BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS

1. ASPECTOS GENERALES

• Los bioelementos - Son también los ELEMENTOS BIOGÉNICOS

- Forman parte de la materia viva y se encuentran siempre presentes

- Clasificación:

a) MACROELEMENTOS >1 % C, O, N, H, Ca, P

b) MICROELEMENTOS < 1 % K, S, Na, Cl, Mg

• Biomoléculas o principios inmediatos - Formadas por BIOELEMENTOS combinados con enlaces químicos. Forman parte de la

materia viva

- Tipos:

a) B. INORGÁNICAS: agua y sales minerales; moléculas sencillas sin C formando cadenas; se encuentran, también, en materia inerte (minerales y rocas)

b) B. ORGÁNICAS: glucidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos; moléculas complejas con C formando cadenas más o menos largas; se encuentran sólo en seres vivos

2. EL AGUA Y LA OSMOSIS

• El agua - El origen de la vida se produjo en el medio

acuático

- Los animales terrestres presentan parte de su ciclo biológico asociado al medio acuático

- El agua es la molécula más importante de los seres vivos; constituye el 70 % del peso de los mismos

- Propiedades del agua:

a) DIPOLO ELÉCTRICO: existencia de dos polos eléctricos; el oxígeno tiene exceso de carga negativa y el hidrógeno, de carga positiva

b) FORMACIÓN DE ENLACES DE HIDRÓGENO: enlaces débiles entre moléculas de agua; consecuencia: el agua tiene elevados puntos de fusión y de ebullición

c) COMPONENTE CELULAR: forma parte del LÍQUIDO EXTRACELULAR (lugar donde se encuentran las células, junto con nutrientes, sales minerales y otras biomoléculas) y del LÍQUIDO INTRACELULAR (en el citoplasma, lugar donde se producen las reacciones bioquímicas de la célula)

d) DISOLVENTE UNIVERSAL, TRANSPORTE DE SUBSTANCIAS, REGULADOR TÉRMICO, etc.

• Osmosis - La membrana celular es

SEMIPERMEABLE, dejando pasar libremente el agua y de forma regulada el resto de substancias disueltas en ella (soluto)

- Es el paso de substancias desde una parte de la membrana (exterior) a otra (interior) o viceversa hasta que se iguala la concentración del soluto que pase. La dirección es desde la más concentrada (SOLUCIÓN HIPERTÓNICA) hasta la menos (SOLUCIÓN HIPOTÓNICA), para igualar concentraciones (SOLUCIÓN ISOTÓNICA)

- Efectos de la osmosis en los seres vivos:

a) Regulación de sales entre el medio exterior (más concentración) y el medio interior (menos concentración) en animales acuáticos

b) Absorción de agua del suelo (menos concentración) hasta el interior de la planta (más concentración)

c) Las inyecciones de suero intravenoso han de tener la misma concentración que el plasma sanguíneo; en caso contrario implicaría la rotura o disminución de las células sanguíneas

d) Permite la rigidez en las plantas y del movimiento de ciertas estructuras vegetales en relación con el fenómeno de TURGENCIA (entrada de agua por osmosis)

3. GLÚCIDOS O HIDRATOS DE CARBONO - Son biomoléculas formadas por C, H y O. Todos los C presentan grupos hidroxilo (OH)

excepto el GRUPO FUNCIONAL que puede ser una CETONA (-CO- ; CETOSAS) o ALDEHIDO (-COH ; ALDOSAS). Fórmula química general: CnH2nOn

- Clasificación:

a) MONOSACÁRIDOS: glúcidos simples. 3-7 C. Blancos, solubles en agua y gusto dulce (AZÚCARES). Destacan la RIBOSA, la DESOXIRIBOSA, la FRUCTOSA, la GALACTOSA y la GLUCOSA

b) DISACÁRIDOS: glucidos unidos por dos monosacáridos. Blancos, dulces y solubles en agua. Destacan la SACAROSA (azúcar de mesa, unión de glucosa y fructosa), la LACTOSA (azúcar de la leche, unión de glucosa y galactosa) y la MALTOSA (azúcar de malta, unión de glucosa y glucosa)

c) POLISACÁRIDOS: glúcidos complejos formados por centenares o millares de monosacáridos. Poco solubles en agua, no dulces. Destacan (todos formados por glucosa) el ALMIDÓN (reserva de nutrientes de las plantas y principal alimento humano), el GLICÓGENO (reserva de nutrientes de los animales) y la CELULOSA (estructural de las paredes celulares vegetales, muy abundante)

4. LÍPIDOS - Son biomoléculas formadas por C, H, O, (N), (P) y (S). Composición variada. Insolubles en

agua y solubles en disolventes orgánicos (benceno, éter o cloroformo)

- Clasificación según la estructura química:

a) TRIGLICÉRIDOS: formados por unión de una molécula de GLICEROL y tres ÁCIDOS GRASOS (12-24 C; grupo carboxilo. Fuente de energía importante. Clasificación:

1) GRASAS: origen animal; sólidos a temperatura ambiental, como la cansalada

2) ACEITES: origen vegetal; líquidos a temperatura ambiental, como los aceites de oliva

b) CERAS: formadas por una molécula larga de ALCOHOL y un ÁCIDO GRASO. Sólidas a temperatura ambiente e insolubles en agua. Caso de la uña, las plumas, las hojas, etc.

c) FOSFOLÍPIDOS: formados por GLICEROL, dos ÁCIDOS GRASOS, ÁCIDO

FOSFÓRICO, y algún COMPUESTO NITROGENADO. Forman parte de la membrana celular

fosfolipidos

d) ESTEROIDES: estructura más o menos común entre todos, compleja, de funciones variadas. Caso del COLESTEROL (de la membrana plasmática celular), los ÁCIDOS BILIARES (participan en la digestión de las grasas) o las HORMONAS (sexuales, etc.) y la VITAMINA D

e) TERPENOS O ISOPRENOIDES: grupo variado. PIGMENTOS VEGETALES (XANTOFILA, amarilla; CAROTENOS, naranjas), VITAMINAS (A, E, K) o el CAUCHO

5. PROTEÍNAS - Moléculas más abundantes en los seres vivos. Formadas por C, H, O, N y (S)

- Macromoléculas formadas por moléculas más simples denominadas AMINOÁCIDOS

- Los aminoácidos (Aa):

a) Presentan un grupo CARBOXILO (-COOH), un grupo AMINO (-NH2), un hidrógeno (-H) unidos a una cadena carbonatada de longitud variable (determina el tipo de proteínas)

b) Unidos entre ellos mediante ENLACE PEPTÍDICO entre el grupo amino y el grupo carboxilo de dos Aa contiguos

- Los grupos funcionales de los Aa (carboxilo y amino) se pueden unir (fuerzas de atracción ) o separarse (fuerzas de repulsión), originando los diferentes plegamientos de las proteínas (estructuras tridimensionales)

- Las propiedades y las funciones de una proteína depende de la secuencia de Aa y de la estructura espacial que presenta

- Existen proteínas formadas por un tipo de cadena de Aa (HOLOPROTEÍNAS) o por diferentes cadenas de Aa (HETEROPROTEÍNAS)

- La secuencia de Aa en una proteína de un mismo individuo es igual, siendo ésta más variable cuanto más alejado filogenéticamente están los individuos

• Tipos de proteínas - La clasificación de proteínas depende de numerosos factores

(medida, forma, composición, etc)

- Según la composición: existen proteínas con elementos diferentes de Aa; corresponde al GRUPO PROSTÉTICO:

a) GLÚCIDO: se habla de GLUCOPROTEÍNA

b) LÍPIDO: se habla de LIPOPROTEÍNA

- Según la forma:

a) FIBRILARES: la secuencia se alinea en filas paralelas, formando filas o láminas. Suelen ser insolubles en agua

b) GLOBULARES: la secuencia se pliega en estructuras más o menos esféricas

- Según la función:

a) ENZIMAS: permiten la realización de reacciones químicas, aumentando la velocidad de reacción (CATALIZADORES BIOLÓGICOS). Necesarias en pequeñas cantidades; no se alteran. Pueden estar aisladas o en grupos más o menos complejos, como los COMPLEJOS MULTIENZIMÁTICOS (como la RUBISCO, participante en la fotosíntesis)

b) PROTEÍNAS ESTRUCTURALES: participan en la construcción celular, como las de la membrana, el COLÁGENO (piel) o la QUERATINA (uñas, pelo, etc)

c) PROTEÍNAS CONTRÁCTILES: permiten el cambio de forma o el desplazamiento en los organismos. Caso de la MIOSINA del músculo

d) PROTEÍNAS DE RESERVA: almacenan Aa para su uso posterior (síntesis de proteínas u obtención de energía). Caso de la OVOALBÚMINA (de la clara del huevo) o la CASEINA (de la leche)

e) PROTEÍNAS DE TRANSPORTE: transportan determinadas substancias entre el organismo. Caso de la HEMOGLOBINA (transporte de oxígeno en la sangre)

f) PROTEÍNAS REGULADORAS: favorecen o paran determinados procesos celulares. Caso de las hormonas (INSULINA)

g) INMUNOGLOBULINAS: participan en la defensa del organismo. Caso de los ANTICUERPOS

6. ÁCIDOS NUCLEICOS - Formados por C, H, O, N y P. Cada subunidad

estructural se denomina NUCLEÓTIDO, formado por la unión de tres moléculas diferentes: una AZÚCAR (RIBOSA o DESOXIRIBOSA), una molécula de ÁCIDO FOSFÓRICO y una BASE NITROGENADA (ADENINA, A; GUANINA, G; CITOSINA, C; TIMINA, T; URACILO, U)

- Dos tipos de ácidos nucleicos: ADN y ARN

- Existen otros nucleótidos que no forman parte del material genético, caso del ATP (molécula energética del metabolismo)

• ADN (ácido desoxiribonucleico) - Formado por dos cadenas

dispuestas en espiral (doble hélice)

- Cada nucleótido está formado pro una DESOXIRIBOSA, una molécula de ÁCIDO FOSFÓRICO y una BASE NITROGENADA (A, G, C o T)

- Las dos cadenas se unen por puentes de H entre bases complementarias (A=T; C≡G)

- La doble hélice se encuentra plegada en el núcleo celular, formando la CROMATINA, pasando a CROMOSOMAS en el momento de la división celular

- Guarda la información genética del organismo. Se divide (duplicación) por un procedimiento denominado REPLICACIÓN (originando dos copias idénticas, una parental y otra de nueva síntesis). Posteriormente se produce la TRANSCRIPCIÓN y la TRADUCCIÓN, hasta la formación de proteínas

- La secuencia de bases puede alterarse, dando lugar a las MUTACIONES (errores que afectan a los organismos y que favorecen la evolución de las especies)

- La información genética:

a) La información genética se almacena en el ADN y en el ARN en lo que se denomina CÓDIGO GENÉTICO

b) El objetivo es la síntesis de proteínas que participan en la "construcción" del organismo

c) Un GEN es un fragmento de DNA que tiene la información genética para sintetizar una proteína. Cada gen se diferencia del otro por la secuencia de nucleótidos. Un grupo de tres nucleótidos (SECUENCIA DE INICIACIÓN) marca el inicio de un gen; a partir de aquí, cada grupo de tres nucleótidos (TRIPLETE) codifica un Aa según el código genético

• ARN (ácido ribonucleico) - Formado por una única cadena de nucleótidos, formado

por una RIBOSA, ÁCIDO FOSFÓRICO y UNA BASE NITROGENADA (A, U, C y G)

- La cadena de RNA también se pliega en contacto con bases complementarias

- La función es la síntesis proteica, participando en la TRANSCRIPCIÓN y la TRADUCCIÓN del DNA

- Tipos:

a) RNA mensajero (m-RNA): participa en el transporte de la información de una cadena del DNA, desde el núcleo, para generar una cadena de RNA (en el citoplasma). Es la TRANSCRIPCIÓN. La nueva cadena de RNA es complementaria a la de DNA, substituyendo la T por el U

b) RNA ribosómico (r-RNA): participa en la constitución de unos orgánulos citoplasmáticos (RIBOSOMAS) y en el paso de la información del RNA a proteína, denominado TRADUCCIÓN. La proteína se elabora según la secuencia de nucleótidos asociada al código genético

c) RNA de transferencia (t-RNA): participa en la TRADUCCIÓN, transportando los Aa que corresponden asociado al triplete de nucleótidos según el código genético, incorporándolos en el orden correcto. Una mala lectura o un error en la serie de nucleótidos puede originar una MUTACIÓN