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COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA

I)COMPUESTOS INORGÁNICOS

1) AGUA

El componente químico fundamental del organismo es el agua. Sin agua no hay vida.

Con unas pocas excepciones (hueso, diente) es el componente celular que se encuentra en mayor cantidad.

Todos los procesos fisiológicos se llevan a cabo en un medio acuoso. El agua constituye el "medio interno" del organismo.

El 5% de esta agua está ligada o fija (a proteínas) y el 95% está como agua libre.

El agua es el solvente universal (sol. iónicas y moleculares)

Es el medio dispersante de coloides (dispersiones o soluciones coloidales)

COMPARTIMENTOS

1) Intracelular: 85% del peso corporal

2) Extracelular: a) Intersticial: 10%

b) Intravascular: 5%

En adultos es el 60% del peso corporal, mientras que en lactantes es el 80%.

INGRESOS Y EGRESOS

Diariamente perdemos unos 2.500 cc. de agua:

  • 1500 cc. en la orina.
  • 850 cc a través de la perspiración (transpiración y respiración)
  • 150 cc en las heces.

Y recuperamos:

  • 1400 cc en forma de agua líquida.-
  • 800 cc como agua en alimentos sólidos.-
  • 300 cc de agua "metabólica" (producida en del organismo).

2) SALES

Los otros componentes inorgánicos son las sales minerales (iones)

La concentración de iones es distinta en el interior de la célula y el medio que la rodea. Así, la célula tiene una elevada concentración de cationes K+ y Mg2+, mientras que el Na+ y el Cl- están localizados principalmente en el líquido extracelular.

Algunos iones inorgánicos (como el Mg2+) son indispensables como cofactores enzimáticos. Otros forman parte de distintas moléculas. El fosfato, por ejemplo, se encuentra en los fosfolípidos y en los nucleótidos.

II) COMPONENTES ORGÁNICOS

Los compuestos orgánicos de mayor importancia biológica en la estructura y función celular y por lo tanto de la vida son:

  • Ácidos Nucleicos
  • Hidratos de Carbono
  • Lípidos
  • Proteínas
  1. ÁCIDOS NUCLEICOS
  2. Son macromoléculas de enorme importancia biológica. Todos los seres vivos contienen 2 tipos de ácidos nucleicos, llamados ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN). Los virus contienen un solo tipo de ácido nucleico, ADN o ARN.

    El ADN constituye el depósito de la información genética. Esta información es copiada o transcripta en moléculas de ARNm, cuyas secuencias de nucleótidos contienen el código que establece la secuencia de los aminoácidos en las proteínas. Es por ello que la síntesis proteica se conoce también como traducción del ARN.

     

    transcripción traducción



    ADN ARN PROTEÍNA

    La molécula de ácido nucleico es un polímero cuyos monómeros son nucleótidos. Estos están constituidos por una base, una pentosa y un ácido fosfórico, ligados sucesivamente mediante uniones fosfodiéster. En estas uniones los fosfatos ligan el carbono 3´ de la pentosa de un nucleótido con el carbono 5´ de la pentosa del nucleótido adyacente.


    Ácido desoxirribonucleico Ácido ribonucleico


    Localización principalmente en el núcleo principalmente en el citoplasma

    (también en mitocondrias y (también en el núcleo)

    cloroplastos)


    Bases Citosina Citosina

    Pirimídicas Timina Uracilo


    Bases Adenina Adenina

    Púricas Guanina Guanina


    Pentosa Desoxirribosa Ribosa


    Papel en la Información genética Síntesis de proteínas

    célula


    La combinación de una base con una pentosa (sin el fosfato) constituye un nucleósido. Por ejemplo la adenosina (adenina + ribosa) es un nucleósido.

    El ADN es una doble hélice:

    En 1953, Watson y Crick, propusieron este modelo para la estructura del ADN.

    Está formado por dos cadenas de ácidos nucleicos que componen una doble hélice en torno de un mismo eje central. Las dos cadenas son antiparalelas, lo cual significa que sus uniones 3´,5´-fosfodiéster siguen sentidos contrarios. Las bases están situadas en el lado interior de la doble hélice, casi en ángulo recto con respecto al eje helicoidal.

    Ambas cadenas están unidas entre sí por puentes de hidrógeno establecidos entre los pares de bases. Puesto que entre las pentosas de las cadenas opuestas existe una distancia fija, pueden establecerse dentro de la estructura solamente ciertos pares de bases:

    A-------T

    T-------A

    C-------G

    G-------C

    Las secuencias de las dos cadenas son complementarias, como se aprecia en el siguiente ejemplo:

    Cadena 1 5´ T G C T G A C T 3´

    Cadena 2 3´ A C G A C T G A 5´

     

     

     

    Existen varios tipos de ARN:

    La estructura del ARN es similar al ADN, excepto por la presencia de ribosa en lugar de desoxiribosa y de uracilo en lugar de timina. Además la molécula de ARN está formada por una sola cadena de nucleótidos.

    Existen 3 clases principales de ARN: 1) ARN mensajero (ARNm); 2) ARN ribosómico (ARN r), y 3)ARN de transferencia (ARNt). Los 3 intervienen en la síntesis proteica. El ARNm lleva la información genética (copiada del ADN) que establece la secuencia de aminoácidos en la proteína. El ARNr proporciona el sostén molecular para las reacciones químicas que dan lugar a la síntesis proteica. Los ARNt identifican y transportan a los aminoácidos hasta el ribosoma.

    Aun cuando esta molécula de ARN tiene una sola cadena de nucleótidos no significa que se encuentre simpre como una estructura lineal. Suelen existir tramos con bases complementarias, lo que da lugar a puentes de hidrógeno entre varias regiones de una misma molécula.

  3. HIDRATOS DE CARBONO:

Los hidratos de carbono, compuestos por carbono, hidrógeno y oxígeno, representan la principal fuente de enrgía para la célula y son constituyentes estructurales importantes de las membranas celulares y de la matriz extracelular. De acuerdo con el número de monómeros que contienen, se clasifican en:

Monosacáridos: son azúcares simples. Se clasifican sobre la base del número de átomos de carbono que contienen.

  • triosas

  • tetrosas

  • pentosas, como la ribosa y desoxirribosa

  • hexosas, como: glucosa, galactosa, manosa, fructosa.

Disacáridos: son azúcares formados por la combinación de dos monómeros de hexosas. Ej: lactosa (glucosa + galactosa)

Oligosacáridos: En el organismo los oligosacáridos no se hallan libres sino unidos a lípidos y proteínas, de modo que son parte de glucolípidos y glucoproteínas.

Están compuestos por distintas combinaciones de varios tipos de monosacáridos

Polisacáridos: resultan de la combinación de muchos monómeros de hexosas.

Ej: almidón, glucógeno, representan las sustancias de reserva alimenticia de las células vegetales y animales respectivamente. Otro polisacárido, la celulosa es el elemento estructural más importante de la pared de la célula vegetal. Estos 3 polisacáridos son polímeros de glucosa, pero difieren porque exhiben distintos tipos de uniones entre sus monómeros.

C) LÍPIDOS

Los lípidos son un grupo de moléculas caracterizadas por ser insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos. Tales propiedades se deben a que poseen largas cadena hidrocarbonadas alifáticas, que son estructuras no polares o hidrofóbicas.

Los lípidos mas comunes de las células son: los triglicéridos, los fosfolípidos los estroides y el dolicol.

Triglicéridos o triacilgliceroles: son triésteres de ácidos grasos y glicerol. Sirven como reserva de energía para el organismo. Sus ácidos grasos liberan gran cantidad de energía cuando son oxidados, mas del doble de la que liberan los hidratos de carbono.

Fosfolípidos: Los fosfolípidos exhiben dos largas colas hidrofóbicas no polares (dos ácidos grasos) y una cadena hidrofílica polar, que comprende el glicerol, el fosfato y un alcohol. Por lo tanto son moléculas anfipáticas.

Son los principales componentes de las membranas celulares.

 

 

Esteroides: Uno de los mas difundidos es el colesterol, un constituyente importante de las membranas celulares.

Dolicol: es un lípido que se encuentra en la membrana del retículo endoplásmico.

D) PROTEÍNAS:

Los monómeros que componen las proteínas son los aminoácidos. Un aminoácido es un ácido orgánico en el cual el carbono unido al grupo carboxilo (-COOH) está unido también a un grupo amino (-NH2). Además dicho carbono se halla ligado a un H y a un residuo lateral R que es diferente en cada tipo de aminoácido.

H



H2N C COOH

R

La combinación de los aminoácidos para formar una molécula proteica se produce del modo tal que el grupo NH2 de un aminoácido se combina con el grupo COOH del aminoácido siguiente, con pérdida de una molécula de agua. Esto se conoce como unión peptídica.

Una combinación de 2 aminoácidos constituye un dipéptido; de 3, un tripéptido. Cuando se unen entre si unos pocos aminoácidos, el compuesto es un oligopéptido. Finalmente un polipéptido está formado por muchos aminoácidos.

El término proteína (del griego proteion, preeminente) sugiere que todas las funciones básicas de las células dependen de proteínas específicas. Se puede decir que sin proteínas la vida no existiría; están presentes en cada célula y en cada organoide.

Existen proteínas conjugadas, unidas a porciones no proteicas:

  • Glicoproteínas: asociadas a hidratos de carbono.

  • Nucleoproteínas: unidas a ácidos nucleicos.

  • Lipoproteínas: en combinación con grasas.

  • Cromoproteínas: conjugadas con un pigmento, como la hemoglobina y la mioglobina.

Niveles de organización estructural:

En la estructura de las proteínas se distinguen cuatro niveles de organización.

La estructura primaria comprende la secuencia de aminoácidos que forman la cadena proteica.

 

 

La estructura secundaria alude a la configuración espacial de la proteína y deriva de la posición de ciertos aminoácidos en la cadena peptídica.

Esta puede ser:

Helice a : la cadena peptídica se enrrolla alrededor de un cilindro imaginario debido a la formación de puentes de hidrógeno entre grupos amino de algunos aminoácidos y grupos carboxilo de otros aminoácidos situados cuatro posiciones más adelante en la misma cadena polipeptídica.

 

 

Hoja plegada b : la molécula adopta la configuración de una hoja plegada debido a que se unen, mediante puentes de hidrogeno laterales, grupos amino y carboxilo de la misma cadena polipeptídica.

 

 

La estructura terciaria es consecuencia de la formación de nuevos plegamientos en las estructuras de helice a y hoja plegada b , lo que da lugar a la configuración tridimensional de la proteína. Los nuevos plegamientos se producen porque algunos aminoácidos localizados en lugares distantes entre si en la cadena proteica se relacionan químicamente. Así las proteínas pueden ser:

Fibrosas: siempre tienen estructura secundaria tipo helice a exclusivamente.

Globulares: pueden ser tipo helice a , hoja plegada b , o una combinación de ambas.

La estructura cuaternaria resulta de la combinación de 2 o más polipéptidos, lo que origina moléculas de gran complejidad. Ej: hemoglobina, formada por 4 cadena polipeptídicas.

 

Distintos tipos de uniones químicas determinan la estructura de las proteínas:

La disposición espacial de una proteína se halla predeterminada por la secuencia de sus aminoácidos (estructura primaria). Los restantes niveles de organización dependen del establecimiento de diferentes uniones químicas entre los átomos de los aminoácidos, de tipo no covalente:

  • Puentes de hidrógeno: se producen cuando un protón (H+) es compartido entre dos átomos electronegativos proximos entre si.

  • Uniones iónicas o electrostáticas: son el resultado de la fuerza de atracción entre grupos ionizados de carga contraria.

  • Interacciones hidrofóbicas: dan lugar a la asociación de grupos no polares en que excluye el contacto con el agua

  • Interacciones de van der Waals: se producen cuando los átomos están muy cerca. Esta proximidad induce fluctuaciones en sus cargas, causa de atracciones mutuas entre loa átomos.

ENZIMAS

Son los catalizadores biológicos, son sustancias que aceleran las reacciones químicas sin modificarse, lo que significa que pueden ser utilizadas una y otra vez.

Las enzimas son proteínas o glicoproteínas que tiene uno o mas lugares llamados sitios activos, a los cuales se une el sustato (S), es decir la sustancia sobre la que actúa la enzima. El sustrato es modificado químicamente y convertido en uno o más productos (P).

E + S = {ES} = E + P

Una característica importante es la especificidad, lo que significa que cada clase de enzima actúa sobre un solo sustrato.

 

 

En general llevan el nombre del sustrato que modifican o el de la actividad que ejercen, más el sufijo "asa". Ej: nucleasas, fosfatasas, quinasas, proteasas, etc.

Algunas enzimas requieren cofactores o coenzimas para poder actuar. Generalmente estos son metales, o vitaminas del grupo B.