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Tema 2.- Componentes químicos de la célula: biomoléculasinorgánicas
A.- Los bioelementos y las biomoléculas.-Elementos biogénicos primarios, secundarios y oligoelementos.
B.- Los enlaces químicos y su importancia biológica.C.- Las biomoléculas inorgánicas:
-El agua: propiedades fisicoquímicas y funciones en los seres vivos.-Las sales minerales.
D.-Fisicoquímica de las dispersiones acuosas.-Difusión y ósmosis: soluciones isotónicas, hipotónicas e hipertónicas.
-Concepto de diálisis
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Se pueden agrupar en tres tipos: bioelementos primarios, secundarios y oligoelementos
ELEMENTOS BIOGÉNICOS
PRIMARIOS: Los más abundantes en los seres vivos (alrededor del 96% en peso) con ellos formamos las biomoléculas
C, H, O, N, (P y S)
SECUNDARIOS: Aparecen en menor proporción pero intervienen en funciones muy importantes para la célula.
Na, K, Ca, Mg y Cl
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
ELEMENTOS BIOGÉNICOS
OLIGOELEMENTOS: En general representan menos del 0,1 % en peso.
►Esenciales o indispensables:
Fe, Mn, Cu, Zn, F, I, B, Si, V, Cr, Co, Se, Mo, Sn.
►No esenciales para todas las especies:
Li, Al, Pb...
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
0
10
20
30
40
50 47
2826
8,2
0,20,14
0,050,04
25
0,001 0,01 0,001
49
12
1,1 2,5
% en la corteza terrestre
% en Los seres vivos
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Los seres vivos hemos “elegido” de entre loe elementos químicos presentes en la superficie de nuestro planeta aquellos que son más apropiados.
Composición de un hombre adulto de 70 Kg de peso (60% de agua)
◼ Elemento Peso % en peso % total de átomosO 43.9 Kg 62.7 25.6
C 13.5 Kg 19.3 10.5
H 6.54 Kg 9.34 60.95
N 3.6 Kg 5.14 2.39
Ca 1.13 Kg 1.61 0.27
P 55O g 0.79 0.16
S 324 g 0.46 0.10
K 154 g 0.22 0.04
Na 140 g 0.20 0.06
Cl 112 g 0.16 0.03
Mg 27 g 0.04 0.01
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Composición de un hombre adulto de 70 Kg de peso (60% de agua)
◼ Elemento Peso
Fe 4 g
F 3.3 g
Zn 2.1 g
Si 1.1 g
Cu 70 mg
I 15 mg
Co 1.5 mg
Hg 13 mg
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Necesidades en humanos de algunos bioelementos
◼ Na y K 1.5 a 6 g diarios
◼ Cl 1-2 g diarios
◼ P 1-1.5 g diarios
◼ Ca 0.4-1 g diarios
◼ Mg 200-400 mg diarios
◼ Fe 10-15 mg diarios
◼ I 100-500 μg
◼ Se 50-200 μg
◼ Cr 50-200 μg
◼ Co 5-10 μg
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Geometría de los enlaces del Carbono
Distribución tetraédrica de los enlaces sencillos
Enlace sencillo Carbono Carbono
Enlace doble Carbono Carbono
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Diferentes tipos de enlaces del Carbono
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Principales grupos funcionales
Hidroxilo (Alcohol)
Carbonilo (Aldehido)
Carbonilo (Cetona)
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Carboxilo (Ácido)
Amino
Metilo
Principales grupos funcionales
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Glucosa
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Ejemplos de diferentes tipos de esqueletos carbonados en las biomoléculas
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Fosfatidilcolina
Adenosín trifosfato: ATP
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Un segmento de ADN
Una proteína: la enzima Hexoquinasa
ATP
Glucosa
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
El ENLACE METÁLICO es característico de los metales y se produce por la presencia de una nube de electrones común para todos los átomos.
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
REPASO A LOS TIPOS DE ENLACE QUÍMICO
EL ENLACE IÓNICO es típico de los compuestos llamados sales.
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
EL ENLACE COVALENTE se produce cuando dos átomos comparten un par de electrones
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Componentes moleculares de una célula de E. coli
Moléculas Número aproximado de moléculas diferentes
Porcentaje en peso de la célula
Agua 1 70 %
Iones inorgánicos 20 1 %
Polisacáridos 5 3 %
Lípidos 20 2 %
Moléculas pequeñas: intermediarios metabólicos y monómeros
500 2 %
Proteínas 3000 15 %
Ácidos nucleicos:ADNARN
1↑ 3000
1 %6 %
Biomoléculas inorgánicas
Biomoléculas orgánicas
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
CONTENIDO EN AGUA EN DIFERENTES ESPECIES Y ESTRUCTURAS
Medusa 90 a 98%
Algas 95%
Melocotón 89%
Hongos 80%
Caracol 80%
Cangrejo 77%
Semillas Variable: 10 al 60%
Humanos adultos 63%
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
CONTENIDO EN AGUA EN DIFERENTES TEJIDOS ESTRUCTURAS HUMANAS
Humanos adultos 63%
Feto humano de 3 meses 94%
Recién nacido 69%
Sistema nervioso 86%
Músculo 76%
Hígado 75%
Hueso 25%
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Estructura de la molécula de agua
La molécula de agua es un dipolo
El enlace H-O es un enlace covalente polar
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Los dipolos de agua se atraen entre sí formando un tipo de enlace débil llamado puente, o enlace, de Hidrógeno.
La energía del puente de H es apenas un 5% de la de un enlace covalente
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Las propiedades del agua se basan en la formación de muchos puentes de Hidrógeno
A 20º Cº se forman 3,4 puentes de H de media
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
En el hielo cada molécula de agua forma el máximo de cuatro puentes de H, formando una red cristalina regular
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Efecto capilar El hielo flota
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
¿Por qué los zapateros pueden “caminar” sobre el agua?
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LAS PROPIEDADES QUÍMICAS
El medio celular es acuoso y permite disolver multitud de sustancias.
Las redes cristalinas de los compuestos iónicos se descomponen en el agua
◄
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
El medio celular es agua y por tanto, ni ácido ni básico (en principio)
Y además, el agua interviene como metabolito en numerosos procesos bioquímicos… como la fotosíntesis
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
LAS SALES MINERALES
Pueden estar en forma…
Precipitada (sólida)
disueltas: en forma iónica
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Funciones de las sales minerales en estado disuelto
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Mantenimiento del pH del medio: efecto tampón
– H2CO3/HCO3- es el principal tampón
extracelular
– H2PO4-/HPO4
2- actúa como tampón intracelular
Las sales aportan bioelementos: Ca, Fe, Zn, I…
Fase de Sol Fase de Gel
En la fase Sol predomina la fase dispersante (agua) y en la de Gel la fase dispersa (proteína, almidón…) sobre la dispersanteEstos estados son reversibles
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Los lípidos son sustancias apolares, y por tanto insolubles en agua.
Los lípidos forman dispersiones y micelas en el medio acuoso.
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
DIFUSIÓN
– La difusión es un proceso físico que depende de las concentraciones de solutos, la temperatura y la agitación, principalmente.
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Cuando la difusión se produce entre dos disoluciones separadas por una membrana semipermeable se produce el fenómeno llamado ÓSMOSIS
Las membranas semipermeables son aquellas que permiten el paso del disolvente pero no de los solutos
Las membranas de las células se comportan como membranas semipermeables
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
Cuando ponemos en contacto dos disoluciones con diferente concentración mediante una membrana semipermeable se produce la difusión de agua desde la solución más diluida a la más concentrada
Esto condiciona las relaciones de la célula respecto de la concentración de sustancias del medio
Medio isotónico Medio hipertónicoMedio hipotónico
Célula isotónica
Célula hipotónica
Célula hipertónica
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA