Bioelementos y

biomoléculas orgánicas.

Beatriz Benedicto Granell

Cristina Pérez Gisbert

Revisado por lic. Silvana CASERO SOULIER

1.Bioelementos:•Bioelementos primarios: carbono, oxigeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo y azufre.

•Características:

-Forman entre ellos enlaces covalentes muy estables, compartiendo pares de electrones. El C, O y N, pueden formar enlaces dobles y triples.

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

Tabla de bioelementos:

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

• Oligoelementos: 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. Aún participando en cantidades infinitesimales, no por ello son menos importantes, pues su carencia puede acarrear graves trastornos para los organismos.

2.Agua:

-El agua: es la molécula más abundante en los seres vivos, y representa entre el 70 y 90% del peso de la mayor parte de los organismos. El contenido varia de una especie a otra.

El agua presenta las siguientes propiedades físico-químicas:

• Acción disolvente: El agua es el líquido que más sustancias disuelve, esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, ya que éstas se disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua.

• Gran calor específico: El agua absorbe grandes cantidades de calor que utiliza en romper los puentes de hidrógeno. Su temperatura desciende más lentamente que la de otros líquidos a medida que va liberando energía al enfriarse. Esta propiedad permite al citoplasma acuoso servir de protección para las moléculas orgánicas en los cambios bruscos de temperatura.

• Bajo grado de ionización: De cada 10 elevado a la 7 de moléculas de agua, sólo una se encuentra ionizada.

Los seres vivos se han adaptado para utilizar químicamente el agua en dos tipos de reacciones:

• En la fotosíntesis en la que los enzimas utilizan el agua como fuente de átomos de hidrógeno.

• En las reacciones de hidrólisis, en que los enzimas hidrolíticos han explotado la capacidad del agua para romper determinados enlaces hasta degradar los compuestos orgánicos en otros más simples, durante los procesos digestivos.

Lonización del agua y escala de pH:Dos moléculas polares de agua pueden ionizarse

debido a las fuerzas de atracción por puentes dehidrógeno que se establecen entre ellas.

Un ion hidrógeno se disocia de su átomo de oxígenode la molécula (unidos por enlace covalente), y pasa aunirse con el átomo de oxígeno de la otra molécula, conel que ya mantenía relaciones mediante el enlace dehidrógeno.

El producto [H+]∙[OH-]= 10-14

se denomina producto iónico del agua, y constituye labase para establecer la escala de pH, que mide la acidezo alcalinidad de una disolución acuosa , es decir, su

concentración de iones.Definimos el pH como:

pH=-log [H+]

Osmosis y presión osmótica:

Se define ósmosis como una difusión pasiva, caracterizada por el paso del agua, disolvente, a través de la membrana semipermeable, desde la solución más diluida a la más concentrada.

Y entendemos por presión osmótica, a aquellaque sería necesaria para detener el flujo de agua através de la membrana semipermeable. Las célulasde los organismos pluricelulares deben permaneceren equilibrio osmótico con los líquidos tisulares quelos bañan.

Si los líquidos extracelulares aumentan suconcentración de solutos, se haría hipertónicarespecto a las células. Como consecuencia seoriginan pérdida de agua y deshidratación.

De igual forma, si los líquidos extracelulares sediluyen, se hacen hipotónicos respecto a las células.

3.Sales minerales

• Sales inorgánicas insolubles en agua: Su función es de tipo plástico, formando estructuras de protección y sostén, como por ejemplo:

-Caparazones de crustáceos y moluscos y

caparazones silíceos de radiolarios y diatomeas.

-Esqueleto interno en vertebrados (fosfato, cloruro, fluoruro y carbonato de calcio) y los dientes.

- Determinadas células incorporan sales minerales, como las que se pueden encontrar en la pared de celulosa de los vegetales, o como forma de producto residual del metabolismo.

- El carbonato de calcio también se puede encontrar en el oído interno, formando los otolitos que intervienen en el mantenimiento del equilibrio interno.

Sales inorgánicas solubles en agua• La actividad biológica que proporcionan se debe a sus iones y

desempeñan, fundamentalmente, las siguientes funciones:- Funciones catalíticas: actúan como cofactores

enzimáticos siendo necesarios para el desarrollo de la actividad catalítica de ciertas enzimas.

-También el ion Mg+2 forma parte de las clorofilas y participa en los procesos de la fotosíntesis.

-El Ca+2, interviene en la contracción muscular y en los procesos relacionados con la coagulación de la sangre.

-Funciones osmóticas. Intervienen en la distribución del agua. Los iones Na+, K+, Cl-, Ca+2, participan en la generación de gradientes electroquímicos, que son imprescindibles en el potencial de membrana y del potencial de acción en los procesos de la sinapsis neuronal, transmisión del impulso nervioso y contracción muscular.

4.Moléculas biológicas Los glúcidos

Son biomoléculas orgánicas constituidas por átomos de carbono,hidrógeno y oxígeno. Pueden contener excepcionalmente átomosde otros elementos, como nitrógeno, azufre o fósforo.

Se les puede llamar hidratos de carbono o carbohidratos.Químicamente, los glúcidos pueden definirse comopolihidroxialdehídos o polihidroxicetonas: son moléculas en lasque los átomos de carbono están unidos a grupos alcohólicos (-OH),llamados también radicales hidroxilo. En todos los glúcidos siemprehay un grupo carbonilo, es decir, un carbono unido a un oxígenomediante un doble enlace. Este grupo carbonilo puede ser un grupoaldehído (-CHO) o bien un grupo cetónico (-CO-).

A menudo se les denominan azúcares ya que muchos de ellos tienen

sabor dulce. Sin embargo los polisacáridos, glúcidos complejos no tienen sabor dulce.

Clasificación de glúcidos:

1. Monosacáridos u osas. Son los glúcidos constituídospor una sola cadena polihidroxialdehída o polihidroxicetónica. Son los glúcidos más simples.

2. Ósidos. Más de una cadena polihidroxialdehída o polihidroxicetónica. Se forman por la unión de un número variable de monosacáridos e incluso pueden asociarse a otras moléculas diferentes, como lípidoso proteínas.

Dentro de los Ósidos se diferencian:

• Oligosacáridos. Contienen entre 2 y 10monosacáridos. Los más importantes son losdisacáridos, que resultan de la unión de dosmonosacáridos.

• Polisacáridos. Están formados por múltiplesunidades repetitivas de monosacáridos. Por sucomposición, se dividen en dos grupos:homopolisacáridos (se forman por la repetición deun único monosacárido) y heteropolisacáridos(cuando contienen más de un tipo demonosacárido).

Los monosacáridos:Son glúcidos constituidos por una sola unidad polihidroxialdehídica opolihidroxicetónica.Propiedades: Son sólidos cristalinos, de color blanco, hidrosolubles y desabor dulce. Todos los monosacáridos tienen carácter reductor: soncapaces de oxidarse, es decir, de perder electrones, frente a otrassustancias que al aceptarlos se reducen.Composición química: Los monosacáridos contienen entre 3 y 7 átomosde carbono; Se nombranañadiendo la terminación osa al número decarbonos (Ej: triosas, terrosas, pentosas…)Estructura de los monosacáridos en disolución: fórmulas cíclicasEl sistema empleado para representar la estructura de losmonosacáridos, conocido como proyección de Fischer, muestramoléculas de estructura abierta.Importancia biológica de los monosacáridos: Los monosacáridos tienengran interés, por ser los monómeros constituyentes de todos losglúcidos. También se presentan libres y actúan como nutrientes de lascélulas para la obtención de energía, o como metabolitosintermediarios de importantes procesos biológicos, como larespiración y la fotosíntesis.

• Clasificación de los monosacáridos según el número de átom

• Triosas: Son glúcidos con tres átomos de carbono. Intervienen en el metabolismo de la glucosa y de otros glúcidos.

• Tetrosas: son glúcidos formados por cuatro átomos de carbono.

• Pentosas: son glúcidos con cinco átomos de carbono.

• Ribosa.

• Desoxirribosa.

• Xilosa.

• Arabinosa.

Hexosas: son glúcidos con seis átomos de carbono.• Glucosa. Se encuentra en todos los vegetales, enforma libre en los frutos, o como polisacárido dereserva en el interior celular (almidón) oestructural en el exterior (celulosa). En losanimales es el principal nutriente que, mediante larespiración celular, es degradado parcial ototalmente para obtener energía.• Galactosa. No se encuentra libre, forma parte dela lactosa (disacárido de la leche), depolisacáridos complejos y de heterósidos.• Fructosa. Se encuentra en las frutas libre o unidaa la glucosa formando el disacáridosacarosa.

•Los enlaces N-glucosídico y O-glucosídicoHay dos tipos de enlace entre monosacáridos y otrasmoléculas: el enlace N‐glucosídico, que seforma entre un –OH y un compuesto aminado, y elenlace O-glucosídico, que se realiza entre dos – OH dedos monosacáridos.

Los Polisacáridos

Son polímeros constituidos por la unión de muchosmonosacáridos mediante enlaces O-glucosídicosque originan largas cadenas moleculares, lineales oramificadas.No se consideran azúcares, ya que carecen de sabordulce y no tienen carácter reductor.

Tipos:A) Polisacáridos estructurales: Su función es proporcionar

soporte y protección a diversas estructuras y organismos. Se distinguen:

- Homopolisacáridos: contienen una repetición de monosacáridos iguales.Celulosa: es insoluble en agua y solo puede ser hidrolizada totalmente a glucosa por algunas enzimas (celulasas) producidas por microorganismos, como las bacterias de la flora intestinal de los animales herbívoros o los protozoos que viven en el intestino de las termitas.Quitina: Polímero lineal que forma parte del exoesqueleto de los artrópodos y de las paredes celulares de los hongos. Su estructura es similar a la de la celulosa y, como ella, forma capas alternas.

- Heteropolisacáridos: formados por monosacáridosdiferentes.Pectinas: Se encuentran en la pared de las células vegetales.Agar-agar: Se extrae de las algas rojas o rodofíceas. Es muy hidrófilo y se

utiliza en microbiología para preparar medios de cultivo.Goma arábiga: Es una sustancia segregada por las plantas para cerrar sus

heridas.

B) Polisacáridos reserva de energía.Las células necesitan cantidades variables de energía que obtienen preferentemente a través de la degradación de la glucosa. Los polisacáridos de reserva de mayor interés biológico son:

Almidón. Es el homopolisacárido de reserva de las células vegetales.

Se encuentra en los plastos de las células vegetales y es abundante en los órganosde reserva de las plantas, como tubérculos o raíces, y en las semillas.

Glucógeno. Es el homopolisacárido de reserva de las células animales. Sealmacena en forma de gránulos en el hígado y en los músculos esqueléticos.

HeterósidosSon moléculas de enorme variedad constituidas por un glúcido unido a otra molécula no glucídica denominada aglucón. Atendiendo a la naturaleza de la fracción no glucídica,se distinguen las siguientes clases:

GlucolípidosEstán constituidos por monosacáridos u oligosacáridos unidos a

lípidos(ceramida). Generalmente se encuentran en la zona externa dela membrana celular, que junto a las glicoproteínas forman elglucocalix. Los más conocidos son los cerebrósidos y los gangliósidos.

GlucoproteínasLa fracción no glucídica es una molécula de naturaleza proteica. Son

moléculas formadas por una pequeña fracción glucídica y una granfracción proteica que se unen mediante enlaces fuertes (covalentes). Lasprincipales son: glicoproteínas de la sangre (protrombina y lasinmunoglobulinas, fibrinógeno), las hormonas gonadotrópicas (FSH,TSH,LH), algunas enzimas y las glicoproteínas de las membranas celulares.

Los Lípidos

Son biomoléculas ternarias compuestas fundamentalmente por

Carbono e Hidrógeno y en menor proporción Oxígeno, además presentan a veces fósforo y nitrógeno. Son insolubles en agua, pero solubles en benceno, éter, cloroformo y otros solventes orgánicos. Ejemplo: aceites, grasas, ceras, etc.

Funciones:

- Almacenan en sus enlaces gran cantidad de energía, aun más que los glúcidos.- Son constituyentes fundamentales de la membrana celular.- Constituyen hormonas sexuales.- Constituyen vitaminas (A, D, E, K)- Producen aislamiento térmico y amortiguación al ubicarse debajo de la piel.- Protegen la superficie de organismos vegetales y animales (las ceras).

Clasificación:

• Lípidos Simples: Formados sólo por la unión de alcoholes y ácidos grasos. Los más conocidos son los Trigliceridos o triacilglicéridos(grasas y aceites) y las ceras que forman una capa protectora contra la humedad sobre la piel, plumas, frutas, hojas, etc

• Lípidos Complejos: Formados por la unión de lípidos simplescon otro tipo de moléculas, como por ejemplo el fósforo, elnitrógeno, azufre. Entre los más importantes están losfosfolípidos formados por un lípido simple y ácido fosfórico.

• Lípidos Derivados: No poseen alcohol ni ácidos grasos, peroderivan de estos últimos.

- Esteroides: Son los más importantes. El principalesteroide es el Colesterol pues de él derivan lavitamina D, sales biliares y las hormonas sexuales.- Terpenos (ej: vit. A, K, E; el caucho) y las- Prostaglandinas

Las Proteinas

Son biomoléculas cuaternarias compuestas por C, H, O y N,

aunque muchas poseen además S, P, Fe, Zn, Cu, etc. Son lasbiomoléculas orgánicas más abundantes en las células y sonfundamentales para la vida.

Las proteínas son polímeros de alfa-aminoácidos, siendo éstos últimos las unidades básicas de las proteínas.

Funciones:- Favorecen las reacciones químicas que ocurren en los seres vivos. Ejemplo: enzimas como la Pepsina.- Constituyen estructuras fundamentales. Ejemplo: Colágeno, Queratina.- Intervienen en la coagulación de la sangre. Ejemplo: Trombina.- Permiten la contracción muscular. Ejemplo: Actina y Miosina.- Intervienen en la respuesta inmune. Ejemplo: Anticuerpos (Inmunoglobulinas)- Constituyen hormonas. Ejemplo: Insulina y Glucagón.- Transportan sustancias en la sangre. Ejemplo: Hemoglobina.

Clasificación:1. Por su Composición:

- Simples. Formadas sólo por aminoácidos. Ej: Albúmina.

- Conjugadas. Formados por aminoácidos unidos a algún

componente orgánico o inorgánico al que se le llama grupo prostético. Ej: Hemoglobina y Mioglobina.

2. Por su forma:

- Fibrosa. Son de forma alargada, a modo de filamentos. Ej: Colágeno,la Queratina y la Elastina.

- Globulares.Son de forma redondeada y compacta. Ej: las enzimas, globulinas y albúminas.

Los ácidos nucleicos

Son biomoléculas pentarias compuestas por C, H, O, N y P. Se encuentran en todos los seres vivos y controlan sus procesos básicos.

Son biomoléculas muy complejas, están compuestos por largas cadenas de nucleótidos.

NucleótidoUnidad básica (monómero) de los ácidos nucleicos. Están

compuestos por:- Un monosacárido del tipo de las pentosas, que

puede ser ribosa o desoxirribosa- Un ácido fosfórico que le da la característica ácida a la molécula.- Una base nitrogenada compuesta por C, H, O y N

Existen dos tipo de base:1. Base Pirimidínicas: Citosina (C) Timina (T) y el Uracilo (U).

2. Bases Purínicas: Adenina (A) y la Guanina (G).

• Se define como complementarias a dos bases nitrogenadas que pueden forman puentes de hidrógeno entre sí.

• Así tenemos que A y T (U) son complementarias, lo mismo que G y C.

• A los nucleótidos se les clasifica, de acuerdo a la pentosa, en desoxirribonucleótidos (contienen desoxirribosa) y ribonucleótidos (contienen ribosa).

NucleósidoEs la unión de una pentosa y una base nitrogenada.

Los ácidos nucleicos son de dos tipos:

• Ácido DesoxirribonucleicoEl ADN es la molécula que porta la información genética, es decir que contiene todas las instrucciones para realizar todos los procesos y construir todas las estructuras de un ser vivo. Esta formado por dos cadenas de desoxirribonucleótidos colocadas paralelamente y que se mantienen unidas por puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas. Esta doble cadena se tuerce sobre si misma formando una hélice. Sus nucleótidos presentan las siguientes características, en su constitución:

- Pentosa: desoxirribosa- Ácido fosfórico- Bases Nitrógenadas: Adenina, Guanina, Citosina, Timina

• Ácido RibonucleícoCompuesto por una cadena de ribonucleótidos. Cumple funciones diversas en la síntesis de proteínas. Sus nucleótidos presentan las siguientescaracterísticas en su constitución:

- Pentosa (monosacárido): ribosa- Ácido fosfórico- Base Nitrógenadas: Adenina, Guanina, Citosina, Uracilo

Tipos de ARN:1. ARN mensajero (ARNm)Se fabrica a modo de copia de algún segmento del ADN, de forma que transporta en él información genética, desde el núcleo hacia el citoplasma. El proceso de copia del ADN en el ARNm se llama TRANSCRIPCIÓN.

2. ARN de transferencia (ARNt)Transporta los aminoácidos hacia el ribosoma para la síntesis de proteínas.

3. ARN ribosómico (ARNr)Se asocia con proteínas para la constitución de los ribosomas. A éstos llega el ARNm para ser “leído”, a este proceso de le llama TRADUCCIÓN.

DIFERENCIAS ENTRE ADN Y ARN

• BIOMOLÉCULAS ADN ARN

• CARACTERÍSTICAS

• Número de cadenas 2 1polinucleótidas.

• Bases nitrogenadas Adenina Guanina Adenina GuaninaTimina Citosina Uracilo Citosina

• PENTOSA DESOXIRRIBOSA RIBOSA• Ubicación Núcleo Núcleo

Mitocondria; Virus Citoplasma; VirusCloroplastos Mitocondria

Cloroplastos Ribosomas

• Función Contiene el programa Síntesis de Proteínasgenético de los seresvivos

• Origen Replicación del ADN o TranscripciónAutoduplicación

FIN