BLOQUE 1º.- LA BASE MOLECULAR Y
FISICO-QUÍMICA DE LA VIDA
.- Introducción a los componentes químicos de la
célula. Tipos, estructura, propiedades y funciones.
.- Bioelementos y oligoelementos.
.- Los enlaces químicos y su importancia en
biología.
.- Moléculas e iones inorgánicos: agua y sales
minerales.
.- Fisicoquímica de las dispersiones acuosas.
Difusión, ósmosis y diálisis.
.- Moléculas orgánicas: hidratos de carbonos,
lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
Concepto de Fisiología
FISIOLOGÍA
FUNCIONAMIENTO
Physiologia
:
Conocimiento de la Naturaleza.
Definición actual:
Ciencia que estudia los fenómenos físicos y químicos
que permiten el funcionamiento de los seres vivos y su adaptación a los
cambios del entorno que los rodea
1.Introducción a los componentes químicos
De la célula
¿Qué es la vida?
Características fundamentales de los seres vivos:
Niveles de organización funcional
Detrás de la gran diversidad biológica
subyace una
UNIFORMIDAD
QUÍMICA.
Todos los seres vivos están formados por la combinación de
25 ELEMENTOS QUÍMICOS.
Estos, son elementos que también se encuentran en la materia inanimada
Las bases moleculares de la vida, son estudiadas por la bioquímica, la biología molecular y celular, la
genética molecular, etc, que intentan comprender las estructuras moleculares, sus interacciones y los
Puesto que la vida surgió en los mares primitivos de
la Tierra,
los elementos esenciales de la vida son
seleccionados por
:
Su comportamiento en el medio
acuoso( solubilidad, viscosidad, etc)
La reactividad de los átomos y los tipos de
enlaces que se pueden establecer con las moléculas
orgánicas, características fisicoquímicas. En general
los orbitales atómicos son responsables de la
•
Químico.
Átomos y moléculas, los
constituyentes de la materia viva.
•
Celular.
Célula, la unidad estructural y
funcional básica.
•
Tisular (hístico).
Tejidos, grupos de células
similares especializadas en en funciones
especiales.
•
Órganico.
Órganos, estructuras de
morfología definida formadas por diferentes
tejidos, con funciones específicas
•
Sistémico.
Diferentes órganos unidos para
desempeño de una función.
•
Organismo
. conjunto de sistemas
integrados estructural y funcionalmente.
Los seres vivos están formados por bioelementos, primarios y
secundarios. Estos, los biolementos o elementos biogénicos son los
elementos que constituyen la materia viva.
BIOLEMENTOS PRIMARIOS : ( 96% DEL TOTAL DE LA MATERIA VIVA) y
Estos bioelementos primarios constan de seis elementos:
O, C, H, N, P y
S.
Elementos de una
masa atómica relativamente pequeña,
aspecto este
que favorece su combinación mediante
enlaces covalentes estables
.
( debido a que cuanto menor sea la masa de un átomo mayor es la tendencia
del núcleo a completar el último orbital con los electrones que forman los
enlaces). El
O
y el
N
son elementos que se disuelven bien en el agua y
pueden reaccionar entre si.
BIOELEMENTOS SECUNDARIOS: dos tipos, los indispensables (
Ca, Na K,
Mg, Cl, Fe, I
) y los variables (
Br, Ti, Zn
)
El agua es la molécula más abundante de todos los seres vivos y se
Concepto de Biomoléculas.:Son sustancias orgánicas
(carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos) e
inorgánicas ( agua, minerales ó sales, y gases como Oxígeno O2, dióxidos de carbono y el Nitrógeno) a partir de las cuales se constituye la materia viva de los
organismos y están formadas por la combinación de los diferentes elementos biogénicos unidos mediante
enlaces. Las vitaminas, enzimas y hormonas son
EL GRUPO DEL CARBONO Y EL
HIDRÓGENO.
• La gran cantidad de compuestos orgánicos que existen
tiene su
explicación en las características del átomo de carbono
, que
tiene cuatro electrones en su capa de valencia: según la regla del
octeto necesita ocho para completarla, por lo que forma cuatro
enlaces (valencia = 4) con otros átomos formando un tetraedro, una
pirámide de base triangular. .
El hecho de que el
Carbono sea tetravalente, significa que tiene 4 electrones
desapareados en su última capa y, por lo tanto, puede presentar
4 enlaces covalentes
con radicales de diversos tipos como,
EL GRUPO DEL CARBONO Y EL
HIDRÓGENO.
El átomo de carbono, que tiene cuatro electrones en su capa de valencia: forma enlaces covalentes apolares (Son sustancias cuyas moléculas no son dipolos, es decir, las moléculas tienen sus cargas eléctricas compensadas y distribuidas con igual densidad en toda su superficie) estables con otros átomos de carbono y también con otros de hidrógeno. Se constituyen así compuestos de carbono que son MACROMOLÉCULAS de largas cadenas hidrocarbonadas muy estables.
La idoneidad del carbono,… el carbono es muy escaso en la corteza terrestre, los organismos vivos concentran carbono en
grandes proporciones. El carbono es la COLUMNA VERTEBRAL de las BIOMOLÉCULAS. Este
esqueleto carbonado son átomos de carbono unidos con enlaces covalentes que forman cadena lineales, ramificadas o cíclicas que a su vez están unidas a otros
EL GRUPO DEL OXÍGENO, NITRÓGENO,
AZUFRE Y FÓSFORO.
• E
stos átomos son elementos electronegativos, y, al establecerse
enlaces covalentes con el hidrógeno o entre sí, dan lugar a
moléculas dipolares( agua, amoniaco, sulfídrico, fosfatos).
• Si a una cadena hidrocarbonada, apolar, se le añaden suficientes
grupos polares como =O, -OH, -NH
2, -SH, -H
2PO
4, etc., se `puede
llegar a tener una cierta polaridad y, por tanto, ser soluble en agua.
OXÍGENO.- es el mas electronegativo, el que mas polaridad aporta.
NITRÓGENO.- se encuentra formando grupos amino,( -NH2 ), en los aas y en las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos.
AZUFRE.- se encuentra formando el radical sulfhidrilo (-SH) en muchas
proteínas. Estos radicales forman los enlaces disulfuro que cooperan con otros para mantener la estructura de las proteínas.
FÓSFORO.- constituye principalmente los grupos fosfato (-PO4)3- , que son
Moléculas e iones inorgánicos: agua y
sales minerales.
• Agua.- ,la vida se apoya en su
comportamiento anormal.
1.- Estructura de la molécula y carácter dipolar.- un ángulo de 104,5º entre los enlaces H-O-H, por esos dipolos adquiere un carácter polar, electronegativo en el O ”- ” y positivo en el H “+ ”.Las moléculas de
agua se unen entre si por PUENTES DE
HIDRÓGENO debido a este carácter dipolar, y
Los puentes de hidrógeno ( fuerzas de Van der Waals, es fuerza atractiva o repulsiva) son los responsables de las propiedades características del agua; entre ellas, de la gran
cohesión, o atracción mutua, de sus moléculas. La cohesión trae como consecuencia la alta tensión superficial que permite, por ejemplo, que una hoja de afeitar colocada delicadamente sobre la superficie del agua flote.
La enorme cantidad de puentes de hidrógeno que presenta el agua también es responsable de su
resistencia a los cambios de temperatura. El agua tiene un alto calor específico -o capacidad calorífica- un alto calor de vaporización y un alto calor de fusión. La acción capilar -o capilaridad - y la imbibición son también fenómenos relacionados con las uniones entre moléculas de agua. Si se mantienen dos láminas de vidrio juntas y se sumerge un extremo en agua, la
cohesión y la adhesión combinadas harán que el agua ascienda entre las dos láminas por
capilaridad. De igual modo, la capilaridad hace que el agua suba por tubos de vidrio muy finos, que ascienda en un papel secante, o que atraviese lentamente los pequeños espacios entre las partículas del suelo y, de esta manera, esté disponible para las raíces de las plantas. La
imbibición, por otra parte, es la absorción o penetración capilar de moléculas de agua en sustancias tales como la madera o la gelatina que, como resultado de ello, se hinchan. Las presiones desarrolladas por imbibición pueden ser sorprendentemente grandes.
PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS Y FUNCIONES BIOLÓGICAS DEL AGUA.-El agua como solvente
Dentro de los sistemas vivos, muchas sustancias se encuentran en solución acuosa. Una
Aunque la molécula es neutra en cargas negativas y positivas, vemos que las cargas
negativas se concentran de una forma desigual, estas cargas negativas están como más alrededor del Oxígeno, y las positivas cerca de los átomos de H2. Esto crea una POLARIDAD. Es decir como dos polos de distinto signo.
De tal manera que entre cada molécula de agua se establecen unas fuerzas de atracción de signo opuesto. Estas uniones se denominan PUENTES DE HIDRÓGENO.
Nota.- El enlace covalente ( aquel en que se comparten electrones ) puede ser polar es decir que el momento dipolar( distribución de carga) sobre uno de los componentes es mas
positivo(polo positivo) y sobre el otro es mas negativo (polo negativo) por lo
tanto el momento dipolar no es nulo. Generalmente se disuelven en agua
que tiene una molécula polar o bipolar y se utiliza como solvente universal de moléculas polares y tb de moléculas iónicas
Un enlace covalente apolar o bien nulo significa que el momento dipolar
EL AGUA
EL AGUA
.- Sustancia imprescindible para la vida. Esto lo explica sus:
PROPIEDADES. Los
puentes de hidrógeno
y la
polaridad
del agua explica su
1. GRAN CAPACIDAD DISOLVENTE , con las sustancias iónicas, como por ejemplo,el
Cl Na, el agua separa sus iones orientando gracias a la polaridad las cargas de los
iones. Esta propiedad de disolver debido a su polaridad también lo hace con los
glúcidos, aminoácidos y otros…. Las sustancias que contienen moléculas con grupos
hidrofóbicos y grupos hidrofílicos se dispersan en el agua con la parte hidrofílica
hacia el agua y la hidrofóbica replegadas hacia el interior a modo de esferas
(micelas) como ocurre con los glicerofosfolípidos.
2.Y SU ELEVADO CALOR ESPECÍFICO, debido a que los puentes de hidrógeno limitan
la movilidad de las moléculas ( calor) y se retarda el incremento de la agitación
térmica frente al calor. ( necesita mas calor para que pueda aumentar su
temperatura, y es mayor la cantidad de calor que el agua debe desprender para
que su temperatura descienda.
En los seres vivos pasa a ser el disolvente para transportar las sustancias y además participar en las reacciones metabólicas.
Usos bioquímicos del agua •La fotosintesis
SALES INORGÁNICAS O MINERALES
SALES INORGÁNICAS O MINERALES: En función de su solubilidad en agua son INSOLUBLES Y SOLUBLES.
S.I. INSOLUBLES.- presentan la función plástica por formar estructuras sólidas con
funciones de protección y sostén ( Carbonato cálcico, fosfatos, cloruros, fluoruros de calcio, otolitos.
S.I. SOLUBLES.- se encuentran disociadas en sus iones correspondientes ( cationes y aniones) o electrolitos cuyas funciones son varias:
• Funciones catalíticas, algunos iones (Cu+,Mn2+, Mg2+, Zn+, etc,) actúan
como cofactores enzimáticos; el Fe 2+ y el Fe 3+ forma parte del grupo hemo; el Ca2+ interviene en la contracción muscular y en procesos relacionados con la
coagulación de la sangre)
• Funciones osmóticas, interviniendo en la distribución del agua en los
compartimentos orgánicos, generando gradientes electroquímicos que mantienen el potencial de membrana e del potencial de acción en la sinapsis neuronal.
• Función tamponadora, manteniendo el pH constante mediante los sistemas carbonato-hidrógenocarbonato ( CO32-/HCO
3-) y monofosfato-bifosfato
H2PO4-/HPO 42-.
• Función nutriente, determinadas sales (NO
-3, SO2-4, PO3-4, etc) son fuente
Difusión, ósmosis y diálisis
• Todas las células tienen membrana plasmática que regula el paso
de sustancias de dentro a fuera y de fuera a dentro; el proceso que
determina este movimiento se llama
DIFUSIÓN
. Difusión que
puede ser por
ósmosis
( difusión de las moléculas del solvente a
través de la membrana) o por
diálisis
( difusión de las moléculas
del soluto a través de la membrana, la diálisis es el proceso de
separar las moléculas en una solución por la diferencia en sus
índices de difusión a través de una membrana semipermeable. ).
•
Transporte pasivo
Transporte pasivo
van las moléculas de mayor a menor gradiente
de concentración.
• La
ósmosis
es un fenómeno físico
relacionado con
el comportamiento de un
sólido como soluto de una solución ante
una membrana semipermeable para el
solvente pero no para los solutos. Tal
comportamiento entraña una difusión
compleja a través de la membrana, sin
"gasto de energía".
La ósmosis del agua es
un fenómeno biológico importante para la
.- Moléculas orgánicas: hidratos de carbonos.
Propiedades
Propiedades
de losmonosacáridos.-Físicas.- dulces en estado sólido, cristales blancos, muy solubles en agua por su fuerte polaridad de sus grupos hidroxilo (-OH) formando puentes de hidrógeno con el agua.La disposición tetraédrica de los diferentes grupos funcionales alrededor de los átomos de carbono facilita la formación de isómeros espaciales e isómeros ópticos.
Químicas.- la presencia del grupo carbonilo ( aldehído o cetona) les confiere la
propiedad de ser muy reductores frente a determinadas sustancias ( ión cúprico pasa a ión cuproso, mientras el grupo carbonilo(-CO-) pasa se oxida a carboxílico (-COOH)
1.Glúcidos.
Los glúcidos son compuestos formados en su mayor parte por átomos de
carbono e hidrógeno y en una menor cantidad de oxígeno. Los glúcidos tienen
enlaces químicos difíciles de romper llamados covalentes, que poseen gran cantidad
de energía, que es liberada al romperse estos enlaces. Una parte de esta energía es
aprovechada por el organismo consumidor, y otra parte es almacenada en el
organismo.
Quimicamente son POLIHIDROXIALDEHIDOS o POLIHIDROXIACETONAS. O
bien la unión de moléculas de este tipo.
Los glúcidos más simples, los monosacáridos, están formados
por una sola molécula; no pueden ser hidrolizados a glúcidos más pequeños. La
fórmula química general de un monosacárido no modificado es (CH
2O)
n, donde n
es cualquier número igual o mayor a tres. Los monosacáridos poseen siempre un
grupo carbonilo en uno de sus átomos de carbono y grupos hidroxilo en el resto,
por lo que pueden considerarse polialcoholes.
MONOSACARIDOS
Los monosacáridos se clasifican de acuerdo a tres características
diferentes: la posición del grupo carbonilo, el número de átomos de carbono que
contiene y su quiralidad (ISOMERÍA). Si el grupo carbonilo es un aldehido, el
monosacárido es una aldosa; si el grupo carbonilo es una cetona, el monosacárido
es una cetosa. Los monosacáridos más pequeños son los que poseen tres átomos
de carbono, y son llamados triosas; aquéllos con cuatro son llamados tetrosas, lo
que poseen cinco son llamados pentosas, seis son llamados hexosas y así
CICLACIÓN DE LA GLUCOSA.-Las hexosas son monosacáridos (glúcidos simples) formados por una cadena de seis
Los disacáridos
son glúcidos formados por dos moléculas demonosacáridos y, por tanto, al hidrolizarse producen dos monosacáridos libres. Los dos monosacáridos se unen mediante un enlace covalente conocido como enlace
glucosídico, tras una reacción de deshidratación que implica la pérdida de un átomo de hidrógeno de un monosacárido y un grupo hidroxilo del otro monosacárido, con la
consecuente formación de una molécula de H2O, de manera que la fórmula de los disacáridos no modificados es C12H22O11.
La sacarosasacarosa es el disacárido más abundante y la principal forma en la cual los glúcidos son transportados en las plantas. Está compuesto de una molécula de glucosa y una molécula de fructosa. El nombre sistemático de la sacarosa ,
O-α-D-glucopiranosil-(1→2)-D-fructofuranosido, indica cuatro cosas: Sus monosacáridos: glucosa y fructosa. El tipo de sus anillos: glucosa es una piranosa y fructosa es una furanosa.
Como están ligados juntos: el oxígeno sobre el carbono uno (C1) de α-glucosa está enlazado al C2 de la fructosa.
El sufijo -osido indica que el carbono anomérico de ambos monosacáridos participan en el enlace glicosídico.
Los oligosacáridos
Los oligosacáridos
están compuestos por entre tres y nueve moléculas de monosacáridos que al hidrolizarse se liberan. No obstante, la definición de cuan largo debe ser un glúcido para ser considerado oligo o polisacárido varía según los autores. Según el número de monosacáridos de la cadena se tienen los trisacáridos (como la rafinosa ), tetrasacárido (estaquiosa), pentasacáridos, etc. Los oligosacáridos se encuentran con frecuencia unidos a proteínas, formando las glucoproteínas, como una forma común de modificación tras la síntesis proteica. Estas modificaciones posttraduccionales incluyen los oligosacáridos de Lewis, responsables por las incompatibilidades de los
grupos sanguíneos, el epítope alfa-Gal responsable del rechazo hiperagudo en xenotrasplante y
Los polisacáridos
son cadenas, ramificadas o no, de más de diez monosacáridos. Los polisacáridos representan una clase importante de polímeros biológicos. Su función en los organismos vivos está relacionada usualmente con estructura o almacenamiento. El almidónes usado como una forma de almacenar monosacáridos en las plantas, siendo encontrado en la forma de amilosa y la amilopectina (ramificada). En animales, se usa el glucógeno en vez de almidón el cual es estructuralmente similar pero más densamente ramificado. Las
propiedades del glucógeno le permiten ser metabolizado más rápidamente, lo cual se ajusta a la vida activa de los animales con locomoción.
La celulosa y la quitina son ejemplos de polisacáridos estructurales. La celulosa y es usada en la pared celular de plantas y otros organismos y es la molécula más abundante sobre la
Concepto de Biología. Concepto de ser vivo. Nociones básicas acerca de la composición química de los seres vivos. Principales biomoléculas inorgánicas y orgánicas, sus constituyentes básicos y funciones principales: el agua, las sales minerales, glúcidos, lípidos, proteínas, enzimas, vitaminas, hormonas, ácidos nucleicos.
Carbohidratos o hidratos de carbono: ha habido intentos para sustituir el término de hidratos de carbono. Desde 1996 el Comité Conjunto de la Unión
Internacional de Química Pura y Aplicada (International Union of Pure and Applied Chemistry[1] ) y de la Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular
(International Union of Biochemistry and Molecular Biology) recomienda el término
carbohidrato y desaconseja el de hidratos de carbono.
Glúcidos: este nombre proviene de que pueden considerarse derivados de la glucosa por polimerización y pérdida de agua. El vocablo procede del griego "glycýs", que significa dulce.
Azúcares: este término sólo puede usarse para los monosacáridos (aldosas y cetosas) y los oligosacáridos inferiores (disacáridos). En singular (azúcar) se utiliza para referirse a la sacarosa o azúcar de mesa.
Concepto de Biología. Concepto de ser vivo. Nociones básicas acerca de la composición química de los seres vivos. Principales biomoléculas inorgánicas y orgánicas, sus constituyentes básicos y funciones principales: el agua, las sales minerales, glúcidos, lípidos, proteínas, enzimas, vitaminas, hormonas, ácidos nucleicos.
Glucosa
Moléculas de D- y L-glucosa
Azúcares
Los azúcares son hidratos de carbono generalmente blancos y cristalinos, solubles en agua y con un sabor dulce. (glycid)
Los monosacáridos son azúcares simples Númer o de Carbon os Categorí a Ejemplos
4 Tetrosa Eritrosa, Treosa
5 Pentosa Arabinosa, Ribosa, Ribulosa, Xilosa, Xilulosa, Lixosa
6 Hexosa Alosa, Altrosa, Fructosa, Galactosa, Glucosa, Gulosa, Idosa, Manosa, Sorbosa, Talosa, Tagatosa
7 Heptosa Sedoheptulosa
Concepto de Biología. Concepto de ser vivo. Nociones básicas acerca de la composición química de los seres vivos. Principales biomoléculas inorgánicas y orgánicas, sus constituyentes básicos y funciones principales: el agua, las sales minerales, glúcidos, lípidos, proteínas, enzimas, vitaminas, hormonas, ácidos nucleicos.
Las estructuras de los sacáridos se distinguen
principalmente por la orientación de los grupos
hidroxilos (
-OH
). Esta pequeña diferencia estructural
tiene un gran efecto en las propiedades bioquímicas,
las características organolepticas (e.g., sabor), y en las
propiedades físicas como el punto de fusión y la
rotación específica de la luz polarizada. Un
monosacárido de forma lineal que tiene un grupo
carbonilo (
C=O
) en el carbono final formando un
aldehído (
-CHO
) se clasifica como una
aldosa
. Cuando
el grupo carbonilo está en un átomo interior formando
una cetona, el monosacárido se clasifica como una
Concepto de Biología. Concepto de ser vivo. Nociones básicas acerca de la composición química de los seres vivos. Principales biomoléculas inorgánicas y orgánicas, sus constituyentes básicos y funciones principales: el agua, las sales minerales, glúcidos, lípidos, proteínas, enzimas, vitaminas, hormonas, ácidos nucleicos. Tetrosas Pentosas
D-Eritrosa D-Treosa
Concepto de Biología. Concepto de ser vivo. Nociones básicas acerca de la composición química de los seres vivos. Principales biomoléculas inorgánicas y orgánicas, sus constituyentes básicos y funciones principales: el agua, las sales minerales, glúcidos, lípidos, proteínas, enzimas, vitaminas, hormonas, ácidos nucleicos.
La forma anular de la ribosa es un componente del ácido ribonucleico (ARN). La desoxirribosa, que se distingue de la ribosa por no tener un oxígeno en la
posición 2, es un componente del ácido desoxirribonucleico (ADN). En los ácidos nucleicos, el grupo hidroxilo en el carbono numero 1 se reemplaza con bases nucleótidas.
Concepto de Biología. Concepto de ser vivo. Nociones básicas acerca de la composición química de los seres vivos. Principales biomoléculas inorgánicas y orgánicas, sus constituyentes básicos y funciones principales: el agua, las sales minerales, glúcidos, lípidos, proteínas, enzimas, vitaminas, hormonas, ácidos nucleicos.
Hexosas
Hexosas, como las que están ilustradas aquí, tienen la fórmula molecular C6H12O6. El químico alemán Emil Fischer (1852-1919) identificó los estereoisómeros de estas aldohexosas en 1894. Por este trabajo recibió un Premio Nobel en 1902.
D-Alosa D-Altrosa D-Glucosa D-Manosa
Concepto de Biología. Concepto de ser vivo. Nociones básicas acerca de la composición química de los seres vivos. Principales biomoléculas inorgánicas y orgánicas, sus constituyentes básicos y funciones principales: el agua, las sales minerales, glúcidos, lípidos, proteínas, enzimas, vitaminas, hormonas, ácidos nucleicos.
Los disacáridos son carbohidratos formados por dos azúcares simples.
Descripción y componentes de los disacáridos
Disacárido Descripción Componentes
sucrosa azúcar común glucosa 1α→2 fructosa maltosa producto de la hidrólisis del almidón glucosa 1α→4 glucosa trehalosa se encuentra en los hongos glucosa 1α→1 glucosa lactosa el azúcar principal de la leche galactosa 1β→4 glucosa melibiosa se encuentra en plantas leguminosas galactosa 1α→6 glucosa
Concepto de Biología. Concepto de ser vivo. Nociones básicas acerca de la composición química de los seres vivos. Principales biomoléculas inorgánicas y orgánicas, sus constituyentes básicos y funciones principales: el agua, las sales minerales, glúcidos, lípidos, proteínas, enzimas, vitaminas, hormonas, ácidos nucleicos.
Trisacáridos
La rafinosa (o melitosa) es un trisacárido que se encuentra en muchas plantas leguminosas y crucíferas como los frijoles (judías), guisantes, col, y brócoli. La rafinosa está formada por una molécula de galactosa conectada a una de
sucrosa por un enlace glicosídico 1α→6. Este sacárido es indigestible por los seres humanos y se fermenta en el intestino grueso por bacterias que
producen gas. Tabletas que contienen la enzima alfa-galactosidasa, como el suplemento farmacéutico Beano, se usan frecuentemente para ayudar a la digestión y para evitar el meteorismo y flatulencias. La enzima se deriva de variedades comestibles del hongo Aspergillus niger.
Concepto de Biología. Concepto de ser vivo. Nociones básicas acerca de la composición química de los seres vivos. Principales biomoléculas inorgánicas y orgánicas, sus constituyentes básicos y funciones principales: el agua, las sales minerales, glúcidos, lípidos, proteínas, enzimas, vitaminas, hormonas, ácidos nucleicos.
Celulosa
La celulosa es un polímero con cadenas largas sin ramificaciones de β-D-Glucosa y se distingue del almidón por tener grupos -CH2OH alternando por arriba y por debajo del plano de la molécula. La ausencia de cadenas laterales permite a las moléculas de celulosa acercarse unas a otras para formar estructuras rígidas. La celulosa es el material estructural más común en las plantas. La madera consiste principalmente de celulosa, y el algodón es casi celulosa pura. La celulosa puede ser desdoblada
(hidrolizada) en sus glucosas constituyentes por microorganismos que residen en el sistema digestivo de las termitas y los rumiantes. La celulosa se puede modificar en el laboratorio tratándola con ácido nítrico (HNO3) para reemplazar todos los grupos hidroxilos con nitratos (-ONO2) y producir el nitrato de celulosa (nitrocelulosa o
.Moléculas orgánicas: Lípidos.
Los
lípidos
son un conjunto de moléculas orgánicas, la mayoría
biomoléculas, compuestas principalmente por carbono e hidrógeno y en menor
medida oxígeno, aunque también pueden contener en menor proporción
fósforo, azufre y nitrógeno, que tienen como característica principal el ser
hidrofobitas o insolubles en agua y sí en disolventes orgánicos como la
bencina, el alcohol, el benceno y el cloroformo, éter, xilol , etc.
En el uso coloquial, a los lípidos se les llama incorrectamente
grasas
, ya que las grasas son sólo un tipo de lípidos procedentes de animales.
Los lípidos cumplen funciones diversas en los organismos vivientes, entre ellas
la de
reserva energética
(triglicéridos), la
estructural
(fosfolípidos de las
bicapas), la
reguladora u hormonal
(esteroides) y la vitáminica ( vitaminas
liposolubles A,D,E y K).
Las grasas también desempeñan una importante reserva de agua; la
combustión metabólica de las grasas mediante la respiración aerobia en las
mitocondrias genera gran cantidad de agua metabólica ( 1 mol de ácido
Clasificación biológica
Los lípidos son un grupo muy heterogéneo que usualmente se clasifican en dos grupos:
Lípidos saponificables
Simples. Lípidos que sólo contienen carbono, hidrógeno y oxígeno.
Acilglicéridos. Cuando son sólidos se les llama grasas y cuando son líquidos a temperatura ambiente se llaman aceites.
Céridos (ceras)
Complejos. Son los lípidos que además de contener en su molécula carbono, hidrógeno y oxígeno, también contienen otros elementos como nitrógeno, fósforo, azufre u otra biomolécula como un glúcido. A los lípidos complejos también se les llama lípidos de membrana pues son las principales moléculas que forman las membranas celulares.
Fosfolípidos
Fosfoglicéridos
Fosfoesfingolípidos.- los esfingolípidos poseen tres componentes básicos característicos: un aminoalcohol de cadena larga llamado esfingosina (1,3-dihidroxi-2-amino-4-octadeceno). Los carbonos 1, 2 y 3 de esta molécula son portadores de grupos funcionales (-OH, NH2, -OH) y cuando un ácido graso saturado o insaturado de cadena larga se une al carbono 2 por medio de un enlace amida se obtiene una ceramida, la cual es la unidad estructural
Un ácido graso es una biomolécula orgánica de naturaleza lipídica formada por una larga cadena hidrocarbonada lineal, de número par de átomos de carbono, en cuyo extremo hay un grupo
carboxilo. Estructura 3D del ácido linoleico, un tipo de ácido graso. En rojo se
observa la cabeza polar correspondiente a un grupo
Se llaman
ácidos grasos
ácidos grasos
esenciales
esenciales
a algunos ácidos grasos, como el linoleico, linolénico o elaraquidónico que el organismo no puede sintetizar, por lo que deben obtenerse por medio de la dieta.
Tanto la dieta como la biosíntesis suministran la mayoría de los ácidos grasos requeridos por el organismo humano, y el exceso de proteínas y glúcidos ingeridos se convierten con facilidad en ácidos grasos que se almacenan en forma de triglicéridos. No obstante, muchos mamíferos, entre ellos el hombre, son incapaces de sintetizar ciertos ácidos grasos
poliinsaturados con dobles enlaces cerca del extremo metilo de la
molécula. En el ser humano es esencial la ingestión de un precursor en la dieta para dos series de ácidos grasos, la serie del ácido linoleico (serie ω-6) y la del ácido linolénico (serie ω-3).
Un
ácido graso
ácido graso
es un ácido
orgánico formado por una cadena
hidrocarbonada, generalmente
lineal, que se puede considerar
derivado de la
cadena alifática
(
cadena lineal, abierta)
de un
Biosíntesis de ácidos grasos
El primer paso en la biosíntesis de ácidos grasos es la síntesis de ácido palmítico, ácido graso saturado de 16 carbonos; los demás ácidos grasos se obtienen por modificaciones del ácido palmítico.
El ácido palmítico se sintetiza secuencialmente en el citosol de la célula, gracias a la acción del polipéptido multienzimático ácido graso sintasa, por adición de unidades de dos carbonos
aportadas por el acetil coenzima A; el proceso completo consume 7 ATP y 14 NADPH; la reacción global es la siguiente:[2]
8 Acetil-CoA + 14 (NADPH + H+) + 7 ATP → Ácido palmítico (C16) + 8 CoA + 14 NADP+ + 7 (ADP + Pi) + 6 H2O
La fuente principal de acetil-CoA proviene del citrato (véase ciclo de Krebs) que es transportado desde la matriz mitocondrial al citosol por un transportador específico de la membrana interna mitocondrial; una vez en el citosol, el citrato es escindido en oxalacetato y acetil-CoA, reacción que consume 1 ATP. El poder reductor, en forma de NADPH, lo suministra la ruta de la pentosa fosfato.
En realidad, las unidades de dos carbonos que se añaden secuencialmente son aportadas por el malonil-CoA que, a su vez, es sintetizado por la enzima acetil-CoA carboxilasa, que adiciona un grupo carboxilo al acetil-CoA.
El cuerpo humano puede sintetizar casi todos los ácidos grasos que requiere a partir del ácido palmítico, mediante la combinación de estos mecanismos:
Alargamiento. Mediante este proceso, que tienen lugar en el retículo endoplasmático y en la mitocondrias, se adicionan unidades de dos carbonos a la cadena de C16 del ácido palmítico, obteniéndose ácidos grasos de hasta C24.
El prefijo esfingo- proviene de la naturaleza
Isopreno es el sinónimo de 2-metil-1,3-butadieno. El isopreno se
elabora de forma natural en los animales y en las plantas y es generalmente el hidruro más
encontrado en el cuerpo humano. La producción estimada de isopreno en el cuerpo humano es de 15
µmol/kg/h, equivalente
aproximadamente a 17 mg/día para una persona de 70 kg. El Isopreno es conocido también en bajas
concentraciones en algunos alimentos.
Los terpenos o isoprenoides son una vasta y diversa clase de compuestos orgánicos
derivados del isopreno (o
2-metil-1,3-butadieno), un hidrocarburo de cinco átomos de carbono. El nombre proviene de que los primeros miembros de esta clase fueron
Los
ácidos grasos
ácidos grasos
son importantes carburantes metabólicos de la célula,
pueden encontrarse libre en el plasma o en el interior de la célula, pero lo
normal es que se encuentren unidos mediante enlaces éster a los grupos
alcohol de determinadas moléculas y formen parte de la estructura de las
grasas, de los glicerolípidos y esfingolípidos de las membranas biológicas y de
las ceras. O también esterificando el colesterol. Dos son las características
fundamentales que permiten diferenciar a unos ácidos grasos de otros:
.-La longitud de la cadena alifática ; corta de 4 a 6; media hasta 10; y larga de
12 a 24 y mas átomos de carbono.
.-El grado de saturación, los ác. grasos son saturados cuando hay enlaces
simples ( ejemplo el ácido palmítico 16:0). E insaturados cuando hay dobles
enlaces( ejemplo el ácido oleico 18:1
9, el ácido linoleico 18:2
6, ó el ácido a
linolénico 18:3
3, e ácido Araquidónico
20:4
6
) . ( mono o poliinsaturados)
Los tres ácidos grasos poliinsaturados se les llama ácidos grasos esenciales, antes vitamina F, son el ácido linoleico 18:26, el ácido a linolénico 18:33, y el ácido Araquidónico 20:6. Son precursores de los eicosanoides (prostaglandinas,
tromboxanos, leucotrienos y prostaciclinas).Estos son mediadores locales formándose a expensas del araquidónico, almacenado en los fosfolípidos de las membranas, regulan la presión sanguínea, median en la respuesta inflamatoria y en el agregamiento
.- Moléculas orgánicas: proteínas
Las proteínas son polímeros de aminoácidos
.Las principales funciones de las proteínas son: constituir estructuras ( función plástica); favorecer y regular las reacciones bioquímicas ( transporte, enzimas, etc.)
Los AMINOÁCIDOS, son compuestos orgánicos de baja masa molecular, caracterizados por tener un GRIUPO CARBOXILO –COOH y un grupo AMINO –NH2.
Son sólidos, cristalinos, solubles en agua, con punto de fusión elevado y con actividad óptica ( dextrógiros o levógiros).
Los aas primarios son aquellos que constituyen las proteínas, de masa
molecular media de 120 u y presentan el grupo amino unido al mismo carbono al que se une el grupo carboxilo, el llamado carbono , según sea el radical R se distinguen
veinte tipos de aas primarios, aparte de estos en el organismo hay otros tipos de aas que nunca forman proteínas.
Los animales no son capaces de sintetizar todos los tipos de aas, habiendo ocho que son llamados los aas esenciales y que deben ser ingeridos en la dieta.
Los aas pueden presentar dos configuraciones distintas. Configuración L si el grupo –NH2 lo tiene a la izquierda y
Componentes químicos de la vida
Macromoléculas: ácidos nucleicos
• El ADN es la molécula donde reside la información genética
• Polímero formado por nucleótidos: las bases nitrogenadas (A, G, T, C),
desoxirribosa y fosfato.
• Los genes codifican las diferentes
proteínas, y en última instancia son los que controlan la funcionalidad celular, y por extensión la del organismo.
• El ARN contiene en su estructura ribosa y es el intermediario entre el ADN y las
Componentes químicos de la vida
ACIDOS NUCLEICOS
SON POLÍMEROS CONSTITUÍDOS
POR LA UNIÓN MEDIANTE ENLACES
QUÍMICOS DE UNIDADES MENORES
LLAMADAS
NUCLEÓTIDOS
SON COMPUESTOS DE ELEVADO
PESO MOLECULAR , ES DECIR
LOS NUCLEÓTIDOS
Están formados por:
Una base nitrogenada
BN
Un azúcar (pentosa)
A
Ácido fosfórico (H
3
PO
4
)
P
LA PENTOSA PUEDE SER:
LA RIBOSA
LA DESOXIRRIBOSA
LA BASE NITROGENADA PUEDE SER:
ADENINA
A
GUANINA
G
CITOSINA
C
FUNCIONES DE LOS NUCLEÓTIDOS
Son fundamentales para la vida de las células, pues
al unirse con otras moléculas cumplen tres
funciones cruciales:
TRANSPORTAN ENERGÍA
TRANSPORTAN ÁTOMOS
TRANSMITEN LOS CARACTERES
TRANSPORTAN ENERGÍA
•
Cada nucleótido puede contener
•
uno (monofosfato
: AMP
),
•
dos (difosfato
:ADP
) o
•
tres (trifosfato
: ATP
) grupos de acido fosfórico
Los nucleótidos, por razón de sus grupos de fosfato, son
fuentes preferidas en las células para la transferencia de
energía.
Los nucleótidos se encuentran en un estado estable
cuando poseen un solo grupo de acido fosfórico.
Cada grupo de fosfato adicional que posea un nucleótido se
encuentra en un estado más inestable y el
enlace
del fosfato
Las células
poseen enzimas
cuya función es
precisamente hidrolizar nucleótidos para extraer el
potencial energético almacenado en sus enlaces.
Por tal razón un nucleótido de trifosfato es la
fuente preferida de energía en la célula
. De ellos, el
ATP
(un nucleótido de adenina con tres grupos de
fosfato), es el predilecto en las reacciones celulares
para la transferencia de la energía demandada.
El trifosfato de adenosina o adenosín trifosfato (
ATP
, del inglés
Adenosine TriPhosphate) es un nucleótido fundamental en la obtención de
energía celular. Está formado por una base nitrogenada (adenina) unida al
carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su carbono 5 tiene
enlazados tres grupos fosfatos.
Se produce durante la fotosíntesis y la respiración celular, y es consumido por
muchas enzimas en la catálisis de numerosos procesos químicos.
Su fórmula es
C10H16N5O13P3
.
Las reacciones
endergónicas
se manifiestan durante los procesos
anabólicos que requieren energía para convertir los reactivos (sustratos o
combustibles metabólicos) en productos.
Por otro lado, durante las reacciones
exergónicas
se libera energía
como resultado de los procesos químicos (ejemplo: el catabolismo de
macromoléculas). La energía libre en un estado organizado, disponible para
trabajo biológico útil.
Las reacciones endergónicas se llevan a cabo con la energía liberada
por las reacciones exergónicas. Las reacciones exergónicas pueden estar
acopladas con reacciones endergónicas. Reacciones de
oxidación-reducción
Los organismos pluricelulares del Reino Animal se alimentan
principalmente de metabolitos complejos (proteínas, lípidos, glúcidos) que
se degradan a lo largo del tracto intestinal, de modo que a las células
llegan metabolitos menos complejos que los ingeridos, por ejemplo vía la
oxidación a través de reacciones químicas degradativas (catabolismo).
Los metabolitos simples y la energía obtenida en este proceso (retenida
en su mayoría en el ATP) conforman los elementos precursores para la
síntesis de los componentes celulares. A todo el conjunto de reacciones
de síntesis se llama anabolismo.
Además, en el catabolismo (oxidación) se produce una liberación de
electrones que son captados por moléculas transportadoras de electrones
como el NAD
+(que al aceptar electrones se reduce a NADH).
Recapitulando
, la síntesis (anabolismo) de los compuestos celulares
se realiza con los metabolitos simples, utilizando la energía contenida en
el ATP y los electrones contenidos en el NAD, siendo un proceso
reductivo (reducción de electrones). Podría decirse que el ATP es la
moneda de intercambio energético debido a su estructura química.
Fosforilación oxidativa
La oxidación del alimento durante la respiración libera
energía química potencial que es utilizada para sintetizar ATP. El
proceso implica la fosforilación oxidativa de moléculas
alimenticias como glucosa, ácidos grasos o glicerina (las más
comunes). Las moléculas son descompuestas durante una serie
de reacciones y la energía liberada en ciertos estados del
proceso es utilizada para producir ATP en reacciones de
fosforilación.
El grupo fosfato es uno de los grupos funcionales más
importantes para la vida. Se halla en los nucleótidos, tanto en los
que forman parte de los ácidos nucleicos (ADN y ARN), como los
que intervienen en el transporte de energía química (ATP).
También está presente en los fosfolípidos, moléculas que forman
el esqueleto de las bicapas lipídicas de todas las membranas
TRANSPORTE DE ÁTOMOS O MOLÉCULAS
En algunas reacciones metabólicas un grupo
de átomos se separa de un compuesto y es
transportado a otro compuesto.
Dicho grupo de átomos se une temporalmente a
una
coenzima
(molécula transportadora de sustancias)
•
vitamina B1o tiamina
•
vitamina B2 o riboflavina
: sus derivados son nucleótidos
enzimáticos el [FAD
+](Flavin-adenín dinucleótido)o el
[FMN
+] (Flavín mononucleótido)
•
vitamina B3 o niacina
: sus derivados son nucleótidos
enzimáticos con gran poder reductorcomo el [NAD
+]
(Nicotin-adenín dinucleótido)o el [NADP
+] (Nicotin-adenín
dinucleótido fosfato)
•
vitamina B5 o ácido pantoténico
: su principal derivado es
la coenzima A (
CoA
) con gran importancia en procesos
metabólicos.
•
vitamina B6o piridoxina
TRANSMITIR CARACTERES
HEREDITARIOS
Para cumplir esta función, los
ÁCIDOS NUCLEICOS
:
ADN
(ácido desoxirribonucleico). Sus
nucleótidos tienen
desoxirribosa
como
azúcar y
no
tiene
uracilo
ARN
(ácido ribonucleico).Sus
nucleótidos tienen
ribosa
y
no
tienen
FUNCIONES DE LOS
ÁCIDOS NUCLEICOS
SÍNTESIS DE PROTÉINAS ESPECÍFICAS DE LA
CÉLULA
ALMACENAMIENTO, REPLICACIÓN Y
TRANSMISIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
(Son las moléculas que determinan lo que es y hace cada
una de las células vivas)
La función principal del ARN es servir como
El ADN, son BIOPOLÍMEROS lineales manifestando una estructura
primaria y secundaria ( no llegan a ser estructuras terciarias o/y
cuaternarias como desarrollan las proteínas) aunque si el ADN se
asocia a proteínas para su empaquetamiento pueden alcanzar
niveles de gran complejidad estructural.
La estructura secundaria es una
doble hélice de dos
cadenas
de polinucleótidos ( estructura primaria) unidas entre sí por
puentes de hidrógeno ( dos puentes de hidrógeno entre las bases
A=T y triple entre G= C.
En la interfase el ADN está empaquetado en forma de fibra
cromatínica, llamadas nucleosomas ( histonas con el ADN), siendo
este estado el que facilita que los genes estén localizables y
EL ARN son polímeros de RIBONUCLEÓTIDOS:
Normalmente su estructura es primaria, cadenas lineales de ARN. Tipos:
EL
mensajero
.-(
ARNm
), en las eucariotas poseen en su extremo 5´ una
especie de caperuza que es un residuo metilguanosina unido al grupo trifosfato
y en el extremo 3´ una cola que es un fragmento de 150 a 200 nucleótidos de
adenina ( cola poli A.). Los mensajeros tiene una muy corta vida, minutos.
Poseen la información necesaria para la sintesis de una proteína.
El
nucleolar
(
ARNn
) .- de alto peso molecular (45S) es el precursor, en el
nucleolo, de diferentes tipos de ARNr
El
ribosómico
(
ARNr
).- participan en la formación de las subunidades
ribosómicas, además tienen acción de ribozimas que actúan como agentes
catalíticos en la formación del enlace peptídico durante la síntesis de las
proteínas.
El de
transferencia
(
ARNt
), con estructura secundaria y terciaria, se encargan
de transportar los aminoácidos hasta los ribosomas durante la síntesis de
proteínas.
El
interferente
(
ARNi
) recientemente se ha descubierto y sería el encargado
de tareas como es la expresión de los genes, degradar el ARNm, incluso
Secuencia de la Transcripción:
Durante la transcripción genética, las secuencias de ADN son copiadas a ARN
mediante una enzima llamada ARN polimerasa que sintetiza un ARN mensajero que mantiene la información de la secuencia del ADN. De esta manera, la transcripción del ADN también podría llamarse síntesis del ARN mensajero
En el caso de las eucariotas, el proceso se realiza en el núcleo, y es similar al de las procariotas, pero de mayor complejidad. Diferentes RNAp transcriben distintos tipos de genes. La RNApII transcribe los pre-RNAm, mientras que la RNApI y RNApIII transcriben los RNA-ribosomales y RNAt, respectivamente.
TIPOS
DE
Hay 4 tipos de ARN, cada uno codificado por su
propio gen:
ARNm - ARN Mensajero
: Codifica la secuencia de
aminoácido de un polipéptido.
ARNt - ARN de Transferencia
: Lleva los aminoácidos
a los ribosomas durante la traducción.
ARNr - ARN Ribosomal
: Con proteínas ribosomales y
los ribosomas actúan con el ARNm.
ARN np- ARN nuclear pequeño
: Con proteínas, forma
complejos que son usados en el proceso de ARN en
las células eucarióticas (no se encuentra en las
Macromoléculas: proteínas
Componentes químicos de la vida
Enzimas
• Catalizadores de reacciones químicas (catalizador.- Sustancia que hace más rápida o más lenta la velocidad de una reacción
química sin participar en ella. • Responsables del metabolismo, es decir, el conjunto de
Un biocatalizador es un catalizador de las reacciones bioquímicas de los seres vivos. Se consideran biocatalizadores las enzimas, las hormonas y las vitaminas.
Un biocatalizador reduce o aumenta la energía de activación de una reacción química, haciendo que ésta sea más rápida o más lenta. Cada reacción química en un ser vivo, ya sea unicelular o multicelular, requiere la presencia de uno o más biocatalizadores (enzimas), pues si no existieran éstas ocurrirían en desorden total.
Las enzimas son los catalizadores biológicos que facilitan las reacciones químicas que tienen lugar en los seres vivos. Sin ellas las reacciones químicas serían tan lentas que la vida se detendría.
Las enzimas son moléculas de naturaleza proteica que catalizan reacciones químicas, siempre que sea termodinámicamente posible (si bien pueden hacer que el proceso sea más termodinámicamente favorable). En estas reacciones, las enzimas actúan sobre unas moléculas denominadas sustratos, las cuales se convierten en moléculas diferentes denominadas productos. Casi todos los procesos en las células necesitan enzimas para que ocurran a unas tasas significativas. A las reacciones mediadas por enzimas se las denomina
reacciones enzimáticas.
Debido a que las enzimas son extremadamente selectivas con sus sustratos y su velocidad crece sólo con algunas reacciones, el conjunto (set) de enzimas
sintetizadas en una célula determina el tipo de metabolismo que tendrá cada célula. A su vez, esta síntesis depende de la regulación de la expresión génica.
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