1- Técnicas de estudio de la materia viva 2- Bioelementos 3- El enlace covalente 4- Las cadenas carbonadas 5- Grupos funcionales 6- Fórmulas 7- Interacciones intra e intermoleculares

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IES Pando - Oviedo – Departamento de Biología y Geología

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0- ÍNDICE

1- Técnicas de estudio de la materia viva

2- Bioelementos

3- El enlace covalente

4- Las cadenas carbonadas

5- Grupos funcionales

6- Fórmulas

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0- ÍNDICE

1- Técnicas de estudio de la materia viva

2- Bioelementos

3- El enlace covalente

4- Las cadenas carbonadas

5- Grupos funcionales

6- Fórmulas

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4 Organismos animales y vegetales estamos constituidos por……

células

Las células están formadas por moléculas.

(5)

¿Qué

moléculas constituyen las células de los seres

(6)

6

(7)

Algunas

biomoléculas

son de

pequeño

tamaño como

es el caso

del….

agua

O Oxígeno

(8)

8

(9)

9

Otras moléculas son grandes moléculas: la hemoglobina, una proteína.

Carbono

Oxígeno

Nitrógeno

Azufre

(10)

10 Fragmento de la doble hélice del ADN, cada esfera es un átomo.

Macromoléculas: Se llaman así a las moléculas que tienen una masa molecular superior a 10 000 da.

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BIOMOLÉCULAS

• El medio interno de los seres vivos es una compleja mezcla de moléculas. • Miles de moléculas se encuentran dispersas en el medio celular

interaccionando entre sí.

• Desentrañar este complejo mundo ha sido una tarea titánica.

• Hoy en día, después de más de 300 años de intensa búsqueda y

descubrimiento, empezamos a conocer las moléculas que constituyen los seres vivos.

• Las biomoléculas han sido clasificadas tradicionalmente en una serie de grupos conocidos como principios inmediatos. Llamados así porque podían extraerse fácilmente mediante técnicas sencillas, como disoluciones,

(12)

12

LAS BIOMOLÉCULAS: CLASIFICACIÓN

Inorgánicas

Orgánicas

-Agua

-CO

2

-Sales minerales

-Glúcidos

-Lípidos

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LAS BIOMOLÉCULAS

REPARTICIÓN DE LOS COMPONENTES MOLECULARES DE LA CÉLULA

(en % sobre masa total)

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14

I) Técnicas para el estudio fisicoquímico: sirven para conocer la composición y relacionar esta composición con las estructuras celulares. Estos métodos son:

a) Destilación b) Filtración c) Decantación d) Centrifugación e) Cromatografía f) Electroforesis

II) Técnicas para el estudio morfológico de la célula. Nos permiten conocer cómo es su forma, su tamaño y su estructura. Son, fundamentalmente:

a) Microscopía óptica

b) Microscopía electrónica

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(16)

16

(17)

Homogeneizador

Se trata de un aparato que sirve para triturar y disgregar el material biológico, rompiendo las

(18)

18

(19)

Centrifugación: Los materiales biológicos sometidos a fuertes

aceleraciones se desplazan hacia el fondo de los recipientes que los contienen con velocidades que dependen de su masa, de su forma y volumen, y de la naturaleza del medio en el que se realice la

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ELECTROFORESIS

(24)

24 Cultivos in vitro:

Bacterias en cápsulas de Petri

(25)
(26)

26 El microscopio

electrónico, desarrollado a

(27)

27 luz c objeto b imagen o interruptor Cañón de electrones c objeto b imagen o

Microscopio electrónico Microscopio óptico

Fundamento del microscopio óptico y del microscopio electrónico

c) condensador; b) objetivo; o) ocular.

electrones

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28

Diferencias entre el microscopio óptico y del microscopio electrónico

Microscopio óptico Microscopio electrónico

Fuente de iluminación: La luz Fuente de iluminación: electrones Se pueden ver seres vivos No se pueden ver los seres vivos

Poco aumento (X1000) Mucho aumento (X300 000) Se observa la estructura Se observa la ultraestructura

(29)

Unidades de medida en microscopía

1 micrometro*= 1 µm = 0,001 mm (milésima de milímetro)

1 nanometro = 1 nm = 0,000 001 mm (millonésima de milímetro) 1 amstrong = 1 Å = 0,1 nm (diez millonésima de milímetro)

* También se llama micra

Tamaños usuales en microscopía

átomo = 1 Å

virus = 25 nm a 300 nm bacteria =1 µ

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2- Bioelementos

3- El enlace covalente

4- Las cadenas carbonadas

5- Grupos funcionales

6- Fórmulas

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Concepto de Bioelemento

:

Elemento químico que constituye

las moléculas de los seres vivos

CLASES DE BIOELEMENTOS

Primarios

: C, H, O, N, S, P. Los más abundantes, 96’2%

del total de la masa de un ser vivo.

-

Secundarios

: Na

+

, K

+,

Mg

++

, Ca

++

, Cl

-

. En menor

porcentaje, pero también imprescindibles para los seres

vivos.

Oligoelementos

: En proporción menor al 0,1%.

Indispensables

: en todos los seres vivos: Mn, Fe,

Cu;

(32)

32

BIOELEMENTOS OLIGOELEMENTOS

Primarios Secundarios Indispensables Variables

(33)

33

H He

Li Be B C N O F Ne

Na Mg Al Si P S Cl Ar

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe

Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn

Fr Ra Ac

Cs Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lw

Tabla de los Bioelementos

(34)

34

CARACTERÍSTICAS DE LOS BIOELEMENTOS PRIMARIOS

Cierta abundancia en la corteza terrestre.

Sus compuestos son polares ( partes de la molécula con

carga + y otras con cargas - ) lo que hace a estos

compuestos solubles en agua.

C y N pasan con facilidad del estado de oxidado a

reducido y viceversa. Lo que es importante en los procesos

de obtención de energía (fotosíntesis y respiración celular).

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Los elementos químicos más abundantes en la corteza terrestre y en los seres vivos (en % en peso).

Elementos Corteza (%)

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36

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6- Fórmulas

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EL ENLACE COVALENTE

• Los átomos que constituyen las moléculas orgánicas están unidos entre sí mediante enlaces covalentes.

• Este enlace se forma cuando átomos del mismo o diferente elemento comparten electrones para poder completar su última capa.

• Los electrones que puede compartir un átomo para completar su última capa los llamaremos

electrones de valencia.

• Los enlaces covalentes se representan mediante una raya que simboliza el par de electrones compartido.

• Los enlaces covalentes son muy resistentes en medio acuoso.

C

Es por esto que el carbono tiene cuatro electrones de valencia y puede forma cuatro enlaces covalentes.

C

El átomo de carbono tiene 4 electrones en su última capa.

C

(38)

38

UNIÓN DE DOS ÁTOMOS DE CARBONO MEDIANTE UN ENLACE COVALENTE.

electrón

enlace covalente

(39)

39

FORMACIÓN DEL ETANO.

Los electrones de valencia no pueden quedar libres, por lo que otros átomos con electrones de valencia libres se unen al átomo que disponga de electrones libres hasta completarlos.

(40)

40

ENLACES COVALENTES SIMPLES , DOBLES Y TRIPLES.

Enlace covalente simple: Cuando un átomo comparte con otro dos electrones, uno de cada átomo.

Enlace covalente doble: Cuando un átomo comparte con otro cuatro electrones, dos de cada átomo.

Enlace covalente triple: Cuando un átomo comparte con otro seis electrones, tres de cada átomo.

C H

Enlace covalente simple Carbono-Hidrógeno.

C O

Enlace covalente doble Carbono-Oxígeno.

C C

(41)

GIRO ALREDEDOR DE LOS ENLACES SIMPLES , DOBLES Y TRIPLES.

(42)

42

LOS ENLACES COVALENTES DE LOS BIOELEMENTOS PRIMARIOS (I)

El carbono tiene cuatro electrones de valencia. Debido a esto formará 4 enlaces covalentes que podrán ser:

• Cuatro simples.

• Uno doble y dos simples. • Dos dobles.

• Uno simple y uno triple.

C

Cuatro simples

C

Uno doble y dos simples

C

Uno triple y uno simple.

C

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LOS ENLACES COVALENTES DE LOS BIOELEMENTOS PRIMARIOS (II)

H

El hidrógeno tiene un electrón de valencia.

O

N

O

El oxígeno tiene dos electrones de

valencia.

N

N

El nitrógeno tiene tres electrones de valencia.

S

S

El azufre tiene dos electrones de

(44)

44

EJEMPLOS DE LOS ENLACES COVALENTES DEL CARBONO.

C

Metano Cuatro simples

H

H

H

H

C

Formaldehído Dos simples y

uno doble

H

O

H

C

Etino Uno simple y

uno triple.

(45)

C O H

En el pirúvico podemos observar diferentes combinaciones de enlaces dobles y simples del carbono con otros elementos.

O

C

O

C

H

H

(46)

46

Polaridad de los enlaces covalentes: Cuando los átomos unidos por un enlace

covalente pertenecen a elementos de electronegatividad muy diferente, por ejemplo, el O y el H. El más electronegativo atrae hacia sí más el par de electrones del doble enlace, quedando con cierta carga negativa y el menos electronegativo queda con una cierta cantidad de carga positiva. En este caso, diremos que el enlace es polar, lo que tendrá una gran

importancia en los procesos biológicos: polaridad del agua, estabilidad de las proteínas y del ADN, solubilidad.

δ

-δ +

Polaridad del enlace –O-H

δ -

δ +

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Aunque las fórmulas de las moléculas se

representan en un plano, los átomos se disponen según una compleja representación espacial.

Carbono

Oxígeno

Nitrógeno

Azufre

Hidrógeno

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48

LA DISPOSICIÓN ESPACIAL DE LOS ENLACES EN EL CARBONO: HIBRIDACIONES:

Aunque representaremos los átomos en el plano, estos en realidad se encuentran orientados en el espacio. El carbono, dependiendo de los enlaces covalentes, puede tener tres tipos de disposición espacial o hibridaciones.

Hibridación tetraédrica: Cuatro enlaces simples • Hibridación trigonal: Uno doble y dos simples.

Hibridación digonal: Dos dobles o uno simple y uno triple.

H. tetraédrica

C

C

C

C

(49)

49 º

Molécula de metano. En el metano (CH4) el carbono tiene hibridación tetraédrica

Hibridaciones del átomo de carbono. Hibridación tetraédrica.

(50)

50

C

H

H

H

H

No obstante el metano lo representaremos en el plano en su fórmula desarrollada o en su fórmula empírica.

Fórmula desarrollada

CH

4

(51)

51

(52)

52

(53)

C

H

H

H

C

No obstante el etano lo representaremos en el plano en su fórmula desarrollada, en su fórmula semidesarrollada o en su fórmula empírica.

Fórmula desarrollada

H

H

H

Fórmula semidesarrollada

CH

3

-CH

3

Fórmula empírica

(54)

54

(55)

55

(56)

56

(57)

57

(58)

58

(59)

C

H

H

C

No obstante el eteno lo representaremos en el plano en su fórmula desarrollada, en su fórmula semidesarrollada o en fórmula empírica.

Fórmula desarrollada

H

H

Fórmula semidesarrollada

CH

2

=CH

2

Fórmula empírica

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60

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6- Fórmulas

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Las cadenas carbonadas

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62

Tipos de esqueletos de las moléculas orgánicas

-

- C= C=

-

-

-

C-1) Cadena lineal saturada

2) Cadena lineal insaturada

3) Cadena ramificada.

4) Doble ciclo mixto.

(63)

Las moléculas orgánicas, como este

(64)

64

Hidrocarburo de cadena lineal saturada (no olvidar que alrededor de los enlaces simples está permitido el giro).

Carbono

(65)

Este compuesto presenta una cadena lineal saturada

Carbono

Oxígeno

(66)

66

Ácido orgánico de cadena lineal insaturada Doble enlace

Carbono

Oxígeno

(67)

Ácido orgánico de cadena lineal insaturada Dobles enlaces

Carbono

Oxígeno

(68)

68

La glucosa tiene una cadena cíclica

Carbono

Oxígeno

(69)

O

OH

OH

OH

H

H

H

H

H

CH

2

OH

OH

Los monosacáridos, como la glucosa,

presentan una cadena cíclica mixta

(70)

70

(71)
(72)

72

(73)

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5- Grupos funcionales

6- Fórmulas

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FUNCIONES ORGÁNICAS

Concepto

: Agrupaciones características de átomos.

Las principales son:

Alcohol:

-O-H

Cetona:

>C=O

Aldehído:

-CHO

Ácido:

-COOH

Amino:

-NH

2

Amida:

-CONH

2

(75)

75

C O

Función alcohol

H

C O

Función aldehído

H

C

Función cetona

O

C S

Función tiol

H

C O

Función ácido

H

O

C N

Función amina

H

H

C

Función amida

O

N

H

H

(76)

76

Etanol

alcohol

Carbono

Oxígeno

(77)

77

Aminoácido: serina amina

ácido

(78)

78

Aminoácido: cisteína

tiol

(79)

Ácido orgánico de cadena lineal saturada ácido

Carbono

Oxígeno

(80)

80

Ácido orgánico de cadena lineal insaturada ácido

Doble enlace

Carbono

Oxígeno

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Ácido orgánico de cadena lineal insaturada ácido

Dobles enlaces

Carbono

Oxígeno

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82

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4- Las cadenas carbonadas

5- Grupos funcionales

6- Fórmulas

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84

Representación en esferas de una

biomolécula

C

H

N

O

(85)

C= verde N=azul O=rojo H=gris

C

H

(86)
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FÓRMULAS DE LAS BIOMOLÉCULAS

Desarrollada o estructural

: indicando todos los átomos y

enlaces covalentes de la molécula.

Semidesarrollada

: indicando únicamente los enlaces de la

cadena carbonada.

Empírica

: indicando únicamente el número de átomos de

cada elemento de la molécula.

Simplificadas

: las cadenas carbonadas se representan

mediante una línea quebrada en la que no se indican

(88)

88

C O H

El ácido pirúvico en su fórmula desarrollada.

O

C

O

C

H

H

H

(89)

Fórmula semidesarrollada del ácido pirúvico.

CH

3

-CO-COOH

Fórmula empírica del ácido pirúvico.

(90)

90

C

H

H

C

Veamos en conjunto cómo son las fórmulas desarrollada, semidesarrollada y empírica del eteno.

Fórmula desarrollada

H

H

Fórmula semidesarrollada

CH

2

=CH

2

Fórmula empírica

(91)

91

Función alcohol terminal

CHO

Función aldehído

CO

Función cetona

CHSH

Función tiol

COOH

Función ácido

CH

2

NH

2

Función amina terminal

CONH

2

Función amida

CH

2

OH

Fórmula semidesarrollada de los principales grupos funcionales.

(92)

92

HO

Ejemplo de molécula

biológica: el colesterol, en su fórmula simplificada.

CH2 CH CH2 C CH CH2 CH CH CH 2 CH2 CH C CH2 CH2 CH C

CH2 CH

3

CH3

CH CH3 CH

2 CH2 CH2 CH CH3 CH3

(93)

Ejemplo de molécula biológica en su fórmula simplificada.

COOH

OH OH

(94)

94

La grandes moléculas se representan esquemáticamente. Ejemplo de

(95)

La grandes moléculas se representan esquemáticamente. Ejemplo de

(96)

96

CONCEPTOS DE MACROMOLÉCULA, MONÓMERO Y

POLÍMERO

Macromolécula:

Grandes moléculas de masa superior a 10

4

da (1da=1uma).

Polímero:

Moléculas resultantes de la unión de unidades

menores (monómeros).

(97)

Ejemplo de macromolécula: fragmento de almidón, un polisacárido.

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98

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ENLACES INTER E INTRAMOLECULARES

Son aquellos enlaces que se dan entre moléculas o partes de una molécula, que le dan una mayor estabilidad.

Así:

Puentes disulfuro: -S-S- ( a partir de grupos tiol) muy resistentes (proteínas).

Enlace hidrógeno: ( N-H, O-H, C=O ) fuerzas eléctricas entre átomos con diferente electronegatividad, lo que le da a la molécula una distribución diferencial de cargas + y - (Ejemplo: Proteínas y ácidos nucleicos).

Enlace iónico: se dan en moléculas que contienen -COO- y

-NH+

3, que en agua se encuentran ionizados.

Uniones hidrofóbicas: debidas a diferencias de solubilidad respecto al agua (membranas celulares).

(100)

100

Los puentes disulfuro se forman cuando reaccionan dos grupos tiol (-S-H) dando –S-S- y H2.

S S

(101)

101 Glúcido Glúcido

Cadena pesada (H)

Cadena ligera (L)

Zona bisagra

Parte variable Parte constante Puentes disulfuro

(102)

102

Los enlaces de hidrógeno se forman al atraerse átomos unidos mediante enlaces covalentes polares.

δ

-δ +

δ

-δ +

(103)

Enlaces de hidrógeno entre bases nitrogenadas en el ADN

Las bases de una de las cadenas se enlazan con las de la otra por medio de enlaces de hidrógeno. La adenina se une a la timina y la citosina a la guanina.

Adenina

Timina

Guanina

(104)

104

Enlaces iónicos o interacciones ácido-base: Los grupos ácidos, en medio

acuoso y en función del pH del medio, pierden H+ y se ionizan dando –COO-. Los

grupos amino son básicos y en medio acuoso captan H+ y quedan cargados

positivamente (-NH3+). El enlace iónico se establece cuando quedan próximos

grupos ácidos y amino cargados diferentemente, al atraerse las cargas eléctricas que portan.

Grupo -COOH

-

+

Grupo H2

N-C-Estas interacciones moleculares son relativamente débiles en medio acuoso, pero van a tener gran importancia en la estabilidad de la estructura de ciertas moléculas

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105

CLASES DE BIOMOLÉCULAS O PRINCIPIOS INMEDIATOS

Concepto: moléculas que pueden extraerse de la materia viva inmediatamente, por métodos físicos sencillos.

Inorgánicos: agua (70%), dióxido de carbono, sales minerales.

Orgánicas: Glúcidos Lípidos

Proteínas (20%) Ácidos nucleicos.

Biocatalizadores: Moléculas orgánicas de importancia pero

necesarios en pequeña cantidad. Nunca tienen función energética ni estructural.

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106 Practica con esta interesante web de Lourdes Luengo:

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6- Fórmulas

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