Lipidos y Acido Nucleico

LIPIDOS

¿ Que son los lipidos ?

son un conjunto de moléculas orgánicas que están constituidas principalmente por carbono e hidrógeno y en menor medida por oxígeno

Importancia de los lipidos  

1. Los lípidos al igual que la proteínas y los carbohidratos son componentes esenciales de todos los organismos vivos.
2. Tienen estructura muy variadas. En general se definen como compuestos insolubles en agua.
3. Los lípidos son moléculas bastantes pequeñas que presentan una fuerte tendencia a asociarse mediante fuerzas no covalentes.

Función de los lípidos en el cuerpo humano

1. Fuente y reserva de energía:

• Los triacilgliceroles, son las moléculas intracelulares de almacenamiento de energía metabólica.
• La mayor parte de la grasa de los animales se oxida para generar energía en forma de ATP e impulsa los procesos metabólicos.

     

       2. Protección de órganos vitales y aislamiento térmico: 

• Aislamiento: en los animales que viven en un entorno frio, las capas de células adiposas situadas debajo de la piel actúan como una aislante térmico.
• Producción de calor: algunas células especializadas (por ejemplo la grasa parda de los animales) oxidan los triglicéridos para producir calor en lugar de ATP.

     3. Ofrecen protección a la superficies de algunos organismos.   

• Las ceras en las paredes celulares, en los exoesqueletos y en la piel protegen a las superficies de algunos organismo.

     

4. Realizan funciones especializadas (regulación hormonal, regulación de la presión sanguínea,              contracción de los músculos lisos).

Ejemplo de Ácidos Grasos 

           
OLEATO                                                            LINOLEATO

DIGESTIÓN DE LÍPIDOS

• Los lípidos más abundantes en los alimentos son los aceites y las grasas Ambos son triacilgliceroles (triglicéridos).
• Los otros componentes más abundantes son fosfolípidos.
• Los lípidos de la dieta deben ser degradados en el intestino a ácidos grasos para su absorción por el epitelio intestinal.
• La digestión de los lípidos ocurre en las interfaces lípido-agua.

Lipasa

La lipasa pancreática cataliza la hidrolisis de los esteres primarios (en el C-1 y C-3) de los triacilgliceroles, liberando los ácidos grasos y generando monoacilgliceroles.

Fosfolipasa A2

Para determinar las estructuras de los glicerofosfolípidos y las identidades de sus ácidos grasos individuales se utilizan diversas fosfolipasas que catalizan en forma específica la hidrolisis de los enlaces éster.

Lipoproteínas

 

Las lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) se ensamblan en el hígado y llevan lípidos endógenos a los tejidos periféricos.

ABSORCIÓN Y TRANSPORTE DE LÍPIDOS

• Los triacilgliceroles sintetizados en el hígado se transportan por la sangre en otro tipo de lipoproteínas llamadas lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL).
• Los ácidos grasos se transportan en complejo con la albúmina sérica (albúmina de suero), que es la proteína más abundante del plasma sanguíneo.

Movilización de los lípidos de reserva

En respuesta a señales hormonales (epinefrina y glucagón), los triacilgliceroles del tejido adiposo se convierten en ácidos grasos libres que se liberan a la sangre (albumina actúa como transportados).

Lipidos mas importantes 

Ácidos grasos:

• Longitud de la cola hidrocarbonada
• Cantidad de doble enlace carbono-carbono
• Posición de los dobles enlaces en las cadenas
• Cantidad de ramificaciones

Son los lípidos mas sencillos que a su ves forman parte de lípidos mas complejos. Estos compuestos presentan niveles de saturación por lo cual tenemos:

• ácidos grasos saturados: cuando presenta enlaces entre átomos de carbono y esta tiene alrededor cuantos átomos de carbono sea posible químicamente.
•  Los ácidos grasos insaturados: cuando presenta enlaces dobles dentro de la cadena de enlaces de carbono.

Ácidos grasos monoinsaturados (AGMIs)

En la naturaleza existe más de un centenar de AGMI cis, pero la mayoría son componentes poco comunes. 

El ácido oleico es el AGMI más común y está presente en cantidades considerables en fuentes tanto de origen animal como vegetal.

Ácidos grasos poliinsaturados (AGPIs)

Los AGPIs naturales, con dobles enlaces separados por grupos metileno y de configuración cis pueden dividirse en 12 familias diferentes: pueden comprender entre dobles enlaces situados en la posición n-1 hasta la n-12, con respecto al grupo metilo terminal. Las familias más importantes, por lo que se refiere a su abundancia e incidencia en la salud y nutrición humana, son la n-6 y n-3.

Ejemplo: 

Triacilgliceroles o Triglicéridos

• Son combustibles metabólicos importantes, en especial en los mamíferos.
•  La oxidación de los ácidos grasos produce mas energía (37 kJ g-1) que la oxidación de proteínas y carbohidratos (16 kJ g-1 cada uno).
•  Los ácidos grasos se almacenan en forma de lípidos neutros llamados triacilgliceroles.
• Los triacilgliceroles están formados por tres residuos de acilo graso esterificados con glicerina.

Glicerofosfolípidos

• Son los lípidos mas abundantes en la mayor parte de las membranas biológicas.
• Los glicerofosfolípidos o fosfogliceridos al igual que los triacilgliceroles tienen un soportarte de glicerol.
• Los fosfatidatos están presentes en pequeñas cantidades como intermedios en la biosíntesis y descomposición de glicerofosfolípidos.

Algunas estructuras 

La fosfatidilcolina es una familia de glicerofosfolipidos y es el fosfolípido más abundante en las membranas de las células tanto animales como vegetales donde se encuentra en la cara externa de la membrana.

La fosfatidilserina contribuye a las interacciones electrostáticas no específicas de la cara interna de las membranas aunque esta localización se puede ver alterada durante la activación de plaquetas o en la apoptosis.


Defectos genéticamente hereditarios enel metabolismo de gangliosidos

• Enfermedad de Tay-Sachs, es la deficiencia de una enzima hidrolasa que cataliza la eliminación de N-acetilgalactosamina de GM2.
• La acumulación de GM2 hace que los lisosomas se hinchen y los tejidos se agranden. En el tejido nerviosos central hay poco espacio para la expansión y esto provoca la muerte de las células nerviosas, eso provoca ceguera, retardo mental y muerte.

Esteroides

• Es la tercera clase de lípidos que se encuentran en las membranas de los eucariotas y muy rara vez en bacterias.
• Los esteroides junto con las vitaminas lipídicas y los terpenos, se clasifican como isoprenoides, por que su molécula se relaciona con le isopreno.

Estructura de varios esteroides

• Es sintetizado por las células de mamíferos.
• Componente de membranas, precursor de hormonas esteroides y de las sales biliares.
• Es muy hidrofóbico. Se acompleja con fosfolípidos y proteínas
• antipáticas en lipoproteínas para su transporte

Colesterol

El colesterol es un esterol (lípido) que se encuentra en los tejidos corporales y en el plasma sanguíneo de los vertebrados. Se presenta en altas concentraciones en el hígado, médula espinal, páncreas y cerebro.




Otros lípidos de importancia biológica

• Hay muchas clases de lípidos que no se encuentran en las membrana.
• Entre ellos tenemos las ceras, eicosanoides y algunos isoprenoides.
• Los lípidos no constituyentes de membranas tienen diversas funciones especializadas (ej. Las vitaminas lipídicas).

Bicapa lipídica

• Los glicerofosfolipidos y los glicoesfingolipidos anfipáticas pueden formar monocapas bajo ciertas condiciones lo que los hace ideal para formar bicapa lipídicas.
• Las bicapas lipídicas son el principal componente estructural de todas las membranas biológicas, incluyendo membranas plasmáticas y membranas internas de eucariotas.

Las bicapas lipídicas y las membranas son estructuras dinámicas

• 1972, Jonathan Singer y Garth Nicolson propusieron el modelo del mosaico fluido y todavía tienen validez general para describir el arreglo de lípidos y proteínas dentro de una membrana.
• Según el modelo, la membrana es una estructura dinámica en la que se pueden difundir lateralmente o girar dentro de la bicapa, en forma rápida y aleatoria, las proteínas y los lípidos.
•  Las proteínas de membrana se conciben como témpanos de hielo flotando en un mar muy fluido de bicapa lipídica.

Tres clases de proteínas de membrana

Las membranas celulares e intracelulares contienen proteínas especializadas enlazadas en la membrana.

1. Proteínas integrales de membrana: Estas proteínas se caracterizan por tener regiones hidrofóbicas incrustadas en el interior hidrofóbico de la bicapa lipídica.

                                                

2. Proteínas especificas de membrana.

3. Proteínas de membranas ancladas a lípidos.

Transporte de membrana

• Termodinámica del transporte en la membrana: Para una molécula A, la concentración en el interior de la membrana es [Aint] y la concentración en el exterior es [Aext].
• Poros y canales;  Los poros y los canales son proteínas transmembranales (porinas) con un paso central para iones y moléculas pequeñas.
• Transporte pasivo:  El transporte pasivo también se llama difusión facilitada, porque no requiere fuente de energía
• • La proteína de transporte acelera el movimiento del soluto a favor de su gradiente de concentración.
• Transporte activo:  El transporte activo se parece al transporte pasivo en el mecanismo y propiedades cinéticas generales.

          El transporte activo primario está activado por una fuente directa de energía, como ATP o               luz. 

         El transporte activo secundario está impulsado por un gradiente de concentración. 

• Endocitosis y exocitosis: En las células eucariotas, aunque no en todas, las proteínas (y cierta sustancias grandes) se mueven hacia adentro y afuera de la célula por endocitosis y exocitosis, respectivamente

      La endocitosis es el proceso mediante el cual las macromoléculas son rodeadas por la membrana        plasmática, y son llevadas al interior de la célula dentro de una vesícula lipídica.

     La exocitosis se parece a la endocitosis, pero la dirección del transporte es la inversa.

                                 Uso de los Lipidos en Farmacia

Los lípidos son una amplia familia de moléculas orgánicas que se caracterizan por ser hidrofóbicas (insolubles en agua). En el lenguaje coloquial se ha usado indistintamente el termino "grasa" para referirse a los lípidos, pero las grasas son solo una de las clases de estos compuestos. Estos tienen varias funciones en los organismos vivientes, como lo son la reserva energética (triglicéridos), la estructural (fosfolipidos) y la reguladora (esteroides). Las aplicaciones en el mundo de la farmacia y en la cosmética son sumamente variadas.   


Los carotenoides, retinoides y tocoferoles son usados por sus propiedades antioxidantes importantes para la salud y la medicina preventiva. Los carotenoides son pigmentos rojos, amarillos y anaranjados que se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza; contienen unidades de isopreno, su configuración geométrica cambia frecuentemente por la existencia de isómeros cis y trans, su absorción se da entre los 400 y 500 nanómetros del espectro visible.

   

                    Tocoferol

En general, se pueden encontrar descripciones muy completas de las familias de lípidos en este como se ven afectados los medicamentos  por el uso de cada uno de estos compuestos. 



                                             ÁCIDO NUCLEICO 

                                                                   

¿Que son ácidos nucleicos?

Los ácidos nucleicos son grandes polímeros formados por la repetición de monómeros denominados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster. 

Funciones e importancia biológica de los ácidos nucleicos

Un organismo vivo contiene un conjunto de instrucciones para formar una replica de si mismo.

• El genoma del organismo o material genético es donde esta toda esa información.
• Los genomas de todas las células están formadas por ADN. Algunos genomas virales están formados por ARN.

• Duplicación del ADN
• Transcripción del ADN para formar ARNm y otros ARN
• Traducción, en los ribosomas, del mensaje contenido en el ARNm a proteínas.
• Expresión del mensaje genético, proteínas.

•  1869, Friedrich Miescher descubre la sustancia que resulto ser acido desoxirribonucleico (ADN).
•  Acido desoxirribonucleico (ADN) esta conformado por carbono, hidrógeno, oxígeno y alto contenido de fósforo.
• El nombre inicial de esta sustancia fue “nucleína”, luego se cambio a acido nucleico.

Determina la estructura del ADN

Conformación tridimensional del ADN se determina por difracción de rayos X.

• Las bases púricas y pirimidínicas se encuentran unas sobre otras, apiladas a lo largo del eje del polinucleótido a una distancia de 3,4 Å.
• El diámetro del polinucleótido es de 20 Å y está enrollado helicoidalmente alrededor de su eje. Cada 34 Å se produce una vuelta completa de la hélice.

Niveles estructurales de los ácidos nucleicos

Composición de los ácidos nucleicos

Los nucleótidos son los bloques de construcción de los ácidos nucleicos

• Los ácidos nucleicos son polinucleótidos, o polímeros de nucleótidos.
• Los nucleótidos tienen tres componentes: un azúcar de cinco carbono, uno o mas grupos fosfato y un compuesto nitrogenado débilmente básico llamado base.

Las bases que se encuentran en los nucleótidos son PIRIMIDINAS y PURINAS sustituidas.

A. Ribosa y desoxirribosa

B. Pirimidinas y purinas

                    

                    

Estructura de algunas nucleobases menos comunes

                             

Estructuras del FAD y el FADH2

Cada base heterocíclica de los nucleótidos comunes puede existir cuando menos en dos formas tautómeras.

• La adenina y la citosina (que son amidinas cíclicas) pueden existir en su forma amino o imino.
• La guanina y timina y uracilo (que son amidas cíclicas) pueden existir en forma de lactona (ceto) o de lactona (enol).
• Las formas tautómeras de cada base existen en equilibrio, pero los tautómeros amino y lactama son mas estables, a pH fisiológico

C. Nucleósidos

• Los nucleósidos están formados por ribosa y desoxirribosa y 
  una base heterocíclica.
• En cada nucleótido, un enlace b-N-glicosidico conecta el C-1
  

  del azúcar al N-1 de la pirimidina o al N-9 de la purina.
• Los nucleósidos son derivados N-ribosa o N-desoxirribosa de
  

  las pirimidinas o las purinas.
• Los nombres de los nucleósidos se derivan de los de sus 

  bases.

Conformación sin y anti de la adenosina

                  

• Algunos nucleótidos toman la conformación sin o anti.
• En los nucleósidos comunes de pirimidinas predomina la conformación anti.
• En los ácidos nucleicos, que son polímeros de los nucleótidos, predomina las conformaciones anti.

D. Nucleótidos

Son derivados fosforilados de los nucleósidos.

•  Los ribonucleósidos contienen tres grupos hidroxilos que se pueden fosforilar (2’, 3’ y 5’).
•  Los desoxirribonucleósidos contienen dos de estos grupos hidroxilos (3’ y 5’).
•  En los nucleósidos naturales, los grupos fosforilo suelen estar unidos al átomo de oxigeno del grupo 5’- hidroxilo.

Características del ADN

• El ADN tiene doble hebra
  

  1950, el ADN es un polímero lineal de residuos de 2’-desoxirribonucleotido
  

  unidos por 3’,5’-fosfodiester.
• Erwin Chargaff (Regla de Chargaff) había deducidos ciertas regularidades en
  

  las composiciones de nucleótidos de muestras de ADN obtenidas de gran
  

  variabilidad de procariotas y eucariotas.
•  Se observo que en el ADN de determinadas células están 

  presentes A y T en cantidades equivalentes así como G y C.

REGLAS DE CHARGAFF PARA ADN DE DOBLE HÉLICE

• La proporción de Adenina (A) es igual a la de Timina (T). A = T . La relación entre Adenina y Timina es igual a la unidad (A/T = 1).
• La proporción de Guanina (G) es igual a la de Citosina (C). G= C. La relación entre Guanina y Citosina es igual a la unidad ( G/C=1).
•  La proporción de bases púricas (A+G) es igual a la de las bases pirimidínicas (T+C). (A+G) = (T + C). La relación entre (A+G) y (T+C) es igual a la unidad (A+G)/(T+C)=1.
• Sin embargo, la proporción entre (A+T) y (G+C) era característica de cada organismo, pudiendo tomar por tanto, diferentes valores según la especie estudiada.

Doble hebra de ADN

A. Unión de nucleótidos por enlaces de 3’,5’ fosfodiester: Estructura primaria: de un acido nucleico es la secuencia de sus residuos de nucleótidos unidos por enlaces 3’,5’-fosfodiester.

B. Formación de una doble hélice con dos hebras antiparalelas: 

• La mayor parte de las moléculas de ADN consisten en dos hebras, de polinucleótidos.
• Cada una de las bases en una hebra forma puentes de hidrógeno con una base de la hebra opuesta.

C. Estabilización de la doble hélice por fuerzas débiles.: 
Interacciones que afectan la conformación del ADN de doble hebra

• Interacciones de apilamiento. Los pares de bases apilados forman contactos de van der Waals.
•  Puente de hidrógeno. Los puentes de hidrogeno entre pares de bases forman una importante fuerza estabilizadora.
• Efectos hidrofóbicos. Al sepultar los anillos hidrofóbicos de purina y pirimidina en el interior de la doble hélice aumenta la estabilidad de la hélice.

Transcripción y procesamiento del ARN

• La información contenida en el genoma debe especificar la estructura primarias de cada proteína en un organismo.
• Gen: secuencia de ADN que se transcribe a ARN. Esta definición también engloba los genes que no codifican proteínas.
• Genes domésticos: que codifican proteínas o moléculas de ARN que son esenciales para las actividades en todas las células vivas, (Ej. Enzimas que intervienen en procesos metabólicos).
• Genes especiales: que solo se transcriben en circunstancias especiales, (Ej. Durante la división celular) o genes que solo se expresen en un cierto tipo de células (Ej. la insulina solo se produce en las células pancreáticas).

Tipos de ARN

En la extracción de la información contenida en el ADN para 

producir las proteínas participan varias clases de moléculas de ARN.

ARN de transferencia (ARNt): lleva los aminoácidos a la maquina de la traducción.

ARN ribosómico (ARNr): forma gran parte del ribosoma.

ARN mensajero (ARNm): participa en las síntesis de las proteínas al traducir moléculas inestables de ARNm. Una molécula de ARNm es complementaria de un segmento de una de las hebras del ADN.

ARN cebadores: son los que se utilizan en la replicación del ADN. No son sintetizados por la ARN polimerasa.

                                        

Las principales ARN polimerasas de eucariotas son la I, la II, la III, y la mitocondrial

Los diferentes tipos de ARN polimerasas se diferencian en su composición de aminoácidos, en su estructura, en su localización, en el tipo de ARN que transcriben y en su forma de inhibición.

• ARN polimerasa I: síntesis, reparación y revisión. Sintetiza precursores de ARN ribosómico.
• ARN polimerasa II: reparación, sintetiza precursores de ARN mensajero, microARN y otros tipos de ácido ribonucleico. Esta polimerasa es el tipo más estudiado, y se requieren factores de transcripción para que se una a los promotores del ADN.
• ARN polimerasa III: sintetiza ARN de transferencia, ARN ribosómico de 5S y otros pequeños ARN (ARNpequeños) encontrados en el núcleo celular (ARNp nucleares) y en el citoplasma (ARNp citoplasmáticos).