Biomoléculas Los bioelementos se combinan entre sí para formar las moléculas que componen la materia viva. Estas moléculas reciben el nombre de biomoléculas o principios inmediatos. Las biomoléculas
se
clasifican,
atendiendo
a
su
lasbiomoléculas inorgánicas son las que no están formadas por cadenas hidrógeno,
como
son
el
agua,
las
sales
composición: de
minerales
Lasmoléculas orgánicas están formadas por cadenas de carbono y se
o
carbono los
denominan
e
gases. glúcidos,
lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Las biomoléculas orgánicas, atendiendo a la longitud y complejidad
de
sucadena, se pueden clasificar como monómeros o polímeros.Los monómeros son moléculas pe queñas, unidades moleculares que forman parte de una molécula mayor. Los polímeros son agrupaciones de monómeros, iguales o distintos, que componen una molécula de mayor tamaño.
BIOMOLECULAS INORGÁNICAS Las biomoléculas inorgánicas son: el agua y las sales minerales
EL AGUA El agua es la sustancia más abundante en la biosfera, dónde la encontramos en sus tres estados
y
es
además
el componente
mayoritario de los seres vivos, pues entre el 65 y el 95% del peso de la mayor parte de las formas vivas es agua. En las medusas, puede alcanzar el 98% del volumen del animal y en la lechuga, el 97% del volumen de la planta. Estructuras como el líquido interno de animales o plantas, embriones o tejidos conjuntivos suelen contener gran cantidad de agua. Otras estructuras, como semillas, huesos, pelo, escamas o dientes poseen poca cantidad de agua en su composición. El agua fue además el soporte donde surgió la vida. Molécula con un extraño comportamiento
que la convierte en una sustancia diferente a la mayoría de los líquidos, posee unas extraordinarias propiedades físicas y químicas que son responsables de su importancia biológica. Durante la evolución de la vida, los organismos se han adaptado al ambiente acuoso y han desarrollado sistemas que les permiten aprovechar las inusitadas propiedades del agua.
ESTRUCTURA DEL AGUA La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes. La disposición tetraédrica de los orbitales sp3 del oxígeno determina un ángulo entre los enlaces H-O-H aproximadamente de 104’5º, además el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.
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
hidrogeniones o hidroxilos al medio.
reacciones
del
metabolismo,
aportando
Agua sustancia líquida formada por la combinación de dos volúmenes de hidrógeno y un volumen de oxígeno, que constituye el componente más
abundante en la superficie
terrestre. Hasta el siglo XVIII se creyó que el agua era un elemento, fue el químico ingles Cavendish quien sintetizó agua a partir de una combustión de aire e hidrógeno. Sin embargo los resultados de este experimento no fueron interpretados hasta años más tarde, cuando Lavoisier propuso que el agua no era un elemento sino un compuesto formado por oxígeno y por hidrógeno, siendo su fórmula H2O.
ESTADO NATURAL El agua es la única sustancia que existe a temperaturas ordinarias en los tres estados de la materia: sólido, líquido y gas. SÓLIDO
LÍQUIDO
GAS
Polos Glaciares Hielo en las superficies de agua en invierno Nieve Granizo Escarcha PROPIEDADES:
Lluvia Rocío Lagos Ríos Mares Océanos
Niebla Nubes
1. FÍSICAS El agua es un líquido inodoro e insípido. Tiene un cierto color azul cuando se concentra en grandes masas. A la presión atmosférica (760 mm de mercurio), el punto de fusión del agua pura es de 0ºC y el punto de ebullición es de 100ºC, cristaliza en el sistema hexagonal, llamándose nieve o hielo según se presente de forma esponjosa o compacta, se expande al congelarse, es decir aumenta de volumen, de ahí que la densidad del hielo sea menor que la del agua y por ello el hielo flota en el agua líquida. El agua alcanza su densidad máxima a una temperatura
de
4ºC,
que
es
de
1g/cc.
Su capacidad calorífica es superior a la de cualquier otro líquido o sólido, siendo su calor específico de 1 cal/g, esto significa que una masa de agua puede absorber o desprender grandes cantidades de calor, sin experimentar apenas cambios de temperatura, lo que tiene gran influencia en el clima (las grandes masas de agua de los océanos tardan más tiempo en calentarse y enfriarse que el suelo terrestre). Sus calores latentes de vaporización y de fusión (540 y 80 cal/g, respectivamente) son también excepcionalmente elevados. 2. QUÍMICAS
El agua es el compuesto químico más familiar para nosotros, el más abundante y el de mayor significación para nuestra vida. Su excepcional importancia, desde el punto de vista químico, reside en que casi la totalidad de los procesos químicos que ocurren en la naturaleza, no solo en organismos vivos, sino también en la superficie no organizada de la tierra, así como los que se llevan a cabo en el laboratorio y en la industria, tienen lugar entre sustancias
disueltas en agua, esto es en disolución. Normalmente se dice que el agua es el disolvente universal, puesto que todas las sustancias son de alguna manera solubles en ella. No posee propiedades ácidas ni básicas, combina con ciertas sales para formar hidratos, reacciona con los óxidos de metales formando ácidos y actúa como catalizador en muchas reacciones químicas. Propiedades F¡sicoquímicas Poder disolvente Reactividad química
Calor específico Calor de vaporización
Tensión superficial
Funciones biológicas El agua puede disolver una enorme variedad de sustancias que de esta forma pueden ser transportadas por el interior de los seres vivos Debido a que el agua se puede disociar en forma iónica puede reaccionar neutralizando sustancias ácidas y básicas. Del mismo modo es capaz de reducir y oxidar una gran variedad de sustancias. El agua es capaz de absorber grandes cantidades de energía sin aumentar apenas su temperatura. Por ello es un excelente amortiguador térmico. Cuando el agua se evapora es porque ha absorbido una enorme cantidad de energía. Los seres vivos utilizan esta capacidad para evitar sobrecalentarse, pierden agua por evaporación y con ella el calor. Debido a la fuerza de cohesión de las moléculas de agua provocada por los puentes de hidrógeno, el agua se une a otras moléculas cargadas originando fuerzas de adhesión. Ambos fenómenos son responsables de la capilaridad o movimiento de una disolución acuosa a través de los conductos microscópicos que presentan muchos seres vivos.
LAS SALES MINERALES Las sales minerales son biomoléculas inorgánicas que aparecen en los seres vivos
de
precipitada, disuelta en
forma forma
iones o asociada a otras moléculas.
de
Precipitadas Las sales se forman por unión de un ácido con una base, liberando agua. En forma precipitada forman estructuras duras, que proporcionan estructura o protección al ser que las posee. Ejemplos son las conchas, los caparazones o los esqueletos.
Disueltas Las sales disueltas en agua manifiestan cargas positivas o negativas. Los cationes más abundantes en la composición de los seres vivos son Na+, K+, Ca2+, Mg2+... Los aniones más representativos en la composición de los seres vivos son Cl-, PO43-, CO32-... Las sales disueltas en agua pueden realizar funciones tales como: -
Mantener el grado de grado de salinidad.
-
Amortiguar cambios de pH, mediante el efecto tampón.
-
Controlar la contracción muscular
-
Producir gradientes electroquímicos.
-
Estabilizar dispersiones coloidales
Función de las sales minerales
Al igual de las vitaminas, no aportan energía sino que cumplen otras funciones: Forman parte de la estructura ósea y dental (calcio, fósforo, magnesio y flúor). Regulan el balance del agua dentro y fuera de las células (electrolitos). También conocido como proceso de Ósmosis. Intervienen en la excitabilidad nerviosa y en la actividad muscular (calcio, magnesio). Permiten la entrada de sustancias a las células (la glucosa necesita del sodio para poder ser aprovechada como fuente de energía a nivel celular). Colaboran en procesos metabólicos (el cromo es necesario para el funcionamiento de la insulina, el selenio participa como un antioxidante). Intervienen en el buen funcionamiento del sistema inmunológico (zinc, selenio, cobre). Además, forman parte de moléculas de gran tamaño como la hemoglobina de la sangre y la clorofila en los vegetales.
BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS Biomoléculas orgánicas o principios inmediatos son sintetizadas solamente por los seres vivos y tienen una estructura con base en carbono. Están constituidas, principalmente, por los elementos químicos (C.H.O.N.S.P.) carbono, hidrógeno y oxígeno, y con frecuencia también están presentes nitrógeno, azufre y fósforo; a veces se incorporan otros elementos pero en mucha menor proporción.
GLÚCIDOS O CARBOHIDRATOS: Los CARBOHIDRATOS también conocidos como Hidratos de Carbono o Azúcares son moléculas biológicas muy abundantes. Se les conoce con el nombre de azúcares y están formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno. Los carbohidratos o azúcares se pueden encontrar en diferentes formas: Monosacáridos.- Son la unidad más pequeña de los azúcares. Oligosacáridos.-Estos carbohidratos están formados por la unión de dos a diez unidades de azúcar. Polisacáridos.- Como su nombre lo dice, son largas cadenas formadas por varias unidades de azúcar, incluso cientos.
MONOSACÁRIDOS Los monosacáridos están formados por una cadena de tres a siete átomos de carbonos. De acuerdo al número de carbonos se les llama triosa (3 carbonos), tetrosa (4 carbonos), pentosa (5 carbonos) y así sucesivamente, la glucosa que está formada por 6 carbonos, es una hexosa, lo mismo que la fructosa o azúcar de las frutas. La glucosa no se encuentra en la naturaleza en forma lineal, sino que tiende a formar anillos Algunos ejemplos de monosacáridos son: -Ribosa.- es una pentosa que forma parte del ARN o ácido ribonucleico, que participa en los procesos de elaboración de proteínas. -Desoxirribosa.- Es también una pentosa y forma parte del ADN, la molécula de la herencia. Fructosa.- Es el azúcar de las frutas, se encuentra en la miel y se utiliza como edulcorante de muchos refrescos. -Glucosa.- Es el monosacárido más abundante en los seres vivos, está formada por seis carbonos, se produce por la fotosíntesis de las plantas, circula en nuestra sangre y la encontramos en muchos productos dulces. -Galactosa.- Es una hexosa que forma parte del azúcar de la leche.
DISACÁRIDOS Cuando dos moléculas de monosacáridos se condensan por enlace glúcido, es decir se produce una unión en la que se pierde una molécula de agua, se forma un disacárido. Los disacáridos más conocidos son, por ejemplo: la sacarosa, maltosa, lactosa. La sacarosa está formada por el enlace glúcido de glucosa + fructosa. De los ejemplos de este disacárido el azúcar común es el más conocido.
La lactosa es un disacárido de la unión de glucosa + galactosa. Es la que aporta dulzura a la leche.
Isomaltosa: Enlace formado por dos glucosas cicladas, con el carbono anomérico en posición (a). Intervienen en el enlace el carbono 1 de la primera glucosa y el carbono 6 de la segunda. Es un disacárido que no se encuentra libre en la Naturaleza. Se obtiene por digestión de almidón o glucógeno. Forma los puntos de ramificación de estas moléculas.
Celobiosa: Enlace formado por dos glucosas cicladas, con el carbono anomérico en posición (b). Intervienen en el enlace el carbono 1 de la primera glucosa y el carbono 4 de la segunda. Es un disacárido que no se encuentra libre en la Naturaleza. Se obtiene por digestión de celulosa. Posee poder reductor.
Polisacáridos. Son polímeros formados por la unión de muchos monosacáridos, algunos funcionan como reserva energética tanto en plantas como en animales mientras que otros cumplen funciones estructurales, es decir, que dan forma y firmeza a ciertos organismos por ejemplo:
Almidón.- Es el polisacárido de reserva de las plantas está formado por cientos de unidades de glucosa. Cuando las células de las hojas producen azúcares mediante la fotosíntesis, almacenan una parte de ella como almidón y otra la envían a las raíces y a las semillas, a las semillas les proporciona la energía que necesitan para germinar y crecer. Cuando consumimos productos como papa, trigo, maíz, aprovechamos esa reserva energética de las plantas y la convertimos en glucosa por medio de la digestión.
Glucógeno.- Está formado por la unión de moléculas de glucosa formando una estructura muy ramificada, el azúcar que ingerimos en los alimentos se convierte en glucosa, el exceso se envía hacía el hígado y se almacena en forma de glucógeno, en su regulación participa la hormona insulina.
Celulosa.- Contiene moléculas de glucosa enlazadas de manera distinta, es fibrosa y cumple función estructural, los polímeros de glucosa forman fibrillas que dan forma a los tallos y hojas de las plantas. La celulosa se encuentra en las paredes de las células vegetales. La utilizamos en las prendas de algodón, en los muebles de madera y forman parte de las hojas de papel. Está no es digerible para los seres humanos.
Quitina.- Éste polisacárido se encuentra en el exoesqueleto de cangrejos, langostas e insectos, y también forman parte de la pared celular de los hongos. Si has pisado un insecto, has sentido cómo truena su cubierta externa. Este es un polisacárido estructural y cada unidad de glucosa contiene además un grupo amino (-NH2). Los enlácese entre las moléculas de quitina son como los de la celulosa, y el ser humano no los puede digerir.
LÍPIDOS Los lípidos se conocen también como grasas, son insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos no polares como el éter, el cloroformo o el benceno. Están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno, funcionan como reservas energéticas de la que se obtiene más energía que de los carbohidratos (un gr. de carbohidratos proporciona 3.79 kcal, un gr. de grasa 9.3 kcal), aíslan del frío, así las ballenas y mamíferos marinos tienen una capa importante de grasa debajo de la piel. Se dividen en:
Lípidos simples.- Sólo contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. En este grupo se encuentran los aceites, grasas y ceras. Su función es de reserva energética, muchas de las grasas naturales se forman de la unión de una molécula de glicerol con tres ácidos grasos y se llaman triglicéridos. Muchos de ácidos grasos tienen 16 a 18 átonos de carbono por molécula. Los ácidos grasos pueden ser saturados si los enlaces entre los átomos de carbono de su larga cadena son sencillos, o insaturados si existe algún doble enlace entre ellos. Forman grasas y ceras que forman cubiertas aislantes que protegen, piel, pelaje, plumaje, hojas y frutos.
Lípidos complejos.- Contiene otros elementos como fósforo y nitrógeno a este grupo pertenecen los fosfolípidos, los cuales contienen un grupo fosfato asociado a un lípido, el grupo fosfato se convierte en la cabeza polar de la molécula que va a ser hidrofilica y las cadenas de ácido graso se convierten en las colas hidrofóbicas, esta propiedad hace que los fosfolípidos al contacto con el agua se sitúen formando dos capas en las que las cabezas miran hacia el agua y las colas se esconden en medio, son componentes de la membrana celular.
Lípidos Derivados Lípidos de baja densidad:(LDL) Podríamos llamarle "colesterol malo", puesto que al perder la densidad, queda como si fuera "sangre sucia" con muchas partículas de deshecho en suspensión, Reducir
las sus
cuales niveles
pueden
irse
disminuye
el
pegando riesgo
a de
las
paredes
arteriales.
enfermedades
cardiacas.
Las partículas LDL cogen la grasa del hígado y la coloca en las paredes de los vasos sanguíneos
en
depósitos
denominados
placas.
Las placas que contienen gran cantidad de grasa, pueden volverse despegarse y provocar una obstrucción sanguínea (trombosis) que según donde se localice puede dar lugar a infarto de miocardio Este
o colesterol
infartos
es
el
cerebrales.
"colesterol
bueno"
(HDL).
Se le llama "bueno" porque nos protege contra las enfermedades cardiovasculares. Los expertos piensan que tener cifras elevadas de colesterol HDL es beneficioso pues trabajan como si fueran unos recolectores de basura, viajando por la sangre recogen colesterol "malo" de las placas de los vasos sanguíneos y lo transporta al hígado para ser destruido Por
por tanto,
cuanto
los más
HDL
enzimas. se
tenga,
mejor.
Se han relacionado niveles reducidos de HDL (en especial los inferiores a 40) con un mayor riesgo de tener enfermedades cardiacas, mientras que los superiores a 60 protegen contra estas enfermedades.
Ácidos grasos Son
biomoléculas
de
naturaleza
lipídica
formada por una larga cadena hidrocarbonada lineal, de diferente longitud o número de átomos de carbono, en cuyo extremo hay un grupo carboxilo(son ácidos orgánicos de cadena larga). Cada átomo de carbono se une al siguiente y al precedente por medio de un enlace covalente sencillo o doble. Al átomo de su extremo le quedan libres tres enlaces que son ocupados por átomos de hidrógeno(H3C-).Los demás átomos tienen libres los dos enlaces, que son ocupados igualmente por átomos de hidrógeno (... -CH2-CH2-CH2- ...). En el otro extremo de la molécula se encuentra el grupo carboxilo (-COOH) que es el que se combina con uno de los grupos hidroxilos(-OH) de la glicerina o propanotriol, reaccionando con él. El grupo carboxilo tiene carácter ácido y el grupo hidroxilo tiene carácter básico(o alcalino)
Acidos grasos saturados Los ácidos grasos saturados carecen de dobles enlaces y les cuesta combinarse con otras moléculas. Por este motivo, la mayor parte de las grasas saturadas se mantienen en estado sólido a temperatura ambiente. Todas las grasas animales son altamente saturadas, excepto las del pescado y los mariscos, que son muy poliinsaturadas. Algunas grasas vegetales, como el aceite de coco y el de palma, son muy ricas en ácidos grasos saturados.
Ácidos grasos mono insaturados El principal representante de los ácidos grasos monoinsaturados en nuestros alimentos es el ácido oleico (C18:1). Tiene un único doble enlace y está presente en todas las grasas animales y aceites vegetales, especialmente en el aceite de oliva.
Ácidos grasos poliinsaturados Estos ácidos grasos no pueden ser sintetizados por el organismo humano y sin embargo son esenciales, por lo que deben ser aportados por la dieta. Se clasifican en ácidos grasos w -3 y w -6 según la posición del doble enlace.
PROTEINAS Las proteínas (del francés protéine, y este del griego πρωτεῖος [proteios], ‘prominente’, ‘de primera calidad’) o prótidos son moléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos. Los nutrientes de gran importancia biológica que son las proteínas, son macromoléculas que constituyen el principal nutriente para la formación de los músculos del cuerpo. Funciones de las proteínas son transportar las sustancias grasas a través de la sangre, elevando así las defensas de nuestro organismo. Las proteínas se clasifican en: Las holoproteínas son aquellas que están compuestas exclusivamente por aminoácidos. Atendiendo a su estructura, se clasifican en dos grandes grupos:
Proteínas globulares Son más complejas que las fibrosas. Las cadenas polipeptídicas que las integran se encuentran plegadas formando una estructura compacta, más o menos esférica. Son solubles en agua o bien en disoluciones polares, y son las principales responsables de las actividades biológicas de la célula. Pertenecen a este grupo: Protaminas.- Son proteínas de carácter básico asociadas al ADN.
Prolaminas.- Son solubles en agua, se encuentra en semillas vegetales y son ricas en probina. Glutaminas.- Son proteínas insolubles en agua pero solubles en ácidos y bases derivadas.
Histonas.- Constituyen los cromosomas, son de peso molecular algo mayor.
Albuminas.- Presente en todos los aminoácidos, sirven de transporte de sustancias y desempeñan funciones nutritivas.
Globulinas.- Son solubles en disoluciones salinas y ácidas, actúan como anticuerpos.
Proteínas Filamentosas Son proteínas que de forma característica tienen una razón entre la longitud y su diámetro mayor a 10:1. Generalmente cumplen funciones estructurales y son solubles en agua. Estas proteínas no son moléculas inertes, es decir, solamente de relleno o soporte, sino que también son capaces de interactuar de diversas formas entre ellas, con las células e inclusive con otros componentes del entorno. Se pueden dividir en dos grupos. Colágeno.- Es la proteína más abundante en los mamíferos, se encuentra en el tejido conjuntivo, cartilaginoso y óseo. Tiene función estructural.
Queratina.- Tiene función estructural, rica en cisteína.
Miosina y Actinia.- Se encargan de la relajación y contracción.
Elastina.- Se encuentra en tejido conjuntivo, formando parte de tendones, ligamentos y vasos sanguíneos.
Fibroínas.- Tienen función estructural y dan resistencia mecánica.
Heteroproteínas: Formadas por aminoácidos y adicionalmente otras moléculas que no proteicas. Tienen función estructural, enzimática, hormonal, reguladora, defensiva y de transporte. Según su grupo prostético, se clasifican en: Glucoproteínas.-Su grupo prostético es un glúcido, desempeña funciones enzimáticas especiales de coagulación y transporte de sustancias. Ejemplo: inmunoglobulinas.
Nucleoproteínas.- Son proteínas cuyo grupo proteico es un ácido nucleico.
Fosfoproteínas.- Su grupo prostético es el ácido fosfórico. Ejemplo: en la yema del huevo, la vitelina.