Exploración detallada de los lípidos, proteínas y ácidos nucleicos

Lípidos

Los lípidos son un grupo de compuestos orgánicos muy heterogéneos en términos de composición química y función. Comparten algunas propiedades físicas comunes:

• Solubilidad: No son solubles en agua ni en disolventes polares, pero sí en disolventes apolares como benceno, éter o acetona.
• Densidad: Son menos densos que el agua debido a sus largas cadenas de carbono (C) e hidrógeno (H), que son apolares.
• Apariencia: Tienen un aspecto graso, brillo característico y son untuosos al tacto.
• Composición: Se componen principalmente de carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), y en algunos casos fósforo (P) y nitrógeno (N).

• Funciones de los Lípidos

  Los lípidos desempeñan diversas funciones en los organismos vivos:

  • Estructural: Forman parte importante de las membranas celulares, por ejemplo, los glicerolípidos y esfingolípidos.
  • Energética: Sirven como reservas energéticas, como los triglicéridos.
  • Vitamínica: Ejemplos son las vitaminas D, A, E, K.
  • Hormonal: Participan en la formación de hormonas como los esteroides (testosterona, estrógenos, progesterona, cortisol).
  • Protección e impermeabilización: Las ceras protegen órganos y superficies.
  • Aislante térmico: Ayudan a mantener la temperatura corporal.
  • Pigmentos: Como los carotenos y xantofilas (presentes en plantas).

Clasificación de los Lípidos

Lípidos Saponificables

Contienen ácidos grasos en su estructura, lo que les permite ser hidrolizados. Son ésteres de un alcohol y un ácido carboxílico.

• Grasas o Acilglicéridos: Como los triglicéridos.
• Fosfoglicéridos o Fosfolípidos: Compuestos de glicerina, ácidos grasos y ácido ortofosfórico.
• Esfingolípidos: Derivados de la esfingosina y ácidos grasos.
• Ceras: Ésteres de ácidos grasos y alcoholes de cadena larga.

Lípidos Insaponificables

No contienen ácidos grasos, no se pueden hidrolizar y no forman sales (jabones). Son moléculas complejas.

• Terpenos: Derivados del isopreno, como los carotenoides y el mentol.
• Esteroides: Incluyen el colesterol y hormonas esteroides.
• Lípidos Eicosanoides: Derivan de ácidos grasos poliinsaturados de 20 carbonos, como las prostaglandinas y leucotrienos.

Lípidos Saponificables

Estos lípidos son ésteres de ácidos grasos y alcohol. La saponificación es el proceso de hidrolización en presencia de una base (como NaOH), produciendo glicerol y sales de ácidos grasos (jabón).

Ácidos Grasos

• Ácidos grasos: Son ácidos carboxílicos con un número par de carbonos.
• • Saturados: Con solo enlaces simples (como el ácido palmítico y esteárico).
  • Insaturados: Con uno o varios enlaces dobles (como el ácido oleico y linoleico).
• Ácidos grasos esenciales: No son producidos por el organismo y deben ser ingeridos, como el linoleico, linolénico y araquidónico.

Grasas o Acilglicéridos

• Triglicéridos: Son la forma más común de almacenamiento de lípidos en los organismos. Se forman por la esterificación de glicerol con tres ácidos grasos.
  • Grasas simples: Los ácidos grasos son iguales.
  • Grasas mixtas: Los ácidos grasos son diferentes.
• Las grasas pueden ser:
  • Sólidas: Como el sebo (punto de fusión > 40°C).
  • Líquidas: Como los aceites (punto de fusión < 15°C).
  • Semisólidas: Como la mantequilla.

Fosfoglicéridos (Fosfolípidos)

• Son ésteres de glicerol con dos ácidos grasos y un ácido fosfórico.
• Comportamiento anfipático: Una parte es polar (hidrófila), y la otra es apolar (hidrófoba).
• Función principal: Forman las membranas celulares.
• Tipos: Dependiendo del aminoalcohol, los fosfoglicéridos pueden ser lecitina (fosfatidilcolina), fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina y fosfatidilinositol.

Esfingolípidos

• Están presentes en membranas celulares, especialmente en el tejido nervioso.
• Son ésteres de esfingosina con ácidos grasos.
• Los esfingolípidos pueden ser:
  • Esfingomielinas: Abundantes en las vainas de mielina.
  • Glucoesfingolípidos: Participan en la identificación celular, como los cerebrósidos y gangliósidos.

Ceras

• Son monoésteres de ácidos grasos y alcoholes de cadena larga.
• Se encuentran en plantas y animales.
• Son insolubles en agua y tienen funciones de impermeabilización y protección.

Lípidos Insaponificables

Terpenos

• Formados por unidades de isopreno.
• Carotenoides: Como el β-caroteno, precursor de la vitamina A.
• Caucho natural: Compuesto por muchos isoprenos (politerpeno).

Esteroides

• Derivados del ciclopentano perhidrofenantreno.
• Colesterol: Componente esencial de las membranas celulares y precursor de hormonas esteroides y sales biliares.
• Hormonas sexuales y corticoides.

Lípidos Eicosanoides

• Derivados de ácidos grasos poliinsaturados de 20 carbonos (como el ácido araquidónico).
• Incluyen prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos, que participan en procesos inflamatorios, regulación de la temperatura, y funciones en el sistema inmunológico y sanguíneo.

Métodos de Identificación de Lípidos

Uno de los métodos más comunes para identificar lípidos es el uso del colorante Sudán III, que tiñe los lípidos de color rojo o rosado.

Proteínas

Características Generales

• Abundancia: Después del agua, las proteínas son las biomoléculas más abundantes en los seres vivos, representando el 50% del peso celular seco.
• Composición: Están formadas principalmente por carbono (C), oxígeno (O), hidrógeno (H) y nitrógeno (N).
• Función: Tienen funciones biológicas variadas, incluyendo estructurales, enzimáticas, hormonales, de transporte, y defensa inmunitaria. No se utilizan para producir energía, salvo en situaciones de extrema necesidad.
• Especificidad: Cada organismo tiene proteínas exclusivas que definen su identidad biológica. Además, hay proteínas diferentes dentro de una misma especie.
• Estructura: Son polímeros llamados polipéptidos, formados por la unión de monómeros llamados aminoácidos.
• Composición: Los aminoácidos son moléculas que contienen un grupo amino (-NH₂) y un grupo carboxilo (-COOH). La cadena lateral (R) varía entre los diferentes aminoácidos.
• Propiedades:
  • Anfóteros: Pueden actuar como ácidos o bases según el pH.
  • Iones Zwitteriones: En el pH biológico, los aminoácidos suelen estar ionizados.
  • Estereoquímica: Los aminoácidos proteicos son L-aminoácidos, y la racemización de estos puede utilizarse para datar la antigüedad de un organismo.
  • Clasificación: Los aminoácidos se dividen en neutros (apolares y polares), ácidos y básicos, según la naturaleza de su cadena lateral. Además, algunos son esenciales (no sintetizados por el organismo), como la leucina y la lisina, mientras que otros son no esenciales.

Enlace Peptídico

• El enlace peptídico se forma entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino de otro, liberando una molécula de agua. Este enlace es de tipo amida y tiene un carácter parcial de doble enlace, lo que da rigidez a la estructura.
• Los polipéptidos se forman por la unión de múltiples aminoácidos mediante enlaces peptídicos.

Estructura de las Proteínas

Las proteínas tienen cuatro niveles de organización estructural:

1. Estructura primaria: Secuencia de aminoácidos en la cadena polipeptídica.
2. Estructura secundaria: Plegamientos regulares de la cadena, como alfa hélice o lámina beta, estabilizados por enlaces de hidrógeno.
   • Alfa hélice: Estructura en espiral estabilizada por enlaces de hidrógeno entre aminoácidos.
   • Lámina beta: Cadenas de aminoácidos plegadas en zigzag y unidas por enlaces de hidrógeno.
3. Estructura terciaria: Plegamiento tridimensional de la proteína, estabilizado por enlaces disulfuro, fuerzas electrostáticas, y enlaces de hidrógeno. La alteración de esta estructura puede perder la función biológica.
4. Estructura cuaternaria: Cuando una proteína está formada por varias cadenas polipeptídicas (subunidades) que se asocian para formar una estructura funcional.

Propiedades de las Proteínas

• Solubilidad: Las proteínas globulares son solubles en agua, mientras que las fibrilares suelen ser insolubles. La solubilidad depende de la interacción de las cadenas laterales con el agua.
• Estructura espacial: La función de la proteína depende de su conformación tridimensional. La desnaturalización (alteración de la estructura) puede ser reversible o irreversible.
• Especificidad: Cada organismo tiene proteínas específicas, y incluso proteínas similares entre especies pueden diferir en su secuencia de aminoácidos.

Funciones Biológicas

• Estáticas:
  • Estructurales: Forman componentes celulares y tejidos (membranas, fibras musculares, colágeno).
  • Almacén de aminoácidos: En semillas y huevos, donde los aminoácidos se almacenan para la síntesis proteica.
• Activas:
  • Fisiológicas: Participan en el transporte de moléculas, en la regulación homeostática y en procesos metabólicos.
  • Regulación genética: Intervienen en la regulación de la expresión génica.
  • Catalizadoras: Las enzimas aceleran las reacciones químicas en las células.
  • Inmunitarias: Los anticuerpos ayudan a defender el organismo contra patógenos.

Clasificación de las Proteínas

1. Holoproteínas (proteínas simples): Formadas solo por cadenas polipeptídicas. Pueden ser globulares (solubles, como las albúminas y globulinas) o fibrilares (insolubles, como la queratina y el colágeno).
2. Heteroproteínas (proteínas conjugadas): Formadas por una cadena polipeptídica y una parte no proteica (grupo prostético), que puede ser:
   • Fosfoproteínas: Con un grupo fosfato.
   • Glucoproteínas: Contienen azúcares, como en los anticuerpos.
   • Lipoproteínas: Con lípidos, como en el transporte de grasas.
   • Cromoproteínas: Contienen un grupo prostético coloreado, como la hemoglobina.
   • Nucleoproteínas: Contienen ácidos nucleicos, como las proteínas asociadas al ADN en los cromosomas.

Ácidos Nucleicos

Los nucleótidos son biomoléculas complejas formadas por una pentosa, una base nitrogenada y un grupo fosfato. Están compuestos principalmente por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N) y fósforo (P), y en ocasiones pueden contener azufre (S). Los nucleótidos pueden ser simples o formar moléculas más largas como los ácidos nucleicos, ARN y ADN.

Componentes de los nucleótidos

1. Pentosas:
   • Ribosa (en ARN): una azúcar con un grupo OH en el carbono 2’.
   • Desoxirribosa (en ADN): una azúcar similar a la ribosa, pero carece de un grupo OH en el carbono 2’ (es un desoxígeno).
2. Bases nitrogenadas:
   • Bases púricas: Adenina (A) y Guanina (G), derivadas de la purina, con dos anillos heterocíclicos.
   • Bases pirimidínicas: Timina (T), Citosina (C) y Uracilo (U), derivadas de la pirimidina, con un solo anillo heterocíclico.
3. Ácido fosfórico: Se encuentra en forma de fosfato (H₃PO₄) y es esencial para la formación de los enlaces fosfodiéster que mantienen unidas las cadenas de nucleótidos.

Nucleósidos y nucleótidos

• Los nucleósidos se nombran con la terminación -osina si derivan de una base púrica (ej. adenosina) y -idina si derivan de una base pirimidínica (ej. citidina).
• Cuando un nucleósido se une a un grupo fosfato, forma un nucleótido. Ejemplo: adenosín monofosfato (AMP).

Estructura y función de los nucleótidos nucleicos

• Los nucleótidos nucleicos son los bloques de construcción de los ácidos nucleicos, como el ARN y el ADN.
  • En ARN, los nucleótidos son ribonucleótidos que contienen adenina (A), guanina (G), citosina (C) y uracilo (U).
  • En ADN, los nucleótidos son desoxirribonucleótidos que contienen adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T).

Enlace fosfodiéster

La unión entre dos nucleótidos se realiza mediante un enlace fosfodiéster, que se forma entre el grupo fosfato en el carbono 5’ de un nucleótido y el grupo hidroxilo en el carbono 3’ de otro nucleótido. Este enlace permite la formación de largas cadenas polinucleotídicas, que se extienden en una dirección de 5’ a 3’.

Estructura primaria del ADN

La estructura primaria del ADN está formada por la secuencia de nucleótidos a lo largo de una cadena. La lectura de las cadenas se realiza en dirección 5’ a 3’. Cada cadena de ADN está formada por desoxirribonucleótidos de adenina, timina, guanina y citosina, cuyas secuencias específicas determinan la información genética.

Regla de Chargaff

• % de bases púricas (A+G) = % de bases pirimidínicas (T+C).
• La proporción entre adenina (A) y timina (T) es de 1:1, y lo mismo ocurre con guanina (G) y citosina (C), lo que se conoce como la regla de Chargaff.

Estructura secundaria del ADN

El ADN tiene una estructura de doble hélice, donde:

• Las bases nitrogenadas se emparejan mediante puentes de hidrógeno: adenina con timina (2 enlaces de hidrógeno) y citosina con guanina (3 enlaces de hidrógeno).
• Las dos cadenas de ADN son antiparalelas, lo que significa que corren en direcciones opuestas.
• La doble hélice está estabilizada por los enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas.

Tipos de hélice en ADN

• Forma B (la forma más común): Dextrógira, con 10 nucleótidos por vuelta de hélice.
• Forma A: Dextrógira, con 11 nucleótidos por vuelta y las bases dispuestas en un plano inclinado.
• Forma Z: Levógira, con 12 nucleótidos por vuelta y una disposición en zigzag de las bases.

Desnaturalización del ADN

El ADN puede desnaturalizarse a temperaturas elevadas (alrededor de 100°C) o en condiciones específicas, lo que provoca la ruptura de los puentes de hidrógeno y la separación de las dos cadenas. Este proceso puede ser reversible si se dan las condiciones adecuadas, lo que se conoce como renaturalización.

Tipos de ARN

1. ARN mensajero (ARNm): Representa entre el 3% y el 5% del ARN total de la célula. Su función es llevar la información genética del ADN a los ribosomas para la síntesis de proteínas.
   • Monocistrónico: Contiene la información para una sola proteína (común en eucariotas).
   • Policistrónico: Contiene la información para varias proteínas (común en procariotas).
2. ARN de transferencia (ARNt): Transporta los aminoácidos al ribosoma para la síntesis de proteínas. Tiene una estructura corta y se encarga de emparejarse con los codones del ARNm para asegurar que se inserte el aminoácido correcto en la proteína en formación.
3. ARN ribosómico (ARNr): Componente principal de los ribosomas, donde se realiza la síntesis de proteínas. Representa aproximadamente el 80% del ARN celular.
4. ARN de interferencia (ARNi): Regula la expresión genética al unirse al ARNm o ADN y bloquear su traducción en proteínas.

Este conjunto de moléculas de ARN y ADN está involucrado en los procesos fundamentales de la célula, como la replicación del ADN, la transcripción y la traducción para la síntesis de proteínas.