Capitulo 1 D- Organizacion Molecular de la Celula

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Resumen de Biología – Cuadernillos Negros
Capítulo 3 B – Organización Molecular de la Célula
Glúcidos
Estructura Química
Primer requisito: responder a la fórmula general Cn (H20)n 
Segundo requisito: ser aldehídos o cetonas con más de una función alcohol (polialcoholes), ubicados en carbonos diferentes. Luego el glúcido más pequeños tendrá tres carbonos (triosa), uno de ellos para la función aldehído (en C primario) o bien cetona (en C secundario) y los otros dos carbonos conteniendo un alcohol cada uno. La mayoría de los glúcidos presenta carbono asimétrico.
Cada especie molecular que tenga carbono asimétrico se puede presentar bajo dos variantes (por lo menos) denominados isómeros ópticos. Tienen actividad óptica, es decir, son capaces de desviar la luz polarizada. Pueden desviar hacia la derecha (dextrógiro) o hacia la izquierda (levógiro). A los isómeros que tienen estructura especular (si ponemos un espejo entre ellos serían iguales, pero no se superponen), se los denomina enantiómeros.
Puede considerarse a las tetrosas, pentosas, hexosas, como derivados de las triosas por adición de alcoholes secundarios debajo del carbonilo. Cada alcohol secundario creará un nuevo centro de asimetría, ya que el oxhidrilo podrá ubicarse del mismo lado que el alcohol primario o del lado opuesto.
Tetrosas
Las aldotetrosas (de dos carbonos asimétricos, 2 y 3) tienen cuatro isómeros posibles; dos derivados del D-gliceraldehido y dos que derivan del L-gliceraldehido). D por dextrógiro, L por levógiro. Casi todos los glúcidos pertenecen a la serie D. las tetrosas cumplen un rol esencial en el proceso de fotosíntesis y en el humano y otros vertebrados participan en la vía metabólica denominada “ciclo de las pentosas”.
Pentosas
Aldopentosas: el más importante es la D-ribosa y sus derivados, desoxirribosa, la ribosa 5 fosfato, el ribitol 5 fosfato presente en las paredes bacterianas y la xilosa que interviene en la estructura de los proteoglucanos. 
Cetopentosas: dos isómeros que derivan de la L-cetotrosa y dos de la D-cetotrosa. De las últimas dos, la más importante es la D-ribulosa, interviene en la fotosíntesis y en la llamada “via pentosafosfato”, precursora de la fructosa. 
Hexosas
Aldohexosas: ocho isómeros de la serie D y ocho de la L, los más importantes son de la D. D-glucosa, D-manosa, D- galactosa no son enantiómeros pero son diasteroisómeros. Solo difieren en la orientación del oxhidrilo de uno solo de sus carbonos, entonces se los llama epímeros. La D-glucosa y D-manosa son epímeros en C2 y D-glucosa y D-galactosa son epímeros en C4.
Hemiacetalización 
El hemiacetal se forma por un reordenamiento de algunos átomos que constituyen la glucosa. El H del oxhidrilo C5 se traslada al oxigeno del aldehído, reduciéndolo a función alcohol primario, le quedan libres una valencia al C1 y una valencia del O del oxhidrilo del C5, las que se unen formando un puente de oxigeno entre los carbonos uno y cinco. 
La glucosa en su formulación lineal puede interconvertirse en glucosa hemiacetálica y viceversa. Cuando el puente hemiacetálico se forma entre los carbonos uno y cuatro, se la llama glucosa cíclica furanósica o glucofuranosa, proveniente del furano que es un heterociclo de 4C y un O.
Los tautómeros cis (o alfa) y trans (o llamados beta) reciben el nombre de anómeros y pueden convertirse uno en otro pasando por la forma lineal. Se llama carbono anomérico al carbono asimétrico que aparece como consecuencia de la ciclización y es obviamente el C1 en las aldosas y el C2 en las cetosas.
No solo la glucosa se presenta bajo la forma hemiacetálica; las aldopentosas y todas las hexosas también sufren dicho proceso de ciclización. No ocurre lo mismo con triosas y tetrosas. 
Estructura cíclica de los azúcares 
Notación de Haworth: Las formulas se presentan como base de un nucleo hexagonal (para los ciclos piranósicos) o bien pentagonal (para los ciclos furanósicos); en ambos casos, siempre uno de los vértices lo ocupa el oxigeno y en los vértices restantes se sobreentiende la existencia de un carbono y un hidrogeno. Los oxhidrilos se representan con un trazo vertical que nace de los vértices y va hacia arriba cuando el oxhidrilo en la formula lineal estaba hacia la izquierda y hacia abajo cuando en la formula lineal se escribía hacia la derecha. 
Derivados ácidos
Con oxidantes débiles que solo atacan al grupo carbonilo, las aldosas se transforman en los llamados ácidos aldónicos. Si los agentes oxidantes son más fuertes se oxida también el alcohol primario, obteniendo un acido dicarboxilico. Más difícil es oxidar el alcohol primario sin atacar al carbonilo, pero existen ciertas enzimas en los organismos que los oxidan y se obtienen ácidos urónicos. 
Esterificación 
Los alcoholes primarios de pentosas y hexosas se esterifican con ácido fosfórico, formando compuestos de importancia metabólica como los esteres fosfóricos de ribosa y desoxirribosa que intervienen en la composición de los ácidos nucleicos.
Aminación
Consiste en el reemplazo del oxhidrilo de un alcohol por un grupo amino. Los más importantes por formar parte de los glucosaminoglucanos, glucoproteinas y glucolipidos son glucosamina y galactosamina. 
Los ácidos siálicos pueden considerarse como derivados de los monosacáridos aminados, ya que su estructura fundamental deriva de la condensación de la manosamina con el ácido pirúvico, para formar el ácido neuramínico. Los diferentes tipos de ácidos siálicos o neuramínicos resultan de la condensación, sobre el grupo amino, de diversos residuos como ácido acético, glicólico o grupo metoxilo. 
Disacáridos
Resultan de la condensación de dos monosacáridos con pérdida de una molécula de agua. La condensación se verifica entre el oxhidrilo del carbono anomérico de un monosacárido y un oxhidrilo alcohólico cualquiera de otro monosacárido y se denomina unión glicosídica. 
Puede haber disacáridos con unión α glicosídica o bien disacáridos con unión β glicosídica, pero nunca uno con los dos tipos de unión. Casi todos los disacáridos tienen poder reducturo, dado que el segundo azúcar tiene su carbono anomérico libre (el poder reductor depende de la formación de enodioles en C1 Y C2)
Los enlaces glicosidicos se escriben primero mencionando el azúcar que aporta el oxhidrilo anomérico.
Maltosa (enlace α 1-4 glucosídica) Tiene poder reductor. Se obtiene por hidrólisis enzimática del almidón. Enzima específica en el hombre: maltasa.
Isomaltosa (α 1-6 glucosídica) Tiene poder reductor. No se encuentra libre en la naturaleza. Se obtiene por hidrólisis enzimática del glucógeno. Enzima específica: α1-6 glucosidasa.
Celobiosa (β 1-4 glucosídica) Tiene poder reductor. No se encuentra libre. Se obtiene de la hidrólisis enzimática de la celulosa. El hombre no posee enzimas específicas que la ataca.
Lactosa (β 1-4 galactosídica) tiene poder reductor. Se encuentra en la leche. Enzima específica: lactasa.
Sacarosa (α 1-2 glucosídica) no tiene poder reductor. Se encuentra en la caña y remolacha. Es el azúcar común de cocina. Enzima específica: sacarasa. 
Oligosacáridos
Resultan de la unión de más de 2 monosacáridos y los de mayor interés biológico son los relacionados con proteínas (glucoproteínas). La fracción glucidica se asocia a funciones de reconocimiento y señalización, por eso son abundantes en la superficie de las membranas biológicas (glucolipidos) y en las moléculas del sistema inmunitario (inmunoglobulinas).
Esta función no consiste solamente en diferenciar lo propio de lo ajeno, sino que sirve como guía en los procesos de migración celular y en la distribución de biomoléculas entre los distintos tejidos. Sus unidades estructurales presentan numerosos puntos reactivos que facilitan este requerimiento. Los Oligosacáridos también cumplen funciones de protección.
Polisacáridos
La forma predominante de los glúcidos en la naturaleza es como polisacáridos. Estos son polímeros de alto peso molecular que por hidrólisis enzimática o ácida dan uniones de monosacáridos. Cuando son solubles dan soluciones coloidales.Tampoco tienen poder reductor, ya que las uniones glicosídicas impiden la formación de enodioles. Se dividen en homopolisacáridos (que por hidrólisis dan un solo tipo de monosacárido) o bien heteropolisacáridos (que dan distintos tipos de monosacáridos).
Homopolisacáridos
Almidón: es la forma bajo la cual las células vegetales almacenan la glucosa formando gránulos. Está formado por dos porciones: amilosa y amilopectina.
Glucógeno: es el equivalente al almidón en el reino animal, la forma en que las células animales almacenan glucosa.
Celulosa: el polisacárido más abundante de la naturaleza y es insoluble. La unión β que caracteriza a la celulosa obliga a cada molécula de glucosa a estar girada 180º respecto de la que le precede y de la que le continúa. Asi, forma largas cadenas extendidas semejando cintas planas. Entre las moléculas y las cadenas también se forman puentes de hidrogeno, lo que contribuye a aumentar la resistencia mecánica de las mismas y a disminuir su solubilidad en agua. La celulosa se estratifica en capas de orientación cruzada. Sus funciones son de protección y sostén.
Quitina: homopolisacárido lineal, y su estructura y sus funciones recuerdan a la de la celulosa. Está presente en el exoesqueleto en moluscos y artrópodos, donde puede servir de matriz para el depósito de sales minerales.
Heteropolisacáridos
Glucosaminoglicanos (GAG): existe en la matriz extracelular grandes cantidades de un conjunto de macromoléculas llamadas proteoglucanos, en las que la fracción glucidica (GAG) representa las 7/8 partes en peso. 
GAG: se pueden describir como cadenas, cuya longitud varía de unas decenas a cientos y aun miles de eslabones que se repiten, por eso se llama al par de eslabones unidad repetitiva. Cada GAG puede ser representado por la unidad repetitiva que los caracteriza.
Uno de los dos monosacáridos que constituyen la unidad repetitiva es un derivado por oxidación en el carbono 6 de glucosa o idosa, el otro es una hexosamina acetilada con un grado variable de sulfatación. La unión entre la unidad repetitiva se llama intradimérica, y la que une una unidad repetitiva con otra es una unión glucosídica. 
Las cadenas de GAGs se encuentran al estado nativo, generalmente asociadas a proteínas formando los proteoglicanos. 
Péptidoglucanos
La estructura molecular de las paredes bacterianas ha revelado la presencia de péptidoglucanos, que son grandes moléculas conformadas sobre la base de un disacárido. Las uniones β le confieren al polisacárido resultante una disposición tridimensional que recuerda a una delgada cinta. Los péptidos sirven de nexo entre las cintas adyacentes, las que se disponen en varias capas de orientación cruzada conectadas por fuertes enlaces covalentes. 
Lípidos
Desde el punto de vista de su estructura química, se llama lípidos a una serie heterogénea de compuestos que tienen en común una propiedad física: son poco solubles o insolubles en agua, pero solubles en solventes no polares. Podemos clasificarlos en saponificables e insaponificables (entre otras clasificaciones).
Saponificables
Contienen siempre en su estructura por lo menos un ácido graso frecuentemente esterificado. Toda unión éster reconoce en su origen un alcohol y un ácido graso. Entre los importantes, están aquellos que poseen como alcohol al glicerol (no nitrogenado) o al esfingol (nitrogenado).
El glicerol puede esterificar uno, dos o las tres funciones alcohol (monoacilgricéridos, diacilglicéridos o triacilglicéridos) también puede formar esteres con ácido fosfórico.
Los ácidos grasos responden a la fórmula general CH3-(CH2)n-OCOH. En su estructura pueden definirse dos zonas netamente distintas: la cabeza polar afín con el agua (hidrófila) y la cola no polar (hidrofóbica). Por eso se dice que son anfipáticas. Se comportan en solución como ácidos débiles y su punto de fusión aumenta conforme la longitud de la cadena hidrocarbonada se hace mayor. Son líquidos hasta 10 C y sólidos los más largos. Su solubilidad también disminuye a medida que aumenta el número de C. 
Las grasas de origen animal y vegetal son ricas en ácidos grasos esterificados, muchos de ellos insaturados (dobles ligaduras). Las dobles ligaduras influyen sobre algunas propiedades físicas, como el punto de fusión y la solubilidad. Cada una de ellas, produce una leve curvatura en el eje del ácido graso. Entre ellos, merece destacar el araquidónico, que tiene 20 C y forma parte de la matriz lipídica de la membrana plasmática. 
Glicéridos
Son esteres del glicerol con ácidos grasos (saturados o no saturados).
Saponificación
Si se trata un glicérido con un álcali (HOK) (HONa) se rompe el enlace éster, reconstituyéndose el glicerol mientras que el ácido graso toma el catión en lugar del hidrógeno, constituyéndose así un jabón. 
Al esterificarse con los alcoholes del glicerol, los ácidos grasos pierden gran parte de su afinidad con el agua. Si los ácidos grasos que esterifican al glicerol son predominantemente saturados, el glicérido resultante es sólido a temperatura ambiente (grasa). Si predominan los insaturados los glicéridos son líquidos (aceites).
Funciones biológicas de los glicéridos
Los glicéridos o grasas neutras son los lípidos biológicos más abundantes y funcionan como reservorios energéticos citoplasmáticos porque:
1. Su insolubilidad en agua hace que sean osmóticamente poco activas (no atraen solvente del medio extracelular).
2. Su alto valor calórico: los acilgliceridos proporcionan el doble de calorías que los hidratos de carbono. Las grasas encierran la misma cantidad de energía que los glúcidos, en la mitad de peso y sin ejercer presión osmótica.
3. Son excelentes aislantes térmicos.
Si tres moléculas del mismo acido graso esterifican los tres alcoholes del glicerol se forma un triacilglicérido simple, sin actividad óptica. Si los ácidos grasos son distintos, el glicérido es mixto, tiene actividad óptica y el carbono asimétrico esterifica un insaturado. 
Fosfoacilglicéridos 
Tienen una unión éster en el C3 con ácido fosfórico. Se los conoce como ácidos fosfatídicos. El –OH del ácido fosfórico puede esterificarse con otros compuestos (nitrogenados o no). La presencia del ácido fosfórico le confiere al fosfoacilglicérido un carácter netamente anfipático, pues las colas de los ácidos grasos son apolares, mientras que el fosfato es polar. 
Funciones de los Fosfoacilglicéridos
Cumplen funciones primordialmente estructurales, llegando a conformar buena parte de los lípidos de la membrana. Son moléculas decididamente anfipáticas, con cabezas iónicas o polares que se rodea de moléculas de agua a través de puentes de hidrogeno y una cola hidrofóbica. Los distintos tipos de derivados Fosfoacilglicéridos se distribuyen asimétricamente en cada una de las dos capas que forman la matriz lipídica de las membranas biológicas.
Derivados del esfingol
Es una molécula de 18C, tiene alcohol primerio, grupo amino en el C2, alcohol secundario en el C3 y doble ligadura entre los carbonos 4 y 5. A pesar de poseer dos funciones alcohol, se asocia a ácidos grasos a través de una amida con el N del C2, formando una ceramida, la que tratada con álcalis genera jabones. 
Funciones biológicas de los derivados del esfingol
Los derivados del esfingol son moléculas anfipáticas, encontrándoselas n la capa externa de la matriz lipídica de las membranas biológicas.
Glucolipidos 
Compuestos de alto peso molecular, abundantes en el tejido nervioso, compuestos por una parte hidrofóbica y un oligosacarido hidrofílico. Si la poción glucosídica se limita a un molécula de galactosa, el glucolípido se denomina cerebrósido. Si a la galactosa le agregamos además un resto de oligosacárido, es un gangliósido. 
Los lípidos y las membranas biológicas
Las membranas biológicas frecuentemente separan dos soluciones acuosas que puede ser lo extracelular de lo intracelular. En los eucariotas, el medio intracelular está separado en distintos compartimientos limitados también por membranas biológicas. Los lípidos constituyen alrededor del 50% delos componentes moleculares de las membranas biológicas. Generalmente están compuestos por estructuras anfipáticas.
Excepciones: los ácidos grasos no esterificados, pero en ellos la cabeza polar se hidrata en contacto con el agua, y en ella forma micelas, que son agrupaciones moleculares en las que las colas hidrofóbicas se orientan hacia el centro. 
Las sales de los ácidos grasos ejercen una acción detergente basándose en hundir su cola en el seno de una gota lipídica mientras que la cabeza polar aniónica (con un menos al lado) se orienta hacia la interfase agua-lípido, formando todo el conjunto una esfera cargada negativamente que se repele con otra semejante.
Los lípidos de una membrana poseen dos colas hidrofóbicas, y se disponen en bicapa, basado en un modelo según el cual, los componentes lipidicos se mantienen en su lugar gracias a las interacciones hidrofóbico-hidrofilicas. 
Insaponificables
Estos lípidos no presentan uniones ésteres pues derivan de la polimerización de un hidrocarburo de 5 carbonos, el isopreno. Se dividen en terpenos y esteroides
Terpenos
Formados por dos o más unidades de isopreno. Se ordenan cabeza cola. Pueden ser moléculas lineales, cíclicas o contener ambos tipos de estructuras. Los terpenos presentan una gran importancia biológica ya que de ellos derivan la coenzima Q, y las vitaminas liposolubles A, E, K. Se los encuentra generalmente asociados a la matriz lipídica de las membranas biológicas. 
Esteroides
Son derivados cíclicos del isopreno, todos tienen en común un nucleo formado por 4 anillos. Tres son ciclohexanos (A, B y C) y el cuarto es un ciclopentano. Los primeros etan unidos según la disposición fenantreno. El reemplazo de las dobles ligaduras por hidrogeno deriva en el perhidrofenantreno al que se le adosa un ciclopentano.
Esteroles
Se origina a partir del escualeno. Tienen un grupo oxhidrilo en el C3 y una cadena alifática ramificada de 8 a 10 carbonos en el C17. El esterol más abundante en los tejidos animales es el colesterol. 
Se trata de una molecula hidrofóbica con un leve carácter polar en el alcohol del C3. Es muy abundante en las membranas de las células eucariotas dónde se orienta con el alcohol próximo a las cabezas polares de los fosfolípidos y el cuerpo hidrofóbico a la altura de las colas hidrofóbicas de estos, en proporciones equimoleculares (una de colesterol por cada una de fosfolípidos). A partir de él se sintetizan sales biliares, la forma hormonalmente activa de la vitamina D y las hormonas de la corteza suprarrenal (corticoides) y sexuales (andrógenos y estrógenos):