Clase n 3 bioelementos organicos

BIOQUIMICA

Dr. Jesus Diaz FrancoUPSJB

Bioquímica

Existen unos 109 elementos químicos estables en la naturaleza.

Son los componentes de toda la materia sobre la Tierra, y forman moléculas por medio de enlaces químicos.

De estos elementos sólo 27 componen la materia viva y se les llama Bioelementos.

Bioquímica

Bioquímica

Bioelementos Biomoléculas

Macroelementos Oligoelementos Inorgánicas OrgánicasAgua, Ácidos, Bases, Sales,

Gases

Glúcidos, Lípidos,

Proteínas, Ácidos Nucleicos

C, H, O, N, P, S Ca, Fe, K, Na, Cl, Co, Zn, Mg, I

Bioelementos

Son los elementos químicos que forman parte esencial de los seres vivos.

Los Elementos Biogenésicos suman aproximadamente el 30% de la materia terrestre.

Se clasifican en: Macroelementos y Oligoelementos.

Mn, Fe, Cu, Zn, Co, I B, Al, Si, F, Cr,

Li, Va. Mo

Macroelementos

También llamados Elementos Primarios o Elementos Organógenos.

Son abundantes, constituyen aproximadamente el 98% de la materia viva.

Son esenciales e indispensables para la formación de biomoléculas orgánicas como glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos, vitaminas; así como biomoléculas inorgánicas como agua, sales y algunos gases.

Macroelementos

Macroelementos

C

Elementos organógenosH

O

N

P

Forma parte de los nucleótidos que forman los ácidos nucleicos. Forman parte de los fosfolípidos de las membranas celulares y de algunas coenzimas. También está presente en moléculas como el ATP y forma parte de los fosfatos de los huesos y dientes. Se encuentra también en los músculos, las neuronas y la sangre.

SSe encuentra en el aminoácido esencial metionina, presente en todas las proteínas. También en algunas sustancias como el Coenzima A, indispensable para la respiración celular.

Oligoelementos

También llamados Elementos Secundarios o Elementos Trazas.

Su presencia se da de acuerdo al tipo de ser vivo al cual constituye.

Su función es específica y participan en muchas reacciones metabólicas.

Interactúan tanto con biomoléculas orgánicas como inorgánicas.

Su deficiencia determina enfermedades de tipo carencial.

Oligoelementos

Ca

Es uno de los más abundantes del organismo. El 99% esta en los huesos asociado al P (fosfato de calcio). Interviene en la función cardiaca, la formación de hueso y dientes, la contracción muscular, la transmisión del impulso nervioso y la coagulación sanguínea.

FeEs fundamental para la formación de la Hemoglobina, necesaria para el transporte de oxígeno y parte de los citocromos que intervienen en la respiración celular.

KEs el catión más abundante a nivel intracelular. Interviene en la contracción muscular, mantiene la presión osmótica, permite el impulso nervioso y regula la frecuencia cardiaca.

NaEs el catión más abundante a nivel extracelular. Regula la presión osmótica e impide la pérdida excesiva de agua del cuerpo, permite el impulso nervioso y la contracción muscular.

Oligoelementos

ClEs el elemento básico en la regulación de la presión osmótica, en la producción de ácido clorhídrico (HCl) y la actividad enzimática. Presente en los medios intra y extracelulares.

CoForma parte de la vitamina B12 necesaria para el crecimiento, previene algunas anemias como la anemia perniciosa, también previene la atrofia muscular.

ZnFactor necesario para la formación de algunas enzimas para la respiración celular, se le requiere para el crecimiento normal.

MgNecesario para la actividad muscular, actividad enzimática, mantenimiento del sistema nervioso y estructura ósea.

IEntra al organismo como yodato en algunos alimentos en dosis mínimas. Es necesario para la formación de la hormona Tiroxina de la glándula Tiroides que regula el metabolismo.

Biomoléculas

Son las asociaciones de bioelementos mediante enlaces químicos.

Se clasifican en:Biomoléculas Inorgánicas

• Agua, Ácidos, Bases, Sales Minerales y Gases

Biomoléculas Orgánicas• Glúcidos, Lípidos, Proteínas, Enzimas,

Ácidos Nucleicos y Vitaminas

Biomoléculas Proporción de Biomoléculas en los seres vivos:

Biomoléculas Fuente de Biomoléculas en los alimentos:

Biomoléculas Inorgánicas:Agua

Es la Biomolécula más abundante de la tierra y la más abundante en los seres vivos.

Representa el 80% del volumen celular y el 60% del volumen del cuerpo humano.

Es una Biomolécula binaria formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno.

AguaPropiedades: Alto calor específico: 1 kcal/g (termorregulador) Alto calor latente de vaporización: 540 kcal/g (capacidad

refrigerante del sudor) Alto punto de ebullición: 100 ºC Bajo punto de congelación: 0 ºC Alta tensión superficial y Capilaridad: (cohesión entre

moléculas) Gran capacidad solvente: por su dipolaridad disuelve

moléculas polares e iónicas. Densidad variable: depende de la temperatura.

Importancia Biológica Constituye parte fundamental del

medio interno de la célula, el fluido acuoso donde las moléculas se encuentran disueltas, ahí se dan reacciones químicas de hidrolización.

Disolvente universal por su dipolaridad. Medio de transporte celular. Forma la parte líquida de la sangre y

linfa. Da volumen a la célula. Cumple la función de termorregulador,

absorbe y libera calor lentamente, evita cambios bruscos de temperatura. Ayuda a moderar el clima del planeta.

Biomoléculas Inorgánicas:Ácidos y Bases

Ionización del Agua: El agua pura tiende a ionizarse espontáneamente, pero

estos iones tienden a volverse a unir, en la misma proporción. A este fenómeno se le llama equilibrio dinámico. H2O H+ + OH-

Ácidos: Compuestos químicos que al ionizarse aumentan la

concentración de H+

Bases: Compuestos químicos que al ionizarse disminuyen la

concentración de H+

2H2O H3O+ + OH-

H2O H+ + OH-

Biomoléculas Inorgánicas:Ácidos y Bases

pH: La salud de los organismos requiere mantener un pH de

los fluidos corporales dentro de límites estrechos. La sangre humana normalmente es de pH = 7.4 La reducción del pH a 7.0 provoca acidosis. El incremento del pH a 7.8 provoca alcalosis. Ambas situaciones ponen en peligro la vida. Para evitar las fluctuaciones en el pH los organismos

utilizan diferentes tipos de Buffers.

Biomoléculas Inorgánicas:Ácidos y Bases

Buffers: Son sustancias que tienen la capacidad de minimizar los

cambios del pH cuando se agrega un ácido o una base. Los principales buffers del ser humano son:

Bicarbonato es el principal buffer extracelular de la sangre

H2O + CO2 H2CO3 HCO3- + H+

Fosfato es el principal buffer intracelularH2PO4

- H2PO4

-2 + H+

Biomoléculas Inorgánicas:Sales

Son compuestos químicos muy fácilmente disociables en el agua, formando los electrolitos.

Están formados por un metal (catión) y un radical no metálico (anión). Ejem: Ca+2, Na+, K+, Cl-, HCO3

-, CO3-2, PO4

-2, SO4-2

Importancia Biológica: Son partes importantes de los compuestos estructurales

(huesos, dientes, etc.) Son parte de enzimas y vitaminas (Hb, Vit. B12, etc.) Son cofactores enzimáticos (activadores) Generan potencial eléctrico para la transmisión del impulso

nervioso, la contracción muscular y cardiaca. Controlan la presión osmótica de las células. Controlan el equilibrio del pH (buffers)

Biomoléculas Inorgánicas:Gases

Son moléculas inorgánicas formadas por átomos de un mismo elemento o por la unión de átomos de dos elementos diferentes. Ejem: O2 , N2 , CO2 , CH 4 , NH 4 , SH 2

Oxígeno (O2): es el 20% del aire y se puede hallar disuelto en el agua. Participa en la respiración celular.

Dióxido de Carbono (CO2): es el 1% del aire. Resultado de la respiración celular y los volcanes.

Nitrógeno (N2): es el 79% del aire. Forma nitratos y proteínas, el segundo compuesto en importancia.

Ozono (O3): estado alotrópico del oxígeno, estable sólo a temperaturas muy altas. Se forma en la estratósfera por acción de la radiación ultravioleta (~UV). Hace posible la vida en la Tierra.

CARBONO

Tiene cuatro electrones en su periferia y puede formar enlaces covalentes estables con otros carbonos. Éstos le permiten constituir largas cadenas de átomos (macromoléculas).

El carbono

Los atomos de carbono asimétricos están presentes en la mayoría de las biomoléculas

Los átomos de C unidos a cuatro átomos o grupos de átomos diferentes se llaman asimétricos

Los enlaces formados por un C asimétrico se pueden disponer en el espacio de 2 formas diferentes que son imágenes especulares (estereoisómeros) una de otra (D, L ó R, S)

Los estereoisómeros son tipo dextro (D, R) o levo (L, S) y poseen actividades biológicas completamente distintas.

Los C asimétricos son la característica estereoquímica principal de los aminoácidos y los hidratos de carbono

Carbonos asimétricos: estereoisomería

Funciones orgánicas

Grupo tiol

- SH

La polimerización y la formación de biomoléculas

debido a la estructura tetraédrica del C

Alfa hélice de una proteína

Fortaleza de los enlaces químicos

En comparació n, la energía térmica a 25ºC es < 4 kJ/mol

El enlace covalente doble obliga a todos los atomosimplicados a colocarse en el mismo plano

Las interaccionesdébiles en medioacuoso

La molécula de agua posee un

momento dipolar causado por la desigual

compartición de electrones

El enlace de H(puente de hidró geno)

Enlaces de H en macromoléculas

Enlaces de H en biomoléculas

El enlace iónico es débil en medio acuoso

Los iones en solucion acuosa estánrodeados de moleculas de agua (solvatados)

Las interacciones de Van der Waals están causadas por dipolos transitorios

La interacción hidrofóbica

Los fosfolipidos se ensamblan espontáneamente mediante interacciones hidrofóbicas formando diferentes

estructuras en medio acuoso

La forma estable de una proteína, que posee actividadbiológica, depende de interacciones débiles

Multiples interacciones no covalentesdeterminan la unió n específica

BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULASBIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS

LípidosGlúcidos A. NucleicosProteínas

como

Orgánicas

Oligoelementos(Ca, Na, K, I, Fe, etc)

Primarios(C, H, O, N, P, S)

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