Organización Molecular de la Celula

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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 pequeño 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 
 
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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. 
 
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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 
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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 
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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. 
 
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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 
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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 
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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 
 
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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 deoligosacárido, es un gangliósido. 
 
Los lípidos y las membranas biológicas 
 
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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% de los 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 
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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):