Unidad Educativa Experimental“Bernardo Valdivieso”

Trabajo de Investigación de Biología

Nombre: Jean Paul Mosquera ACurso: Segundo de Bachillerato “B”Fecha : 2012-10-10Tema: Estructura de la materia viva

Los principios inmediatos de la materia viva, son los cuerpos simples o compuestos que pueden separarse de los seres vivos por procedimientos físicos. Éstos son: los glúcidos, los lípidos, los prótidos, el agua y las sales minerales.

Estos cuerpos, junto con los elementos biogénicos, los oligoelementos y los biocatalizadores, forman parte de la composición química de la materia viva. Los elementos que la forman son característicos por ser los más abundantes de la biosfera, por su pequeño peso atómico y por su pequeña densidad.

Éstos principios inmediatos se dividen en dos grupos: orgánicos e inorgánicos.

- Glúcidos

- Orgánicos: - Lípidos

- Prótidos

- Acidos nucleicos

- Principios Inmediatos:

- Agua

- Inorgánicos:

- Sales Minerales

Los elementos biogenéticos rara vez se encuentran en estado libre. En general, se combinan entre sí para formar substancias compuestas definidas. Estos compuestos que se pueden aislar por medios puramente físicos (disolución, filtración, absorción, destilación, diálisis,

ultracentrifugación, hidrólisis, etc.) y que se limitan a separar lo preformado, sin destruir los edificios moleculares, constituyen los llamados “principios inmediatos”

COMPONENTES INORGANICOS.-

EL AGUA

Propiedades químicas.- Es el cuerpo formado por la combinación de una molécula de oxígeno y dos de hidrógeno. Sus tres estados son: líquido (a la temperatura ordinaria), gas (se evapora por el calor) y sólido ( se solidifica por el frío a la temperatura de 0ºC convirtiéndose en hielo). Es químicamente indiferente, inodoro, insípido, incoloro en pequeñas cantidades y verdoso en grandes masas que refracta la luz, disuelve muchas sustancias y cubre las 2/3 partes de la Tierra. Hierve a 100ºC (ebullición)y tiene su densidad máxima a 4ºC. Su estado más puro es cuando cae de la atmósfera en forma de lluvia, nieve o rocío. Es el principal componente de los seres vivos que por término medio oscila entre el 50% y el 90%.

Función Biológica.- El agua es tan importante para la vida, que todo organismo desprovisto de ella muere. El agua que forma parte de los seres vivos está en continua renovación, de tal manera que existe un continuado aporte de la misma y una continua eliminación. El aporte acuoso se debe a tres fuentes principales: el agua y otros líquidos que ingresan en el organismo, el agua de constitución de los alimentos sólidos y la que se forma en el interior de los propios seres vivos como consecuencia de las diversas reacciones metabólicas. La eliminación se efectúa por la orina, respiración (en forma de vapor de agua), sudor, heces, lágrimas, etc...

Las funciones que el agua desempeña en el organismo son las siguientes:

Es el disolvente más universal de las sustancias nutritivas, tanto inorgánicas como orgánicas. Por ello el agua actúa como vehículo para la circulación de dichas sustancias en el interior de los organismos resultando imprescindible para el intercambio de materia a través de las membranas celulares, ya que únicamente las sustancias disueltas pueden realizar estos intercambios.

Todas las reacciones vitales (es decir, metabólicas) se llevan a cabo en presencia de agua, pero además ella por si misma actúa como reactivo químico tanto por su capacidad de disociarse en iones (H+ y OH-), como en sus elementos (O y H2). En el primer caso produce hidrataciones y desdoblamientos de otras sustancias; en el segundo, oxidaciones y reducciones.

Debido a poseer una elevada tensión superficial (sólo superada por el mercurio) es el líquido más idóneo para provocar en el citoplasma cambios bruscos de dicha tensión, que explican las deformaciones y movimientos protoplasmáticos que presentan las células.

Su reducida viscosidad favorece desplazamientos de órganos lubricados por líquidos orgánicos ricos en agua (músculos, articulaciones, etc.)

Actúa también como agente regulador de la temperatura. En primer lugar, porque dada su capacidad calórica es un excelente amortiguador de los cambios térmicos bruscos; y en segundo lugar, por su gran conductividad para el calor hace que sea un excelente distribuidor de la temperatura en los seres vivos.

SALES MINERALES.

Propiedades Químicas.- Forman parte de todos los seres vivos, tanto animales como vegetales. Entre ellas destacan por su importancia los cloruros, fosfatos, y bicarbonatos de sodio, potasio, calcio y magnesio. Como quiera que estas sales se encuentren en solución, sus moléculas se hallan en forma de iones:

Aniones: Cl-, PO4H=, PO4H2- y CO3H-.

Cationes: Na+, K+, Ca++ y Mg++.

Función Biológica.-Las sales minerales desempeñan en los seres vivos numerosas e importantes funciones, tales como: depositarse en órganos esqueléticos para darles consistencia (huesos, dientes, caparazones, etc.); intervenir en los fenómenos de contracción muscular y conducción nerviosa, etc., pero de una forma particular merecen especial mención las tres funciones siguientes:

1º/ Regulación de los fenómenos osmóticos.

2º/ Regulación del llamado equilibrio ácido-básico.

3º/ Acción específica de los cationes.

COMPONENTES ORGANICOS.

Propiedades químicas.

Glúcidos.- también denominados hidratos de carbono, glúcidos, carbohidratos y azúcares, son sustancias orgánicas integradas por C, H y O entrando estos dos últimos en la proporción necesaria para formar agua: Cn(H2O)n9. Se dividen en:

Monosacáridos: Son azúcares o glúcidos que no se pueden descomponer en otros más simples.

Disacáridos: Resultan de la unión de dos moléculas de monosacárido con separación de una molécula de agua.

Polisacáridos: Resultan de la unión de “n” moléculas de monosacáridos con separación de “n-1” moléculas de agua.

Lípidos.- llamados también grasas y aceites, están formados químicamente por C, O y H, siendo frecuente que se unan a estos elementos el P, N y S. Tienen un elevado peso molecular y se caracterizan por su insolubilidad en el agua, su solubilidad en los disolventes orgánicos neutros (alcohol, acetona, éter, cloroformo, benceno, y tetracloruro de carbono) y que por hidrólisis ácida o por fermentación dan ácidos grasos. Se dividen en:

Lípidos simples o grasas: Son ésteres del trialcohol glicerina con diferentes ácidos grasos.

Lipoides: Comprende una serie de substancias muy heterogéneas en su composición química, pero que siguen gozando de las propiedades físicas que presentan las grasas.

Prótidos.- Proteínas o albuminoides son los constituyentes químicos fundamentales de la materia viva ya que estos presentan actividad vital. Están caracterizados por presentar N, además de sus elementos principales (C, H y O) y de sus elementos secundarios (S, P, Fe y Cu) y por el gran tamaño de sus moléculas (macromoléculas). Se dividen en:

Holoproteínas: Son aquellas formadas por cadenas de péptidos. A su vez se clasifican en:

- Albúminas: Ovoalbúmina, lactoalbúmina y seroalbúmina.

- Globulinas: Seroglobulinas.

- Proteínas fibrilares: Miosina, fibrinógeno, colágeno y queratina.

Heteroproteínas: Son, junto a las holoproteinas, los grupos principales de los prótidos. Se caracterizan porque además de las cadenas de péptidos, entran en su constitución unos compuestos llamados grupos prostéticos. Se dividen en:

- Glucoproteínas: El grupo prostético es un glúcido. Son la mucina de los exudados bronquiales, las mucosidades de los caracoles, la saliva, etc.

- Fosfoproteínas: El grupo prostético es el ácido fosfórico. Es el caseinógeno de la leche.

- Cromoproteínas: El grupo prostético es un pigmento (metalporfirina), constituido por un núcleo químico denominado porfirina unido a un metal que varía según los casos (hemoglobina, hemocianina y clorofila)

Nucleoproteínas: El grupo prostético son los ácidos nucleicos. En la formación de los ácidos nucleicos interviene tres sustancias diferentes: ácido fosfórico, una pentosa (ribosa o desoxirribosa) y las llamadas bases nitrogenadas (adenina,

guanina, citosina, timina y uracilo). Éstos merecen un estudio detenido por su gran importancia biológica (descubrimiento del código genético)

Acidos Nucleicos.- Su función es la de almacenar la información necesaria para el funcionamiento y desarrollo de la célula.

Pueden ser de dos tipos:

Acido desoxirribonucleico (ADN)

Acido ribonucleico (ARN)

Están formados por el ácido ortofosforico, por una pentosa o base nitrogenada ( las pentosas son la ribosa y la desoxirribosa que les dan el nombre a cada uno de los ácidos).

La constitución de estos ácidos es muy compleja, se forman largas cadenas de carácter zizagueante y se pueden descomponer en sustancias más sencillas, llamadas nucleótidos, formadas por el fosfato, una base nitrogenada y una pentosa.

En las células existen dos nucleótidos de gran importancia llamados ATP y ADP.

El ATP esta formado por la ribosa, la adenina y tres moléculas de fosfato y se le

llama adenosin-trifosfato.

El ADP contiene igualmente ribosa adenina y dos moléculas de fosfato y se le

llama denosin-fosfato.

Propiedades biológicas.

GLUCIDOS

Son principios inmediatos básicamente energéticos (su función es la de proporcionar energía), por lo que desempeñan un importante papel como fuente de energía para los seres vivos. Forman parte de las estructuras de sostén de los vegetales y también están presentes en gran cantidad en los animales. En las plantas, la celulosa y la hemicelulosa son los principales elementos estructurales. En los animales invertebrados, el polisacárido quitina es el principal componente del dermatoesqueleto de los artrópodos. En los animales vertebrados, las capas celulares de los tejidos colectivos tienen hidratos de carbono.

Monosacáridos.- Tienen sabor dulce (azúcares), color blanco, son solubles en el agua y poseen poder reductor. Entre los monosacáridos destacan los de seis átomos de carbono o hesoxas

(C6H12O6). Las tres hesoxas más importantes son: la glucosa o azúcar de uva, que se encuentra en muchas frutas, en la miel, en la sangre, etc.; La fructosa, que va asociada a la anterior en la miel y en muchas frutas, y la galactosa, que forma parte del azúcar de la leche.

Entre los monosacáridos de cinco átomos de carbono o pentosas merecen destacarse la ribosa y la Desoxiribosa, de gran interés biológico, por formar parte de los ácidos nucleicos y de muchas coenzimas.

Disacáridos.- Resultan de la unión de dos moléculas de monosacárido con separación de una de agua. Esta definición se puede ver fácilmente en esta fórmula:

C6H12O6 + C6H12O6 = C12H22O11 + H2O

Por hidrólisis esta reacción es reversible, es decir, que un disacárido al incorporar una molécula de agua pueden dejar libes las dos moléculas de monosacárido que lo forman. Para que esto ocurra es necesaria la presencia de ciertos fermentos, tales como la sacarasa, maltasa, lactasa, etc.

Los principales disacáridos son los siguientes:

Sacarosa: Formada por glucosa más fructosa. Es el azúcar de caña o remolacha.

Maltosa: Formada por glucosa más glucosa. Es el azúcar de malta.

Lactosa: Formada por glucosa más galactosa. Es el azúcar de la leche.

Polisacáridos

Los polisacáridos se diferencian en muchos aspectos de los mono y disacáridos. No cristalizan, no forman verdaderas soluciones en el agua, sino coloides y carecen de sabor dulce. Por hidrólisis los polisacáridos se descomponen en disacáridos y por último en monosacáridos. Los principales polisacáridos son:

El almidón constituye la principal reserva alimenticia de los vegetales, siendo especialmente abundante en determinadas partes de estos, tales como tubérculos y semillas. Por hidrólisis, el almidón se descompone en los siguientes productos:

Almidón ¬ Dextrina ¬ Maltosa ¬ Glucosa

El glucógeno se encuentra en los animales (músculos, corazón, hígado, etc.) por lo que también se le denomina “almidón animal”. Por hidrólisis origina:

Glucógeno ¬ Maltosa ¬ Glucosa

La celulosa forma la parte fundamental de la membrana de las células vegetales. Se descompone por hidrólisis en:

Celulosa ¬ Celobiosa ¬ Glucosa

LÍPIDOS.

Los lípidos desempeñan dos funciones principales en los seres vivos: son, como los glúcidos, fuente de energía pero además son plásticos, es decir, pueden depositarse formando importantes depósitos en los organismos. En el aspecto físico, los lípidos desempeñan un importante papel como aislantes térmicos. Se clasifican en lípidos simples o grasas y lipoides.

Lípidos simples o grasas.-Se definen como ésteres de trialcohol glicerina con diferentes ácidos grasos. Los ácidos grasos que intervienen en la formación de las grasas tienen siempre un número par de átomos de carbono y los principales son:

Butírico: CH3-(CH2)2-COOH

Palmítico: CH3-(CH2)14-COOH

Esteárico: CH3-(CH2)16-COOH

Oleico: CH3(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH

Hay grasas que a temperatura ordinaria se presentan sólidas, mientras que otras lo hacen en estado líquido. Las primeras (sebos, manteca, etc.) son aquellas en cuya constitución entran los ácidos palmítico y esteárico; las segundas, como los aceites, presentan el ácido oleico.

Aunque las grasas, como todos los lípidos, son insolubles en agua, cuando se agitan en ella se dividen en pequeñísimas gotitas formando una emulsión que es transitoria, pues en cuanto se suspende la agitación, las gotitas se reúnen de nuevo ascendiendo a la superficie donde forman una capa de grasa.

Lipoides.- Los más importantes son los siguientes:

Lípidos complejos: En su molécula figuran átomos de P, S y N.

Fosfoaminolípidos: Son los que además de C, O e H contienen P o N.

- Lecitina: Se encuentra en la yema del huevo.

- Cefalina: Se encuentra en el cerebro.

Glicolípidos: Son los que contienen glúcidos en su molécula.

- Cerebrósidos: Se encuentran en el cerebro.

Lípidos isoprenoides: Formados por unidades de hidrocarburo isopreno.

Carotinoides o lipocromos: Formados químicamente por cadenas lineales de isoprenos. Son sustancias coloreadas.

- Carotina: Pigmento anaranjado de la zanahoria y del tomate del cual deriva la vitamina A.

- Xantofila: Pigmento amarillento, óxido del anterior que abunda en la yema del huevo.

Esteroides: Formados químicamente por cadenas de isoprenos.

- Colesterina: Se encuentra principalmente en la bilis y de ella deriva la vitamina D3.

- Ácidos biliares: Forman parte de la bilis.

- Ergosterina: Se encuentra principalmente en los hongos y de ella deriva la vitamina D.

PRÓTIDOS.

Las proteínas o prótidos están formados por unos componentes llamados aminoácidos que pueden considerarse como los ladrillos de los edificios moleculares proteicos. Los aminoácidos son 22, de los cuales 8 son esenciales: Histidina, Isoleucina, Leucina, Lisina, Metionina, Fenil Analina, Treonina y Triptófano. Las propiedades más destacadas de las proteínas son las siguientes: forman soluciones coloidales, capaces de precipitar con formación de coágulos al ser tratadas con soluciones salinas, ácidos, etc., o calentadas a temperaturas superiores a 70ºC (la leche ácida forma coágulos; la clara de huevo se coagula por calor, etc.). Algunas proteínas pueden cristalizar.

Otra de las propiedades más características de las proteínas es su especificidad, es decir, que cada especie animal o vegetal fabrica sus propias proteínas distintas de las demás especies y aún dentro de la misma especie, hay diferencia entre los distintos individuos, lo que no ocurre con los glúcidos y los lípidos, que son comunes a todos los seres vivos.

Las proteínas son principios inmediatos esencialmente plásticos, es decir, se incorporan a los organismos edificando la propia materia de estos. Sólo excepcionalmente actúan como fuente de energía.

Las moléculas proteicas van desde las largas fibras insolubles que forman el tejido conectivo y el pelo, hasta los glóbulos compactos solubles, capaces de atravesar la membrana celular y desencadenar reacciones metabólicas. Las proteínas sirven sobre todo para construir y mantener las células, aunque su descomposición química también proporciona energía, con un rendimiento de 4 Kcal/g. Además de intervenir en el

crecimiento y mantenimiento celular son responsables de la contracción muscular, mantener la viscosidad de la sangre, regular la presión oncótica y la síntesis de fermentos. Las enzimas son proteínas, al igual que la insulina y casi todas las demás hormonas, los anticuerpos del sistema inmunológico y la hemoglobina, que transporta oxígeno en la sangre. Los cromosomas, que transmiten los caracteres hereditarios en forma de genes, están compuestos por ácidos nucleicos y proteínas

Proteínas Fibrosas.-

Colágeno: Es la proteína más abundante de los vertebrados, forma parte de huesos, piel, tendones y cartílagos. La molécula contiene tres cadenas polipeptídicas muy largas, cada una formada por unos 1.000 aminoácidos, trenzados en una triple hélice que confiere a los tendones y a la piel su elevada resistencia a la tensión. Cuando las largas fibrillas de colágeno se desnaturalizan por calor, las cadenas se acortan y se convierten en gelatina.

Queratina: Constituye la capa externa de la piel, el pelo y las uñas en el ser humano y las escamas, pezuñas, cuernos y plumas en los animales. La queratina protege el cuerpo del medio externo, es por ello insoluble en el agua.

Fibrinógeno: Es la proteína plasmática de la sangre responsable de la coagulación. Bajo la acción catalítica de la trombina, el fibrinógeno se transforma en fibrina que es el elemento estructural de los coágulos sanguíneos o trombos.

Proteínas musculares: La miosina, que es la principal proteína de la contracción muscular se combina con la actina, y ambas actúan en la acción contráctil del músculo esquelético y en los distintos tipos de movimiento celular.

Proteínas globulares: A diferencia de las fibrosas, las proteínas globulares son esferas y muy solubles. Desempeñan una función dinámica en el metabolismo corporal. Son ejemplos la albúmina, la globulina, la caseína, la hemoglobina, todas las enzimas y las hormonas proteicas. Albúminas y globulinas son proteínas solubles abundantes en las células animales, el suero sanguíneo, la leche y los huevos. La hemoglobina es una proteína respiratoria que transporta oxígeno por el cuerpo; a ella se debe el color rojo intenso de los eritrocitos.

- Enzimas: Son proteínas globulares que se combinan con otras sustancias, llamadas substratos, para catalizar las numerosas reacciones químicas del organismo

- Hormonas proteicas: Estas proteínas, segregadas por las glándulas endocrinas, actúan estimulando a ciertos órganos fundamentales que a su vez inician y controlan actividades importantes como el ritmo metabólico o la producción de enzimas digestivas y de la leche. La insulina, segregada por los islotes de Langerhans en el páncreas, regula el metabolismo de los hidratos de carbono mediante el control de la concentración de glucosa. La tiroxina, segregada por el tiroides, regula el metabolismo global; y la calcitonina, también producida en el tiroides, reduce la concentración de calcio en la sangre y estimula la mineralización ósea.

- Anticuerpos: Los anticuerpos, también llamados inmunoglobulinas, agrupan los miles de proteínas que se producen en el suero sanguíneo como respuesta a los antígenos (sustancias u organismos que invaden el cuerpo). Un solo antígeno puede inducir la producción de numerosos anticuerpos, que se combinan con diversos puntos de la molécula antigénica, la neutralizan y la precipitan en la sangre.

Microtúbulos: Las proteínas globulares pueden también agruparse en túbulos huecos que actúan como entramado estructural de las células y, al mismo tiempo, transportan sustancias de una parte de la célula a otra.

Acidos nucleicos.-

Estas sustancias se encuentran en los condriosomas y se encargan de tomar la energía producida en los procesos respiratorios de las células, y proporcionársela a estas cuando la necesiten.

El ADN es la sustancia que constituye los cromosomas cuya misión es la de transmitir los caracteres hereditarios de padres a hijos. Tiene en su molécula dos cadenas enfrentadas, unidas por un puente de hidrogeno formando espiral. Existe una relación definida entre las secuencias de las dos cadenas, que son complementarias y las bases nitrogenadas no se sitúan de un modo arbitrario, puesto que se corresponde perfectamente, la adenina siempre esta enfrente de la timina y la guanina de la citosina. Si se conoce una cadena se puede deducir la otra.

El ARN se encarga de sintetizar las proteínas según las instrucciones marcadas por el ADN. Se comprende que la secuencia de las bases nitrogenadas en las moléculas de estos ácidos sea única para cada individuo, puesto que dan lugar a la formación de proteínas especificas

Unidad Educativa Experimental“Bernardo Valdivieso”

Trabajo de Investigación de Biología

Nombre: Jean Paul Mosquera ACurso: Segundo de Bachillerato “B”Fecha : 2012-10-10Tema: Estructura de la materia viva

Toda la materia viva está compuesta por:

agua (hasta 70-80% del peso celular), 

bioelementos primarios como C, O, N, H, P y S, imprescindibles para formar los principales tipos de moléculas biológicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ác. nucléicos)

bioelementos secundarios: todos los restantes; algunos son imprescindibles como el Ca, Na, Cl, K, Mg, Fe, etc., otros sólo son fundamentales para especies determinadas.

Para entender la vida tal como la conocemos, primero debemos entender un poco de química orgánica. Las moléculas orgánicas contienen carbono e hidrógeno básicamente. Mientras que muchos químicos orgánicos también contienen otros elementos, es la unión del carbono - hidrógeno lo que los define como orgánicos.

Algunas de esta moléculas, como los hidratos de carbono, las proteínas y los ácidos nucléicos pueden ser poliméricas. Se denomina polímero a toda macromolécula constituida por la unión de muchas moléculas pequeñas similares, las que reciben el nombre de monómeros. Cuando dos monómeros similares se unen forman un dímero, si son tres un trímero. Hasta diez se lo nombran genéricamente oligómero.

El proceso de unión de monómeros se realiza por el proceso llamado síntesis por deshidratación. Todos los monómeros sueltos tiene átomos

de H y grupos oxidrilos (-OH) al unirse se desprende una molécula de agua.

Unidad Educativa Experimental“Bernardo Valdivieso”

Trabajo de Investigación de Biología

Nombre: Jean Paul Mosquera ACurso: Segundo de Bachillerato “B”Fecha : 2012-10-10Tema: Estructura de la materia viva

1.- Definición de Bioelemento y Biomolécula.

Los organismos vivos están constituidos por elementos químicos, los cuales entran a formar parte de la materia viva en cantidades muy variables. De todos los elementos del sistema periódico, sólo 70 de ellos se han encontrado formando parte de la materia viva, aunque no todos ellos están en todos los seres vivos. A estos elementos químicos que forman parte de la materia viva se les denomina Bioelementos.

Los bioelementos que constituyen los seres vivos no son distintos de los que aparecen en las rocas o el aire, pero sí que se encuentran en distinta proporción que los elementos químicos que forman la materia inerte. En la materia inerte, el elemento químico más abundante es el oxígeno, seguido del silicio y acompañado de elementos metálicos como aluminio, hierro, calcio, magnesio, sodio y potasio. Sin embargo, en la materia viva, el elemento químico más abundante sigue siendo el oxígeno, pero los demás varían, de tal manera que el principal elemento es el carbono, seguido del hidrógeno, del nitrógeno y del fósforo y entre los elementos metálicos los más abundantes son los mismos, es decir, el calcio, el magnesio, el sodio y el potasio.

Los bioelementos se combinan entre sí, formando estructuras moleculares de distinta complejidad. A dichas moléculas que forman parte de la materia viva se les denomina genéricamente Biomoléculas, aunque algunas de ellas son exclusivas de los seres vivos y otras también podemos encontrarlas formando parte de la materia inerte.

2.- Clasificación de los Bioelementos.

Atendiendo al porcentaje en que los elementos químicos forman parte de la materia viva, los bioelementos se clasifican en dos grandes grupos:

a) Primarios. Aquellos bioelementos que forman parte de la materia viva en un alto porcentaje y se hallan presentes en todos los seres vivos se les denomina

Bioelementos Primarios. Éstos constituyen el 98% del total de la materia viva. De entre ellos distinguimos, por una parte, aquellos que forman las biomoléculas orgánicas (carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y fósforo) y, por otra parte, están aquellos que desempeñan funciones importantes en la fisiología celular (magnesio, calcio, potasio, sodio y cloro).

b) Secundarios. Aquellos bioelementos que forman parte de la materia viva en un bajo porcentaje o que no se hallan presentes en todos los seres vivos se les denomina Bioelementos Secundarios, los cuales, si están en un porcentaje inferior al 0,01% se les denomina Oligoelementos. Los bioelementos secundarios son muy numerosos, siendo, de entre ellos, los más importantes, los siguientes: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, yodo, boro, silicio, cromo, cobalto, selenio, molibdeno, estaño, etc

3.- Idoneidad del átomo de Carbono

La materia viva está formada por moléculas orgánicas, las cuales no son más que cadenas de átomos de carbono a las que se incorporan los otros bioelementos primarios formando grupos funcionales específicos. El hecho de que sea el carbono la base de la materia viva se debe a una serie de características químicas que lo hacen idóneo para ello. Estas características son las siguientes: -

El átomo de carbono tiene cuatro electrones de valencia lo que le permite formar cuatro enlaces covalentes..

Un átomo de carbono puede unirse a varios átomos de carbono, formando estructuras lineales, tanto simples como ramificadas y también pueden

plegarse sobre sí mismas para formar anillos. Ambos tipos de estructura pueden presentar una longitud variable (desde 2 hasta 30 átomos). De esta forma se consigue una gran cantidad de esqueletos carbonados básicos, cada uno de los cuales podrá originar un tipo de molécula orgánica, el cual presentará unas características químicas y físicas determinadas y diferentes de otros tipos y, por tanto, también diferente actividad biológica. Esta capacidad del átomo de carbono es la que determina la gran variabilidad de moléculas orgánicas que existen y también de funciones biológicas.

- Dos átomos de carbono pueden unirse entre sí mediante un enlace simple (compartiendo un par de electrones), un enlace doble (compartiendo dos pares de electrones) o mediante un enlace triple (compartiendo tres pares de electrones). El que en una cadena de carbonos aparezca uno o varios dobles o triples enlaces cambia su estructura final, sus propiedades físicas y químicas y también su función biológica. Esta capacidad aumenta, por lo tanto, la variabilidad de las moléculas orgánicas.

Los enlaces simples permiten libertad de giro a los átomos que unen, con lo que esta flexibilidad facilita la formación de estructuras tridimensionales, los plegamientos y las reacciones químicas. Sin embargo, los dobles y triples enlaces son más fuertes y hacen que los átomos que los forman estén mas próximos entre si produciendo un enlace rígido que impide los giros, los plegamientos y las reacciones químicas.

El átomo de carbono también puede establecer también puede establecer enlaces covalentes con otros elementos químicos, como el oxigeno, hidrogeno, nitrógeno, apareciendo así una gran diversidad de grupos funcionales (hidrocarburo, alcohol, aldehído, cetona, acido carboxfílico, amina, amida) los cuales cambian las características físicas y químicas del esqueleto básico, y por lo tanto, favorecen el aumento de la diversidad de moléculas orgánicas y aparición de nuevas funciones biológicas

Cuando un átomo de carbono establece sus cuatro enlaces covalentes con otros elementos o consigo mismo, la molécula resultante adquiere una configuración tetraédrica, en la que el carbono se sitúa en el centro del tetraedro y los cuatro elementos a los que se enlaza se sitúan en los vértices del tetraedro. Si los elementos a los que se une el carbono central son diferentes entre sí, entonces, al intercambiar las posiciones

relativas entre ellos, se consiguen moléculas diferentes ya que el distinto posicionamiento de los elementos varía las propiedades físicas y químicas de la molécula inicial. De este modo, con los mismos elementos, tan sólo con cambiar su posición relativa, pueden conseguirse distintos tipos de moléculas orgánicas, un factor mas que hace aumentar el número de biomoleculas.

Los enlaces covalentes formados por el átomo de carbono, tanto consigo mismo como con otros elementos, son suficientemente enérgicos o fuertes para formar moléculas estables, pero a la vez son relativamente débiles, tanto como para romperse con relativa facilidad al añadirle energía lo cual es muy importante para que puedan llevarse a cabo las reacciones bioquímicas del metabolismo.

Los otros elementos básicos que forman parte de las biomoléculas orgánicas son : H, O, N, y en menor proporción el F y S El haber sido elegidos estos elementos para formar parte de la materia viva junto con el carbono se debe a varias razones:

- son elementos químicos que, por su estructura electrónica, pueden formar enlaces covalentes de la misma naturaleza que los del carbono y pueden, por ello, constituir fácilmente las biomoléculas orgánicas.

- Dentro de su grupo son los elementos mas ligeros, lo cual permite que los seres vivos tengan poco peso y no se vean influidos negativamente por la gravedad Además, su bajo peso molecular permite que se formen enlaces estables con otros elementos que le confieren estabilidad a las biomoleculas orgánicas.

- Son elementos químicos que se combinan entre si y con el carbono para formar moléculas inorgánicas muy sencillas, como anhídrido carbónico ( C y O ), Metano (C y H ), Agua ( O y H ) y amoniaco (N y H). Estas moléculas inorgánicas eran muy abundantes en la atmósfera terrestre, por lo que fue fácil que se combinaran entre sí para originar las primeras moléculas orgánicas. En las condiciones actuales, estos elementos también forman parte de moléculas orgánicas sencillas y accesibles a los seres vivos como el CO2, el H2O, el nitrato, fosfato, etc

- Estos elementos químicos forman grupos funcionales en las moléculas orgánicas que aumentan su diversidad estructural y les confieren propiedades químicas que favorecen su reactividad química.

4.- Funciones biológicas de los Bioelementos.

a) Carbono, hidrógeno y oxígeno. Son los elementos constituyentes de las biomoleculas orgánicas. El carbono forma el esqueleto básico y el hidrógeno y el oxígeno forman grupos funcionales de gran reactividad e importancia como hidrocarburos (-H), hidroxilo (-OH), carbonilo (=O) y carboxilo (-OOH). Además, el hidrógeno y el oxígeno forman una molécula de gran importancia para la vida como es el agua (H2O)

b) Nitrógeno. Forma compuestos orgánicos muy variados y de gran importancia biológica. Así, forma parte de los aminoácidos, que son los monómeros estructurales de las proteínas, y de las

bases nitrogenadas que forman los nucleótidos, que son los monómeros estructurales de los ácidos nucleícos o bien actúan como tales siendo coenzimas en una gran variedad de reacciones metabolicas.

c) Azufre. Se encuentra formando parte de algunos aminoácidos y, por tanto, de las proteínas, estando en alta proporción en la queratina, proteína formadora del pelo, plumas y uñas. También forma parte de algunos coenzimas de gran importancia biológica.

d) Fósforo. Se encuentra siempre como ión fosfato. Suele unirse a las moléculas orgánicas mediante enlaces ricos en energía, formando moléculas de gran importancia biológica como los nucleótidos y los fosfolípidos. En los animales se une a cationes tales como el calcio y el magnesio, formando fosfatos, constituyendo esqueletos internos (huesos) y externos (caparazones).

e) Cloro, Sodio y Potasio. Se encuentran en forma iónica y se encargan de mantener el equilibrio iónico de la célula. El cloro y el sodio se encuentran al exterior de la célula y el potasio se encuentra en el interior. Esta situación se altera fácilmente por la gran facilidad con que el sodio entra en la célula. Esto permite ciertas actividades celulares, tales como el transporte de algunas moléculas orgánicas que penetran en la célula junto con el sodio y también permite el proceso de la excitación nerviosa.

f) Magnesio. Es muy importante para la vida ya que forma parte de la clorofila (pigmento fotosintético) y actúa como cofactor de muchos enzimas que intervienen en reacciones de fosforilación, como los que forman el ATP. Además, en los animales se une al carbonato y al fosfato formando sales insolubles localizadas en los esqueletos (huesos y caparazones).

g) Calcio. Interviene, a nivel celular, en funciones relacionadas con la sensibilidad a nivel de membrana, interviniendo en la transmisión del impulso nervioso, en la contracción muscular en la respuesta celular a algunas hormonas. A nivel organico es el principal catión formador del esqueleto (huesos y caparazones) al formar sales insolubles con el carbonato y el fosfato.

h) Hierro. Forma parte de coenzimas que intervienen en la transferencia de electrones o en reacciones de oxidacion-reduccion. Asi por ejemplo, forma parte de los transportadores electrónicos respiratorios y fotosintéticos (citocromos), de la hemoglobina en animales (proteína transportadora de oxígeno)y de la catalaza (enzima que elimina el agua oxigenada de la célula).

i) Manganeso. Actúa como cofactor en las enzimas del ciclo de Krebs (catabolismo de glúcidos y lípidos) y forma parte en las plantas de la enzima que rompe el agua en la fotosíntesis.

j) Cobre. Forma estructuras del tipo grupo hemo, interviniendo en reacciones de oxidación-reducción. Proteínas con cobre son el citocromo c y el citocromo a, que forman parte de la cadena transportadora de electrones respiratoria.

k) Zinc. Es un cofactor en muchas enzimas. La carencia de zinc en las plantas hace que éstas crezcan achaparradas y con hojas pequeñas.

l) Flúor. Se encuentra formando parte del esmalte de los dientes y también en los huesos, en ambos casos en forma de fluoruro cálcico.

m) Yodo. Forma parte de la hormona tiroidea, que interviene favoreciendo el crecimiento normal y regulando el metabolismo energético de los vertebrados.

n) Cromo. Interviene en la regulación de los niveles de glucosa en sangre.

ñ) Boro. Se encuentra en forma de borato. Sólo es necesario para las plantas. No se conoce cómo actúa, pero su carencia inhibe el crecimiento y no se produce la floración ni la fructificación.

o) Silicio. Su función no se conoce en las plantas, pero es esencial para alguna de ellas, como el tomate , forma el esqueleto de algunas algas unicelulares como las diatomeas y forma incrustaciones en la superficie foliar de plantas superiores En los animales proporciona resistencia y elasticidad al tejido conjuntivo, cabello, uñas, piel.

p) Cobalto. Forma parte de la vitamina B12. Esta vitamina sólo es sintetizada por los microorganismos. Como tal es necesaria para la maduración de los eritrocitos, Además actúa como enzima en muchas funciones metabólicas. Su falta en los animales ocasiona anemia . Deficiencias en cobalto ocasionan alteraciones en el crecimiento. En las plantas el cobalto interviene en el proceso de fijación del nitrógeno al actuar como cofactor de algunas enzimas que intervienen en dicho proceso.

q) Molibdeno. Forma parte de la nitrato reductasa, un enzima que reduce el nitrato a nitrito, por lo que es necesario para la incorporación del nitrógeno en las plantas.

r) Litio. Es un estabilizador del ánimo ya que actúa sobre los neurotransmisores y regula la permeabilidad celular de las neuronas.

5.- Clasificación de las Biomoléculas.

Atendiendo a la composición química se diferencian dos tipos de biomoleculas:

a) Inorgánicas, las cuales no están formadas por un esqueleto de carbono. Estas se dividen a su vez en: - simples, si están constituidas por dos átomos idénticos, como el oxígeno. - compuestas, si están formadas por átomos diferentes, como el agua, el dióxido de carbono y las sales minerales (cloruro sódico, fosfato cálcico, carbonato cálcico, fluoruro cálcico, etc.).

b) Orgánicas, las cuales están formadas por un esqueleto más o menos largo y complejo de carbono al cual pueden unirse otros elementos formando grupos funcionales. Se distinguen cuatro tipos principales de biomoléculas orgánicas: los glúcidos, lípidos, péptidos, proteínas y ácidos nucleicos .

6.- Organización de las Biomoleculas Orgánicas:

Las biomoleculas organicas se organizan en niveles de complejidad creciente a partir de precursores organicos.(anhídrido carbónico , agua, oxigeno, nitratos, sulfatos, fosfatos, etc)se forman intermediaros de bajo peso molecular muy inestables los cuales enseguida dan lugar a biomoléculas estructurales (monosacáridos, Ácidos grasos, Aminoácidos, bases nitrogenadas, nucleótidos) .Estos monómeros se unen entre si (los de naturaleza química idéntica ) para formar largas cadenas llamadas macromoléculas tales como : polisacáridos, lípidos, proteínas y ácidos nucleídos . Por ultimo las macromoléculas se reúnen para constituir los diferentes orgánulos celulares , que en conjunto, conforman la estructura celular