COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS

I. INTRODUCCIÓN

La materia viva está formada por los mismos elementos químicos que se encuentran en la materia no viva del universo. La diferencia radica en la forma en que estos se organizan. De los elementos químicos, los que son indispensables para la vida están: C, H, O, N, P, S.

De las moléculas que componen a los seres vivos, el agua es la más abundante y constituye entre el 50 y 95% del peso de cualquier sistema vivo.

El agua posee características que la permiten desempeñar un papel único y central en relación con los seres vivos. Dentro de las propiedades que posee el agua está su gran poder como solvente.

¿Qué significa que el agua sea un solvente polar?.

En los organismos se encuentran cuatro tipos diferentes de moléculas orgánicas – moléculas que contiene carbono- en gran cantidad. Estos cuatro tipos son los carbohidratos (compuestos de azúcares), lípidos (moléculas no polares, muchas de las cuales contienen ácidos grasos), proteínas (compuestos de aminoácidos) y nucleótidos (moléculas complejas que desempeñan papeles centrales en los intercambios energéticos y que también pueden combinarse para formar moléculas muy grandes, conocidas como ácidos nucleicos.

II. OBJETIVOS

Identificar las propiedades químicas y físicas del agua.Reconocer que el agua es un poderoso solvente.Identificar las funciones de las moléculas orgánicas.Reconocer las diferencias estructurales de carbohidratos, lípidos, proteínas y

nucleótidos.

III. MATERIALES Y MÉTODOS

Análisis de las tablas y dibujos

IV DESARROLLO.

Realice las actividades que se le indicará en el Laboratorio

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a) Dibuje la molécula de agua

b) ¿Esta molécula presenta carga?. Dibuje y Explique

c) Como consecuencia de lo anterior, explique mediante un dibujo lo que ocurre con las moléculas de agua.

d) ¿Qué ocurre cuando se pone en contacto cualquier molécula polar con el agua? Explique.

e) ¿De qué manera estos efectos son importantes para los sistemas vivos?.

f)¿Qué significa que la parafina sea un solvente no polar?.

g) Explique de qué manera funciona el jabón para atrapar y eliminar las partículas de suciedad y grasa.

h) Superficies tales como el vidrio o la tela u otras sustancias pueden hacerse impermeable por la aplicación de aceites siliconados. De una explicación en términos moleculares,

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1.- El Glucógeno, el Almidón y la celulosa son polímeros de glucosa. El Glucógeno y el almidón (amilopectina) son moléculas ramificadas y relativamente solubles en agua. En cambio, la celulosa es más bien rígida e insoluble.

Se estableció que estos polímeros están formados por diferentes isómeros de la glucosa, uniones (1 -> 4) determina, en el caso del almidón, se forme una estructura con ramificaciones y estructura helicoidal. En el caso de la Celulosa, uniones (1 -> 4)una estructura lineal. Basándose en éstos antecedentes conteste las siguientes preguntas:

a) ¿Cómo se explica la insolubilidad y rigidez de la celulosa en comparación con el almidón?

b) ¿Podría la amilasa humana (enzima que degrada el almidón) degradar la celulosa? Explique.

2.a.- Al estudiar la estabilidad de proteínas, se observó que al aumentar la temperatura la conformación original de las proteínas se modificaba (desnaturalización) a la misma temperatura. Al analizar la constitución aminoacídica se encontró que aquellas proteínas más resistentes a la desnaturalización por temperatura poseían una mayor proporción de cisteínas, que aquellas más sensibles.

¿Cuál es el efecto de la temperatura sobre la estabilidad conformacional de las proteínas?.

¿Qué papel puede desempeñar la cisteína en la resistencia a la desnaturalización por temperatura?

2.b.- Una proteína en medio acuoso reconoce y se une a un determinado ligando. Sin embargo, al cambiar esta proteína a un medio hidrofóbico ésta ya no reconoce a su ligando.

a) Proponga una explicación para este hecho.

b) ¿Podría esta proteína, en el medio hidrofóbico, unirse a un ligando diferente?

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3.- Si se aumenta la temperatura de un medio que contiene DNA, se observa que se separan las dos hebras que lo constituyen (desnaturalización). Cuando se estudia DNA proveniente de distintas especies, se encuentre que la temperatura a la cual se desnaturaliza es distinta. Se encontró que el DNA que requiere una mayor temperatura para desnaturalizarse contiene una mayor proporción de guaninas y citosinas, y que aquellos que tienen una temperatura de desnaturalización menor, contienen una mayor proporción de adeninas y timinas.Proponga una explicación para este hecho.

4.- En la Figura siguientese muestra los resultados de un análisis comparativo de algunas propiedades del agua.

Los puntos de ebullición y de congelación observados se escapan de los valores esperados, los que se graficaron. Describa el gráfico siguiente.

Basándose en estos antecedentes y en el conocimiento de la estructura de la molécula de agua responda las siguientes preguntas:

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INFORMACION COMPLEMENTARIA

LÍPIDOS

Los lípidos son una clase heterogénea que incluye grupos emparentados químicamente y otros cuya estructura difiere por completo, la característica común a todos ellos es la solubilidad en solventes no polares (éter, benceno, cloroformo, tetracloruro de carbono), y la insolubilidad en agua y solventes acuosos.

Son sustancias orgánicas de pesos moleculares relativamente bajos (entre 250 y 2500), no poliméricas, aunque se asocian espontáneamente formando estructuras de pesos moleculares elevados, por lo cual a veces se las considera macromoléculas.

Pueden ser clasificados de distinta manera:

•lípidos simples (grasas, esteroides, ceras y aceites) y complejos (fosfolípidos). •lípidos polares (fosfo y esfingolípidos), y no polares (Grasas, Aceites, Ceras y ciertos esteroides)•lípidos saponificables (Grasas, Aceites, Ceras, fosfo y esfingolíp.) y no saponificables (Esteroides),

Sin embargo usaremos la siguiente:

Lípidos

I.- Ácidos grasos

II.- Glicéridos - lípidos que contienen glicerol

• Glicéridos neutros (Monoacil – Diacil y Triacilglicéridos)

• Fosfoglicéridos (Lecitinas,Cefalinas)

III.- Lípidos que no contienen glicerol Esfingolípidos: (Esfingomielinas, Cerebrósidos, y otros). Esteroides Ceras Terpenos –

IV.- .Lípidos complejos - lípidos unidos a otros tipos de moléculas. Lipoproteínas Glicolípidos

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Estructura general de: a) ácidos grasos saturados b) ácidos grasos insaturados

Ácido Erúcico es un acido cis-13-docosenoico, o también C 22:1 ω-9.

Formación de un monoglicérido.

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Estructura de fosfoglicéridos: A) ácido fosfatídico; B) Dependiendo del compuesto nitrogenado, estas sustancias reciben diferentes denominaciones, las más comunes: fosfatidilcolina, fosfotidilserina y fosfotidilenolamina.

Estructura de una Prostaglandina (PG). Existen varias familias de PG, que se denominan con una letra adicional (PGA, PGB, PGC, PGD, PGE, PGF, etc). Hay PG que Intervienen en producción de la inflamación, dolor o fiebre, entre otros.

Los Omega 6 como el Linoleico, tienden a reducir ambos tipos de colesterol (LDL y HDL) en la sangre, y están presentes en los aceites de maíz ; soja y girasol.

Entre los efectos positivos de los ácidos grasos omega-3 como el Linolénico se pueden mencionar: Acciones antiinflamatorias y anticoagulantes, disminución de niveles de colesterol y triglicéridos y reducción de la presión sanguínea.

CARBOHIDRATOSLos carbohidratos son las moléculas fundamentales de almacenamiento de energía en la mayoría de los seres vivos y forman parte de diversas estructuras de las células vivas. Hay tres tipos

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principales de carbohidratos, clasificados de acuerdo con el número de moléculas de azúcar que contienen. Los monosacáridos (una molécula de azúcar): ribosa, glucosa y la fructosa. Los disacáridos (dos moléculas de azúcar unidas covalentemente): sacarosa (azúcar de caña), la maltosa (azúcar de la malta) y la lactosa (azúcar de la leche). Las moléculas como los oligosacáridos y polisacáridos, constituidos de subunidades idénticas o similares, se conocen como polímeros y las subunidades son llamados monómeros. La celulosa y el almidón son polisacáridos (mas de 10 monómeros).

Distintos tipos de estructuras de monosacáridos: a) Glucosa (cadena abierta), b) glucosa (anillo de 6 miembros), c) ribosa (anillo de 5 miembros), d) desoxirribosa (anillo de 5 miembros)

PROTEÍNAS

Los aminoácidos son compuestos orgánicos de bajo peso molecular, que se caracterizan por poseer un grupo carboxilo –COOH libre y un grupo amino –NH2, ambas unidos al mismo carbono. R- es radical o cadena lateral.

Las diferencias que pueden presentar en cuanto a tamaño, forma, carga, reactividad química, etc., dan como resultado los aproximadamente 20 aminoácidos encontrados comúnmente en las proteínas.

Estructura general de un aminoácido

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Las proteínas son macromoléculas, polímeros lineales de aminoácidos unidos entre sí por enlaces peptídicos en un número mayor a 50 aminoácidos. Presentan un elevado peso molecular.

Formación de un dipéptido.

ÁCIDOS NUCLEICOS

Los ácidos nucleicos son macromoléculas resultantes de la polimerización lineal de nucleótidos. Los nucleótidos son monómeros complejos formados por:

-una base nitrogenada: Las hay de dos tipos:a) Bases púricas: Adenina y Guanina.b) Bases pirimídicas: Citosina, Timina, Uracilo.

-una pentosa: se encuentran la ribosa y la desoxiribosa.

-un grupo fosfato

La unión covalente entre una base púrica o pirimídica, y una pentosa, da como resultado un nucleósido. A la pentosa de un nucleósido se le puede unir un grupo fosfato, mediante un enlace covalente, esto da como resultado un nucleótido (nucleótido-mono-fosfato). A ese grupo fosfato puede unirse, por sucesivos enlaces covalentes, uno o dos grupos fosfatos más, resultando, respectivamente, un nucleótido-di-fosfato y un nucleótido-tri-fosfato.

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Representación de la estructura de un nucleótido

A B C D

a) Estructura química de la purina, y bases púricas.b) Estructura química de la pirimidina, y bases pirimídicas.c) Representación de las estructuras de los nucleótidos mono-, di- y tri- fosfato.d) Esquema de un segmento de un polinucleótido.

CUESTIONARIO COMPOSICION QUIMICA DE LOS SISTEMAS BIOLOGICOS.

1.- ¿Qué propiedades de la molécula de agua le permiten ser un solvente óptimo para distintas sustancias biológicas?2.- ¿Cuales son las características de los aminoácidos?3.- ¿Cómo se denomina el enlace químico que une a los aminoácidos para formar largas cadenas proteicas?4.- ¿Que entiende por estructura primaria de una proteína?5.- ¿Qué determina la conformación de una proteína?6.- ¿Qué enlaces químicos estabilizan la conformación de una proteína?7.- ¿Que funciones realizan los hidratos de carbono?8.- Indique características y ejemplos de monosacaridos, disacaridos y polisacaridos?9.- ¿Qué tipo de enlaces es común encontrar en los hidratos de carbono?10.-¿Cual es la propiedad común a todos los lípidos?11.-¿Qué tipos de lipidos intervienen como componentes esenciales de las membranas biológicas?12.- ¿Qué entiende por acido graso ω-3 y ω-6?13.- ¿Qué entiende por acido grasos trans?14.- ¿Qué tipo de macromoléculas son las Vitaminas A y D?15.- ¿Qué entiende por pentosa y cuales tienen gran importancia biológica?16.-¿Como se denominan las bases nitrogenadas que componen el DNA y el RNA?¿Que diferencias tienen entre ellas?.

Bibliografía Recomendada: Alberts B. Bray D, y otros: “Biología Molecular de la Célula”. 3° ed. 1997. Editorial Omega. Alberts B y otros. “Introducción a la Biología Celular”. 1998. Editorial Omega. Lodish y otros: “Biología Celular y Molecular”. 4° ed. Editorial Médica Panamericana.

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