Sustancias bioquímicas metabólicas
Estructura de los triglicéridos.
Lípidos
Los lípidos son las moléculas biológicas más diversas. Su principal finalidad estructural es formar membranas biológicas, como las membranas celulares, además, sirven como fuente de energía para el organismo; Los lípidos generalmente se definen como biomoléculas hidrofóbicas o anfifílicas que son solubles en disolventes orgánicos como el benceno o el cloroformo. La grasa es un compuesto lipídico compuesto de grupos de ácidos grasos y grupos de glicerol. Su estructura es una molécula de glicerol y tres moléculas de ácidos grasos conectadas mediante enlaces éster para formar un triglicérido. Sobre la base de esta estructura básica, existen muchas variantes, incluidas cadenas principales hidrofóbicas de diferentes tamaños y longitudes (como los grupos esfingosina en los esfingolípidos) y diferentes tipos de grupos hidrofílicos (como los grupos fosfato en los fosfolípidos). Los esteroides (como el colesterol) son otra molécula lipídica importante sintetizada por las células.
La glucosa puede existir en dos formas: lineal y cíclica.
Hidratos de Carbono
El azúcar es un polihidroxialdehído o cetona que puede existir en forma lineal o cíclica. Los azúcares son las biomoléculas más abundantes y cumplen muchas funciones, como almacenar y transportar energía (como el almidón y el glucógeno) y servir como componentes estructurales (celulosa en plantas y quitina en animales). Las unidades básicas del azúcar son los azúcares simples, entre ellos la galactosa, la fructosa y, muy importante, la glucosa. Los monosacáridos se pueden unir mediante enlaces glicosídicos para formar polisacáridos, y las formas de conexión son extremadamente diversas, lo que también da como resultado una diversidad de tipos de polisacáridos.
Estructura de doble hélice del ADN
Nucleótidos y ácidos nucleicos
El ADN y el ARN son los dos tipos principales de ácidos nucleicos, ambos formados uniendo nucleótidos a moléculas lineales. Las moléculas de ácido nucleico son cruciales para el almacenamiento y utilización de la información genética, y el proceso de convertir la información genética en proteínas se logra mediante la transcripción y la traducción. Esta información genética está protegida por mecanismos de reparación del ADN y amplificada por la replicación del ADN. Algunos virus, como el VIH, contienen genomas de ARN que pueden utilizar la transcripción inversa para sintetizar plantillas de ADN a partir del ARN viral. El ARN de las ribozimas (como el empalme y los ribosomas) también tiene propiedades similares a las de las enzimas y puede catalizar reacciones químicas. Un solo nucleótido está formado por moléculas de ribosa unidas a bases. Entre ellos, la base es un heterociclo que contiene nitrógeno, que se divide en dos categorías: purina y pirimidina. Los nucleótidos también pueden servir como coenzimas en la reacción de transferencia de grupos metabólicos.
La estructura de la acetil coenzima a. El grupo acetilo que se puede transferir está unido al átomo de azufre más a la izquierda.
Coenzimas
El metabolismo incluye una amplia gama de reacciones químicas, pero la mayoría de ellas pertenecen a unos pocos tipos básicos de reacciones de transferencia que contienen grupos funcionales. En estas reacciones, las células utilizan una serie de intermediarios metabólicos de moléculas pequeñas para transportar grupos químicos entre diferentes reacciones. [Estos intermediarios de transferencia de grupos se llaman coenzimas. Cada tipo de reacción de transferencia de grupos es llevada a cabo por una coenzima específica, que también es sustrato de una serie de enzimas que la sintetizan y consumen. Estas coenzimas se producen, consumen y reciclan continuamente.
El trifosfato de adenosina (ATP) es una de las coenzimas más importantes de la vida y una forma común de ciclo energético en las células. El ATP se utiliza para transferir energía química entre diferentes reacciones químicas. Aunque solo hay una pequeña cantidad de ATP en las células, se sintetiza continuamente. La cantidad de ATP consumida por el cuerpo humano en un día puede acumularse hasta su propio peso.
El ATP es el puente entre el anabolismo y el catabolismo: el catabolismo produce ATP y el anabolismo consume ATP. También puede participar en reacciones de fosforilación como portador de grupos fosfato.
La vitamina es un compuesto traza orgánico necesario para la vida, pero las células no pueden sintetizarlo por sí mismas. En la nutrición humana, la mayoría de las vitaminas se han modificado para que funcionen como coenzimas; por ejemplo, todas las vitaminas solubles en agua utilizadas por las células están fosforiladas o acopladas a nucleótidos. La nicotinamida adenina dinucleótido (NAD, NADH reducido) es un derivado de la vitamina B3 (comúnmente conocida como niacina) y una coenzima importante que actúa como aceptor de hidrógeno. Cientos de tipos diferentes de deshidrogenasas pueden eliminar electrones de los sustratos y reducir el NAD+ a NADH. Esta forma reducida puede luego servir como coenzima para cualquier enzima reductasa, proporcionando electrones para la reducción del sustrato enzimático. La nicotinamida adenina dinucleótido existe en dos formas diferentes en las células: NADH y NADPH. NAD+/NADH juega principalmente un papel importante en reacciones catabólicas, mientras que NADP+/NADPH se utiliza principalmente en reacciones anabólicas.
La estructura de la hemoglobina. Las subunidades de proteínas se muestran en rojo y azul, y el hemo unido a hierro se muestra en verde. De PDB1GZX. Los elementos inorgánicos también desempeñan un papel importante en el metabolismo; algunos de ellos son abundantes en el organismo (como el sodio y el potasio) y otros son oligoelementos. Aproximadamente el 99% de los mamíferos son carbono, nitrógeno, calcio, sodio, cloro, potasio, hidrógeno, fósforo, oxígeno y azufre. El carbono y el nitrógeno se encuentran principalmente en la materia orgánica (como proteínas, lípidos y azúcares), mientras que el hidrógeno y el oxígeno se encuentran principalmente en el agua.
Abundantes elementos inorgánicos son iones que sirven como electrolitos. Los iones más importantes del cuerpo son los iones metálicos como el sodio, el potasio, el calcio y el magnesio, los iones de cloruro, los iones de fosfato y los iones de bicarbonato. Mantener un gradiente de iones preciso dentro y fuera de la membrana celular puede mantener la estabilidad de la presión osmótica y el valor del pH. Los iones también son esenciales para el tejido nervioso y muscular porque los potenciales de acción en estos tejidos (que pueden causar señales nerviosas y contracciones musculares) se generan mediante el intercambio de electrolitos entre el líquido extracelular y el protoplasma de la célula. Los electrolitos entran y salen de las células a través de proteínas de canales iónicos en la membrana celular. Por ejemplo, la contracción muscular depende de canales iónicos ubicados en las membranas celulares y túbulos en forma de T para controlar el flujo de iones de calcio, potasio y sodio.
Los metales de transición suelen existir en los organismos en forma de oligoelementos, de los cuales el zinc y el hierro son los más abundantes. [Estos elementos metálicos son utilizados por ciertas proteínas como cofactores o desempeñan un papel clave en la actividad enzimática, como la hemoglobina transportadora de oxígeno y la catalasa. Estos cofactores pueden unirse estrechamente a proteínas específicas; aunque los cofactores de la enzima se modifican durante el proceso de catálisis, estos cofactores siempre pueden volver a su estado original una vez completada la catálisis.