Profesora: María Antonia Rojas Serrano

BIOELEMENTOS

Son los elementos químicos que forman parte de la materia viva.

Los bioelementos se pueden clasificar en función de su abundancia en:

Bioelementos primarios: constituyen el 98% de la materia viva y son: carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S).

Bioelementos secundarios: forman prácticamente el 2% restante y entre otros son: calcio (Ca), potasio (K), sodio (Na), magnesio (Mg), cloro (Cl)…

Oligoelementos: aparecen en proporciones muy pequeñas, inferiores al 0,1% aunque son imprescindibles para el funcionamiento de los organismos. Dentro de este grupo aparecen: hierro (Fe), cobre (Cu), zinc (Zn), manganeso (Mn), yodo (I), cobalto (Co)…

BIOMOLÉCULAS

Los bioelementos se agrupan formando las biomoléculas o principios inmediatos, que son las moléculas que forman la materia viva. Se dividen en:

Inorgánicas: son las moléculas que aparecen tanto en la materia viva como en la inerte. A este grupo pertenece el agua y las sales minerales.

Orgánicas: son las moléculas exclusivas de los seres vivos y son: los glúcidos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos.

Agua

Es el compuesto más abundante de los seres vivos. Supone entre un 70 y un 90% del peso de la mayoría de los organismos.

El agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno unidos por enlaces covalentes.

Debido a la mayor electronegatividad del oxígeno, los electrones compartidos se encuentran más cerca de este que de los átomos de hidrógeno.

Como consecuencia, aunque la molécula en su conjunto es eléctricamente neutra, dentro de ella aparece una zona con carga parcial positiva y otra con carga parcial negativa, originando un dipolo.

El agua presenta estructura dipolar y las partes positivas de los dipolos son atraídas por las negativas de otros dipolos.

El hidrógeno se une al oxígeno mediante enlaces por puentes de hidrógeno que son enlaces débiles que se forman y deshacen continuamente y que condicionan todas las propiedades del agua.

Estos enlaces hacen que el agua sea líquida a temperatura ambiente lo que es fundamental para la existencia de la vida (otras moléculas similares son gases a dicha temperatura, p.ej. SO2, CO2, NO2).

Debido a esta estructura molecular, el agua presenta una serie de características:

Es el principal disolvente biológico. Actúa como medio de transporte para muchas moléculas y en ella ocurren las reacciones metabólicas.

Es un buen regulador térmico, se necesita mucha energía para elevar la temperatura del agua; por lo que el agua se calienta y enfría muy lentamente.

Es más densa en estado líquido (4ºC), que en estado sólido. El hielo flota en el agua permitiendo la vida en lagos y mares de zonas frías.

Sales minerales

Las podemos encontrar precipitadas o disueltas:

Sales precipitadas: forman estructuras sólidas como el fosfato cálcico (Ca3(PO4)2) de los huesos o el carbonato cálcico (CaCO3) de las conchas de moluscos.

Sales disueltas: se encuentran disociadas en aniones y cationes; se encargan de mantener el pH del medio y otras funciones como la contracción muscular (Ca+2), la transmisión del impulso nervioso (Na+, K+ y Cl-), la síntesis de proteínas (Mg+2), etc. Y contribuyen al equilibrio hídrico celular ya que intervienen en los procesos osmóticos.

Ósmosis

La ósmosis es un fenómeno en el que se produce el paso o difusión de un disolvente (líquido) a través de una membrana semipermeable (permite el paso de disolventes pero no de los solutos) desde una disolución más diluida (hipotónica) a otra más concentrada (hipertónica).

Este proceso es especialmente importante en las células ya que la membrana plasmática es semipermeable y a través de ella, la célula intercambia agua con el medio.

Si el medio extracelular es hipertónico con respecto al contenido celular, las células pierden agua y se arrugan. Si se trata de una célula vegetal, la membrana se despega de la pared celular rígida y se rompe provocando la muerte de la célula o plasmólisis.

Si el medio extracelular es hipotónico entrará agua dentro de la célula, hasta igualar las concentraciones. Si se trata de una célula vegetal se produce turgencia pero la célula no llega a romperse porque la pared celular rígida frena la entrada de agua mientras que las células animales pueden llegar a estallar (lisis osmótica).

En cambio si el medio es isotónico (misma concentración)con respecto a la célula, no habrá entradas ni salidas de agua.

COMPUESTOS ORGÁNICOS

Se denominan compuestos orgánicos a aquellos formados por carbono en combinación con hidrógeno y otros elementos como oxígeno, nitrógeno y azufre.

El átomo de carbono posee cuatro electrones en su capa externa, lo que le permite formar cuatro enlaces covalentes.

Estos enlaces puede ser sencillos, dobles y triples, y pueden unir átomos de carbono entre sí y con otros elementos.

Grupos funcionales

Los grupos funcionales son grupos de átomos que forman parte de una molécula más grande y tienen propiedades particulares (forma, polaridad, reactividad, solubilidad, etc.)

Los mismos grupos funcionales pueden formar parte de moléculas muy diferentes.

Glúcidos

También denominados hidratos de carbono o azúcares. Presentan un fórmula general (CH2O)n.

Dentro de este grupo estudiaremos los tres tipos más importantes:

MONOSACÁRIDOS: son las unidades básicas de los glúcidos.

DISACÁRIDOS: formados por dos monosacáridos unidos mediante enlace O-glucosídico.

POLISACÁRIDOS: constituidos por la unión de más de 10 moléculas de monosacáridos.

MonosacáridosSon las moléculas glucídicas más sencillas, están formados por cadenas de 3 a 7 átomos de carbono y atendiendo a este número de carbonos se denominan: triosas (3 C), tetrosas (4C), pentosas (5C), hexosas (6C) y heptosas (7 C).

Son polihidroxialdehidos y polihidroxicetonas, es decir polialcoholes (-OH), con un grupo aldehído (-CHO) o cetona (-CO-).

Monosacáridos más importantes

Ciclación de los monosacáridos

Los monosacáridos de 5 o más átomos de carbono pueden sufrir reacciones entre sus carbonos y dar formas cíclicas.

Estas formas pueden ser hexagonales (pirano) o pentagonales (furano).

No existiendo ni pérdida ni ganancia de átomos, sólo se produce una reorganización de los mismos.

Disacáridos

Se originan por la unión de 2 monosacáridos mediante enlace O-glucosídico.

El enlace O-glucosídico se forma entre dos grupos –OH de los monosacáridos, quedando estos unidos y liberándose una molécula de agua.

Los 3 disacáridos más importantes son: maltosa, sacarosa y lactosa.

• Maltosa o azúcar de malta, está formada por dos moléculas de glucosa.

• Lactosa o azúcar de la leche, formada por glucosa y galactosa.

• Sacarosa o azúcar de caña, es el azúcar común y resulta de la unión de una molécula de glucosa con una de fructosa.

Polisacáridos

Formados por la unión de muchas moléculas de monosacáridos (más de 10) mediante enlace O-glucosídico.

Dentro de los polisacáridos destacaremos por su importancia:

• Celulosa: es un polímero lineal de moléculas de glucosa, forma parte de las paredes celulares de los vegetales.

• Quitina: es un polisacárido lineal formado por la repetición de una molécula derivada de la glucosa (N-acetil b-D-glucosamina). La quitina forma parte del exoesqueleto de artrópodos y de la pared celular de los hongos.

• Almidón: polisacárido de glucosa, formado por largas cadenas lineales en las que se observan ramificaciones. En realidad está constituido por 2 moléculas: la amilosa (lineal) y la amilopectina(ramificada). Es la reserva de glucosa en vegetales.

• Glucógeno: constituido por largas cadenas de moléculas de glucosa con muchas ramificaciones. Es la reserva de glucosa en animales.

Estructura de un polisacárido

Funciones de los glúcidos

Los glúcidos poseen una gran importancia biológica como:

Combustible celular: la glucosa es el azúcar más utilizado como fuente de energía.

Almacén de reserva energética: el almidón es la principal reserva de azúcares en las plantas y constituye un importante alimento para los animales. El glucógeno es la reserva de azúcares en los animales, se encuentra principalmente en el hígado y en el músculo esquelético.

Componente estructural: la ribosa y la desoxirribosa son componentes básicos de la estructura molecular de los ácidos nucleicos. La celulosa es el componente estructural de la pared de las células vegetales, y la quitina realiza una función similar en la pared de los hongos y en el exoesqueleto de los artrópodos.

LípidosLos lípidos son molécula insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos apolares (éter, cloroformo).

Están formados principalmente por C, H y O.

Se trata de un grupo de sustancias muy variado, por tanto la clasificación de los lípidos resulta compleja.

Podemos clasificarlos en dos grandes grupos:

LÍPIDOS SAPONIFICABLES: son aquellos que sufren reacción de saponificación, es decir, se hidrolizan en medio básico; dando lugar a ácidos grasos. Dentro de este grupo veremos las grasas o acilglicéridos, las ceras y los fosfolípidos.

LÍPIDOS INSAPONIFICABLES: no llevan a cabo la reacción de saponificación y no originan ácidos grasos tras su hidrólisis. Son los terpenos, los esteroides y las prostaglandinas.

Lípidos saponificables

Están formados por ácidos grasos esterificados con otras moléculas.

Los ácidos grasos son sustancias que presentan un grupo carboxilo (-COOH), unido a una larga cadena hidrocarbonada.

Su fórmula química es CH3-(CH2)n-COOH, teniendo n un valor entre 10 y 22.

Atendiendo a si presentan o no en su estructura dobles enlaces, los ácidos grasos son:

o SATURADOS: están formados únicamente por enlaces sencillos.

o INSATURADOS: poseen dobles enlaces en la cadena carbonada.

Ácidos grasos saturados

Ácidos grasos insaturados: allí donde se forma el doble enlace la molécula se

dobla.

Grasas o acilglicéridos

Están formados por un alcohol, el glicerol o la glicerina, y uno, dos o tres ácidos grasos unidos mediante enlaces covalentes tipo éster, en la formación de estos enlaces se desprende agua.

Ceras

Compuestas por un alcohol con un único grupo hidroxilo (-OH) de cadena muy larga y un ácido graso, unidos mediante enlace tipo éster.

CH3-(CH2)n-COOH + HO-(CH2)m -CH3

CH3-(CH2)n-CO-O-(CH2)m-CH3 + H2O

Son compuesto protectores e impermeabilizantes debido a su fuerte hidrofobia (repulsión al agua). Recubren superficies que están en contacto con el medio externo, como la piel, plumas, pelo, hojas, cubiertas de insectos, etc.

Fosfolípidos

Están formados por una glicerina unida, por un lado a dos ácidos grasos mediante enlace éster y por otro lado a un ácido fosfórico que a su vez se encuentra unido a un alcohol con carácter polar.

Los fosfolípidos presentan una parte polar y otra apolar y por tanto es una molécula anfipática.

Los fosfolípidos en medio acuoso se agrupan espontáneamente de manera que las partes polares se ponen en contacto con el medio acuoso y las partes apolares lo evitan, formando micelas y bicapas.

Los fosfolípidos forman las membranas celulares disponiéndose en forma de bicapa.

Lípidos insaponificables

Tras su hidrólisis no originan ácidos grasos.

Por su importancia destacaremos:

- Terpenos: también llamados isoprenoides ya que se forman a partir de la molécula de isopreno.

- Dentro de los terpenos encontramos las vitaminas A, E y K; así como pigmentos fotosintético (xantónfilas y carotenos) y sustancias aromática de plantas.

- Esteroides: derivan del esterano o ciclopentanoperhidrofenantreno, que es una molécula cíclica formada por tres ciclohexanos y un ciclopentano

- En este grupo se encuentran sustancias tan importantes como el colesterol que es un componente de las membranas plasmáticas, a las que aporta rigidez; determinadas hormonas como las sexuales, los ácidos biliares y la vitamina D.

Funciones de los lípidos

Reserva energética: las grasas son la principal reserva energética de los animales.

Estructural: los fosfolípidos constituyen las membranas plasmáticas. Las ceras forman parte de estructuras de recubrimiento y protectoras.

Reguladora: algunas hormonas y vitaminas son lípidos insaponificables (esteroides) que intervienen en determinados procesos vitales.

Proteínas

Las proteínas son unas biomoléculas constituidas por aminoácidos, que se unen entre sí mediante enlaces peptídicos.

AMINOÁCIDOS

Se caracterizan por poseer en su estructura un grupo carboxilo (-COOH) y un grupo amino (-NH2) unidos a un carbono (Ca) del que parte una cadena carbonada llamada radical y que es característica para cada uno de los 20 aminoácidos que forman las proteínas.

Enlace peptídico

Se forma por la unión de un grupo carboxilo de un aminoácido con el amino de otro, en esta reacción se libera una molécula de agua.

En función del número de aminoácidos que se unan, podemos hablar de:

Péptido u oligopéptidos: es una cadena corta de aminoácidos, de 2 a 10 aminoácidos.

Polipéptido o cadena polipeptídica: de 10 a 100 aminoácidos.

Proteína: más de 100 aminoácidos.

La estructura tridimensional de una proteína va a determinar la función que esta realice.

Esta estructura se debe en último término a la secuencia de aminoácidos que presente la proteína.

Se denomina desnaturalización al proceso por el cual una proteína pierde su función debido a alteraciones de su estructura tridimensional.

Funciones de las proteínas

Las proteínas llevan a cabo funciones muy diversas:

Función estructural: como el colágeno que forma fibras que dan resistencia y elasticidad a huesos y cartílagos o la queratina que es parte importante de las uñas o el pelo.

Función transportadora: como la hemoglobina que transporta el oxígeno de la sangre o las proteínas transportadoras de colesterol.

Función reguladora: como la insulina, hormona que regula el azúcar en sangre o la hormona de crecimiento.

Función contráctil: como la actina y la miosina que forman filamentos de cuya interacción se deriva la contracción muscular.

Función inmunológica: como los anticuerpos que se fabrican para neutralizar a las sustancias extrañas que penetran en el organismo.

Función enzimática o biocatalizadora: las enzimas intervienen en el metabolismo celular acelerando las reacciones químicas.

Ácidos nucleicosLos ácidos nucleicos son biomoléculas formadas por nucleótidos.

Los nucleótidos a su vez están constituidos por:

Una base nitrogenada: que puede ser pirimidínica (C,T y U) o púrica (A y G)

Una pentosa: que puede ser la ribosa (ARN) o la desoxirribosa (ADN)

Un grupo fosfato

Uracilo (U)

Los nucleótidos se unen mediante enlace fosfodiéster entre el carbono 3´ de la pentosa de un nucleótido y el carbono 5´ de la pentosa de otro, perdiéndose una molécula de agua.

Los carbonos de las pentosas se numeran con números prima, para diferenciarlos de los carbonos de las bases nitrogenadas.

Denominamos polinucleótidos a la unión de nucleótidos siempre que el número de estos sea igual o inferior a 100.

Cuando el número de nucleótidos es superior a 100 hablamos de ácidos nucleicos.

Hay dos tipos de ácidos nucleicos:

ADN (ácido desoxirribonucleico)

ARN (ácido ribonucleico)

Tipo de ácido nucleico

PentosaBases nitrogenadas

Localización Estructura Función

ADN desoxirribosa A,G,C y T

Núcleo celular y orgánulos (mitocondria y cloroplastos)

Doble cadena

Es el portador de la herencia

ARN ribosa A,G,C y UNúcleo y citoplasma

Cadenasencilla

Síntesis de proteínas

Estructura y función del ADN

La estructura de la molécula del ADN es una doble hélice. Consiste en:

• Dos cadenas de nucleótidos enrolladas helicoidalmente.

• Estas cadenas son antiparalelas, es decir, se disponen paralelas pero en sentidos opuestos. El carbono libre 3´ de una cadena, estará enfrentado con el 5´de la hélice complementaria.

• Las bases nitrogenadas se dirigen hacia el interior de la doble hélice, mientras que las pentosas y los grupos fosfato forman el esqueleto externo.

• Las cadenas se unen a través de las bases nitrogenadas que se unen por enlaces de hidrógeno. La adenina siempre se empareja con la timina, y la guanina con la citosina.

El ADN es el portador de la información hereditaria:

La información viene determinada por la secuencia de bases nitrogenadas.

Puede duplicarse o replicarse, obteniéndose copias idénticas.

Dirige el funcionamiento celular, ya que determina la síntesis de proteínas.

Estructura, tipos y función del ARN

Salvo casos excepcionales, los ARN están formados por una sola cadena de nucleótidos.

Existen tres tipos diferentes de ARN, que funcionan de forma coordinada:

ARNm: copia la información del ADN y la lleva hasta los ribosomas.

ARNr: forma parte de los ribosomas.

ARNt: transporta los aminoácidos hasta los ribosomas y allí se produce la síntesis de proteínas.