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BIOMOLECULASLas biomoléculas son las moléculas
constituyentes de los seres vivos.
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LAS BIOMOLÉCULAS
También se denominan “principios inmediatos”
- Biomoléculas inorgánicas
- Biomoléculas orgánicas
H2O
Sales minerales
Gases
Disueltas
Precipitadas (no disueltas)
Glúcidos
Lípidos
Proteínas
Ácidos Nucleicos
Otras
Un ejemplo: abundancia y
diversidad de biomoléculas en la
bacteria Escherichia coli, una
célula procariota.
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Las moléculas inorgánicas fundamentales para los seres vivos son: agua y algunas sales minerales.
El agua (H2O) es el compuesto inorgánico más importante para los seres vivos. Constituye del 60 al 95% de los organismos y es indispensable para las funciones vitales de la célula.
BIOCOMPUESTOS INORGÁNICOS
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Moléculas inorgánicas (continuación)
Las sales inorgánicas insolubles en estado sólido, forman estructuras sólidas que cumplen funciones de protección y sostén, como caparazones o esqueletos internos de algunos invertebrados marinos, huesos o dientes de vertebrados, paredes celulares o asociadas a moléculas como la hemoglobina. Ejemplos: PO4, HCO3 y SO4.
Los electrolitos o iones son minerales con carga eléctrica que cumplen funciones vitales; algunos de éstos son: el Na+, K+, Cl-, Ca++, Mg++, Cu++, Zn++, etcétera.
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De los 118 elementos que hay en la naturaleza, 25se encuentran en los seres vivos (bioelementos) y enlos materiales necesarios para las actividades químicasde la vida, 19 de ellos son materiales traza, es decir, seencuentran en pequeñas cantidades: Ca, Co, Cr, Na, K,Mg, Mo, Fe, F, Zn, Si, B, Cl, Mn, Cu, I, Se, Sn, V.
Y hay seis elementos indispensables para la vida queson: C, H, O, N, P, S, más el agua, que es elcompuesto inorgánico más importante.
Estos seis elementos al unirse forman las biomoléculas,también llamadas macromoléculas o “moléculas de lavida”.
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De acuerdo con su
abundancia en los seres
vivos, clasificamos los
bioelementos en tres
categorías:
-Bioelementos principales [ > 97% ]-Bioelementos secundarios [aprox. 2,5 %]-Oligoelementos [< 0,5 %]
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Bioelementos principales [ > 97% ]
C
H
O
N
P
S
Carbono
Hidrógeno
Oxígeno
Nitrógeno
Fósforo
Azufre
Forman parte de todas las
biomoléculas orgánicasConstituyen
el 95 % de la
materia viva
•Aminoácidos (=> y proteínas)•Ácidos nucleicos (ADN y ARN)•Nucleótidos (como el ATP)•Clorofila•Hemoglobina•Muchos glúcidos y lípidos•etc.
Forma parte de
•Cisteína y metionina (dos aminoácidos
presentes en casi todas las proteínas).
•Otras moléculas orgánicas (p.ej.
Vitaminas B, CoenzimaA,…)
•Nucleótidos•Coenzimas•Fosfolípidos•etc.
•Moléculas inorgánicas
como fosfatos y sales
minerales
Forma
parte de
Forma
parte de
(Y también de moléculas inorgánicas como el H2O, etc.)
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Bioelementos principales [ > 97% ] C H O N P S
Propiedades físicoquímicas que los hacen
tan adecuados para la vida:
-Forman entre ellos con facilidad enlaces
covalentes, compartiendo pares de
electrones.-Pueden compartir más de un par de
electrones => pueden formar enlaces dobles
y triples => pueden formar muchos tipos de
moléculas diferentes.-Son los elementos más ligeros con
capacidad de formar enlaces covalentes
muy estables (cuanto menor es la masa
atómica mayor es la estabilidad del enlace).-Debido a la configuración tetraédrica de los
enlaces del carbono, los diferentes tipos de
moléculas orgánicas tienen estructuras
tridimensionales diferentes. Ello da lugar a la
existencia de estereoisómeros.
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Bioelementos principales [ > 97% ] C H O N P S
Propiedades físicoquímicas que los hacen
tan adecuados para la vida:
-Forman entre ellos con facilidad enlaces
covalentes, compartiendo pares de
electrones.-Pueden compartir más de un par de
electrones => pueden formar enlaces dobles
y triples => pueden formar muchos tipos de
moléculas diferentes.-Son los elementos más ligeros con
capacidad de formar enlaces covalentes
muy estables (cuanto menor es la masa
atómica mayor es la estabilidad del enlace).-Debido a la configuración tetraédrica de los
enlaces del carbono, los diferentes tipos de
moléculas orgánicas tienen estructuras
tridimensionales diferentes. Ello da lugar a la
existencia de estereoisómeros.
EstereoisomeríaEstas dos moléculas no son
iguales (como tampoco lo
son nuestras dos manos)
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Bioelementos principales [ > 97% ] C H O N P S
Propiedades físicoquímicas que los hacen
tan adecuados para la vida:
-Forman entre ellos con facilidad enlaces
covalentes, compartiendo pares de
electrones.-Pueden compartir más de un par de
electrones => pueden formar enlaces dobles
y triples => pueden formar muchos tipos de
moléculas diferentes.-Son los elementos más ligeros con
capacidad de formar enlaces covalentes
muy estables (cuanto menor es la masa
atómica mayor es la estabilidad del enlace).-Debido a la configuración tetraédrica de los
enlaces del carbono, los diferentes tipos de
moléculas orgánicas tienen estructuras
tridimensionales diferentes. Ello da lugar a la
existencia de estereoisómeros.
-Los enlaces carbono-carbono son muy
estables, formando largas cadenas
lineales, ramificadas, en anillo… También
el C forma con facilidad enlaces estables
con otros elementos, dando lugar a
grupos funcionales (carboxilo, aldehido,
cetona…). Todo ello contribuye a la
enorme diversidad de moléculas
orgánicas.-C, H, O y N se hallan en los ss.vv. en
estado reducido. Al oxidarse, gracias al
O2 del aire, desprenden energía. Esta
energía es aprovechada por los ss.vv.wm
Bioelementos secundarios [ 2,5 % ] Ca Mg Na K Cl
CaForma parte del carbonato cálcico
(CaCO3)que es el componente principal de
las estructuras esqueléticas de muchos
animales.
En forma iónica (Ca 2+
) estabiliza muchas
estructuras celulares, como el huso mitótico,
en interviene en muchos procesos
fisiológicos, como la contracción muscular y
la coagulación de la sangre.
Mg Forma parte de la molécula de clorofila.
En forma iónica actúa como catalizador,
junto con enzimas, en muchas reacciones
químicas de los organismos. También
estabiliza la membrana celular, los ácidos
nucleicos y los ribosomas.
Na
K
Cl
Forman parte, como iones, de las sales minerales disueltas en el agua de los
organismos. Intervienen directamente en muchos procesos fisiológicos, como la
transmisión del impulso nervioso. El K regula la apertura y cierre de los estomas
de las hojas.
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Oligoelementos [ < 0,5 % ] Mn Fe Co Cu Zn I F Si etc
[ del griego oligos = escaso]
Tanto su déficit como su exceso pueden producir graves trastornos en los ss.vv.
Mn Fe Co Cu Zn Son los oligoelementos universales
(presentes en todos los ss.vv.)
I F Si
V CrB
Se
Mo
Sólo se
encuentran en
algunos grupos de
ss.vv.
etc
Algunos ejemplos de las funciones que desempeñan:
Fe: Interviene en los procesos de respiración celular y
de fotosíntesis. Forma parte de la hemoglobina.
Mn: Activador de muchas enzimas. Indispensable para la
fotosíntesis.
Co: Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la
síntesis de la hemoglobina.
Zn: Esencial para la formación de muchas enzimas de
gran importancia. (etc)
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De los elementos de la tabla periódica éstos seencuentran en mayor cantidad en los seres vivos.
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¿Cómo se diferencia una sustanciaorgánica de una inorgánica?
En toda sustanciaorgánica, los átomos decarbono (componenteesencial) se agrupanpara formar cadenaslargas y anillos conenlaces C-C simples,dobles o triples, y unirsea otros elementos, comoel hidrógeno y eloxígeno.
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Los átomos de carbonotambién pueden unirse ametales, lo cual da lugar acompuestos organometálicos.Se denomina sustanciainorgánica a toda sustanciaque carece de enlaces entreátomos de Carbono y átomosde Hidrógeno(hidrocarburos). Un ejemplode sustancia inorgánica es elácido sulfúrico o el clorurosódico. De estos compuestostrata la química inorgánica.
Molécula de metillitio.
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Biomoléculas orgánicas
También se les suele llamar macromoléculas o moléculas de la vida.
Son sintetizadas solamente por los seres vivos y tienen una estructura con base en carbono.
Se basan en la combinación de átomos de carbono, hidrógeno , oxígeno, nitrógeno y otros elementos como el azufre y el fósforo
Hay cuatro tipos:
• Carbohidratos
• Lípidos
• Proteínas
• Ácidos nucleicos Molécula de un lípido
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Carbohidratos
Son biomoléculas formadas por C, H y O.
Su fórmula condensada es CnH2nOn, en la que el C, el H y el O se encuentran en una proporción 1:2:1.
Los más sencillos (pequeños) son llamados azúcares o glúcidos y son solubles en agua.
Dan la energía sencilla de arranque y son componentes estructurales.
Son las biomoléculas que más existen en la naturaleza.
Se desempeñan en la dieta como nutrientes energéticos o combustibles, dan 4 Cal/gr.
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Carbohidratos
El almidón y el glucógeno sirven para almacenar energía en vegetales y animales, respectivamente.
De ellos se obtienen el algodón, el rayón y el lino (para vestirnos).
De la celulosa se obtienen la madera y el papel.
El sufijo sacárido significa azúcar.
Los carbohidratos se clasifican de dos maneras: por el número de carbonos que presentan y por las unidades de azúcar que los forman.
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Por el número de carbonos que presentan
3C triosa
4C tetrosa
Biológicamente
son las más
importantes
5C pentosa
6C hexosa
Carbohidratos (continuación)
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Por unidades de azúcar que los forman:
• 1=monosacáridos
• 2=disacáridos u oligosacáridos
• n=polisacáridos
Carbohidratos (continuación)
Monosacárido: D-
glucosa
Polisacárido: celulosa
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Azúcares que no son dulces
No todos los azúcares son dulces, existen algunos como la fucosa y el ácido siálico que nada tienen que ver con el sabor dulce y el papel alimentario y estructural, sino que forman mensajes. Si se sitúan en la superficie de las membranas celulares y ahí exhiben su mensaje; pueden señalar la vejez de un glóbulo rojo, el lugar para que una bacteria ancle, o indicar el grupo sanguíneo (glucoproteína).
FUCOSA ÁCIDO SIÁLICO
La «función» de la
fucosa es formar
glucósidos (en algas y
plantas) y polisacáridos
y lípidos de la
membrana o la matriz
extracelular (en
animales).
El ácido siálico está
presente siempre en los
gangliosidos
(glucoesfingolípidos
presente en la
membrana plasmática
de las células de los
ganglios del sistema
nervioso central).
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Monosacáridos
Están formados por un solo azúcar por ejemplo: glucosa, fructosa, galactosa, ribosa y desoxirribosa. La glucosa se encuentra en sangre y líquido extracelular. La fructosa en los frutos, la ribosa en el RNA, la desoxirribosa en el DNA y la galactosa en la leche.
Fructuosa
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Disacáridos Son dos monosacáridos unidos por condensación (se libera una molécula de agua). Los más importantes son:
La lactosa se encuentra en la leche y consta de glucosa y galactosa.
La sacarosa se encuentra en frutos (azúcar de mesa), consta de glucosa y fructuosa.
La maltosa se obtiene como resultado de la digestión del almidón (glucosa y glucosa).
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Polisacáridos
Son largas cadenas de monosacáridos, usados por las plantas y animales como reservas de energía. Los más comunes en los seres vivos son: celulosa, almidón, glucógeno y quitina.
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• Celulosa: formada por glucosas unidas fuertemente, se encuentra en las paredes celulares de todas las plantas y funciona como estructura, soporte y protección en raíces, tallos o cortezas. Nosotros no podemos obtener energía de las glucosas que la forman, ya que no tenemos las enzimas necesarias para descomponerla.
Polisacáridos (continuación)
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Polisacáridos (continuación)
Almidón: son cadenas de glucosa unidas linealmente, almacenada en plantas, granos, semillas y tubérculos como la papa y el camote. Es soluble en agua.
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Polisacáridos (continuación)
• Glucógeno: son cadenas de glucosa ramificadas, almacenado como reserva en los animales. Es muy soluble.
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Polisacáridos (continuación)
Quitina: son cadenas de glucosa que forman el exoesqueleto de artrópodos, hongos, etc.
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Lípidos
Biomoléculas formadas por C, H y en menor proporción O. Son insolubles en agua y solubles en benceno y cloroformo
Dan la energía de almacenamiento o de mantenimiento (9 Cal/gr). Son formadores estructurales de las membranas.
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Lípidos (continuación)
Forman barreras de protección y aislamiento.
Recubren las fibras nerviosas (mielina) para la transmisión de impulsos eléctricos.
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Clasificación de los lípidos
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Lípidos saponificables
Son los lípidos que forman jabones cuando reaccionan con sustancias alcalinas como KOH y NaOH. Incluyen:
• Ceras
• Grasas o triglicéridos (grasas saturadas e insaturadas)
• Ésteres de glicerol (fosfolípidos y plasmalógenos)
• Ceramidas o ésteres de esfingosina (esfingomielinas
y cerebrósidos) wm
Ceras
Son los compuestos más simples.
Son lípidos completamente insolubles en agua.
Funcionan como impermeabilizantes y tienen consistencia firme.
Se componen por un ácido graso de cadena larga con un alcohol de cadena larga.
Son producidas por las glándulas
sebáceas de aves y mamíferos
para proteger las plumas
y el pelo.
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Ceras (continuación)
Se encuentran en la superficie de las plantas en una capa llamada cutina.
En los panales de abejas formando la cera o el cerumen en los oídos de los mamíferos, las plumas de las aves tienen este tipo de lípidos que les sirve de protección. Los mamíferos nacen con una capa de grasa en el pelo para su lubricación.
a) b)
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Ácidos grasos Los ácidos grasos pueden ser saturados e
insaturados.
Saturados: son los que carecen de dobles enlaces. Se encuentran en las grasas de origen animal. A temperatura ambiente son sólidos como la manteca, mantequilla y el tocino.
a) b)
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Ácidos grasos Los ácidos grasos pueden ser saturados e
insaturados.
Insaturados: son los que poseen dobles y/o triples enlaces. Se encuentran en las grasas de origen vegetal. A temperatura ambiente son líquidos como el de oliva, canola ,maíz, soya, girasol y la margarina. wm
Fosfolípidos
Resultan de la unión de una molécula de glicerol con dos moléculas de ácido graso y una de fosfato.
Son moléculas anfipáticas con porciones polares (hidrófilas) y no polares (hidrófobas).
Son los componentes estructurales de las membranas celulares. wm
Fosfolípidos (continuación)
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Esteroides
Los esteroides son lípidos insaponificables derivados deuna estructura de 4 ciclos (3 de 6 carbonos y 1 de 5)fusionados. El más conocido es el colesterol, del cual sederivan numerosas hormonas.
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Colesterol
Hay dos tipos: el HDL de alta densidad que es el “bueno”, tiene más proteína que lípido, es transportado al hígado, donde sale a la circulación y se metaboliza (bilis).
El colesterol LDL es de “baja densidad” con menos proteína y más lípido, es el llamado “malo”; éste es el que en la circulación se deposita en las paredes de las arterias.
Puede provenir de la alimentación o de la genética.
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Proteínas
Son biopolímeros de elevado peso molecular formadas por la unión de diferentes unidades o monómeros llamados aminoácidos (existen 20 en la naturaleza), cada uno con características particulares.
Son biomoléculas formadas por C, H, O, N y a veces pequeñas cantidades de P y S.
Son específicas para cada especie.
Son componentes estructurales de las membranas celulares. (con los fosfolípidos).
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Proteínas (continuación)
Todos los aminoácidos proteicos tienen en común un grupo amino (–NH2) y un grupo carboxilo (–COOH), unidos covalentemente a un átomo de carbono central (Cα), al cual también se unen un átomo de H y una cadena lateral R (radical) diferente a cada uno de los 20 AAC.
H|
NH2–C–COOH|R
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Proteínas (continuación)
La función de cada proteína depende de la secuencia (orden) de los aminoácidos y esta secuencia está dada por el código genético (DNA)de cada organismo.
Al igual que los HC, proporcionan 4 Cal/g, pero son las últimas moléculas que utilizamos para este objetivo, ya que las necesitamos para realizar otras importantes funciones.
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Funciones de las proteínas
Cumplen varias funciones importantes:
Estructural (sostén): queratina (uñas), colágeno (tendones, piel y músculos).
Transporte: proteínas en los canales de las membranas para dejar pasar o no ciertas sustancias (portadoras) y transporte de gases en la sangre (hemoglobina).
Catalítica (enzimas): aceleran las reacciones químicas
en el organismo.
Defensa: como los anticuerpos.
Reguladora: hormonas que sirven como mensajeros (insulina, hormona del crecimiento).
Movimiento: proteínas contráctiles como la actina
y miosina de los músculos.
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Estructuras
Las proteínas tienen cuatro tipos de estructuras:
1. Estructura primaria
2. Estructura secundaria
3. Estructura terciaria
4. Estructura cuaternariawm
Estructura primaria La estructura primaria de una proteína es una
cadena lineal de AAC
Esta secuencia está codificada por los genes.
Ejemplo: insulina
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Estructura secundaria
Es cuando una cadena de AAC se tuerce en forma de espiral o en forma de zigzag.
Se produce por la formación de puentes de hidrógeno entre varios AAC.
Ejemplo: la queratina
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Estructura terciaria Es la conformación espacial definitiva.
Es cuando entre los aminoácidos que contienen S (azufre) se forman enlaces disulfuro.
Cada estructura terciaria se conoce como péptido.
Ejemplo: seda de las telarañas.
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Estructura cuaternaria Es la estructura más compleja, en la cual se forman
agregados de péptidos.
Sólo se manifiesta en las proteínas fibrosas o globulares.
Ejemplo: hemoglobina
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Desnaturalización Las proteínas pueden cambiar en su forma, por
ejemplo cuando agregas ácido a la leche, dices que se “corta”.
Cuando una proteína se desnaturaliza pierde su configuración y ya no puede regresar a su forma y función original.
Los factores que las desnaturalizan son: T°(temperaturas elevadas) y cambios en el pH.
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REACCIONES
Reacción, se forman o se destruyen enlaces químicos
La reacción depende de una energía requerida (energía de activación) y de la configuración especifica de las partículas (temperatura y presión fisiológica )
Las células vivas resuelven el problema mediante las enzimas wm
REPASEMOS…
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