Clase 5 Bioelementos (1p 08)

BIOELEMENTOS Y BIOMOLECULAS

Objetivo: Asimilar que los seres vivos son sistemas químicos.

Morfología Diversidad Metabolismo

Seres vivos Organización celular

Unidad Composición química

LOS SERES VIVOS

Gran uniformidad en: organización celular: procariotas y eucariotas funciones: Nutrición, Relación y Reproducción composición química.

COMPONENTES DE LA MATERIA VIVA De los aproximadamente 100 elementos químicos que existen en la naturaleza, unos 70 se encuentran en los seres vivos. Los bioelementos son los elementos químicos que constituyen los seres vivos.

Origen evolutivo común de las células y organismos: Todas las formas de vida están constituidas por los mismos elementos químicos que forman los mismos tipos de moléculas.

Bioelementos Primarios Oligoelementos secundarios

BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS

forman

Biomoléculas pueden ser

Inorgánicas

Orgánicas

c omo

Agua

Simples

present a

Propiedades físico- químicas

como

Elevada fuerza de cohesión Alto calor específico Alto calor de vaporización Alta constante eléctrica Mayor densidad en estado líquido

como

S.minerales se encuentran

c omo

Funciones biológicas

como

Disolvente Bioquímica Transporte

N2 , O2

Precipitadas

Disueltas

(CaCO3)

(Na+, Cl-)

Glúcidos

Lípidos

Proteínas

A. Nucleicos

Clasificación de los bioelementos Bioelementos primarios: O, C, H, N Representan en su conjunto el 96,2% del total. Bioelementos secundarios: P, S, Na , K , Ca , Mg, Cl Aunque se encuentran en menor proporción que los primarios, son también imprescindibles para los seres vivos. En medio acuoso se encuentran siempre ionizados. Oligoelementos o elementos vestigiales: Son aquellos bioelementos que se encuentran en los seres vivos en un porcentaje menor del 0.1%. Algunos, los indispensables, se encuentran en todos los seres vivos, mientras que otros, variables, solamente los necesitan algunos organismos.

BIOELEMENTOS

BIOELEMENTOS PRIMARIOS O, C, H, N Son los más abundantes en los seres vivos Todos ellos se encuentran con facilidad en las capas más externas de la Tierra (corteza, atmósfera e hidrosfera).

Periodical Table

Chemical properties H

CNO

Life prefers lighter atoms

Atomic sizes

More abundant on Earth Stronger bonding between small atoms 1

H

6

C

1s Electrons on the outer shell

The atomic composition of living organism is more complex than others

H

7

N

8

O

2s 2p

C

N

O sp3

Components of the early atmosphere

H2

CH4 NH3 H2O

Sus compuestos presentan polaridad por lo que fácilmente se disuelven en el agua, lo que facilita su incorporación y eliminación. El C, el H, el O y el N son elementos de pequeña masa atómica, que tienen variabilidad de valencias, por lo que pueden formar entre sí enlaces covalentes fuertes y estables. El C y el N presentan la misma afinidad para unirse al oxígeno o al hidrógeno, por lo que pasan con la misma facilidad del estado oxidado al reducido. Esto es de gran importancia, pues los procesos de oxidación-reducción son la base de muchos procesos químicos muy importantes y en particular de los relacionados con la obtención de energía como la fotosíntesis y la respiración celular. Debido a esto dan lugar a una gran variedad de moléculas y de gran tamaño.

De todos ellos el carbono es el más importante. Este átomo es la base de la química orgánica y de la química de los seres vivos.

BIOELEMENTOS SECUNDARIOS Forman parte de todos los seres vivos: 4.5%

Bioelementos Primarios Oligoelementos secundarios

BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS

forman

Biomoléculas pueden ser

Inorgánicas

Orgánicas

c omo

Agua

Simples

present a

Propiedades físico- químicas

como

Elevada fuerza de cohesión Alto calor específico Alto calor de vaporización Alta constante eléctrica Mayor densidad en estado líquido

como

S.minerales se encuentran

c omo

Funciones biológicas

como

Disolvente Bioquímica Transporte

N2 , O2

Precipitadas

Disueltas

(CaCO3)

(Na+, Cl-)

Glúcidos

Lípidos

Proteínas

A. Nucleicos

BIOMOLÉCULAS

Biomoléculas - Formadas por BIOELEMENTOS y OLIGOELEMENTOS combinados con enlaces químicos. - Tipos: • B. INORGÁNICAS: agua y sales minerales; moléculas sencillas sin C formando cadenas; se encuentran, también, en materia inerte (minerales y rocas) • B. ORGÁNICAS: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos; moléculas complejas con C formando cadenas más o menos largas; se encuentran sólo en seres vivos

EL AGUA Es el líquido de la vida. Sustancia más abundante en la biosfera. La encontramos en sus tres estados Es además el componente mayoritario de los seres vivos: 65 y el 95% del peso de la mayor parte de las formas vivas es agua. Fue el soporte donde surgió y se desarrolla la vida: Los organismos se han adaptado al ambiente acuoso y han desarrollado sistemas que les permiten aprovechar las inusitadas propiedades del agua. Posee extraordinarias propiedades físicas responsables de su importancia biológica.

y

químicas,

Estructura del agua

La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes. La disposición tetraédrica de los orbitales sp3 del oxígeno determina un ángulo entre los enlaces de aproximadamente de 104'5:, además el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.

H-O-H

Estructura tetraédrica del agua Como resultado: la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones )

presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar

La molécula de agua se comporta como un dipolo

Alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa , mientras que los núcleos de hidrógeno quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva.

Puentes de Hidrógeno La carga parcial negativa del oxígeno de una moléculade agua, ejerce una atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes.

Puentes de Hidrógeno La carga parcial negativa del oxígeno de una moléculade agua, ejerce una atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes.

S establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces o puentes de hidrógeno

El agua es una estructura de tipo reticular Los puentes de H son uniones débiles, pero debido a que al alrededor de cada molécula de agua se disponen otras cuatro molécula de agua unidas por puentes de hidrógeno permite que se forme en el agua (líquida o sólida) La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones: 1.

Medio donde ocurren las reacciones del metabolismo 2. Sistemas de transporte

ESTRUCTURA DEL AGUA

Hielo (-273 a 0º C )

Hielo a 0º C

Líquida

Ebullición

(0-100º C )

(100º C)

El agua es el disolvente universal Es el líquido que más sustancias disuelve, es la propiedad, más importante para la vida

Su acción disolvente se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares o con carga iónica: Alcoholes azúcares con grupos R-OH aminoácidos proteínas con grupos que presentan cargas

disoluciones moleculares

Disoluciones Moleculares

Disoluciones iónicas Las moléculas de agua pueden disolver a sustancias salinas, las cuales se disocian.

Los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados.

PROPIEDADES DEL AGUA Densidad máxima a 4ºC. Elevada temperatura de ebullición. Elevado calor específico y de vaporización. Elevada constante dieléctrica. Elevada tensión superficial. Acción disolvente. Alta fuerza de adhesión y cohesión El agua es un electrolito débil y reactividad. Viscosidad y transparencia.

ELEVADA TEMPERATURA DE EBULLICIÓN •La elevada temperatura de ebullición del agua se debe también a su estructura molecular.

Fuerzas atracción líquido-líquido>sólido-sólido

ELEVADO CALOR ESPECÍFICO Y DE VAPORIZACIÓN •El calor específico del agua es de 4.184 J/g ºC. •Mas energía calórica para romper los enlaces por puente de hidrógeno.

     

alta capacidad calorífica

•Calor de vaporización. También los puentes de hidrógeno son los responsables de esta propiedad. Para cambiar a vapor: -Romper puentes de hidrógeno. -Dar Ec para pasar de líquidogas

K(25ºC)=78.5

ELEVADA CONSTANTE DIELÉCTRICA

Asimetría de la molécula de agua

dipolo (+/-) con momento dipolar permanente. El valor de la constante dieléctrica K del agua define su grado de polarización eléctrica Molécula de agua es muy polar

&= 105º •Oxígeno- muy electronegativo Gran diferencia de electronegatividades

•Hidrógeno-muy electropositivo.

La consecuencia de lo anterior, es que moléculas o partículas cargadas eléctricamente son fácilmente disociadas en presencia de agua.

ELEVADA TENSIÓN SUPERFICIAL Formación de esferas.

Fuerzas internas altas debido a la presencia de puentes de hidrógeno.

fuerzas de adhesión y cohesión.

Capilaridad

FUERZA DE COHESIÓN

Fuerzas que mantienen unidas las moléculas de agua. Debidas a los puentes de hidrógeno Líquido casi incompresible Esqueleto hidrostático de algunos invertebrados

FUERZA DE ADHESIÓN Fuerza que mantiene unidas moléculas de sustancias diferentes También relacionada con los puentes de hidrógeno Capilaridad

El agua tiene la capacidad de ascender por las paredes de un tubo capilar. Debido a que las fuerzas de adhesión agua–capilar son mayores que las de cohesión agua–agua, cuando la superficie del agua toca el capilar, sube hasta que las fuerzas de atracción se hacen igual al peso de la columna de agua que se formó en su ascenso.

El AGUA : electrolito débil y reactividad El agua puede actuar como ácido o como base  Sustancia anfótera Libera H+ o H3O+ como los ácidos y OH- como las bases

VISCOSIDAD Y TRANSPARENCIA Viscosidad: Debida a los puentes de hidrógeno Disminuye con la temperatura Aumenta con la presión

La transparencia del agua permite la vida en ecosistemas acuáticos

Bioelementos Primarios Oligoelementos secundarios

BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS

forman

Biomoléculas pueden ser

Inorgánicas

Orgánicas

c omo

Agua

Simples

present a

Propiedades físico- químicas

como

Elevada fuerza de cohesión Alto calor específico Alto calor de vaporización Alta constante eléctrica Mayor densidad en estado líquido

como

S.minerales se encuentran

c omo

Funciones biológicas

como

Disolvente Bioquímica Transporte

N2 , O2

Precipitadas

Disueltas

(CaCO3)

(Na+, Cl-)

Glúcidos

Lípidos

Proteínas

A. Nucleicos

CONFIGURACIÓN TETRAÉDRICA DE LOS ENLACES DE CARBONO

LOS GLÚCIDOS

GLÚCIDOS se clasifican

Monosacáridos

Oligosasacáridos

Polisacáridos

Glucoconjugados

se unen por formando

Enlace O-glucosídico

se clasifican

son

Aldosas ejemplos

GALACTOSA GLUCOSA RIBOSA DESOXIRRIBOSA

Cetosas ejemplos

RIBULOSA FRUCTOSA

Disacáridos

Homopolisacáridos

Heteropolisacáridos

ejemplos

ejemplos

Lactosa Sacarosa Maltosa Celobiosa

Pectina Agar Agar Goma arábiga

Vegetales

Animales Reserv a

Almidón

Celulosa

Quitina

Estructur al

Glucógeno

Peptidoglucanos Glucoproteínas Glucolípidos

LOS LÍPIDOS LÍPIDOS se clasifican

Saponificables

formados por

Fosfoesfingolípid os

Gangliósid os

Terpenos

Cerebrósid os

Esteroles

Reserva

Estructural

Membranas celulares

Relación celular

función

iimplicados

se encuentran

función

función

Carotenoides Vitamina A,E,K

Vitamínica

Prostaglandina s

Esteroides

Colesterol

Estructural

Hormonas esteroideas

Hormonas Suprarrenales

Hormonas Sexuales

ejemplos

Fosfoglicérid os

Glucolípidos

Aldosterona Cortisona

Progesterona Testosterona

función

Sebo s

Fosfolípidos

ejemplos

Ceras

ejemplos

Aceites

Lípidos complejos

ejemplo

Acilglcérido s

Insaponificables

Insaturados

función

Lípidos simples

Saturados

Ácidos grasos

Regulación

LAS PROTEÍNAS PROTEÍNAS

ESTRUCTURA 20 (según R)

se distinguen

Aminoácidos

FUNCIONES

Contráctil

CLASIFICACIÓN Colágeno

Estructural Fibrosas

unidos por

Ej

Actina/Miosina Enlace peptídico

Enzimática

Reserva

Holoproteínas Albúminas

formando

Defensa

Péptidos o proteínas

Transporte

Globulares

Globulinas Hormonal

tienen

Nucleoproteínas

Organización estructural Secuencia de aminoácidos

es la

Ej.

Fosfoproteínas

E. primaria

Cromoproteínas

Ej.

Ej.

Ej.

Cromatina Caseína Hemoglobina

Heteroproteínas E. secundaria Conformación β

Plegamiento espacial

Proteínas sólo en oligoméricas

E. terciaria

E. cuaternaria

definida por

α hélice

Proteoglucanos Glucoproteínas

Ej.

FSH, TSH... Lipoproteínas

Ej.

HDL, LDL

LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Ac. fosfórico + Nucleósido (Azúcar pentosa + Base nitrogenada)

NUCLEÓTIDOS

polimeros de A, G, C, T

polimeros de A, G, C, U

ATP, cAMP, GTP, ...

ADN

ARN

Funciones varias

Niveles de empaquetamien to crecientes

En procariotas

Enrrollamient o en superhélice Cromosom a bacteriano

Conformación en hélice A, B o Z

(segundos mensajeros, energética, ...)

ARNm ARNr ARNt

Ribozimas

En eucariotas Función catalítica Nucleosoma Collar de Perlas Fibra de cromatina Bucles radiales Cromosoma lineal

Síntesis de proteínas