bloque 1. base molecular y fisicoquÍmica para la vida .elementos químicos de la vida: bioelementos

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  • Germn Tenorio

    Biologa 12

    BLOQUE 1. BASE MOLECULAR Y FISICOQUMICA PARA LA VIDA

    1.1 Bioelementos y biomolculas

    Idea Fundamental: Los organismosvivos controlan su composicin medianteuna compleja red de reacciones qumicas.

  • La seleccin natural conduce a la evolucin...podemos dudar (teniendo en cuenta que nacen muchos ms individuos de los que puedan

    posiblemente sobrevivir) que los individuos que posean cualquier ventaja, aunque sea pequea,

    sobre otros, tendran mayores posibilidades de sobrevivir y procrear? Por otro lado, podramos

    asegurar que cualquier variacin perjudicial sera inflexiblemente eliminada. Esta preservacin

    de las variaciones favorables y el rechazo de las perjudiciales, la llamo Seleccin Natural

    C. Darwin (1859) El Origen de las Especies

    Variacin en las poblaciones

    Las variaciones pueden heredarse

    Variaciones desventajosas son seleccionadas negativamente (muerte)

    Menor probabilidad de reproduccin & herencia en los genes

    La frecuencia de los genes en el acervo gnico disminuye

    Variaciones ventajosas son seleccionadas positivamente (supervivencia)

    Mayor probabilidad de reproduccin & herencia en los genes

    La frecuencia de los genes en el acervo gnico aumenta

    La poblacin evoluciona para adaptarse al ambiente

    Seleccin Natural

    Las poblaciones producen ms descendencia de la que el ambiente puede mantener

    Cambiosambientales

    Lucha por la supervivencia (presin selectiva)

    o

  • Evolucin A partir del progenote ancestral, tras miles de millones de aos, nuestro

    planeta exhibe una enorme cantidad de formas de vida diferentes.

    http://www.johnkyrk.com/evolution.esp.htmlhttp://www.johnkyrk.com/evolution.esp.htmlhttp://www.johnkyrk.com/evolution.esp.htmlhttp://www.johnkyrk.com/evolution.esp.html

  • Los 5 Reinos

    Se clasifican en cinco reinos:MONERA, PROTOCTISTA,HONGOS (=FUNGI), PLANTASY ANIMALES. Adems, se debeconsiderar el grupo de losvirus, en la frontera entre lovivo y lo no vivo. Entre todoslos grupos se encuentranmillones de especies diferentes.

  • Los tres dominios*

    En 1990 el cientficonorteamericano Carl Woese,observ que dentro de lospropios procariotas existangrandes diferencias en suARNr, y que estas diferenciaseran tan grandes como lasexistentes entre procariotas yeucariotas.

    Woese dividi entonces losprocariotas en dos grupos,Eubacteria y Archaea,pasando a tener el nuevomodelo de clasificacin de losseres vivos 3 dominios:Eukarya, Eubacteria y Archaea.

  • Los tres dominios*

    Eubacteria: Bacteria verdadera, procariotas sin ncleo ni orgnulosmembranosos.

    Archaea: Bacteria ancestral, tambin procariota pero ms primitivaque las anteriores,y donde la mayora de grupos viven en ambientesextremos.

    Eukarya: Organismosunicelulares ypluricelulares con su ADNen el ncleo. Los reinosde los animales,vegetales, hongos yprotistas pertenecen a l.

  • Biologa molecular El descubrimiento de la estructura del ADN en 1953 fue el inicio de la

    revolucin sufrida por la Biologa, transformando nuestro entendimientode los seres vivos.

    Muchas molculas son importantes paralos seres vivos, desde las ms simplescomo el agua, hasta las ms complejascomo los cidos nucleicos y protenas.

    IMAGEN: georbi.es.tl

    IMAGEN: quantum-mind.co.uk

    IMAGEN: georbi.es.tl

  • Metabolismo: Conjunto de todas las reacciones qumicas catalizadas porenzimas que tienen lugar en una clula u organismo.

    Consta de dos tipos de reacciones, lascuales no ocurren ni de forma simultneani en el mismo lugar de la clula, peroque estn acoplados.

    Metabolismo*

    Catabolismo o fasedegradativa: Conjunto dereacciones metablicas en las quelas molculas orgnicas complejasy reducidas son descompuestas(degradadas) a molculas mssimples y oxidadas (incluida lahidrlisis de macromolculas enmonmeros) para la obtencin deenerga y poder reductor.

    El catabolismo incluye los procesos de respiracin celular aerobia,fermentacin, y digestin de molculas complejas del alimento.

  • Anabolismo o fase constructora: Conjunto de reacciones bioqumicasmediante las cuales las clulas sintetizan molculas complejas yreducidas, mediante el consumo de energa y poder reductor, a partir demolculas sencillas y oxidadas (incluida la formacin de macromolculasa partir de monmeros, por reacciones de condensacin).

    El anabolismo incluye los procesos de sintesis de protenas, sntesis deADN (replicacin), sntesis de polisacridos complejos como el almidn,glucgeno o celulosa, y la sntesis de glucosa (fotosntesis).

    Metabolismo*

    http://web.biosci.utexas.edu/psaxena/MicrobiologyAnimations/Animations/MetabolicPathways/micro_metabolism.swfhttp://web.biosci.utexas.edu/psaxena/MicrobiologyAnimations/Animations/MetabolicPathways/micro_metabolism.swf

  • La materia constituyente de los seres vivos est compuesta porbiomolculas, que estn a su vez formadas por la unin de ciertoselementos qumicos. A los elementos qumicos presentes en los seresvivos se les llama bioelementos.

    Estos elementos qumicos fueron seleccionados para la vida por sercapaces de construir estructuras y realizar funciones capaces de aumentarla supervivencia de las clulas que los incorporaron.

    Elementos qumicos de la vida: Bioelementos

    Puesto que la vida parece que surgi enel seno de los mares primitivos,muchos de los elementos esencialespara la vida fueron seleccionados pordos parmetros:

    1) Su comportamiento en el medioacuoso. Es decir, si son insolubles osolubles y, en este caso, el nmero decargas que tienen en forma inica.

    2) La reactividad de los tomos y lostipos de enlaces que pueden formarpara construir molculas orgnicas.

    IMA

    GE

    N: /recu

    rsos.cn

    ice.mec.es

  • Elementos qumicos de la vida: Bioelementos Existen unos 70 bioelementos y, al igual que el resto de elementos que

    forman la materia general del Universo, todos ellos estn presentes en latabla peridica.

  • Elementos qumicos de la vida: Bioelementos Sin embargo, al comparar la composicin qumica de los seres vivos con la

    de la corteza terrestre (inerte), los bioelementos mayoritarios nocoinciden, salvo el oxgeno, con los elementos ms abundantes en lacorteza.

    Se puede observar que los elementos qumicos ms frecuentes en losseres vivos son solo cuatro: carbono, hidrgeno, oxgeno y nitrgeno.

  • Principales bioelementos Los bioelementos se clasifican en dos grupos, en funcin de su presencia

    y abundancia:

    1) Biolementos mayoritarios. Estn en todos los seres vivos y formanms del 98% del total de la materia viva. Los primarios son C,H,O,N,P yS y constituyen los ladrillos con los que se fabrican las biomolculas oprincipios inmediatos. Los secundarios son Na, K, Cl, Mg y Ca, ydesempean funciones de vital importancia en la fisiologa celular.

    2) Oligoelementos. Se encuentran presentes en pequesimascantidades y se distinguen a su vez esenciales para todos los seresvivos, que son solo 5 (Fe, Mn, Cu, Zn y Co), y no esenciales, nopresentes en todos los seres vivos pero que cumplen funcionesimportantes en el metabolismo, como Al y Li.

  • Elementos qumicos de la vida: bioelementos Los bioelementos secundarios y los oligoelementos, como los de la tabla,

    son necesarios para los organismos vivos.

    https://youtu.be/MuNjGHwNDm0https://youtu.be/MuNjGHwNDm0

  • La vida contiene carbonoen grandes cantidades. Esinteresante destacar que,siendo el C y el Si delmismo grupo del sistemaperidico y por tantotener propiedades fsico-qumicas muysemejantes, y ademssiendo el Si casi 150veces ms abundante enla corteza terrestre, hasido el carbono elseleccionado.

    Aunque el carbono es solamente el dcimoquinto elemento msabundante en la Tierra, puede usarse para fabricar una amplia variedadde molculas diferentes, lo que hace que la compocisin qumica de losseres vivos sea casi ilimitada.

    Los compuestos de carbono

  • Compuestos orgnicos e inorgnicos* La materia constituyente de los seres vivos est compuesta, adems de

    por molculas inorgnicas, por biomolculas orgnicas.

    Se consideran orgnicosaquellos compuestos de losorganismos vivos quecontienen carbono exceptolos:

    - hidrogenocarbonatos obicarbonatos (NaHCO3);

    - carbonatos (CaCO3);

    - xidos de carbono (CO/CO2).

  • Propiedades fsico-qumicas del Carbono Las propiedades del carbono que le dan su gran idoneidad y a las que se

    debe la diversidad de compuestos de carbono existentes, son:

    1) Puede formar 4 enlaces covalentes. Al poseer 6 protones suconfiguracin electrnica es 1s2 2s2 2p2. En lugar de disponer de dos electronesdesapareados, el carbono desaparea en electrn del orbital 2s2, por lo queposee 4 electrones desapareados (valencia IV) que ocupan los orbitales 2s1

    2p1x 2p1y 2p1z, formando cuatro orbitales hbridos orientados hacia los cuatrovrtices de un tetahedro que le permite formar cuatro enlaces covalentessimples al aceptar electrones para compartir sus cuatro orbitales enlazantescon otros tomos, permitiendo as la existencia de toda una serie decompuestos estables.

  • 2) Formacin de largas cadenas. Los enlaces entre los tomos de carbonopueden ser simples (C-C), dobles (C=C) o triples y permiten construircadenas ms o menos largas, lineales o ramificadas, anillos, etc. Adems, sepueden construir molculas tridimensionales muy diferentes, propiedad devital importancia en la funcin biolgica (unin enzima-sustrato o antgeno-anticuerpo).

    Propiedades fsico-qumicas del Carbono

  • 3) Formacin de grupos funcionales. Las distintas combinaciones delcarbono con otros elementos, permiten la formacin de gran cantidad degrupos que comunican a las molculas que los portan