Composición Macromolecular de los Seres Vivos

M en C Rafael Govea Villaseñor
¿Cuál es la composición química de los Seres Vivos?
¿Cuál es la composición química de los Seres Vivos?
M. en C. Rafael Govea Villaseñor
M. en C. Rafael Govea Villaseñor
por el CINVESTAV
por el CINVESTAV
Biólogo por la UAM-I
Biólogo por la UAM-I
Versión 4.5 2009-10-07 a 2022-02-09
Versión 4.5 2009-10-07 a 2022-02-09
Nivel de Organización“Macromolécula”

¿De qué estamos hechos los organismos a nivel
¿De qué estamos hechos los organismos a nivel
de organización “Macromolécula?
de organización “Macromolécula?
Estamos hechos de
Estamos hechos de
Biopolímeros (
Biopolímeros (bio
bio- = vida,
- = vida,
poli
poli- = muchos,
- = muchos, mer
mer- =
- =
parte y -
parte y -eros
eros = los que
= los que
hacen)
hacen)
Todos los Biopolímeros
Todos los Biopolímeros (
(Proteínas,
Proteínas,
ADN, ARN y Polisacáridos
ADN, ARN y Polisacáridos) son
) son
cadenas de pequeñas moléculas
cadenas de pequeñas moléculas
orgánicas (
orgánicas (PMO
PMO) unidas una tras
) unidas una tras
otra.
otra.

¿Cómo clasificamos a los Biopolímeros?
¿Cómo clasificamos a los Biopolímeros?
Subdividimos a los Biopolímeros
Subdividimos a los Biopolímeros
de acuerdo a cuáles monómeros
de acuerdo a cuáles monómeros
los constituyen:
los constituyen:
Homopolímeros
Homopolímeros
Heteropolímeros
Heteropolímeros
En el caso de que la cadena de
En el caso de que la cadena de
monómeros esté constituida por 1 solo
monómeros esté constituida por 1 solo
tipo de monómeros. De
tipo de monómeros. De homo
homo-
- = igual
= igual
Cuando la cadena de monómeros (mono- =
Cuando la cadena de monómeros (mono- =
1, unidad) está constituida por >1 tipo de
1, unidad) está constituida por >1 tipo de
monómeros. De
monómeros. De heter
heter- =
- = diferente
diferente

¿Cuáles son los principales Biopolímeros?
¿Cuáles son los principales Biopolímeros?
Proteínas
Proteínas
– Son cadenas lineales de
Son cadenas lineales de aminoácidos
aminoácidos unidos por
unidos por
enlaces peptídicos
enlaces peptídicos.
.
Ácidos Nucleicos
Ácidos Nucleicos
– Son cadenas lineales simples o dobles de
Son cadenas lineales simples o dobles de
nucleótidos
nucleótidos unidos por
unidos por enlaces fosfodiéster
enlaces fosfodiéster
Polisacáridos
Polisacáridos
– Son cadenas lineales o ramificadas de
Son cadenas lineales o ramificadas de
monosacáridos
monosacáridos unidos por
unidos por enlaces glucosídicos
enlaces glucosídicos

¿Cómo están constituidas las Proteínas?
¿Cómo están constituidas las Proteínas?
• Son cadenas cuya longitud se extiende de
Son cadenas cuya longitud se extiende de
decenas a miles de aminoácidos (aa)
decenas a miles de aminoácidos (aa)
• Contienen 20 monómeros distintos
Contienen 20 monómeros distintos
unidos en secuencias especificadas por
unidos en secuencias especificadas por
los genes
los genes
• Los aa son unidos uno a uno por
Los aa son unidos uno a uno por Enlaces
Enlaces
Peptídicos
Peptídicos, un grupo de 4 átomos (
, un grupo de 4 átomos (CO
CO-
-
NH
NH) repetidos de eslabón a eslabón
) repetidos de eslabón a eslabón
desde el extremo amino-terminal.
desde el extremo amino-terminal. -C
-C-
-N-
N-
O
O
H
H

Niveles Estructurales de las Proteínas
Niveles Estructurales de las Proteínas
Es la secuencia de aminoácidos en la cadena.
Es la secuencia de aminoácidos en la cadena.
Es el doblado de la cadena de aminoácidos en hélices o láminas.
Es el doblado de la cadena de aminoácidos en hélices o láminas.
Es la posición espacial de las estructuras secundarias entre si
Es la posición espacial de las estructuras secundarias entre si
Es el plegado 3D independiente de una serie contigua de
Es el plegado 3D independiente de una serie contigua de
estructuras de 2º nivel de la cadena polipeptídica, respecto de otra
estructuras de 2º nivel de la cadena polipeptídica, respecto de otra
porción de ésta.
porción de ésta.
Es la asociación de varias cadenas polipeptídicas debidamente dobladas
Es la asociación de varias cadenas polipeptídicas debidamente dobladas
Estructura primaria
Estructura primaria
Estructura secundaria
Estructura secundaria
Estructura Terciaria
Dominio
Dominio
Estructura Cuaternaria

Primer Nivel Estructural de las Proteínas
Primer Nivel Estructural de las Proteínas
Met
Met-Lis-Asp-Pro-Leu-His-Tir-Gli-...-Gln-Cis-Fen-
-Lis-Asp-Pro-Leu-His-Tir-Gli-...-Gln-Cis-Fen-Val
Val
Extremo
Extremo
N-terminal
N-terminal
Extremo
Extremo
C-terminal
C-terminal
Estructura Primaria
Estructura Primaria: Es la secuencia de aminoácidos, de un
: Es la secuencia de aminoácidos, de un
juego de 20 distintos, en la cadena polipeptídica de 50 a 10
juego de 20 distintos, en la cadena polipeptídica de 50 a 103
3
aa
aa

Segundo Nivel Estructural de las Proteínas
Segundo Nivel Estructural de las Proteínas
Hélice 
Estructura Secundaria
Estructura Secundaria: Es el doblado de la cadena de
: Es el doblado de la cadena de
aminoácidos en formas características estabilizadas por puentes de
aminoácidos en formas características estabilizadas por puentes de
Hidrógeno formados por los átomos de los
Hidrógeno formados por los átomos de los enlaces peptídicos
enlaces peptídicos:
:
-C
-C-
-N-
N-
O
O
H
H
-C
-C-
-N-
N-
O
O
H
H
Puente de H
Lámina
Lámina 

Random coil
Péptido
Péptido 
 amiloide
amiloide

Tercer Nivel Estructural de las Proteínas
Tercer Nivel Estructural de las Proteínas
2 Hélices
2 Hélices 
 horizontales
horizontales
Extremo
Extremo
N-terminal
N-terminal
8 láminas
8 láminas 
 antiparalelas
antiparalelas
Puente disulfuro
Estructura Terciaria: Es la
: Es la
orientación espacial recíproca de
orientación espacial recíproca de
los distintos elementos de nivel
los distintos elementos de nivel
secundario.
secundario.
La disposición 3D está
La disposición 3D está
estabilizada por puentes de H,
estabilizada por puentes de H,
puentes disulfuro -S-S-, enlace
puentes disulfuro -S-S-, enlace
iónico e interacciones
iónico e interacciones
hidrofóbicas
hidrofóbicas

Nivel Estructural Dominio de las Proteínas
Nivel Estructural Dominio de las Proteínas
Dominio
Dominio:
: Es el plegado 3D particular de un segmento de
Es el plegado 3D particular de un segmento de
la cadena polipeptídica independiente del plegado en
la cadena polipeptídica independiente del plegado en
otra porción de la cadena. Los dominios otorgan
otra porción de la cadena. Los dominios otorgan
propiedades biológicas especiales.
propiedades biológicas especiales.
Dominio Ig
Dominio Ig
Presente en las
Presente en las
proteínas que
proteínas que
funcionan como
funcionan como
anticuerpos
anticuerpos
Dominio SH2
Dominio SH2
Presente en las
Presente en las
proteínas que
proteínas que
funcionan en
funcionan en
cascadas de
cascadas de
señalización
señalización

Cuarto Nivel Estructural de las Proteínas
Cuarto Nivel Estructural de las Proteínas
Receptor de la acetilcolina
Receptor de la acetilcolina
(5 cadenas polipeptídicas)
(5 cadenas polipeptídicas)
Proteasa de HIV-1
Proteasa de HIV-1
(2 cadenas)
(2 cadenas)
Estructura Cuaternaria: Es la asociación de varias cadenas
: Es la asociación de varias cadenas
polipeptídicas por complementaridad de sus superficies e
polipeptídicas por complementaridad de sus superficies e
interacciones débiles
interacciones débiles
Proteína S del
Proteína S del
SARS-CoV-2
SARS-CoV-2

Ejemplos de
Ejemplos de
Proteínas
Proteínas
En la actualidad
En la actualidad
sabemos la secuencia
sabemos la secuencia
de aminoácidos de
de aminoácidos de
millones de proteínas.
millones de proteínas.
Levitt en 2009 refiere 8
millones duplicando cada
28 meses. Así que ahora
debemos de conocer 8
duplicado 5 veces 250
millones.

¿Cuáles son las Funciones de las Proteínas?
¿Cuáles son las Funciones de las Proteínas?
TODAS
TODAS (casi)
(casi)
 Transportadora
 Acarreadora
 Adhesiva

Mensajera
 Motriz
 Inhibidora
 Activadora
 Receptora
 Identificadora y
 Todas las demás

Catalizadora (enzimática)

¿Por qué son importantes las Proteínas?
¿Por qué son importantes las Proteínas?
Porque no existe estructura, proceso o función celular e
Porque no existe estructura, proceso o función celular e
incluso, en el organismo pluricelular, en la que
incluso, en el organismo pluricelular, en la que NO HAYA
NO HAYA
UNA O VARIAS PROTEÍNAS
UNA O VARIAS PROTEÍNAS formando parte o
formando parte o
funcionando como ejecutoras o asistentes
funcionando como ejecutoras o asistentes

¿Qué son los Ácidos Nucleicos?
¿Qué son los Ácidos Nucleicos?
• Son cadenas simples o dobles de cientos,
Son cadenas simples o dobles de cientos,
miles, millones o miles de millones de
miles, millones o miles de millones de
nucleótidos
nucleótidos
• Los conforman 4 monómeros distintos:
Los conforman 4 monómeros distintos:
– G, A, C y U en el ARN
G, A, C y U en el ARN
– G, A, C y T en el ADN
G, A, C y T en el ADN
• Unidos por Enlaces Fosfodiéster
Unidos por Enlaces Fosfodiéster
• Hay 2 tipos: el
Hay 2 tipos: el ARN
ARN y El
y El ADN
ADN
O
O=P-
=P-O
O-
-
O
O
O
O
3’
3’
5’
5’

Funciones de los Ácidos Nucleicos
Funciones de los Ácidos Nucleicos
• Almacenar Información genética
Almacenar Información genética
• A largo plazo, el ADN
A largo plazo, el ADN
• A corto plazo, el ARN
A corto plazo, el ARN
• Estructural. 3 a 5 ARNr, 5 u 8 decenas de proteínas
Estructural. 3 a 5 ARNr, 5 u 8 decenas de proteínas 
 Ribosoma
Ribosoma
• Transporte. El ARNt traslada aminoácidos al ribosoma
Transporte. El ARNt traslada aminoácidos al ribosoma
• Mensajero. El ARNm lleva el mensaje genético al ribosoma
Mensajero. El ARNm lleva el mensaje genético al ribosoma
• Catalizador. Las Ribozimas aceleran reacciones químicas
Catalizador. Las Ribozimas aceleran reacciones químicas
• Otras: Regulación de expresión, defensa antiviral...
Otras: Regulación de expresión, defensa antiviral...

¿Qué es el Ácido Ribonucleico (ARN)?
¿Qué es el Ácido Ribonucleico (ARN)?
Es un heteropolímero lineal
Es un heteropolímero lineal
de ribonucleótidos unidos
de ribonucleótidos unidos
por enlaces fosfodiester.
por enlaces fosfodiester.
Estructura terciaria de un ARN de
Estructura terciaria de un ARN de
transferencia
transferencia
Los nucleótidos tienen las
Los nucleótidos tienen las
bases nitrogenadas de
bases nitrogenadas de
G
Guanina,
uanina, A
Adenina,
denina, C
Citosina
itosina
y
y U
Uracilo
racilo

¿Los ARN También tienen
¿Los ARN También tienen
Niveles Estructurales?
Niveles Estructurales?
Si. Los mismos niveles
Si. Los mismos niveles
Estructura Primaria, la secuencia
Estructura Primaria, la secuencia
Estructura Secundaria, formas de plegado
Estructura Secundaria, formas de plegado
peculiares estabilizadas por P-de H
peculiares estabilizadas por P-de H
Estructura Terciaria, disposición en el
Estructura Terciaria, disposición en el
espacio de las formas secundarias
espacio de las formas secundarias
Estructura Cuaternaria, asociaciones con
Estructura Cuaternaria, asociaciones con
otras cadenas poliméricas
otras cadenas poliméricas

¿Cuáles son las Funciones del ARN?
¿Cuáles son las Funciones del ARN?
• Almacenar Información
Almacenar Información a corto plazo (ARNm)
a corto plazo (ARNm)
• Leer la información genética = transportar y
Leer la información genética = transportar y
transferir aminoácidos (ARNt)
transferir aminoácidos (ARNt)
• Unir aminoácidos = formar enlaces peptídicos
Unir aminoácidos = formar enlaces peptídicos
(ARNr)
(ARNr)
• Regular la expresión genética
Regular la expresión genética
• Catalizar otras reacciones químicas
Catalizar otras reacciones químicas

Ejemplos de ARN
Ejemplos de ARN
ARN de la subunidad mayor
ARN de la subunidad mayor
30S del ribosoma
30S del ribosoma
Proteínas
Proteínas
asociadas
asociadas
ARNt que transporta a la
ARNt que transporta a la
Fenilalanina (Fen, F) a
Fenilalanina (Fen, F) a
los ribosomas
los ribosomas Elemento de secuencia
Elemento de secuencia
s2m de SARS-Cov-1
s2m de SARS-Cov-1

¿Qué es el ADN?
¿Qué es el ADN?
Las moléculas de ADN miden desde milímetros,
Las moléculas de ADN miden desde milímetros,
centímetros hasta
centímetros hasta 
1 metro
1 metro
Es un heteropolímero lineal bicatenario de desoxirribonucleótidos formando
Es un heteropolímero lineal bicatenario de desoxirribonucleótidos formando
sendas hélices con pares de bases nitrogenadas unidas por puentes de H
sendas hélices con pares de bases nitrogenadas unidas por puentes de H

ADN, largo, pero muy
ADN, largo, pero muy
delgado
delgado
G
G
A
A
C
C
T
T
D
D
P
P
D
D
P
P
D
D
P
P
D
D
P
P
A
A
G
G
T
T
C
C
D
D
P
P
D
D
P
P
D
D
P
P
D
D
P
P
Apenas 2 nm de ancho
Apenas 2 nm de ancho
10 pb = 3.43 nm
10 pb = 3.43 nm
Genoma humano 3.2 Gpb
Genoma humano 3.2 Gpb
2(3 200 Mpb)
2(3 200 Mpb) 
 2.20 m
2.20 m
AgTgACTgATCTAATCATCggTT
AgTgACTgATCTAATCATCggTT
5'
5' 3'
3'
5'
5'
3'
3'TCACTgACTAgATTAgTAgCCAA
TCACTgACTAgATTAgTAgCCAA
5'
5'
3'
3'
5'
5'
3'
3'
C
a
d
e
n
a
s
e
n
t
i
d
o
C
a
d
e
n
a
s
e
n
t
i
d
o
C
a
d
e
n
a
a
n
t
i
s
e
n
t
i
d
o
C
a
d
e
n
a
a
n
t
i
s
e
n
t
i
d
o

¿El modelo de ADN es realista?
¿El modelo de ADN es realista?
Cadena 5’
Cadena 5’→
→3’
3’
Pares de
Pares de
bases
bases
Cadena 3’
Cadena 3’
5’
5’
Fotografías al microscopio
Fotografías al microscopio
de Sonda Local
de Sonda Local

¿Cuáles son las Funciones del ADN?
¿Cuáles son las Funciones del ADN?
• Almacenar Información genética
Almacenar Información genética a largo
a largo
plazo (los genomas)
plazo (los genomas)
• Contienen secuencias reguladoras que
Contienen secuencias reguladoras que
controlan la expresión de la información
controlan la expresión de la información
• El programa genético que controla el
El programa genético que controla el
desarrollo del organismo está escrito como
desarrollo del organismo está escrito como
secuencias de pb del ADN
secuencias de pb del ADN

¿En qué se parecen y difieren los ARN y ADN?
¿En qué se parecen y difieren los ARN y ADN?
RNA
RNA DNA
DNA
G
G
A
A
C
C
Enlaces
Enlaces
fosfodiéster
fosfodiéster
Almacenan
Almacenan
información
información
monocatenario
monocatenario bicatenario
bicatenario
Información sin respaldo
Información sin respaldo Información respaldada
Información respaldada
Guarda Informac. a corto plazo
Guarda Informac. a corto plazo Guarda Informac. a largo plazo
Guarda Informac. a largo plazo
Múltiples tipos: ARN
Múltiples tipos: ARNm
m, ARN
, ARNr
r...
... Un sólo tipo (genómico)
Un sólo tipo (genómico)
Muchas funciones
Muchas funciones ≠
≠ Una función
Una función
Ribosa
Ribosa Desoxirribosa
Desoxirribosa
Con Uracilo, U
Con Uracilo, U Con Timina, T
Con Timina, T
Leído por ARN
Leído por ARNt
t en Ribosomas
en Ribosomas Leído por RNA
Leído por RNA-polimerasas
-polimerasas
pentosa
pentosa
{Nucleótidos}
{Nucleótidos}

¿Cómo fluye la Información Genética?
¿Cómo fluye la Información Genética?
ARNm
ARNm Proteína
Proteína
Traducción
Traducción
Réplicación
Réplicación
Transcripción
Transcripción
Corte y
Corte y
empalme
empalme
de
de
exones
exones
F
F
E
E
N
N
O
O
T
T
I
I
P
P
O
O
ARN
(GACU)
ADN
(GACT) ≥
≥21 ARNt
21 ARNt
y ribosoma
y ribosoma

Código Genético
Código Genético
ADN
ADN ARN
ARN ARNm
ARNm Proteína
Proteína
Corte y empalme
Corte y empalme
Traducción
Traducción
Réplicación
Réplicación Transcripción
Transcripción

ADN
ADN
Réplicación
Réplicación Transcripción
Transcripción

¿Qué son los Polisacáridos?
¿Qué son los Polisacáridos?
• Son cadenas simples o ramificadas de
Son cadenas simples o ramificadas de
decenas a millones de monosacáridos
decenas a millones de monosacáridos
• Ya sea de 1 sólo tipo de monómero o
Ya sea de 1 sólo tipo de monómero o
de varios distintos:
de varios distintos:
– y -D-glucosa, Manosa, galactosa,
α β
y -D-glucosa, Manosa, galactosa,
α β
– N-acetiglucosamina, ác. Siálico,…
N-acetiglucosamina, ác. Siálico,…
• Unidos por Enlaces Glucosídicos:
Unidos por Enlaces Glucosídicos:
-O-
-O-
carbonos
carbonos
1
1α
α ó
ó 1
1β
β
Carbonos 2, 3, 4 ó 6
Carbonos 2, 3, 4 ó 6

¿Qué son los Glucanos?
¿Qué son los Glucanos?
-O-
-O-
carbonos
carbonos
1
1
 ó 1
ó 1

Carbonos
Carbonos
2, 3, 4 ó 6
2, 3, 4 ó 6
Son homopolímeros constituidos por
Son homopolímeros constituidos por D-
D-glucosas
glucosas
Almidón maduro
Almidón maduro
{Amilopectina +
{Amilopectina +
amilosa}
amilosa}
[
[
-
-D-glucosas]
D-glucosas]
Enlaces
1 4
→
Enlace
Enlace 
1 6
→
1 6
→
Su función es guardar
Su función es guardar
energía química a
energía química a
largo plazo
largo plazo

500 mil glucosas
500 mil glucosas

¿Hay Glucanos animales?
¿Hay Glucanos animales?
Si, el glucógeno es similar al almidón, pero más pequeño y menos ramas
Si, el glucógeno es similar al almidón, pero más pequeño y menos ramas
Glucógeno {
Glucógeno {
-
-
D-glucosas}
D-glucosas}
Enlaces 1 4
→
Enlace
Enlace

1 6
→
1 6
→
Su función
Su función
es guardar
es guardar
energía
energía
química a
química a
largo plazo
largo plazo

30 mil glucosas
30 mil glucosas

¿Cómo es la Celulosa?
¿Cómo es la Celulosa?
Es un homopolímero lineal constituido solamente por
Es un homopolímero lineal constituido solamente por 
-D-
-D-glucosas
glucosas
Nótense los
numerosos
puentes de
Hidrógenos
Enlaces 1 4
→

¿Cómo es la Quitina?
¿Cómo es la Quitina?
Es un homopolímero lineal constituido solamente por
Es un homopolímero lineal constituido solamente por 
-D-N-acetil-
-D-N-acetil-glucosaminas
glucosaminas
Con ellas se forman fibrillas asociadas por numerosos puentes de Hidrógenos
Enlaces 1 4
→
La quitina tiene función estructural al conformar parte sustancial de las paredes
celulares de los hongos y el exoesqueleto de los artrópodos

Funciones de los Polisacáridos
Funciones de los Polisacáridos
• Estructural, forman las paredes celulares
Estructural, forman las paredes celulares
de…
de…
• Plantas, la celulosa
Plantas, la celulosa
• Hongos, la quitina
Hongos, la quitina
• Energética. Almacenamiento a largo
Energética. Almacenamiento a largo
plazo, el almidón, el glucógeno…
plazo, el almidón, el glucógeno…
• Identificadora. Las células se reconocen
Identificadora. Las células se reconocen
por su cubierta de carbohidratos
por su cubierta de carbohidratos
(oligosacáridos)
(oligosacáridos)

FIN
FIN

¿De qué estamos hechos los Organismos?
De miles, decenas de miles o centenas de
De miles, decenas de miles o centenas de
miles de Proteínas diferentes
miles de Proteínas diferentes
Hexámero de Insulina
Hexámero de Insulina
Plegamiento de
Plegamiento de
hélice de 7 hojas
hélice de 7 hojas
Neurotrofina-NGF
Neurotrofina-NGF

De decenas, cientos o miles de Ácidos
De decenas, cientos o miles de Ácidos
Nucleicos distintos
Nucleicos distintos
DNA de 10
DNA de 105
5
a 10
a 1012
12
pb
pb ARN
ARNlnc
lnc Braveheart
Braveheart
636 bases
636 bases
Subunidad Mayor del Ribosoma de
Subunidad Mayor del Ribosoma de
Thermus Thermophilus
Thermus Thermophilus

De una gran cantidad de polisacáridos y
De una gran cantidad de polisacáridos y
oligosacáridos
oligosacáridos
Hélices
Hélices

¿Qué es el Ácido Desoxirribonucleico (ADN)?
¿Qué es el Ácido Desoxirribonucleico (ADN)?
Es un heteropolímero lineal de 2 cadenas de
Es un heteropolímero lineal de 2 cadenas de
desoxirribonucleótidos de G, A, C y T
desoxirribonucleótidos de G, A, C y T
Los nucleótidos se unen por enlaces fosfodiéster y las cadenas por enlaces de
Los nucleótidos se unen por enlaces fosfodiéster y las cadenas por enlaces de
puente de H entre pares de bases G
puente de H entre pares de bases G
C y A=T
C y A=T

¿Qué es el Ácido Desoxirribonucleico (ADN)
¿Qué es el Ácido Desoxirribonucleico (ADN)
c
catg
atgctgcagcagtcagtcggc
ctgcagcagtcagtcggctaa
taact
ct
gtacgacgtcgtcagtcagccgattga
gtacgacgtcgtcagtcagccgattga
Cadena sentido
Cadena sentido
Cadena antisentido
Cadena antisentido
5’
5’ 3’
3’
5’
5’
3’
3’

Polisacáridos = azúcares complejos
Polisacáridos = azúcares complejos
Son biopolímeros lineales o ramificados de monosacáridos
Son biopolímeros lineales o ramificados de monosacáridos

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