Composición Molecular de los Organismos 1

M en C Rafael Govea M en C Rafael Govea VillaseñorVillaseñor

¿Cuál es la composición química ¿Cuál es la composición química de los Seres Vivos?de los Seres Vivos?

M. en C. Rafael Govea VillaseñorM. en C. Rafael Govea Villaseñor

Nivel “Molécula”Nivel “Molécula”11aa parte parte

Ver sión 2.8Ver sión 2.8


Podemos responder la pregunta a 3 niveles de Podemos responder la pregunta a 3 niveles de OrganizaciónOrganización

• A nivel “Átomo”A nivel “Átomo”




• A nivel “Molécula”A nivel “Molécula”




• A nivel “Molécula”A nivel “Molécula”

• A nivel “Macromolécula”A nivel “Macromolécula”


Composición a nivel “MOLÉCULA”Composición a nivel “MOLÉCULA”

• Los Seres Vivos estamos hechos de cientos Los Seres Vivos estamos hechos de cientos de miles de Compuestos Químicos que de miles de Compuestos Químicos que forman parte estructural y funcional de forman parte estructural y funcional de nosotros.nosotros.



• Todos los Compuestos químicos son Todos los Compuestos químicos son conjuntos del 1 sólo tipo de {Moléculas} conjuntos del 1 sólo tipo de {Moléculas} ((molemole- = masa y -- = masa y -ulasulas = pequeñas) = pequeñas)



• Clasificamos las moléculas de acuerdo a Clasificamos las moléculas de acuerdo a su tamaño en:su tamaño en:–MicroMicromoléculas cuando su Peso moléculas cuando su Peso

molecular ≤ 1000molecular ≤ 1000



• Las clasificamos de acuerdo a su Las clasificamos de acuerdo a su tamaño en:tamaño en:–MicroMicromoléculas cuando su Peso moléculas cuando su Peso

molecular ≤ 1000molecular ≤ 1000–OligoOligomoléculas cuando su moléculas cuando su

1000 < PM < 50001000 < PM < 5000


Composición a nivel “MOLÉCULA”Composición a nivel “MOLÉCULA”• Las clasificamos de acuerdo a su Las clasificamos de acuerdo a su

tamaño en:tamaño en:–MicroMicromoléculas cuando su masa moléculas cuando su masa

molecular ≤ 1000molecular ≤ 1000–OligoOligomoléculas cuando su masa moléculas cuando su masa

1000 < PM < 50001000 < PM < 5000–MacroMacromoléculas cuando su MM ≥ 5000moléculas cuando su MM ≥ 5000


¿Qué son las Micromoléculas?¿Qué son las Micromoléculas?

• Las Micromoléculas son cientos, casi mil Las Micromoléculas son cientos, casi mil sustancias distintas que constituyen sustancias distintas que constituyen alrededor de ¾ de la masa de un alrededor de ¾ de la masa de un organismo.organismo.


¿Qué son las Micromoléculas?¿Qué son las Micromoléculas?

• Las clasificamos de acuerdo a su Las clasificamos de acuerdo a su contenido de átomos de contenido de átomos de C reducido C reducido ((C C unido a Hunido a H) en:) en:


¿Qué son las Micromoléculas?¿Qué son las Micromoléculas?• Las clasificamos de acuerdo a su contenido de átomos de Las clasificamos de acuerdo a su contenido de átomos de

C reducido C reducido ((C unido a HC unido a H) en:) en:

–Pequeñas Moléculas Pequeñas Moléculas InInorgánorgánicas. (icas. (inin-- = = No y No y organorgan- = carbono reducido). - = carbono reducido).

–Pequeñas Moléculas Orgánicas . Pequeñas Moléculas Orgánicas .

≅≅ 6% de S. V. 6% de S. V. • El resto de los S. V. está conformado por cientos de El resto de los S. V. está conformado por cientos de

miles de oligo y macromoléculas diferentes. miles de oligo y macromoléculas diferentes.


Las PMI se clasifican enLas PMI se clasifican en

• Sales MineralesSales Minerales

• Agua (HAgua (H22O). O).



• Sales Minerales (= Iones Inorgánicos). Sales Minerales (= Iones Inorgánicos). – Disueltas en agua, las sales forman iones Disueltas en agua, las sales forman iones

(cationes [+] y aniones [-])(cationes [+] y aniones [-])

– Conforman el 1% de la masa de los organismosConforman el 1% de la masa de los organismos

–Son apenas unas decenas, por ejemplo: Son apenas unas decenas, por ejemplo:



• Sales Minerales (= Iones Inorgánicos). Sales Minerales (= Iones Inorgánicos).

✔ Los cationes: KLos cationes: K++, Na, Na++, NH, NH44++, , CaCa2+2+, Mg, Mg2+2+, , FeFe33++, ,

……

✔ Los aniones: ClLos aniones: Cl --, HCO, HCO33--, , COCO33

2-2-, HPO, HPO442-2-, SO, SO44

2-2-, , POPO44

3-3-……



• Agua (HAgua (H22O). O). Sólo 1 tipo = 70% de la masaSólo 1 tipo = 70% de la masa


Composición química de una célula de Composición química de una célula de Escherichia coliEscherichia coli

Categoría Compuesto # de tipos de moléculas (%)

PMI Agua (H2O) 1 (70%)

PMI Iónes inorgánicos 20 (1%)

PMO Monosacáridos y precursores 200 (6% todas las PMO)

PMO Aminoácidos y precursores 100

PMO Nucleótidos y metabolitos 200

PMO Lípidos y precursores 50

PMO Otros compuestos 200


El Agua es una molécula El Agua es una molécula ExtraordinariaExtraordinaria

• Tiene Propiedades fuera de lo común: Tiene Propiedades fuera de lo común:

–Tf = 0º C y Tf = 0º C y –Teb = 100ºCTeb = 100ºC



• Tiene Propiedades fuera de lo común: Tiene Propiedades fuera de lo común:

–DD20ºC20ºC = 0.99823 g/cm = 0.99823 g/cm33

–DD4ºC4ºC = 1.00000 g/cm = 1.00000 g/cm33



• Tiene Propiedades fuera de Tiene Propiedades fuera de lo común: lo común:

–DD20ºC20ºC = 0.99823 g/cm = 0.99823 g/cm33

–DD4ºC4ºC = 1.00000 g/cm = 1.00000 g/cm33

–DD0ºC0ºC = 0.99987 g/cm = 0.99987 g/cm33

–DD0ºC hielo0ºC hielo = 0.915 g/cm = 0.915 g/cm33



• Tiene Propiedades fuera de lo Tiene Propiedades fuera de lo común: común:

–Calor EspecíficoCalor Específico4-25ºC 4-25ºC = = 1.018 cal/g ºC1.018 cal/g ºC

–Calor de Evapora-ción = Calor de Evapora-ción = 9,719 cal/mol 9,719 cal/mol

–Constante DipolarConstante Dipolarenen BencenoBenceno = 1.76 = 1.76


Temperatura de ebullición de los Hidruros Temperatura de ebullición de los Hidruros del Grupo IVAdel Grupo IVA

CH4 SiH4 GeH4 SnH4



-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

12.01 28.09 72.59 118.89

Teb

CH4 SiH4 GeH4 SnH4

Peso molecular

Tem

per

atu

ra d

e e

bulli

ció

n



-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

12.01 28.09 72.59 118.89

Teb

CH4 SiH4 GeH4 SnH4

Peso molecular

Tem

per

atu

ra d

e e

bulli

ció

n

Conclusión: a mayor PM mayor T de ebullición Conclusión: a mayor PM mayor T de ebullición


Si Extrapolamos la temperatura de Si Extrapolamos la temperatura de ebullición de los Hidruros del Grupo del ebullición de los Hidruros del Grupo del

OxígenoOxígeno

-100-90-80-70-60-50-40-30-20-100

- 32.06 79.9 127.6

Teb

H2O H2S H2Se H2TePeso molecular

Tem

per

atu

ra d

e e

bulli

ció

n


Si Extrapolamos la temperatura de Si Extrapolamos la temperatura de ebullición de los Hidruros del Grupo ebullición de los Hidruros del Grupo

VIA…VIA…

-100-90-80-70-60-50-40-30-20-100

- 32.06 79.9 127.6

Teb


Tem

per

atu

ra d

e e

bulli

ció

n


Si Extrapolamos la temperatura de Si Extrapolamos la temperatura de ebullición de los Hidruros del Grupo ebullición de los Hidruros del Grupo

VIA…VIA…

-100-90-80-70-60-50-40-30-20-100

- 32.06 79.9 127.6

Teb


Tem

per

atu

ra d

e e

bulli

ció

n

Conclusión: El agua debiera hervir a -100 ºCConclusión: El agua debiera hervir a -100 ºC


El agua, todo se lo debe a su El agua, todo se lo debe a su EstructuraEstructura


El agua, todo se lo debe a su El agua, todo se lo debe a su EstructuraEstructura

Conclusión: El agua es una molécula muy polarConclusión: El agua es una molécula muy polar


Enlaces por Puentes de HidrógenoEnlaces por Puentes de Hidrógeno

Puent e de Hidr ógenoPuent e de Hidr ógeno

Átomo de hidrógeno Átomo de hidrógeno unido covalentemente unido covalentemente a oxígeno, nitrógeno o a oxígeno, nitrógeno o

fluorfluor

Enlace covalenteEnlace covalente




Átomos electro-Átomos electro-negativos negativos como:como:OxígenoOxígenoNitrógeno oNitrógeno oFluorFluor




Cargas eléctricasCargas eléctricasParciales y opuestasParciales y opuestas




Cargas eléctricasCargas eléctricasParciales y opuestasParciales y opuestas

La alineación de los 3 átomos forma un enlace intermolecular débil que daLa alineación de los 3 átomos forma un enlace intermolecular débil que daorigen a las propiedades EXTRAORDINARIAS del Aguaorigen a las propiedades EXTRAORDINARIAS del Agua


El Agua es muy importante El Agua es muy importante porque: porque:

• En la Tierra existe en 3 En la Tierra existe en 3 estados físicos (Ciclo estados físicos (Ciclo del Hdel H22O)O)



• El hielo flota sobre el El hielo flota sobre el agua líquida. agua líquida. Eso evita Eso evita la congelación de toda la congelación de toda el agua de los el agua de los océanos.océanos.



• Otorga una gran inercia térmica a los Otorga una gran inercia térmica a los organismosorganismos



• Regula el sobrecalentamiento por su Calor Regula el sobrecalentamiento por su Calor de Evaporación.de Evaporación.



• Es el mejor Disolvente por su gran Es el mejor Disolvente por su gran polaridadpolaridad



• Permite el auto-ensamble de lípidos en Permite el auto-ensamble de lípidos en bicapas.bicapas.



• Estabiliza la estructura Tridimensional de Estabiliza la estructura Tridimensional de los Biopolímeros por medio de los Biopolímeros por medio de “Puentes “Puentes de Hidrógeno”.de Hidrógeno”.



• Tiene una gran fuerza Tiene una gran fuerza de cohesión de cohesión intermolecular que se intermolecular que se expresa en la expresa en la capilaridad.capilaridad.


Las Pequeñas Moléculas Las Pequeñas Moléculas OrgánicasOrgánicas• Son varios miles de moléculas que Son varios miles de moléculas que

contienen ≤ 50 C unidos a H por lo que su contienen ≤ 50 C unidos a H por lo que su masa molecular ≤ 1000 masa molecular ≤ 1000

• La mayoría de las PMO están presentes en La mayoría de las PMO están presentes en todas las célulastodas las células


Las Pequeñas Moléculas Las Pequeñas Moléculas OrgánicasOrgánicas• Las propiedades Físico-químicas de las Las propiedades Físico-químicas de las

PMO difieren porque contienen uno o PMO difieren porque contienen uno o varios grupos funcionales distintos.varios grupos funcionales distintos.

• Las PMO se clasifican en familias de Las PMO se clasifican en familias de compuestos de acuerdo a los grupos compuestos de acuerdo a los grupos químicos funcionales que poseen químicos funcionales que poseen


Fórmulas Químicas, la Fórmulas Químicas, la representación de las Moléculasrepresentación de las Moléculas

• Como las moléculas son {átomos} en las Como las moléculas son {átomos} en las fórmulas se escriben los símbolos de los fórmulas se escriben los símbolos de los elementos participantes.elementos participantes.


Fórmulas Químicas, la Fórmulas Químicas, la representación de las Moléculasrepresentación de las Moléculas

• Las Fórmulas se Clasifican de acuerdo a la Las Fórmulas se Clasifican de acuerdo a la información que proporcionan acerca de las información que proporcionan acerca de las moléculas, en:moléculas, en:

–Fórmulas MínimasFórmulas Mínimas

–Fórmulas estructuralesFórmulas estructurales


Fórmulas Químicas, la Fórmulas Químicas, la representación de las Moléculasrepresentación de las Moléculas–Fórmulas Mínimas, cuando sólo dicen el Fórmulas Mínimas, cuando sólo dicen el

# de átomos que hay de cada elemento # de átomos que hay de cada elemento en la molécula .en la molécula .–Fórmulas estructurales, cuando además Fórmulas estructurales, cuando además

se indican los enlaces químicos entre se indican los enlaces químicos entre los átomos de la moléculalos átomos de la molécula


Pros y Contras de las Fórmulas Pros y Contras de las Fórmulas MínimasMínimas

• Son fáciles de escribir, pero por ejemplo la fórmula:Son fáciles de escribir, pero por ejemplo la fórmula:

CC22HH66OO




CC22HH66OO

Representa a varios compuestos Representa a varios compuestos isóisómermeros os diferentesdiferentes

y con propiedades distintasy con propiedades distintas




CC22HH66OO

CHCH33-CH-CH22-OH-OH

EtanolEtanolTTebeb = 78.4 ºC = 78.4 ºC

LíquidoLíquidoSoluble en HSoluble en H22OO

Representa a varios compuestos Representa a varios compuestos isóisómermeros diferentesos diferentesy con propiedades distintasy con propiedades distintas




CC22HH66OO

CHCH33-CH-CH22-OH-OH CHCH33-O-CH-O-CH33

EtanolEtanolTTebeb = 78.4 ºC = 78.4 ºC

LíquidoLíquidoSoluble en HSoluble en H22OO

Dimetiléter Dimetiléter TTebeb = -23.6 ºC = -23.6 ºC

gasgasPoco soluble en aguaPoco soluble en agua

Representa a varios compuestos Representa a varios compuestos isóisómermeros diferentesos diferentesy con propiedades distintasy con propiedades distintas


En Biología usamos con frecuencia En Biología usamos con frecuencia Fórmulas MínimasFórmulas Mínimas

CC55HH1212OOCuando sabemos a cual compuesto isómero nos Cuando sabemos a cual compuesto isómero nos

referimosreferimos


En Biología usamos con frecuencia En Biología usamos con frecuencia Fórmulas Estructurales CondensadasFórmulas Estructurales Condensadas

CHCH33-CH-CH22-CH-CH22-CH-CH22-CH-CH22-OH-OHCuando necesitamos saber qué átomo de carbono está Cuando necesitamos saber qué átomo de carbono está

unido con cual otro.unido con cual otro.


En Biología usamos con frecuencia En Biología usamos con frecuencia Fórmulas Estructurales SimplificadasFórmulas Estructurales Simplificadas

66

Cuando necesitamos tener un visión general de la Cuando necesitamos tener un visión general de la estructura de la molécula.estructura de la molécula.

OHOH11



• En ellas No se escribe el símbolo de los En ellas No se escribe el símbolo de los carbonos ni de los hidrógenos enlazados carbonos ni de los hidrógenos enlazados a estos.a estos.

66

OHOH11



• Sólo se dibujan los enlaces C-C. En cada Sólo se dibujan los enlaces C-C. En cada vértice y extremo hay un átomo de C.vértice y extremo hay un átomo de C.

66

OHOH11



• En cambio si se escriben los símbolos de En cambio si se escriben los símbolos de los demás elementos (incluso del H unido los demás elementos (incluso del H unido a ellos). Por ejemplo:a ellos). Por ejemplo:

66

OHOH11CHCH33-CH-CH22-CH-CH22-CH-CH-CH-CH22-OH-OH

CHCH33

es igual a


FINFIN

8-hidroxiquinolinas unidas por enlaces intermoleculares 8-hidroxiquinolinas unidas por enlaces intermoleculares débiles al microscopio de fuerza atómicadébiles al microscopio de fuerza atómica

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