BIOQUIMICA - BIOELEMENTOS

UNIDAD No. 2 – PRECURSORES DE MACROMOLÉCULAS Y MACROMOLÉCULAS GENERALIDADES

A) PRECURSORES DE LAS MACROMOLÉCULAS

Los precursores de las macromoléculas son:

MONOSACÁRIDOS, NUCLEÓTIDOS Y AMINOÁCIDOS

La unidad de estos tres grupos de compuestos biológicos diferentes está dada por la función principal que desempeñan en el organismo, que es la de constituir las unidades básicas de las macromoléculas.

Cada uno de estos tres grupos por separado no se diferencia, en estructura y propiedades, de los cientos de compuestos orgánicos que existen en la naturaleza o que son sintetizados artificialmente en los laboratorios. Sin embargo, en la estructura general de cada grupo particular, se presenta la posibilidad química de unirse entre sí, o al hacerlo las discretas propiedades individuales se potenciarán entre todas para dar lugar a un nuevo tipo de compuesto, las macromoléculas biológicas, las que constituyen los sustratos materiales de la vida.

CARACTERÍSTICAS COMUNES DE LOS PRECURSORES DE LAS MACROMOLÉCULAS

1- Composición Elemental

2- Agrupaciones Atómicas Presentes

3- Regularidad Estructural

4- Fuentes estructurales de Diversidad

5- Formación de Enlaces

6- Multiciplidad Funcional

Las macromoléculas representan +90% del peso seco de la materia viva y poseen una marcada complejidad estructural y funcional. Poseen altísimos PM de ahí su nombre. Aun así, su composición elemental es relativamente simple, siendo un ejemplo de la gran diversidad que puede obtenerse a partir de un número limitado de elementos de construcción. En cada caso analizaremos la correspondencia entre las particularidades estructurales y las funciones que realizan en los seres vivos.

Las macromoléculas biológicas son:

POLISACÁRIDOS, PROTEÍNAS Y ÁCIDOS NUCLEICOS

Las macromoléculas pueden ser estudiadas como un grupo de compuestos debido a que presentan características estructurales comunes a los 3 tipos diferentes, las cuales, están dadas por la forma en que se organizan. Por ejemplo, podemos hacer la siguiente descripción:

“Se trata de un tipo particular de macromolécula, de composición elemental simple. Los altos pesos moleculares se alcanzan por la polimerización de un grupo homogéneo de compuestos, sus precursores. El enlace que une entre sí a los precursores es de tipo covalente y se forma la perdida de una molécula de agua. Se puede destacar 2 factores estructurales: el eje covalente, regular a todo lo largo de la molécula y los grupos atómicos laterales. ”

¿A cuál tipo de macromolécula corresponde esta descripción? A cualquiera de ellas ya que en ella se recogen las características esenciales, generales de todas.

CARACTERISTICAS GENERALES DE LAS MACROMOLÉCULAS

1- Composición elemental

2- Peso Molecular

3- Enlace Covalente

4- Carácter Polimérico

5- Estructura Tridimensional.

Papel de las interacciones débiles.

6- Carácter Informacional.

7- Relación Composición – Conformación – Función

PRECURSORES DE LOS POLISACÁRIDOS: MONOSACÁRIDOS

Son aldehídos y cetonas polihidroxilados y sus derivados.

CLASIFICACIÓN:

1- MONOSACÁRIDOS O AZÚCARES SIMPLES

A este grupo pertenecen las triosas, Tetrosas, Pentosas, Hexosas, etc.…

Principales Monosacáridos:

Aldosas: Ribosa, Arabinosa, Xilosa

Cetosas: Ribulosa, Xilulosa

Pentosas

Aldosas: Glucosa, Galactosa, Manosa

Cetosas: Fructosa, Sorbosa

Hexosas

2- DISACÁRIDOS:

Sacarosa formada por Glucosa y Fructosa, unidos por enlace ∞1, β2. Es el azúcar de mesa, de cana o de remolacha.

Maltosa formada por Glucosa y Glucosa, unidos por enlace ∞1, 4. Es el azúcar de malta y se produce en la hidrólisis del almidón.

Lactosa formada por Galactosa y Glucosa, unidos por enlace β1, 4. Es el azúcar de leche.

3- POLISACÁRIDOS:

Son componentes esenciales de las estructuras celulares y sirven como materiales energéticos que las células metabolizan o depositan en reserva.

Abundan en las plantas en forma de:

a) Celulosa (Material de soporte)

b) Almidón (Alimento de reserva de los vegetales)

Abundan en los animales en forma:

a) Glucógeno (Material energético de reserva)

b) Glicosaminoglicanos (GAG) (Funciones variadas, en especial estructural)

GLICOSAMINOGLICANOS

Los Glicosaminoglicanos (GAG) son grandes complejos de cadenas de polisacáridos (un 95%) cargadas negativamente asociadas con una pequeña cantidad de proteínas (5%).

a) Producen el gel que forma la base de la sustancia fundamental del tejido conectivo (Matriz Extracelular), ya que, tienen la especial habilidad de retener grandes cantidades de agua y cationes.

b) El tejido conectivo encontrado en piel, tendones, cartílago, filamentos y en la matriz del hueso incluye además las fibras de proteína insoluble distribuida en la sustancia fundamental. El carácter del tejido conectivo depende en gran parte de las proporciones relativas de la sustancia fundamental y de las proteínas fibrosas embebidas.

Por ejemplo: el cartílago es rico en sustancia fundamental, mientras que el tendón está compuesto primariamente de fibras.

c) La viscosidad, propiedad lubricante de las secreciones mucosas, resulta de una solución acuosa de Glicosaminoglicanos, hecho que condujo a su nombre original de Mucopolisacáridos.

d) El Líquido Sinovial es un ejemplo de sustancia fundamental especializada y sirve como lubricante en las articulaciones, Vainas de los tendones y Bursa.

ESTRUCTURA DE LOS GLICOSAMINOGLICANOS

COMPONENTE CARBOHIDRATO DE LOS GAG

El componente de los GAG es un largo y no ramificado heteropolisacárido, generalmente comprende una unidad disacárida repetida.

[Aminoazúcar – Azúcar Acido] (n)

El Aminoazúcar es siempre: D-Glucosamina o

D-Galactosamina

Donde el grupo amino esta usualmente, pero no siempre, acetilado y también puede estar sulfatado en el carbono #4 o #6 en un N no acetilado.

El azúcar acido es el D –Acido Glucurónico o su epímero en el carbono 5, el ácido L- Idurónico. Aunque una cadena individual puede tener una mezcla de ácidos urónicos la hexosamina es siempre toda glucosa o toda Galactosamina.

PROPIEDADES DE LOS GAG

a) Los grupos carboxilo de los azucares ácidos están a pH filosófico negativamente cargados y junto a los grupos de sulfato dan a los Glicosaminoglicanos su naturaleza fuertemente negativa (acidica). Por el gran número de cargas negativas estas cadenas heteropolisacáridas tienden a estar extendidas en solución y a repelerse a unas a otras, mientras al mismo tiempo están rodeadas por un escudo de moléculas de agua.

b) Cuando vienen juntas se deslizan una sobre la otra tanto como 2 imanes con la misma polaridad parecen deslizarse uno en el otro. Esto produce la consistencia de resbaladiza de las secreciones mucosas y el líquido sinovial.

c) Cuando una solución de Glicosaminoglicanos es comprimida el agua será expulsada hacia fuera y los Glicosaminoglicanos son forzados a ocupar el volumen más pequeño. Sin Embargo, cuando la compresión es liberada los Glicosaminoglicanos brindan de nuevo a su volumen original hidratado, debido a la repulsión de sus cargas negativas.

CLASISIFICACION DE LOS GAG

Hay 6 grandes clases de Glicosaminoglicanos. Se clasifican según los monómeros que los componen, el tipo de enlace glicosídico y la localización de sus unidades de Sulfato.

1- CONDROITIN 4-SULFATO Y CONDROITIN 6-SULFATO

2- QUERATAN SULFATO

3- DERMATAN SULFATO

4- HEPARAN SULFATO

5- HEPARINA

6- ACIDO HIALURONICO

PROTEICOS DE LOS GAG

Todas las cadenas polisacáridas de los Glicosaminoglicanos, con excepción del Acido Hialurónico, se encuentran unidas covalentemente a la proteína, formando:

MONOMEROS PROTEOGLICANOS

Proteoglicanos Del Cartílago

Un monómero proteoglicano encontrado en un cartílago consiste de una proteína central (core protein), a la cual, las cadenas lineales de carbohidratos están covalentemente unidas. Esas cadenas pueden ser más de 100 y se extienden hacia fuera de la proteína central y se mantienen separadas una de la otra a causa de la repulsión de sus extensas cargas negativas. La estructura resultante se parece a una escobilla para frascos.

Condroitín Sulfato 4 y 6

Queratán Sulfato

Hialuronatos:

Compuestos de D-glucoronato + GlcNAc unión tipo β(1, 3)

Dermatan sulfatos:

Compuestos de L-iduronato (muchos contienen sulfato) + GalNAc-4-sulfato α(1, 3)

Condroitina 4– y 6–sulfatos: Compuesto de D-glucoronato y GalNAc-4- o 6-sulfato unión tipo β(1, 3) (la figura contiene GalNAc 4-sulfato)

Heparina y Heparan Sulfatos:

Compuesto de iduronato-2-sulfato (D-glucuronato-2-sulfato) y N-sulfo-D-glucosamina-6-sulfato unión tipo α(1, 4) (heparan tienen menos sulfato que las heparinas)

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