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1. GENERALIDADES

BIOELEMENTOS

Son elementos químicos que nos podemos encontrar en los seres vi-vos. Pueden aparecer aislados o formando moléculas. Los podemos

Bioelementos primarios o plásticos: Los bioelementos primarios son los elementos indispensables para formar las biomoléculas or-gánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos); representan el 99,3% del total de átomos del cuerpo humano. Son el hidrógeno, el oxígeno, el carbono y el nitrógeno (H, O, C, N, respectivamente).

o Hidrógeno: es uno de los componentes de la molécula de agua, e indispensable para la vida. Puede enlazarse con cual-quier bioelemento.

o Oxígeno: es un elemento, que forma enlaces polares con el hidrógeno, dando lugar a radicales polares solubles en agua (-OH, -CHO, -COOH).

o Carbono: puede formar largas cadenas carbono-carbono mediante enlaces simples (-CH2-CH2) o dobles (-CH=CH-), así como estructuras cíclicas. Pueden incorporar una gran variedad de radicales (=O, -OH, -NH2, -SH, PO4

3-), dando una gran variedad moléculas.

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Miriam Abdel Karim Ruiz

o Nitrógeno: principalmente como grupo amino (-NH2) presente en las proteínas ya que forma parte de todos los aminoácidos. También se halla en las bases nitrogenadas de los ácidos nu-cleicos.

Bioelementos secundarios: Calcio (Ca), Fósforo (P), Potasio (K), Azufre (S), Sodio (Na), Cloro (Cl), Magnesio (Mg), Hierro (Fe). Cons-tituyen el 0,7% del total de átomos del cuerpo humano.

Los más abundantes son el sodio, el potasio, el magnesio y el cal-cio. Los iones sodio, potasio y cloruro intervienen en el equilibrio de cargas a ambos lados de la membrana. Los iones sodio y po-tasio son fundamentales en la transmisión del impulso nervioso; el calcio en forma de carbonato da lugar al esqueleto de muchos animales. El ión calcio actúa en reacciones, como la contracción muscular, la permeabilidad de las membranas, etc. El magnesio in-terviene en la síntesis y la degradación del ATP, en la replicación del ADN y en su estabilización, etc.

Bioelementos secundarios variables u oligoelementos. Manga-neso (Mn), Yodo ( ), Cobre (Cu), Cobalto (Co), Zinc (Zn), Flúor (F), Bromo (Br), Molibdeno (Mo), Silicio (Si) y otros. Aparecen en pe-queñas cantidades, su presencia es esencial para el correcto fun-cionamiento del organismo. Su ausencia provoca la aparición de enfermedades carenciales, un ejemplo típico es el de la anemia producida por carencia o de ciencia de Fe. En la siguiente tabla, se pueden observar algunas :

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BIOQUÍMICA ESENCIAL EN CIENCIAS DE LA SALUD

Cobalto Anemia, retraso crecimiento

CobreAnemia, desmineralización, degeneración, lesiones cardiovasculares

Flúor CarIes, alteraciones en la estructura óseaManganeso Retraso en el crecimiento

MolibdenoAumento de la metionina en sangre, sínto-mas similares al bocio

Selenio CariomiopatíasYodo Bocio

ZincInapetencia, falta de crecimiento, problemas en curación de heridas

BIOMOLÉCULAS

Son las moléculas constituyentes de los seres vivos; se pueden agrupar en moléculas sencillas y macromoléculas. A las corres-ponden los metabolitos y las unidades estructurales como la glucosa, el piruvato, el lactato, los ácidos grasos y los aminoácidos, y a las -

los ácidos nucleicos, los lípidos, las proteínas y los polisacáridos.

AminoácidosMonosacáridosNucleótidosÁcidos grasos

ProteínasLípidosÁcidos nucleicosPolisacáridos

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Aminoácidos: Los compuestos más simples son los aminoácidos, se nombran así porque contienen un grupo amino (–NH 2 ) y un grupo ácido carboxílico (–COOH). En condiciones siológicas, es-tos grupos en realidad están ionizados como –NH 3 + y –COO–. El aminoácido común –como otras moléculas pequeñas– puede representarse de diferentes maneras, por ejemplo, con una fórmula estructural, un modelo de barras y esferas o un modelo de espacio lleno. Otros aminoácidos se parecen a la alanina en su estructura básica, pero en lugar de un grupo metilo (–CH 3) tienen otro grupo (llamado ) que también puede contener N, O o S.

Carbohidratos: Los carbohidratos (también llamados monosacá-ridos o simplemente azúcares) tienen la fórmula (CH 2 O) n, donde n 3. La , un monosacárido con seis átomos de carbono, tiene la fórmula C 6 H 12 O 6. A veces es conveniente representarla como una cadena en forma de escalera (izquierda); sin embargo, la glucosa adquiere una estructura cíclica en solución (derecha).

Nucleótidos: Un azúcar de cinco carbonos, un anillo nitrogenado y uno o más grupos fosfato son los componentes de los nucleóti-dos. Por ejemplo, el (ATP) contiene el grupo nitrogenado adenina unido al monosacárido ribosa, que a su vez está unido a un grupo trifosfato. Los nucleótidos más comunes son monofosfatos, difosfatos y trifosfatos que contienen los anillos nitrogenados (“bases”) adenina, citosina, guanina, timina o uracilo (que se abrevian A, C, G, T y U, en ese orden).

Lípidos. Estos compuestos no pueden representarse con una sola fórmula estructural, dado que constituye un conjunto diverso de moléculas. Sin embargo, todas tienen en común que son poco so-lubles en agua debido a que la mayor parte de su estructura es del tipo de los hidrocarburos. Por ejemplo, el consta de una cadena altamente insoluble de 15 carbonos unidos a un grupo

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ácido carboxílico, que en condiciones siológicas se encuentra io-nizado. Así, el lípido aniónico se llama palmitato.

Proteínas: Los se llaman polipéptidos o proteínas. Veinte aminoácidos distintos sirven como bloques de construcción para las proteínas, que pueden contener cientos de residuos. Los aminoácidos que constituyen estos residuos están unidos entre sí por enlaces amida especí cos llamados enlaces peptídicos. Un enlace peptídico ( echa) une los dos residuos en un dipéptido (las cadenas laterales de los aminoácidos se representan por R 1 y R 2).

Ácidos nucleicos: Los se denominan poli-nucleótidos o ácidos nucleicos, mejor conocidos como DNA y RNA. A diferencia de los polipéptidos, con 20 diferentes aminoácidos disponibles para polimerización, cada ácido nucleico está formado por sólo cuatro nucleótidos distintos. Por ejemplo, los residuos en el RNA contienen las bases adenina, citosina, guanina y uracilo, mientras que en el DNA los residuos contienen adenina, citosina, guanina y timina. En la polimerización participan los grupos fosfato y azúcar de los nucleótidos, que se unen mediante enlaces fosfo-diéster.

Polisacáridos: Los polisacáridos suelen tener sólo uno o unos po-cos tipos distintos de ; así, aunque una célula puede sintetizar docenas de tipos diferentes de monosacáridos, la ma-yoría de sus polisacáridos son polímeros homogéneos. Esto limita su potencial de contener información genética en la secuencia de sus residuos (como lo hacen los ácidos nucleicos) o de adoptar gran variedad de formas y funciones metabólicas (como lo hacen las proteínas). Por otra parte, los polisacáridos realizan funciones celulares esenciales al actuar como moléculas de almacenamiento de combustible y dar soporte estructural.

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Funciones que realizan las biomoléculas

Entre las que estas biomoléculas realizan en los seres vivos destacan las siguientes:

Energética, proporcionan energía que permite a la célula realizar todas sus funciones.

Enzimática, intervienen en la fabricación de las moléculas necesa-rias para vivir, para esto requiere de las enzimas que son los cata-lizadores biológicos, que aceleran las reacciones químicas llevadas a cabo en las células.

Contráctil, las biomoléculas presentes en los músculos, al con-traerse, permiten que podamos movernos.

Estructural, consiste en dar forma y estructura a las células, así como constituir algunas partes de los organismos, como el cabello y las uñas.

Defensa, actúan en el organismo defendiéndolo de agentes pató-genos como bacterias, virus, hongos, etc.

Reguladora, son biomoléculas que se encargan de dirigir y con-trolar la síntesis de otras moléculas.

Precursor, biomolécula que da origen a otra, con funciones y ca-racterísticas diferentes.

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Características de las biomoléculas:

CARACTE-RÍSTICAS

CARBO-HIDRA-

TOSLÍPIDOS PROTEÍNAS

ÁCIDOS NUCLEICOS

Aldehídosy cetonas(carbonilo)

COOH car-boxilo enlos ácidos grasos.- Ester

Carboxilo-COOH amina-NH2

Se distinguen 3 tipos de gruposfuncionales distin-tos:- Ácido presenteen el fosfato- Cetona

Pentosa- amina

base nitrogenada3 moléculas1 nucleótido

Átomos o st t os s

C, H y O: hidratos de carbo-no

C, H, O y algunos P y N

C, H, O, N y S.Costituidos por unidades básicas lla-madas ami-noácidos.

C, H, O, N y P.Formadas por uni-dades básicas lla-mados nucleótido:- Adenina: Presente en el ADN y el ARN.- Guanina: Presente en el ADN y el ARN.- Citosina: Presente en el ADN y el ARN.- Timina: Presente en el ADN.- Uracilo: Presente en el ARN.

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P s om os

de losmo me os

Nombre del monó-mero:Monosa-cáridos.Polímeros:Presente de 3–9 carbonos

En generalno sepolimerizan(hay unaexcepción)

Nombre delmonómero:aminoácido se abrevia así A.A.Los aminoá-cidosson los que tiene un extremo car-boxilo y unextremo ami-noácido.

Monómeros pre-sentesEl nucleótido tiene que tener:Fosfato (ácido fos-fórico) + pentosa (ribosa)+ Bases nitrogena-das(guanina, citosina, timina y uracilo).

Nucleótido mono-fosfato (ATP), difos-fato (ADP).Trifosfato (AMPC).

Energética:GTP GDP GMP UTD UDP UMPEstructura lineal también llamada deFisher.Cuando hay timina no hay uraciloEj: adenosintrisfos-fato, guanidintrisfos-fato, uridintrifosfato.

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P ese om os

de los ol -me os

Presente 9 en ade-lante

No se poli-merizan

Polímerospresentes 4 niveles deorganización teniendo en cuenta que lasproteínas son de gran tamaño por la forma, como se pliegan las cadenas simples, se obtienen va-rios niveles de organización.

Polímeros presen-tesÁcido desoxirribo-nucleico: ADN; A-T-G-N.Ácidoribonucleico:ARN, A.G.C.U.Desoxirribosa para ADN, cadenas do-bles.Ribosa para ARN, cadenas sencillas.

O -

est t l

Mono -di-sac -oligos -polisac -enlaces alfa y/obeta

Por ser un grupoheterogéneo tienediferentescomposicio-nessimple-com-plejoC-H-O---3PS

Niveles deorganización:-Primarios, se-cuencia A.A.-Secundarios, hélices alfa y/o beta y las cadenas ple-gadas.-Terciarias, las interacciones electrónicas débiles y fuer-tes.-Cuaternarias, unión de dos o más cadenas en estructuras terciarias.

- 4 niveles deorganizaciónA-T-G-CT-A-C-G

Forma la doblehélice

- 3 niveles deorganización3 tipos defunciónbiológica:

MensajeroRibosomasTransferencias

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o-l

m o t -

-Energía disponible-Energía de reserva-Estructu-ral

1. De reser-va energé-tica.2. Protec-ciónmecánica3. Aisla-mientotérmico4. Transpor-te de grasa en intestinos5. Aisla-miento con-tra el agua.6. Sustan-cias de actividad hormonal (hormonas locales).

Estructural: sostén con-tráctil y en las membranas reguladorashomeostática hormonal. Metabólica:

enzimas de-fensivas,transportado-ra de reserva.

1. Almacenamiento de información ge-nética.- Herencia2. Regulación de la actividad de la sín-tesis proteica.3. Información y energética ATP.4. Posibilitadora de estudios de paren-tesco y liación.

Sol l d d e

Alta gru-pos de(alcoholes)

Son de baja solubilidad: Lípidos

saponi ca-bles Lípidos no

saponi ca-bles inso-lubles en H2O.

Son solubles en agua lasproteínas glo-bulares por su composición de aminoáci-dos con gru-pos polares.

Son poco o nada solubles en aguay más o menos so-lubles en solventes orgánicos.

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Sol l d d ensolvente o n os

Baja por su alta polaridad

Altamente solubles

Son pocos solubles en agua y algo solubles en solventes orgánicos las proteínas brosas.

E em los

Glucosa, gliceralde-hido,sacarosa, lactosa,desoxiribo-sa, ribosa,galactosa.

Ácidos gra-sos,ácidos pal-míticos de16 carbonos-ácidos olei-co 18 carbo-nos.-Acilglicéri-dos*Ceras*Fosfolípidosglucolípidos*Esteroides como coles-terol*Hormonasprostaglan-dinasexuales comoprogeste-rona

Proteínas brosas, que-

ratina,colágeno.-Enzimas son proteínas confunción meta-bólica globu-lares-Ovoalbúmina de la clara dehuevo-Lactoalbúmi-na de la leche-Homeostá-tica y regu-ladora que ayudan a pro-teínas queamortiguan el pH de los eritrocitos

ADNARNGTPUTPATP

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2. AGUA

Es la biomolécula más abundante en el cuerpo humano. Constituye del 50 al 80% del peso total del organismo, dependiendo del contenido

total de grasa. Esta proporción varía de unas especies a otras y de unos tejidos a otros. El agua se encuentra en dos principales compartimentos: líquido intracelular y líquido extracelular (intravascular e intersticial).

En una molécula de H2O individual, el átomo de oxígeno central for-ma enlaces covalentes con dos átomos de hidrógeno, lo que deja dos pares de electrones sin compartir. Por tanto la molécula tiene geometría aproximadamente tetraédrica, con el átomo de oxígeno en el centro del tetraedro, los átomos de hidrógeno en dos de los cuatro vértices, y elec-trones en los dos vértices restantes.

CARACTERÍSTICAS DEL AGUA

1. Densidad máxima a 4 C, permite al hielo otar en el agua líquida, actuando como aislante térmico.

2. Elevado calor especí co, que permite al organismo modi car la temperatura corporal. Esta propiedad hace posible que tenga fun-ción termorreguladora, evitando alteraciones peligrosas, a través de la circulación sanguínea.

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3. Elevada temperatura de ebullición, que hace que el agua se man-tenga líquida, lo que posibilita la vida en diferentes climas y a tem-peraturas extremas.

4. Elevado calor de evaporización, por lo que los animales pueden ganar o perder el exceso calor. Esto explica el mecanismo regula-dor de la piel, la sangre y los pulmones.

5. Capacidad de hidratación o solvatación. El carácter dipolar del agua tiende a rodear a distintos iones aislándolos unos de otros, facilitando la disolución de las sales.

6. Elevada constante dieléctrica, hace que sea un buen disolvente de-bido a su naturaleza dipolar.

7. Alta tensión super cial, debido a la gran cohesión entre las molé-culas, facilita la función de lubricante en las articulaciones.

8. Elevada capacidad de disolvente, permite el transporte en el in-terior de los seres vivos y su intercambio con el medio externo, facilitando el aporte de sustancias nutritivas y la eliminación de productos de desecho. Además, constituye el medio en el que se realizan la mayoría de las reacciones bioquímicas.

9. Una disociación en OH- y H+ intervienen en muchos de los proce-sos biológicos. Las células vivas tienen mecanismos que controlan estas concentraciones.

DISOLUCIONES

Una , es una mezcla homogénea a nivel molecular o iónico de varios componentes, con composición variable. También se puede de-

nir como una mezcla homogénea formada por un disolvente y por uno o varios solutos.

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PROPIEDADES DE LA DISOLUCIÓN

Hay ciertas propiedades como la densidad, índice de refracción, viscosi-dad, tensión super cial, conductividad eléctrica, etc., que dependen de la na-turaleza del soluto y del disolvente. Y hay otras propiedades que dependen del número de partículas de soluto disueltas en una cantidad dada de disol-vente, es decir, de la concentración de la disolución, pero no de la naturaleza o tamaño de las partículas. Estas propiedades reciben el nombre de -

y son la presión de vapor, el punto de congelación, el punto de ebullición, y la presión osmótica, que presenta un mayor interés biológico.

: la presencia de soluto hace que disminuya la tem-peratura de congelación respecto a la del disolvente puro.

: se produce un aumento de la temperatura de ebullición respecto a la del disolvente puro.

: la presencia del soluto origina la bajada de la presión producida por la vaporización de las moléculas del disolvente.

: cuando dos disoluciones acuosas de diferente con-centración, se encuentran separadas por una membrana semipermeable, es decir, una membrana que deja pasar las moléculas, debido a la extensión de soluto y disolvente, la concentración de la disolución tiende a igualarse a ambos lados de la membrana, alcanzando un equilibrio.

http://neetescuela.com/wp-content/uploads/2013/02/descarga4.jpg

, q

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Como consecuencia, las células están sometidas a fenómenos osmóti-cos, diremos que son si la concentración de solutos en el medio es igual a la del interior de la célula, como ocurre en el plasma.

, si la concentración de solutos en el medio es inferior a la del interior celular, entra agua a la célula produciéndose un aumento de la presión osmótica en su interior, que se traduce en una mayor turgencia de la célula y más tarde, cuando la presión osmótica en el interior vence la re-sistencia mecánica de la membrana, la rotura de la membrana con pérdida del contenido celular, llamado lisis y la posterior muerte celular.

Por último, , si presenta mayor presión osmótica, tiende a perder agua, que saldría desde la célula hasta el medio, produciéndose re-tracción, que recibe el nombre de y la posterior muerte celular.

Tomado dehttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Osmotic_pressure_on_blood_cells_diagram-es.svg

Las células se protegen de dos maneras de estos fenómenos osmóticos. La primera de ellas consiste en habitar exclusivamente en entornos isotóni-cos con respecto al interior celular. La segunda, consiste en dotarse de una pared celular resistente que les permite soportar las presiones osmóticas ge-neradas por los medios hiper o hipotónicos en los que habitualmente viven.

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Las disoluciones coloidales son sistemas heterogéneos sin separación de fases. Están constituidas por solutos, que son la fase dispersa y disolventes, que son la fase dispersante.

Presentan las propiedades de todas las disoluciones, y además, cabe destacar:

, capacidad de sedimentar las partículas del soluto por ultracentrifugación.

, tendencia de las partículas coloidales a adherirse a las su-per cies de determinados sólidos.

, cuando un haz de luz atraviesa una dispersión co-loidal, se hace visible debido a las re exiones de la luz entre las partículas de la fase dispersa.

: movimiento al azar, caótico de las partícu-las en la dispersión, debido a los choques con las moléculas de la fase dispersante.

: las partículas que forman las dispersiones coloida-les tienden, como se ha dicho, a adsorber iones sobre su super cie.

Las disoluciones coloidales son las responsables del -, que es el desequilibrio que se produce en los compartimen-

tos separados por una membrana que no es permeable para todos los iones.

La puede de nirse como el proceso que se utiliza para separar las moléculas pequeñas de los solutos, de solutos más grandes. Esta téc-nica se utiliza en la puri cación disoluciones de macromoléculas, como las proteínas.

Estos procesos se producen en numerosas estructuras del organismo, como por ejemplo, los intercambios de disolvente entre el plasma y líqui-do intersticial y la ltración renal.

La es el procedimiento que se utiliza para eliminar los de-sechos tóxicos de la sangre en los pacientes con insu ciencia renal aguda o crónica.

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Para efectuar una hemodiálisis se utiliza una membrana dialítica y al ponerse en contacto la sangre con esta, los productos de degradación de la sangre (urea, ácido úrico, creatinina, etc.) excepto las células sanguíneas y proteínas, abandonan la sangre. Hasta hace poco los pacientes someti-dos a esta técnica sufrían anemia debido a la falta de eritropoyetina, que es una hormona proteínica, que secreta un riñón sano y que estimula la síntesis de eritrocitos.

Tomado dehttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Semipermeable_membrane.png

Esquema de una membrana semipermeable en hemodiálisis donde se ve la sangre en rojo, el líquido dializador en azul, y en amarillo la membrana.

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CONCENTRACIÓN DE LA DISOLUCIÓN

Se llama a la relación existente entre la cantidad de soluto por unidad de masa de disolvente, donde el es la sustancia que se disuelve, el la sustancia que disuelve al soluto, y la disolución es el resultado de mezclar homogéneamente solu-to y disolvente.

: cantidad de soluto / cantidad de disolución (o disol-vente)

Existen varias la concentración de una disolución:

es la cantidad de moles de soluto que contiene un kilogramo de disolvente.

(M), o concentración molar, es la cantidad de sustancia (n) de soluto por cada litro de disolución.

es el número de equivalentes gramo de soluto que hay en un litro de disolución (V).

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El número de equivalentes se calcula dividiendo la masa total por la masa de un equivalente: , o bien como el producto de la masa total y la cantidad de equivalentes por mol, dividido por la masa molar: .

: número de moles de un componente de la di-solución con respecto al número total de moles de todos los com-ponentes que integren la disolución.

CONCEPTO DE PH

Las siglas de pH signi can, potencial de hidrógeno o potencial de hi-i , es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El

pH indica la concentración de iones hidronio [H3O+] presentes en deter-

minadas sustancias.

El pH, es un factor clave, para que tengan lugar o no, muchas reaccio-nes químicas y biológicas. Por ejemplo, nuestra sangre tiene un pH entre 7,35 y 7,45. Apenas fuera de ese rango están comprometidas nuestras funciones vitales. En los alimentos el pH es un marcador del buen o mal estado de este.

La escala del pH va desde 0 hasta 14. Los valores menores que 7 indi-can el rango de acidez y los mayores que 7 el de alcalinidad o basicidad. El valor 7 se considera neutro.

Tomado dehttp://www. sicanet.com.ar/biologia/introduccion_biologia/ap0 _propiedades_del_agua.php

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IONIZACIÓN DEL AGUA

La molécula de agua se ioniza reversiblemente para dar un ión hidro-geno (H+, H3O

+) y un ión hidroxilo (OH-).

Dos moléculas polares de agua pueden ionizarse debido a las fuerzas de atracción por puentes de hidrógeno que se establecen entre ellas. Esta disociación del agua en iones, se denomina i i i , se representa se-gún la siguiente ecuación:

La cual, resumida queda:

O, también:

Al producto de la concentración de iones hidronio (H3O+) por la con-

centración de iones hidroxilo (OH ) se le denomina i iy se representa como Kw. Las concentraciones de los iones H+ y OH–

se expresan en moles / litro (molaridad).

Constituye la base para establecer la escala de pH, que mide la acidez o alcalinidad de una disolución acuosa.

Este producto tiene un igual a 10 14 a 25º C, como se muestra en la siguiente ecuación:

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O lo que es igual:

Debido a que en el agua pura por cada ión hidronio (o ión hidrógeno) hay un ión hidroxilo, la concentración es la misma, por lo que:

De esta expresión se deduce que las concentraciones de hidronios (también llamada de protones) (H+) y de hidroxilos (OH-) son inversa-mente proporcionales; es decir, para que el valor de la constante de diso-ciación se mantenga, el aumento de una de las concentraciones implica la disminución de la otra y viceversa.

Para simpli car los cálculos S rensen ideó expresar dichas concentra-ciones utilizando logaritmos, y así de nió el pH como el logaritmo deci-mal de la concentración molar de iones hidrógeno, hidrogeniones o iones hidronio, con el signo cambiado.

pH = - log [H+]Según esto:

Disolución neutra pH = 7 Disolución ácida pH < 7 Disolución básica pH =7

Tomado dehttp://www.javeriana.edu.co/Facultades/Ciencias/neurobioquimica/libros/celular/agua.html

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