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La base molecular de la vida

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La base molecular de la vida

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LA MATERIA VIVA

BIOELEMENTOS

PIIMARIOS

ENLACES QUÍMICOS

INORGÁNICOSALES

MINERALES

OLIGOELEMENTOS

SECUNDARIOS

BIOMOLÉCULAS

AGUA

GLÚCIDOS

LÍPIDOS

PROTEÍNAS

ACID.NUCLÉICOS

ORGÁNICODINÁMICA

ENERGÉTICA

ESTRUCTURAL

Está formada por

Por su abundancia son

Si su proporción es muy pequeña son

Establecen

Formando

de tipo de función

son

son

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Los bioelementos son los elementos químicos que constituyen los seres vivos.

De los aproximadamente 100 elementos químicos que existen en la naturaleza, unos 70 se encuentran en los seres vivos.

De estos sólo unos 22 se encuentran en todos en cierta abundancia y cumplen una cierta función.

BIOELEMENTOSBIOELEMENTOS

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Aparecen en una proporción media del 96% en la materia viva, y son carbono, oxigeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Estos elementos reúnen una serie de propiedades que los hacen adecuados para la vida.

• Forman entre ellos enlaces covalentes muy estables, compartiendo pares de electrones. El carbono, oxígeno y nitrógeno pueden formar enlaces dobles o triples.

• Facilitan la adaptación de

los seres vivos al campo gravitatorio terrestre, ya que son los elementos más ligeros de la naturaleza.

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Aparecen en una proporción próxima al 3,3%. Son: calcio, sodio, potasio, magnesio y cloro, desempeñando funciones de vital importancia en fisiología celular.

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Aparecen en la materia viva en proporción inferior al 0,1% siendo también esenciales para la vida: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, yodo, boro, silicio, vanadio, cobalto, selenio, molibdeno y estaño.

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OCHNPS

NaK

MgCaCl

MnFeCoCuZn

BAlV

MoI

SiLi

PRIMARIOS SECUNDARIOS INDISPENSABLES VARIABLES

BIOELEMENTOS OLIGOELEMENTOS

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OXÍGENO

SILICIO

ALUMINIO

HIERRO

47

28

8

5

OXÍGENO

CARBONO

HIDRÓGENO

NITRÓGENO

63

20

9,5

3

CORTEZA (%) SERES VIVOS (%)

LOS ELEMENTOS QUÍMICOS MÁS ABUNDANTES EN LA CORTEZA TERRESTRE Y EN LOS SERES VIVOS ( EN % EN PESO)

ELEMENTOSELEMENTOS

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• El carbono, hidrógeno y oxigeno (respiración aerobia incorpora electrones) constituyen la estructura básica de las moléculas orgánicas.

• El nitrógeno participa en la construcción de proteínas y ácidos nucleicos.

• El fósforo forma parte de los ácidos nucleicos y sus enlaces son utilizados en la obtención de energía (ATP).

• El azufre constituye parte de la mayoría de las proteínas.

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AZUFRESe encuentra en dos aminoácidos, presentes en todas las proteínas. 

FÓSFORO Forma parte de los nucleótidos, compuestos que forman los ácidos nucléicos. También forma parte de los fosfatos, sales minerales abundantes en los seres vivos.

MAGNESIO Forma parte de la molécula de clorofila, y en forma iónica actúa como catalizador, junto con las enzimas , en muchas reacciones químicas del organismo

CALCIO Forma parte de las 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

POTASIO Catión más abundante en el interior de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular

CLORO Es el anión más frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la sangre.

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HIERRO Fundamental para la síntesis de clorofila y la hemoglobina.

MAGNANESOInterviene en la fotosíntesis en las plantas.

IODO Necesario para la síntesis de la tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo.

FLUORForma parte del esmalte dentario y de los huesos.

COBALTO Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina .

SILICIO Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, endurece tejidos vegetales

CROMOInterviene junto a la insulina en la regulación de glucosa en sangre.

ZINCActúa como catalizador en muchas reacciones del organismo.

LITIO Actúa sobre neurotransmisores y en la permeabilidad celular.

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Bioelementos

Sólo 27 elementos de la naturaleza forman parte de los seres vivosSon los bioelementos o elementos biogénicos

Bioelementos

PRIMARIOS:

• Constituyen el 95 % del peso de cualquier organismo

• C, H, O, N

SECUNDARIOS:

• Constituyen el 4 % del peso de cualquier organismo

• P, S, Ca, Na, K, Cl, I, Mg, Fe

OLIGOELEMENTOS:

• Constituyen el 0,1 % del peso de cualquier organismo

• Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Ni Si, ……..

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Biomoléculas

Los bioelementos se unen originando las biomoléculas que forman la materia viva

CompuestosInorgánicos Orgánicos• Agua

• Sales minerales

• Glúcidos

• Lípidos

• Proteínas

• Ácidos nucleicosUnión de numerosos

monómeros

POLÍMEROSMacromoléculas

formadas a base de moléculas más sencillas

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PRINCIPALES GRUPOS FUNCIONALES DE LAS BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS

Hidroxilo

- OH Alcoholes

Carbonilo

Aldehídos

Cetonas

Carboxilo

Ácidos orgánicos

Éster

Ésteres

Amino Aminas

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El agua y sus funciones biológicas

Por término medio constituye el 75 % del peso

del organismo

Las especies

El tipo de tejido

Edad del individuo

Propiedades del aguaVehículo de transporte

Medio de reacción Reactivo, especialmente en las reacciones de hidrólisis

Regulador térmico

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EL AGUA

El agua es una biomolécula inorgánica. Se trata de la biomolécula más abundante en los seres vivos. En las medusas, puede alcanzar el 98% del volumen del animal y en la lechuga, el 97% del volumen de la planta. Estructuras como el líquido interno de animales o plantas, embriones o tejidos conjuntivos suelen contener gran cantidad de agua. Otras estructuras, como semillas, huesos, pelo, escamas o dientes poseen poca cantidad de agua en su composición.

EstructuraEl agua es una molécula formada por dos átomos de Hidrógeno y uno de Oxígeno. La unión de esos elementos con diferente electronegatividad proporciona unas características poco frecuentes. Estas características son:

1.-La molécula de agua forma un ángulo de 104,5º.2.-La molécula de agua es neutra.3.-La molécula de agua, aun siendo neutra, forma un dipolo, aparece una zona con un diferencial de carga positivo en la región de los Hidrógenos, y una zona con diferencial de carga negativo, en la región del Oxígeno.3.-El dipolo facilita la unión entre moléculas, formando puentes de hidrógeno, que unen la parte electropositiva de una molécula con la electronegativa de otra.

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Importancia biológica del agua

Las propiedades del agua permiten aprovechar esta molécula para algunas funciones para los seres vivos. Estas funciones son las siguientes:

Disolvente polar universal: el agua, debido a su elevada constante dieléctrica, es el mejor disolvente para todas aquellas moléculas polares. Sin embargo, moléculas apolares no se disuelven en el agua.

Lugar donde se realizan reacciones químicas: debido a ser un buen disolvente, por su elevada constante dieléctrica, y debido a su bajo grado de ionización.Función estructural: por su elevada cohesión molecular, el agua confiere estructura, volumen y resistencia.

Función de transporte: por ser un buen disolvente, debido a su elevada constante dieléctrica, y por poder ascender por las paredes de un capilar, gracias a la elevada cohesión entre sus moléculas, los seres vivos utilizan el agua como medio de transporte por su interior.

Función amortiguadora: debido a su elevada cohesión molecular, el agua sirve como lubricante entre estructuras que friccionan y evita el rozamiento.

Función termorreguladora: al tener un alto calor específico y un alto calor de vaporización el agua es un material idóneo para mantener constante la temperatura, absorbiendo el exceso de calor o cediendo energía si es necesario.

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Solubilidad del agua

• Sustancias polares o hidrófilas: glúcidos, aminoácidos, etc.

• Sustancias apolares o hidrófobas. Presentan interacciones hidrofóbicas.

• Sustancias anfipáticas. tienen una parte de su molécula que es hidrófila y otra parte hidrófoba. medio acuoso, orientan su molécula y dan lugar a la formación de micelas, monocapas o bicapas. Las membranas celulares son, esencialmente, bicapas formadas por lípidos anfipáticos

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LAS SALES MINERALES

Las sales minerales son biomoléculas inorgánicas que aparecen en los seres vivos de forma precipitada, disuelta en forma de iones o asociada a otras moléculas.

PrecipitadasLas sales se forman por unión de un ácido con una base, liberando agua. En forma precipitada forman estructuras duras, que proporcionan estructura o protección al ser que las posee. Ejemplos son las conchas, los caparazones o los esqueletos.DisueltasLas sales disueltas en agua manifiestan cargas positivas o negativas. Los cationes más abundantes en la composición de los seres vivos son Na+, K+, Ca2+, Mg2+... Los aniones más representativos en la composición de los seres vivos son Cl-, PO4

3-, CO32-... Las sales disueltas en agua pueden

realizar funciones tales como:Mantener el grado de grado de salinidad.Amortiguar cambios de pH, mediante el efecto tampón.Controlar la contracción muscularProducir gradientes electroquímicosEstabilizar dispersiones coloidales.

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Asociadas a otras moléculasLos iones pueden asociarse a moléculas, permitiendo realizar funciones que, por sí solos no podrían, y que tampoco realizaría la molécula a la que se asocia, si no tuviera el ión. La hemoglobina es capaz de transportar oxígeno por la sangre porque está unida a un ión Fe++. Los citocromos actúan como transportadores de electrones porque poseen un ión Fe+++. La clorofila captura energía luminosa en el proceso de fotosíntesis por contener un ión Mg++ en su estructura.

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Los glúcidos, carbohidratos o hidratos de carbono

Bioelementos C : H : O 1:2:1 Monómeros

• Moléculas no hidrolizables• Solubles y de sabor dulce

• Se unen formando disacáridos y polisacáridos

Función Energética

Su equivalente calórico = 4 Kcal/g

Estructural

Sólo algunos

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Principales monosacáridos

Triosas Gliceraldehído

Dihidroxiacetona

Uno es un aldehído, el otro es una cetona

Se diferencia en la posición del doble

enlace con el Oxígeno

Pentosas Ribosa

Desoxirribosa

Son aldosas

Se diferencian en que la desoxirribosa carece de grupo alcohólico en el

2º carbono

Hexosas Glucosa

Galactosa

Fructosa

Glucosa y galactosa son aldosas, la fructosa es

cetosa

Las aldosas se diferencian en la

posición de los grupos alcohólicos de los

carbonos 2 y 3

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Disacáridos y polisacáricosDISACÁRIDOS

Sustancias hidrolizables

Unión de dos monosacáridos

MALTOSA

Dos glucosas

LACTOSA

glucosa y galactosa

SACAROSA

glucosa y fructosa

POLISACÁRIDOS

Polímeros hidrolizables

Unión de n monosacáridos

DE RESERVA

ALMIDÓN en vegetales

GLUCÓGENO en animales

ESTRUCTURALES

CELULOSA, principal componente de la pared de la célula vegetal

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LÍPIDOS

De composición química variadaSon sustancias orgánicas insolubles en agua

Solubles en disolventes orgánicos

GLICÉRIDOS OTROS LÍPIDOS

GRASAS y SEBOS sólidos a temperatura ambiental

ACEITES líquidos a temperatura ambiental

Reserva de energía a largo plazo

Su equivalente calórico es de 9 Kcal/g

Más adecuados que los glúcidos para almacenar energía, ahorrando espacio y peso

Los seres vivos emplean como fuente de energía los glúcidos, y una vez agotados, consumen las grasas almacenadas

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GLICÉRIDOS Son ésteres de glicerina y diferentes ácidos grasos

Glicerina, GlicerolAlcohol propanotriol

Ácidos grasos

3 H2O

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OTROS LÍPIDOS

Ceras Fosfolípidos Esteroides Carotenoides

Función protectora

Recubren superficies de hojas y frutos

Recubren piel de vertebrados

Mantienen superficies flexibles e impermeables

Función estructural

Moléculas anfipáticas: una cabeza hidrófila, una cola hidrófoba

forman una bicapa lipídica, estructura básica de las membranas biológicas

Destaca el colesterol

Estructural: forma parte de las membranas de células animales

Regulador: precursor de otras sustancias como hormonas

Dan lugar a los pigmentos vegetales, responsables de los colores rojizos y amarillentos de las plantas

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El enlace peptídico Se unen aas entre el grupo carboxilo de uno y el amino del siguiente

Se forman cadenas peptídicas o péptidos de longitud variable

Cada proteína es una macromolécula formada por una o varias cadenas

peptídicas

En cada célula existen miles de proteínas distintas con funciones

específicas

Cualquier alteración en la secuencia de aminoácidos, incluso la sustitución de un

solo aa por otro, proporciona una proteína diferente

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Especificidad de las proteínas

Las proteínas son específicas

Cada especie posee proteínas diferentes a las de otras especies

Dentro de una misma especie, cada individuo

tiene proteínas exclusivas que le diferencian de otros

individuosUna misma proteína tiene secuencias peptídicas distintas en distintos

individuos

El grado de diferencia dependerá de su parentesco

evolutivo

Cada ser vivo tiene unas características determinadas, porque tienen unas proteínas determinadas

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Función de las proteínas

ESTRUCTURAL ENZIMÁTICA

Son el principal material de construcción de los organismos

Forman parte de casi todas sus estructuras

biocatalizadores aumentar la velocidad de las reacciones biológicas

Todas las reacciones químicas celulares se realizan por enzimas

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Los ácidos nucleicos ADN ARN

En el núcleo celular

formando parte de

los cromosom

as

En el núcleo celular

(nucleolo y jugo

nuclear), y en el

citoplasma formando parte de

los ribosomasARNm

ARNt

ARNrQuímicamente son polímeros que resultan de la unión de otros monómeros: los nucleótidos

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Nucleótidos

• Los nucleótidos son monómeros hidrolizables formados por tres componentes

PENTOSA

RIBOSA

ARN

DESOXIRRIBOSA

ADN

ADENINA

GUANINA

CITOSINA

Forman parte del ADN y del ARN

TIMINA Forma parte del ADN

URACILO

Forma parte del ARN

ARN: A, G, C, U

ADN: A, G, C, T

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Polinucleótidos

• Los nucleótidos se unen formando largas cadenas de polinucleótidos

La unión se hace entre:El ácido fosfórico

Une las ribosas de dos nucleótidos consecutivos

El ARN está formado por una sola cadena

El ADN por dos cadenas enrolladas formando una doble hélice

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Bases nitrogenadas en los ácidos nucleicos

En el ADN la unión de bases nitrogenadas se hace por parejas:

A - T

G - C

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Enlaces entre bases en el ADN

3 enlaces entre G y C

2 enlaces entre A y T

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Funciones de los ácidos nucleicos

Dirigir la síntesis de proteínas Transmitir la información hereditaria

Un gen es un fragmento de ADN que dirige la síntesis de una proteína, responsable de la aparición de un carácter.

Cada molécula de ADN está constituida por numerosos genes sucesivos

A un gen con una determinada secuencia de nucleótidos le corresponde una proteína con una determinada secuencia de aas.

El ARN es el encargado de ejecutar la información contenida en el ADN, y el encargado de sintetizar las proteínas.

El ADN se duplica o replica

Gracias a ello los caracteres hereditarios se transmiten de padres a hijos

Replicación:

Se desenrolla el ADN

Cada hebra sirve de molde para la síntesis de la cadena complementaria

Se vuelven a enrollar en la doble hélice

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Las mutaciones

• Una mutación es un cambio hereditario producido por la modificación del material genético

Se manifiestan en las Se manifiestan en las células que las sufren y en células que las sufren y en

su descendenciasu descendenciaCélulas somáticas

La mutación sólo afecta a la parte del cuerpo donde se ha

producido la mutación y no se transmite a los

hijos

Células reproductoras

No se manifiesta en el individuo pero sí en la descendencia

Las mutaciones son causa de

variabilidad genética en las

poblaciones

Constituyen la base del proceso de

evolución

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Las biomoléculas orgánicas están formadas a base de MONÓMEROS

que pueden ser:

HIDROLIZABLESNO

HIDROLIZABLES

Nucleótidos AminoácidosGlicerina y

Ácidos grasosMonosacáridos

Forman polímeros de ácidos nucleicos:

PolinucleótidosADNARN

Forman polímeros deProteínas:

PéptidosPolipéptidos

Proteínas

Forman polímeros deLípidos:

Triglicéridos

Forman polímeros deGlúcidos:Disacáridos

Polisacáridos

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Las biomoléculas

• Las biomoléculas son exclusivas de los seres vivos. Son los glúcidos, los lípidos, las proteinas y los ácidos nucleicos.

Las biomoléculas realizan diversas funciones:

• Los glúcidos proporcionan la energía.

• Los lípidos son sustancias de reserva energética.

• Las proteinas sirven para el crecimiento y reparación de tejidos.

• Los ácidos nucleicos permiten las funciones de reproducción.

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