Aminoácidos, proteínas, péptidos.

­Definición: Los aminoácidos es cualquier tipo de molécula que contiene un grupo amino y un grupo acido. Estos son los monómeros de las proteínas, dado a esto las proteínas son caracterizadas por los aminoácidos que las componen, sin embargo a su vez los aminoácidos están divididos por sus enlaces en el caso de los aminoácidos individuales. Estos aminoácidos individuales están unidos por enlaces amida comúnmente llamados enlaces peptídicos.

Clasificación: Los aminoácidos se pueden clasificar en tres grupos Aminoácidos estándar, aminoácidos esenciales y aminoácidos raro/inusuales.   Los aminoácidos estándar son aquellos que se encuentran en todas las proteínas, estos difieren uno del otro por media de la estructura de las cadenas entrelazadas a los átomos del carbono alfa, por ello se les a los aminoácidos estándar L-aminoácidos. El nombre de cada aminoácido tiene tres letras que son la abreviatura del nombre completo.

En la anterior tabla se puede notar que existe un aminoácidos diferente a los demás, ya que su grupo amino esta enlazado al átomo de carbono en posición alfa con el grupo carboxílico, esto forma parte de un anillo, esto forma una estructura cíclica que hace que los pitidos que contienen prolina tengan mayor fuerza y rigidez aumentada, este aminoácido se llama Prolina.

El siguiente grupo en donde se pueden clasificar los aminoácidos es el grupo de los aminoácidos esenciales, este grupo está dentro del grupo de aminoácidos estándar. Los aminoácidos esenciales son aquellos que no pueden ser sintetizados por el cuerpo humano y se deben ingerir en la dieta normal de cada persona. Estos aminoácidos están marcados con un asterisco (*) en la tabla anterior. A su vez las proteínas que están conformadas por los aminoácidos esenciales se llaman proteínas completas. Estas proteínas son las que usualmente se encuentran en el pescado, la leche y los huevos, aquellas proteínas que tienen uno o más aminoácidos no esenciales; que son deficientes en más de un aminoácido esencial; se les llama proteínas incompletas. 

El tercer y último grupo de aminoácidos es un pequeño grupo llamado aminoácidos raros o inusuales, estos se encuentran en pequeñas proporciones en las proteínas, se denominan raros por su poca proporción a pesar de que estos se encuentran frecuentemente en el colágeno.

Cuando se habla de proteínas que no son más que polímeros de los aminoácidos estas se pueden agrupar en dos formas de clasificaciones según su composición química y según su estructura. En la clasificación según su composición química están las proteínas simples, son aquellas que cuando se hidrolizan solo producen aminoácidos. Las proteínas conjugadas son aquellas que están enlazadas a un grupo prostético no proteico como por ejemplo el azúcar o un lípido.

La otra forma de clasificación de las proteínas tiene dos grupos, las proteínas fibrosas o proteínas globulares. Las proteínas fibrosas son aquellas que poseen una estructura alargada y fuerte, poseen la característica que generalmente son insolubles en agua y se encuentran en la mayoría de las estructuras del organismo, como por ejemplo en el colágeno en las uñas o en el colágeno de los tendones.

Las proteínas globulares tienen la particularidad de ser esféricas, principalmente son proteínas enzimáticas, hormonales o incluso proteínas de transporte. Ejemplos de estas proteínas pueden ser la insulina y la hemoglobina. 

Punto Isoeléctrico: Existe un pH intermedio donde dos formas de aminoácidos se encuentran en igual proporción. Este pH isoeléctrico se le denomina punto isoeléctrico. Este pH depende de la estructura del aminoácido.

Aminoácidos con carácter acido	Acido aspártico (2.8) y acido glutámico (3.2)
Aminoácidos neutros	5.0-6.3
Aminoácidos con carácter básico	Lisina(9.7), Arginina (10.8), Histidina(7.6)

Estos son algunos ejemplos de cómo la estructura influye en este pH, los aminoácidos con carácter acido tiene cadenas laterales de ácidos carboxílicos. Debido a este tipo de estructura tienen valores de puntos Isoeléctricos alrededor de 3 en la escala pH. Los aminoácidos básicos tienen un pH con valores alrededor de 7.6-10.8, para prevenir la preconización de la cadena lateral de naturaleza básica para que la cadena permanezca neutra.

Los aminoácidos neutros no tienen cadenas laterales fuertemente acidas o acidas Tienen puntos Isoeléctricos en promedio serian ácidos alrededor de 5-6 eso se debe a que el grupo amino es ligeramente más acido que el grupo carboxílico.

Enzimas:

Definición: las enzimas son proteínas catalizadoras, su estructura es más grande de lo normal por tener una capacidad catalizadora con una estructura con diferentes partes funcionales.  Por ejemplo los grupos nitrogenados anclan la sustancia mientras que los grupos oxigenados se encargan de reaccionar con la substancia anclada.

A diferencia de los catalizadores comunes las enzimas son catalizadores específicos, ya que tienen la particularidad que solo participan en una reacción especifica dado que la enzima se activa por un sustrato que es el producto que inicia la reacción y produce un producto específico. 

Clasificación: 

Las enzimas se clasifican en seis categorías que dependen enteramente del tipo de reacción que catalizan.

La mayor parte de las enzimas contienen una parte no proteica que se llama cofactor. Los cofactores pueden ya sean iones inorgánicos o moléculas orgánicas pequeñas, en el caso de las moléculas orgánicas pequeñas están son llamas coenzimas. Esta no es una enzima pero si reacciona a medida que se produce un cambio químico en la coenzima la reacción avanza, dado que este cambio no es estable se produce un etapa de transición en donde la enzima vuelve a su estado original.

JACOBO PORTO · SIMÓN GUERRERO         

Bibliografía

Jr, L. W. (2004). Quimica Orgánica. En L. W. Jr, Quimica Organica . Madrid: Pearson Educación S.A.

McMurry, J. (2008). Biomoleculas: aminoacidos, peptidos y proteina. En J. McMurry, Quimica Organica . Mexico D.F: Cenage Learning.

LIPIDOS:

Los lípidos son un conjunto de moléculas orgánicas compuestas principalmente por carbono y hidrogeno y en menor cantidad el oxígeno, aunque también pueden contener azufre, fosforo y nitrógeno. Son insolubles en agua y solubles en compuesto orgánicos. Los lípidos cumplen funciones diversas en los seres vivos, entre ellas son reservas de energía, la estructural y reguladoras, también juegan papeles cruciales como cofactores enzimáticos, transportadores de electrones, agentes emulsionantes, hormonas y mensajeros intracelulares.

Los lípidos pueden clasificarse en:

-lípidos saponificables: seria todo molécula que está compuesto por un alcohol a uno o a varios ácidos grasos (iguales o distintos). Pero estos a su vez se clasifican en:

 -Lípidos Complejos: Contienen en su molécula carbono, hidrógeno y oxígeno, contienen otros elementos como nitrógeno, fósforo, azufre u otras. Son aquellos que se hidrolizan con facilidad en constituyentes más sencillos, la mayoría de estos lípidos complejos sin esteres de ácidos carboxílicos de cadenas largas llamados ácidos grasos. Los dos grupos principales son:

  -Ceras: son esteres de ácidos[SG1]  grasos de cadena larga con alcoholes de cadena larga, tiene peso molecular elevado es decir que las cadenas carbonadas son largas. Existen muchas en la naturaleza y sirven para varios propósitos de plantas y animales. Por ejemplo, la cera de abeja  es una mezcla de ceras, hidrocarburos y alcoholes que usan las abejas para formar sus panales.

  -Glicéridos: simplemente son esteres de ácidos grasos triol glicerol. Los glicéridos más comunes son los triglicéridos.  Es común llamar a estas grasas si son sólidos a temperatura ambiente y aceites si son líquidos a temperatura ambiente. La mayoría de los triglicéridos derivados de los mamíferos son grasa como la grase de la carne de res o la manteca de cerdo. Aunque estas grasas son sólidas a temperatura ambiente, la temperatura tibia del cuerpo las mantiene como fluidos, permitiendo que se pueda mover. En las plantas y animales de sangre fría los triglicéridos son aceites, como el aceite de maíz, aceite de pescado, etc.

Estos son muy importantes para nuestro cuerpo ya que se usan para almacenar energía por periodos largos. La gras es una fuente de energía más eficiente que los carbohidratos.

-Lípidos Sencillos: son aquellos que no se hidrolizan con un ácido o una base acuosa, también en sus cadenas contienen carbono, hidrogeno y oxígeno. Los lípidos más sencillos comunes son:

  -Esteroides: estas son moléculas policiclicas complicada que se encuentran en todas las plantas y animales. Estos se clasifican en lípidos sencillos porque no presentan hidrolisis como lo hacen las grasas, aceites y ceras. Estos abren una amplia variedad de compuestos como los son las hormonas, los emulsionantes y los componentes de las membrana.

→ Este es el precursor de muchos otros esteroides.

Estas hormonas tienen en común que:

-Se sintetizan a partir del colesterol.+

- Son hormonas que pasan libremente la membrana plasmática, se une a un receptor, y esa unión hormona-receptor tiene su lugar de acción en el ADN, activando genes o modulando la transcripción del mismo

  -Prostaglandinas: son derivados de los ácidos grasos que son  reguladores más poderosos que los esteroides. Tienen este nombre ya que se aislaron por primera vez a partir de las secreciones de la glándula prostática. Después lo encontraron en todas las partes del cuerpo pero en diminutas proporciones. Esta tienen un desempeño importante como lo es la regulación de funciones como lo son la presión sanguínea, la coagulación de la sangre, la respuesta inflamatoria alérgica, la actividad del sistema digestivo y la inducción del parto.

Este coral es una fuente significativa de prostaglandina

De acuerdo con las funciones que cumplen a nivel biológico, los lípidos se pueden clasificar en:

-lípidos de almacenamiento: son formas de almacenamiento de energía de los seres vivos, y constituyen compuestos derivados de los ácidos grasos.  Hay dos tipos de compuestos que contiene ácidos grasos: los ya mencionados anteriormente como lo son la cera y los triglicéridos.

-lípidos estructurales: las membranas biológicas están formados por fosfolípidos estos tiene una cabeza polar y una cola apolar esto les permite formar una capa llamada bicapa lipídica. Al entrar en contacto directo con el agua. Los fosfolípidos son llamados anfipaticos.

Hay tres tipos generales de lípidos de membranas:

-Los glicerofosfolípidos, en los que las regiones hidrofóbicas están compuestas por dos ácidos grasos, unidos por el glicerol.

-Los esfingolípidos, en los que un único ácido graso se une a una amina grasa, la esfingosina.

-Los esteroles son compuestos que se caracterizan por tener un sistema rígido de cuatro anillos hidrocarbonados fusionados.

- lípidos con actividades y funciones específicas:

Existen lípidos que no se encuentran en una abundancia como los anteriores, pero cumplen funciones importantes para la célula. En este se encuentran los esteroides.

Otros lípidos activos son cofactores esenciales de proteínas, transportadores electrónicos o señales intracelulares, como las hormonas esferoidales, el fosfatidilinositol, los icosanoides, transportadores electrónicos y transportador glucídico.

CARBOHIDRATOS:

Los carbohidratos o también llamados hidratos de carbono son aquellos de los compuestos en los que se encuentran en mayor proporción en el mundo, podemos encontrarlos en todos los organismos vivos. El azúcar, la celulosa de la madera, el papel y el algodón. La definición de estos está ligada a que son moléculas orgánicas compuestas por carbono, hidrogeno y oxigeno que resultan ser la fuente biológica primaria de almacenamiento y consumo de energía.

Ahora el termino carbohidratos se utiliza para referirse a una clase amplia de aldehídos y cetonas polihidroxilados comúnmente llamados azucares, son biomoléculas que forman parte de la dieta diaria.

Estos azucares pueden clasificarse en dos grupos simples y complejos.

Simples, o monosacáridos estos no puede hidrolizarse a moléculas más pequeñas. Los azucares más comunes de estos podemos encontrar la glucosa y la fructuosa que son los encargados de darle el sabor dulce a muchas frutas. Con estos azucares se debe tener cuidado ya que tienen agradable sabor y el organismo los absorbe rápidamente. La absorción rápida de estos hace que nuestro organismo segrega la hormona de la insulina y otras hormonas como lo son leptina, glucagón entre otras, estas son producidas específicamente por el páncreas. Estas hormonas pueden estimular el apetito. Un exceso  de la insulina en cuerpo humano puede provocar hipoglucemia y si el cuerpo hace resistencia a esta hormona puede provocar la diabetes. Por eso los carbohidratos elaborados a base de azúcar refinada deben consumirse de una manera moderada.

La mayoría de los azucares tienen nombres comunes específicos, como glucosa, fructuosa, galactosa y manosa. Estos nombres son maneras sencillas de recordar sus estructuras comunes. Los tres criterios que guían la clasificación de los monosacáridos:

1.     Si el azúcar contiene un grupo cetona o uno aldehído

2.     El número de átomos de carbono en la cadena de carbonos

3.     La configuración estereoquímica del átomo de carbono asimétrico más alejado del grupo carbonilo.

Adicionalmente los monosacáridos se clasifican en aldosas y cetosas, el sufijo  osa designa un carbohidrato y  los prefijos aldo y ceto el grupo carbonilo presente en la cadena carbonada ya sea un aldehído o una cetona. El número de carbonos en una cadena de monosacáridos se indica por el prefijo numérico apropiado, tri- , tetr- , pent- , hex- , así respectivamente. Por lo general el número de átomos de carbono en el azúcar va de tres a siete carbonos. Veamos el siguiente ejemplo:

-La glucosa, es un aldehído y tiene siete carbonos por lo tanto se llama aldohexosa.

-la fructuosa, tiene seis átomos de carbono, pero es una cetona por lo tanto recibe el nombre de cetohexosa.

La mayoría de los azucares comunes que se encuentran en la naturaleza son aldohexosas y aldopentosas.

Los carbohidratos complejos están formados por dos o más azucares simples enlazados, en estos tipos de carbohidratos encontramos fibra integral, arroz, avena, harinas, papas y el almidón presente en tubérculos. El organismo utiliza la energía proveniente de los carbohidratos complejos de a poco, a comparación con los simples estos son de lenta absorción, estos se descomponen en glucosa más lentamente y por lo tanto proporcionan una corriente progresiva constante de energía durante todo el día. Por eso es más recomendable consumir este tipo de carbohidratos.

Respectivamente estos se clasifican en:

Disacáridos: la formación de estos se da por medio de, un azúcar reacciona con un alcohol para formar una acetal llamado glicosido. Cuando el alcohol es parte de otro azúcar, el producto final de este proceso es un disacárido, un azúcar compuesto de dos unidades de monosacáridos es decir un átomo de oxigeno es la que une a los dos monosacáridos. Los disacáridos más comunes son:

-Sacarosa: también conocida como azúcar común o azúcar de mesa, el cristal de sacarosa es transparente, el color blanco, es causado por la múltiple difracción de la luz en un grupo de cristales. Esta es el edulcorante más utilizado para endulzar los alimentos, en la naturaleza se puede encontrar en la caña de azúcar (20% en peso) y en la remolacha azucarera (15% en peso) y que este refinada o no, toda el azúcar de mesa es sacarosa.

-Lactosa: está formada por la unión de una molécula de glucosa y otra de galactosa. A esta también se le puede llamar azúcar de leche, ya que la podemos encontrar en la leche de las hembras de los mamíferos en una proporción del 4 al 5 por ciento, incluyendo también las vacas y los humanos. La hidrolisis de esta requiere una enzima β-galactosidasa (llamada lactasa). Hay humanos que sintetizamos esta enzima pero otros no. El consumo de leche o cualquier producto lácteo puede ocasionar molestias digestivas en las personas que tienen intolerancia a la lactosa que carecen de esta encima.

-Maltosa: también conocido maltobiosa o azúcar de malta, es un disacárido formado cuando se trata el almidón con germinado de cebada, llamado malta. Este proceso se lleva a cabo en la elaboración de la cerveza, que convierte los polisacáridos a disacáridos y monosacáridos que se fermentan con mayor facilidad.

Polisacáridos son carbohidratos en las cuales decenas, centenas o aun millares de azucares simples están unidos por medio de un enlace glicósidos. Son una clase de biopolímeros o polímeros de origen natural,  también sirven de reseras energéticas y estructurales para los seres vivos. Estos no son azucares reductores y no presentan mutorrotación apreciable. Los más comunes entre ellos son:

-Almidón: es un polisacárido cuyas unidades de carbohidrato se adicionan de manera sencilla para almacenar energía o remueven para proporcionar energía a los vegetales, y es la fuente de calorías más consumida por el ser humano.

-Celulosa: es una de las componentes estructural principal de las plantas. También es la biomolécula orgánica más abundante ya que forma la mayor parte de la biomasa terrestre.

La hidrolisis de algunas de estas dos moléculas forma varias moléculas de glucosa:

Estereoquímica de los carbohidratos:

Debido a que los carbohidratos tienen por lo general numerosos centros quirales,  es necesario un método rápido para representar la estereoquímica de estos. En 1891, Emil Fischer sugirió un método basado en la proyección de un átomo de carbono tetraédrico en una superficie plana después de esto se comenzaron a adoptar estas proyecciones de Fischer y ahora son un medio estándar para representar la estereoquímica de los carbohidratos.

Un átomo de carbono tetraédrico se representa por dos líneas cruzadas. Las líneas horizontales representan los enlaces que salen de la página, y las líneas verticales representan enlaces que van hacia adentro de la página.

Por ejemplo este monosacárido más simple como lo es, el (R)-gliceraldehído, puede re- presentarse como se muestra

Debido a que una molécula quiral puede representar de varias maneras distintas, con frecuencia es necesario comparar dos proyecciones para ver si representan el mismo o diferentes enantiómeros. Para detectar la identidad, de las proyecciones de Fischer pero solo están permitidos dos tipos de movimiento; al mover en cualquier otra forma una proyección puede que se invierta su significado.

Una proyección de Fischer puede rotarse 180° en la página, pero esta no se puede rotar a 90°o 270°. Solo este tipo de rotación hace que se conserve la convención de Fischer al mantener que los mismos grupos sustituyentes vayan hacia afuera o hacia adentro del plano; veamos el siguiente ejemplo, en la proyección de Fisher del (R)-gliceraldehído, los grupos –H y –OH salen del plano antes y después de la rotación de 180°.

Una rotación de 90°o 270° rompe la convención de Fischer al intercambiar los grupos que van hacia adentro y a los que van hacia afuera. En las proyecciones de Fischer siguientes del (R)-gliceraldehído, los grupos –H y –OH van hacia afuera de plano antes de la rotación pero hacia adentro del plano después de dicha rotación.  Como resultado vemos la proyección rotada que representa al (S)- gliceraldehído.

Una proyección de Fischer puede tener un grupo fijo mientras que los otros tres rotan en dirección a favor o contraria a las manecillas del reloj. El efecto es simplemente la rotación alrededor de un solo enlace, lo cual no cambia la estereoquímica

Pueden asignarse designaciones estereoquímicas R,S al centro quiral en una proyección de Fischer siguiendo tres pasos:

Paso 1. Asigne de la manera habitual prioridades a los cuatro sustituyentes.

Paso 2. Coloque el grupo con la prioridad más baja, por lo general H, en la parte superior de la proyección de Fischer utilizando uno de los movimientos permitidos, lo cual significa que el grupo con la prioridad más baja está orientado hacia atrás, alejándose del espectador, como se requiere para asignar la configuración.

 Paso 3. Determine la dirección de la rotación 1→2→3 de los tres grupos restantes, y asigne configuración R o S.

Los carbohidratos con más de un centro quiral se muestran en las proyecciones de Fischer poniendo los centros quirales uno por uno. Por convención, el carbono con el grupo carbonilo siempre se coloca en la parte superior, veamos el siguiente ejemplo, la glucosa en una proyección de Fischer tiene cuatro centros quirales apilados uno sobre otro; sin embargo, tal representación no da una imagen concreta de la verdadera conformación de una molécula, la cual en realidad está doblada alrededor de sí misma de forma parecida a un brazalete.

Azucares D,L:

El gliceraldehido, la aldosa más sencilla solo tiene un centro quiral y por lo tanto tiene dos formas de enantiómeros; sin embargo, solo el enantiómero dextrarrotatorio se encuentra en la naturaleza. Esto es una muestre del gliceraldehido en estado natural colocada en un polarímetro rota al plano de la luz polarizada en una dirección en sentido a las manecillas del reloj, denotada (+).  Dado que se ha encontrado que el (+)- gliceraldehido tiene una configuración R en C2, puede representarse con una proyección de Fisher. Por razones históricas que datan desde antes de la adopción del sistema R,S, también se refiere al (R)-(+)-gliceraldehído como D-gliceraldehído (D por dextrarrotatorio). El otro enantiómero, (S)-(-)-gliceraldehído, se conoce como L-gliceraldehído (L por levorrotatorio). Debido a la manera en que los monosacáridos se biosintetizan en la naturaleza, la glucosa y la mayor parte de los otros monosacáridos que se encuentran en la naturaleza tienen la misma configuración estereoquímica R como la del D-gliceraldehido en el centro quiral más alejado del grupo carbonilo. Por tanto, en las proyecciones Fisher la mayor parte de los azucares de ocurrencia natural tienen el grupo hidroxilo en el centro quiral inferior apuntando a la derecha.

En contraste con los azucare D, los azucares l tienen una configuración S en el centro quiral más bajo, con el grupo –OH inferior apuntando hacia a la izquierda en las proyecciones de Fischer; por lo tanto, un azúcar l es la imagen especular del azúcar D y tiene la configuración opuesta al azúcar D. el prefijo D únicamente indica que el grupo –OH en el centro quiral más bajo tiene estereoquímica R y apunta hacia la derecha cuando se representa la molécula una proyección de Fischer. También note que el sistema D,L de la nomenclatura de los carbohidratos describe la configuración de un solo centro quiral y no indica nada hacer acerca de la configuración de los otros centro quirales que están presentes en la molécula.

Estructuras cíclicas monosacáridos:

Si los grupos carbonilo e hidroxilo están en la misma molécula, puede suceder una adición nucleofilica, lo que conduce a la formación de un hemiacetal cíclico. Los hemiacetales cíclicos de cinco y seis miembros están relativamente libres de tensión y son particularmente estables, por eso existen muchos carbohidratos que tienen un equilibrio entre las formas de la cadena abierta o cíclica.