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La base molecular de la vida
LA MATERIA VIVA
BIOELEMENTOS
PIIMARIOS
ENLACES QUÍMICOS
INORGÁNICOSALES
MINERALES
OLIGOELEMENTOS
SECUNDARIOS
BIOMOLÉCULAS
AGUA
GLÚCIDOS
LÍPIDOS
PROTEÍNAS
ACID.NUCLÉICOS
ORGÁNICODINÁMICA
ENERGÉTICA
ESTRUCTURAL
Está formada por
Por su abundancia son
Si su proporción es muy pequeña son
Establecen
Formando
de tipo de función
son
son
Los bioelementos son los elementos químicos que constituyen los seres vivos.
De los aproximadamente 100 elementos químicos que existen en la naturaleza, unos 70 se encuentran en los seres vivos.
De estos sólo unos 22 se encuentran en todos en cierta abundancia y cumplen una cierta función.
BIOELEMENTOSBIOELEMENTOS
Aparecen en una proporción media del 96% en la materia viva, y son carbono, oxigeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Estos elementos reúnen una serie de propiedades que los hacen adecuados para la vida.
• Forman entre ellos enlaces covalentes muy estables, compartiendo pares de electrones. El carbono, oxígeno y nitrógeno pueden formar enlaces dobles o triples.
• Facilitan la adaptación de
los seres vivos al campo gravitatorio terrestre, ya que son los elementos más ligeros de la naturaleza.
Aparecen en una proporción próxima al 3,3%. Son: calcio, sodio, potasio, magnesio y cloro, desempeñando funciones de vital importancia en fisiología celular.
Aparecen en la materia viva en proporción inferior al 0,1% siendo también esenciales para la vida: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, yodo, boro, silicio, vanadio, cobalto, selenio, molibdeno y estaño.
OCHNPS
NaK
MgCaCl
MnFeCoCuZn
BAlV
MoI
SiLi
PRIMARIOS SECUNDARIOS INDISPENSABLES VARIABLES
BIOELEMENTOS OLIGOELEMENTOS
OXÍGENO
SILICIO
ALUMINIO
HIERRO
47
28
8
5
OXÍGENO
CARBONO
HIDRÓGENO
NITRÓGENO
63
20
9,5
3
CORTEZA (%) SERES VIVOS (%)
LOS ELEMENTOS QUÍMICOS MÁS ABUNDANTES EN LA CORTEZA TERRESTRE Y EN LOS SERES VIVOS ( EN % EN PESO)
ELEMENTOSELEMENTOS
• El carbono, hidrógeno y oxigeno (respiración aerobia incorpora electrones) constituyen la estructura básica de las moléculas orgánicas.
• El nitrógeno participa en la construcción de proteínas y ácidos nucleicos.
• El fósforo forma parte de los ácidos nucleicos y sus enlaces son utilizados en la obtención de energía (ATP).
• El azufre constituye parte de la mayoría de las proteínas.
AZUFRESe encuentra en dos aminoácidos, presentes en todas las proteínas.
FÓSFORO Forma parte de los nucleótidos, compuestos que forman los ácidos nucléicos. También forma parte de los fosfatos, sales minerales abundantes en los seres vivos.
MAGNESIO Forma parte de la molécula de clorofila, y en forma iónica actúa como catalizador, junto con las enzimas , en muchas reacciones químicas del organismo
CALCIO Forma parte de las estructuras esqueléticas. En forma iónica interviene en la contracción muscular, coagulación sanguínea y transmisión del impulso nervioso.
SODIO Catión abundante en el medio extracelular; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular
POTASIO Catión más abundante en el interior de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular
CLORO Es el anión más frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la sangre.
HIERRO Fundamental para la síntesis de clorofila y la hemoglobina.
MAGNANESOInterviene en la fotosíntesis en las plantas.
IODO Necesario para la síntesis de la tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo.
FLUORForma parte del esmalte dentario y de los huesos.
COBALTO Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina .
SILICIO Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, endurece tejidos vegetales
CROMOInterviene junto a la insulina en la regulación de glucosa en sangre.
ZINCActúa como catalizador en muchas reacciones del organismo.
LITIO Actúa sobre neurotransmisores y en la permeabilidad celular.
Bioelementos
Sólo 27 elementos de la naturaleza forman parte de los seres vivosSon los bioelementos o elementos biogénicos
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, ……..
Biomoléculas
Los bioelementos se unen originando las biomoléculas que forman la materia viva
CompuestosInorgánicos Orgánicos• Agua
• Sales minerales
• Glúcidos
• Lípidos
• Proteínas
• Ácidos nucleicosUnión de numerosos
monómeros
POLÍMEROSMacromoléculas formadas a base de moléculas más
sencillas
PRINCIPALES GRUPOS FUNCIONALES DE LAS BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS
Hidroxilo - OH Alcoholes
Carbonilo
Aldehídos
Cetonas
Carboxilo
Ácidos orgánicos
Éster Ésteres Amino Aminas
El agua y sus funciones biológicas
Por término medio constituye el 75 % del peso
del organismo
Las especies
El tipo de tejido
Edad del individuo
Propiedades del aguaVehículo de transporte
Medio de reacción Reactivo, especialmente en las reacciones de hidrólisis
Regulador térmico
EL AGUA
El agua es una biomolécula inorgánica. Se trata de la biomolécula más abundante en los seres vivos. En las medusas, puede alcanzar el 98% del volumen del animal y en la lechuga, el 97% del volumen de la planta. Estructuras como el líquido interno de animales o plantas, embriones o tejidos conjuntivos suelen contener gran cantidad de agua. Otras estructuras, como semillas, huesos, pelo, escamas o dientes poseen poca cantidad de agua en su composición.
EstructuraEl agua es una molécula formada por dos átomos de Hidrógeno y uno de Oxígeno. La unión de esos elementos con diferente electronegatividad proporciona unas características poco frecuentes. Estas características son:
1.-La molécula de agua forma un ángulo de 104,5º.2.-La molécula de agua es neutra.3.-La molécula de agua, aun siendo neutra, forma un dipolo, aparece una zona con un diferencial de carga positivo en la región de los Hidrógenos, y una zona con diferencial de carga negativo, en la región del Oxígeno.3.-El dipolo facilita la unión entre moléculas, formando puentes de hidrógeno, que unen la parte electropositiva de una molécula con la electronegativa de otra.
Importancia biológica del agua
Las propiedades del agua permiten aprovechar esta molécula para algunas funciones para los seres vivos. Estas funciones son las siguientes:
Disolvente polar universal: el agua, debido a su elevada constante dieléctrica, es el mejor disolvente para todas aquellas moléculas polares. Sin embargo, moléculas apolares no se disuelven en el agua.
Lugar donde se realizan reacciones químicas: debido a ser un buen disolvente, por su elevada constante dieléctrica, y debido a su bajo grado de ionización.Función estructural: por su elevada cohesión molecular, el agua confiere estructura, volumen y resistencia.
Función de transporte: por ser un buen disolvente, debido a su elevada constante dieléctrica, y por poder ascender por las paredes de un capilar, gracias a la elevada cohesión entre sus moléculas, los seres vivos utilizan el agua como medio de transporte por su interior.
Función amortiguadora: debido a su elevada cohesión molecular, el agua sirve como lubricante entre estructuras que friccionan y evita el rozamiento.
Función termorreguladora: al tener un alto calor específico y un alto calor de vaporización el agua es un material idóneo para mantener constante la temperatura, absorbiendo el exceso de calor o cediendo energía si es necesario.
Solubilidad del agua
• Sustancias polares o hidrófilas: glúcidos, aminoácidos, etc.
• Sustancias apolares o hidrófobas. Presentan interacciones hidrofóbicas.
• Sustancias anfipáticas. tienen una parte de su molécula que es hidrófila y otra parte hidrófoba. medio acuoso, orientan su molécula y dan lugar a la formación de micelas, monocapas o bicapas. Las membranas celulares son, esencialmente, bicapas formadas por lípidos anfipáticos
LAS SALES MINERALES
Las sales minerales son biomoléculas inorgánicas que aparecen en los seres vivos de forma precipitada, disuelta en forma de iones o asociada a otras moléculas.
PrecipitadasLas sales se forman por unión de un ácido con una base, liberando agua. En forma precipitada forman estructuras duras, que proporcionan estructura o protección al ser que las posee. Ejemplos son las conchas, los caparazones o los esqueletos.DisueltasLas sales disueltas en agua manifiestan cargas positivas o negativas. Los cationes más abundantes en la composición de los seres vivos son Na+, K+, Ca2+, Mg2+... Los aniones más representativos en la composición de los seres vivos son Cl-, PO4
3-, CO32-... Las sales disueltas en agua pueden realizar
funciones tales como:Mantener el grado de grado de salinidad.Amortiguar cambios de pH, mediante el efecto tampón.Controlar la contracción muscularProducir gradientes electroquímicosEstabilizar dispersiones coloidales.
Asociadas a otras moléculasLos iones pueden asociarse a moléculas, permitiendo realizar funciones que, por sí solos no podrían, y que tampoco realizaría la molécula a la que se asocia, si no tuviera el ión. La hemoglobina es capaz de transportar oxígeno por la sangre porque está unida a un ión Fe++. Los citocromos actúan como transportadores de electrones porque poseen un ión Fe+++. La clorofila captura energía luminosa en el proceso de fotosíntesis por contener un ión Mg++ en su estructura.
Los glúcidos, carbohidratos o hidratos de carbono
Bioelementos C : H : O 1:2:1 Monómeros
• 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
Uno es un aldehído, el otro es una cetona
Se diferencia en la posición del doble enlace
con el Oxígeno
Pentosas Ribosa
Desoxirribosa
Son aldosas
Se diferencian en que la desoxirribosa carece de grupo alcohólico en el 2º
carbono
Hexosas Glucosa
Galactosa
Fructosa
Glucosa y galactosa son aldosas, la fructosa es
cetosa
Las aldosas se diferencian en la posición de los
grupos alcohólicos de los carbonos 2 y 3
Disacáridos y polisacáricosDISACÁRIDOS
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
GLICÉRIDOS Son ésteres de glicerina y diferentes ácidos grasos
Glicerina, GlicerolAlcohol propanotriol
Ácidos grasos
3 H2O
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
Proteínas Los compuestos orgánicos más abundantesConstituyen 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 aas 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 específ icas
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
Función de las proteínas
ESTRUCTURAL ENZIMÁTICA
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
Los ácidos nucleicos ADN ARN
En el núcleo celular
formando parte de los cromosomas
En el núcleo celular
(nucleolo y jugo
nuclear), y en el
citoplasma formando
parte de los ribosomas
ARNm
ARNt
ARNrQuímicamente son polímeros que resultan de la unión de otros monómeros: los nucleótidos
Nucleótidos
• Los nucleótidos son monómeros hidrolizables formados por tres componentes
PENTOSA
RIBOSA
ARN
DESOXIRRIBOSA
ADN
ADENINA
GUANINA
CITOSINA
Forman parte del ADN y del ARN
TIMINA Forma parte del ADN
URACILO
Forma parte del ARN
ARN: A, G, C, U
ADN: A, G, C, T
Polinucleótidos
• Los nucleótidos se unen formando largas cadenas de polinucleótidos
La unión se hace entre:
El ácido fosfórico
Une las ribosas de dos nucleótidos consecutivos
El ARN está formado por una sola cadena
El ADN por dos cadenas enrolladas formando una doble hélice
Bases nitrogenadas en los ácidos nucleicos
En el ADN la unión de bases nitrogenadas se hace por parejas:
A - T
G - C
Enlaces entre bases en el ADN
3 enlaces entre G y C
2 enlaces entre A y T
Funciones de los ácidos nucleicos
Dirigir la síntesis de proteínas Transmitir la información hereditaria
Un gen es un fragmento de ADN que dirige la síntesis de una proteína, responsable de la aparición de un carácter.
Cada molécula de ADN está constituida por numerosos genes sucesivos
A un gen con una determinada secuencia de nucleótidos le corresponde una proteína con una determinada secuencia de aas.
El ARN es el encargado de ejecutar la información contenida en el ADN, y el encargado de sintetizar las proteínas.
El ADN se duplica o replica
Gracias a ello los caracteres hereditarios se transmiten de padres a hijos
Replicación:
Se desenrolla el ADN
Cada hebra sirve de molde para la síntesis de la cadena complementaria
Se vuelven a enrollar en la doble hélice
Las mutaciones
• Una mutación es un cambio hereditario producido por la modificación del material genético
Se manifiestan en las células Se manifiestan en las células que las sufren y en su que las sufren y en su
descendenciadescendenciaCélulas somáticas
La mutación sólo afecta a la parte del cuerpo donde
se ha producido la mutación y no se
transmite a los hijos
Células reproductoras
No se manifiesta en el individuo pero sí en la
descendencia
Las mutaciones son causa de variabilidad
genética en las poblaciones
Constituyen la base del proceso de
evolución
Las biomoléculas orgánicas están formadas a base de MONÓMEROS que pueden ser:
HIDROLIZABLES NO HIDROLIZABLES
Nucleótidos Aminoácidos Glicerina yÁcidos grasos Monosacáridos
Forman polímeros de ácidos nucleicos:
PolinucleótidosADNARN
Forman polímeros deProteínas:
PéptidosPolipéptidos
Proteínas
Forman polímeros deLípidos:
Triglicéridos
Forman polímeros deGlúcidos:Disacáridos
Polisacáridos
Las biomoléculas
• Las biomoléculas son exclusivas de los seres vivos. Son los glúcidos, los lípidos, las proteinas y los ácidos nucleicos.
Las biomoléculas realizan diversas funciones:
• Los glúcidos proporcionan la energía.
• Los lípidos son sustancias de reserva energética.
• Las proteinas sirven para el crecimiento y reparación de tejidos.
• Los ácidos nucleicos permiten las funciones de reproducción.
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