Bioelementos y biomoléculas

orgánicas.Beatriz Benedicto Granell

Cristina Pérez Gisbert

4ºB

1. :Bioelementos•Bioelementos primarios: carbono, oxigeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo y azufre.

•Características:

-Forman entre ellos enlaces covalentes muy estables, compartiendo pares de electrones. El C, O y N, pueden formar enlaces dobles y triples.

-Facilitan la adaptación de los seres vivos al campo gravitatorio terrestre, ya que son los elementos más ligeros de la naturaleza.

Tabla de bioelementos:

• Bioelementos secundarios: proporción próxima al 3,3%. Son: calcio, sodio, potasio, magnesio y cloro, desempeñando funciones de vital importancia en fisiología celular

• Oligoelementos: 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. Aún participando en cantidades infinitesimales, no por ello son menos importantes, pues su carencia puede acarrear graves trastornos para los organismos.

2. :Agua

--El agua:El agua: es la molécula más abundante en los seres vivos, y representa entre el 70 y 90% del peso de la mayor parte de los organismos. El contenido varia de una especie a otra.

El agua presenta las siguientes propiedades físico-químicas:

• Acción disolvente: El agua es el líquido que más sustancias disuelve, esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, ya que éstas se disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua.

• Gran calor específico: El agua absorbe grandes cantidades de calor que utiliza en romper los puentes de hidrógeno. Su temperatura desciende más lentamente que la de otros líquidos a medida que va liberando energía al enfriarse. Esta propiedad permite al citoplasma acuoso servir de protección para las moléculas orgánicas en los cambios bruscos de temperatura.

• Bajo grado de ionización: De cada 10 elevado a la 7 de moléculas de agua, sólo una se encuentra ionizada.

Los seres vivos se han adaptado para utilizar químicamente el agua en dos tipos de reacciones:

• En la fotosíntesis en la que los enzimas utilizan el agua como fuente de átomos de hidrógeno.

• En las reacciones de hidrólisis, en que los enzimas hidrolíticos han explotado la capacidad del agua para romper determinados enlaces hasta degradar los compuestos orgánicos en otros más simples, durante los procesos digestivos.

Lonización del agua y escala de pH: Dos moléculas polares de agua pueden ionizarse

debido a las fuerzas de atracción por puentes de hidrogeno que se establecen entre ellas.

Un ion hidrógeno se disocia de su átomo de oxígeno de la molécula (unidos por enlace covalente), y pasa a unirse con el átomo de oxígeno de la otra molécula, con el que ya mantenía relaciones mediante el enlace de hidrógeno. Como vemos, el agua no es un líquido químicamente puro.

El producto [H+]∙[-H-]= 10-14, se denomina producto iónico del agua, y constituye la base para establecer la escala de pH, que mide la acidez o alcalinidad de una disolución acuosa , es decir, su concentración de iones.

Definimos el pH como: pH=-log [H+]

Osmosis y presión osmótica: Se define ósmosis como una difusión

pasiva, caracterizada por el paso del agua, disolvente, a través de la membrana semipermeable, desde la solución más diluida a la más concentrada.

Y entendemos por presión osmótica, a aquella que sería necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable. Las células de los organismos pluricelulares deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos tisulares que los bañan.

Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos, se haría hipertónica respecto a las células. Como consecuencia se originan pérdida de agua y deshidratación.

De igual forma, si los líquidos extracelulares se diluyen, se hacen hipotónicos respecto a las células.

3. Sales minerales

• Sales inorgánicas insolubles en agua: Su función es de tipo plástico, formando estructuras de protección y sostén, como por ejemplo:

-Caparazones de crustáceos y moluscos y caparazones silíceos de radiolarios y diatomeas.

-Esqueleto interno en vertebrados (fosfato, cloruro, fluoruro y carbonato de calcio) y los dientes.

- Determinadas células incorporan sales minerales, como las que se pueden encontrar en la pared de celulosa de los vegetales, o como forma de producto residual del metabolismo.

- El carbonato de calcio también se puede encontrar en el oído interno, formando los otolitos que intervienen en el mantenimiento del equilibrio interno.

• Sales inorgánicas solubles en agua: La actividad biológica que proporcionan se debe a sus iones y desempeñan, fundamentalmente, las siguientes funciones:

- Funciones catalíticas: actúan como cofactores enzimáticos siendo necesarios para el desarrollo de la actividad catalítica de ciertas enzimas.

-También el ion Mg+2 forma parte de las clorofilas y participa en los procesos de la fotosíntesis.

-El Ca+2, interviene en la contracción muscular y en los procesos relacionados con la coagulación de la sangre.

-Funciones osmóticas. Intervienen en la distribución del agua. Los iones Na+, K+, Cl-, Ca+2, participan en la generación de gradientes electroquímicos, que son

imprescindibles en el potencial de membrana y del potencial de acción en los procesos de la sinapsis neuronal, transmisión del impulso nervioso y contracción muscular.

4. Moléculas biológicas Los glúcidos

Son biomoléculas orgánicas constituidas por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno. Pueden contener excepcionalmente átomos de otros elementos, como nitrógeno, azufre o fósforo.

Se les puede llamar hidratos de carbono o carbohidratos. Químicamente, los glúcidos pueden definirse como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas: son moléculas en las que los átomos de carbono están unidos a grupos alcohólicos (-OH), llamados también radicales hidroxilo, y a radicales hidrógeno (-H). En todos los glúcidos siempre hay un grupo carbonilo, es decir, un carbono unido a un oxígeno mediante un doble enlace. Este grupo carbonilo puede ser un grupo aldehído (-CHO) o bien un grupo cetónico (-CO-). A menudo se les denominan azúcares ya que muchos de ellos tienen sabor dulce.

Clasificación de glúcidos:

1. Monosacáridos u osas. Son los glúcidos constituídos por una sola cadena polihidroxialdehída o polihidroxitetónica. Son los glúcidos más simples.

2. Ósidos. Más de una cadena polihidroxialdehída o polihidroxicetónica. Se forman por la unión de un número variable de monosacáridos e incluso pueden asociarse a otras moléculas diferentes, como lípidos o proteínas.

Dentro de los Ósidos se diferencian: • Oligosacáridos. Contienen entre 2 y 10

monosacáridos. Los más importantes son los disacáridos, que resultan de la unión de dos monosacáridos.

• Polisacáridos. Están formados por múltiples unidades repetitivas de monosacáridos. Por su composición, se dividen en dos grupos: homopolisacáridos (se forman por la repetición de un único monosacárido) y heteropolisacáridos (cuando contienen más de un tipo de monosacárido).

Los monosacáridos: Son glúcidos constituidos por una sola cadena polihidroxialdehídica o

polihidroxicetónica. Propiedades: Son sólidos cristalinos, de color blanco, hidrosolubles y de

sabor dulce. Todos los monosacáridos tienen carácter reductor: son capaces de oxidarse, es decir, de perder electrones, frente a otras sustancias que al aceptarlos se reducen.

Composición química: Los monosacáridos contienen entre 3 y 7 átomos de carbono; Se nombranañadiendo la terminación osa al número de carbonos (Ej: triosas, terrosas, pentosas…)

Estructura de los monosacáridos en disolución: fórmulas cíclicas El sistema empleado para representar la estructura de los

monosacáridos, conocido como proyección de Fischer, muestra moléculas de estructura abierta.

Importancia biológica de los monosacáridos: Los monosacáridos tienen gran interés, por ser los monómeros constituyentes de todos los glúcidos. También se presentan libres y actúan como nutrientes de las células para la obtención de energía, o como metabolitos intermediarios de importantes procesos biológicos, como la respiración y la fotosíntesis.

• Triosas: Son glúcidos con tres átomos de carbono. Intervienen en el metabolismo de la glucosa y de otros glúcidos.

• Tetrosas: son glúcidos formados por cuatro átomos de carbono.

• Pentosas: son glúcidos con cinco átomos de carbono.

• Ribosa.

• Desoxirribosa.

• Xilosa.

• Arabinosa.

• Hexosas: son glúcidos con seis átomos de carbono.

• Glucosa. Se encuentra en todos los vegetales, en forma libre en los frutos, o como polisacárido de reserva en el interior celular (almidón) o estructural en el exterior (celulosa). En los animales es el principal nutriente que, mediante la respiración celular, es degradado parcial o totalmente para obtener energía.• Galactosa. No se encuentra libre, forma parte de la lactosa (disacárido de la leche), depolisacáridos complejos y de heterósidos.• Fructosa. Se encuentra en las frutas libre o unida a la glucosa formando el disacáridosacarosa.

•Los enlaces N-glucosídico y O-glucosídicoHay dos tipos de enlace entre monosacáridos y otras moléculas: el enlace N-glucosídico, que seforma entre un –OH y un compuesto aminado, y el enlace O-glucosídico, que se realiza entre dos – OH de dos monosacáridos.

Los Polisacáridos

Son polímeros constituidos por la unión de muchos monosacáridos mediante enlaces O-glucosídicosque originan largas cadenas moleculares, lineales o ramificadas. No se consideran azúcares, ya que carecen de sabor dulce y no tienen carácter reductor.

Tipos:A) Polisacáridos estructurales: Su función es proporcionar

soporte y protección a diversas estructuras y organismos. Se distinguen:

- Homopolisacáridos: contienen una repetición de monosacáridos iguales.

Celulosa: es insoluble en agua y solo puede ser hidrolizada totalmente a glucosa por algunas enzimas (celulasas) producidas por microorganismos, como las bacterias de la flora intestinal de los animales herbívoros o los protozoos que viven en el intestino de las termitas.

Quitina: Polímero lineal que forma parte del exoesqueleto de los artrópodos y de las paredes celulares de los hongos. Su estructura es similar a la de la celulosa y, como ella,forma capas alternas.

- Heteropolisacáridos: formados por monosacáridos diferentes.

Pectinas: Se encuentran en la pared de las células vegetales.Agar-agar: Se extrae de las algas rojas o rodofíceas. Es muy hidrófilo y se

utiliza en microbiología para preparar medios de cultivo.Goma arábiga: Es una sustancia segregada por las plantas para cerrar sus

heridas.

B) Polisacáridos reserva de energía.Las células necesitan cantidades variables de energía que obtienen preferentemente a través de la degradación de la glucosa. Los polisacáridos de reserva de mayor interés biológico son:

Almidón. Es el homopolisacárido de reserva de las células vegetales. Se encuentra en los plastos de las células vegetales y es abundante en los órganos de reserva de las plantas, como tubérculos o raíces, y en las semillas.

Glucógeno. Es el homopolisacárido de reserva de las células animales. Se almacena en forma de gránulos en el hígado y en los músculos esqueléticos.

HeterósidosSon moléculas de enorme variedad constituidas por un glúcido unido a otra molécula no glucídica denominada aglucón. Atendiendo a la naturaleza de la fracción no glucídica,se distinguen las siguientes clases:

Glucolípidos Están constituidos por monosacáridos u oligosacáridos unidos a lípidos(ceramida). Generalmente se encuentran en la zona externa de la membrana celular, que junto a las glicoproteínas forman el glucocalix. Los más conocidos son los cerebrósidos y los gangliósidos.

Glucoproteínas La fracción no glucídica es una molécula de naturaleza proteica. Son moléculas formadas por una pequeña fracción glucídica y una gran fracción proteica que se unen mediante enlaces fuertes (covalentes). Las principales son: glicoproteínas de la sangre (protrombina y las inmunoglobulinas, fibrinógeno), las hormonas gonadotrópicas (FSH,TSH, LH), algunas enzimas y las glicoproteínas de las membranas celulares.

Los LípidosSon biomoléculas ternarias compuestas fundamentalmente por

Carbono e Hidrógeno y en menor proporción Oxígeno, además presentan a veces fósforo y nitrógeno. Son insolubles en agua, pero solubles en benceno, éter, cloroformo y otros solventes orgánicos. Ejemplo: aceites, grasas, ceras, etc.

Funciones:

- Almacenan en sus enlaces gran cantidad de energía, aun más que los glúcidos.- Son constituyentes fundamentales de la membrana celular.- Constituyen hormonas sexuales.- Constituyen vitaminas (A, D, E, K)- Producen aislamiento térmico y amortiguación al ubicarse debajo de la piel.- Protegen la superficie de organismos vegetales y animales (las ceras).

Clasificación:

• Lípidos Simples: Formados sólo por la unión de alcoholes y ácidos grasos. Los más conocidos son los Trigliceridos (grasas y aceites) y las ceras que forman una capaprotectora contra la humedad sobre la piel, plumas, frutas, hojas, etc.

• Lípidos Complejos: Formados por la unión de lípidos simples con otro tipo de moléculas, como por ejemplo el fósforo, el nitrógeno, azufre. Entre los más importantes están losfosfolípidos formados por un lípido simple y ácido fosfórico.

• Lípidos Derivados: No poseen alcohol ni ácidos grasos, pero derivan de estos últimos.

- Esteroides: Son los más importantes. El principal esteroide es el Colesterol pues de él derivan la vitamina D, sales biliares y las hormonas sexuales.

- Terpenos (ej: vit. A, K, E; el caucho) y las- Prostaglandinas

Las Proteinas

Son biomoléculas cuaternarias compuestas por C, H, O y N, aunque muchas poseen además S, P, Fe, Zn, Cu, etc. Son las biomoléculas orgánicas más abundantes en las células y son fundamentales para la vida.

Las proteínas son cadenas de aminoácidos, siendo éstos últimos las unidades básicas de las proteínas.

Funciones:- Favorecen las reacciones químicas que ocurren en los seres vivos. Ejemplo: enzimas como la Pepsina.- Constituyen estructuras fundamentales. Ejemplo: Colágeno, Queratina.- Intervienen en la coagulación de la sangre. Ejemplo: Trombina.- Permiten la contracción muscular. Ejemplo: Actina y Miosina.- Intervienen en la respuesta inmune. Ejemplo: Anticuerpos (Inmunoglobulinas)- Constituyen hormonas. Ejemplo: Insulina y Glucagón.- Transportan sustancias en la sangre. Ejemplo: Hemoglobina.

Clasificación:1. Por su Composición:

- Simples. Formadas sólo por aminoácidos. Ej: Albúmina.

- Conjugadas. Formados por aminoácidos unidos a algún componente orgánico o inorgánico al que se le llama grupo prostético. Ej: Hemoglobina y Mioglobina.

2. Por su forma:

- Fibrosa. Son de forma alargada, a modo de filamentos. Ej: Colágeno,la Queratina y la Elastina.

- Globulares.Son de forma redondeada y compacta. Ej: las enzimas, globulinas y albúminas.

Los ácidos nucleicos

Son biomoléculas pentarias compuestas por C, H, O, N y P. Se encuentran en todos los seres vivos y controlan sus procesos básicos.

Son biomoléculas muy complejas, están compuestos por largas cadenas de nucleotidos.

NucleótidoUnidad básica (monómero) de los ácidos nucleicos. Están

compuestos por:- Un monosacárido del tipo de las pentosas, que

puede ser ribosa o desoxirribosa- Un ácido fosfórico que le da la característica ácida a la molécula.- Una base nitrogenada compuesta por C, H, O y

N. Existen dos tipo de base:1. Base Pirimidínicas: Citosina (C) Timina (T) y el Uracilo (U).

2. Bases Purínicas: Adenina (A) y la Guanina (G).

• Se define como complementarias a dos bases nitrogenadas que pueden forman puentes de hidrógeno entre sí. Así tenemos que A y T (U) son complementarias, lo mismo que G y C.

• A los nucleótidos se les clasifica, de acuerdo a la pentosa, en desoxirribonucleótidos (contienen desoxirribosa) y ribonucleótidos (contienen ribosa).

NucleósidoEs la unión de una pentosa y una base nitrogenada.

Los ácidos nucleicos son de dos tipos:

• Ácido DesoxirribonucleicoEl ADN es la molécula que porta la información genética, es decir que contiene todas las instrucciones para realizar todos los procesos y construir todas las estructuras de un ser vivo. Esta formado por dos cadenas de desoxirribonucleótidos colocadas paralelamente y que se mantienen unidas por puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas. Esta doble cadena se tuerce sobre si misma formando una hélice. Sus nucleótidos presentan las siguientes características, en su constitución:

- Pentosa: desoxirribosa- Ácido fosfórico- Bases Nitrógenadas: Adenina, Guanina, Citosina, Timina

• Ácido RibonucleícoCompuesto por una cadena de ribonucleótidos. Cumple funciones diversas en la síntesis de proteínas. Sus nucleótidos presentan las siguientescaracterísticas en su constitución:

- Pentosa (monosacárido): ribosa- Ácido fosfórico- Base Nitrógenadas: Adenina, Guanina, Citosina, Uracilo

Tipos de ARN:1. ARN mensajero (ARNm)Se fabrica a modo de copia de algún segmento del ADN, de forma que transporta en él información genética, desde el núcleo hacia el citoplasma. El proceso de copia del ADN en el ARNm se llama TRANSCRIPCIÓN. 2. ARN de transferencia (ARNt)Transporta los aminoácidos hacia el ribosoma para la síntesis de proteínas.

3. ARN ribosómico (ARNr)Se asocia con proteínas para la constitución de los ribosomas. A éstos llega el ARNm para ser “leído”, a este proceso de le llama TRADUCCIÓN.

DIFERENCIAS ENTRE ADN Y ARN

• BIOMOLÉCULAS ADN ARN

• CARACTERÍSTICAS

• Número de cadenas 2 1polinucleótidas.

• Bases nitrogenadas Adenina Guanina Adenina Guanina Timina Citosina Uracilo Citosina

• PENTOSA DESOXIRRIBOSA RIBOSA• Ubicación Núcleo Núcleo Mitocondria; Virus Citoplasma; Virus

Cloroplastos Mitocondria Cloroplastos

Ribosomas

• Función Contiene el programa Síntesis de Proteínas genético de los seres vivos

• Origen Replicación del ADN o TranscripciónAutoduplicación