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

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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