La base molecular de la vida (bioelementos y biomolﾃｩculas) ﾃ］gela Marﾃｭa Garzﾃｳn Cardona
Bioelementos Elementos químicos que forman parte de los seres vivos ( bioelementos o elementos biogénicos)
OLIGOELEMENTOS:
PRIMARIOS: • Constituyen el 95 % del peso de cualquier organismo
Bioelementos
• C, H, O, N
• Constituyen el 0,1 % del peso de cualquier organismo • Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Ni Si, I ……..
SECUNDARIOS: • Constituyen el 4 % del peso de cualquier organismo • P, S, Ca, Na, K, Cl, Mg, Fe
Biomoléculas Los bioelementos se unen originando las biomoléculas que forman la materia viva
• Agua • Sales minerales
• Glúcidos Inorgánicos
Compuestos
Orgánicos
• Lípidos • Proteínas
Unión de numerosos monómeros
POLÍMEROS
• Ácidos nucleicos
Macromoléculas formadas a base de moléculas más sencillas
Qué características poseen C,H,O y N que les permite conformar las biomoléculas?
Facilidad de formar enlaces covalentes entre ellos (compartiendo electrones).
Disponibilidad de los átomos de carbono para la formación de esqueletos carbonados tetraédricos.
Favorecen la multiplicidad de enlaces (dobles, triples) entre ellos y la formación de estructuras lineales, ramificadas, cíclicas, etc.
Posibilidad de que, con muy pocos elementos se pueda dar lugar a una gran variedad de grupos funcionales.
La Molécula de Agua
•Polar(polo negativo y otro positivo) • Liquida y solida (hielo) se une por puentes de hidrógeno. •Alta fuerza de cohesión (unirse entre si), generada por los puentes de hidrógeno. •Alta adhesión, a muchas sustancias, principalmente a las cargadas en su superficie.
Propiedades del agua: •
Acción disolvente: El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal.
Propiedades del agua:
La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones:
Medio donde ocurren las reacciones del metabolismo
Sistemas de transporte
Control de pH de líquidos corporales
Alta tensión superfisial (por la fuerza de cohesión)
Propiedades del agua: •
Gran calor específico: (relación con los puentes de hidrógeno) El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los puentes de hidrógeno por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Esto permite que el citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante .
Funciones del agua: Funciones del agua Las funciones del agua se relacionan íntimamente con las propiedades anteriormente descritas. Se podrían resumir en los siguientes puntos:
Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas Amortiguador térmico Transporte de sustancias Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos Favorece la circulación y turgencia Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando hidrogeniones o hidroxilos al medio.
Compartimientos en el cuerpo humano
• El agua se puede considerar distribuida en dos grandes compartimientos: • El Extracelular y el Intracelular. • El agua extracelular, representa cerca del 40 % del agua corporal total. • El agua intracelular, representa cerca del 60 % del agua corporal total.
Agua Extracelular Este
compartimiento incluye dos sub-compartimientos importantes: El
agua plasmatica y de la linfa
El
líquido intersticial
Compartimiento Extracelular
Existen otros subcompartimientos menores, tales como la linfa, que representa cerca del 2% de la masa corporal.
Existe otra fracción importante denominada líquido trans-celular.
de
los líquidos de las secreciones digestivas líquido cefalorraquídeo, líquido sinovial, líquido intraocular y líquidos de espacios serosos (peritoneal, pericárdico).
líquido,
pleural,
El água Intracelular
Se divide en: Agua
libre: dispone la célula de inmediato y facilmente.
Agua
ligada o asociada:
unida a estructuras y macromoléculas.
Volumen de agua corporal
En una persona de unos 70 kg de peso, sana, el agua corporal total es de unos 40 litros.
El líquido intracelular representando unos 25 litros.
Y el líquido extracelular unos 15 litros.
El volumen plasmático (plasma sanguíneo) sería de unos 2,5 a 3 litros.
Balance acuoso
En el organismo existe un equilibrio entre el ingreso y la pérdida de agua.
El ingreso medio de agua es de 2,5 a 3 litros diarios. El ingreso medio incluye la ingerida en forma líquida, la contenida en alimentos y una pequeña cantidad que es sintetizada como parte del metabolismo intracelular.
Balance acuoso
Las pérdidas se producen por diversas vías. En condiciones normales, la vía más importante de pérdida es la vía urinaria (unos 1,5 litros diarios) Sigue luego la llamada pérdida insensible a través de la piel (unos 350 ml) y de la respiración (350 ml), y por último: La pérdida por sudor (100 ml) y por heces (100 ml). La pérdida por vía sudor puede variar en función del aumento de temperatura o con el ejercicio físico intenso.
Qué es un electrolito? Sustancia
que en estado líquido o en disolución conduce la corriente eléctrica con transporte de materia , por tener iones libres.
Los electrolitos Sales insolubles en agua.
Forman estructuras sólidas, que suelen tener función de sostén o protectora, como :
Estructura osea de vertebrados, en el que encontramos : fosfatos, cloruros, y carbonato de calcio.
Caparazones de carbonato cálcico de crustáceos y moluscos.
Endurecimiento de células vegetales, como en gramíneas (impregnación con sílice).
Otólitos del oído interno, formados por cristales de carbonato cálcico (interviene en el equilibrio postural).
Los electrolitos Sales solubles en agua.
Se encuentran disociadas en sus iones (cationes y aniones ) que son los responsables de su actividad biológica. Desempeñan las siguientes funciones:
Funciones catalíticas. Algunos iones, como el Cu+, Mn2+, Mg2+, Zn+, entre otros y actúan como cofactores enzimáticos
Funciones osmóticas. Intervienen en los procesos relacionados con la distribución de agua entre el interior celular y el medio donde vive esa célula. Los iones de Na, K, Cl y Ca, participan en la generación de gradientes electroquímicos, imprescindibles en el mantenimiento del potencial de membrana y del potencial de acción y en la sinapsis neuronal.
Función tamponadora (buffers). Se lleva a cabo por los sistemas carbonato-bicarbonato, y también por el monofosfato-bifosfato.
Escala de pH
El agua y el pH
Los organismos vivos no soportan variaciones del pH mayores de unas décimas de unidad y por eso han desarrollado a lo largo de la evolución sistemas de tampón o buffer, que mantienen el pH constante mediante mecanismos homeostáticos. Los sistemas tampón consisten en un par ácido-base conjugada que actúan como dador y aceptor de protones respectivamente.
LA OSMOSIS
Ósmosis y presión osmótica: Si tenemos dos disoluciones acuosas de distinta concentración separadas por una membrana semipermeable (deja pasar el disolvente pero no el soluto), se producirá el fenómeno de la ósmosis que sería un tipo de difusión pasiva caracterizada por el paso del agua (disolvente) a través de la membrana semipermeable desde la solución más diluida (hipotónica) a la más concentrada (hipertónica).
Este intercambio continuará hasta que las dos soluciones tengan la misma concentración (sean isotónicas o iso-osmóticas entre sí).
LA OSMOSIS
Qué es la Presión Osmótica Y
se entiende por presión osmótica la presión que sería necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana plasmática semipermeable.
LA OSMOSIS
La membrana plasmática de la célula puede considerarse como semipermeable, y por ello las células deben permanecer en “equilibrio” osmótico con los líquidos que las bañan.
Las sales minerales y sus funciones biológicas En estado sólido
En disolución
Se pueden presentar
Forman estructuras esqueléticas como huesos y conchas
Disociadas en iones, cumplen funciones de regulación del pH, transmisión del impulso nervioso, y regulación de procesos osmóticos Las células deben encontrarse en un medio isotónico con su citoplasma
Medio Hipotónico
Medio Hipertónico
La célula absorbe agua y puede llegar a estallar
La célula pierde agua y se arruga
Carbohidratos (glúcidos, hidratos de carbono )
“Carbonos con agua” Monosacáridos • Azucares simples
Disacáridos • Dos unidades de monosacáridos
Polisacáridos • Unidades repetidas de azúcares simples • Almacenan energía • Funciones estructurales
Los glúcidos, carbohidratos o hidratos de carbono Bioelementos
C:H:O
Monómeros
1:2:1
• Moléculas no hidrolizables
• Solubles • Se unen formando disacáridos y polisacáridos
Función
Energética Estructural
Su equivalente calórico = 4 Kcal/g Sólo algunos
Los monosacáridos H
Compuestos de 3 a 7 átomos de Carbono O HOH
H
C
H
C= O OH
H
C
OH
. . . H
C H
OH
ALDOSAS Un átomo de carbono unido por doble enlace al O, formando el grupo carbonilo El resto de los átomos de Carbono posee un grupo alcohólico
CETOSAS Un átomo de carbono unido por doble enlace al O, formando el grupo carbonilo, pero en el segundo carbono, formando un grupo cetónico en lugar de un grupo aldehído
El resto de los enlaces con el Hidrógeno
Triosa aldosa
Triosa cetosa
GLICERALDEHIDO
DIHIDROXIACETONA
Principales monosacรกridos
Principales monosacáridos Triosas
Gliceraldehído Dihidroxiacetona
Uno es un aldehído, el otro es una cetona Se diferencia en la posición del doble enlace con el Oxígeno
Son aldosas
Pentosas
Ribosa Desoxirribosa
Glucosa Hexosas
Galactosa Fructosa
Se diferencian en que la desoxirribosa carece de grupo alcohólico en el 2º carbono
Glucosa y galactosa son aldosas, la fructosa es cetosa Las aldosas se diferencian en la posición de los grupos alcohólicos de los carbonos 2 y 3
Características relevantes de los monosacáridos
Fórmula básica: (CH2O)n
Glucosa principal fuente de energía celular
La estructura anular (5 -7 carbonos) forma cíclica
Disacáridos
Se forman por reacciones de deshidratación de dos monosacáridos.
Se extrae agua
Unión de los azucares mediante un enlace glucosídico
Cómo sería la degradación de estos disacáridos durante la digestión (por hidrólisis)?
Disacáridos y polisacáricos DISACÁRIDOS
POLISACÁRIDOS
Sustancias hidrolizables
Polímeros hidrolizables
Unión de dos monosacáridos
Unión de n monosacáridos
MALTOSA Dos glucosas LACTOSA glucosa y galactosa
SACAROSA glucosa y fructosa
DE RESERVA ALMIDÓN en vegetales
GLUCÓGENO en animales ESTRUCTURALES CELULOSA, principal componente de la pared de la célula vegetal
QUITINA
Polisacรกridos
LĂpidos
LÍPIDOS De composición química variada Son sustancias orgánicas insolubles en agua Solubles en disolventes orgánicos
GLICÉRIDOS
GRASAS sólidos a temperatura ambiental ACEITES líquidos a temperatura ambiental
OTROS LÍPIDOS
Reserva de energía a largo plazo Su equivalente calórico es de 9 Kcal/g Más adecuados que los glúcidos para almacenar energía, ahorrando espacio y peso
Los seres vivos emplean como fuente de energía los glúcidos, y una vez agotados, consumen las grasas almacenadas
Son ésteres de glicerina y diferentes ácidos grasos
GLICÉRIDOS Glicerina, Glicerol Alcohol propanotriol
Ácidos grasos
3 H2O
OTROS LÍPIDOS
Ceras
Fosfolípidos
Esteroides
Función protectora
Función estructural
Destaca el colesterol
Recubren superficies de hojas y frutos
Moléculas anfipáticas: una cabeza hidrófila, una cola hidrófoba
Estructural: forma parte de las membranas de células animales
forman una bicapa lipídica, estructura básica de las membranas biológicas
Regulador: precursor de otras sustancias como hormonas
Recubren piel de vertebrados
Mantienen superficies flexibles e impermeables
Carotenoides
Dan lugar a los pigmentos vegetales, responsables de los colores rojizos y amarillentos de las plantas
Proteínas
Los compuestos orgánicos más abundantes Constituyen el 50% del peso seco de la materia viva
Moléculas no hidrolizables
Sus unidades básicas
Grupo amino
Ácidos orgánicos formados por un grupo amino y un grupo carboxilo
Grupo carboxilo
Grupo variable que diferencia los 20 aminoácidos que forman las proteínas
El enlace peptídico Se forman cadenas peptídicas o péptidos de longitud variable Cada proteína es una macromolécula formada por una o varias cadenas peptídicas En cada célula existen miles de proteínas distintas con funciones específicas Cualquier alteración en la secuencia de aminoácidos, incluso la sustitución de un solo aa por otro, proporciona una proteína diferente
Se unen aas entre el grupo carboxilo de uno y el amino del siguiente
Función de las proteínas
ESTRUCTURAL
ENZIMÁTICA
biocatalizadores aumentar la velocidad de las reacciones biológicas
Forman parte de casi todas sus estructuras
Todas las reacciones químicas celulares se realizan por enzimas
Son el principal material de construcción de los organismos
Los ácidos nucleicos ADN En el núcleo celular formando parte de los cromosomas
ARN En el núcleo celular (nucleolo y jugo nuclear), y en el citoplasma formando parte de los ribosomas ARNm ARNt
Químicamente son polímeros que resultan de la unión de otros monómeros: los nucleótidos
ARNr
Nucleótidos
Los nucleótidos son monómeros hidrolizables formados por tres componentes ADENINA GUANINA
Forman parte del ADN y del ARN
CITOSINA TIMINA URACILO
Forma parte del ADN Forma parte del ARN
ARN: A, G, C, U PENTOSA RIBOSA ARN
ADN: A, G, C, T
DESOXIRRIBOSA ADN
Polinucleótidos
Los nucleótidos se unen formando largas cadenas de polinucleótidos
La unión se hace entre: El ácido fosfórico
Une las ribosas de dos nucleótidos consecutivos El ARN está formado por una sola cadena El ADN por dos cadenas enrolladas formando una doble hélice
Enlaces entre bases en el ADN 3 enlaces entre G y C 2 enlaces entre A y T
Funciones de los ácidos nucleicos Dirigir la síntesis de proteínas Un gen es un fragmento de ADN que dirige la síntesis de una proteína, responsable de la aparición de un carácter. Cada molécula de ADN está constituida por numerosos genes sucesivos A un gen con una determinada secuencia de nucleótidos le corresponde una proteína con una determinada secuencia de aas. El ARN es el encargado de ejecutar la información contenida en el ADN, y el encargado de sintetizar las proteínas.
Transmitir la información hereditaria El ADN se duplica o replica Gracias a ello los caracteres hereditarios se transmiten de padres a hijos Replicación: Se desenrolla el ADN Cada hebra sirve de molde para la síntesis de la cadena complementaria Se vuelven a enrollar en la doble hélice
Las biomoléculas orgánicas están formadas a base de MONÓMEROS que pueden ser:
NO HIDROLIZABLES
HIDROLIZABLES
Nucleótidos
Aminoácidos
Forman polímeros de ácidos nucleicos: Polinucleótidos ADN ARN
Glicerina y Ácidos grasos
Forman polímeros de Proteínas: Péptidos Polipéptidos Proteínas
Monosacáridos
Forman polímeros de Lípidos: Triglicéridos
Forman polímeros de Glúcidos: Disacáridos Polisacáridos