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3.1: Preludio a las macromoléculas biológicas - Biología

3.1: Preludio a las macromoléculas biológicas - Biología



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Los alimentos proporcionan al cuerpo los nutrientes que necesita para sobrevivir. Estas macromoléculas (polímeros) se construyen a partir de diferentes combinaciones de moléculas orgánicas más pequeñas (monómeros). ¿Qué tipos específicos de macromoléculas biológicas requieren los seres vivos? ¿Cómo se forman estas moléculas? ¿Qué funciones cumplen? En este capítulo, se explorarán estas preguntas.


3.5 Ácidos nucleicos

En esta sección, investigará las siguientes preguntas:

  • ¿Cuáles son los dos tipos de ácido nucleico?
  • ¿Cuál es la estructura y el papel del ADN?
  • ¿Cuál es la estructura y las funciones del ARN?

Conexión para cursos AP ®

Los ácidos nucleicos (ADN y ARN) comprenden el cuarto grupo de macromoléculas biológicas y contienen fósforo (P) además de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Conservados a través de la evolución en todos los organismos, los ácidos nucleicos almacenan y transmiten información hereditaria. Como se explorará con más detalle en los capítulos 14-17, el ADN contiene las instrucciones para la síntesis de proteínas dictando las secuencias de aminoácidos en los polipéptidos mediante procesos conocidos como transcripción y traducción. Los ácidos nucleicos están formados por nucleótidos a su vez, cada nucleótido consta de un azúcar pentosa (desoxirribosa en el ADN y ribosa en el ARN), una base nitrogenada (adenina, citosina, guanina y timina o uracilo) y un grupo fosfato. El ADN lleva el modelo genético de la célula que se transmite de padres a hijos a través de la división celular. El ADN tiene una estructura de doble hélice con las dos hebras que corren en direcciones opuestas (antiparalelas), conectadas por enlaces de hidrógeno y complementarias entre sí. En el ADN, las purinas se emparejan con las pirimidinas: la adenina se empareja con la timina (A-T) y la citosina se empareja con la guanina (C-G). En el ARN, el uracilo reemplaza a la timina para emparejarse con la adenina (U-A). El ARN también se diferencia del ADN en que es monocatenario y tiene muchas formas, como ARN mensajero (ARNm), ARN ribosómico (ARNr) y ARN de transferencia (ARNt) que participan en la síntesis de proteínas. Los microARN (miARN) regulan el uso de ARNm. El flujo de información genética suele ser ADN → ARN → proteína, también conocido como el Dogma Central de la Vida.

La información presentada y los ejemplos resaltados en la sección apoyan los conceptos y los objetivos de aprendizaje descritos en la Gran Idea 3 y la Gran Idea 4 del Marco del Currículo de Biología AP ®. Los objetivos de aprendizaje enumerados en el marco curricular proporcionan una base transparente para el curso de biología AP ®, una experiencia de laboratorio basada en la investigación, actividades de instrucción y preguntas del examen AP ®. Un objetivo de aprendizaje combina el contenido requerido con una o más de las siete prácticas científicas.

Gran idea 3 Los sistemas vivos almacenan, recuperan, transmiten y responden a información esencial para los procesos de la vida.
Comprensión duradera 3.A La información heredable asegura la continuidad de la vida.
Conocimiento esencial 3.A.1 El ADN, y en algunos casos el ARN, es la principal fuente de información hereditaria.
Práctica de la ciencia 6.5 El alumno puede evaluar explicaciones científicas alternativas.
Objetivo de aprendizaje 3.1 El estudiante es capaz de construir explicaciones científicas que utilizan las estructuras y mecanismos del ADN y el ARN para respaldar la afirmación de que el ADN y, en algunos casos, el ARN son las fuentes primarias de información hereditaria.
Conocimiento esencial 3.A.1 El ADN, y en algunos casos el ARN, es la principal fuente de información hereditaria.
Práctica de la ciencia 6.4 El estudiante puede hacer afirmaciones y predicciones sobre fenómenos naturales basados ​​en teorías y modelos científicos.
Objetivo de aprendizaje 3.6 El estudiante puede predecir cómo un cambio en una secuencia de ADN o ARN específica puede resultar en cambios en la expresión genética.
Gran idea 4 Los sistemas biológicos interactúan y estos sistemas y sus interacciones poseen propiedades complejas.
Comprensión duradera 4.A Las interacciones dentro de los sistemas biológicos conducen a propiedades complejas.
Conocimiento esencial 4.A.1 Los subcomponentes de moléculas biológicas y su secuencia determinan las propiedades de esa molécula.
Práctica de la ciencia 7.1 El estudiante puede conectar fenómenos y modelos a través de escalas espaciales y temporales.
Objetivo de aprendizaje 4.1 El alumno es capaz de explicar la conexión entre la secuencia y los subcomponentes de un polímero biológico y sus propiedades.
Conocimiento esencial 4.A.1 Los subcomponentes de moléculas biológicas y su secuencia determinan las propiedades de esa molécula.
Práctica de la ciencia 1.3 El estudiante puede refinar representaciones y modelos de fenómenos y sistemas naturales o creados por el hombre en el dominio.
Objetivo de aprendizaje 4.2 El estudiante es capaz de refinar representaciones y modelos para explicar cómo los subcomponentes de un polímero biológico y su secuencia determinan las propiedades de ese polímero.
Conocimiento esencial 4.A.1 Los subcomponentes de moléculas biológicas y su secuencia determinan las propiedades de esa molécula.
Práctica de la ciencia 6.1 El estudiante puede justificar afirmaciones con pruebas.
6.4 El estudiante puede hacer afirmaciones y predicciones sobre fenómenos naturales basados ​​en teorías y modelos científicos.
Objetivo de aprendizaje 4.3 El alumno es capaz de utilizar modelos para predecir y justificar que los cambios en los subcomponentes de un polímero biológico afectan la funcionalidad de las moléculas.

Las preguntas del desafío de práctica científica contienen preguntas de prueba adicionales para esta sección que lo ayudarán a prepararse para el examen AP. Estas preguntas abordan los siguientes estándares:
[APLO 3.1] [APLO 4.17]

ADN y ARN

Los ácidos nucleicos son las macromoléculas más importantes para la continuidad de la vida. Llevan el modelo genético de una célula y llevan instrucciones para el funcionamiento de la célula.

Los dos tipos principales de ácidos nucleicos son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). El ADN es el material genético que se encuentra en todos los organismos vivos, desde bacterias unicelulares hasta mamíferos multicelulares. Se encuentra en el núcleo de los eucariotas y en los orgánulos, cloroplastos y mitocondrias. En los procariotas, el ADN no está encerrado en una envoltura membranosa.

Todo el contenido genético de una célula se conoce como su genoma y el estudio de los genomas es genómica. En las células eucariotas, pero no en las procariotas, el ADN forma un complejo con las proteínas histonas para formar la cromatina, la sustancia de los cromosomas eucariotas. Un cromosoma puede contener decenas de miles de genes. Muchos genes contienen la información para fabricar productos proteicos, otros genes codifican productos de ARN. El ADN controla todas las actividades celulares activando o desactivando los genes.

El otro tipo de ácido nucleico, el ARN, participa principalmente en la síntesis de proteínas. Las moléculas de ADN nunca abandonan el núcleo, sino que utilizan un intermediario para comunicarse con el resto de la célula. Este intermediario es el ARN mensajero (ARNm). Otros tipos de ARN, como ARNr, ARNt y microARN, participan en la síntesis de proteínas y su regulación.

El ADN y el ARN están formados por monómeros conocidos como nucleótidos. Los nucleótidos se combinan entre sí para formar un polinucleótido, ADN o ARN. Cada nucleótido está formado por tres componentes: una base nitrogenada, un azúcar pentosa (cinco carbonos) y un grupo fosfato (Figura 3.33). Cada base nitrogenada en un nucleótido está unida a una molécula de azúcar, que está unida a uno o más grupos fosfato.

Las bases nitrogenadas, componentes importantes de los nucleótidos, son moléculas orgánicas y se denominan así porque contienen carbono y nitrógeno. Son bases porque contienen un grupo amino que tiene el potencial de unirse a un hidrógeno adicional, disminuyendo así la concentración de iones de hidrógeno en su entorno, haciéndolo más básico. Cada nucleótido del ADN contiene una de las cuatro posibles bases nitrogenadas: adenina (A), guanina (G) citosina (C) y timina (T).

La adenina y la guanina se clasifican como purinas. La estructura principal de una purina son dos anillos de carbono-nitrógeno. La citosina, timina y uracilo se clasifican como pirimidinas que tienen un solo anillo de carbono-nitrógeno como estructura primaria (Figura 3.33). Cada uno de estos anillos básicos de carbono-nitrógeno tiene diferentes grupos funcionales unidos. En forma abreviada de biología molecular, las bases nitrogenadas se conocen simplemente por sus símbolos A, T, G, C y U.El ADN contiene A, T, G y C, mientras que el ARN contiene A, U, G y C.

El azúcar pentosa en el ADN es desoxirribosa y en el ARN, el azúcar es ribosa (Figura 3.33). La diferencia entre los azúcares es la presencia del grupo hidroxilo en el segundo carbono de la ribosa e hidrógeno en el segundo carbono de la desoxirribosa. Los átomos de carbono de la molécula de azúcar se numeran como 1 ′, 2 ′, 3 ′, 4 ′ y 5 ′ (1 ′ se lee como "un primo"). El residuo de fosfato está unido al grupo hidroxilo del carbono 5 ′ de un azúcar y al grupo hidroxilo del carbono 3 ′ del azúcar del siguiente nucleótido, que forma un enlace fosfodiéster 5′-3 ′. El enlace fosfodiéster no se forma por una simple reacción de deshidratación como los otros enlaces que conectan monómeros en macromoléculas: su formación implica la eliminación de dos grupos fosfato. Un polinucleótido puede tener miles de tales enlaces fosfodiéster.

Estructura de ADN de doble hélice

El ADN tiene una estructura de doble hélice (Figura 3.34). El azúcar y el fosfato se encuentran en el exterior de la hélice y forman la columna vertebral del ADN. Las bases nitrogenadas se apilan en el interior, como los escalones de una escalera, en pares los pares están unidos entre sí por enlaces de hidrógeno. Cada par de bases de la doble hélice está separado del siguiente par de bases por 0,34 nm. Las dos hebras de la hélice corren en direcciones opuestas, lo que significa que el extremo de carbono 5 ′ de una hebra se enfrentará al extremo de carbono 3 ′ de su hebra correspondiente. (Esto se conoce como orientación antiparalela y es importante para la replicación del ADN y en muchas interacciones de ácidos nucleicos).

Solo se permiten ciertos tipos de emparejamiento de bases. Por ejemplo, una determinada purina solo puede emparejarse con una determinada pirimidina. Esto significa que A puede emparejarse con T y G puede emparejarse con C, como se muestra en la figura 3.35. Esto se conoce como la regla complementaria básica. En otras palabras, las cadenas de ADN son complementarias entre sí. Si la secuencia de una hebra es AATTGGCC, la hebra complementaria tendría la secuencia TTAACCGG. Durante la replicación del ADN, se copia cada hebra, lo que da como resultado una doble hélice de ADN hija que contiene una hebra de ADN parental y una hebra recién sintetizada.


39. La palabra hidrólisis se define como la lisis del agua. ¿Cómo se aplica esto a los polímeros? Los polímeros se rompen separando el agua en hidrógeno y un grupo hidroxilo que se agregan a los monómeros. Polímeros.

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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.


3.1: Preludio a los lípidos

Las grasas y los aceites, que se encuentran en muchos de los alimentos que comemos, pertenecen a una clase de biomoléculas conocidas como lípidos. Gramo por gramo, contienen más del doble del contenido calórico de los carbohidratos: la oxidación de grasas y aceites aporta alrededor de 9 kcal de energía por cada gramo oxidado, mientras que la oxidación de carbohidratos aporta solo 4 kcal / g. Aunque el alto contenido calórico de las grasas puede ser una mala noticia para quien hace dieta, dice algo sobre la eficiencia de los diseños naturales y rsquos. Nuestros cuerpos usan carbohidratos, principalmente en forma de glucosa, para nuestra inmediato necesidades energéticas. Nuestra capacidad de almacenar carbohidratos para su uso posterior se limita a almacenar un poco de glucógeno en el hígado o en el tejido muscular. Almacenamos nuestro reserva energía en forma de lípidos, que requiere mucho menos espacio que la misma cantidad de energía almacenada en forma de carbohidratos. Los lípidos tienen otras funciones biológicas además del almacenamiento de energía. Son un componente importante de las membranas de los 10 billones de células de nuestro cuerpo. Sirven como relleno protector y aislante para órganos vitales. Además, sin lípidos en nuestra dieta, seríamos deficientes en las vitaminas liposolubles A, D, E y K.

Los lípidos no se definen por la presencia de grupos funcionales específicos, como los carbohidratos, sino por una propiedad física y solubilidad. Los compuestos aislados de los tejidos corporales se clasifican como lípidos si son más solubles en disolventes orgánicos, como el diclorometano, que en el agua. Según este criterio, la categoría de lípidos incluye no solo grasas y aceites, que son ésteres del trihidroxi alcohol glicerol y ácidos grasos, sino también compuestos que incorporan grupos funcionales derivados del ácido fosfórico, carbohidratos o aminoalcoholes, así como compuestos esteroides tales como colesterol (la Figura ( PageIndex <1> ) presenta un esquema para clasificar los distintos tipos de lípidos). Discutiremos los diversos tipos de lípidos considerando una subclase a la vez y señalando similitudes y diferencias estructurales a medida que avanzamos.

Figura ( PageIndex <1> ): Organización de lípidos basada en relaciones estructurales


Jess educada

Este laboratorio se realizó para analizar macromoléculas que constan de carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos mediante el uso de reactivos específicos para analizar cada uno. El resultado provocaría un cambio de color específico en la macromolécula. Un cambio de color verificaría que la muestra sea positiva para esa macromolécula.

Para el azúcar simple, se utilizó la solución de Benedict como reactivo. Se hizo una suposición fundamentada de que la glucosa y la sacarosa contenían azúcares simples y el almidón no. Los resultados concluyeron esto.

Para el almidón, se utilizó yodo como reactivo. La hipótesis era que el color cambiaría a negro azulado en la muestra de almidón y no en las muestras de azúcar. Los resultados concluyeron esto. Además, se probó una cebolla y una papa. La hipótesis era que la papa contenía almidón y la cebolla no. Los resultados de esto también fueron concluyentes.

Para las proteínas, se utilizó ninhidrina y biuret como reactivo. La ninhidrina probó tanto aminoácidos como proteínas. Pruebas de Biuret solo para proteínas. Para este experimento, la única hipótesis fue que la muestra de almidón probablemente no cambiaría de color. Los resultados incluyeron cambios de color con la solución de ninhidrina en la muestra de aminoácidos y la muestra de albúmina. Además, el color de la muestra de albúmina cambió cuando se probó con el reactivo de Biuret.

Para los lípidos, Sudán III fue el reactivo utilizado. La hipótesis era que el color cambiaría con el aceite de maíz. Los resultados concluyeron esto y que las muestras de clara de huevo y la miel no contenían lípidos. Se realizó otra prueba de lípidos frotando sustancias sobre un papel sin esmaltar. Se esperaba que el aceite, la manteca de cerdo y la margarina dejaran una mancha translúcida y lo hicieron.

Las macromoléculas están en todas las formas de vida. Estos compuestos orgánicos son carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Estos son monómeros y se unen en largas cadenas que forman polímeros. Se pueden utilizar diferentes reactivos para encontrar la presencia de estas macromoléculas.

Los carbohidratos contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. Ofrecen energía y también brindan soporte celular en las células vegetales. Hay tres clasificaciones de carbohidratos: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Los monosacáridos son los azúcares simples. Dos monosacáridos forman un disacárido. Tres o más monosacáridos son un polisacárido. La glucosa, fructosa y galactosa son monosacáridos. La sacarosa, lactosa y maltosa son disacáridos. El almidón y el glucógeno son polisacáridos. Los azúcares simples se pueden encontrar usando la prueba de Benedict.

Las proteínas están hechas de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y, a veces, azufre. Las proteínas están unidas covalentemente en cadenas como polímeros de aminoácidos. Estos enlaces se denominan enlaces peptídicos. Los aminoácidos unidos forman un polipéptido llamado proteína. Algunas proteínas también son enzimas. La prueba de ninhidrina se usa para encontrar aminoácidos o proteínas. La prueba de Biuret es solo para proteínas.

Los lípidos son macromoléculas que suelen ser insolubles en agua. Los lípidos están hechos de carbono, hidrógeno y oxígeno. Se les conoce como grasas o triglicéridos. Los aceites son líquidos a temperatura ambiente y se denominan insaturados. Las grasas sólidas están saturadas. Los lípidos se encuentran en las membranas celulares y son una fuente de energía. Mediante el uso de la prueba de Sudán III se puede encontrar la presencia de lípidos.

En el primer experimento para carbohidratos, los materiales utilizados fueron: 4 tubos de ensayo, soporte para tubos de ensayo, baño de agua hirviendo, portaobjetos de microscopio, hoja de afeitar, cebolla, solución de glucosa, solución de sacarosa, solución de almidón, reactivo de Benedict, solución de yodo, papa y destilado. agua. El experimento comenzó limpiando los tubos de ensayo y etiquetándolos del 1 al 4. Llené un tubo con 10 gotas de agua destilada, otro con 10 gotas de solución de glucosa, otro con 10 gotas de solución de sacarosa y 10 gotas de solución de almidón en el último tubo. Luego agregué 5 gotas del reactivo de Benedict a cada tubo y coloqué los cuatro tubos en un baño de agua hirviendo y los calenté durante 3 minutos. Saqué los tubos de ensayo del baño y registré el cambio de color en la tabla 1.

Para el segundo laboratorio de carbohidratos, se limpiaron cuatro tubos de ensayo y se etiquetaron del 1 al 4. Cada tubo se llenó con 10 gotas de una solución diferente que consistía en agua destilada, solución de glucosa, jugo de cebolla y jugo de papa. Se agregaron cinco gotas de reactivo de Benedict a cada tubo. Todos los tubos se colocaron en agua hirviendo durante 3 minutos. Los tubos de ensayo se retiraron del agua y los cambios de color se registraron en la tabla 2.

El tercer laboratorio de carbohidratos consistió en limpiar cuatro tubos de ensayo y etiquetarlos del 1 al 4. Cada tubo de ensayo se llenó con 10 gotas respectivamente de agua destilada, solución de glucosa, solución de sacarosa y solución de almidón. Se añadieron tres gotas de yodo a cada tubo y se agitaron. Los resultados de color se registraron en la tabla 3.

El cuarto laboratorio de carbohidratos se realizó cortando un trozo de cebolla y mirándolo a través de un microscopio. Se añadió una gota de yodo. Luego, se examinó al microscopio una fina rodaja de patata. Se añadió una gota de yodo. Los resultados del cambio de color se registraron en la tabla 4.

El siguiente grupo de pruebas fue sobre aminoácidos y proteínas. Los materiales utilizados en estas pruebas fueron tubos de ensayo, gradilla para tubos de ensayo, baño de agua hirviendo, solución de albúmina, solución de aminoácidos, agua destilada, solución de NaOH al 10%, solución de CuSO4 al 1%, solución de ninhidrina al 0,1% y solución de almidón. El primer laboratorio de aminoácidos se realizó limpiando primero 4 tubos de ensayo y etiquetándolos del 1 al 4. Luego, un tubo se llenó con 10 gotas de agua destilada, otro tubo con solución de aminoácidos, otro con solución de albúmina y el último con almidón. solución. Se añadieron cinco gotas de solución de ninhidrina a cada tubo. Los cuatro tubos se colocaron en un baño de agua hirviendo durante 5 minutos. Se retiraron los tubos de ensayo y se registró cualquier cambio de color para cada uno en la tabla 5.

La segunda prueba sobre proteínas consistió en limpiar cuatro tubos de ensayo y etiquetarlos del 1 al 4. Cada tubo se llenó con 10 gotas de agua destilada, solución de aminoácidos, solución de albúmina y solución de almidón, respectivamente. Se agregaron diez gotas de hidróxido de sodio a cada tubo. Se añadieron cinco gotas de solución de sulfato de cobre a cada tubo y se agitó para mezclar. Los tubos se revisaron para detectar cualquier cambio de color a violeta y los resultados se registraron en la tabla 6.

Los últimos grupos de pruebas fueron sobre lípidos. Estas pruebas consistieron en utilizar los materiales: tubos de ensayo, agua destilada, gradilla para tubos de ensayo, yema de huevo, solución de glucosa, aceite de ensalada, suspensión de maicena, colorante Sudán III, aceite de maíz, clara de huevo, solución de miel, manteca de cerdo y margarina. La primera prueba comenzó limpiando cuatro tubos de ensayo y etiquetándolos del 1 al 4. Cada tubo de ensayo se llenó con 10 gotas de una solución diferente: agua destilada, solución de miel, aceite de maíz y solución de clara de huevo. Se agregaron cinco gotas de Sudan III a cada tubo y se agitaron para mezclar. Los resultados del cambio de color se registraron en la tabla 7.

La segunda prueba de lípidos fue para grasas y aceites. Este laboratorio consistió en obtener un trozo de papel sin vidriar y dibujar sobre él seis círculos de 3 centímetros de diámetro. Los círculos se numeraron del 1 al 6. Los siguientes compuestos se frotaron en cada círculo respectivamente: aceite de ensalada, solución de glucosa, manteca de cerdo, margarina, almidón de maíz y agua destilada. Los resultados se registraron en la tabla 8.

Tabla 1: Prueba de Benedict para la presencia de azúcar reductor

Pruebas Observaciones Conclusiones
Agua + Solución de Benedict Ningún cambio No es un simple azucar
Glucosa + La solución de Benedict Se volvió naranja Gran cantidad de azúcar simple
Sacarosa + La solución de Benedict Se puso verde Pequeña cantidad de azúcar simple
Almidón + La solución de Benedict Ningún cambio No es un simple azucar

Tabla 2: Prueba de Benedict para la presencia de azúcar reductor

Pruebas Observaciones Conclusiones
Agua + La solución de Benedict Ningún cambio Sin azucar
Glucosa + solución de benedicto Se volvió naranja Gran cantidad de azucar
Jugo de cebolla + Benedict's Se puso verde Pequeña cantidad de azúcar
Jugo de papa + Benedict's Se volvió amarillo anaranjado Gran cantidad de azucar

Tabla 3: Prueba de yodo para la presencia de almidón

Prueba Observación Conclusión
Agua + yodo Ningún cambio Sin almidón
Glucosa + yodo Ningún cambio Sin almidón
Sacarosa + yodo Ningún cambio Sin almidón
Almidón + yodo Cambio de color azul-negro Gran cantidad de almidón

Tabla 4: Prueba de yodo para la presencia de almidón

Prueba Observaciones Conclusiones
Cebolla + yodo Ningún cambio Sin almidón
Patata + yodo Se volvió negro oscuro Poca cantidad de almidón

Tabla 5: Prueba de ninhidrina para la presencia de proteína o aminoácido

Pruebas Observaciones Conclusiones
Agua + Solución de ninhidrina Ningún cambio Sin AA ni proteínas
Aminoácidos + Ninhidrina Se volvió morado Tiene AA o proteína
Albúmina + Ninhidrina Se volvió morado Tiene AA o proteína
Almidón + Solución de ninhidrina Ningún cambio Tiene AA o proteína

Tabla 6: Prueba de Biuret para la presencia de proteína

Pruebas Observaciones Conclusiones
Agua + Reactivo Biuret Ningún cambio Sin proteína
Aminoácidos + reactivo biuret Ningún cambio Sin proteína
Albúmina + reactivo biuret Se volvió morado Tiene proteína
Almidón + reactivo biuret Ningún cambio Tiene proteína

Tabla 7: Prueba de presencia de grasa

Pruebas Observaciones Conclusiones
Agua + Sudán III Ningún cambio Sin lípidos
Miel + Sudán III Ningún cambio Sin lípidos
Aceite de maíz + Sudán III Volverse rojo Presencia de lípidos
Clara de huevo + Sudán III Ningún cambio Sin lípidos

Tabla 8: Prueba de presencia de grasa

Pruebas Observaciones Conclusiones
Aceite para ensalada Mancha translúcida Presencia de lípidos
Solución de glucosa Ningún cambio Sin lípidos
Manteca de cerdo Mancha translúcida Presencia de lípidos
Margarina Mancha translúcida Presencia de lípidos
Maicena Ningún cambio Sin lípidos
Agua destilada Ningún cambio Sin lípidos

En las pruebas de carbohidratos para azúcares simples, los resultados fueron los que se esperaban de la solución de Glucosa + Benedict. La glucosa es un azúcar simple y todos los azúcares reductores tienen un grupo funcional aldehído como parte de su estructura molecular, y esto los hace reaccionar con el reactivo de Benedict cuando se calientan. La reducción de azúcares acepta un átomo de oxígeno del reactivo de Benedict y hace que el reactivo se reduzca. Obtuve un resultado cuestionable con la solución de Sacarosa + Benedict que mostraba que había una pequeña cantidad de azúcar simple presente. La sacarosa es un disacárido que consta de glucosa y galactosa. Una razón más que probable para esto es que la sacarosa permaneció durante tanto tiempo que la solución comenzó a descomponerse y debería haber sido removida nuevamente antes del experimento.

La prueba de carbohidratos para el almidón se explica por sí misma. La glucosa es un monosacárido y la sacarosa es un disacárido. La solución de almidón fue un polisacárido. El yodo reacciona con el almidón dando como resultado un color negro azulado oscuro que es una prueba positiva para el almidón. Las cebollas no tienen almidón y las patatas sí.

Durante las pruebas de proteínas, analizamos tanto los aminoácidos como las proteínas con la solución de ninhidrina y solo las proteínas con la solución de Biuret. Todas las proteínas son polímeros de aminoácidos, unidos covalentemente en largas cadenas llamadas enlaces peptídicos. La ninhidrina descarboxila oxidativamente los aminoácidos a CO2NH3 y un aldehído que es un átomo de carbono menos que el aminoácido original. La ninhidrina reducida reacciona con el amoniaco liberado. Las proteínas y los péptidos reaccionan con el reactivo de Biuret. Esta reacción es específica para compuestos con más de dos enlaces peptídicos. El reactivo de Biuret es una mezcla de una solución fuerte de hidróxido de sodio o potasio y una pequeña cantidad de sulfato de cobre muy diluido. Además de los resultados de Biuret con reacciones positivas a la albúmina (clara de huevo), también obtuvimos resultados de que la solución de Biuret estaba en nuestra piel y reaccionaba a partir de los enlaces peptídicos de nuestra piel.

La prueba de lípidos de Sudán III fue más fácil de completar que las demás, pero nos resultó difícil diferenciar los colores de rojo necesarios para obtener resultados. Los lípidos no son polares y son insolubles en agua u otros líquidos polares. Son solubles en disolventes no polares como el cloroformo.

Los ejercicios para carbohidratos resultaron principalmente en la primera hipótesis. La glucosa reaccionó con Benedict's al igual que el jugo de cebolla y el jugo de papa en menor grado, mostrando la presencia de azúcar simple. El almidón reaccionó al yodo junto con el almidón de prueba de papa presente. El aminoácido y la albúmina reaccionaron con la ninhidrina, prueba de que contenían aminoácidos o proteínas. La albúmina resultó contener proteína al probarla con el reactivo de Biuret. El aceite de maíz confirmó que contenía un lípido usando Sudan III. El aceite de ensalada, la manteca de cerdo y la margarina demostraron tener lípidos al mostrar manchas translúcidas.


1.4 Descripción general de las propiedades de las macromoléculas biológicas

Esta descripción general cubre la sección 1.4 del Plan de estudios de biología AP y las propiedades de las macromoléculas biológicas # 8211.

Comencemos con posiblemente la macromolécula biológica más importante: los ácidos nucleicos. Para comprender completamente cómo funcionan los ácidos nucleicos, debemos observar su estructura. Primero, echemos un vistazo a esqueleto de fosfato de azúcar de un ácido nucleico.

En el centro de cada ácido nucleico se encuentra la columna vertebral de azúcar-fosfato. El grupo fosfato forma ácido fosfórico en agua. Este grupo fosfato puede unirse a la molécula de azúcar en el siguiente ácido nucleico, creando una cadena larga. No importa cuánto tiempo dure esta columna vertebral de azúcar-fosfato, siempre habrá un grupo fosfato expuesto en un extremo y una molécula de azúcar expuesta en el otro. Por lo tanto, llamamos "ácido nucleico" tanto a un solo nucleótido como a muchos nucleótidos conectados entre sí.

La principal diferencia entre el ADN y el ARN radica en la molécula de azúcar que se utiliza para crear la columna vertebral de azúcar-fosfato. Usos del ADN desoxirribosa, visto aquí. Usos de ARN ribosa & # 8211 el mismo azúcar con un átomo de oxígeno extra. Esta pequeña diferencia crea algunas de las diferencias funcionales entre el ADN y el ARN dentro de las células.

La parte de un nucleótido que es más importante para transportar información es la base de nucleótidos. La base unida a esta estructura es la citosina, una de varias bases que pueden unirse a un nucleótido. Veamos exactamente cómo funcionan estas bases nitrogenadas.

Hay 5 bases nitrogenadas que se utilizan en la naturaleza para crear ADN y ARN, que se separan en dos grupos según su estructura. Las purinas se basan en una estructura de doble anillo, mientras que las pirimidinas se basan en una estructura de un solo anillo. Adenina, Guanina, Timina, y Citosina se utilizan para crear moléculas de ADN. Uracil se utiliza en el ARN, en lugar de timina.

Más importante aún, las bases nitrogenadas crean la estructura de doble hélice del ADN a través de su capacidad para formar enlaces de hidrógeno. Cada purina tiene una pirimidina correspondiente con la que puede formar enlaces de hidrógeno. Puede recordar qué bases nitrogenadas pueden formar enlaces de hidrógeno usando un dispositivo mnemónico simple. Las letras altas (A + T) pueden formar enlaces de hidrógeno y las letras gordas (C + G) pueden formar enlaces de hidrógeno. Será muy importante recordar esto cuando comencemos a aprender cómo se sintetiza el ADN y cómo se corrigen los errores en el código del ADN.

El ADN almacena información a través de un mecanismo ligeramente complejo. El ADN se almacena en el núcleo como una doble hélice. Esto le permite mantenerse protegido contra daños. La doble hélice también permite que las proteínas de reparación encuentren errores fácilmente. La mayoría de los errores crean una pequeña protuberancia en el ADN, debido a la falta de enlaces de hidrógeno entre las dos hebras. Para extraer la información necesaria para crear nuevas proteínas, primero se debe copiar el orden exacto de los nucleótidos del ADN a una nueva molécula de ARN dentro del núcleo. Se llama transcripción.

El ARN no es tan estable como el ADN y es más propenso a errores. Sin embargo, las moléculas de ARN pueden llevar la información a donde se necesita & # 8211 como un mensajero. Esta molécula de ARN mensajero transporta la secuencia de nucleótidos fuera del núcleo, donde un ribosoma puede adherirse a ella. Luego, el ribosoma crea una nueva molécula de proteína al hacer coincidir las moléculas de ARN de transferencia con cada secuencia de 3 nucleótidos, conocida como "codón". Este proceso, llamado traducción, es cómo la información almacenada en el ADN se convierte en un producto celular real y permite que la célula funcione.

Ahora que sabemos cómo el ADN almacena la información para construir proteínas, echemos un vistazo a las proteínas mismas. Las proteínas son simplemente grandes cadenas de aminoácidos que se pliegan en formas específicas. Cada proteína tiene una función diferente, que es posible gracias a su forma tridimensional y los aminoácidos de los que está hecha.

Aminoácidos & # 8211 también llamados péptidos & # 8211 están unidos por enlaces peptídicos. Estos enlaces se forman a través de una reacción de deshidratación entre un grupo carboxilo y un grupo amino en cada aminoácido. Esto también asegura que cada molécula de proteína tenga direccionalidad. Un lado es el terminal carboxilo, mientras que el otro lado de la molécula tiene un terminal amino. Asegúrese de comprender la diferencia porque las preguntas del examen AP pueden hacer referencia a estos diferentes lados.

Las estructuras que hacen que cada aminoácido sea diferente se conocen como Grupos R o cadenas laterales. Estos grupos son los que le dan a cada aminoácido su funcionalidad única. De hecho, aunque hay más de 20 aminoácidos utilizados en la naturaleza, solo hay 7 grupos diferentes en los que estas moléculas pueden clasificarse. Si bien la estructura de cada aminoácido es ligeramente diferente, muchos aminoácidos aportan propiedades similares a los polipéptidos de los que forman parte.

Por ejemplo, varios aminoácidos tienen grupos R cargados. Esto ayuda a crear una porción hidrofílica del polipéptido que puede interactuar fácilmente con el agua y otras moléculas polares. Otros aminoácidos contienen azufre, que puede formar enlaces cruzados de azufre con otros péptidos que contienen azufre. Esto puede ayudar a mantener juntos varios polipéptidos en un gran Estructura cuaternaria.

El sitio activo es donde la proteína realmente llevará a cabo su función. Para que un sustrato encaje correctamente y catalice una reacción, el sitio activo de la proteína debe tener las propiedades físicas y químicas adecuadas. Por lo tanto, el sitio activo no solo necesita tener expuestos los grupos R correctos, sino que la proteína también debe tener la secuencia correcta de aminoácidos para plegarse en la forma adecuada.

Asimismo, esta proteína también debe tener algunas regiones hidrofóbicas donde necesita unirse a la membrana celular. Si se usaran aminoácidos hidrófilos en lugar de aminoácidos hidrófobos, esta proteína no podría adherirse a la membrana celular y no sería funcional. Dado que las proteínas cumplen funciones como enzimas, respondedores inmunitarios, receptores, métodos de movimiento y moléculas estructurales, existe un número casi infinito de arreglos de aminoácidos.
Los carbohidratos suelen servir como combustible y materiales de construcción para una célula. Los carbohidratos más simples son cadenas de hidrocarburos de 5 o 6 carbonos que a menudo tienen una estructura similar a un anillo. Glucosa, por ejemplo, sirve como la principal molécula de combustible para las células. Sin embargo, a medida que conecta más y más monómeros de carbohidratos, puede crear sustancias con muchas propiedades diferentes.

La estructura exacta de grandes polisacáridos ayuda a determinar su función. Los polímeros lineales se encuentran con mayor frecuencia en moléculas estructurales como la celulosa. Estas fibras & # 8211 al igual que los hilos más pequeños en una cuerda grande & # 8211 pueden entrelazarse para crear un material mucho más resistente. Algunos carbohidratos estructurales incluso tienen enlaces cruzados entre las fibras, lo que agrega otra capa de fuerza a una molécula.

Por el contrario, los polisacáridos de almacenamiento suelen tener una estructura ramificada. A diferencia de una estructura lineal, esto permite que una celda almacene la mayor cantidad de energía en un espacio tan pequeño como sea posible. Las moléculas de almidón & # 8211 como la amilosa que se encuentra en las patatas & # 8211 son esencialmente enormes estructuras ramificadas que llenan las células de energía. Los seres humanos y los animales utilizan el glucógeno polisacárido para un propósito similar. La célula puede comenzar a hidratar fácilmente los enlaces entre monómeros individuales para llenar la célula con glucosa & # 8211, que luego se puede utilizar para impulsar una variedad de otras reacciones.

La última categoría de macromoléculas que veremos son los lípidos. Hay tres tipos de lípidos que son más importantes para la vida: grasas (triglicéridos), fosfolípidos y esteroides. Algunas personas consideran a las ceras como su propia categoría, aunque tienen una estructura muy similar a los triglicéridos. Echemos un vistazo a cada uno de estos grupos.

Triglicéridos son simplemente moléculas de ácidos grasos unidas a una molécula más grande con glicerol y un alcohol de tres carbonos. Los ácidos grasos vienen en dos formas: saturados e insaturados. El ácido palmítico es un ejemplo de ácido graso saturado. Cada carbono de la cadena está unido a al menos 2 hidrógenos, sin dejar espacio para dobles enlaces entre los átomos de carbono. Estructuralmente, esto hace que las grasas saturadas sean muy lineales. Therefore, you can pack many saturated fatty acids into a very tight space. Because of this structure, saturated fatty acids are usually solid at room temperature because the molecules squeeze tightly together as they lose thermal energy.

By contrast, an unsaturated fatty acid has double bonds between at least 2 carbon atoms in the chain. Double bonds are rigid. This means that lots of fatty acids cannot pack tightly together if they are unsaturated – even if the temperature is not particularly warm. Olive oil is a good example of an unsaturated fatty acid.

To create a triglyceride, three fatty acids bind to a single glycerol molécula. Though lipids are not “true polymers” in the sense that they are linear chains of the same monomers, they are still created through dehydration reactions. The hydroxyl groups on glycerol react with the carboxyl head groups of each fatty acid. A water molecule is lost and an ester bond is formed. There are many triglycerides found in nature, with both saturated and unsaturated fatty acids in their structure. This gives rise to many different types of fat found in different organisms.
Fosfolípidos are different structurally – compared to triglycerides – and they also serve a much different purpose within organisms. Phospholipids have a hydrophilic head and a hydrophobic tail. When many phospholipids congregate together, the head groups interact with water while the tail groups tend to orient toward each other. This is how the lipid bilayer of all cells is created. Let’s look closer at the structure of a phospholipid.

In the hydrophobic tail are long hydrocarbon chains. The tail sections can contain saturated or unsaturated fatty acids, depending on the organisms. In general, organisms that live in very hot environments tend to have more saturated fatty acids whereas cells that must exist at very low temperatures tend to have more unsaturated fatty acids. Since unsaturated fatty acids tend to remain liquid at low temperatures, this creates a cell membrane that is still fluid and functional in the cold. Each organism must maintain the right balance of fatty acid tails to ensure its cells have functional membranes.

The polar head groups of phospholipids have both phosphate groups and nitrogen – both of which increase the head’s hydrophilic tendencies. This ensures that the molecule’s head is always oriented towards water – whether that is the cytosol of the cell or the external environment.


Hidrólisis

Polymers are broken down into monomers in a process known as hydrolysis, which means “to split water,” a reaction in which a water molecule is used during the breakdown (Figure 2). During these reactions, the polymer is broken into two components: one part gains a hydrogen atom (H+) and the other gains a hydroxyl molecule (OH–) from a split water molecule.

Figure 2. In the hydrolysis reaction shown here, the disaccharide maltose is broken down to form two glucose monomers with the addition of a water molecule. Note that this reaction is the reverse of the synthesis reaction shown in Figure 1.

Dehydration and reacciones de hidrólisis are catalyzed, or “sped up,” by specific enzymes dehydration reactions involve the formation of new bonds, requiring energy, while hydrolysis reactions break bonds and release energy. These reactions are similar for most macromolecules, but each monomer and polymer reaction is specific for its class. For example, in our bodies, food is hydrolyzed, or broken down, into smaller molecules by catalytic enzymes in the digestive system. This allows for easy absorption of nutrients by cells in the intestine. Each macromolecule is broken down by a specific enzyme. For instance, carbohydrates are broken down by amylase, sucrase, lactase, or maltase. Proteins are broken down by the enzymes pepsin and peptidase, and by hydrochloric acid. Lipids are broken down by lipases. Breakdown of these macromolecules provides energy for cellular activities.

Visit this site to see visual representations of dehydration synthesis and hydrolysis.


3.5 | Nucleic Acids

Al final de esta sección, podrá:

  • Describe the structure of nucleic acids and define the two types of nucleic acids
  • Explain the structure and role of DNA
  • Explain the structure and roles of RNA

Nucleic acids are the most important macromolecules for the continuity of life. They carry the genetic blueprint of a cell and carry instructions for the functioning of the cell.

DNA and RNA

The two main types of nucleic acids are deoxyribonucleic acid (DNA) y ribonucleic acid (RNA). DNA is the genetic material found in all living organisms, ranging from single-celled bacteria to multicellular mammals. It is found in the nucleus of eukaryotes and in the organelles, chloroplasts, and mitochondria. In prokaryotes, the DNA is not enclosed in a membranous envelope.

The entire genetic content of a cell is known as its genome, and the study of genomes is genomics. In eukaryotic cells but not in prokaryotes, DNA forms a complex with histone proteins to form chromatin, the substance of eukaryotic chromosomes. A chromosome may contain tens of thousands of genes. Many genes contain the information to make protein products other genes code for RNA products. DNA controls all of the cellular activities by turning the genes “on” or “off.”

The other type of nucleic acid, RNA, is mostly involved in protein synthesis. The DNA molecules never leave the nucleus but instead use an intermediary to communicate with the rest of the cell. This intermediary is the messenger RNA (mRNA). Other types of RNA—like rRNA, tRNA, and microRNA—are involved in protein synthesis and its regulation.

DNA and RNA are made up of monomers known as nucleótidos. The nucleotides combine with each other to form a polynucleotide, DNA or RNA. Each nucleotide is made up of three components: a nitrogenous base, a pentose (five-carbon) sugar, and a phosphate group (Figure 3.31). Each nitrogenous base in a nucleotide is attached to a sugar molecule, which is attached to one or more phosphate groups.

Figure 3.31 A nucleotide is made up of three components: a nitrogenous base, a pentose sugar, and one or more phosphate groups. Carbon residues in the pentose are numbered 1′ through 5′ (the prime distinguishes these residues from those in the base, which are numbered without using a prime notation). The base is attached to the 1′ position of the ribose, and the phosphate is attached to the 5′ position. When a polynucleotide is formed, the 5′ phosphate of the incoming nucleotide attaches to the 3′ hydroxyl group at the end of the growing chain. Two types of pentose are found in nucleotides, deoxyribose (found in DNA) and ribose (found in RNA). Deoxyribose is similar in structure to ribose, but it has an H instead of an OH at the 2′ position. Bases can be divided into two categories: purines and pyrimidines. Purines have a double ring structure, and pyrimidines have a single ring.

The nitrogenous bases, important components of nucleotides, are organic molecules and are so named because they contain carbon and nitrogen. They are bases because they contain an amino group that has the potential of binding an extra hydrogen, and thus, decreases the hydrogen ion concentration in its environment, making it more basic. Each nucleotide in DNA contains one of four possible nitrogenous bases: adenine (A), guanine (G) cytosine (C), and thymine (T).

Adenine and guanine are classified as purines. The primary structure of a purine is two carbon-nitrogen rings. Cytosine, thymine, and uracil are classified as pyrimidines which have a single carbon-nitrogen ring as their primary structure (Figure 3.31). Each of these basic carbon-nitrogen rings has different functional groups attached to it. In molecular biology shorthand, the nitrogenous bases are simply known by their symbols A, T, G, C, and U. DNA contains A, T, G, and C whereas RNA contains A, U, G, and C.

The pentose sugar in DNA is deoxyribose, and in RNA, the sugar is ribose (Figure 3.31). The difference between the sugars is the presence of the hydroxyl group on the second carbon of the ribose and hydrogen on the second carbon of the deoxyribose. The carbon atoms of the sugar molecule are numbered as 1′, 2′, 3′, 4′, and 5′ (1′ is read as “one prime”). The phosphate residue is attached to the hydroxyl group of the 5′ carbon of one sugar and the hydroxyl group of the 3′ carbon of the sugar of the next nucleotide, which forms a 5′–3′ phosphodiester linkage. The phosphodiester linkage is not formed by simple dehydration reaction like the other linkages connecting monomers in macromolecules: its formation involves the removal of two phosphate groups. A polynucleotide may have thousands of such phosphodiester linkages.

DNA Double-Helix Structure

DNA has a double-helix structure (Figure 3.32). The sugar and phosphate lie on the outside of the helix, forming the backbone of the DNA. The nitrogenous bases are stacked in the interior, like the steps of a staircase, in pairs the pairs are bound to each other by hydrogen bonds. Every base pair in the double helivx is separated from the next base pair by 0.34 nm. The two strands of the helix run in opposite directions, meaning that the 5′ carbon end of one strand will face the 3′ carbon end of its matching strand. (This is referred to as antiparallel orientation and is important to DNA replication and in many nucleic acid interactions.)

Figure 3.32 Native DNA is an antiparallel double helix. The phosphate backbone (indicated by the curvy lines) is on the outside, and the bases are on the inside. Each base from one strand interacts via hydrogen bonding with a base from the opposing strand. (credit: Jerome Walker/Dennis Myts)

Only certain types of base pairing are allowed. For example, a certain purine can only pair with a certain pyrimidine. This means A can pair with T, and G can pair with C, as shown in Figure 3.33. This is known as the base complementary rule. In other words, the DNA strands are complementary to each other. If the sequence of one strand is AATTGGCC, the complementary strand would have the sequence TTAACCGG. During DNA replication, each strand is copied, resulting in a daughter DNA double helix containing one parental DNA strand and a newly synthesized strand.

Figure 3.33 In a double stranded DNA molecule, the two strands run antiparallel to one another so that one strand runs 5′ to 3′ and the other 3′ to 5′. The phosphate backbone is located on the outside, and the bases are in the middle. Adenine forms hydrogen bonds (or base pairs) with thymine, and guanine base pairs with cytosine.

A mutation occurs, and cytosine is replaced with adenine. What impact do you think this will have on the DNA structure?

Ribonucleic acid, or RNA, is mainly involved in the process of protein synthesis under the direction of DNA. RNA is usually single-stranded and is made of ribonucleotides that are linked by phosphodiester bonds. A ribonucleotide in the RNA chain contains ribose (the pentose sugar), one of the four nitrogenous bases (A, U, G, and C), and the phosphate group.

There are four major types of RNA: messenger RNA (mRNA), ribosomal RNA (rRNA), transfer RNA (tRNA), and microRNA (miRNA). The first, mRNA, carries the message from DNA, which controls all of the cellular activities in a cell. If a cell requires a certain protein to be synthesized, the gene for this product is turned “on” and the messenger RNA is synthesized in the nucleus. The RNA base sequence is complementary to the coding sequence of the DNA from which it has been copied. However, in RNA, the base T is absent and U is present instead. If the DNA strand has a sequence AATTGCGC, the sequence of the complementary RNA is UUAACGCG. In the cytoplasm, the mRNA interacts with ribosomes and other cellular machinery (Figure 3.34).

Figure 3.34 A ribosome has two parts: a large subunit and a small subunit. The mRNA sits in between the two subunits. A tRNA molecule recognizes a codon on the mRNA, binds to it by complementary base pairing, and adds the correct amino acid to the growing peptide chain.

The mRNA is read in sets of three bases known as codons. Each codon codes for a single amino acid. In this way, the mRNA is read and the protein product is made. Ribosomal RNA (rRNA) is a major constituent of ribosomes on which the mRNA binds. The rRNA ensures the proper alignment of the mRNA and the ribosomes the rRNA of the ribosome also has an enzymatic activity (peptidyl transferase) and catalyzes the formation of the peptide bonds between two aligned amino acids. Transfer RNA (tRNA) is one of the smallest of the four types of RNA, usually 70–90 nucleotides long. It carries the correct amino acid to the site of protein synthesis. It is the base pairing between the tRNA and mRNA that allows for the correct amino acid to be inserted in the polypeptide chain. microRNAs are the smallest RNA molecules and their role involves the regulation of gene expression by interfering with the expression of certain mRNA messages. Table 3.2 summarizes features of DNA and RNA.

Features of DNA and RNA

Even though the RNA is single stranded, most RNA types show extensive intramolecular base pairing between complementary sequences, creating a predictable three-dimensional structure essential for their function.

As you have learned, information flow in an organism takes place from DNA to RNA to protein. DNA dictates the structure of mRNA in a process known as transcripción, and RNA dictates the structure of protein in a process known as translation. This is known as the Central Dogma of Life, which holds true for all organisms however, exceptions to the rule occur in connection with viral infections.

To learn more about DNA, explore the Howard Hughes Medical Institute BioInteractive animations (http://openstaxcollege.org/l/DNA) on the topic of DNA.


Contenido

A molecule of high relative molecular mass, the structure of which essentially
comprises the multiple repetition of units derived, actually or conceptually, from
molecules of low relative molecular mass.

1. In many cases, especially for synthetic polymers, a molecule can be regarded
as having a high relative molecular mass if the addition or removal of one or a
few of the units has a negligible effect on the molecular properties. This statement
fails in the case of certain macromolecules for which the properties may be
critically dependent on fine details of the molecular structure.

2. If a part or the whole of the molecule fits into this definition, it may be described
as either macromolecular o polymeric, or by polymer used adjectivally. [4]

El término macromolecule (macro- + molécula) was coined by Nobel laureate Hermann Staudinger in the 1920s, although his first relevant publication on this field only mentions high molecular compounds (in excess of 1,000 atoms). [5] At that time the term polymer, as introduced by Berzelius in 1832, had a different meaning from that of today: it simply was another form of isomerism for example with benzene and acetylene and had little to do with size. [6]

Usage of the term to describe large molecules varies among the disciplines. For example, while biology refers to macromolecules as the four large molecules comprising living things, in chemistry, the term may refer to aggregates of two or more molecules held together by intermolecular forces rather than covalent bonds but which do not readily dissociate. [7]

According to the standard IUPAC definition, the term macromolecule as used in polymer science refers only to a single molecule. For example, a single polymeric molecule is appropriately described as a "macromolecule" or "polymer molecule" rather than a "polymer," which suggests a substance composed of macromolecules. [8]

Because of their size, macromolecules are not conveniently described in terms of stoichiometry alone. The structure of simple macromolecules, such as homopolymers, may be described in terms of the individual monomer subunit and total molecular mass. Complicated biomacromolecules, on the other hand, require multi-faceted structural description such as the hierarchy of structures used to describe proteins. In British English, the word "macromolecule" tends to be called "high polymer".

Macromolecules often have unusual physical properties that do not occur for smaller molecules.

Another common macromolecular property that does not characterize smaller molecules is their relative insolubility in water and similar solvents, instead forming colloids. Many require salts or particular ions to dissolve in water. Similarly, many proteins will denature if the solute concentration of their solution is too high or too low.

High concentrations of macromolecules in a solution can alter the rates and equilibrium constants of the reactions of other macromolecules, through an effect known as macromolecular crowding. [9] This comes from macromolecules excluding other molecules from a large part of the volume of the solution, thereby increasing the effective concentrations of these molecules.

All living organisms are dependent on three essential biopolymers for their biological functions: DNA, RNA and proteins. [10] Each of these molecules is required for life since each plays a distinct, indispensable role in the cell. [11] The simple summary is that DNA makes RNA, and then RNA makes proteins.

DNA, RNA, and proteins all consist of a repeating structure of related building blocks (nucleotides in the case of DNA and RNA, amino acids in the case of proteins). In general, they are all unbranched polymers, and so can be represented in the form of a string. Indeed, they can be viewed as a string of beads, with each bead representing a single nucleotide or amino acid monomer linked together through covalent chemical bonds into a very long chain.

In most cases, the monomers within the chain have a strong propensity to interact with other amino acids or nucleotides. In DNA and RNA, this can take the form of Watson-Crick base pairs (G-C and A-T or A-U), although many more complicated interactions can and do occur.

Structural features Edit

ADN RNA Proteínas
Encodes genetic information No
Catalyzes biological reactions No
Building blocks (type) Nucleotides Nucleotides Aminoácidos
Building blocks (number) 4 4 20
Strandedness Double Soltero Soltero
Structure Double helix Complejo Complejo
Stability to degradation Elevado Variable Variable
Repair systems No No

Because of the double-stranded nature of DNA, essentially all of the nucleotides take the form of Watson-Crick base pairs between nucleotides on the two complementary strands of the double-helix.

In contrast, both RNA and proteins are normally single-stranded. Therefore, they are not constrained by the regular geometry of the DNA double helix, and so fold into complex three-dimensional shapes dependent on their sequence. These different shapes are responsible for many of the common properties of RNA and proteins, including the formation of specific binding pockets, and the ability to catalyse biochemical reactions.

DNA is optimised for encoding information Edit

DNA is an information storage macromolecule that encodes the complete set of instructions (the genome) that are required to assemble, maintain, and reproduce every living organism. [12]

DNA and RNA are both capable of encoding genetic information, because there are biochemical mechanisms which read the information coded within a DNA or RNA sequence and use it to generate a specified protein. On the other hand, the sequence information of a protein molecule is not used by cells to functionally encode genetic information. [1] : 5

DNA has three primary attributes that allow it to be far better than RNA at encoding genetic information. First, it is normally double-stranded, so that there are a minimum of two copies of the information encoding each gene in every cell. Second, DNA has a much greater stability against breakdown than does RNA, an attribute primarily associated with the absence of the 2'-hydroxyl group within every nucleotide of DNA. Third, highly sophisticated DNA surveillance and repair systems are present which monitor damage to the DNA and repair the sequence when necessary. Analogous systems have not evolved for repairing damaged RNA molecules. Consequently, chromosomes can contain many billions of atoms, arranged in a specific chemical structure.

Proteins are optimised for catalysis Edit

Proteins are functional macromolecules responsible for catalysing the biochemical reactions that sustain life. [1] : 3 Proteins carry out all functions of an organism, for example photosynthesis, neural function, vision, and movement. [13]

The single-stranded nature of protein molecules, together with their composition of 20 or more different amino acid building blocks, allows them to fold in to a vast number of different three-dimensional shapes, while providing binding pockets through which they can specifically interact with all manner of molecules. In addition, the chemical diversity of the different amino acids, together with different chemical environments afforded by local 3D structure, enables many proteins to act as enzymes, catalyzing a wide range of specific biochemical transformations within cells. In addition, proteins have evolved the ability to bind a wide range of cofactors and coenzymes, smaller molecules that can endow the protein with specific activities beyond those associated with the polypeptide chain alone.

RNA is multifunctional Edit

RNA is multifunctional, its primary function is to encode proteins, according to the instructions within a cell’s DNA. [1] : 5 They control and regulate many aspects of protein synthesis in eukaryotes.

RNA encodes genetic information that can be translated into the amino acid sequence of proteins, as evidenced by the messenger RNA molecules present within every cell, and the RNA genomes of a large number of viruses. The single-stranded nature of RNA, together with tendency for rapid breakdown and a lack of repair systems means that RNA is not so well suited for the long-term storage of genetic information as is DNA.

In addition, RNA is a single-stranded polymer that can, like proteins, fold into a very large number of three-dimensional structures. Some of these structures provide binding sites for other molecules and chemically-active centers that can catalyze specific chemical reactions on those bound molecules. The limited number of different building blocks of RNA (4 nucleotides vs >20 amino acids in proteins), together with their lack of chemical diversity, results in catalytic RNA (ribozymes) being generally less-effective catalysts than proteins for most biological reactions.


Ver el vídeo: INTRODUCCION A LAS MACROMOLECULAS - BIOLOGIA PARA INGRESO A MEDICINA (Agosto 2022).