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Las células están formadas por un número restringido de elementos. Seis de estos (C,H,N,O,P,S) conforman el 99% da masa das células.
El carbono es el elemento base de todo componente orgánico y destaca por su capacidad de formar grandes moléculas. El átomo de C puede formar cuatro enlaces covalentes con otros átomos o unirse a otros C formando cadenas o anillos generando asi moléculas grandes y complejas.
El enlace covalente se forma cuando dos átomos comparten electrones. En un enlace sencillo se comparte un electrón de cada átomo.
En el enlace libre se comparten dos electrones de cada átomo. Estos enlaces covalentes son muy estables y en los sistemas biologicos sería muy difícil romperlos si no fuese por la presencia de catalizadores (enzimas, proteínas especializadas).
Las cadenas de carbono pueden incluír dobles enlaces, si estos se encuentran entre átomos de carbono alternos, los electrones de enlace se mueven dentro de la molécula, estabilizando la estructura por un fenómeno llamado resonancia.
Cuando se produce resonancia en un compuesto cíclico, se produce un anillo aromático.
Los otros átomos abundantes en la célula (H,N,O,P,S) tambien forman enlaces covalentes estables.
La sustancia as abundante en la célula es el auga que supone aproximadamente el 70% del peso. La mayoría de las reacciones intracelulares ocurren en medio aucoso. El carácter polar de la molécula de auga (un extremo carga + y otro carga - ) la capacita para disolver moléculas polares y los compostos iónicos.
Por otra parte, la insolubilidad de las moléculas no polares en auga hace que estas tiendan a asociarse entre si creando compartimentos hidrofóbicos, donde puede tener lugar otro tipo de reacciones.
Los principales compuestos que encontramos en las células son azucares, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

  • Azúcares.

Son moléculas que responden a esta fórmula general: (CH2O)n
Pueden aparecer como azúcares simples (monosacáridos), como pequeñas cadenas (oligosacáridos) o como cadenas largas (polisacáridos).

  • Monosacáridos
    • Aldosas: presentan un grupo aldehído.
    • Cetosas: presentan un grupo cetona.

Pueden tener 3,4,5,6,7 u 8 carbonos y tienen 2 o más grupos hidroxilo.
Dependiendo de los carbonos que tenemos, hay:

    • Triosas (3C): gliceraldehído y dihidroxiacetona.
    • Pentosas (5C): ribosa y ribulosa.
    • Exosas (6C): glucosa y fructosa.

En solución acuosa y en azucres de más de cuatro carbonos el grupo aldehído o cetona tiende a reaccionar con un grupo hidroxilo en la misma molécula formándose un anillo de 5 o 6 carbonos.
Muchos monosacáridos solo se distinguen entre ellos por la distribución espacial de sus átomos, son los isómeros (la molécula es la misma, solo cambia la distribución espacial).
Dos isómeros que sean imagenes especulares uno del otro se denominan D ou L.
Los monosacáridos tienen muchos isómeros que se diferencian en la orientación de los grupos hidroxilos.
En el anillo, el grupo hidroxilo del carbono que presenta el aldehído o la cetona puede pasar de una posición a otra.
Los grupos hidroxilos de un monosacárido simple pueden estar substituídos por otros grupos, formándose derivados de azucares (ejemplo: ácido glucurónico y la glucosamina)

  • Oligosacáridos y polisacáridos:

El grupo hidroxilo unido al carbono que presenta el grupo aldehído o cetona de un monosacárido puede reaccionar con el grupo hidroxilo de otra molécula de azufre formando un disacárido.
Con unidades repetitivas se pueden formar moléculas lineales y ramificadas. Las cadenas cortas son oligosacáridos (ejemplo: maltosa, lactosa y sacarosa) y las cadenas largas se denominan polisacáridos (ejemplo: almidón, glucóxeno y celulosa).
En muchos casos, la secuencia de azucares no es repetitiva, formándose los oligosacáridos complejos.
Normalmente estos oligosacáridos están unidos a lípidos y proteínas (formarán entonces glucolípidos o glucoproteínas).
Los monosacáridos son la fuente de enerxía química primaria para la célula. Mediante reacciones oxidativas se obtiene H2O, CO2 y energía en forma de ATP.

  • Lípidos.

Son moléculas biológicas que tienden a ser insolubles en agua pero solubles en disolventes orgánicos. Constituyen una clase amplia y poco definida de moléculas que se divide en:

  • ácidos grasos
  • esfingolípidos
  • glucolípidos
  • ceras
  • terpenas
  • esteroides
  • esteroides de glicerol:
  • -glicéridos
  • -fosfoglicéridos
  • Ácidos grasos:

Son ácidos carboxílicos con una larga cadena hidrocarbonada. Si ésta contiene dobles enlaces, hablamos de ácidos grasos insaturados y si non los tiene, hablamos de saturados.
El doble enlace es rigido y origina una alteración en la estructura de la cadena.
Esta cadena es hidrofóbica y el grupo ácido carboxílico es hidrofílico por lo que en agua forman una película superficial o pequeñas micelas.
Los ácidos grasos constituyen otros lípidos y son una fuente importante de energía.

  • Glicéridos:

Los ácidos grasos se almacenan unidos al glicerol mediante un enlace éster. Los triglicéridos forman gotas esféricas en el citoplasma de las células y sirven de reserva energética y como aislantes térmicos y mecánicos.

  • Fosfoglicéridos:

En los fosfoglicéridos, dos de los grupos hidroxilo del glicerol están unidos a ácidos grasos mientras que el tercer grupo está unido al ácido fosfórico. El fosfato, además, está unido a un pequeño grupo polar que puede ser colina, etanolamina, serina, inositol o glicerol.

  • Esfingolípidos:

Son derivados de la esfingosina que se forma por la condensación del aminoácido serina con un ácido graso. A continuación se une a otro ácido graso, formando la ceramida. Ésta se une al ácido fosfórico y el fosfato se une a la colina, formando la esfingomielina que es el fosfolípido mayoritario en las membranas plasmáticas. Tanto los fosfoglicéridos como los esfingolípidos forman bicapas lipídicas que constituyen la base de todas las membranas celulares.

  • Glucolípidos:

Proceden, casi siempre, de la ceramida. A ésta se le une un azucar. También son componentes de las membranas celulares.

  • Ceras:

Son ésteres (enlace éster) de ácidos grasos con cualquier alcohol, excepto el glicerol.
Son unha fuente de enerxía y las ceras mas duras pueden ser componentes estructurales.

  • Terpenos (= poliisoprenoide):

Son polímeros lineales de isopreno. A este grupo pertencen varias vitaminas ( A,K,E), tambien algunos aceites.

  • Esteroides:

Tamén son polímeros do isopreno y tienen una estructura común formada por cuatro anillos. Comprenden algunos componentes de membrana como el colesterol, alguna hormona ( testosterona) y la vitamina D.

       3- Proteínas.
Son  polímeros formados por aás. Los aás constan de un átomo de carbono unido a un grupo amino, un grupo carboxilo, un átomo de hidrógeno y un radical que va ser distinto en los diferentes aás:
El átomo de C es asimétrico, por lo que existen dos isómeros: D e L.
Las proteínas constan exclusivamente de aás L.
Los aás se clasifican en funcion del radical.
Si el radical es básico, los aás de este tipo son Lisina, histidina y arginina.
Si el radical es ácido tenemos: ácido aspártico y ácido glutámico.
La cadena puede ser polar sin carga, en este caso son: glutamina, serina, treonina, tirosina y asparagina.
El radical puede ser no polar, en este caso serían el resto de los aás.
Los aás se unen entre si por una unión amida que recibe el nombre de enlace peptídico: un grupo carboxilo de un aá reacciona con el grupo amino del otro aá con pérdida de una molécula de agua.
Los aás con cadenas laterales polares sin carga se situan en el exterior de las proteínas debido a su caracter hidrofílico. Los que tienen cadenas no polares se agregan en el interior de las proteínas (hidrófobo).
Los que tienen cadenas ácidas o básicas son muy polares y casi siempre estan en la superficie de la proteína.
La mayor parte de las proteínas son hidrofílicas.

Estructura das proteínas:
Cuatro niveles de organización.

    • Estructura primaria: es la secuencia de los aás de una proteína.
    • Estructura secundaria: es la configuración de la cadena de aás estabilizada por enlaces de hidrógeno entre fragmentos contiguos.
    • Estructura terciaria: es el empaquetamiento de segmentos con estructura secundaria formando estructuras globulares denominadas dominios. Las proteínas pequeñas presentan un único dominio y las mas grandes tienen varios dominios unidos por cortas cadenas polipeptídicas.
    • Estructura cuaternaria: son proteínas compuestas por algunas subunidades unidas por fuerzas no covalentes, es decir, por enlaces de hidrógeno o iónicos (son enlaces no fortes).

Son complejos de mas de una cadena polipeptídica. Solo algunas proteínas presentan esta estructura como son los receptores de membrana.
Las proteínas constituyen las herramientas de las células, por exemplo: las enzimas que catalizan las transformaciónes químicas de las moléculas del sustrato unidas a ellos utilizando, con frecuencia, pequeñas moléculas de coenzimas para ampliar su versatilidad química.
Las proteínas pueden cambiar de forma, por lo que pueden generar una fuerza mecánica o el bombeo de iones a través de la membrana.                                                                                                                    

4- Nucleótidos e ácidos nucleicos.
Un nucleótido está formado por una base nitrogenada, un azufre y 5C y uno o varios grupos fosfato.
Un nucleótido es la unión de la base con el azufre.
Las bases son compuestos cíclicos con N. Pueden ser purinas (adenina y guanina) o pirimidinas (citosina, timina y uracilo).
Los azucares pueden ser ribosa o desoxirribosa que se unen por su C1 a una base formando enlace glucosídico.
Á su vez, en el C5 del azucar, se unen los fosfatos. Son frecuentes los mono, di y trifosfatos y el grupo fosfato hace que el nucleótido esté cargado negativamente.
Las funciones de los nucleótidos son:

  • Transportan energía en uniones fosfoanihidrido, como P. ejemplo. ATP.
  • Se combina con otros grupos formando coenzimas. Ejemplo: CoA.
  • Son utilizados como moléculas señalizadoras específicas. Ejemplo: AMP-cíclico.
  • Unidos entre si constituyen los ácidos nucleicos.

Para formar los ácidos nucleicos los nucleótidos se unen por enlaces fosfodiester entre los átomos de carbono 5´y 3´de dos nucleótidos quedando dos extremos libres (5´ libre y 3´ libre).
Los ácidos nucleicos son de dos tipos segun el azucar que contengan. Asi, los que tienen ribosa son ácidos ribonucleicos (ARN) y los que tienen desoxiribosa son ácidos desoxiribonucleicos (ADN).

  • ARN contiene las bases A, U, G, C.
  • ADN contiene las bases A, T, G, C.

El ARN presenta estructura monocatenaria (una cadena) y el ADN  bicatenaria (dos cadenas) en forma de doble hélice.
El ARN existe en forma de hebra sencilla pero presentan cortas zonas de apaeramiento de bases complementarias:
                       A=U
                       G   C

En la molécula de ADN encontramos emparejados dos cadenas antiparalelas que son complementarias en la secuencia de nucleótidos, generando una doble hélice en la que una cadena tiene dirección 5´- 3´ y la otra 3´- 5´. Sus bases se encuntran emparejadas de la siguiente forma:
                       A=T
                       G   C
La información genética se encuentra en secuencia lineal de los nucleótidos de ADN.
Existen varios tipos de ARN:

    • ARN que presentan algunos virus (donde tienen la información genética).
    • ARNm: es el intermediario que lleva la información del ADN a los ribosomas, siendo utilizado como patrón en la sintesis de proteínas.
    • ARNt: actúan como adaptadores en la sintesis de proteínas.
    • ARN-catalíticos: actúan como agentes catalíticos.

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