Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics

I 0 flashcards i 4 preguntes més al document.

Text del document

APUNTS BIOLOGIA FONAMENTAL Grau en Biotecnologia Universitat de Girona AprenAI 2026-2027 Apunts de biomolècules per a Biologia fonamental: glúcids, lípids, nivells de proteïnes, cinètica enzimàtica i estructura de l'ADN i l'ARN.

APREN.AI Índex 1 Introducció a les biomolècules i els glúcids Grups funcionals principals en biomolècules Estructura i propietats dels monosacàrids Disacàrids i l'enllaç O-glicosídic Polisacàrids de reserva i estructurals 2 Lípids: estructures saponificables i insaponificables Àcids grassos: estructura i reactivitat Lípids saponificables: simples i complexos Lípids insaponificables 3 Proteïnes, plegament i cinètica enzimàtica Aminoàcids i l'enllaç peptídic Nivells d'organització estructural de les proteïnes Cinètica i funcionament dels catalitzadors enzimàtics 4 Àcids nucleics: estructura de l'ADN i tipus d'ARN Constitució química del nucleòtid Estructura comparada: ADN vs ARN Organització de l'ADN cel·lular Diversitat funcional de l'ARN 5 Resum per repassar Glúcids Lípids Proteïnes i catàlisi enzimàtica Àcids nucleics Solucions de les preguntes de repàs Aquests apunts poden contenir errors o omissions.

Són un material de suport i no substitueixen el temari oficial ni el professorat: contrasta la informació important. Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 1 1 Introducció a les biomolècules i els glúcids EN ACABAR SABRÀS Classificar els glúcids segons el nombre de monòmers i el tipus de grup carbonil. Distinguir els diferents tipus d'estereoisomeria en monosacàrids. Explicar la formació de l'enllaç O-glicosídic i la presència o absència de poder reductor. Diferenciar els polisacàrids segons la seva funció biològica i la naturalesa dels seus enllaços.

PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 1 Per què un tros de pa o de fusta no té sabor dolç si està constituït gairebé exclusivament per molècules de glucosa? La matèria viva està constituïda fonamentalment per aigua (aproximadament un 70%) i per biomolècules orgàniques (el 30% restant). Aquestes molècules es basen en esquelets de carboni units a hidrogen, oxigen i nitrogen, acompanyats amb freqüència per fòsfor i sofre. La presència de diversos grups funcionals atorga reactivitat i polifuncionalitat als compostos biològics.

Grups funcionals principals en biomolècules Els enllaços del carboni amb altres heteroàtoms generen famílies químiques diferenciades: Grup funcional Fórmula Família biològica Exemple estructural Hidroxil Alcohols Carbonil (terminal) Aldehids Carbonil (no terminal) Cetones Carboxil -COOH Àcids carboxílics Èster Èsters Èter Èters Amino Amines Amida Amides Les macromolècules cel·lulars assoleixen mides considerables: les proteïnes oscil·len entre 5.000 i (formades per 20 aminoàcids bàsics), els polisacàrids arriben a , els àcids nucleics van de 10.000 a (organitzats en 4 tipus de nucleòtids) i els lípids se situen generalment entre 750 i 1.500 Da.

OH CH 3 CH 2 CH 2 CH OH 2 CHO CH 3 CH 2 CH 2 CHO CO CH 3 CH 2 CO CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 COOH COO CH 3 CH 2 CH 2 COO CH 3 O H C 3 CH 2 O CH 2 CH 3 NH 2 CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 NH 2 CONH 2 CH 3 CH 2 CH 2 CONH 2 10 Da 6 5 × 10 Da 6 10 Da 10 Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 2 Estructura i propietats dels monosacàrids Els glúcids responen a la proporció empírica . Químicament són polihidroxialdehids o bé polihidroxiacetones. Es classifiquen segons el nombre de cadenes: monosacàrids (una sola unitat), oligosacàrids (de 2 a 10 unitats, destacant-ne els disacàrids) i polisacàrids (més de 10 unitats monomèriques).

Els monosacàrids tenen entre tres i set àtoms de carboni i s'anomenen amb el sufix -osa. Físicament són substàncies sòlides, blanques, cristal·lines, solubles en aigua i de sabor dolç. Químicament tenen caràcter reductor: el grup carbonil s'oxida a carboxil i és capaç de reduir el reactiu de Fehling, formant un precipitat marró. Atesa la presència de carbonis asimètrics (centres quirals units a quatre substituents diferents), mostren isomería: Isòmers constitutius: difereixen en l'ordre d'enllaç entre els àtoms. Estereoisòmers: mateixa connectivitat covalent però disposició tridimensional diferent.

Es divideixen en: Enantiòmers: imatges especulars no superposables (formes D i L segons la posició de l'hidroxil de l'últim carboni asimètric a la dreta o a l'esquerra). Diastereoisòmers: no són imatges especulars. Inclouen els epímers (canvi en la configuració d'un sol carboni quiral) i els anòmers (generats en ciclar-se la molècula, anomenats i segons la posició del nou centre quiral). Esquema dels enantiòmers D i L de la glucosa segons el carboni quiral de referència. C H O n 2n n α β Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 3 Estructures lineal i anomèriques cícliques alfa i beta de la D-glucopiranosa.

Entre les hexoses (6 carbonis), destaquen la glucosa (una aldohexosa animal clau com a font energètica, present en forma lineal o cíclica) i la fructosa (una cetohexosa d'origen vegetal). COMPROVA-HO 2 Com es distingeix estructuralment un enantiòmer D d'un enantiòmer L en una projecció lineal? Disacàrids i l'enllaç O-glicosídic La condensació de dos monosacàrids allibera una molècula d'aigua mitjançant un enllaç O-glicosídic. Els disacàrids mantenen propietats físiques similars a les dels monòmers (sòlids, blancs, cristal·lins, dolços i hidrosolubles).

Segons la implicació dels carbonis carbonílics en l'enllaç trobem: Enllaç monocarbonílic: reacciona el carboni anomèric del primer monosacàrid amb un carboni no carbonílic del segon. Com que queda un grup carbonil lliure, conserva el caràcter reductor davant de Fehling. Exemples: maltosa [ ], cel·lobiosa [ ] i lactosa [ ]. Enllaç dicarbonílic: s'enllacen directament els carbonis funcionals d'ambdós sucres. No hi ha cap carbonil lliure i per tant perd el poder reductor. L'exemple prototípic és la sacarosa [ ]. ERROR FREQÜENT Confondre el caràcter reductor de la sacarosa amb el de la maltosa o la lactosa.

La sacarosa involucra els dos carbonis anomèrics en l'enllaç glicosídic ( ), impedint que s'oxidi; dóna un resultat negatiu amb el reactiu de Fehling. Polisacàrids de reserva i estructurals Els polisacàrids estan formats per nombrosos monosacàrids. Tenen masses moleculars molt altes, no són solubles com els sucres simples, manquen de gust dolç i no redueixen el Fehling.

α-glucosa(1 4)α-glucosa β-glucosa(1 4)β-glucosa β-galactosa(1 4)α-glucosa α-glucosa(1 2)β-fructosa 1 2 Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 4 ESQUEMA Classificació dels polisacàrids segons la seva composició Grup Funció de reserva (enllaç ) Funció estructural (enllaç ) Heteropolisacàrids (enllaç ) Plantes Midó (amilosa lineal i amilopectina ramificada amb enllaços i cada 12 glucoses) Cel·lulosa (cadenes lineals de ) Pectina, agar Animals Glicogen (reserva hepàtica i muscular) Quitina (homopolímer no ramificat de N- acetilglucosamina ) Goma aràbiga Fibril·les de cel·lulosa enllaçades transversalment mitjançant ponts d'hidrogen.

La cel·lulosa és el polímer orgànic més abundant de la biosfera. Conté entre 10.000 i 15.000 unitats de -glucosa. Forma microfibril·les rígides estabilitzades per nombrosos ponts d'hidrogen intercatenaris. Els animals no tenen enzims per hidrolitzar l'enllaç de la cel·lulosa, tasca que duen a terme bacteris i fongs simbiòtics.

Homopolisacàrids Polímers d'un sol tipus de monòmer Reserva vegetal (Midó) Enllaços alfa energètics Reserva animal (Glicogen) Fetge i músculs Estructural vegetal (Cel·lulosa) Enllaç beta rígid Estructural animal (Quitina) Exoesquelet d'artròpodes Heteropolisacàrids Format per diversos tipus de monòmers Glicans complexos Pectina, agar i àcid hialurònic α β α α(1 4) α(1 4) α(1 6) β(1 4) β(1 4) β β(1 4) Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 5 Altres glúcids estructurals complexos inclouen el peptidoglicà (propi de la paret bacteriana, combinació de glúcids i pèptids) i els mucopolisacàrids dels teixits animals.

Aquests darrers s'associen amb proteïnes formant proteoglicans (un 5% de glúcid unit a un 95% de proteïna), com ara l'àcid hialurònic, el sulfat de condroïtina i el sulfat de queratà. COMPROVA-HO 3 Quina conseqüència funcional té l'enllaç dicarbonílic en la molècula de sacarosa? IDEES CLAU Els glúcids són polihidroxialdehids o polihidroxiacetones amb fórmula empírica general . Els monosacàrids posseeixen centres quirals que generen enantiòmers D i L, així com anòmers cíclics alfa i beta. L'enllaç monocarbonílic manté capacitat reductora amb el reactiu de Fehling, mentre que el dicarbonílic la perd completament.

Els enllaços alfa permeten configuracions helicoïdals aptes per a la reserva (midó i glicogen), mentre que els enllaços beta aporten rigidesa mecànica (cel·lulosa i quitina). COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 4. ¿Quina és la composició monomèrica i l'enllaç característic de la quitina? 5. ¿Per què l'amilopectina és menys soluble que l'amilosa tot i contenir ambdues monòmers de glucosa? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 6. Quin disacàrid no té capacitat de reduir el reactiu de Fehling? 7. Com es defineix la configuració D d'una aldohexosa? 8. Quina molècula forma la paret cel·lular bacteriana combinant polisacàrids i cadenes peptídiques?

C H O n 2n n Cel·lobiosa a) Maltosa b) Sacarosa c) Lactosa d) OH del carboni 5 a la dreta a) OH del carboni anomèric cap amunt b) Grup carbonil a l'extrem inferior c) Incapacitat de formar enllaços glicosídics d) Sulfat de condroïtina a) Cel·lulosa b) Amilopectina c) Peptidoglicà d) Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 6 9. Quina associació de polímer i funció biològica és correcta en el món vegetal? 2 Lípids: estructures saponificables i insaponificables EN ACABAR SABRÀS Comprendre l'organització amfipàtica dels àcids grassos i el seu comportament físic. Distinguir les reaccions químiques d'esterificació i saponificació.

Categoritzar els lípids de membrana segons el seu alcohol base (glicerina o esfingosina). Conèixer la funció dels lípids insaponificables més rellevants. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 10 Com aconsegueixen els sabons arrossegar el greix dels plats bruts si el greix és totalment insoluble en aigua? Els lípids són un grup químicament heterogeni caracteritzat per dues propietats de solubilitat: són insolubles en aigua i dissolvents polars, però fàcilment solubles en solucions orgàniques apolars. La seva composició atòmica es basa principalment en carboni i hidrogen, amb percentatges molt baixos d'oxigen, a més de nitrogen i fòsfor en determinades famílies.

Àcids grassos: estructura i reactivitat Un àcid gras està constituït per una llarga cadena hidrocarbonada de tipus alifàtic lineal (amb un nombre parell d'àtoms de carboni, entre 4 i 24) i un grup carboxil terminal (-COOH). La cadena actua com a cua hidrofòbica apolar, mentre que el carboxil representa el cap polar hidrofílic. Àcids grassos saturats: no contenen dobles enllaços en la cadena (com l'àcid esteàric o el palmític). Tenen conformació estesa i rectilínia afavorint les interaccions hidrofòbiques de Van der Waals. Això incrementa el seu punt de fusió, per la qual cosa són sòlids o serosos a temperatura ambient (seus). Àcids grassos insaturats: presenten una o més insaturacions dobles.

Els monoinsaturats contenen un sol doble enllaç (àcid oleic) i els poliinsaturats en tenen més d'un (àcid linoleic). La configuració espacial és cis quan genera una colzada rígida, i trans quan manté la disposició recta. Les colzades impedeixen un empaquetament dens, donant consistència líquida (olis). DEFINICIÓ El caràcter amfipàtic defineix aquelles molècules bipolars que posseeixen alhora una regió hidròfila ionitzable capaç d'interaccionar amb l'aigua i una regió hidròfoba apolar que la repel·leix.

Químicament, els àcids grassos experimenten dues reaccions essencials: Midó - Reserva energètica a) Glicogen - Reserva cel·lular b) Agar - Enzim catalític c) Quitina - Estructura tija d) Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 7 Reacció d'esterificació entre tres àcids grassos i glicerina per formar triacilglicèrid. Reacció de saponificació d'un triacilglicèrid en medi bàsic alliberant sabó i glicerol. COMPROVA-HO 11 Quina relació hi ha entre la longitud de la cadena alifàtica, el nombre de dobles enllaços i el punt de fusió d'un greix? Lípids saponificables: simples i complexos Tots els lípids saponificables contenen àcids grassos units mitjançant enllaç èster: 1.

Lípids simples (apolars) Anomenats també hololípids, estan constituïts únicament per àcids grassos i un alcohol: Acilglicèrids: derivats de la unió d'una, dues o tres cadenes d'àcids grassos amb una glicerina (monoacilglicèrids, diacilglicèrids o triacilglicèrids). La seva funció primària és la reserva energètica a llarg termini en el teixit adipós. Cèrids (ceres): formats per l'esterificació d'un àcid gras amb un alcohol monovalent de cadena llarga. Són completament impermeables i protegeixen superfícies dèrmiques, pèls, plomes i fulles vegetals. 2.

Lípids complexos (polars) Heterolípids que contenen àcid gras, alcohol i altres molècules hidrofíliques: Fosfoglicèrids: formats per dues cadenes d'àcid gras, una glicerina, un àcid fosfòric i un aminoalcohol polar. Formen la base de la bicapa lipídica cel·lular. Esterificació: condensació d'un àcid gras amb un grup alcohol generant un èster i una molècula d'aigua. 1 Saponificació: hidròlisi d'un èster mitjançant una base forta (NaOH o KOH) que allibera l'alcohol original i produeix una sal d'àcid gras anomenada sabó. Els sabons permeten formar dispersions col·loïdals d'elements apolars en aigua.

2 Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 8 Fosfoesfingolípids: constituïts per un àcid gras, una esfingosina (aminoalcohol de cadena llarga), un fosfat i un aminoalcohol addicional (com la colina). Formen part de les membranes plasmàtiques i són abundants a les beines de mielina. La unió d'esfingosina i àcid gras s'anomena ceramida. Glicoesfingolípids: compostos per ceramida lligada a un glúcid. Si el glúcid és un monosacàrid o oligosacàrid simple es parla de cerebròsids; si conté un oligosacàrid ramificat amb àcid siàlic rep el nom de gangliòsids (abundants a les membranes neuronals). Estructura molecular esquemàtica d'un fosfoglicèrid amfipàtic.

Estructura d'un fosfoesfingolípid destacant la regió de la ceramida i el cap polar. ERROR FREQÜENT Confondre els fosfoglicèrids amb els fosfoesfingolípids en el tipus d'alcohol base. Els fosfoglicèrids utilitzen com a esquelet la glicerina unida a dos àcids grassos, mentre que els esfingolípids empren esfingosina unida a un sol àcid gras per enllaç amida. Lípids insaponificables No contenen àcids grassos i, en conseqüència, no poden reaccionar amb bases fortes per donar sabó. Terpens o isoprenoides: polímers d'unitats d'isoprè (2-metil-1,3-butadiè, molècula de 5 carbonis).

Es classifiquen segons el nombre de monòmers: monoterpens (2 unitats: mentol, eucaliptol, limonè, geraniol), diterpens (4 unitats: fitol de la clorofil·la, vitamines A, E i K), triterpens (6 unitats: esqualè), tetraterpens (8 unitats: carotenoides) i politerpens (més de 8 unitats: cautxú). Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 9 Esteroides: derivats de l'anell hidrocarbonat tetracíclic anomenat ciclopentà perhidrofenantrè o esterà. Es divideixen en: Esterols: tenen un al carboni 3.

Inclouen el colesterol (component estructural de les membranes cel·lulars eucariotes), els àcids biliars (emulsionants sintetitzats al fetge), la vitamina D (reguladora del calci i absorció intestinal) i l'estradiol. Hormones esteroidals: contenen un oxigen amb doble enllaç al carboni 3. Destaquen les hormones suprarenals (aldosterona i cortisol) i les hormones sexuals (progesterona per a la gestació i testosterona per als caràcters masculins). Eicosanoides: sintetitzats a partir d'àcids grassos poliinsaturats de 20 carbonis (famílies omega-3 i omega-6, fonamentalment l'àcid araquidònic). Inclouen prostaglandines, tromboxans i leucotriens.

Actuen com a senyalitzadors autocrins i paràcrins (hormones locals) i reguladors del sistema nerviós central. COMPROVA-HO 12 Què diferencia bàsicament els cerebròsids dels gangliòsids pel que fa a la fracció glucídica?

ESQUEMA Classificació general dels lípids cel·lulars OH Lípids saponificables Contenen àcids grassos amb enllaç èster Simples (apolars) Acilglicèrids i cèrids Complexos (polars) Fosfolípids i esfingolípids de membrana Lípids insaponificables Sense àcids grassos Terpens Polímers d'isoprè com carotens Esteroides Colesterol i derivats hormonals Eicosanoides Prostaglandines i derivats araquidònics Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 10 IDEES CLAU Els lípids es defineixen per la insolubilitat en aigua i solubilitat en solucions apolars.

La saturació dels àcids grassos condiciona la fluïdesa lipídica: cadenes saturades rectes augmenten la rigidesa i insaturacions cis introdueixen dobles enllaços colzats que augmenten la fluïdesa. Els acilglicèrids i cèrids són lípids neutres apolars, mentre que els fosfoglicèrids i esfingolípids són estructurals i amfipàtics. Els lípids insaponificables (terpens, esteroides i eicosanoides) manquen d'àcids grassos i exerceixen rols reguladors, antioxidants i protectors de membrana. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 13. ¿Quina unitat química monomèrica compon estructuralment els terpens? 14. ¿Quines molècules constitueixen una unitat de ceramida en un esfingolípid? Test Encercla la resposta correcta.

Les solucions són al final. 15. Quin compost lipídic no té àcids grassos a la seva estructura? 16. Com influeixen els dobles enllaços cis d'un àcid gras en el seu empaquetament? 17. Quin és el precursor immediat de les prostaglandines i altres eicosanoides? 18. Quin producte s'obté en reaccionar un triacilglicèrid amb hidròxid de sodi?

Triacilglicèrid a) Esfingomielina b) Fosfatidilcolina c) Colesterol d) Fan colzades i abaixen el punt de fusió a) Augmenten l'afinitat pels dissolvents polars b) Permeten hidrolitzar la molècula amb més aigua c) Alineen les cadenes augmentant la rigidesa d) Àcid palmític a) Mentol b) Àcid araquidònic c) Esqualè d) Glicerina i sals sòdiques d'àcids grassos a) Tres molècules d'alcohol monovalent pur b) Tres àcids grassos lliures i aigua pura c) Un èter i un compost amina quaternària d) Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 11 3 Proteïnes, plegament i cinètica enzimàtica EN ACABAR SABRÀS Descriure les característiques químiques dels aminoàcids i la formació de l'enllaç peptídic.

Diferenciar els quatre nivells d'estructuració proteica. Explicar els mecanismes d'acció enzimàtica i interpretar la fórmula de Michaelis-Menten. Comprendre les causes i conseqüències de la desnaturalització proteica. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 19 Per què quan es bull un ou la clara passa de ser transparent i líquida a sòlida i opaca de manera irreversible? Les proteïnes són les macromolècules més abundants i versàtils de la cèl·lula. Executen les instruccions del material genètic actuant com a catalitzadors enzimàtics, transportadors, receptors, reguladors de l'expressió i bastides estructurals. Aminoàcids i l'enllaç peptídic Les unitats bàsiques són els aminoàcids.

En estat sòlid formen cristalls blancs hidrosolubles. En dissolució aquosa tenen un caràcter amfòter (poden captar o cedir protons segons el pH ambiental). El punt isoelèctric és el valor de pH en què la càrrega neta de la molècula és exactament 0, trobant- se en forma d'ió dipolar o zwitterió (amb càrregues formals positives i negatives compensades). Dels vint aminoàcids naturals, el cos humà no en pot sintetitzar vuit o nou (anomenats essencials, que cal incorporar amb la dieta): isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptòfan, valina i histidina.

Segons el radical R es classifiquen en: No polars o hidrofòbics: cadenes hidrocarbonades alifàtiques o anells aromàtics. Polars sense càrrega: grups capaços de fer ponts d'hidrogen amb l'aigua. Àcids (polaritat amb càrrega negativa): contenen un segon grup carboxil (-COOH). Bàsics (polaritat amb càrrega positiva): contenen un segon grup amino ( ). L'enllaç peptídic és una unió covalent de tipus amida formada entre el grup carboxil d'un aminoàcid i l'amino del següent, amb pèrdua d'una molècula d'aigua. Segons la quantitat de residus s'anomenen dipèptids, tripèptids, oligopèptids (menys de 10), polipèptids (d'11 a 100) o proteïnes (més de 100 aminoàcids).

COMPROVA-HO 20 Què representa el punt isoelèctric d'un aminoàcid en una dissolució aquosa? Nivells d'organització estructural de les proteïnes La conformació tridimensional determina de manera estricta la capacitat funcional de la proteïna: NH 2 Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 12 Estructura primària: seqüència lineal dels aminoàcids ordenada des de l'extrem N-terminal inicial lliure fins a l'extrem C-terminal lliure. La majoria dels enllaços peptídics adopten una disposició espacial trans.

Estructura secundària: plegament local de la cadena polipeptídica estabilitzat per ponts d'hidrogen entre els enllaços peptídics ( i ): Hèlix : disposició helicoïdal dextrogira amb 3,6 aminoàcids per volta. Els radicals R es projecten cap a l'exterior. Un exemple és l' -queratina (pèl, ungles). Làmina (conformació ): cadenes esteses en ziga-zaga unides per ponts d'hidrogen transversals, com la fibroïna de la seda. Hèlix de col·lagen: tres cadenes allargades amb 3 aminoàcids per volta que s'enrotllen formant una superhèlix rígida en ossos, cartílags i dents. Estructura terciària: plegament tridimensional global que origina proteïnes globulars.

Les regions hidrofòbiques queden amagades cap a l'interior i la superfície externa és hidrofílica. S'estabilitza per ponts disulfur, forces electrostàtiques, ponts d'hidrogen i interaccions hidrofòbiques. Les unitats compactes autònomes s'anomenen dominis proteics. Estructura quaternària: agregació de dues o més cadenes polipeptídiques independents (anomenades monòmers o protòmers) unides mitjançant interaccions febles no covalents. Les proteïnes perden la seva estructura nativa i la seva funció quan s'exposen a canvis extrems de temperatura, pH, pressió o salinitat; aquest procés s'anomena desnaturalització.

En determinades circumstàncies suaus, el retorn a les condicions inicials permet la renaturalització. Cinètica i funcionament dels catalitzadors enzimàtics Els enzims són biocatalitzadors d'extraordinària especificitat que acceleren les reaccions químiques reduint l'energia d'activació necessària per assolir l'estat de transició (complex activat), sense modificar l'equilibri termodinàmic.

S'han proposat dos models d'acoblament al substrat: La velocitat inicial d'una reacció enzimàtica depèn directament de la concentració de substrat fins a assolir un límit de saturació ( ), modelitzat per la cinètica de Michaelis-Menten: On és la constant de Michaelis-Menten, que equival a la concentració de substrat amb la qual s'obté la meitat de la velocitat màxima ( ). L'activitat catalítica presenta a més valors òptims de temperatura i pH, per sobre dels quals la molècula proteica es desnaturalitza irreversiblement. C = O N H α α β β Model de la clau i el pany (Fisher, 1894): el centre actiu de l'enzim és geomètricament rígid i complementari al substrat abans de la unió.

1 Model de l'encaix induït (Koshland, 1958): el centre actiu pateix un canvi conformacional en contactar amb el substrat per adaptar-s'hi plenament durant la catàlisi. 2 [S] V max v = K + [S] M V [S] max K M 2 V max Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 13 ERROR FREQÜENT Interpretar un valor alt de com una gran afinitat per part de l'enzim. És a l'inrevés: com més baixa sigui la constant , menor concentració de substrat es requereix per saturar la meitat dels centres actius i, per tant, més gran és l'afinitat de l'enzim pel substrat.

PROCÉS Nivells estructurals de conformació proteica 1 Estructura primària Seqüència d'aminoàcids units per enllaços peptídics 2 Estructura secundària Hèlix alfa o conformació beta per ponts d'hidrogen 3 Estructura terciària Plegament globular 3D i estabilització covalent/feble 4 Estructura quaternària Acoblament de múltiples cadenes polipeptídiques IDEES CLAU Els aminoàcids posseeixen comportament amfòter i assoleixen càrrega neta neutra (zwitterió) en el seu punt isoelèctric. L'enllaç peptídic és covalent de tipus amida, rígid i pla, generalment en disposició trans.

L'arquitectura nativa de les proteïnes s'organitza en quatre nivells, sent l'estructura terciària la que atorga funcionalitat a les formes globulars. Els enzims actuen disminuint l'energia d'activació de la reacció i segueixen cinètiques de saturació descrites per l'equació de Michaelis-Menten. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 21. ¿Quina diferència conceptual hi ha entre el model de la clau i el pany i el model d'ajust induït? 22. ¿Què succeeix amb la velocitat de reacció enzimàtica quan la concentració de substrat supera àmpliament el valor de ? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 23.

Quin tipus d'enllaç covalent manté unides les cadenes d'aminoàcids en l'estructura primària? K M K M K M Pont d'hidrogen a) Enllaç peptídic b) Interacció hidrofòbica c) Pont disulfur d) Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 14 24. Com s'anomena la pèrdua de l'estructura tridimensional d'una proteïna sense trencar enllaços peptídics? 25. Quin és el mecanisme pel qual els enzims aconsegueixen accelerar una reacció bioquímica? 26. A quina concentració de substrat s'obté la meitat de la velocitat màxima catalítica? 4 Àcids nucleics: estructura de l'ADN i tipus d'ARN EN ACABAR SABRÀS Comprendre la composició monomèrica d'un nucleòtid i els seus enllaços associats.

Distingir clarament les diferències estructurals i químiques entre l'ADN i l'ARN. Descriure la complementarietat de bases nitrogenades i la seva termodinàmica. Diferenciar les classes principals d'ARN cel·lular segons la seva funció biològica. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 27 Per què cal que la cèl·lula sintetitzi molècules d'ARN missatger si la informació mestra ja està continguda a l'ADN? Els àcids nucleics són polímers d'alta massa molecular encarregats d'emmagatzemar, transmetre i expressar la informació genètica cel·lular. La seva unitat monomèrica bàsica és el nucleòtid, compost per una pentosa, una base nitrogenada i una molècula d'àcid fosfòric ( ).

Constitució química del nucleòtid La construcció d'un nucleòtid s'efectua mitjançant dues etapes consecutives d'enllaç: Saponificació a) Desnaturalització b) Esterificació c) Polimerització d) Consumint-se durant el procés catalític a) Disminuint l'energia d'activació b) Augmentant la calor del sistema c) Canviant l'estat d'equilibri final d) En el límit de saturació infinita a) Quan [S] arriba a zero b) Quan [S] és el doble de Vmax c) Quan [S] és igual a KM d) H PO 3 4 Formació del nucleòsid: unió del monosacàrid de cinc carbonis (ribosa o desoxiribosa) amb una base heterocíclica nitrogenada mitjançant un enllaç N-glicosídic.

S'estableix entre l' del carboni anomèric 1' del sucre i el nitrogen 1 si la base és pirimidínica, o bé el nitrogen 9 si la base és púrica. 1 OH Fosforilació del nucleòsid: acoblament d'una molècula d'àcid fosfòric al carboni 5' de la pentosa mitjançant un enllaç fosfoèster. 2 Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 15 Les bases nitrogenades es divideixen en dues famílies químiques: Purines (anell doble): adenina (A) i guanina (G). Pirimidines (anell simple): citosina (C), timina (T, exclusiva de l'ADN) i uracil (U, exclusiu de l'ARN).

Els nucleòtids successius es polimeritzen mitjançant un enllaç fosfodièster que connecta el carboni 3' de la pentosa d'un nucleòtid amb el grup fosfat unit al carboni 5' del següent, generant una cadena amb polaritat orientada . COMPROVA-HO 28 Quina diferència estructural hi ha entre un nucleòsid i un nucleòtid? Estructura comparada: ADN vs ARN Les cèl·lules contenen dues classes principals d'àcids nucleics que exhibeixen divergències tant estructurals com funcionals: Taula comparativa dels trets químics que diferencien l'ADN de l'ARN. Taula de distribució cel·lular i associació proteica entre ADN i ARN.

La molècula d'ADN està formada per dues cadenes polinucleotídiques disposades de manera antiparal·lela (invertides en sentit ) i enrotllades en una doble hèlix dextrogira. L'associació entre ambdues cadenes s'estabilitza mitjançant ponts d'hidrogen altament específics entre les bases complementàries: Adenina i timina (A-T): unides mitjançant 2 ponts d'hidrogen. Guanina i citosina (G-C): unides mitjançant 3 ponts d'hidrogen. 5 3 5 3 Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 16 PER RECORDAR-HO Les parelles G-C són termodinàmicament més resistents a la desnaturalització tèrmica perquè disposen de tres ponts d'hidrogen, davant dels dos enllaços que uneixen la parella A-T.

Organització de l'ADN cel·lular Segons el tipus de cèl·lula, l'ADN s'empaqueta amb arquitectures particulars: Cèl·lules procariotes: el material és circular i es troba lliure al citoplasma. Presenta un cromosoma principal únic associat a proteïnes no històniques i molècules petites accessòries anomenades plasmidis (també d'ADN circular). Cèl·lules eucariotes: l'ADN nuclear és lineal i conté entre i parells de bases. Està íntimament associat a proteïnes bàsiques anomenades histones. La unitat estructural fonamental és el nucleosoma, constituït per un octàmer d'histones envoltat per una fibra d'ADN d'uns 200 parells de bases que hi fa 2 voltes i mitja.

Per contra, l'ADN present a l'interior dels orgànuls energètics (mitocòndries i plastidis) és circular. Diversitat funcional de l'ARN L'ARN està format generalment per una sola cadena monocatenària de ribonucleòtids i actua com a intermediari entre la informació gènica i les proteïnes. Es diferencien les classes funcionals següents: ARN missatger (ARNm): molècula lineal d'entre 500 i 5.000 nucleòtids. Existeixen entre 100 i 6.000 tipus diferents a la cèl·lula. Copia la informació de l'ADN nuclear i la transporta al citoplasma per servir de patró a la traducció. ARN de transferència (ARNt): format per cadenes curtes de 75 a 90 nucleòtids (hi ha aproximadament 40 tipus diferents).

La seva funció és seleccionar i transportar els aminoàcids específics fins als ribosomes durant la síntesi proteica. ARN ribosòmic (ARNr): representa l'element estructural i catalític dels ribosomes en acoblar-se amb proteïnes. Comprèn molècules de mida variable (entre 120 i 3.000 nucleòtids). Els procariotes en contenen 3 tipus i els eucariotes 4 tipus. ARN funcionals petits (ARNsn, RNAmi, RNAsi, RNApi): cadenes curtes de 60 a 300 nucleòtids implicades en el processament maduratiu de l'ARNm al nucli i en mecanismes fins de regulació de l'expressió gènica. ERROR FREQÜENT Confondre la localització dels diferents àcids nucleics.

L'ADN eucariota nuclear mai surt al citoplasma; és l'ARNm qui transcriu el missatge al nucli i posteriorment migra al citosol per ser llegit a la maquinària ribosòmica. 109 1010 Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 17 ESQUEMA Tipus principals d'ARN cel·lular i funcions IDEES CLAU Els nucleòtids es construeixen unint una pentosa amb una base nitrogenada (enllaç N- glicosídic) i un fosfat (enllaç fosfoèster). L'ADN conté desoxiribosa i la base timina, mentre que l'ARN porta ribosa i uracil. La doble hèlix d'ADN s'estabilitza per la complementarietat específica de bases (A=T amb 2 ponts d'hidrogen i G C amb 3 ponts).

L'empaquetament de l'ADN eucariota requereix octàmers d'histones formant nucleosomes, mentre que l'ARN desenvolupa funcions dinàmiques a través de múltiples variants (ARNm, ARNt, ARNr i ARN reguladors petits). COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 29. ¿Quantes voltes d'ADN i quants parells de bases envolten l'octàmer d'histones en un nucleosoma eucariota? 30. ¿Quina és la funció biològica bàsica de l'ARN de transferència (ARNt)? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 31. Quina base nitrogenada no es troba mai formant part de les molècules d'ADN?

ARN cel·lular Polímers monocatenaris de ribonucleòtids ARN missatger (ARNm) Intermediari que porta el missatge gènic ARN de transferència (ARNt) Transporta aminoàcids al ribosoma ARN ribosòmic (ARNr) Bastida estructural i catalítica ribosòmica ARN funcionals petits Regulació i maduració (sn, mi, si, pi) Guanina a) Timina b) Citosina c) Uracil d) Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 18 32. Quants ponts d'hidrogen connecten la parella de bases guanina i citosina? 33. Quin tipus d'enllaç uneix el grup fosfat amb el carboni 3' del nucleòtid previ? 34. Quants tipus d'ARN ribosòmic constitueixen els ribosomes d'una cèl·lula eucariota?

5 Resum per repassar Glúcids Concepte Què és Monosacàrid Glúcid senzill de 3 a 7 carbonis amb caràcter reductor davant del reactiu de Fehling. Isomeria D/L Configuració segons la posició de l'hidroxil del carboni quiral més allunyat del carbonil (dreta o esquerra). Enllaç monocarbonílic Enllaç glicosídic entre un carboni anomèric i un de no anomèric que manté el poder reductor (maltosa, lactosa). Enllaç dicarbonílic Enllaç entre els dos carbonis anomèrics que anul·la el poder reductor davant de Fehling (sacarosa). Polisacàrids de reserva Homopolímers amb enllaços alfa com el midó vegetal (amilosa i amilopectina) i el glicogen animal.

Polisacàrids estructurals Polímers amb enllaços beta rígids com la cel·lulosa vegetal i la quitina d'artròpodes i fongs. Lípids Concepte Què és Àcid gras Cadena hidrocarbonada alifàtica de nombre parell de carbonis (4-24) amb un grup carboxil polar terminal. Saponificació Hidròlisi alcalina d'èsters d'àcids grassos amb base forta per produir sabons amfipàtics.

Tres a) Cap enllaç feble b) Un c) Dos d) Pont disulfur a) Enllaç fosfodièster b) Enllaç N-glicosídic c) Enllaç peptídic d) Tres a) Dos b) Quatre c) Un sol tipus d) Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 19 Concepte Què és Acilglicèrid Lípid simple apolar de reserva energètica format per la unió de glicerina amb fins a tres àcids grassos. Fosfoglicèrid Lípid complex amfipàtic estructural compost per glicerina, dos àcids grassos, àcid fosfòric i un aminoalcohol. Esfingolípid Lípid de membrana constituït per esfingosina, un àcid gras (ceramida) i un grup polar (fosfat o glúcid). Terpens Lípids insaponificables polimèrics d'isoprè que inclouen vitamines liposolubles i pigments.

Esteroides Lípids derivats del ciclopentà perhidrofenantrè que comprenen esterols (colesterol) i hormones. Eicosanoides Mediadors locals derivats de l'àcid araquidònic (prostaglandines, tromboxans i leucotriens). Proteïnes i catàlisi enzimàtica Concepte Què és Aminoàcid Unitat amfòtera amb grup amino i carboxil que adopta forma de zwitterió neutre al punt isoelèctric. Enllaç peptídic Enllaç covalent rígid de tipus amida format entre el grup carboxil i l'amino consecutiu amb pèrdua d'aigua. Estructura primària Seqüència lineal d'aminoàcids orientada des de l'extrem N-terminal fins al C- terminal.

Estructura secundària Plegament periòdic estabilitzat per ponts d'hidrogen en hèlix alfa, làmina beta o hèlix de col·lagen. Estructura terciària Conformació tridimensional globular mantinguda per interaccions febles i ponts disulfur. Estructura quaternària Associació de múltiples cadenes polipeptídiques independents mitjançant unions no covalents. Desnaturalització Pèrdua de les estructures d'ordre superior i de la funció proteica per canvis de pH, temperatura o salinitat. Enzim Biocatalitzador proteic d'alta especificitat que accelera reaccions disminuint l'energia d'activació.

Constant Concentració de substrat requerida per assolir la meitat de la velocitat màxima, inversament proporcional a l'afinitat. K M Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 20 Àcids nucleics Concepte Què és Nucleòtid Monòmer compost per una pentosa unida a una base nitrogenada (enllaç N- glicosídic) i un fosfat (enllaç fosfoèster). Enllaç fosfodièster Unió covalent entre el carboni 3' d'una pentosa i el grup fosfat en 5' del nucleòtid adjacent. ADN Doble hèlix antiparal·lela amb desoxiribosa i bases A-T (2 ponts d'hidrogen) i G-C (3 ponts d'hidrogen).

Nucleosoma Unitat de condensació eucariota formada per 200 parells de bases d'ADN fent dues voltes i mitja sobre un octàmer d'histones. ARN missatger (ARNm) Cadena monocatenària que trasllada la informació del genoma des del nucli fins als ribosomes citoplasmàtics. ARN de transferència (ARNt) Molècula adaptadora que transporta els aminoàcids específics cap a la maquinària ribosomal de traducció. ARN ribosòmic (ARNr) Element estructural i catalític fonamental que s'associa amb proteïnes per formar els ribosomes. Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 21 Solucions de les preguntes de repàs 1.

Perquè les llargues cadenes polimèriques de midó o cel·lulosa perden la solubilitat i la capacitat d'interaccionar amb els receptors del gust dolç que sí tenen els monosacàrids. 2. Es pren com a referència el centre asimètric més allunyat del grup carbonil: si el seu grup hidroxil està orientat a la dreta és la forma D, i si se situa a l'esquerra és la forma L. 3. Inhabilita els dos carbonis anomèrics en bloquejar els seus grups carbonils, provocant que la molècula no tingui poder reductor en la prova de Fehling. 4. Està formada per unitats lineals no ramificades de N-acetilglucosamina enllaçades mitjançant enllaços . 5.

Perquè la seva arquitectura presenta ramificacions d'enllaç cada 12 unitats, alterant la conformació regular helicoïdal simple. 6. c) Sacarosa. La sacarosa té un enllaç dicarbonílic que immobilitza els dos carbonis anomèrics. 7. a) OH del carboni 5 a la dreta. La sèrie D depèn de la posició del grup hidroxil a la dreta en el carboni quiral més allunyat del carbonil. 8. d) Peptidoglicà. El peptidoglicà o mureïna és l'heteropolisacàrid estructural típic de bacteris. 9. a) Midó - Reserva energètica. El midó és el polisacàrid vegetal encarregat d'emmagatzemar glucosa mitjançant enllaços alfa. 10.

Formen micel·les on les cues hidrofòbiques atrapen les partícules olioses a l'interior i els caps ionitzats interaccionen cap enfora amb l'aigua. 11. A major longitud de cadena augmenten les forces de Van der Waals i puja el punt de fusió; al contrari, la introducció de dobles enllaços cis genera colzades que dificulten l'empaquetament i fan baixar el punt de fusió. 12. Els cerebròsids tenen un glúcid curt i senzill (un monosacàrid o oligosacàrid de menys de 15 unitats), mentre que els gangliòsids incorporen un oligosacàrid complex que conté de manera obligada àcid siàlic. 13. L'isoprè, químicament conegut com a 2-metil-1,3-butadiè, format per 5 àtoms de carboni. 14.

La unió d'un aminoalcohol de cadena llarga (esfingosina) amb un àcid gras mitjançant un enllaç tipus amida. 15. d) Colesterol. El colesterol és un esteroide i per tant pertany al grup dels lípids insaponificables. 16. a) Fan colzades i abaixen el punt de fusió. La configuració cis introdueix una curvatura que redueix les interaccions de Van der Waals, disminuint el punt de fusió. 17. c) Àcid araquidònic. L'àcid araquidònic, un àcid gras omega-6 de vint carbonis, dóna origen a aquests mediadors locals. 18. a) Glicerina i sals sòdiques d'àcids grassos. La reacció de saponificació trenca els èsters alliberant glicerina i les sals que formen el sabó. 19.

L'aportació tèrmica trenca els ponts febles que mantenen l'estructura terciària nativa de l'ovalbúmina, provocant la seva desnaturalització i agregació insoluble. 20. És el pH en el qual les càrregues elèctriques positives i negatives de la molècula estan totalment equilibrades, de manera que la seva càrrega neta és nul·la. β(1 4) β(1 6) Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 22 21. El primer assumeix un centre actiu rígid i estàtic prèviament complementari al substrat, mentre que el segon estableix que l'enzim canvia la seva conformació per adaptar-se durant la unió. 22.

La velocitat s'estabilitza i tendeix a la velocitat màxima ( ), ja que tots els centres actius dels enzims disponibles estan completament saturats. 23. b) Enllaç peptídic. L'enllaç peptídic és l'enllaç amida que uneix el carboxil amb l'amino consecutiu. 24. b) Desnaturalització. La desnaturalització altera les estructures secundària, terciària i quaternària però manté la primària. 25. b) Disminuint l'energia d'activació. Els enzims redueixen la barrera energètica necessària per formar l'estat de transició. 26. d) Quan [S] és igual a KM. Per definició cinètica, KM correspon a la concentració de substrat a la qual v = Vmax/2. 27.

Perquè a les cèl·lules eucariotes l'ADN no pot sortir del nucli per protegir la integritat del genoma, requerint un missatger transportable que viatgi cap a la maquinària ribosòmica citoplasmàtica. 28. El nucleòsid està constituït únicament per la unió covalent de la pentosa i la base nitrogenada; quan aquest nucleòsid incorpora un àcid fosfòric mitjançant un enllaç fosfoèster es converteix en nucleòtid. 29. La fibra d'ADN fa 2 voltes i mitja al voltant de l'octàmer d'histones, implicant aproximadament 200 parells de bases. 30. Captar i transportar de manera específica els aminoàcids corresponents des del citosol fins al ribosoma per a la síntesi del polipèptid. 31. d) Uracil.

L'uracil és una base pirimidínica que substitueix la timina a les molècules d'ARN. 32. a) Tres. La parella G-C s'estabilitza estrictament mitjançant tres ponts d'hidrogen. 33. b) Enllaç fosfodièster. L'enllaç fosfodièster estableix la continuïtat de l'esquelet polinucleotídic. 34. c) Quatre. Els ribosomes eucariotes compten amb 4 tipus diferenciats d'ARNr, davant dels 3 que posseeixen els procariotes. V max Biomolècules: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics 23