proteína naranja como a la roja → las cuales se separan de la membrana. Proteínas que interaccionan con el núcleo hidrofóbico PROTEÍNAS ANCLADAS POR LÍPIDOS → hacia el lado citosolico hay proteínas que se encuentran ancladas por un prenilo → su cola hidrofóbica queda inmersa en la bicapa, quedando anclada a la membrana. Hacia el exterior → las proteínas ancladas por lípidos, en general, son aquellas que están ancladas por un ancla de fosfatidilnositol. Esquema → estructura de los lípidos que permiten anclar a las proteínas a las membranas. Las proteínas que se encuentran hacia el lado externo de la membrana estarán unidas a través de un glicosil fosfatidilnositol. PROTEÍNAS INTEGRADAS AL NÚCLEO HIDROFÓBICO DE LA MEMBRANA → pueden tener un paso o varios pasos a través de la membrana (unipaso o multipaso) → como las que interaccionan con la membrana a través de alfa hélices hidrofóbicas; las proteínas que van a estar constituida por barriles beta hidrofóbicos en su región atravesante de la membrana y las proteínas que se encuentran ancladas a una hemicapa de la membrana a través de una hélice alfa hidrofóbica. EN ESTAS PROTEÍNAS SE PUEDEN DIFERENCIAR 3 DOMINIOS: DOMINIO EXTRACELULAR O LUMINAL DOMINIO TRANSMEMBRANA → formado por aminoácidos no polares de tipo hidrofóbico (en especial si hay un alfa hélice) → se necesita que esos aa hidrofóbicos interaccionen con las colas hidrofóbicas de los ácidos grasos para mantenerse unidos a la membrana. Puede haber PROTEÍNAS UNIPASOS O MULTIPASOS → según la cantidad de veces que atraviesen las membranas. DOMONIO CITOPLASMÁTICO Estas proteínas que se encuentran interaccionando con el núcleo hidrofóbico de la membrana se extraen con detergente: DETERGENTES IÓNICOS (como el SDS) → si se utiliza un detergente iónico fuerte → las colas hidrofóbicas se unirán a las partes hidrofóbicas de la proteína y la desnaturalizarán completamente. La carga que posee la cabeza polar romperá las interacciones iónicas y las interacciones de hidrógeno que estabilizan las estructuras secundaria y terciaria de la proteína. SI SE UTILIZA UN DETERGENTE IÓNICO NO SE PODRÁ ESTUDIAR LA ACTIVIDAD DE LA PROTEÍNA → YA QUE LA DESNATURALIZA. DETERGENTES NO IÓNICOS → un detergente es como un ácido graso → tendrá una cabeza polar y una cola hidrofóbica. Cuando se pone un detergente no iónico en una solución acuosa en presencia de una membrana → las colas hidrofóbicas forman micelas con la membrana y con las estructuras proteicas que allí se encuentran. Entonces → para poder extraer una proteína de la membrana con su conformación nativa → SE UTILIZA UN DETERGENTE NO IÓNICO QUE FORMARÁ MICELAS Y PODRÁ EXTRAER LA PROTEÍNA DE LA MEMBRANA EN SU FORMA NATIVA. Luego, para estudiar la conformación de la proteína, como debe estar en un entorno similar al de la membrana → SE LA PUEDE INTRODUCIR EN UN LIPOSOMA FABRICADO Y MEDIR SU ACTIVIDAD. SI SE UTILIZA UN DETERGENTE IÓNICO NO SE PODRÁ ESTUDIAR LA ACTIVIDAD DE LA PROTEÍNA YA QUE QUEDARÁ DESNATURALIZADA → EN CAMBIO, SI SE UTILIZA UN DETERGENTE NO IÓNICO SI PODRÁ ESTUDIARSE LA CONDORMACIÓN DE LA PROTEÍNA. Otra característica de las proteínas asociadas a membranas es que tienen una vectorialidad → tienen unadireccionalidad. Esquema → hemicapa externa y hemicapa interna; en la hemicapa extracelular se encuentran los dominios extracelulares de las proteínas que contienen todos los glúcidos; mientras que en la hemicapa citosólica no. Por lo tanto → LA PROTEÍNA TIENE UNA DIRECCIÓN VECTORIAL DE COMO INSERTARSE EN LA MEMBRANA → el vector va desde el citosol hacia el extracelular; y van a ser diferentes los dominios de un lado y del otro de la membrana. ES MUY RARO ENCONTRAR PROTEÍNAS GLUCOSILADAS HACIA EL LADO CITOPLASMÁTICO → y de la misma manera, es muy raro encontrar puentes disulfuro en la parte citoplasmática de la proteína, ya que el citoplasma tiene un fuerte carácter reductor y los puentes disulfuro no podrían permanecer en el citosol celular. Por lo tanto → SI UNA PROTEÍNA TIENE PUENTES DISULFURO, SE LOS VA A ENCONTRAR SIEMPRE EN EL DOMINIO EXTRACELULAR. TODAS ESTAS CARACTERÍSTICAS → hacen que AMBOS LADOS DE LA MEMBRANA TENGAN CARACTERÍSTICAS Y TOPOGRAFÍAS DIFERENTES. La composición proteica del dominio extracelular va a ser muy diferente a la composición proteica y lipídica del dominio intracelular de la proteína. Y si se habla de la membrana → la composición lipídica y proteica de la hemicapa extracelular va a ser diferente a la composición lipídica y proteica de la hemicapa citosólica. Movimiento de las proteínas LAS PROTEÍNAS PUEDEN MOVERSE EN LA BICAPA → PERO MUCHAS VECES EL MOVIMIENTO ESTÁ RESTRINGIDO: puede estar restringido ya que las proteínas se encuentran formando agrupaciones proteicas (“clusters”) que interaccionan entre ellas mismas → con lo cual sería muy difícil que una proteína se libere y se pueda mover → si las proteínas se mueven dentro de esa agrupación, se van a mover en conjunto, pero no cada una por separado. puede estar restringido por el citoesqueleto → muchas de las proteínas que atraviesan la membrana, en su porción citosólica van a estar unidas al citoesqueleto asociado a membrana → con lo cual solo se van a poder mover sobre el citoesqueleto, o directamente no se podrán mover y quedaran asociadas a la membrana a través del citoesqueleto. Pueden estar unidas a la matriz extracelular → en cuyo caso, el movimiento de esa proteína estará restringido. EL MOVIMIENTO DE LAS PROTEÍNAS A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS PUEDE SER ESTUDIADO A TRAVÉS DE UNA TÉCNICA LLAMADA FRAP → técnica que sirve tanto para lípidos como para proteínas. Se puede marcar un lípido o una proteína con un reactivo fluorescente y luego irradiarla con un láser → el pulso de láser decolora la zona de la célula donde impacto el láser → luego, si los lípidos o proteínas que están rodeando esa zona se mueven → el fotoblanqueado va a desaparecer rápidamente; mientas que si los lípidos o las proteínas se encuentran inmovilizados → el fotoblanqueado permanecerá en el tiempo. A modo de resumen las membranas biológicas están formados por lípidos y proteínas; tienen la principal función de ser barreras o límites entre la célula y el entorno o entre los compartimientos y el citosol. Las membranas, además de ser barreras participan de los procesos de señalización → los lípidos gracias a la simetría aportaran sustratos y cofactores de las enzimas que podrán degradar los lípidos y generar señales. Además las membranas van a permitir que las células se encuentren ancladas al citoesqueleto a través de las proteínas transmembrana que pueden interaccionar del lado extracelular con proteínas de la matriz extracelular. Los lípidos le darán la impermeabilidad gracias al núcleo hidrofóbico que se forma en el centro de las bicapas; y a su vez le darán fluidez par que las proteínas puedan insertarse y ejercer sus funciones. Los lípidos modulan la actividad de las proteínas asociadas a membrana. Las proteínas le darán la permeabilidad selectiva → seleccionaran que cosas ingresan y que cosas no a través de los transportadores. Las proteínas ancladas a la membrana constituirán los receptores y serán proteínas que permitirán la transcripción de las señales biológicas. Si se desea estudiar una membrana en particular → se deberá hacer un fraccionamiento. Si se desea estudiar la cantidad de lípidos o proteínas → se aplica un método espectrofotométrico.
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