Clase 5 Bioelementos (1P 08)

Objetivo: Asimilar que los seres vivos son sistemas químicos.

BIOELEMENTOS Y BIOMOLECULAS

Seres vivos

Diversidad

Morfología

Metabolismo

Composición química

Organización celular

Unidad

LOS SERES VIVOSLOS SERES VIVOS

Gran uniformidad en:Gran uniformidad en:

organización celular: procariotas y eucariotasorganización celular: procariotas y eucariotas

funciones: Nutrición, Relación y Reproducción funciones: Nutrición, Relación y Reproducción

composición química.composición química.

COMPONENTES DE LA MATERIA VIVA

De los aproximadamente 100 elementos químicos que existen en la naturaleza, unos 70 se encuentran en los seres vivos.

Los bioelementos son los elementos químicos que constituyen los seres vivos.

Origen evolutivo común de las células y organismos:

Todas las formas de vida están constituidas por los mismos elementos químicos que forman los mismos tipos de moléculas.

BIOELEMENTOS Y BIOELEMENTOS Y

BIOMOLÉCULASBIOMOLÉCULAS

LípidosGlúcidos A. NucleicosProteínas

como

Orgánicas

OligoelementosBioelementos

Primariossecundarios

Biomoléculas

forman

Simples

N2, O2

como

Propiedadesfísico- químicas

Funcionesbiológicas

DisolventeBioquímicaTransporte

presenta

Elevada fuerza de cohesiónAlto calor específicoAlto calor de vaporizaciónAlta constante eléctricaMayor densidad en estado líquido

como como

se encuentran

Disueltas(Na+, Cl-)

Precipitadas(CaCO3)

Inorgánicas

S.mineralesAgua

como

pueden ser

Bioelementos primarios: O, C, H, NRepresentan en su conjunto el 96,2% del total.

Bioelementos secundarios: P, S, Na , K , Ca , Mg, Cl Aunque se encuentran en menor proporción que los primarios, son también imprescindibles para los seres vivos. En medio acuoso se encuentran siempre ionizados.

Oligoelementos o elementos vestigiales: Son aquellos bioelementos que se encuentran en los seres vivos en un porcentaje menor del 0.1%. Algunos, los indispensables, se encuentran en todos los seres vivos, mientras que otros, variables, solamente los necesitan algunos organismos.

Clasificación de los bioelementos

BIOELEMENTOS

BIOELEMENTOS PRIMARIOS

Son los más abundantes en los seres vivos Todos ellos se encuentran con facilidad en las capas más externas de la Tierra (corteza, atmósfera e hidrosfera).

O, C, H, N

sp3

Components of the early atmosphere H2 CH4 NH3 H2O

Life prefers lighter atoms

(1) More abundant on Earth(2) Stronger bonding between small atoms

Chemical properties

Atomicsizes

The atomic compositionof living organism is morecomplex than others

Electrons on the outer shell

Periodical Table

H C N O

1H 6C 7N 8O1s 2s 2p

HC N O

Sus compuestos presentan polaridad por lo que fácilmente se disuelven en el agua, lo que facilita su incorporación y eliminación.

El C, el H, el O y el N son elementos de pequeña masa atómica, que tienen variabilidad de valencias, por lo que pueden formar entre sí enlaces covalentes fuertes y estables.

El C y el N presentan la misma afinidad para unirse al oxígeno o alhidrógeno, por lo que pasan con la misma facilidad del estado oxidado alreducido.

Esto es de gran importancia, pues los procesos de oxidación-reducción son la base de muchos procesos químicos muy importantes y en particular de los relacionados con la obtención de energía como la fotosíntesis y la respiración celular.

Debido a esto dan lugar a una gran variedad de moléculas y de gran tamaño.

De todos ellos el carbono es el más importante.

Este átomo es la base de la química orgánica y de la química de los seres vivos.

BIOELEMENTOS SECUNDARIOS

Forman parte de todos los seres vivos: 4.5%




como

Orgánicas



Biomoléculas

forman

Simples

N2, O2

como




presenta


como como

se encuentran

Disueltas(Na+, Cl-)

Precipitadas(CaCO3)

Inorgánicas

S.mineralesAgua

como

pueden ser

BIOMOLÉCULAS

Biomoléculas

- Formadas por BIOELEMENTOS y OLIGOELEMENTOS combinados con enlaces químicos.

- Tipos:

• B. INORGÁNICAS: agua y sales minerales; moléculas sencillas sin C formando cadenas; se encuentran, también, en materia inerte (minerales y rocas)

• B. ORGÁNICAS: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos; moléculas complejas con C formando cadenas más o menos largas; se encuentran sólo en seres vivos

EL AGUAEL AGUA

Es el líquido de la vida. Es el líquido de la vida.

Sustancia más abundante en la biosfera. Sustancia más abundante en la biosfera.

La encontramos en sus tres estados La encontramos en sus tres estados

Es además el componente mayoritario de los seres vivos: 65 y el Es además el componente mayoritario de los seres vivos: 65 y el 95% del peso de la mayor parte de las formas vivas es agua. 95% del peso de la mayor parte de las formas vivas es agua.

Fue el soporte donde surgió y se desarrolla la vida: Los Fue el soporte donde surgió y se desarrolla la vida: Los organismos se han adaptado al ambiente acuoso y han organismos se han adaptado al ambiente acuoso y han desarrollado sistemas que les permiten aprovechar las desarrollado sistemas que les permiten aprovechar las inusitadas propiedades del agua. inusitadas propiedades del agua.

Posee extraordinarias propiedades físicas y químicas, Posee extraordinarias propiedades físicas y químicas, responsables de su importancia biológica.responsables de su importancia biológica.

Estructura del aguaEstructura del agua

La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un

átomo de O por medio de dos átomo de O por medio de dos enlaces covalentesenlaces covalentes. La . La

disposición tetraédrica de los orbitales disposición tetraédrica de los orbitales sp3sp3 del oxígeno determina del oxígeno determina

un ángulo entre los enlaces de aproximadamente de 104'5:, un ángulo entre los enlaces de aproximadamente de 104'5:,

además el oxígeno es más además el oxígeno es más electronegativoelectronegativo que el hidrógeno y que el hidrógeno y

atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.

H-O-H H-O-H

Estructura tetraédrica del Estructura tetraédrica del aguaagua

Como resultado: la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones )

presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar

Alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa , mientras que los núcleos de hidrógeno quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva.

La molécula de agua se comporta como un La molécula de agua se comporta como un dipolodipolo

Puentes de HidrógenoPuentes de HidrógenoLa carga parcial negativa del oxígeno de una moléculade La carga parcial negativa del oxígeno de una moléculade

agua, ejerce una atracción electrostática sobre las cargas agua, ejerce una atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes. moléculas adyacentes.

Puentes de Hidrógeno

La carga parcial negativa del oxígeno de una moléculade agua, La carga parcial negativa del oxígeno de una moléculade agua, ejerce una atracción electrostática sobre las cargas parciales ejerce una atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes.adyacentes.

S establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces o puentes de hidrógeno

Los puentes de H son uniones débiles, pero debido a que al alrededor de cada molécula de agua se disponen otras cuatro molécula de agua unidas por puentes de hidrógeno permite que se forme en el agua (líquida o sólida)

El agua es una estructura de tipo reticular

La capacidad disolvente es la responsable La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones: de dos funciones:

1.1. Medio donde ocurren las reacciones Medio donde ocurren las reacciones del metabolismo del metabolismo

2.2. Sistemas de transporteSistemas de transporte

ESTRUCTURA DEL AGUAESTRUCTURA DEL AGUA

Hielo

(-273 a 0º C )

Hielo a 0º C Líquida

(0-100º C )

Ebullición

(100º C)

El agua es el disolvente universalEl agua es el disolvente universal

Es el líquido que más sustancias disuelve, es Es el líquido que más sustancias disuelve, es la propiedad, más importante para la vida

Su acción disolvente se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares o con carga iónica: Alcoholesazúcares con grupos R-OH aminoácidos proteínas con grupos que presentan cargas

disoluciones moleculares

Disoluciones Moleculares

Las moléculas de agua pueden disolver a sustancias salinas, las cuales se disocian.

Disoluciones iónicasDisoluciones iónicas

Los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados.

PROPIEDADES DEL AGUAPROPIEDADES DEL AGUA

Densidad máxima a 4ºC.Densidad máxima a 4ºC.Elevada temperatura de ebullición.Elevada temperatura de ebullición.Elevado calor específico y de vaporización.Elevado calor específico y de vaporización.Elevada constante dieléctrica.Elevada constante dieléctrica.Elevada tensión superficial.Elevada tensión superficial.Acción disolvente.Acción disolvente.Alta fuerza de adhesión y cohesiónAlta fuerza de adhesión y cohesiónEl agua es un electrolito débil y reactividad.El agua es un electrolito débil y reactividad.Viscosidad y transparencia.Viscosidad y transparencia.

ELEVADA TEMPERATURA DE ELEVADA TEMPERATURA DE EBULLICIÓNEBULLICIÓN

Fuerzas atracción líquido-líquido>sólido-sólido

•La elevada temperatura de ebullición del agua se debe también a su estructura molecular.

ELEVADO CALOR ESPECÍFICO Y DE ELEVADO CALOR ESPECÍFICO Y DE VAPORIZACIÓNVAPORIZACIÓN

•El calor específico del agua es de 4.184 J/g ºC.•Mas energía calórica para romper los enlaces por puente de hidrógeno.

•Calor de vaporización.También los puentes de hidrógeno son los responsables de esta propiedad.Para cambiar a vapor: -Romper puentes de hidrógeno. -Dar Ec para pasar de líquido-gas

alta capacidad calorífica

ELEVADA CONSTANTE ELEVADA CONSTANTE DIELÉCTRICADIELÉCTRICA

Asimetría de la molécula de agua dipolo (+/-) con momento dipolar permanente.

El valor de la constante dieléctrica K del agua define su grado de polarización eléctrica

La consecuencia de lo anterior, es que moléculas o partículas cargadas eléctricamente son fácilmente disociadas en presencia de agua.

Gran diferencia de electronegatividades

•Oxígeno- muy electronegativo

•Hidrógeno-muy electropositivo.

& = 105º

Molécula de agua es muy polar

K(25ºC)=78.5

ELEVADA TENSIÓN SUPERFICIALELEVADA TENSIÓN SUPERFICIAL

Formación de esferas.Formación de esferas.

Fuerzas internas altas debido a la Fuerzas internas altas debido a la presencia de puentes de presencia de puentes de

hidrógenohidrógeno..

Capilaridad

fuerzas de adhesión y cohesión.

FUERZA DE COHESIÓNFUERZA DE COHESIÓN

Fuerzas que mantienen unidas las moléculas Fuerzas que mantienen unidas las moléculas de agua.de agua.

Debidas a los puentes de hidrógenoDebidas a los puentes de hidrógeno

Líquido casi incompresibleLíquido casi incompresible

Esqueleto hidrostático de algunos invertebradosEsqueleto hidrostático de algunos invertebrados

FUERZA DE ADHESIÓNFUERZA DE ADHESIÓN

Fuerza que mantiene unidas Fuerza que mantiene unidas moléculas de sustancias moléculas de sustancias diferentesdiferentes

También relacionada con los También relacionada con los puentes de hidrógenopuentes de hidrógeno

CapilaridadCapilaridad

El agua tiene la capacidad de ascender por las paredes de un tubo capilar. Debido a que las fuerzas de adhesión agua–capilar son mayores que las de cohesión agua–agua, cuando la superficie del agua toca el capilar, sube hasta que las fuerzas de atracción se hacen igual al peso de la columna de agua que se formó en su ascenso.

El AGUA : electrolito débil y reactividadEl AGUA : electrolito débil y reactividad

El agua puede actuar como ácido o como base El agua puede actuar como ácido o como base Sustancia anfótera Sustancia anfótera

Libera H+ o H3O+ como los ácidos y OH- como las basesLibera H+ o H3O+ como los ácidos y OH- como las bases

VISCOSIDAD Y TRANSPARENCIAVISCOSIDAD Y TRANSPARENCIA

Viscosidad:Viscosidad:

Debida a los puentes de Debida a los puentes de hidrógenohidrógeno

Disminuye con la temperaturaDisminuye con la temperatura

Aumenta con la presiónAumenta con la presión

La transparencia del agua La transparencia del agua permite la vida en ecosistemas permite la vida en ecosistemas acuáticosacuáticos




como

Orgánicas



Biomoléculas

forman

Simples

N2, O2

como




presenta


como como

se encuentran

Disueltas(Na+, Cl-)

Precipitadas(CaCO3)

Inorgánicas

S.mineralesAgua

como

pueden ser

CONFIGURACIÓN TETRAÉDRICA DE LOS ENLACES DE CARBONO

LOS GLÚCIDOSLOS GLÚCIDOS

Aldosas

GLÚCIDOS

GALACTOSAGLUCOSARIBOSADESOXIRRIBOSA

Monosacáridos GlucoconjugadosPolisacáridosOligosasacáridos

Cetosas

RIBULOSAFRUCTOSA

LactosaSacarosaMaltosa

Celobiosa

Homopolisacáridos

Vegetales Animales

Heteropolisacáridos

PectinaAgar Agar

Goma arábiga

PeptidoglucanosGlucoproteínas

Glucolípidos

EnlaceO-glucosídico

se unen por

formando

son

ejemplos ejemplos

se clasifican

ejemplos

se clasifican

Disacáridos

Reserva

CelulosaAlmidón Quitina Glucógeno

Estructural

ejemplos

LOS LÍPIDOSLOS LÍPIDOS

Ácidos grasos InsaponificablesSaponificables

Lípidos complejosLípidos simples

Esteroides

Insaturados

Estructural

Prostaglandinas

Saturados

Terpenos

Sebos

Reserva

Aceites

GlucolípidosCerasAcilglcérido

s

formados por

Membranas celulares

Gangliósidos

Fosfoglicéridos

Fosfoesfingolípidos

Cerebrósidos

Hormonas esteroideasEsteroles

HormonasSuprarrenales

HormonasSexuales

AldosteronaCortisona

ProgesteronaTestosterona

ColesterolCarotenoidesVitamina A,E,K

Fosfolípidos

Relación celular

se clasifican

func

ión

func

ión

s e e

ncue

ntr a

n

ii mp l

icad

os

ejem

plos

e jem

plo

e jem

plos

e jem

plos

Vitamínica Estructural Regulación

func

ión

func

ión

func

ión

LÍPIDOS

LAS PROTEÍNASLAS PROTEÍNAS

PROTEÍNAS

ESTRUCTURA CLASIFICACIÓNFUNCIONES

Estructural

Enzimática

Hormonal

Defensa Transporte

Reserva

ContráctilAminoácidos

Enlacepeptídico

Péptidos oproteínas

Organizaciónestructural

unidos por

formando

tienen

E. terciaria

E. cuaternaria

E. secundaria

E. primaria

Plegamientoespacial

Proteínasoligoméricas

Secuencia deaminoácidos

hélice

Conformación

definida por

es la

sólo en

20(según R)

se distinguen

Heteroproteínas

Holoproteínas

Fibrosas

Globulares

Colágeno

Actina/Miosina

Ej

Nucleoproteínas

Lipoproteínas

Fosfoproteínas

Glucoproteínas

Cromoproteínas

Caseína

Cromatina

HDL, LDL

FSH, TSH...

Proteoglucanos

Hemoglobina

Ej.

Ej.

Ej.

Ej.

Ej.

Ej.Albúminas

Globulinas

LOS ÁCIDOS NUCLEICOSLOS ÁCIDOS NUCLEICOSAc. fosfórico

+ Nucleósido

(Azúcar pentosa + Base nitrogenada)

ARNADN

polimeros de A, G, C, Upolimeros de A, G, C, T

NUCLEÓTIDOS

Cromosomabacteriano

Nucleosoma

Collar de Perlas

Fibra de cromatina

Bucles radiales

Cromosoma lineal

En procariotasEn eucariotas

Enrrollamientoen superhélice

Niveles de empaquetamientocrecientes

Conformaciónen hélice A, B o Z

RibozimasARNmARNrARNt

Síntesis de proteínas

Función catalítica

ATP, cAMP, GTP, ...

Funciones varias(segundos mensajeros, energética, ...)

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