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BIOELEMENTOS (ELEMENTOS BIOGÉNICOS)
Son aquellos elementos
químicos que forman parte de los seres vivos , esenciales en los procesos
vitales
Bioelementos
PRIMARIOS:
• Constituyen el 95 % del
peso de cualquier
organismo
• C, H, O, N
SECUNDARIOS:
• Constituyen el 4 % del peso de cualquier organismo
• P, S, Ca, Na, K, Cl, I, Mg, Fe
OLIGOELEMENTOS:
• Constituyen el 0,1 % del peso de
cualquier organismo
• Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Ni Si, ……..
Los bioelementos se unen originando las
biomoléculas que forman la materia viva
Lípidos
Glúcidos
AcNucleicos
Proteínas
Orgánicas
Biomoléculas
Simples
N2,
O2
CO2
como
se encuentran
Disueltas(Na+, Cl-)
Precipitadas(CaCO3)
Inorgánicas
minerales
Agua
como
ENLACES QUÍMICOS
COVALENTE
formados por pares
de electrones compartido
s
IONICOatracción mutua de
partículas de carga eléctrica
opuesta
enlace covalente no
polar,
los electrones se comparten por
igual.
enlaces covalentes
polares,
los electrones se comparten de modo
desigual
EL AGUA
Pares electrónicos compartidos
Pares electrónicos no compartidos
(-)
(+)
El oxígeno tiene
dos pares
electrónicos libres
dos enlaces covalentes con
átomos de hidrógeno
La molécula de agua tiene :
una carga total neutra (igual número de protones que de electrones ), y
una distribución asimétrica de sus
electrones, lo que la convierte en una molécula polar
Al ser una molécula polar y a que las cargas
eléctricas opuestas se atraen,
las moléculas de agua tienden a atraerse unas a
otras
Enlace Puente de Hidrógeno
La polaridad del agua permite que
esta se una a otras sustancias
polares y repele a las no polares
Agua Propiedadesfísico- químicas
presenta
Funcionesbiológicas
DisolventeBioquímicaTransporte
Propiedades físico- químicas
Elevado calor
específico
Gran calor específico: 4,184 J/g.°C.Calor específico: cantidad de calor que se
requiere para elevar un ºC la temperatura de un gramo de ella.
Elevado calor de
vaporización
Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a 20 ºC
Elevada fuerza de adhesión
Capilaridad
Densidad máxima a 4° C
Elevada tensión
superficial
Esto no se cumple en el agua en el rango de temperaturas de 0 a
3.98°C, por lo cual el hielo sólido es menos denso que el agua. Por
ello, el hielo flota en el agua.
“Al bajar la temperatura de un cuerpo este se contrae en su
volumen pasando a estado sólido, por lo cual su densidad aumenta”.
Esto hace que al estar bajo cero la temperatura de un lago
y formarse hielo en su superficie, el hielo actúa como aislante térmico del agua, de
modo que el agua bajo el hielo no se congela y se mantiene la
vida bajo
Densidad máxima a 4°C
Permite la vida debajo del hielo
Elevada cohesión molecular
Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua
fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi
incomprensible.
Esqueleto hidrostático
Volumen celular
Turgencia plantas
Elevada tensión superficial
atracción de las moléculas del agua se pegan unas a otras.
Película delgada
Elevada fuerza de adhesión
las moléculas del agua se pegan a otras sustancias como el vidrio, la ropa, tejidos
orgánico y la tierra CAPILARIDAD
Gran calor específico: 4,184 J/g.°C.Calor específico: cantidad de calor que
se requiere para elevar un ºC la temperatura de un gramo de ella.
Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a 20 ºC
Elevada calor específico
Elevada calor vaporización
Función termoreguladora
Función termoreguladora
Esta propiedad permite al
citoplasma acuoso sirva de proteccción para las moléculas orgánicas en los
cambios bruscos de temperatura.
Agua
Funcionesbiológicas
Disolvente
Bioquímica
Transporte
La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones :
Medio donde ocurren las reacciones del metabolismo Sistemas de transporte
+-
H2O + H2O H3O+ + OH-
+ -++
Ión hidronio
Ión hidroxilo
IONIZACIÓN DEL AGUA
El agua pura tiene la capacidad de disociarse en iones
El agua pura se puede considerar una mezcla de :
agua molecular (H2O ) protones hidratados (H3O+ ) e iones hidroxilo (OH-)
Este producto iónico es constante. Como en el agua pura la concentración de
hidrogeniones y de hidroxilos es la misma, significa que la
concentración de hidrogeniones es de 1 x 10 -7.
pH: es el potencial de iones hidrógeno
pH = - log [H+]
Según ésto: disolución neutra pH = 7 disolución ácida pH < 7 disolución básica pH > 7
En la figura se señala el pH de algunas soluciones. En general hay que decir que la
vida se desarrolla a valores de pH próximos a la neutralidad.
sangre arterial, 7.4sangre venosa 7.35líquido intracelular 6 a 7.4orina 6.8 a 7.2sudor 5 a 7.0jugo gástrico 2.0 a 2.5
Acidosis: pH sanguíneo menor 7.36
Alcalosis: pH sanguíneo mayor
7.44
El C, N y O, pueden compartir más de un par de electrones, formando enlaces dobles y triples, lo cual les dota de una gran versatilidad para el enlace químico
POLÍMEROS
Los glúcidos, carbohidratos o hidratos de carbono
Bioelementos C : H : O 1:2:1Monómeros
• Moléculas no hidrolizables• Solubles y de sabor dulce
• Se unen formando disacáridos y polisacáridos
Función Energética Su equivalente calórico = 4 Kcal/g
Estructural Sólo algunos
Principales monosacáridos
Triosas Gliceraldehído
Dihidroxiacetona
Pentosas Ribosa
Desoxirribosa
Hexosas Glucosa
Galactosa
Fructosa
Union glucosidica
Entre monosacaridos
Disacáridos y polisacáricos
DISACÁRIDOS
Sustancias hidrolizables
Unión de dos monosacáridos
MALTOSA
Dos glucosas
LACTOSA
glucosa y galactosa
SACAROSA
glucosa y fructosa
POLISACÁRIDOS
Polímeros hidrolizables
Unión de n monosacáridos
DE RESERVA
ALMIDÓN en vegetales
GLUCÓGENO en animales
ESTRUCTURALES
CELULOSA, principal componente de la pared de la célula vegetal
LÍPIDOS
De composición química variadaSon sustancias orgánicas insolubles en agua
Solubles en disolventes orgánicos
GLICÉRIDOS OTROS LÍPIDOS
GRASAS y SEBOS sólidos a temperatura ambiental
ACEITES líquidos a temperatura ambiental
Reserva de energía a largo plazo
Su equivalente calórico es de 9 Kcal/g
Más adecuados que los glúcidos para almacenar energía, ahorrando espacio y peso
Los seres vivos emplean como fuente de energía los glúcidos, y una vez agotados, consumen las grasas almacenadas
OTROS LÍPIDOS
Ceras Fosfolípidos Esteroides Carotenoides
Función protectora
Recubren superficies de hojas y frutos
Recubren piel de vertebrados
Mantienen superficies flexibles e impermeables
Función estructural
Moléculas anfipáticas: una
cabeza hidrófila, una cola hidrófoba
forman una bicapa lipídica, estructura
básica de las membranas biológicas
Destaca el colesterol
Estructural: forma parte de las membranas de células animales
Regulador: precursor de otras sustancias como hormonas
Dan lugar a los pigmentos vegetales, responsables de los colores rojizos y amarillentos de las plantas
ProteínasLos compuestos orgánicos más abundantes
Constituyen el 50% del peso seco de la materia viva
Sus unidades básicas
Moléculas no hidrolizables
Ácidos orgánicos formados por un grupo
amino y un grupo carboxilo
Grupo carboxiloGrupo amino
Grupo variable que diferencia los 20 aminoácidos que forman las proteínas
El enlace peptídico
Se unen aa entre el grupo carboxilo de uno
y el amino del siguiente
Se forman cadenas peptídicas o péptidos de longitud variable
Cada proteína es una macromolécula formada por una o
varias cadenas peptídicas
En cada célula existen miles de proteínas distintas con funciones
específicas
Cualquier alteración en la secuencia de aminoácidos, incluso la sustitución de un
solo aa por otro, proporciona una proteína diferente
Especificidad de las proteínas
Las proteínas son específicas
Cada especie posee proteínas diferentes a las
de otras especies
Dentro de una misma especie, cada individuo tiene proteínas
exclusivas que le diferencian de otros individuos
Una misma proteína tiene secuencias peptídicas distintas en distintos
individuos
El grado de diferencia dependerá de su parentesco evolutivo
Cada ser vivo tiene unas características
determinadas, porque tienen unas
proteínas determinadas
Son el principal material de construcción de los
organismos
Forman parte de casi todas sus estructuras
biocatalizadores aumentar la velocidad de las reacciones biológicas
Todas las reacciones químicas celulares se realizan por enzimas
FUNCION DE LAS
PROTEINAS
ESTRUCTURAL
ENZIMATICA
Las moléculas orgánicas tienen propiedades particulares debido a la presencia de grupos funcionales
H
Los grupos hidroxilo no son altamente reactivos, pero ellos fácilmente forman puentes de hidrógeno y contribuyen para hacer las moléculas solubles
en la agua.
Los grupos Carbonilo tienen un átomo de oxígeno con doble
ligadura a un átomo de carbono (simbolizado
como C=O).
Los grupos carbonilo tienen dos formas:
Grupo aldehído, donde el grupo C=O está al final de una molécula orgánica.
Un átomo de hidrógeno se ubica también sobre el mismo átomo de
carbono
Grupo cetona, donde el grupo C=O se ubica dentro de una molécula
orgánica
H
Las moléculas que contienen grupos carboxilo
se llaman ácidos carboxílicos, y disocian parcialmente en H + y
COO -.
Los grupos amino (- NH2) son los grupos funcionales comunes
que contienen nitrógeno
Los grupos amino son básicos, y frecuentemente llegan a ser ionizados por
la adición de un ion de hidrógeno (H +), formando
grupos amino positivamente cargados
El azufre se encuentra principalmente en las proteinas, en forma de sulfhidrilo o grupos
disulfuro
El grupo funcional más común en las moléculas orgánicas es el grupo fosfato (simbolizado
como (-PO4-).
El compuesto H3PO4 es el ácido fosfórico, un ácido
fuerte que se ioniza fácilmente para dar H2PO4- y un ion de
hidrógeno (H+).
LOS GLÚCIDOSLOS GLÚCIDOS
Aldosas
GLÚCIDOS
GALACTOSAGLUCOSARIBOSA
DESOXIRRIBOSA
Monosacáridos GlucoconjugadosPolisacáridosOligosasacáridos
Cetosas
RIBULOSAFRUCTOSA
LactosaSacarosaMaltosa
Celobiosa
Homopolisacáridos
Vegetales Animales
Heteropolisacáridos
PectinaAgar Agar
Goma arábiga
PeptidoglucanosGlucoproteínas
Glucolípidos
EnlaceO-glucosídico
se unen por
formando
son
ejemplos ejemplos
se clasifican
ejemplos
se clasifican
Disacáridos
Reserva
CelulosaAlmidón Quitina Glucógeno
Estructural
ejemplos
LOS LÍPIDOSLOS LÍPIDOS
Ácidos grasos
InsaponificablesSaponificables
Lípidos complejosLípidos simples
Esteroides
Insaturados
Estructural
Prostaglandinas
Saturados
Terpenos
Sebos
Reserva
Aceites
GlucolípidosCerasAcilglcéridos
formados por
Membranas celulares
GangliósidosFosfoglicéridos
Fosfoesfingolípidos
Cerebrósidos Hormonas esteroideasEsteroles
HormonasSuprarrenales
HormonasSexuales
AldosteronaCortisona
ProgesteronaTestosterona
ColesterolCarotenoidesVitamina A,E,K
Fosfolípidos
Relación celular
se clasificanfu
nció
n
func
ión
s e e
ncue
n tr a
n
ii mpl
icad
os
e jem
p los
e jem
p lo
e jem
plos
e jem
p los
Vitamínica Estructural Regulación
func
ión
func
ión
func
ión
LÍPIDOS
LAS PROTEÍNASLAS PROTEÍNASPROTEÍNAS
ESTRUCTURA CLASIFICACIÓNFUNCIONES
Estructural
Enzimática
Hormonal
Defensa Transporte
Reserva
ContráctilAminoácidos
Enlacepeptídico
Péptidos oproteínas
Organizaciónestructural
unidos por
formando
tienen
E. terciaria
E. cuaternaria
E. secundaria
E. primaria
Plegamientoespacial
Proteínasoligoméricas
Secuencia deaminoácidos
hélice
Conformación
definida por
es la
sólo en
20(según R)
se distinguen
Heteroproteínas
Holoproteínas
Fibrosas
Globulares
Colágeno
Actina/Miosina
Ej
Nucleoproteínas
Lipoproteínas
Fosfoproteínas
Glucoproteínas
Cromoproteínas
Caseína
Cromatina
HDL, LDL
FSH, TSH...
Proteoglucanos
Hemoglobina
Ej.
Ej.
Ej.
Ej.
Ej.
Ej.
Albúminas
Globulinas
LOS ÁCIDOS NUCLEICOSLOS ÁCIDOS NUCLEICOSAc. fosfórico + Nucleósido
(Azúcar pentosa + Base nitrogenada)
ARNADN
polimeros de A, G, C, Upolimeros de A, G, C, T
NUCLEÓTIDOS
Cromosomabacteriano
Nucleosoma
Collar de Perlas
Fibra de cromatina
Bucles radiales
Cromosoma lineal
En procariotas En eucariotas
Enrrollamientoen superhélice
Niveles de empaquetamientocrecientes
Conformaciónen hélice A, B o Z RibozimasARNm
ARNrARNt
Síntesis de proteínas
Función catalítica
ATP, cAMP, GTP, ...
Funciones varias(segundos mensajeros, energética, ...)
CARBONO A causa de los enlaces del carbono,(valencia cuatro) los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes .
configuración tetraédrica
Esta conformación espacial es responsable de la actividad biológica.
Permite que puedan formarse cadenas más o menos largas, lineales,
ramificadas y cíclicas.