COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA

UNIVERSIDAD ANDRÉS BELLO FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

LABORATORIO DE BIOLOGÍA CELULAR BIO-035

GUÍA nº 4: COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA

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INTRODUCCIÓN

Las células son estructuras increíblemente complejas y diversas, capaces de autorreplicarse y de realizar una amplia variedad de funciones especializadas en los organismos multicelulares.

En términos generales, las células se componen de agua, iones inorgánicos (sales minerales) y moléculas orgánicas que contienen carbono. Tanto el agua como las sales minerales son muy importantes en el funcionamiento celular, sin embargo, son los compuestos orgánicos de la célula los que dan características únicas.

Hidratos de carbono, proteínas, lípidos y ácidos nucleícos son los cuatro tipos principales de moléculas orgánicas que se encuentran en la célula, y cumplen en ella tanto roles estructurales como funcionales. Las células obedecen a las mismas leyes físicas y químicas que determinan el comportamiento de los sistemas no vivos, y su química básica puede ser entendida en términos de las estructuras y funciones de estas cuatro clases principales de moléculas orgánicas.

Objetivo General del laboratorio:

El objetivo de este laboratorio es que el estudiante sea capaz de reconocer y diferenciar moléculas orgánicas e inorgánicas y que comprenda y explique, por medio de la justificación de los resultados obtenidos, los fundamentos de las metodologías de reconocimiento utilizadas.

Los HIDRATOS DE CARBONO o GLÚCIDOS (dulce), como su nombre lo indica, se componen de carbono, hidrógeno y oxígeno. Los carbohidratos más simples son los monosacáridos. Todos ellos contienen grupos hidroxilo, así como aldehído o ceto. Estos azúcares simples se polimerizan (forman moléculas más complejas), a través de reacciones de deshidratación para formar oligosacáridos (2-6 moléculas de monosacáridos) o polisacáridos (cientos o miles de moléculas de monosacáridos). El enlace formado en esta reacción se conoce como enlace glucosídico y se establece entre el carbono del grupo hidroxilo de una unidad y el carbono del grupo aldehído o ceto de otra unidad.

Los glúcidos están presentes en la totalidad de las células, a veces libres, e intervienen en los procesos químicos celulares, o constituyen macromoléculas como por ejemplo, celulosa, almidón y ARN. Los polisacáridos juegan papeles importantes como moléculas de almacenamiento de energía, así como también son componentes estructurales de la superficie celular. Los oligosacáridos se unen comúnmente a proteínas o lípidos dando origen a las glicoproteínas y glicolípidos. Estos son parte importante de las membranas, y participan así en los procesos de reconocimiento celular e interacción entre células.

Las PROTEÍNAS; todas ellas contienen carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno; además la mayoría contiene azufre y, algunas, fósforo, hierro, zinc y cobre; están formadas por monómeros llamados aminoácidos, que se unen entre sí por medio del enlace peptídico. Este enlace covalente, a través del cual los aminoácidos polimerizan, se formaentre elgrupo carboxilo (COO-) de un aminoácido y el grupo amino (NH3+) del siguiente por la eliminación de una molécula de agua. Las interacciones hidrofóbicas y covalentes, como los puentes de azufre (S-S), que se establecen entre los aminoácidos que forman una proteína determinan en ella diferentes niveles de estructura, los cuales contribuyen a su plegamiento y a que adopten su conformación final característica. Así la pérdida de esta conformación puede llevar a la pérdida de la función que una proteína realiza.

En la célula, las proteínas realizan importantes funciones; proveen rigidez estructural (colágeno, queratina), controlan la permeabilidad de las membranas (proteínas transmembranales), regulan las concentraciones de los metabolitos (insulina, glucagón), reconocen y se unen a otras biomoléculas en forma covalente (proteínas de reconocimiento), participan en el transporte y movimiento celular (hemoglobina, miosina y actina), se encargan de la defensa del organismo frente a patógenos (inmunoglobulinas), etc.

El grupo de proteínas más especializado es el de las ENZIMAS, las enzimas son proteínas con función catalizadora, es decir, se encargan de regular la velocidad de las reacciones químicas. Las enzimas son grandes moléculas de proteína formadas por una o varias cadenas polipeptídicas. Se caracterizan por presentar alta especificidad por un sustrato, y por su conformación tridimensional que da origen al sitio activo, especializado en la unión con los compuestos sobre los cuales actúan las enzimas. Algunas enzimas necesitan un componente adicional en el sitio activo para realizar su actividad catalizadora, este compuesto se denomina cofactor.

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Los LÍPIDOS son moléculas insolubles o escasamente solubles en agua, debido a que una gran parte de ellos es hidrofóbica. Esta parte hidrofóbica sólo contiene carbono e hidrógeno. Los lípidos proveen una importante forma de almacenamiento de energía, son los principales constituyentes de las membranas, y son importantes en los procesos de señalización celular, tanto como hormonas esteroidales como moléculas mensajeras.

Los ÁCIDOS NUCLEICOS poseen dos tipos principales de macromoléculas, el ácido ribonucleico o ARN y el ácido desoxirribonucleico o ADN. Ambos tipos están formados por polímeros de nucleótidos (ribonucleótidos en el caso de ARN y 3 desoxirribonucleótidos en ADN) unidos por enlaces fosfodiester. Ambos tipos se diferencian en el azúcar que contienen en sus nucleótidos (ribosa en el ARN y 3 desoxirribosa en el ADN), y en que el ARN se presenta como una molécula de una sola hebra, mientras que el ADN es de doble hebra. La función general de los ácidos nucleícos es permitir el flujo de la información genética contenida por una célula a otra célula hija y utilizar esta información para la expresión génica. La molécula de ADN se conoce como la molécula de la herencia y almacena la información genética en los genes que codificarán para proteínas y ARN. El ARN participa principalmente en transformar la información contenida en el ADN a moléculas funcionales como lo son las proteínas. El ARN se presenta principalmente en tres formas que cumplen distintas funciones: el ARN mensajero que transporta la información contenida en un gen hasta el citoplasma; el ARN ribosomal que forma parte estructural y catalítica delos ribosomasenlos cuales se produce la traducción de la información contenida en los ARN mensajeros a proteínas; el ARN de transferencia participa como molécula adaptadora para transformar la información desde el ARN mensajero a proteína.

Las SALES MINERALESson moléculas inorgánicas que se encuentran formando parte de los seres vivos y, aunque se encuentran en pequeñas cantidades en comparación a las biomoléculas, tienen funciones muy importantes en las reacciones metabólicas, en la regulación de éstas o como constituyentes celulares. Las sales más abundantes en los seres vivos son los cloruros, los fosfatos y los carbonatos de calcio, sodio, potasio y magnesio. La función que las sales minerales desempeñan en el organismo depende del estado físico en que se encuentren, ya sea como sales precipitadas, donde forman parte de endoesqueletos de vertebrados (fosfatos y carbonatos), de conchas de moluscos y dientes (carbonatos) y de estructuras de sostén en plantas como las gramíneas (sílice); o como sales disueltas, formando parte de todos los plasmas intra e intercelulares disociadas en forma de iones como los cloruros (Cl-), fosfatos (PO3-3), etc. Las sales disueltas tienen numerosas funciones, pero la más importante es la función homeostática o el mantenimiento constante del medio celular interno. También participan en la regulación de la presión osmótica determinando la concentración de la disolución.

ACTIVIDADES PRÁCTICAS

ACTIVIDAD nº1: RECONOCIMIENTO DE HIDRATOS DE CARBONO

A) Identificación de monosacáridos mediante la reacción de Somogyi

Los monosacáridos y algunos disacáridos, en medio alcalino y en caliente, presentan una capacidad reductora que permite su reconocimiento en distintos tipos de muestras, entre ellas los líquidos biológicos como la orina yla leche.

La reacción de Somogyi permite el análisis rápido de azúcares basada en la capacidad de los monosacáridos para reducir algunas moléculas, entre ellas los hidróxidos metálicos.

Los componentes principales del reactivo de Somogyi son sulfato de cobre (CuSO4), hidróxido de sodio (NaOH), que reaccionan para formar hidróxido de cobre (Cu(OH)2). La precipitación de este hidróxido se evita agregando a la solución tartrato doble de sodio y potasio (C4H4KNaO6E4H2O), obteniéndose una solución de color azul intenso.

Calentando el reactivo de Somogyi en presencia de un hidrato de carbono reductor como la glucosa, aparece un precipitado rojo ladrillo correspondiente a óxido cuproso (Cu2O).

Para comparar la capacidad reductora de distintas muestras que contiene mono y polisacáridos, se realizará la reacción de Somogyi en distintas soluciones. Esto

permitirá identificar la presencia y el tipo de hidrato de carbono que se encuentra en las distintas soluciones que se entregarán en el laboratorio.

Según

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