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Todos los seres vivos están formados por
los mismos elementos.
De los 100 elementos sólo 25 se encuentran en la materia viva.
Mn, Fe, Cu, Zn, Co, I B, Al, Si, F, Cr,
Li, Va. Mo
(99) % de la mat. viva)
Son asequibles. Tienen capacidad para formar enlaces covalentes
( moléculas estables. (ir adelante) Son los más ligeros capaces de formar enlaces covalentes. Forman dobles y triples enlaces ( versatilidad). Son electronegativos ( forman moléculas polares que se
disuelven en agua. Se encuentran en moléculas que pueden ser captadas
por los seres vivos. Se combinan y forman muchos grupos funcionales.
tamañ
El carbono ¿por qué es un elemento importante para la vida?
Tiene cuatro electrones desapareados en su capa externa.
Se disponen formando un tetraedro (109º)
Puede formar cuatro enlaces covalentes
Existe libertad de giro en enlaces simples. El enlacde doble es más corto y rígido y no permite rotación.
Ningún otro elemento ´químico puede constituir moléculas con formas y tamaños tan diferentes ni con tanta variedad de grupos funcionales.
Permite formar estructuras lineares, cíclicas, ramificadas y tridimensionales.
©José Luis Sánchez Guillén
debido a la estructura tetraédrica del C
Alfa hélice de una
proteína
Esto les permite tener una estructura espacial responsable de la actividad de las biomoléculas.
Grupo tiol
- SH
Los átomos de carbono establecen enlaces con el H, O, N y S.
Esto permite forma rmúltiples grupos funcionales.
Ningún otro elemento forma moléculas estables tan complejas y diferentes.
Los enlaces covalentes son lo suficientemente fuerte para ser estables y débiles para romperse con facilidad al añadirle energía.
¿Y por qué no biomoléculas de silicio?
Si el silicio tiene una configuración electrónica como la del C y es más abundante,
¿por qué no se emplea en la formación de biomoléculas?
Las cadenas formadas por átomos de silicio ( -Si -Si -) son inestables Las cadenas formadas por átomos de silicio y de oxígeno (siliconas: -Si-O-Si-O-), son tan estables que prácticamente son inalterables. Por ello, no son aptas para los procesos biológicos. Mientras que el CO2 es gaseoso y soluble en agua, lo que permite que sea expelido por los animales y absorbido por las plantas mediante la fotosíntesis, el compuesto de silicio equivalente, SiO2 (sílice), es sólido e insoluble en agua.
BIOELEMENTOS SECUNDARIOS. Se encuentran en todos los seres vivos. 5%.
AzufreSe encuentra en dos aminoácidos (cisteína y metionina) , presentes en todas las proteínas. También en algunas sustancias como el Coenzima A
FósforoForma parte de los nucleótidos, compuestos que forman los ácidos nucléicos. Forman parte de coenzimas y otras moléculas como fosfolípidos, sustancias fundamentales de las membranas celulares. También forma parte de los fosfatos, sales minerales abundantes en los seres vivos.
MagnesioForma parte de la molécula de clorofila, y en forma iónica actúa como catalizador, junto con las enzimas , en muchas reacciones químicas del organismo.
CalcioForma parte de los carbonatos de calcio de estructuras esqueléticas. En forma iónica interviene en la contracción muscular, coagulación sanguínea y transmisión del impulso nervioso.
Sodio Catión abundante en el medio extracelular; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular
PotasioCatión más abundante en el interior de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular
Cloro Anión más frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluído intersticial
Sin magnesio Sin potasio
Alimentos ricos en calcio
OLIGOELEMENTOS Entran en proporciones vestigiales. No todos están presentes en todos los seres vivos. OLIGOELEMENTOS ESENCIALES PARA TODOS LOS SERES VIVOS.
Son cinco y se encuentran en todos los seres vivos.: Hierro, manganeso, cobre, cobalto y Zinc
OLIGOELEMENTOS NO ESENCIALES EN TODOS LOS ORGANISMOS. Son 65 y son esenciales para unos seres vivos y para otros no. Entre ellos: Flúor, yodo, Silicio, vanadio, cromo, molibdeno, estaño, litio....
HierroFundamental para la síntesis de clorofila, catalizador en reacciones químicas y formando parte de citocromos que intervienen en la respiración celular, y en la hemoglobina que interviene en el transporte de oxígeno.
Manganeso Interviene en la fotolisis del agua , durante el proceso de fotosíntesis en las plantas.
Iodo Necesario para la síntesis de la tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo
Flúor Forma parte del esmalte dentario y de los huesos. Su carencia está relacionada con la caries.
Cobalto Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina . u carencia produce anemia.
SilicioProporciona resistencia al tejido conjuntivo, en las uñas, el cabello y , endurece tejidos vegetales como en las gramíneas.
CromoInterviene junto a la insulina en la regulación de glucosa en sangre. Su ausencia en el agua produce un aumento de la diabetes juvenil.. Protege de la arteriosclerosis y enfermedades coronarias.
Zinc Actúa como catalizador en muchas reacciones del organismo.
LitioActúa sobre neurotransmisores y la permeabilidad celular. Es un estabilizador del estado de ánimo En dosis adecuada puede prevenir estados de depresiones.
Molibdeno Forma parte de las enzimas vegetales que actúan en la reducción de los nitratos por parte de las plantas.
El agua
Composición química de una célula tipo
El agua: un líquido extraño
Importancia cuantitativa: Es la sustancia más abundante en la
biosfera y el componente mayoritario de los seres vivos: entre el 65 y el 95% del peso de de la mayor parte de las formas vivas es agua.
Esta agua se distribuye de la siguiente forma: 2/3 agua intracelular 1/3 agua extracelular (intercelular –plasma- y
líquidos circulantes –savia, sangre)
El agua: un líquido extraño
El contenido de agua depende de: La especie. Los
organismos acuáticos tienen valores cercanos al 90 %; las especies que viven en zonas desérticas tienen contenidos en agua bajos.
El agua:un líquido extraño
El contenido en agua disminuye con la edad
– La edad.
El agua:un líquido extraño
El contenido en agua aumenta con la actividad metabólica
– El tipo de tejido u órgano.
Plasma sanguíneo
Piel
Tejido conjuntivo
Dientes 10%
60%
72%
92%
El agua: un líquido extraño
Importancia cualitativa: El agua EN ESTADO LÍQUIDO fue el soporte donde
surgió la vida y dónde se desarrollan los procesos biológicos.
La evolución ha venido condicionada por la necesidad de los seres vivos de mantener un entorno acuoso (medio interno)
Las biomoléculas tienden a interaccionar con el agua
El agua: un líquido extraño
Si disminuye el contenido en agua por debajo de un valor crítico, las actividades vitales se detienen.
El agua: un líquido extrañoLa cantidad de agua debe mantenerse constante en
cualquier estado fisiológico
El agua: un líquido extraño Es líquido a
temperatura ambiente. Tiene un punto de
fusión y de congelación diferente al resto de los líquidos orgánicos.
Tiene un alto calor específico y de vaporización.
El agua es líquida en un amplio margen de temperatura
Thermus aquaticus Taq polimerasa (PCR) Proteína
anticongelante
Anatomía y Fisiología Humanas - HISTOLOGÍA
CONCEPTOS A PRESTAR ATENCIÓN
ELECTRONEGATIVIDAD tendencia a atraer hacia sí los electrones compartidos en un enlace covalente.
POLAR PUENTES DE HIDRÓGENO
El agua es un dipolo: presenta una distribución asimétrica de la carga eléctrica.
PUENTES DE HIDRÓGENO
Anatomía y Fisiología Humanas - HISTOLOGÍA
PUENTES DE HIDRÓGENO Es un enlace intermolecular en el que un átomo de hidrógeno de
una molécula hace de puente entre otra igual, orientándose hacia su zona negativa.
El p de H es responsable de la mayoría de las propiedades del agua.
Anatomía y Fisiología Humanas - HISTOLOGÍA
CARACTERÍSTICAS DEL PUENTE DE H
Una molécula de agua puede formar hasta cuatro.
Es un enlace débil. Explica el estado líquido
del agua. Explica el elevado calor de
vaporización del agua. No sólo se da en el agua.
PROPIEDADES Y FUNCIONES DEL
AGUA.
El agua: propiedades físicas El agua tiene unas extraordinarias propiedades físicas y químicas
que van a ser responsables de su importancia biológica.
Disolvente universal Líquida a T ambiente Incompresible Elevada fuerza de cohesión: capilaridad Elevada tensión superficial Gran calor específico Elevado calor de vaporización
PROPIEDAD:ELEVADA FUERZA DE COHESIÓN. EL AGUA ES LÍQUIDA. ES INCOMPRESIBLE TIENE CAPILARIDAD Tiene una alta tensión superficial
FUNCIÓN:Medio trasporte. Lubricante
Evita deformaciones
Subida de la savia bruta
Formación gotas. Movimiento celular
El agua es líquida a temperatura ambiente.,
A diferencia de otros compuestos de similar peso molecular. Esto es debido a la unión por puentes de hidrógeno en sus moléculas.
FUNCIÓN: Medio de transporte en los
seres vivos. Lubricante.
Es incompresible Su volumen no disminuye
aunque se comprima. Esto es debido a los puentes de hidrógeno entre sus moléculas.
Función: el agua que contienen las
células evita que se deformen
Actúa como esqueleto hidrostático.
Tiene la propiedad de capilaridad
EL agua es capaz de ascender por tubos finos gracias a los puentes de H intermoleculares
FUNCIÓN: La savia bruta asciende por los vasos leñosos
absorción de agua y sales
transportepor el xilemade la savia
bruta
• En el interior de una masa de agua, las
moléculas se cohesionan entre sí mediante
puentes de hidrógeno en todas las direcciones del
espacio, por lo que las fuerzas se compensan.
• Sin embargo, las moléculas de agua situadas en
la superficie únicamente están sometidas a la
acción de las moléculas de agua del interior del
líquido al no existir fuerzas de cohesión con las
moléculas del aire.
Elevada tensión superficial
Interior
• Se origina de esta forma una fuerza
neta dirigida hacia el interior del
líquido, que se denomina tensión
superficial y permite que la superficie
libre del agua se comporte como una
membrana elástica tensa.
• Esta propiedad es la causa de la
mayoría de las deformaciones celulares
y de los movimientos citoplasmáticos.
:PROPIEDAD ELEVADO CALOR
ESPECÍFICO
¿Por qué es más templado el clima en las costas?
El agua tiene mayor calor específico ( hace falta más calor para elevar un grado su temperatura) que cualquier otro líquido. Esto se debe a que parte del calor se utiliza par romper los puentes de hidrógeno entre moléculas.
FUNCIÓN: termorreguladora.Los seres vivos lo utilizan como termorregulador. Hay
moléculas muy lábiles al calor ( proteína y ADN) que se desnaturalizan y pierden su función. Por ello los seres vivos tienen que tener una temperatura constate, lo que logran en parte gracias a su alto contenido en agua.
PROPIEDAD:ELEVADO CALOR VAPORIZACIÓN ¿Para qué sudamos? El agua tiene mayor calor de vaporización que
cualquier otro líquido ( hace falta más calor evaporarla) . Esto es así porque parte del calor es utilizado para rompre los puentes de hidrógeno entre las moléculas..
FUNCIÓN: termorreguladora.Los mamíferos utilizan en sudor para refrescarse y bajar
la temperatura.
Elevados calor específico y de vaporización
Esta propiedad hace que el agua tenga función de amortigua ión térmica:
• Al evaporarse agua, tomando energía térmica del medio se provoca el enfriamiento del conjunto.
Basta con que se evaporen 2 g de agua para compensar la elevación de temperatura que se produciría al aplicar 1 kcal a 11 g de agua.
Cuando se evapora el agua o cualquier otro líquido, disminuye la temperatura, lo que constituye un método eficaz en los vertebrádos para disipar calor por sudoración; también las plantas utilizan este sistema de refrigeración, sobre todo algunas como el tomillo, el romero, etc. Estas plantas están adaptadas a los ambientes calurosos del verano, mediante el almacenamiento de esencias volátiles, cuya evaporación provoca un ligero descenso de la temperatura en su entorno
PROPIEDAD:MENOR DENSIDAD HIELO
¿Para qué se estallan las botellas de agua en el congelador?
El agua al congelarse forma puentes de hidrógeno con cuatro moléculas y hace una red más abierta (menos densa) que en el agua líquida.
FUNCIÓN: Evita que se congelen los lagos y rios completamente..
Dilatación anómala
• Cuando un líquido se congela, aumenta su densidad, pues el grado de empaquetamiento molecular es mayor.
• Sin embargo, cuando la temperatura del agua desciende por debajo de 4 °C, sus moléculas se acercan tanto que cada una de ellas puede formar enlaces de hidrógeno con otras cuatro moléculas, formándose una red espacial estable que ocupa más volumen que el agua líquida, por lo que el hielo es menos denso y flota en ella
Líquido normal
Agua
Dilatación anómala
Propiedad: tiene una ALTA CONSTANTE DIELÉCTRICA.
La constante dieléctrica indica la fuerza con la que las moléculas de disolvente mantienen separados a los iones de carga opuesta
Esto se debe a su polaridad y la capacidad de formar puentes de hidrógeno, que disminuye la atracción entre iones
Algunas constantes dieléctricas
disolventecontante
dieléctrica (e a 25ºC)
disolventecontante
dieléctrica (e a 25ºC)
Agua 79 dimetilsulfóxido 47ácido fórmico 59 acetonitrilo 38
metanol 33 acetona 21etanol 25 dietiléter 4,3
ácido acético 6 benceno 2,3
PROPIEDAD:ALTA CONSTANTE DIÉLECTRICA.
Es un buen disolvente. A) MOLÉCULAS IÓNICAS. B) POLARES. Si son muy grandes forman disoluciones
coloidales C) LAS MOLÉCULAS NO POLARES NO SON SOLUBLES Y
PUEDEN FORMAR BICAPAS
Disolvente de moléculas iónicas
Debido a la polaridad de su molécula, el agua se interpone entre los iones de las redes cristalinas de los compuestos iónicos, lo que origina una disminución importante de la atracción entre ellos y provoca su separación y, en definitiva, su disolución
Disolución de sustancias polares
Moléculashidrofóbicas
Moléculas anfipáticas
Moléculas anfipáticas: Membranas
Moléculas anfipáticas: Membranas
Micelas y liposomas
Micela
PROPIEDAD:ALTA CONSTANTE DIÉLECTRICA.
Es un buen disolvente. A) MOLÉCULAS IÓNICAS. B) POLARES C) LAS MOLÉCULAS NO POLARES NO SON SOLUBLES Y
PUEDEN FORMAR BICAPAS
FUNCIÓN:• Es el medio donde ocurren las reacciones del metabolismo
•Es es medio de trasporte interno en los seres vivos ( sangre, savia)
PROPIEDAD:EL AGUA SE IONIZA.
PROPIEDAD:EL AGUA SE IONIZA.
FUNCIÓN:INTERVIENE EN DISTINTAS
REACCIONES:
Hidrólisis
Condensación.
Fotosíntesis.
PROPIEDAD CARACTERÍSTICA FUNCIÓN
Elevada fuerza cohesión Líquida. IncomprensibleCapilaridadTensión superficial
Medio trasporte. LubricanteEvita deformacionesSubida de la savia brutaFormación gotas. Movimiento celular
Elevado calor específico Varía lentamente de temperatura Termorregulador
Elevado calor de vaporización Hace perder mucho calor al evaporarse
Refrigerante
Forma una red más abierta al congelarse
El hielo menos denso que el agua Mantiene la vida en los lagos helados
Alta constante dieléctrica Disuelve compuestos iónicos y polaresNo disuelve los compuestos apolares
Es eñ medio donde se producen las reacciones y es el medio de trasporteHace que se formen membranas
agua se ioniza Produce grupos hidroxilos e hidrogeaniones
Interviene en muchas reaccines bioquímicas
SALES MINERALES SALES INSOLUBLES EN AGUA.
o Esqueleto interno de vertebrados, en el que encontramos : fosfatos, cloruros, y carbonatos de calcio .
o Caparazones de carbonato cálcico de crustáceos y moluscos.
o Endurecimiento de células vegetales, como en gramíneas (impregnación con sílice) o los pelos de las ortigas.
o Otolitos del oído interno, formados por cristales de carbonato cálcico que intervienen en el mantenimiento del equilibrio
o O los cristales de magnetita, presente en palomas mensajeras, abeja, delfines ..., que actúan como brújulas.
El diablillo espinoso o Moloch horridus se alimenta de hormigas (de 600-3000 hormigas diarias) y “bebe” posándose en un charco y dejando que el agua ascienda por capilaridad por su superficie agrietada
Funciones de las salesminerales
Sostén y protección: forma huesos, conchas, caparazones
Otras funciones• Formación de partículas relacionadas con la orientación. Por
ejemplo los otolitos del oído interno, que son cristales de carbonato cálcico que intervienen en el equilibrio, o las partículas magnéticas (óxido de hierro) presentes en numerosas especies (palomas mensajeras, abejas, delfines, tortugas, etc.) y que actúan como una brújula interna para orientarse.
SALES MINERALES SALES SOLUBLES EN AGUA.
Se encuentran disociadas en sus iones (CATIONES : Na+, K+, Mg++, Ca++, Fe++, Fe+++ y ANIONES: CO3
2-, Cl-, SO42-, CO3H-, PO4
3-, PO4H2-, PO4H2- )
FUNCIONES OSMÓTICAS
Funciones de las salesminerales: ósmosis
• Mantenimiento de concentraciones osmóticas adecuadas en los líquidos biológicos Todos los medios líquidos biológicos (sangre, plasma intersticial, líquido cefaloraquídeo, etc. ) constituyen disoluciones de sales en agua de cuyo grado de concentración depende la estabilidad celular y la realización de algunas funciones fundamentales.
• Cuando dos disoluciones de diferente concentración se enfrentan por una membrana semipermeable (que no deja pasar el soluto pero sí el disolvente), se produce el paso del disolvente (agua en los medios celulares) desde la disolución más diluida (hipotónica o hipoosmótica) hacia la más concentrada (hipertónica o hiperosmótica) a través de la membrana. Este proceso se denomina ÓSMOSIS
• El proceso continúa hasta que ambas disoluciones igualan su concentración, es decir, se hacen isotónicas.
SALES MINERALES FUNCIONES OSMÓTICAS
SALES MINERALES FUNCIONES EQUILIBRIO ÁCIDO BASE
Control del pH
• En el metabolismo celular se generan ácidos que alteran el pH y, como consecuencia, la actividad celular, al alterar las proteínas.
• Para evitarlo la célula cuenta con los llamados sistemas tampón, buffer o amortiguadores, compuestos por un ácido débil y su base conjugada.
• Los sistemas tampón actúan como aceptores o dadores de H+ para compensar el exceso o el déficit de estos iones en el medio y mantener constante su pH.
Tipos de tampón1) Intracelulares: (tamponan en torno a pH=7)
• Fosfatos inorgánicos (H2PO4
- HPO4 2- )• Fosfatos orgánicos (Glucosa 6-fosfato, ATP)
2) Extracelulares (sangre y fluidos intersticiales):• Bicarbonato (tampona en torno a pH=5)• Proteínas
FUNCIÓN CATALÍTICA
Algunas sales son cofactores
Clorofila
A principios de siglo se hizo tremendamente popular el personaje de Popeye. Este marino de naturaleza enclenque, adquiría de forma casi instantánea una impresionante musculatura al tomar una cierta cantidad de espinacas.La idea estaba basada sobre el tremendo contenido de hierro detectados en los análisis durante el siglo XIX.Este mito, sin embargo, desapareció parcialmente en 1.937 cuando se realizaron nuevas investigaciones sobre la composición de estas plantas que demostraron que, posiblemente por un error de transcripción, en la cifra que daba el contenido en hierro de las mismas, la coma había sido corrida un lugar a la derecha, lo que daba una cantidad de hierro diez veces mayor de la real.
EL MITO DE LAS ESPINACAS
SALES MINERALES FUNCIONES ESPECÍFICAS
