Está formado por el CHON

Toda materia viva está compuesta por agua de un 70 a 80% del peso celular, bioelementos primarios como CHONSP, imprescindible para formar los principales tipos de moléculas biológicas, (glúcidos, proteínas, carbohidratos y ácidos nucleicos) y además de bioelementos secundarios como (Ca,

Na, K, Mg, Fe entre otros).

Sinónimos de:

Glúcido= azucares.

Proteínas= prótido.

Carbohidratos= hidratos de carbono.

Proviene de dos voces griegas: bios= vida, génesis= inicio o formación a los En los cuales se los puede dividir en primarios, secundarios y oligoelementos.

Primarios:

Son básicos para la vida forman moléculas como glúcidos, proteínas, carbohidratos, ácidos nucleicos y

son el C, H, O, N, S, P.

Carbono:

Se encuentra libre en la naturaleza en 2 formas alotrópicas cristalinos bien definidas (diamante y grafito) además forman parte de compuestos inorgánicos, y orgánicos como la glucosa C6H12O6 el carbono es el 20%.

Hidrogeno:

Es un gas incoloro, inodoro e insípido y el más ligero que el aire y es muy activo químicamente 10%.

Oxigeno:

BASES QUÍMICAS DE LA

VIDA

BIOELEMENTOS O

ELEMENTOS

Es un gas muy importante para la mayoría de los seres vivos para la respiración, se encuentran en el planeta del 65% en la sustancia fundamentalmente del ser vivo.

Nitrógeno:

Forma el 3% de la sustancia fundamental de la materia viva, es el componente esencial de los aminoácidos y los ácidos nucleicos es decir participan en la constitución del ADN.

Azufre:

Se encuentra de forma nativa en regiones volcánicas. Elemento químico esencial para todos los organismos necesario para muchos aminoácidos y por lo tanto también para las proteínas.

Fósforo:

Forma la base de un gran número de compuestos de lo cuales las mas importantes son el fosfato. En toda la forma de vida estas desempeñan un papel esencial.

SECUNDARIOS:

Son aquellos cuya concentraciones en la celular es entre 0,05 y 1% se dividen en indispensables, variables y oligoelementos.

Indispensables:

No pueden faltar en la vida celular y son los siguientes:

Sodio:

Necesario para la contracción muscular.

Potasio:

Necesario para la conducción nerviosa.

Cloro:

Necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluido intersticial.

Calcio:

Participa en la concentración del musculo, en la coagulación de la sangre en la permeabilidad de la membrana y en el desarrollo de los huesos.

Magnesio:

Forma parte de muchas enzimas y de la clorofila interviene en síntesis y degradación del ATP, replicación del ADN, síntesis del ARN, etc.

Variables:

Estos elementos pueden faltar en algunos organismos y son:

Bromo, titanio, vanadio, plomo

Oligoelementos:

Interviene en cantidades muy pequeñas, pero cumplen funciones esenciales en los seres vivos los principales son: hierro, cobre, zinc, cobalto, etc.

Hierro:

Sintetiza la hemoglobina de la sangre y mioglobina del musculo.

Zinc:

Abunda en el cerebro y en el páncreas, donde se hace la acción de la insulina que regula a la glucosa.

Cobre:

Toman la hemocianina que el pigmento respiratorio de muchos invertebrados acuáticos y enzimas oxidativas.

Cobalto:

Sirve para sintetizar vitaminas B12 y enzimas fijadores de nitrógeno.

Agua y sus propiedades

El agua es el compuesto químico más familiar para nosotros, el más abundante y el de mayor significación para nuestra vida. Su excepcional importancia, desde el punto de vista químico, reside en que casi la totalidad de los procesos químicos que ocurren en la naturaleza, no solo en organismos vivos, sino también en la superficie no organizada de la tierra, así como los que se llevan a cabo en el laboratorio y en la industria, tienen lugar entre sustancias disueltas en agua, esto es en disolución. Normalmente se dice que el agua es el disolvente universal, puesto que todas las sustancias son de alguna manera solubles en ella.

No posee propiedades ácidas ni básicas, combina con ciertas sales para formar hidratos, reacciona con los óxidos de metales formando ácidos y actúa como catalizador en muchas reacciones químicas.

     Características de la molécula de agua: 

La molécula de agua libre y aislada, formada por un átomo de Oxigeno unido a otros dos átomos de Hidrogeno es triangular. El ángulo de los dos enlaces (H-O-H) es de 104,5º y la distancia de enlace O-H es de 0,96 A. Puede considerarse que el enlace en la molécula es covalente, con una cierta participación del enlace iónico debido a la diferencia de electronegatividad entre los átomos que la forman.

La atracción entre las moléculas de agua tiene la fuerza suficiente para producir un agrupamiento de moléculas. La fuerza de atracción entre el hidrógeno de una molécula con el oxígeno de otra es de tal magnitud que se puede incluir en los denominados enlaces de PUENTE DE HIDRÓGENO. Estos enlaces son los que dan lugar al aumento de volumen del agua sólida y a las estructuras hexagonales de que se habló más arriba.

*COHESIÓN:

Es la atracción entre moléculas que mantiene unidas las partículas de una sustancia. La cohesión es diferente de la adhesión; la cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos.

En el agua la fuerza de cohesión es elevada por causa de los puentes de hidrogeno que mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un liquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos.

*ADHESIÓN:

La adhesión es la propiedad de la materia por la cual se unen dos superficies de sustancias iguales o diferentes cuando entran en contacto, y se mantienen juntas por fuerzas intermoleculares.

La adhesión ha jugado un papel muy importante en muchos aspectos de las técnicas de construcción tradicionales. La adhesión del ladrillo con el mortero (cemento) es un ejemplo claro.

La cohesión es distinta de la adhesión. La cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos.

Densidad del agua

999,97 kg/m³

Los principales compuestos orgánicos son:Glúcidos: formados por carbono, oxígeno e hidrógeno. Ejemplo: sacarosa, glucosa, almidón... Nos suministran energía.

Lípidos: formados por carbono, oxígeno e hidrógeno pero con mayor contenido en carbono que los glúcidos. Son lo que llamamos grasas. También suministran energía. Proteínas: formadas por carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno. Nos dan materiales de "construcción". Forman los músculos, los cartílagos, el pelo... Ácidos nucleicos: formados por carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo. Son el ADN y el ARN. Llevan la información genética.

Los biopolímeros

Son macromoléculas presentes en los seres vivos. Una definición de los mismos los considera materiales poliméricos o macromoleculares sintetizados por los seres vivos. También, a raíz de nuevas disciplinas médicas como la ingeniería de tejidos, como biopolímeros también se incluyen materiales sintéticos con la particularidad de ser biocompatibles con el ser vivo (normalmente con el ser humano).

De entre los biopolímeros los referidos a la primera clasificación, existen tres principales familias: proteínas (fibroinas, globulinas, etc.), polisacáridos (celulosa, alginatos, etc.) y ácidos nucleícos (ADN, ARN, etc.), aunque también otros más singulares como los politerpenos (ver terpenos), entre los que se incluye el caucho natural, los polifenoles (como la lignina) o algunos poliésteres como los polihidroxialcanoatos producidos por algunas bacterias.

Él biopolímero más abundante en la tierra es la celulosa. Otros biopolímeros abundantes son la quitina (en los exoesqueletos de arácnidos, crustáceos e insectos).

Isómeros geométricos ópticos

Estereoisomería Los isómeros tienen igual forma en el plano. Es necesario representarlos en el espacio para visualizar las diferencias. Estereoisomería geométrica Se produce cuando hay dos carbonos unidos con doble enlace que tienen las otras valencias con los mismos sustituyentes (2 pares) o con dos iguales y uno distinto. No se presenta isomería geométrica si tiene tres o los cuatro sustituyentes iguales. Tampoco puede presentarse con triples enlaces. A las dos posibilidades se las denomina forma CiS y forma Trans.

Dos tipos de sustituyentes: a a \ / C = C / \ b b a b \ / C = C / \

b a Forma CiS Forma Trans

Tres tipos de sustituyentes: a a \ / C = C / \ b c a c \ / C = C / \ b a Forma CiS Forma Trans

Ejemplo de Estereoisomería geométrica Ácido butenodioico (COOH-CH=CH-COOH): COOH COOH \ / C = C / \ H H COOH H \ / C = C / \ H COOH Ácido maleico Ácido fumárico (Forma CiS) (Forma Trans) Estereoisomería óptica Los isómeros ópticos se diferencian en que desvían el plano de la luz polarizada. Uno hacia la derecha (isómero dextrógiro) y otro a la izquierda (isómero levógiro). Forma racémica Es la mezcla equimolecular de los isómeros dextro y levo. Esta fórmula es ópticamente inactiva (no desvía el plano de la luz polarizada). Poder rotatorio específico Es la desviación que sufre el plano de polarización al atravesar la luz polarizada una disolución que contenga 1 gramo de sustancia por cm³ en un recipiente de 1 dm de longitud. Es el mismo para ambos isómeros. Motivo Esta isomería se presenta cuando en la molécula existe algún carbono asimétrico (satura sus valencias con todos los grupos distintos entre sí). Ácido láctico - 2 Hidroxipropanoico OH

| CH3-CHOH-COOH --> H3C-C-COOH | H COOH | OH |/ H-C \ CH3 HOOC HO | \| C-H / H3C dextro levo Se las denomina formas enantiomórficas o quirales.

Carbohidratos

Son uno de los grupos básicos de alimentos. Esta categoría de alimentos abarca azúcares, almidones y fibra.

Funciones

La principal función de los carbohidratos es suministrarle energía al cuerpo, especialmente al cerebro y al sistema nervioso. Una enzima llamada amilasa ayuda a descomponer los carbohidratos en glucosa (azúcar en la sangre), la cual le da energía al cuerpo.

Fuentes alimenticias

Los carbohidratos se clasifican como simples o complejos. Esta clasificación depende de la estructura química del alimento y de la rapidez con la cual se digiere y se absorbe el azúcar. Los carbohidratos simples tienen uno (simple) o dos (doble) azúcares, mientras que los carbohidratos complejos tienen tres o más.

Los ejemplos de azúcares simples provenientes de alimentos abarcan:

Fructosa (se encuentra en las frutas)

Galactosa (se encuentra en los productos lácteos)

Los azúcares dobles abarcan:

Lactosa (se encuentra en los productos lácteos)

Maltosa (se encuentra en ciertas verduras y en la cerveza)

Sacarosa (azúcar de mesa)

La miel también es un azúcar doble, pero a diferencia del azúcar de mesa, contiene una pequeña cantidad de vitaminas y minerales. (Nota: a los niños menores de 1 año nunca se les debe dar miel).

Los carbohidratos simples que contienen vitaminas y minerales están naturalmente en:

Frutas

Leche y productos lácteos

Verduras

Los carbohidratos simples también se encuentran en los azúcares procesados y refinados como:

Golosinas

Bebidas carbonatadas (no dietéticas) regulares, como las bebidas gaseosas

Jarabes

Azúcar de mesa

Los azúcares refinados suministran calorías, pero carecen de vitaminas, minerales y fibra. Estos azúcares simples a menudo son llamados "calorías vacías" y pueden llevar al aumento de peso.

Igualmente, muchos alimentos refinados, como la harina blanca, el azúcar y el arroz blanco, carecen de vitaminas del complejo B y otros importantes nutrientes, a menos que aparezcan etiquetados como "enriquecidos". Lo más sano es obtener carbohidratos, vitaminas y otros nutrientes en la forma más natural posible, por ejemplo, de frutas en lugar del azúcar de mesa.

Los carbohidratos complejos, a menudo llamados alimentos "ricos en almidón", incluyen:

Legumbres, como fríjoles, guisantes, lentejas y maní

Verduras ricas en almidón, como papas, maíz, arveja verde y chirivía

Panes y cereales integrales

Los disacáridos

Son un tipo de glúcidos formados por la condensación (unión) de dos azúcares monosacáridos iguales o distintos mediante un enlace O-glucosídico (con pérdida de una molécula de agua) pues se establece en forma de éter siendo un átomo de oxígeno el que une cada pareja de monosacáridos, mono o dicarbonílico, que además puede ser α o β en función del -OH hemiacetal o hemicetal. Los disacáridos más comunes son:

Sacarosa : formada por la unión de una glucosa y una fructosa. A la sacarosa se le llama también azúcar común. No tiene poder reductor.

Lactosa : formada por la unión de una glucosa y una galactosa. Es el azúcar de la leche. Tiene poder reductor .

Maltosa , isomaltosa, trehalosa y celobiosa: formadas todas por la unión de dos glucosas, son diferentes dependiendo de la unión entre las glucosas. Todas ellas tienen poder reductor, salvo la trehalosa.

El carácter reductor se da en un disacárido si uno de los monosacáridos que lo forman tiene su carbono anomérico (o carbonílico) libre, es decir, si este carbono no forma parte del enlace O-glucosídico. Dicho de otra forma, si el enlace O-glucosídico es monocarbonílico el disacárido resultante será reductor (maltosa, celobiosa, etc.), mientras que si el enlace O-glicosídico es dicarbónílico el disacárido resultante será no reductor (sacarosa, trehalosa).

La fórmula empírica de los disacáridos es C12H22O11. El enlace covalente entre dos monosacáridos provoca la eliminación de un átomo de hidrógeno de uno de los monosacáridos y de un grupo hidroxilo del otro monosacárido, de forma que en conjunto podemos decir que se elimina una molécula de agua (H2O) que se libera al medio de reacción.

En la mucosa del tubo digestivo del ser humano existen unas enzimas llamadas disacaridasas, que hidrolizan el enlace glucosídico que une a los dos monosacáridos, para su absorción intestinal.

Los polisacáridos

Son biomoléculas formadas por la unión de una gran cantidad de monosacáridos. Se encuentran entre los glúcidos, y cumplen funciones diversas, sobre todo de reservas energéticas y estructurales.

Los polisacáridos son polímeros cuyos constituyentes (sus monómeros) son monosacáridos, los cuales se unen repetitivamente mediante enlaces glucosídicos. Estos compuestos llegan a tener un peso molecular muy elevado, que depende del número de residuos o unidades de monosacáridos que participen en su estructura. Este número es casi siempre indeterminado, variable dentro de unos márgenes, a diferencia de lo que ocurre con biopolímeros informativos, como el ADN o los polipéptidos de las proteínas, que tienen en su cadena un número fijo de piezas, además de una secuencia específica.

Los polisacáridos pueden descomponerse, por hidrólisis de los enlaces glucosídicos entre residuos, en polisacáridos más pequeños, así como en disacáridos o monosacáridos. Su digestión dentro de las células, o en las cavidades digestivas, consiste en una hidrólisis catalizada por enzimas digestivas (hidrolasas) llamadas genéricamente glucosidasas, que son específicas para determinados polisacáridos y, sobre todo, para determinados tipos de enlace glucosídico. Así, por ejemplo, las enzimas que hidrolizan el almidón, cuyos enlaces son del tipo llamado α(1→4), no pueden descomponer la celulosa, cuyos enlaces son de tipo β(1→4), aunque en los dos casos el monosacárido sea el mismo. Las glucosidasas que digieren los polisacáridos, que pueden llamarse

polisacarasas, rompen en general uno de cada dos enlaces, liberando así disacáridos y dejando que otras enzimas completen luego el trabajo.

En la formación de cada enlace glucosídico «sobra» una molécula de agua, ya que estos se forman por reacciones de condensación a partir de la unión de monosacáridos por enlaces del tipo covalente. Asimismo, en su ruptura por hidrólisis se agrega una molécula de agua para dividirlo en múltiples monosacáridos,2 por lo que en una cadena hecha de nmonosacáridos, habrá n-1 enlaces glucosídicos. Partiendo de que la fórmula general, no sin excepciones, de los monosacáridos es

CxH2xOx

se deduce fácilmente que los polisacáridos responderán casi siempre a la fórmula general:

Cx(H2O)x–1

Almidón

El almidón es el principal polisacárido de reserva de la mayoría de los vegetales,2 y la fuente

de calorías más importante consumida por el ser humano.

Es un constituyente imprescindible en los alimentos en los que está presente, desde el punto

de vista nutricional. Gran parte de las propiedades de la harina y de los productos

de panadería y repostería pueden explicarse conociendo las características del almidón.

El glucógeno (o glicógeno)

Es un polisacárido de reserva energética formado por cadenas ramificadas de glucosa; es

insoluble en agua, en la que forma dispersiones coloidales. Abunda en el hígado y en menor

cantidad en los músculos, así como también en varios tejidos.

Carbohidratos modificados y complejos:

Algunos son derivados de monosacáridos: modificados y son importantes: Glucosamina y Galactosamina: el terminal de alcohol es reemplazado por el terminal amino ( NH2 ). La glucosamina se encuentra en la quitina y la galactosamina se encuentra en los cartílagos.

Glicoproteínas (carbohidratos + proteínas): mucopolisacáridos

Glicolípidos (carbohidratos + lípidos)

Ambos (glicoproteínas y glicolípidos) son complejos, forman parte de la pared celular y estructuras dentro de las células.

ISÓMEROS: Compuesto con la misma fórmula molecular, pero diferentes estructuras. Las propiedades químicas y físicas cambian.

A) Estructurales: Difieren en arreglo covalente de sus átomos.

H H H H Butano

| | | |

H-C--C--C--C-H C4H10

| | | |

H H H H

H H H Isobutano

| | |

H-C----C----C-H C4H10

| | |

H H-C-H H

|

H

B) Geométricos: arreglo covalente igual, orden (arreglo espacial) de grupos diferente. Son el resultado de la no rotación de los carbones envueltos en enlaces dobles en el espinazo de la molécula. El caso de buteno (formas cis y trans) se observa a continuación. Estas diferencias que parecen triviales resultan en diferente actividad biológica de las moléculas: unas las reconoce la maquinaria bioquímica de la célula, la otra forma no es reconocida.

CH3 H CH3 CH3

\ / \ /

C====C C====C

/ \ / \

H CH3 H H

trans cis

C) Enantiómeros: imagen espejo, no se sobreponen en el espacio; las células pueden distinguir estos compuestos en las rutas metabólicas. Se le llaman también isómeros ópticos. Se encuentran cuando un carbono asimétrico (central) se une a cuatro átomos o grupos de átomos diferentes, resultando en dos arreglos espaciales diferentes (ver Fig. 3.3, pág. 47).

Carbohidratos: Moléculas orgánicas compuestas de las azúcares y sus polímeros. Las azúcares almacenan energía y sirven de material estructural.

Monosacáridos: azúcares simples. Son la fuente principal de nutrientes para las células (glucosa es la principal). Los organismos fotosintéticos la pueden producir a partir de CO2 y H2O en presencia de luz.

6 Carbonos y 7 enlaces C-H = alto en energía: fructosa (azúcar cetónica), galactosa, y glucosa (azúcares aldehídicas).

Disacáridos: carbohidratos que pueden ser disociados en 2 monosacáridos. Unidos por un enlace glucosídico, por medio de una reacción decondensación o deshidratación.

Enlace glucosídico =

1- α 1,4 = OH- en C-1 en posición alfa.

2- β 1,4 = OH- en C-1 en posición beta.

Hidrólisis = se añade agua para romper el enlace glucosídico.

Ejemplo: maltosa = 2 glucosa

sacarosa = glucosa + fructosa

lactosa = glucosa + galactosa ( enlace ß - galactosídico ).

Polisacáridos: Cadena simple o ramificada de unidades de azúcares simples. Poseen funciones estructurales y de almacenamiento de energía. En los de glucosa se encuentran:

Almidón: carbohidrato de almacenamiento en plantas. Enlaces 1,4 lineales; pero 1,6 ramificado.

Glucógeno: carbohidratos de almacenamiento en animales; altamente ramificado.

Celulosa: 50% o más del carbón en plantas. Da rigidez al cuerpo de la planta. Es insoluble = enlaces ß-glucosídicos; las enzimas de almidón no trabajan aquí.

Amilosa: almidón de estructura más simple (polímero lineal, no ramificado). Enlaces 1,4. Es insoluble, pero al hervir una solución de amilosa, se rompen estas cadenas en disacáridos de maltosa.

Amilopectina: polisacáridos ramificados 1,4 y 1,6.

Quitina: exoesqueleto de los insectos, camarones y otros artrópodos. También se encuentran en las pared celular de los hongos. Es igual a la celulosa pero con un grupo nitrogenado: una amino-azúcar con grupo nitrogenado en el carbono #2. (Ver fig. 3-10, pág. 56).

Carbohidratos modificados y complejos:

Algunos son derivados de monosacáridos: modificados y son importantes: Glucosamina y Galactosamina: el terminal de alcohol es reemplazado por el terminal amino ( NH2 ). La glucosamina se encuentra en la quitina y la galactosamina se encuentra en los cartílagos.

Glicoproteínas (carbohidratos + proteínas): mucopolisacáridos

Glicolípidos (carbohidratos + lípidos)

Ambos (glicoproteínas y glicolípidos) son complejos, forman parte de la pared celular y estructuras dentro de las células.

LÍPIDOS: Grupo heterogéneo de compuestos solubles en solventes orgánicos no polares = éter y benceno. ¡Son insolubles en agua! Poseen menos O en relación al C y H.

à grasas neutrales à fosfolípidos à carotenoides à esteroides à ceras

Lípidos o grasas neutrales: proveen 2 veces más energía/gramo que los carbohidratos. Se componen de glicerol y de 1-3 moléculas de ácidos grasos: cadenas

lineales de carbonos con un COOH terminal.

glicerol: 3-C con 3-OH.

Ácidos Grasos Saturados: # máximo de hidrógenos; forman grasas sólidas a temperatura ambiente.

Ácidos Grasos No saturados: uno o más enlaces dobles: forman aceite a temperatura ambiente.

Algunos de estos son nutrientes esenciales: no los sintetiza el cuerpo; en los mamíferos = ácido linoleico y linolénico.

A- Monoacylglicerol: monoglicérido = glicerol + 1 ácido graso.

B- Diacylglicerol: diglicérido = glicerol + 2 ácidos grasos.

C- Triacylglicerol: triglicérido = glicerol + 3 ácidos grasos.

Fosfolípidos: compuesto similar a una grasa neutral. Posee una molécula de glicerol, dos ácidos grasos, y un grupo fosfato (con carga negativa) unido al tercer carbono de la molécula de glicerol. Unido a este fosfato, puede haber alguna otra molécula orgánica de tamaño variable. Los fosfolípidos son moléculas anfipátidas, es decir, poseen una parte de la molécula que es hidrofílica (el cabezal de fosfato) y otra parte de la molécula es hidrofóbica (los ácidos grasos). Son la parte integral de todas las membranas celulares.