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3.8: Poniéndolo junto - Macromoléculas biológicas importantes - Biología


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Ahora que hemos aprendido acerca de las diferentes macromoléculas que nuestro cuerpo necesita y usa, volvamos a las preguntas que hicimos al comienzo del capítulo sobre dietas saludables:

Piénsalo

  • ¿Es posible que una persona elimine todos los carbohidratos de su dieta?
  • ¿Es realmente saludable eliminar toda una clase de moléculas de la dieta?
  • Las grasas y el colesterol son estrictamente malos, ¿verdad?

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De hecho, es imposible tener una dieta sin carbohidratos o sin grasas. Estas moléculas están en todas las células y las células constituyen lo que comemos. Sin embargo, lo que es más importante, cada una de estas macromoléculas biológicas tiene un papel muy importante que desempeñar. Si elimina demasiada grasa de su dieta, por ejemplo, es posible que sus reservas de grasa bajen lo suficiente como para que se le caiga el cabello.

Incluso el colesterol tan difamado es un requisito para un cuerpo y un estilo de vida saludables: sin suficiente colesterol, su cuerpo no produce suficientes hormonas sexuales (estrógeno o testosterona, dependiendo de si es hombre o mujer). El truco consiste en tomar decisiones saludables en general sin demasiadas macromoléculas biológicas; después de todo, ciertamente puede haber demasiadas cosas buenas.

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¿Cuáles son las cuatro macromoléculas de la vida?

La biología, o informalmente, la vida misma, se caracteriza por elegantes macromoléculas que han evolucionado durante cientos de millones de años para cumplir una variedad de funciones críticas. A menudo se clasifican en cuatro tipos básicos: carbohidratos (o polisacáridos), lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Si tiene experiencia en nutrición, reconocerá los tres primeros como los tres macronutrientes estándar (o "macros", en lenguaje dietético) que se enumeran en las etiquetas de información nutricional. El cuarto pertenece a dos moléculas estrechamente relacionadas que sirven como base para el almacenamiento y traducción de información genética en todos los seres vivos.

Cada una de estas cuatro macromoléculas de la vida, o biomoléculas, realiza una variedad de funciones, como es de esperar, sus diferentes roles están exquisitamente relacionados con sus diversos componentes y arreglos físicos.


3.8: Poniéndolo junto - Macromoléculas biológicas importantes - Biología

¿Qué tipo de aminoácidos esperaría encontrar en la superficie de las proteínas que deben interactuar estrechamente con el agua?

  1. entre el grupo R de un aminoácido y el grupo R del segundo
  2. entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del otro
  3. entre el carbono 6 de ambos aminoácidos
  4. entre los átomos de nitrógeno de los grupos amino en los aminoácidos
  1. la estructura primaria
  2. la estructura secundaria
  3. la estructura terciaria
  4. la estructura cuaternaria
  1. la estructura primaria
  2. la estructura secundaria
  3. la estructura terciaria
  4. la estructura cuaternaria
  1. cambios en el pH
  2. altas temperaturas
  3. la adición de algunos productos químicos
  4. Todas las anteriores
  1. una sustancia química que ayuda a la proteína en sus funciones enzimáticas
  2. una segunda proteína que completa la estructura cuaternaria
  3. una sustancia química que ayuda a que la proteína se doble correctamente
  4. una sustancia química que funciona como cofactor de la proteína
  1. ribosa, uracilo y un grupo fosfato
  2. desoxirribosa, uracilo y un grupo fosfato
  3. desoxirribosa, timina y un grupo fosfato
  4. ribosa, timina y un grupo fosfato
  1. una escalera de mano
  2. una doble hélice
  3. una estructura similar a una proteína terciaria
  4. poste de barbero
  1. desoxirribosa y adenina
  2. fructosa y timina
  3. glucosa y quinina
  4. ribosa y uracilo
  1. unido a la capa interna de la membrana celular
  2. en el nucleo
  3. en el citoplasma
  4. sobre los ribosomas
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  • 3.8 Preguntas de repaso

Este texto se basa en Openstax Biology for AP Courses, Autores colaboradores principales Julianne Zedalis, The Bishop's School en La Jolla, CA, John Eggebrecht, Autores colaboradores de la Universidad de Cornell Yael Avissar, Rhode Island College, Jung Choi, Instituto de Tecnología de Georgia, Jean DeSaix , Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, Vladimir Jurukovski, Colegio Comunitario del Condado de Suffolk, Connie Rye, Colegio Comunitario del Este de Mississippi, Robert Wise, Universidad de Wisconsin, Oshkosh

Esta obra está autorizada bajo una licencia Creative Commons Reconocimiento-No comercial 4.0 no exportada, sin restricciones adicionales.


Explotación de conocimientos previos sobre macromoléculas biológicas en la determinación de estructuras crio-EM

La reconstrucción tridimensional del potencial de dispersión de electrones de macromoléculas biológicas a partir de imágenes de proyección de crio-microscopía electrónica (crio-EM) es un problema mal planteado. Las soluciones de software crio-EM más populares hasta la fecha se basan en un enfoque de regularización que se basa en la suposición previa de que el potencial de dispersión varía suavemente en el espacio tridimensional. Aunque este enfoque ha tenido un gran éxito en los últimos años, la cantidad de conocimiento previo que explota se compara desfavorablemente con el conocimiento sobre estructuras biológicas que se ha acumulado durante décadas de investigación en biología estructural. Aquí, se presenta un marco de regularización para la determinación de estructuras crio-EM que explota el conocimiento previo sobre estructuras biológicas a través de una red neuronal convolucional que se entrena en estructuras macromoleculares conocidas. Esta red neuronal se inserta en el proceso iterativo de determinación de estructuras crio-EM a través de un enfoque que se inspira en la regularización por eliminación de ruido. Se muestra que el nuevo enfoque de regularización produce mejores reconstrucciones que el estado actual de la técnica para datos simulados, y se discuten las opciones para extender este trabajo para su aplicación a datos experimentales crio-EM.

Palabras clave: Reconstrucción 3D, procesamiento de imágenes por microscopía crioelectrónica, procesamiento de imágenes, determinación de la estructura crio-EM de una sola partícula.

Cifras

Resultados de rendimiento de eliminación de ruido en una sola pasada en ...

Resultados de rendimiento de eliminación de ruido de una sola pasada a baja ( a ) y alta ( B…

FSC de reconstrucciones a las cuatro ...

FSC de reconstrucciones en cuatro SNR diferentes (filas) de cuatro estructuras (columnas). Regular…

Rebanadas centrales de la reconstrucción ...

Cortes centrales de los resultados de la reconstrucción de la entrada de AP 4m82 en SNR (iv)…

FSC de reconstrucciones a las cuatro ...

FSC de reconstrucciones en cuatro SNR diferentes (filas) de cuatro estructuras (columnas). Regular…

La distribución del error angular ...

La distribución del error angular de las reconstrucciones en cuatro diferentes SNR (filas) de…

Rebanadas centrales del reconstruido ...

Secciones centrales de los mapas reconstruidos en el conjunto de datos de prueba para ...

Visualizaciones isosuperficiales de la reconstrucción ...

Visualizaciones isosuperficiales de los resultados de la reconstrucción con regularidad. RELION y RED ponderado por la confianza juntos ...


Los carbohidratos están compuestos por monosacáridos (azúcares) y sus polímeros. Los monosacáridos se unen para formar polisacáridos, que son los polímeros de los carbohidratos. El monosacárido más común es la glucosa, que es uno de los azúcares más valiosos para todos los animales y plantas. La función de los carbohidratos es actuar como fuente de energía para el almacenamiento y estructura de todos los seres vivos. Para las plantas, el almidón es la principal fuente de energía y la celulosa es lo que proporciona estructura y soporte. Para los animales, el glucógeno proporciona energía y la quitina proporciona la estructura y el soporte.

Los lípidos vienen en tres formas: grasas, esteroides y fosfolípidos. La función principal de estos lípidos es la energía y el aislamiento. Las grasas vienen en formas saturadas o insaturadas, y son insolubles y, por lo tanto, flotantes. Las grasas saturadas se encuentran en los animales y son sólidos a temperatura ambiente. Las grasas insaturadas se encuentran en las plantas y son líquidos o aceites a temperatura ambiente. Los lípidos, en forma de fosfolípidos, también son elementos importantes en las membranas.


9 Síntesis de macromoléculas biológicas

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Comprender la síntesis de macromoléculas
  • Explicar las reacciones de deshidratación (o condensación) e hidrólisis.

Como ha aprendido, las macromoléculas biológicas son moléculas grandes, necesarias para la vida, que se construyen a partir de moléculas orgánicas más pequeñas. Hay cuatro clases principales de macromoléculas biológicas (carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos). Cada uno es un componente celular importante y realiza una amplia gama de funciones. Combinadas, estas moléculas constituyen la mayor parte de la masa seca de una célula (recuerde que el agua constituye la mayor parte de su masa completa). Las macromoléculas biológicas son orgánicas, lo que significa que contienen carbono. Además, pueden contener hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y elementos menores adicionales.

Síntesis de deshidratación

La mayoría de las macromoléculas están hechas de subunidades únicas, o bloques de construcción, llamados monómeros. Los monómeros se combinan entre sí mediante enlaces covalentes para formar moléculas más grandes conocidas como polímeros. Al hacerlo, los monómeros liberan moléculas de agua como subproductos. Este tipo de reacción es la síntesis de deshidratación, que significa "juntarse mientras se pierde agua".


En una reacción de síntesis por deshidratación ((Figura)), el hidrógeno de un monómero se combina con el grupo hidroxilo de otro monómero, liberando una molécula de agua. Al mismo tiempo, los monómeros comparten electrones y forman enlaces covalentes. A medida que se unen monómeros adicionales, esta cadena de monómeros repetidos forma un polímero. Los diferentes tipos de monómeros pueden combinarse en muchas configuraciones, dando lugar a un grupo diverso de macromoléculas. Incluso un tipo de monómero puede combinarse de diversas formas para formar varios polímeros diferentes. Por ejemplo, los monómeros de glucosa son los componentes del almidón, el glucógeno y la celulosa.

Hidrólisis

Los polímeros se descomponen en monómeros durante la hidrólisis. Se produce una reacción química al insertar una molécula de agua a través del enlace. Romper un enlace covalente con esta molécula de agua en el compuesto logra esto ((Figura)). Durante estas reacciones, el polímero se rompe en dos componentes: una parte gana un átomo de hidrógeno (H +) y la otra gana una molécula de hidroxilo (OH–) a partir de una molécula de agua dividida.


Las reacciones de deshidratación e hidrólisis son catalizadas o "aceleradas" por enzimas específicas. Las reacciones de deshidratación implican la formación de nuevos enlaces, que requieren energía, mientras que las reacciones de hidrólisis rompen enlaces y liberan energía. Estas reacciones son similares para la mayoría de las macromoléculas, pero cada reacción de monómero y polímero es específica para su clase. Por ejemplo, las enzimas catalíticas del sistema digestivo hidrolizan o descomponen los alimentos que ingerimos en moléculas más pequeñas. Esto permite que las células de nuestro cuerpo absorban fácilmente los nutrientes en el intestino. Una enzima específica descompone cada macromolécula. Por ejemplo, la amilasa, sacarasa, lactasa o maltasa descomponen los carbohidratos. Las enzimas llamadas proteasas, como la pepsina y la peptidasa, y el ácido clorhídrico descomponen las proteínas. Las lipasas descomponen los lípidos. Estas macromoléculas descompuestas proporcionan energía para las actividades celulares.

Visite este sitio para ver representaciones visuales de la síntesis y la hidrólisis de la deshidratación.

Resumen de la sección

Las proteínas, los carbohidratos, los ácidos nucleicos y los lípidos son las cuatro clases principales de macromoléculas biológicas: moléculas grandes necesarias para la vida que se construyen a partir de moléculas orgánicas más pequeñas. Las macromoléculas se componen de unidades individuales que los científicos llaman monómeros que se unen mediante enlaces covalentes para formar polímeros más grandes. El polímero es más que la suma de sus partes: adquiere nuevas características y conduce a una presión osmótica muy inferior a la formada por sus ingredientes. Ésta es una ventaja importante para mantener las condiciones osmóticas celulares. Un monómero se une con otro monómero con la liberación de una molécula de agua, lo que lleva a la formación de un enlace covalente. Los científicos las llaman reacciones de deshidratación o condensación. Cuando los polímeros se descomponen en unidades más pequeñas (monómeros), utilizan una molécula de agua por cada enlace roto por estas reacciones. Tales reacciones son reacciones de hidrólisis. Las reacciones de deshidratación e hidrólisis son similares para todas las macromoléculas, pero cada reacción de monómero y polímero es específica de su clase. Las reacciones de deshidratación generalmente requieren una inversión de energía para la formación de nuevos enlaces, mientras que las reacciones de hidrólisis normalmente liberan energía al romper los enlaces.


SAT II Biología M: Macromoléculas

La asparagina es un ejemplo de aminoácido. Si pones asparagina y otros aminoácidos juntos en una cadena, ¿qué compuesto orgánico obtendrás?

Los aminoácidos son los componentes básicos de las proteínas, por lo que cuando se unen en una cadena, obtendrás una proteína.

Macromoléculas: Pregunta de ejemplo n. ° 2

¿Cuál de las siguientes macromoléculas está formada por aminoácidos?

Una macromolécula hecha de aminoácidos es una proteína. La lactasa, la enzima que ayuda en la digestión de la lactosa, es la única proteína de la lista. La sacarosa y la glucosa son carbohidratos. El ácido desoxirribonucleico es ADN, un ácido nucleico. Los triglicéridos son un tipo de lípido.

Nota: Puede identificar una enzima (que es una proteína) por el hecho de que su nombre termina en "-ase".

Macromoléculas: Pregunta de ejemplo n. ° 3

Los carbohidratos representan macromoléculas importantes en las vías bioquímicas de muchos organismos.

¿Cuál de los siguientes son monosacáridos?

I. Glucosa
II. Fructosa
III. Maltosa

La glucosa y la fructosa son sacáridos monoméricos o monosacáridos. La relación de carbono a hidrógeno a oxígeno existe en un patrón de 1: 2: 1 indicativo de un sacárido monomérico. La fórmula molecular de glucosa y fructosa es. La maltosa es un disacárido compuesto por dos moléculas de glucosa.

Macromoléculas: Pregunta de ejemplo n. ° 4

Los disacáridos, como la maltosa, se producen cuando dos monosacáridos experimentan una reacción de síntesis de deshidratación.

¿Cuál de las siguientes fórmulas representa un disacárido?

El disacárido maltosa se forma mediante la reacción de síntesis por deshidratación de dos monómeros de glucosa. Cuando simplemente se agregan los dos monómeros de glucosa, se puede pensar que la suma de los dos será la fórmula química de la maltosa. Sin embargo, esto no explica la reacción de síntesis de deshidratación en la que desaparecen un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno. Después de tener en cuenta estas moléculas, la fórmula química de la maltosa estará representada por.

Macromoléculas: Pregunta de ejemplo n. ° 5

Los polisacáridos se consideran restos de azúcar que incluyen 3 o más sacáridos monoméricos juntos.


El proyecto del genoma humano

El Proyecto del Genoma Humano (HGP) fue una de las grandes hazañas de exploración de la historia. En lugar de una exploración externa del planeta o el cosmos, el HGP fue un viaje interno de descubrimiento dirigido por un equipo internacional de investigadores que busca secuenciar y mapear todos los genes, conocidos en conjunto como el genoma, de los miembros de nuestra especie. , Homo sapiens. A partir del 1 de octubre de 1990 y finalizado en abril de 2003, el HGP nos dio la capacidad, por primera vez, de leer el modelo genético completo de la naturaleza para construir un ser humano.

El Proyecto Genoma Humano fue el esfuerzo de investigación internacional para determinar la secuencia de ADN de todo el genoma humano.

En 2003, se terminó una secuencia del genoma humano precisa y completa dos años antes de lo programado y a un costo menor que el presupuesto estimado original.

Momentos clave y comunicados de prensa de la historia del Proyecto Genoma Humano.

El 15 de febrero de 2021 marca el 20 aniversario de las publicaciones que informan sobre el borrador de la secuencia del genoma humano.

Testimonios en video de miembros prominentes de la comunidad genómica que conmemoran y celebran el 30 aniversario del lanzamiento del Proyecto Genoma Humano.

Explore las preguntas y respuestas frecuentes sobre el Proyecto Genoma Humano y su impacto en el campo de la genómica.


El agua apoya la estructura celular

El agua también tiene un papel estructural importante en biología. Visualmente, el agua llena las células para ayudar a mantener la forma y la estructura (Figura 2). El agua dentro de muchas células (incluidas las que forman el cuerpo humano) crea una presión que se opone a las fuerzas externas, similar a poner aire en un globo. Sin embargo, incluso algunas plantas, que pueden mantener su estructura celular sin agua, aún necesitan agua para sobrevivir. El agua permite que todo el interior de las células tenga la forma correcta a nivel molecular. Dado que la forma es fundamental para los procesos bioquímicos, esta es también una de las funciones más importantes del agua.

Figura 2: El agua impacta en la forma de la celda. El agua crea presión dentro de la celda que le ayuda a mantener la forma. En la celda hidratada (izquierda), el agua empuja hacia afuera y la celda mantiene una forma redonda. En la celda deshidratada, hay menos agua que empuja hacia afuera, por lo que la celda se arruga.

El agua también contribuye a la formación de membranas que rodean las células. Cada célula de la Tierra está rodeada por una membrana, la mayoría de las cuales están formadas por dos capas de moléculas llamadas fosfolípidos (Figura 3). Los fosfolípidos, como el agua, tienen dos componentes distintos: una "cabeza" polar y una "cola" no polar. Debido a esto, las cabezas polares interactúan con el agua, mientras que las colas no polares intentan evitar el agua e interactúan entre sí. Buscando estas interacciones favorables, los fosfolípidos forman espontáneamente bicapas con las cabezas mirando hacia afuera hacia el agua circundante y las colas hacia adentro, excluyendo el agua. La bicapa rodea las células y permite selectivamente que sustancias como sales y nutrientes entren y salgan de la célula. Las interacciones involucradas en la formación de la membrana son lo suficientemente fuertes como para que las membranas se formen espontáneamente y no se rompan fácilmente. Sin agua, las membranas celulares carecerían de estructura, y sin la estructura de membrana adecuada, las células no podrían mantener moléculas importantes dentro de la célula y moléculas dañinas fuera de la célula.

Figura 3: Bicapas de fosfolípidos. Los fosfolípidos forman bicapas rodeadas de agua. Las cabezas polares miran hacia afuera para interactuar con el agua y las colas hidrofóbicas miran hacia adentro para evitar interactuar con el agua.

Además de influir en la forma general de las células, el agua también afecta algunos componentes fundamentales de cada célula: el ADN y las proteínas. Las proteínas se producen como una larga cadena de bloques de construcción llamados aminoácidos y necesitan plegarse en una forma específica para funcionar correctamente. El agua impulsa el plegamiento de las cadenas de aminoácidos a medida que los diferentes tipos de aminoácidos buscan y evitan interactuar con el agua. Las proteínas proporcionan estructura, reciben señales y catalizan reacciones químicas en la célula. De esta forma, las proteínas son los caballos de batalla de las células. En última instancia, las proteínas impulsan la contracción de los músculos, la comunicación, la digestión de nutrientes y muchas otras funciones vitales. Sin la forma adecuada, las proteínas no podrían realizar estas funciones y una célula (y mucho menos un ser humano completo) no podría sobrevivir. De manera similar, el ADN debe tener una forma específica para que sus instrucciones se descodifiquen correctamente. Las proteínas que leen o copian el ADN solo pueden unirse al ADN que tiene una forma particular. Las moléculas de agua rodean al ADN de forma ordenada para respaldar su característica conformación de doble hélice. Sin esta forma, las células no podrían seguir las cuidadosas instrucciones codificadas por el ADN o pasar las instrucciones a las células futuras, lo que haría que el crecimiento humano, la reproducción y, en última instancia, la supervivencia fueran inviables.


La bicapa de fosfolípidos forma la estructura básica de todas las biomembranas

Cuando una suspensión de fosfolípidos se dispersa mecánicamente en solución acuosa, pueden asumir tres formas diferentes: micelas, láminas bicapa y liposomas (figura 2-20). El tipo de estructura formada por un fosfolípido puro o una mezcla de fosfolípidos depende de la longitud de las cadenas de acilo graso y de su grado de saturación, de la temperatura, de la composición iónica del medio acuoso y del modo de dispersión de los ácidos grasos. fosfolípidos en la solución. En las tres formas, las interacciones hidrófobas hacen que las cadenas de acilo graso se agreguen y excluyan las moléculas de agua del & # x0201ccore. & # X0201d Las micelas rara vez se forman a partir de fosfoglicéridos naturales, cuyas cadenas de acilo graso generalmente son demasiado voluminosas para caber en el interior de un micela.

Figura 2-20

Vistas en sección transversal de las tres estructuras que se pueden formar dispersando mecánicamente una suspensión de fosfolípidos en soluciones acuosas. Se muestra una micela esférica con un interior hidrófobo compuesto enteramente por cadenas de acilo graso de forma esférica (más.)

En condiciones adecuadas, los fosfolípidos de la composición presentes en las células forman espontáneamente estructuras similares a láminas simétricas, llamadas bicapas de fosfolípidos, que tienen dos moléculas de espesor. Cada capa de fosfolípidos en esta estructura laminar se llama folleto. Las cadenas laterales de hidrocarburos en cada folleto minimizan el contacto con el agua al alinearse estrechamente en el centro de la bicapa, formando un núcleo hidrófobo de aproximadamente 3 nm de espesor. El empaquetamiento cerrado de estas cadenas laterales de hidrocarburos se estabiliza mediante interacciones de van der Waals entre ellas. Los enlaces iónicos y de hidrógeno estabilizan la interacción de los grupos de la cabeza polar de los fosfolípidos entre sí y con el agua. A pH neutro, los grupos de cabezas polares en algunos fosfolípidos (p. Ej., Fosfatidilcolina) no tienen carga eléctrica neta, mientras que los grupos de cabezas en otros tienen una carga neta negativa. No obstante, todos los fosfolípidos pueden agruparse en la estructura característica de bicapa.

Una bicapa de fosfolípidos puede tener un tamaño casi ilimitado & # x02005 & # x02014 & # x02005 desde micrómetros (& # x000b5) hasta milímetros (mm) de largo o ancho & # x02005 & # x02014 & # x02005 y puede contener decenas de millones de moléculas de fosfolípidos. Debido a su núcleo hidrofóbico, las bicapas son impermeables a las sales, azúcares y la mayoría de las otras pequeñas moléculas hidrofílicas. Como una bicapa de fosfolípidos, todas las membranas biológicas tienen un núcleo hidrófobo y todas separan dos soluciones acuosas. La membrana plasmática, por ejemplo, separa el interior de la célula de su entorno. De manera similar, las membranas que rodean los orgánulos de las células eucariotas separan una fase acuosa & # x02005 & # x02014 & # x02005el citosol celular & # x02005 & # x02014 & # x02005 de otra & # x02005 & # x02014 & # x02005el interior del orgánulo. Varios tipos de evidencia indican que la bicapa de fosfolípidos es la unidad estructural básica de casi todas las biomembranas (Capítulo 5). Asociadas con los fosfolípidos de membrana hay varias proteínas que ayudan a conferir propiedades únicas a cada tipo de membrana. Describimos la estructura general de las proteínas de membrana y su asociación con la bicapa de fosfolípidos en el capítulo 3.


Ver el vídeo: Repaso de lípidos. Macromoléculas. Biología. Khan Academy en Español (Enero 2022).