BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS

Son los elementos químicos que forman parte de la materia viva. Según su importancia y abundancia se clasifican en:

• Elementos primarios: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Representan algo más del 96% del peso de cualquier organismo. Son elementos imprescindibles para la creación de moléculas orgánicas.

• Elementos secundarios: fósforo, azufre, sodio, potasio, calcio, magnesio y cloro. Constituyen el 3% en peso aproximadamente.

• Oligoelementos: Representan menos del 1%. No todos forman parte de los seres vivos. Cabe citar por ejemplo el hierro, cinc, bromo, yodo y silicio.

Al contrario que en los seres inertes, donde el silicio es la base, en los seres vivos se utiliza la química del carbono por varias razones:

• Al tener peso atómico bajo permite enlaces covalentes estables, pero no tanto para impedir las reacciones metabólicas.

• La estructura del átomo de carbono permite conseguir largas cadenas ramificadas que pueden romperse con facilidad.

• Los átomos de carbono se unen con facilidad al nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y azufre, facilitando así la unión de diferentes grupos funcionales.

• 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.

Inorgánicas (agua, sales minerales y gases), en la naturaleza y seres vivos.

Orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y enzimas), solo en seres vivos.

• El agua constituye el 75 % en peso de la materia, y depende de la especie, edad y tejido.

• Localización: extracelular 45% (liquido intersticial, cavidades especificas y conductos), intracelular 55%.

• Incorporación: agua, líquidos, sólidos (agua de composición (yeso)) y agua de oxidación.

Formado por dos átomos de muy diferente electronegatividad, el oxigeno e hidrogeno que forman un dipolo. El pequeño tamaño del átomo de hidrogeno permite establecer enlaces débiles con las moléculas contiguas (puentes de hidrogeno).

Los puentes de hidrógeno entre moléculas tienen una vida inferior a 10-9 segundos. Cada molécula de agua se une a otras cuatro (100º C aun se están formando puentes de hidrogeno).

• Elevada capacidad disolvente: debida a la elevada constante dieléctrica y a la electronegativad del O2.

• Elevada tensión superficial: resistencia que ofrece la superficie a la penetración (capilaridad y organismos que viven en la superficie del agua).

• Elevado calor específico: calor necesaria para elevar un gramo 1 ºC, (amortiguadora de temperatura).

• Elevada conductividad: facilita la distribución del calor por toda la masa de agua.

• Elevado calor de vaporización: necesita mucho calor para pasar a estado gaseoso ya que hay que romper muchos puentes de hidrogeno.

• Vehículo de transporte de sustancias: debido a su poder disolvente transporta sustancias de un punto a otro del organismo.

• Medio de reacción: gracias al poder disolvente, la mayoría de las biomoléculas están disueltas en agua y de ese modo reaccionan entre sí.

• Reactivo químico: participa en las reacciones por su capacidad de disociarse en iones H+ y OH-.

• Agente regulador de la temperatura: su alto calor específico hace que sea un buen amortiguador de temperatura.

Constituyen el residuo sólido, las cenizas, de la materia tras su completa calcinación. Aparecen precipitadas (sólidos), disueltas (ionizadas), ligadas a moléculas orgánicas.

• Precipitadas: estructural (esqueletos)

• Ionizadas:

• Cofactores: parte no proteica+proteinas=enzima.

• Transmisión del impulso nervioso: bomba sodio-potasio.

• Contracción muscular: calcio como segundo mensajero (acumula en el REL de las células musculares).

• Coagulación sanguínea: calcio necesario para pasar de protrombina (proenzima) a trombina (enzima), para conseguir fibrina a partir de fibrinógeno.

• Imprescindibles en moléculas muy importantes: P (ácidos nucleicos).

• Regulación de los fenómenos osmóticas: Si dos sustancias se ponen de diferentes concentraciones se separan por una membrana impermeable (solo deja pasar el disolvente), únicamente pasará el disolvente de la más diluida, o hipotónica, a la más concentrada, o hipertónica. Este proceso se denomina ósmosis. En la ósmosis se produce el fenómeno de plasmólisis, en el que la célula que desprende agua para igualar la concentración se arruga y al contrario, turgencia, en el que la célula se dilata tanto que puede llegar a reventar.

• Regulación del pH: Efecto amortiguadores o tampón que evitan el cambio de pH constituidos por un ácido débil y una sal del mismo ácido.

• Disoluciones y membranas

• Disolución verdadera: formada por una fase dispersante (agua) y una fase dispersa (cristaloides (bajo peso molecular)).

• Disolución coloidal: formada por una fase dispersante (agua) y una fase dispersa (coloides (elevado peso molecular)).

• Membranas: impermeable (solo gases), semipermeable (disolvente), selectiva (lo que le interesa), de diálisis (debido a la presión hidrostática solo pasan pequeñas moléculas y no coloides).

LOS GLÚCIDOS

• CONCEPTO DE GLÚCIDO y CLASIFICACIÓN

Los glúcidos son biomoléculas formadas básicamente por carbono, hidrógeno y oxígeno, los glúcidos (azucares) son los polihidrixialdehídos o polihidroxicetonas.

• Osas o monosacáridos:

• Triosas

• Tetrosas

• Pentosas

• Hexosas

• Heptosas

• Osidos (formado por Osas):

• Oligosacáridos:

• Disacáridos

• Trisacáridos

• Polisacáridos:

• Homopolisacáridos

• Heteropolisacáridos

• Glúcidos asociados a otras moléculas:

• Heterósidos

• Peptidoglucanos

• Proteoglucanos

• Glucoproteínas

• Glucolípidos

• OSAS o MONOSACÁRIDOS

• Triosas: dihidroxiacetona, gliceraldehído (glucólisis).

• Tetrosas: ciclo de Calvin (fotosíntesis).

• Pentosas: ribosa y desoxirribosa.

• Hexosas: glucosa (uva), fructosa (fruta) y galactosa (leche).

• Heptosas: ciclo de Calvin (fotosíntesis (fase oscura)).

LOS ENLACES N-GLUCOSÍDICO Y O-GLUCOSÍDICO

Hay dos tipos de enlace entre un monosacárido y otras moléculas: el enlace N-glucosídico, que se forma entre un -OH y un compuesto aminado, y el enlace O-glucosídico, que se realiza entre dos -OH de dos monosacáridos.

• Concepto de carbono asimétrico:

Es aquel que tiene las cuatro valencias ocupadas por cuatro sustituyentes diferentes.

• Estereoisomería de los monosacáridos

Cuando tienen la misma formula molecular pero distinta formula desarrollada.

• Enantiómeros: Tienen las mismas propiedades químicas pero una diferente propiedad física que es la rotación del plano de la luz polarizada, hacia la derecha (dextrógiro) y hacia la izquierda (levógiro). Para pasar de D a L se cambian todos los OH de lado.

• Epímeros los monosacáridos que se diferencian en la configuración de un solo carbono asimétrico se denominan. Glucosa-Galactosa.

• Formas lineales de aldosas y cetosas:

Las triosas y tetrosas son demasiado cortas para ciclarse, las alhohexosas se ciclan en pirano (hexágono) y las aldopentosas y cetohexosas en furano (pentágono).

• Formas cíclicas de los monosacáridos

Al formarse este anillo, el carbono carbonílico se convierte en asimétrico, dando lugar a dos nuevos isómeros, el  (OH a la derecha) y el  (OH a la izquierda).

• DISACÁRIDOS

• Composición, propiedades y nomenclatura

Son sustancias blancas, cristalizables, solubles en agua y de sabor dulce, por lo que también se llaman azúcares (como los monosacáridos). Formados por la unión de dos monosacáridos unidos mediante un enlace O-Glucosidico.

• Enlace monocarbonílico: se establece entre el grupo carbonílico de uno de los monosacáridos y un grupo alcohólico del otro monosacárido. Puede tener un extremo reductor.

• Enlace dicarbonílico: se establece entre los carbonos carbonílicos de los dos monosacáridos. No puede tener un extremo reductor.

• Disacáridos naturales y su distribución

• Maltosa: O--D-glucopiranosil-(1-4)- -D-glucopiranosa. Almidón y glucogeno.

• Celobiosa: O--D-glucopiranosil-(1-4)- -D-glucopiranosa. Celulosa

• Lactosa: O--D-galactopiranosil-(1-4)- -D-glucopiranosa. Azúcar de la leche.

• Sacarosa: O--D-glucopiranosil-(1-2)- -D-fructofuranósido. Azúcar de caña.

• Isomaltosa: O--D-glucopiranosil-(1-6)--D-glucopiranosa. Almidón-glucogeno.

• POLISACÁRIDOS

• Concepto, propiedades, clasificación

Son la unión de varios monosacáridos. No son dulces y se hidrolizan.

• Homopolisacáridos: al hidrolizarse se convierten en un solo tipo de monosacárido.

• Almidón: de reserva, formado por disacáridos dos -D-glucosas. En las semillas del maíz.

• Amilosa: enlace (1-4)

• Amilopectina: enlace (1-6)

• Glucógeno: de reserva, formado por disacáridos de maltosa.

Enlace (1-6) y se encuentra en hígado y músculo.

• Celulosa: estructural, formada por disacáridos de celobiosa.

Enlace (1-4), el Lepisma lo produce.

• Quitina: estructural, en el carbono 2 hay un NH-CO-CH3.

Formado por N-acetil-D-Glucosamina y se encuentra en pared celular de hongos.

• Heteropolisacáridos: al hidrolizarse se convierte en distintos tipos de monosacáridos.

• Pectina: se cambia el carbono 6 (CH2OH) de la galactosa por COOH y pasa a ser ácido galacturonico. En pared celular vegetal.

• Hemicelulosa: contienen varios azucares y están en las paredes celulares.

• Peptidoglucano: repetición de N-acetil-glucosamina y N-acetil-muramico y se encuentra en la pared bacteriana. La lisozima presente en lágrimas rompe los enlaces entre los dos anteriores.

• Proteoglucanos: formado por ácido uronico mas N-acetil galactosamina o N-acetil-glucosamina. Ácido hialuronico (tejido conjuntivo) y heparina (anticoagulante).

• Glucoproteínas: en la glucosilacion, se glucosilan en el RER y se terminan de oxidar en el aparato de Golgi. Su función es dirigir la proteína.

• Glucolípidos: gangliosidos y cerebrosidos en la membrana plasmática de las bacterias.

• FUNCIONES

• Función energética: glucosa, almidón, glucogeno.

• Función estructural: celulosa, quitina.

• Antioxidante: vitamina C

• Anticoagulante: la heparina

• Hormonal: fructosa

• Enzimático: invertasa y sacarasa en el intestino delgado (humano).

• Inmunológica:

• Reconocimiento: oligosacáridos, glucoproteinas reconocimiento celular.

• Transporte: ribosa y desoxirribosa como transportadores de electrones.

• Antigénica: glucoproteinas

LOS LÍPIDOS

• CONCEPTO DE LÍPIDO, FUNCIONES Y CLASIFICACIÓN

Son compuestos ternarios, contienen C H y O, aunque algunos contienen P, N y S.

Son insolubles en agua pero solubles en disolventes orgánicos y poco densos. Funciones principales: depósito de energía a largo plazo (triglicéridos) y componentes estructurales de las células (fosfolipidos y esteroles).

• Ácidos grasos.

• Lípidos simples: acilglicéridos (ceras)

• Lípidos complejos:

• Saponificables: fosfolipidos y glucolípidos.

• Insaponificables: esteroides y terpenos.

• LOS ACIDOS GRASOS

Son aquellos que nuestro organismo no puede fabricar (linoleico y el linolénico). Todos los ácidos grasos tienen un grupo carboxilo (-COOH) en un extremo de la cadena.

• Saturados: sin dobles enlaces en la cadena.

• Insaturados: con uno o más dobles enlaces.

• Propiedades de los ácidos grasos

• Físicas:

• Autooxidación: unión con O2.

• Anfipático: zona hidrófila e hidrófoba.

• Punto de fusión. Depende de las fuerzas de Van der Waals entre moléculas, a mayor numero de instauraciones menor es el punto de fusión, cuantos mas carbonos (insaturados menor punto de fusión, saturados mayor punto de fusión).

• Solubilidad. Poseen una cabeza hidrófila y una cola hidrófoba.

• Monocapas: son películas superficiales sobre el agua

• Micelas: son agrupaciones esféricas en las que la cabeza esta hacia el exterior y la cola hacia el interior

• Bicapas: son agrupaciones que separan dos medios acuosos.

• Vesículas: se pierden la parte hidrofobica (cola), y se colocan de manera esférica, pueden crear un compartimento acuoso separado.

• Químicas:

• Forman ésteres: ácido graso + alcohol da ester+H2O

• Forman jabones: ácido graso + base da jabon+H2O

• LÍPIDOS SIMPLES

• Acilglicéridos

Son compuestos formados por C, H y O, surgen de la esterificación de ácidos grasos y alcohol (glicerina), pueden formar mono, di y triacilglicéridos (grasas).

Se diferencian en el número de ácidos grasos unidos, la posición de los ácidos grasos y el tipo de ácidos graso. Los triacilgliceridos no son moléculas polares (aceite flota en agua) y los mono y diacilgliceridos tiene poca polaridad.

Los glicéridos tienen función de reserva energética, ya que en al oxidarse se obtiene gran cantidad de energía. La oxidación de un gramo de acilglicerido proporciona más del doble de energía que la oxidación de un gramo de glúcido. Función de aislante térmico y amortiguador de golpes.

• Ceras

Son ésteres de ácidos grasos de cadena larga. Son totalmente insolubles en agua y tienen un elevado punto de fusión. Forman cubiertas protectoras.

• LÍPIDOS COMPLEJOS SAPONIFICABLES

Son compuestos de carácter anfipático que forman parte de las membranas celulares.

• Fosfolipidos: Son lípidos complejos caracterizados por presentar un ácido ortofosfórico en su zona polar. Función estructural.

• Los fosfoglicéridos están formados por la esterificación de un ácido fosfatídico con un alcohol o un aminoalcohol.

• Los fosfoesfingolípidos están formados por la unión de un ácido graso y una esfingosina, conjunto que se denomina ceramida, al que se une un grupo fosfato y un aminoalcohol.

• Glucolipidos: Lípidos complejos formados por la unión de una ceramida y un glúcido. Al igual que los fosfoesfingolípidos poseen esfingosina, pero se diferencian de éstos por carecer del grupo fosfato y porque, en lugar de un alcohol, presentan un glúcido. Los glucolípidos pueden dividirse en dos grupos: cerebrósidos y gangliósidos. Los cerebrósidos en las neuronas cuando tienen galactosa (ceramida + cadena glucidica). Los gangliósidos contienen acido N-acetil-neuraminico (ceramida + oligosacarido). Función estructural, los glúcidos están fuera de la membrana plasmática y no dentro. A diferencia de los fosfoglicéridos, tienen esfingosina en vez de glicerina.

• LIPIDOS COMPLEJOS INSAPONIFICABLES

• Terpenos

Moléculas sensuales. Polimerización del isopreno.

• Monoterpenos (2): Limoneno y Geraniol.

• Sesquiterpenos (3)

• Diterpenos (4) (Fitol (alcohol que forma parte de la clorofila)).

• Vitamina A: pigmento especial en la visión.

• Vitamina E: huevos de gallina.

• Vitamina K: coagulación sanguínea.

• Triterpenos (6): escualena y lanosterol (grasa de la lana) precursores del colesterol.

• Tetraterpenos (8): carotenoides y xantofilas, pigmentos accesorios de la clorofila.

• Politerpenos:

• Ubiquinona o coenzima Q.

• Plastoquinona.

• Dolicol

• Esteroides

Lípidos derivados del hidrocarburo esterano o cliclopentano polihidrofenantreno, el esterano procede del escualeno (triterpeno).

• Esteroles: son los más abundantes. Presentan un OH en el carbono 3.

• Colesterol: responsable de la fluidez en la membrana celular, solo se halla en animales y se forma en el hígado.

• Ergosterol: en vegetales, se convierte en vitamina D por irradiación con luz solar.

• Ácidos biliares: son esteroides procedentes de la degradación del colesterol. Componen parte de la bilis y su función es emulsionar las grasas.

• Hormonas esteroideas: presentan un oxigeno en el carbono 3, testosterona y progesterona (hormonas sexuales), aldosterona y cortisol (hormonas suprarrenales).

• FUNCIONES

• Energética: triglicéridos

• Estructural: fosfolipidos y esteroles

• Biocatalizador: favorece las reacciones químicas.

• Cubiertas protectoras: ceras

• Aislante térmico: acilglicéridos

• Transportador de electrones: ubiquinona o coenzima Q (en la cadena respiratoria, membrana interna de las mitocondrias). Plastoquinona (en la fotosíntesis (fase luminosa), en los tilacoides de los cloroplastos).

• Agentes emulsionantes: ácidos biliares

• Hormonal: progesterona, testosterona, aldosterona y cortisol.

• Coagulante: Vitamina K

• Transporte: dolicol transporta glucidos en el RER. Los lipidos son llevados al tejido adiposo.