Una introducción a la bioquímica y a la biología molecular.

1. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS
BIOELEMENTOS BIOMOLÉCULAS
Uno de los retos de la Biología actual es la descripción de los complejos
mecanismos químicos y físicos que sustentan la vida
Elementos químicos de la
materia viva
Moléculas que componen a los
seres vivos

2. MAPA CONCEPTUAL
La materia viva
Bioelementos
Primarios Secundarios
Oligoelementos
Está formada por
Enlaces químicos
Por su abundancia son
Establecen
BiomoléculasFormando
Inorgánicas
Orgánica
Sales minerales
Agua
Proteínas
Glúcidos
Nucleótidos
Lípidos
Son
Son
Estructural
Energética
Dinámica
De funciónDe tipo
Si su proporción es muy pequeña

3. BIOELEMENTOS
(a) Primarios o macroelementos
(b) Secundarios o microelementos
(c) Oligoelementos o elementos traza
Elementos químicos de la materia viva
Bioelementos
Primarios Secundarios
Oligoelementos
Por su abundancia son Si su proporción es muy pequeña

4. (a) BIOELEMENTOS PRIMARIOS
♦ Imprescindibles para formar los tipos principales de moléculas
biológicas
♦ Son los más abundantes ⇒ 95% de la masa total de un ser vivo
Carbono (C)
Oxígeno (O)
Hidrógeno (H)
Nitrógeno (N)
Fósforo (P)
Azufre (S)

5. (b) BIOELEMENTOS SECUNDARIOS
♦ En menor porcentanje (3,3%), pero imprescindibles para seres vivos
Calcio (Ca2+
)
Cloro (Cl-
)
Magnesio (Mg2+
)
Contracción muscular
Movimiento celular
Regulación del funcionamiento enzimático, etc.
Constituyente de huesos y dientes
Coagulación sanguínea
Constituyente de la clorofila
♦ Otras funciones
Sodio (Na+
)
Potasio (K+
)
Conducción del impulso nervioso
Balance de agua en sangre y fluido intersticial

6. (c) OLIGOELEMENTOS
♦ Presentes en organismos en cantidades muy pequeñas (menos del
0,1%), pero indispensables para el desarrollo armónico del organismo
Manganeso (Mn)
Hierro (Fe)
Cobalto (Co)
Cobre (Cu)
Zinc (Zn)
Boro (B)
Aluminio (Al)
Vanadio (V)
Molibdeno (Mo)
Yodo (I)
Silicio (Si)
Fluor (F)
Selenio (Se)
♦ Funciones catalíticas imprescindibles

7. BIOMOLÉCULAS
(a) Inorgánicas
(b) Orgánicas
♦ Moléculas que componen a los seres vivos
♦ Distintas formas de asociación entre bioelementos
Biomoléculas
Inorgánicas
Orgánica
De tipo

8. (a) BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS
♦ No son formadas sólo por los seres vivos, pero son muy importantes
para ellos
(1) Agua
(2) Sales minerales
Biomoléculas
Inorgánicas
Sales minerales
Agua
Son
De tipo

9. (a) BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS AGUA
Núcleo= protones + neutrones
Electrones de valencia
Niveles energéticos

10. O
H H
Oxígeno
Hidrógeno

11. O
H H
Enlaces covalentes
MOLÉCULA DE AGUA

12. MOLÉCULA DE AGUA
Mayor electronegatividad
Menor electronegatividad
O
H H

13. O
H H
Extremo parcialmente negativo
Extremo parcialmente positivo
MOLÉCULA DE AGUA

14. Extremo positivo sobre átomos de hidrógeno, y extremo negativo
sobre el átomo de oxígeno
POLARIDAD DE LA MOLÉCULA DE AGUA
DIPOLO

15. Al existir un dipolo en la molécula, ésta puede atraer a sus vecinas
por fuerzas de atracción entre cargas de diferente signo. Estas
fuerzas se denominan atracción dipolo-dipolo
POLARIDAD DE LA MOLÉCULA DE AGUA

16. PUENTES DE HIDRÓGENO
La atracción dipolo-dipolo, que es
inusualmente fuerte, se denomina
puente de hidrógeno

17. Enlaces covalentes
ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA DEL AGUA

18. ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA DEL AGUA

19. EL AGUA
75% de la superficie
de la tierra
65% a 95% de la masa
de los seres vivos
Surgió la vida
Extraordinarias propiedades físicas y químicas

20. PROPIEDADES DEL AGUA
Tensión superficial

21. PROPIEDADES DEL AGUA
Capilaridad Movimiento ascendente de un líquido en un tubo estrecho
fuerzas entre
moléculas de agua
fuerzas entre las
moléculas de agua y
paredes del capilar
atracción cohesiva

22. Alto calor específico
Cantidad de calor que necesita una sustancia
para subir 1ºC la temperatura de 1 gramo de
dicha sustancia
Calor específico
se necesita mucho calor para que el agua
aumente su temperatura
no es fácil que el agua se caliente ni
que se enfríe
se desprende mucho calor cuando ésta se
enfría
Gran parte del calor es usado para romper
los puentes de hidrógeno. Una vez
conseguido esto, el calor se invierte en
aumentar el movimiento de las moléculas,
aumentando con ello la Tº

23. Congelación y Densidad
grandes porciones flotantes de
glaciares muy frecuentes en las
regiones polares
Icebergs
En estado sólido (hielo), el agua es menos densa que en estado líquido

24. Densidad = Masa
Volumen
> 4ºC
0 - 4ºC
Disminuye el movimiento
Moléculas se
acercan
Moléculas se
distancian
- T°C
Aumenta el volumen y por lo
tanto disminuye la densidad
Disminuye el
volumen

25. EL AGUA COMO DISOLVENTE
Uniones ion-dipolo > Enlace iónico de la sal
> Puentes de hidrógeno del agua
De compuestos iónicos
De compuestos polares Como Alcoholes
Aldehidos
Cetonas
Establece puentes de
hidrógeno con ellos
Capacidad de solvatar:
separar o disolver iones

26. (b) BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS
♦ Sintetizadas exclusivamente por seres vivos
♦ Se estructuran a base de átomos de carbono
(1) Carbohidratos
(2) Proteínas
(3) Lípidos
(4) Moléculas hechas de nucleótidos
Biomoléculas
Orgánica
Proteínas
Glúcidos
Nucleótidos
Lípidos
Son
De tipo

27. Grupos de átomos unidos a una
cadena de carbonos e hidrógenos
(b) BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS
Las moléculas orgánicas van a tener determinadas agrupaciones
características de átomos que reciben el nombre de grupos funcionales
Hidroxilo (OH)
Carboxilo (COOH)
Amino (NH2)
Grupos funcionales de importancia en Biología:
Fosfato (H3PO4)

28. HIDROXILO (OH)
CARBOXILO (COOH)
AMINO (NH2)
♦ Hace que las moléculas sean hidrosolubles
♦ Abundante en azúcares
♦ Moléculas que lo poseen se llaman ácidos ⇒ liberan un protón (H+
)
♦ En aminoácidos y ácidos grasos
♦ En aminoácidos
FOSFATO (H3PO4)
♦ En fosfolípidos y en nucleótidos
♦ Se representa como P

29. (b) BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS
(1) Carbohidratos
(2) Proteínas
(3) Lípidos
(4) Moléculas hechas de nucleótidos

30. (1) CARBOHIDRATOS (CH2O)n
(Construidos de azúcares simples)
♦ Se clasifican según el número de unidades de azúcar que contienen:
Monosacáridos
Disacáridos
Polisacáridos
Carbohidratos
Unidad (azúcar)
Enlace glucosídico (covalente)
Enlace glucosídico

31. Triosas
Pentosas
Hexosas
Monosacáridos
De 3 átomos de carbono (C3H6O3)
De 5 átomos de carbono (C5H10O5)
De 6 átomos de carbono (C6H12O6)
• Gliceraldehído
• Dihidroxiacetona
Ejemplos: Participan en el
metabolismo de los
azúcares
• Ribosa
• Desoxirribosa
Ejemplos: Parte de la estructura
de nucleótidos
• Glucosa
• Fructosa
• Galactosa
Ejemplos: Por contener muchos
grupos hidroxilo son muy
hidrosolubles
Unidad (azúcar)

32. Disacáridos
Sacarosa
Lactosa
Maltosa
Glucosa + Fructosa
Glucosa + Galactosa
Glucosa + Glucosa
Sintetizada por plantas, es la
responsable del sabor dulce de los frutos
Es el azúcar de la leche

33. Polisacáridos
Almidón
Glucógeno
Celulosa
• Forma en que las plantas almacenan
glucosa en semillas y otras estructuras
• “Harina” → forma saludable de
consumir carbohidratos (como
alternativa a dulces)
• Forma en que los animales almacenan
glucosa, principalmente en el hígado
• No sirve para almacenamiento, sino que
cumple un papel estructural, ej. pared
celular

34. FUNCIONES DE CARBOHIDRATOS
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energía
Función energética → fuente de energía inmediata para la célula
Función estructural → por algunos polisacáridos entre los que
destacan:
Función protectora
Función de reconocimiento
electrones
Se oxida Reduce a “otros”
• Celulosa
• Quitina → principal componente de exoesqueleto de
artrópodos
Ciertos polisacáridos estructurales se asocian con proteínas y
recubren los epitelios respiratorio y digestivo (mucinas de secreción)
Debido a la presencia de algunos oligosacáridos sobre la superficie de
la membrana celular

35. (b) BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS
(1) Carbohidratos
(2) Proteínas
(3) Lípidos
(4) Moléculas hechas de nucleótidos

36. (2) PROTEÍNAS
Constituyen el 50% de masa seca de seres vivos
Responsables de características de células
Una célula difiere de otra por el tipo de proteína que predomina
en ella, especialmente en lo que a su función se refiere

37. ESTRUCTURA
Polímeros de aminoácidos (aa)
Se caracterizan por poseer un
grupo carboxilo (-COOH) y un grupo
amino (-NH2)
Las otras 2 valencias del carbono se saturan con un átomo de H
y un grupo variable denominado radical R
Se distinguen 20 tipos de aa

38. Los aa se unen por enlace covalente formado por deshidratación
Enlace peptídico
Entre el grupo carboxilo de un aa y el grupo amino del siguiente
con desprendimiento de una molécula de agua

39. Hay 20 tipos de aa en las proteínas
• Alanina
• Valina
• Leucina
• Isoleucina
• Metionina
• Fenilalanina
• Triptófano
No polares
• Glicina
• Serina
• Treonina
• Cisteína
• Asparina
• Glutamina
• Tirosina
Polares sin carga
• Ácido aspártico
• Ácido glutámico
Ácidos
• Lisina
• Arginina
• Histidina
Básicos

40. NIVELES DE ORGANIZACIÓN
(a) Estructura primaria
Es la secuencia lineal de aa, es decir, el orden en que están
colocados los aa en una proteína
La función de una proteína depende de su secuencia y de la forma
que ésta adopte

41. (b) Estructura secundaria
Corresponde a plegamientos que se forman debido a
interacciones entre aa no adyacentes
Entre las interacciones responsables de la e. secundaria
están los puentes de hidrógeno
♦ Forma helicoidal
Existen 2 tipos de estructura secundaria:
♦ Forma laminar

42. Forma helicoidal
La estructura primaria se enrolla helicoidalmente
sobre sí misma. Se debe a la formación de
puentes de hidrógeno entre –C=O de un aa y el –
NH- del cuarto aa siguiente
Predomina en proteínas fibrosas (ej. colágeno,
elastina, queratina y seda). Estas fibras son
elásticas debido a que los puentes de H se forman y
se destruyen

43. Forma laminar
Se forma una cadena en forma de zigzag

44. (c) Estructura terciaria
Es la forma tridimensional, generalmente globular, de una proteína
cuya estructura secundaria se ha plegado sobre sí misma, debido a
interacciones entre aa no adyacentes

45. Se mantiene estable gracias a enlaces entre radicales R de aa:
• Puentes disulfuro entre radicales de aa que tienen S
• Puentes de hidrógeno
• Puentes eléctricos
• Interacciones hidrófobas

46. La estructura terciaria es esencial para la función de una
proteína
• en un anticuerpo ⇒ no se une al antígeno
• en un receptor de membrana ⇒ no captará la señal que
corresponde
Alteración ⇒ desnaturalización
• en una enzima ⇒ no calzará con reactantes

47. (d) Estructura cuaternaria
Unión, mediante enlaces débiles (no covalentes),
de más de una cadena polipeptídica (subunidad o
protómero) con estructura terciaria, para
formar un complejo proteico
Ejemplos:
• Hexoquinasa → con 2 subunidades
• Hemoglobina → con 4 subunidades globulares

48. Los genes determinan el orden de aa en la proteína (E. primaria)
El orden de aa en la proteína determina la forma en que se pliega
el polipéptido (E. secundaria y terciaria)
FORMA ⇒ FUNCIÓN
Los genes determinan la función de las proteínas

49. FUNCIÓN ESTRUCTURAL
Algunas proteínas constituyen estructuras celulares
• Glucoproteínas → forman parte de membranas celulares y
actúan como receptores o facilitan el transporte de sustancias
• Histonas → forman parte de cromosomas que regulan la
expresión de genes
Principales componentes estructurales de células
(crecimiento, desarrollo y reparación de tejidos)

50. FUNCIÓN ESTRUCTURAL
Otras proteínas confieren elasticidad y resistencia a órganos y
tejidos
• Colágeno → del tejido conjuntivo fibroso (tendones, cartílagos,
pelos)
• Elastina → del tejido conjuntivo elástico
• Queratina → de la epidermis
• Fibroina → segregada por arañas y gusanos de seda para
fabricar telas de araña y capullos de seda, respectivamente

51. Son las más numerosas y especializadas
FUNCIÓN ENZIMÁTICA
Biocatalizadores de reacciones químicas del metabolismo celular
• Ácido graso sintetasa → cataliza síntesis de ácidos grasos
Consideremos que todas las enzimas son proteínas (hacen posible
las reacciones químicas)

52. FUNCIÓN HORMONAL
• Insulina y glucagón → regulan niveles de glucosa en la sangre
• Hormona del crecimiento
• Adrenocorticotrópica → regula síntesis de corticosteroides
• Calcitonina → regula metabolismo del calcio
Acción hormonal en
células adyacentes
Acción hormonal en
células lejanas

53. FUNCIÓN DEFENSIVA
• Inmunoglobulinas → actúan como anticuerpos frente a
posibles antígenos
• Trombina y fibrinógeno → contribuyen a formación de coágulos
sanguíneos para evitar hemorragias
• Mucinas → efecto germicida y protegen a las mucosas
• Algunas toxinas bacterianas (Botulismo), o venenos de serpientes
→ son proteínas con funciones defensivas
Todos los anticuerpos son proteínas

54. FUNCIÓN DE TRANSPORTE
• Hemoglobina → transporta oxígeno en la sangre de vertebrados
• Hemocianina → transporta oxígeno en la sangre de invertebrados
• Mioglobina → transporta oxígeno en los músculos
• Lipoproteínas → transportan lípidos por la sangre
• Citocromos → transportan electrones
Estructuras encargadas del transporte de sustancias a través de la
membrana plasmáticas ( canales, transportadores y bombas)

55. FUNCIÓN CONTRÁCTIL
miofibrillas responsables de la contracción muscular
• Dineina → relacionada con movimiento de cilios y flagelos
Casi todos los movimientos se deben a la acción de combinaciones de
proteínas
• Actina
• Miosina
• Tubulina → en microtúbulos, filamentos responsables de movimiento
de cilios y flagelos

56. FUNCIÓN DE RESERVA
• Ovoalbúmina → clara de huevo
• Gliadina → del grano de trigo
• Hordeína → de la cebada
• Lactoalbúmina → de la leche
Reserva de aa para desarrollo de
embrión

57. FUNCIÓN REGULADORA
Regulan la expresión de ciertos genes
Regulan división celular • Ciclina
FUNCIÓN HOMEOSTÁTICA
Mantienen el equilibrio osmótico y actúan con otros sistemas
amortiguadores para mantener constante el pH del medio interno
Estructuras receptoras de señales en la membrana plasmática

58. (b) BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS
(1) Carbohidratos
(2) Proteínas
(3) Lípidos
(4) Moléculas hechas de nucleótidos

59. (3) LÍPIDOS
Grupo diverso de moléculas, con 2 características importantes:
♦ Contienen regiones extensas formadas casi exclusivamente por
H y C, con enlaces → C ― C
→ C ― H
No polares
♦ Regiones no polares ⇒ lípidos son hidrofóbicos
Aceites, grasas y ceras
Fosfolípidos
Esteroides
Lípidos

60. ACEITES, GRASAS Y CERAS
Sólo contienen C, H y O
Contienen una o más subunidades de ácido graso
Largas cadenas de C e
H con grupo carboxilo
en extremo
Grupo
carboxilo
En general, no tienen estructuras en forma de anillo

61. GRASAS Y ACEITES
Deshidratación
Nombre químico: Triglicéridos
Se utilizan como almacén de energía a largo plazo, tanto
en plantas como animales ⇒ almacenan cierta cantidad
de energía en menos masa que los carbohidratos

63. GRASAS Y ACEITES
Con enlaces sencillos en cadenas
de C ⇒ está saturado porque
está “lleno” de átomos de H:
tiene el mayor N° posible de
átomos de H
Si hay dobles enlaces entre
algunos átomos de C ⇒ está
insaturado, tiene menos átomos
de H

64. GRASAS ACEITES
Sin dobles enlaces
⇒ cadena de ácido graso es recta
⇒ ácidos grasos pueden
acomodarse muy juntos , por lo que
forman un sólido a T° ambiente
Con dobles enlaces
⇒ Dobles enlaces producen
flexiones en la cadena de ácido
graso
⇒ Flexiones mantienen separadas
las moléculas de aceite, por lo que
son líquidos a T° ambiente

65. CERAS
Se forman por la unión de un ácido graso y un monoalcohol, mediante
un enlace éster

66. CERAS
Químicamente similares a grasas ⇒ altamente saturadas, por lo
que son sólidas a T° ambiente
En plantas terrestres:
En animales:
• Impermeabilizantes para el pelo de
mamíferos y pluma de aves
• Impermeabilizantes para
exoesqueletos de insectos
• Construcción de complejas
estructuras como colmenas
• Recubrimiento impermeable en
hojas y tallos
Molécula completamente apolar, hidrófoba ⇒ función típica consiste
en servir de impermeabilizante

67. FOSFOLÍPIDOS
Similares a aceites con excepción de que uno de los 3 ácidos
grasos es reemplazado por un grupo fosfato que tiene unido un
grupo funcional polar corto, el cual generalmente contiene N

68. Colas hidrofóbicas ⇒ insolubles
en agua
Cabeza polar ⇒ tiene carga
eléctrica y es soluble en agua
(hidrofílica)
FOSFOLÍPIDOS

69. FOSFOLÍPIDOS
Importantes componentes estructurales de las membranas celulares

70. ESTEROIDES
Estructuralmente diferentes de todos los demás lípidos
4 anillos de C fusionados, de los cuales se proyectan diversos grupos
funcionales
Las diferencias en los grupos funcionales unidos a los anillos pueden dar
como resultado, grandes diferencias en la función de los esteroides

71. FUNCIONES
F. de reserva: son la principal reserva energética del organismo
F. estructural: forman las bicapas lipídicas de membranas celulares.
Recubren y proporcionan consistencia a los órganos, y protegen
mecánicamente estructuras o son aislantes térmicos como el tejido
adiposo. Forman cubiertas impermeables en plantas o animales
F. catalítica: aportan vitaminas que facilitan el trabajo de enzimas en
las reacciones biológicas. En ausencia de la vitamina, la enzima no puede
funcionar con todos los perjuicios que puede ocasionar. Ej. retinoides
(vitamina A), tocoferoles (vitamina E), naftoquinonas (vitamina K) y
calciferoles (vitamina D).
F. informativa: muchas hormonas tienen estructura lipídica (esteroides,
prostaglandinas, leucotrienos, calciferoles, etc) y constituyen señales
químicas que permiten la adaptación del organismo a diversas
condiciones ambientales

72. (b) BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS
(1) Carbohidratos
(2) Proteínas
(3) Lípidos
(4) Moléculas hechas de nucleótidos

73. ACIDOS NUCLEICOS
Largas cadenas de subunidades similares llamadas nucleótidos
(1) Un azúcar (pentosa)
(2) Un grupo fosfato
(3) Una base nitrogenada
• Ribosa
• Desoxirribosa

74. NUCLEÓSIDOS
Azúcar
Base nitrogenada

75. NUCLEÓTIDOS
Fosfato
Azúcar
Base nitrogenada
RibosaDesoxirribosa
Ácido
desoxirribonucleico
ADN
Ácido
Ribonucleico
ARN

76. Los nucleótidos se enlazan en largas cadenas cuando el grupo fosfato
de un nucleótido forma un enlace covalente (unión fosfodiester) con el
azúcar de otro

77. Ácido
desoxirribonucleico
ADN
Ácido
Ribonucleic
o ARN
CADENAS DE NUCLEÓTIDOS

78. Tipos de base
nitrogenada
Cadena de
nucleótidos
CADENAS DE NUCLEÓTIDOS

79. ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO

80. ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO
El ADN se encuentra en los cromosomas de todos los seres vivos y sus
sucesión de nucleótidos deletrea la información genética necesaria para
construir las proteínas de
cada organismo

81. CÓDIGO GENÉTICO
regla de correspondencia entre la serie
de nucleótidos de los ácidos nucleicos y
las series de aminoácidos (polipéptidos)
en que se basan las proteínas

82. DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA CELULAR

83. Coenzimas: • NAD
• NADP
• FAD
NUCLEÓTIDOS LIBRES EN LAS CÉLULAS
Ribonucleótidos y desoxirribonucleótidos forman los ácidos
nucleicos ARN, ADN
Transportadores de energía: • ATP
• ADP
Mensajeros intracelulares:
AMP cíclico (receptores hormonales)