Unidad I : biomoléculas las moléculas de la vida

Composición química de las Composición química de las célulascélulas

• El estudio químico de todos las células de los seres vivos ha revelado la existencia en ellos de numerosos elementos químicos llamados Bioelementos.

• Cada elemento químico es una sustancia pura que está formado por un tipo particular de Átomos.

• Los átomos conforman tanto la materia viva como la inerte, lo que explica el continuo intercambio de materiales entre los seres vivos y su medio ambiente

• Todo átomo consta de un núcleo central que contiene protones y neutrones, ambos poseen masa y constituyen la masa atómica del átomo ( A ).

• Alrededor del núcleo giran los electrones responsables de la unión entre los átomos, formación de enlaces químicos y de la conducción de la electricidad.( su masa es insignificante por tanto no se consideran en la masa atómica)

• En condiciones normales el número de electrones es igual al número de protones y se dice que todo átomo es eléctricamente neutro.

• Los átomos se ordenan según su Nº atómico o (Z), que representa el número de protones de su núcleo.

• Los átomos se unen captando, cediendo o compartiendo electrones. lo que se conoce como Valencia de un elemento químico.

• Los electrones giran alrededor del núcleo en orbítales o niveles de energía determinados.

• Los protones y los neutrones poseen masa equivalente y ambos se consideran para determinar la masa atómica o A.

• La ganancia de electrones por parte de un átomo constituye una reducción y al producirse resultan átomos que presentan carga negativa (aniones).

• La pérdida de electrones es la oxidación y resultan iones positivos (cationes).

• De más de 110 elementos químicos , solo 22 son considerados bioelementos por estar presentes en la materia viva .

• Todos los elementos se ordenan en una tabla secuenciada: el sistema periódico.

Sistema periódico de los elementosSistema periódico de los elementos

Clasificación de los bioelementosClasificación de los bioelementosLos bioelementos se dividen en :

1) Bioelementos Primarios o macroelementos :

2) Bioelementos Secundarios o microelementos:

3) Bioelementos terciarios o elementos traza:

1) Bioelementos primarios :

• Son los bioelementos más abundantes y de bajo peso atómico

• Al unirse forman enlaces muy fuertes entre sí

• Constituyen el 96% de las células de los seres vivos.

• Dentro de ellos están el Carbono, el Hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno

• Carbono (C)

Es el elemento central de las biomoléculas orgánicas.

Presenta gran capacidad de formar enlaces covalentes.

Conforma un gran % de seres vivos.• Oxigeno (O) :

Elemento importante en la respiración aeróbica y en los procesos liberadores de energía a nivel celular.

Permite la vida de los seres vivos

Forma parte de la molécula de agua.

• Hidrógeno (H) : Bioelemento más pequeño de todos.Responsable de la concentración de acidez de un medio (pH)Participa con el Oxígeno en los procesos energéticos a nivel celular .Forma parte de la molécula de agua.

• Nitrógeno (N) : Principal componente del aire atmosférico que respiramos

• No es directamente aprovechado por nosotros• conforma biomoléculas complejas como las proteínas y

ácidos Nucleicos.

2. Bioelementos secundarios :• Calcio (Ca) : Participa en la formación de

muchos tejidos como huesos, cartílagos y dientes, en la coagulación de la sangre, en la contracción muscular, en las sinapsis nerviosas, etc.

• Sodio (Na) : Es el principal catiòn extracelular, importante en la transmisión de los impulsos nerviosos; en la regulación de la presión osmótica celular y es el componente de todos los líquidos corporales

• Potasio (K) : Es el principal catión intracelular ( dentro de las células), importante en la contracción muscular y en la transmisión de los impulsos nerviosos.

• Cloro (Cl.) : Importante en la regulación de la presión osmótica celular, conforma los líquidos corporales.

• Azufre (S) : como anión (SO4= ) es constituyente de proteínas, polisacáridos y aminoácidos.

• Fósforo (P) : como anión (PO4 ), participa en formación de huesos, dientes y músculos, compone ácidos nucleicos, proteínas y fosfolípidos.

• Magnesio (Mg) : Es un cofactor enzimático; es también el átomo central de la clorofila en vegetales.

3.- Bioelementos terciarios :• Fierro (Fe) importante en la formación de la

hemoglobina de los glóbulos rojos. • Yodo ( I ) : Ayuda a la formación de tiroxina

de la tiroides, impidiendo el Bocio• Flúor (F): Participa en la formación del

esmalte dentalDe menor importancia relativa están:• Vanadio (V) Cobre (Cu) Silicio (Si)• Manganeso (Mn) Cobalto (Co) Zinc (Zn)• Molibdeno (Mo) Boro (B)

• Los Bioelementos se encuentran combinados entre sí, formando las biomoléculas.

Las biomoléculas se clasifican en dos tipos:

I. Las biomoléculas inorgánicas: Moléculas de peso molecular bajo, no presentan carbono, su origen proviene del reino mineral, presentan una gran diversidad de elementos químicos. Entre ellas están:

a) El agua b) Las sales minerales.

II. Las biomoléculas orgánicas : Son moléculas de mayor peso molecular , todas ellas incluyen el elemento carbono , se componen solo de C-H-O-N-S y P, su origen es de reinos vivos animal y vegetal hongos y protistas. En orden de complejidad se encuentran:

• Los azúcares o carbohidratos• Los lípidos o grasas o aceites • Las proteínas o prótidos • Los ácidos nucleicos.

1) El AGUA

• Es el compuesto más importante y abundante en los seres vivos. ( 60 y el 95% del peso corporal).

• Permite la vida de todos los seres vivos• Se encuentra en 3 estados: Sólido, líquido y

gaseoso• Se compone de 3 átomos: H-O-H, unidos por

enlaces covalentes

mientras que los núcleos de hidrógeno quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus

electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva.

• Tiene una carga total neutra .Presenta una distribución asimétrica de sus componentes que la convierte en una molécula polar o bipolar, alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa

Por eso en la práctica la molécula de agua se comporta como un dipolo

Es indispensable para todos los seres vivientes pues proporciona el medio acuoso en el cuál se desarrollan todas las reacciones químicas

del metabolismo que dan origen a la vida.

• Así se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces o puentes de Hidrógeno.

¿¿Como se presenta el agua en nosotros?Como se presenta el agua en nosotros?

EGESTIÓN De aguasudor:100ccPiel Evaporación 350ccRespiración = 350 ccDigestivo = 200 ccRiñón = 1.400 ccTOTAL2.400 cc / día

INGESTIÓNAgua de:

Bebida: 1.200ccHidratac: 1.000 ccOxidación:200 ccTOTAL2.400 cc / día

Funciones del agua1) Gran poder disolvente( solvente universal)2) Permite todas las reacciones químicas del

metabolismo3) Es termorreguladora por almacenar y repartir calor

en el organismo

2) Las sales minerales2) Las sales mineralesSon compuestos inorgánicos de gran importancia para los seres vivos, están formando parte de muchas estructuras biológicas:Se encuentran de dos formas en los organismos:

a.- Sales insolubles en agua :Forman estructuras sólidas, que suelen tener función de soporte o protectora, como :

• Esqueleto , tejido dental, ligamentos ( fosfatos, cloruros, y carbonatos de calcio).

b. Sales solubles en agua • Funciones iónicas.: iones como Fe +2, importantes en la

conformación de la hemoglobina de los glóbulos rojos,• Sales de Yodo ( I) importantes en la formación de tiroxina de la

tiroides. • Sales de sodio, importantes en la formación de impulsos nerviosos.

También • Mg2+, Zn, actúan como cofactores enzimáticos

•

Biomoléculas orgánicasBiomoléculas orgánicas1. Carbohidratos o Glúcidos: Los carbohidratos o azúcares son las

biomoléculas fundamentales de producción de energía en la mayoría de los seres vivos. Se consideran moléculas que aportan energía inmediata a las células.

Se componen de C- H y O. Los carbohidratos están formados por

moléculas pequeñas conocidas como azúcares. Se reconocen 4 tipos principales de carbohidratos, clasificados de acuerdo al número de moléculas de azúcar que conforman su molécula.

• Los Monosacáridos : formados por solo una molécula de azúcar como la ribosa, la glucosa y la fructosa. Cumplen funciones principalmente energéticas.

• Una fuente principal de energía para todos los seres vivos es el monosacárido glucosa, considerada el principal combustible celular, por lo tanto, la molécula insustituible para todas las células

• Los Disacáridos : Conformados por la unión de dos moléculas de azúcar a través de un enlace por deshidratación llamado “ enlace glucosídico”

• Ejemplos de disacáridos son • la sacarosa o azúcar de caña ( glucosa + fructosa) • la maltosa o azúcar de cebada ( glucosa + glucosa)

y la lactosa o azúcar de la leche ( glucosa más galactosa)

• Todas cumplen funciones energéticas.• Cada gramo de glùcidos aporta al organismo 4

Calorìas

• Oligosacáridos: Moléculas muy poco estudiadas, son cadenas cortas de moléculas de azúcar unidos a través de enlaces glucosídicos, son moléculas que cumplen una función estructural, formando parte de todas las membranas celulares de las células

• Los Polisacáridos • son las moléculas de azúcar más complejas,y

de mayor peso molecular, están formadas por miles de monosacáridos unidos en cadenas largas, todas éstas uniones es a través de muchos enlaces glucosídicos.

• El almidón es el principal polisacárido de reserva energética de las plantas, una molécula de almidón puede estar formada por un promedio de 3.000 a 3.500 moléculas de glucosa, se produce en forma de glucosa a través de la fotosíntesis, es abundante en hojas, tallos y frutos

• El glucógeno :Es la principal molécula de almacenamiento del azúcar en los organismos animales su peso molecular es mayor al almidón, En los animales el glucógeno se almacena de preferencia en el hígado y en el tejido muscular ( músculos).

• La celulosa es polisacárido vegetal abundante, forman la pared celular de las células vegetales dándole soporte y protección su función es por tanto estructural y no energética.

Estructura de los polisacáridosEstructura de los polisacáridos

2. Lípidos, grasas o aceites2. Lípidos, grasas o aceites

• Son compuestos formados por C-H y O.• Son compuestos orgánicos apolares• son insolubles en agua y se disuelven

solventes apolares como el cloroformo, el éter, el benceno y otros.

• Generalmente se les reconoce como moléculas de almacenamiento de energía o energía de reserva o calórica. (Cada gramo de lípidos produce 9,3 Cal).

• Algunos lípidos cumplen función estructural en las células.

• Algunos cumplen un rol importante como “mensajeros químicos” u hormonas.

A) Lípidos energéticosA) Lípidos energéticos

1. Ácidos grasos

2. Las grasas neutras o Triglicéridos

Compuestos altamente

energéticos, ambos aportan energía de reserva a las células.

Las grasas también son buenos aislantes térmicos y protegen el cuerpo de algunos animales

B) Lípidos estructuralesB) Lípidos estructurales• a) Los Fosfolípidos: Compuestos por una parte

lipídica y un extremo polar ( fosfato).• Son componentes de las membranas celulares. • Son importantes por su función estructural .• b) Los glucolípidos: “lípidos con azúcar” también

constituyentes de las membranas celulares, en especial en las neuronas .

• Ambos cumplen funciones estructurales en las células

C) Lípidos reguladoresC) Lípidos reguladores• Lípidos que cumplen funciones metabólicas o de

regulación corporal. Dentro de ellos se encuentran:• a) El Colesterol: Componente de las membranas

celulares y compone la vaina de mielina en neuronas. Sirve de base para la formación de hormonas y vitaminas liposolubles A, D, E y K.

• B) Las hormonas sexuales como la progesterona y los estrógenos femeninos y la testosterona masculina, ambas cumplen un papel fundamental en el desarrollo y aparición de los caracteres sexuales secundarios , que marcan el inicio de la función reproductora

Importancia biológica de los lípidos:Importancia biológica de los lípidos:Son sustancias de reserva energética aportando Son sustancias de reserva energética aportando

9,3 Cal por gramo9,3 Cal por gramo..Son buenos aislantes térmicos, generando Son buenos aislantes térmicos, generando

calor e impidiendo su eliminacióncalor e impidiendo su eliminaciónSon sustancias que realizan funciones Son sustancias que realizan funciones

metabólicas reguladoras de importanciametabólicas reguladoras de importancia..Son constituyentes de todas las células, en Son constituyentes de todas las células, en

especial, de las membranas biológicas.especial, de las membranas biológicas.

3. Proteínas3. Proteínas

• Son las moléculas orgánicas de gran peso molecular más abundantes en las células.

• Las moléculas de proteínas están conformadas por

C-H-O y N, además algunas poseen también S y P. • Su diversidad funcional es inmensamente grande.• Todas son cadenas de aminoácidos dispuestos en

una estructura lineal.• Cada molécula proteica se va “escribiendo” con un

número total de 20 aminoácidos que existen en los seres vivos para la formación de éstas macromoléculas ,

• Por tanto a las cadenas de aminoácidos se les llama proteínas.

•Como unidades de las proteínas , cada aminoácido es un compuesto orgánico que presenta dos grupos funcionales unidos a un átomo de carbono central: un grupo amino (-NH2) y un grupo ácido carboxilo (- COOH).

Los aminoácidos también son llamados péptidos

• La principal función de las proteínas es ser moléculas estructurales, sin embargo, pueden aportar energía en casos de desnutrición grave, aportando 4 Cal por gramo

• Todos los aminoácidos que conforman una proteína se unen a través de un enlace por deshidratación denominado enlace peptídico.

• los 20 aminoácidos que conforman proteínas pueden ser clasificados en esenciales y no esenciales, los primeros son todos aquellos que nuestro organismo no es capaz de sintetizar y por lo tanto debe adquirirlo a través de la dieta alimenticia, los otros los obtenemos a partir de otras moléculas orgánicas como ser glùcidos o lìpidos.

Clasificación de las proteínasClasificación de las proteínas

• a) Fibrosas: Son proteínas duras, presentan gran resistencia, son elásticas, no cambian de posición, insolubles en agua, entre ellas se encuentran: el colágeno , la elastina, la miosina .

• 2) Globulares: Son proteínas de forma de globo, son solubles en agua, son dinámicas y participan de preferencia en procesos de regulación metabólica.

Otra clasificación obedece a su estructura:• a) Simples: Proteínas puras,formadas solo por

aminoácidos.( albúminas, globulinas, actina, etc.)b) Conjugadas: Aquellas proteínas que poseen además de aminoácidos en su cadena, también algunos grupos no proteicos como azúcares o lípidos. Ejemplos: Glucoproteínas,lipoproteínas.

Funciones biológicas de las proteínasFunciones biológicas de las proteínas • Estructural : Principales constituyentes orgánicos de

todas las estructuras celulares.• Enzimática : Las enzimas son proteínas que regulan

todos los procesos metabólicos en el ser vivo. • Hormonal : Como hormonas son sustancias

reguladoras de la función orgánica, muchas de ellas son proteínas o derivados de ellas.

• Inmunológica : Los anticuerpos y todas las sustancias que nuestro organismo produce en su sistema inmunológico para defendernos son proteínas.

• Transporte : El transporte de O2 y CO2 por la sangre es realizado por proteínas como la hemoglobina.

• Energética: En última instancia se utilizan como fuente de energía aportando 4 Calorías por gramo

Las proteínas y su importanciaLas proteínas y su importancia

LOSLOS ACIDOS NUCLEICOSACIDOS NUCLEICOSLAS BASES QUIMICAS DE LA HERENCIALAS BASES QUIMICAS DE LA HERENCIA

CaracterísticasCaracterísticas• Son sustancias químicas descubiertas en el núcleo

de las células, de ahí su nombre.• Son las moléculas de mayor peso molecular y más

complejas de los seres vivos. • Están formados por unidades llamadas nucleótidos

que se componen de C-H-O-N- y P.• Son responsables del control del metabolismo

celular y en los procesos de transmisión de la herencia.

• Existen dos tipos de ácidos nucleicos: El ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico).

• Ambos están formados por nucleótidos.

Nucleótidos: unidades de los ácidos nucleicosNucleótidos: unidades de los ácidos nucleicos• Cada nucleótido está constituido por tres

componentes:• Un azúcar de 5 carbonos ( pentosa) que puede ser

desoxirribosa para el ADN o ribosa para el ARN.• Una base nitrogenada: Adenina (A), Guanina (G),

Timina (T) y Citocina (C) para el ADN, o bien, Adenina(A), Guanina (G), Uracilo (U) y Citocina ( C) para el ARN.

• Un grupo fosfato ( ácido fosfórico ) que une los azúcares.

• Las bases nitrogenadas que forman los ácidos nucleicos pueden ser de dos tipos:

• Purinas o púricas: Compuestos nitrogenados de anillo cíclico doble, entre ellos están la Adenina y la Guanina.

• Pirimidinas o pirimídicas: Compuestos nitrogenados de anillo cíclico simple, entre ellas están la Timina (ADN), el Uracilo ( solo ARN) y la citocina ( ADN y ARN).

El ADN: la base de la información El ADN: la base de la información hereditariahereditaria::

• Es el ácido nucleico que sirve de portador de la información genética en todos los seres vivos, a través de él se transmiten los genes de célula a célula.

• Es una en doble espiral , como cadena en forma de hélice, se presenta como una molécula extremadamente larga ubicada en los núcleos celulares (formulada por Watson y CricK .1953)

• En cada peldaño de la escalera cada purina se complementa con una pirimidina produciendo así una doble hélice simétrica.

• Existe en el ADN la regla del complemento de las bases nitrogenadas en que la Adenina siempre se va a unir con la Timina o a la inversa, en cambio, la guanina siempre se unirá con la citocina o a la inversa.

Replicación del ADNReplicación del ADN• Cuando la célula se prepara para la división

celular, ésta por la duplicación del ADN de las células.

• En un determinado momento la doble cadena se separa y cada una de ellas sirve de “molde” para formar dos cadenas hijas

• Terminado el proceso ,el resultado son dos moléculas de ADN completamente idénticas.

• Se dice que el material genético se ha duplicado y la célula entra en el proceso de mitosis o de meiosis para “ separar” en células hijas el material genético duplicado.

Replicación del ADN:Replicación del ADN:

El ARN ( ácido ribonucleicoEl ARN ( ácido ribonucleico):):

Características:• El ARN se encuentra tanto en el núcleo como en el

citoplasma celular.• Presenta solo una cadena simple de nucleótidos.• Su peso molecular es menor que el del ADN.• Presenta como azúcar la ribosa. • No presenta Timina y esta es reemplazada en él por

el Uracilo, • Existen tres tipos de ARN:• ARN Mensajero ( ARNm)• ARN Ribosómico (ARNr) • ARN de Transferencia (ARNt)