Este documento presenta información sobre las técnicas para el estudio de la materia viva a nivel molecular y celular, incluyendo técnicas físicas como destilación, filtración y centrifugación, así como técnicas de microscopía óptica y electrónica. También describe las biomoléculas que constituyen los seres vivos, como glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, y explica los enlaces covalentes entre los átomos de carbono, oxígeno, hidrógeno y otros elementos que for
2. 0- ÍNDICE
1- Técnicas de estudio de la materia viva
2- Bioelementos
3- El enlace covalente
4- Las cadenas carbonadas
5- Grupos funcionales
6- Fórmulas
7- Interacciones intra e intermoleculares
3. 0- ÍNDICE
1- Técnicas de estudio de la materia viva
2- Bioelementos
3- El enlace covalente
4- Las cadenas carbonadas
5- Grupos funcionales
6- Fórmulas
7- Interacciones intra e intermoleculares
3
4. Organismos animales y vegetales estamos constituidos por……
células
Las células están formadas
por moléculas.
.. y las moléculas por
átomos. 4
8. EL agua es la biomolécula más abundante en los seres vivos. Los medios internos de los
seres vivos son medios acuosos en los que la molécula de agua es predominante.
8
9. Otras moléculas son grandes
moléculas: la hemoglobina, una
proteína.
Carbono
Oxígeno
Nitrógeno
Azufre
ir 9
enlace
10. Macromoléculas: Se llaman así a las moléculas que tienen una masa molecular superior
a 10 000 da.
El ADN es una gran molécula orgánica formada en la mayoría de los casos por cientos de
millones de átomos, es una macromolécula.
10
Fragmento de la doble hélice del ADN, cada esfera es un átomo.
11. BIOMOLÉCULAS
• El medio interno de los seres vivos es una compleja mezcla de moléculas.
• Miles de moléculas se encuentran dispersas en el medio celular
interaccionando entre sí.
• Desentrañar este complejo mundo ha sido una tarea titánica.
• Hoy en día, después de más de 300 años de intensa búsqueda y
descubrimiento, empezamos a conocer las moléculas que constituyen los seres
vivos.
• Las biomoléculas han sido clasificadas tradicionalmente en una serie de
grupos conocidos como principios inmediatos. Llamados así porque podían
extraerse fácilmente mediante técnicas sencillas, como disoluciones,
filtraciones, etc.
11
12. LAS BIOMOLÉCULAS: CLASIFICACIÓN
Inorgánicas Orgánicas
-Agua -Glúcidos
-CO2 -Lípidos
-Sales minerales -Prótidos o proteínas
-Ácidos nucleicos
12
13. LAS BIOMOLÉCULAS
REPARTICIÓN DE LOS COMPONENTES MOLECULARES DE
LA CÉLULA
(en % sobre masa total)
Principios PROCARIOTAS EUCARIOTAS
inmediatos
Glúcidos 3 3
Lípidos 2 4,5
Prótidos 15 18
Ácidos Nucleicos
ARN 6 1,25
ADN 2 0,25
Precursores 1 2
Agua 70 70
Sales minerales 1 1
13
14. I) Técnicas para el estudio fisicoquímico: sirven para conocer la
composición y relacionar esta composición con las estructuras
celulares. Estos métodos son:
a) Destilación
b) Filtración
c) Decantación
d) Centrifugación
e) Cromatografía
f) Electroforesis
II) Técnicas para el estudio morfológico de la célula. Nos permiten
conocer cómo es su forma, su tamaño y su estructura. Son,
fundamentalmente:
a) Microscopía óptica
b) Microscopía electrónica
1) Microscopio electrónico de Trasmisión (MET)
2) Microscopio electrónico de barrido (MEB)
14
15. Destilación: Sirve para separar por evaporación y conden-
sación posterior, dos liquidos miscibles.
15
16. Decantación: Sirve para separar, por ejemplo, mezclas de
líquidos no solubles de densidad diferente.
16
17. Homogeneizador
Se trata de un aparato que sirve
para triturar y disgregar el material
biológico, rompiendo las
membranas celulares para dejar
libres los orgánulos y el resto del
contenido celular para posteriores
tratamientos.
17
19. Centrifugación: Los materiales biológicos sometidos a fuertes
aceleraciones se desplazan hacia el fondo de los recipientes que los
contienen con velocidades que dependen de su masa, de su forma y
volumen, y de la naturaleza del medio en el que se realice la
centrifugación.
19
23. ELECTROFORESIS
En este método, la mezcla a separar se deposita en una cubeta sobre un
soporte de tipo poroso (acetato de celulosa o también gel de almidón). A
continuación se establece una diferencia de potencial entre los extremos del
soporte. Las sustancias que componen la mezcla se desplazarán en función
de su carga eléctrica.
23
24. Cultivos in vitro:
Bacterias en cápsulas de Petri
Frascos para cultivos celulares
24
27. Fundamento del microscopio óptico y del microscopio electrónico
imagen
Cañón de
electrones
o
c
electrones
b
objeto objeto
b
visor c
o
luz
imagen
Microscopio electrónico Microscopio óptico
c) condensador; b) objetivo; o) ocular. interruptor
27
28. Diferencias entre el microscopio óptico y del microscopio electrónico
Microscopio óptico Microscopio electrónico
Fuente de iluminación: La luz Fuente de iluminación: electrones
Se pueden ver seres vivos No se pueden ver los seres vivos
Poco aumento (X1000) Mucho aumento (X300 000)
Se observa la estructura Se observa la ultraestructura
Preparaciones sencillas Preparaciones complejas
Aparato relativamente barato Instrumento muy caro
28
29. Unidades de medida en microscopía
1 micrometro*= 1 µm = 0,001 mm (milésima de milímetro)
1 nanometro = 1 nm = 0,000 001 mm (millonésima de milímetro)
1 amstrong = 1 Å = 0,1 nm (diez millonésima de milímetro)
* También se llama micra
Tamaños usuales en microscopía
átomo = 1 Å
virus = 25 nm a 300 nm
bacteria =1 µ
Célula = 10 µm a 100 µm
29
30. 0- ÍNDICE
1- Técnicas de estudio de la materia viva
2- Bioelementos
3- El enlace covalente
4- Las cadenas carbonadas
5- Grupos funcionales
6- Fórmulas
7- Interacciones intra e intermoleculares
31. Concepto de Bioelemento: Elemento químico que constituye
las moléculas de los seres vivos
CLASES DE BIOELEMENTOS
Primarios: C, H, O, N, S, P. Los más abundantes, 96’2%
del total de la masa de un ser vivo.
- Secundarios: Na+, K+, Mg++, Ca++, Cl - . En menor
porcentaje, pero también imprescindibles para los seres
vivos.
Oligoelementos: En proporción menor al 0,1%.
Indispensables: en todos los seres vivos: Mn, Fe,
Cu;
Variables: en algunos organismos: B, Al, V.
31
32. BIOELEMENTOS OLIGOELEMENTOS
Primarios Secundarios Indispensables Variables
O Na+ Mn B
C K+ Fe Al
H Mg2+ Co V
N Ca2+ Cu Mo
P Cl- Zn I
S Si
32
33. Tabla de los Bioelementos
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac
Cs Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lw
Primarios Indispensables
Bioelementos Oligoelementos
Secundarios Variables 33
34. CARACTERÍSTICAS DE LOS BIOELEMENTOS PRIMARIOS
Cierta abundancia en la corteza terrestre.
Sus compuestos son polares ( partes de la molécula con
carga + y otras con cargas - ) lo que hace a estos
compuestos solubles en agua.
C y N pasan con facilidad del estado de oxidado a
reducido y viceversa. Lo que es importante en los procesos
de obtención de energía (fotosíntesis y respiración celular).
C, H, O y N tienen pequeña masa atómica lo que permite
variabilidad de valencias dando lugar a moléculas grandes,
estables y variadas.
34
35. Los elementos químicos más abundantes en la corteza
terrestre y en los seres vivos (en % en peso).
Elementos Corteza Elementos Seres vivos
(%) (%)
Oxígeno 47 Oxígeno 63
Silicio 28 Carbono 20
Aluminio 8 Hidrógeno 9,5
Hierro 5 Nitrógeno 3
35
36. 0- ÍNDICE
1- Técnicas de estudio de la materia viva
2- Bioelementos
3- El enlace covalente
4- Las cadenas carbonadas
5- Grupos funcionales
6- Fórmulas
7- Interacciones intra e intermoleculares
36
37. EL ENLACE COVALENTE
• Los átomos que constituyen las moléculas orgánicas están unidos entre sí mediante enlaces
covalentes.
• Este enlace se forma cuando átomos del mismo o diferente elemento comparten electrones
para poder completar su última capa.
• Los electrones que puede compartir un átomo para completar su última capa los llamaremos
electrones de valencia.
• Los enlaces covalentes se representan mediante una raya que simboliza el par de electrones
compartido.
• Los enlaces covalentes son muy resistentes en medio acuoso.
C C C
El átomo de carbono Es por esto que el carbono
Esta capa se tiene cuatro electrones de
tiene 4 electrones en completa con 8
su última capa. valencia y puede forma
electrones. cuatro enlaces covalentes.
37
38. UNIÓN DE DOS ÁTOMOS DE CARBONO MEDIANTE UN ENLACE
COVALENTE.
electrón
enlace
covalente
Los electrones de valencia no pueden quedar libres, por lo que otros átomos con electrones38
de valencia libres se unen al átomo que disponga de electrones libres hasta completarlos.
39. FORMACIÓN DEL ETANO.
Molécula de etano
C2H6
Los electrones de valencia no pueden quedar libres, por lo que otros átomos con electrones39
de valencia libres se unen al átomo que disponga de electrones libres hasta completarlos.
40. ENLACES COVALENTES SIMPLES , DOBLES Y TRIPLES.
• Enlace covalente simple: Cuando un átomo comparte con otro dos electrones,
uno de cada átomo.
• Enlace covalente doble: Cuando un átomo comparte con otro cuatro electrones,
dos de cada átomo.
• Enlace covalente triple: Cuando un átomo comparte con otro seis electrones,
tres de cada átomo.
C H C O C C
Enlace covalente simple Enlace covalente doble Enlace covalente triple
Carbono-Hidrógeno. Carbono-Oxígeno. Carbono-Carbono.
40
41. GIRO ALREDEDOR DE LOS ENLACES SIMPLES , DOBLES Y TRIPLES.
Es de destacar que alrededor de un enlace simple está permitido el giro, algo que no sucede
alrededor de los enlaces dobles o triples.
41
42. LOS ENLACES COVALENTES DE LOS BIOELEMENTOS PRIMARIOS (I)
• El carbono tiene cuatro electrones de valencia. Debido a esto formará 4 enlaces
covalentes que podrán ser:
• Cuatro simples.
• Uno doble y dos simples.
• Dos dobles.
• Uno simple y uno triple.
C C C C
Cuatro simples Uno doble y dos Dos dobles. Uno triple y uno
simples simple.
42
43. LOS ENLACES COVALENTES DE LOS BIOELEMENTOS PRIMARIOS (II)
H O S N
N
O S
N
El hidrógeno tiene El oxígeno tiene dos El azufre tiene dos El nitrógeno tiene
un electrón de electrones de electrones de tres electrones de
valencia. valencia. valencia. valencia.
43
44. EJEMPLOS DE LOS ENLACES COVALENTES DEL CARBONO.
H H
H C H H C O H C C H
H Formaldehído Etino
Metano
Dos simples y Uno simple y
Cuatro simples uno doble uno triple.
44
45. En el pirúvico podemos observar diferentes combinaciones de enlaces
dobles y simples del carbono con otros elementos.
H O O
H C C C O H
H
45
46. Polaridad de los enlaces covalentes: Cuando los átomos unidos por un enlace
covalente pertenecen a elementos de electronegatividad muy diferente, por ejemplo, el O y el
H. El más electronegativo atrae hacia sí más el par de electrones del doble enlace, quedando
con cierta carga negativa y el menos electronegativo queda con una cierta cantidad de carga
positiva. En este caso, diremos que el enlace es polar, lo que tendrá una gran
importancia en los procesos biológicos: polaridad del agua, estabilidad de las
proteínas y del ADN, solubilidad.
δ+
δ- δ- δ+
Polaridad del enlace –N-H
Polaridad del enlace –O-H
46
47. Aunque las fórmulas de
las moléculas se
representan en un plano,
los átomos se disponen
según una compleja
representación espacial.
Carbono
Oxígeno
Nitrógeno
Azufre
Hidrógeno
La cisteína, un aminoácido.
47
48. LA DISPOSICIÓN ESPACIAL DE LOS ENLACES EN EL CARBONO:
HIBRIDACIONES:
Aunque representaremos los átomos en el plano, estos en realidad se encuentran orientados
en el espacio. El carbono, dependiendo de los enlaces covalentes, puede tener tres tipos de
disposición espacial o hibridaciones.
• Hibridación tetraédrica: Cuatro enlaces simples
• Hibridación trigonal: Uno doble y dos simples.
• Hibridación digonal: Dos dobles o uno simple y uno triple.
C C C
C
H. tetraédrica H. trigonal H. digonal H. digonal
48
49. º Hibridaciones del átomo de carbono. Hibridación tetraédrica.
En este tipo de hibridación el carbono se dispone en el centro de un tetraedro y los
otros átomos en los vértices.
Molécula de metano. En el metano (CH4) el
carbono tiene hibridación tetraédrica 49
50. No obstante el metano lo representaremos en el plano en su fórmula desarrollada o
en su fórmula empírica.
H
H C H CH4
H
Fórmula desarrollada Fórmula empírica
50
53. No obstante el etano lo representaremos en el plano en su fórmula desarrollada, en
su fórmula semidesarrollada o en su fórmula empírica.
CH3-CH3
H H Fórmula semidesarrollada
H C C H
H H C2H6
Fórmula desarrollada
Fórmula empírica
53
59. No obstante el eteno lo representaremos en el plano en su fórmula desarrollada, en
su fórmula semidesarrollada o en fórmula empírica.
CH2=CH2
H H Fórmula semidesarrollada
H C C H
Fórmula desarrollada
C2H4
Fórmula empírica
59
60. 0- ÍNDICE
1- Técnicas de estudio de la materia viva
2- Bioelementos
3- El enlace covalente
4- Las cadenas carbonadas
5- Grupos funcionales
6- Fórmulas
7- Interacciones intra e intermoleculares
60
61. Las cadenas carbonadas
Las diferentes biomoléculas van a estar constituidas básicamente por
átomos de carbono unidos entre sí mediante enlaces covalentes. La
resistencia y versatilidad de los enlaces carbono-carbono y del carbono
con otros elementos: oxígeno, nitrógeno o azufre, va a posibilitar el que
se puedan formar estructuras que serán el esqueleto de las principales
moléculas orgánicas.
61
73. 0- ÍNDICE
1- Técnicas de estudio de la materia viva
2- Bioelementos
3- El enlace covalente
4- Las cadenas carbonadas
5- Grupos funcionales
6- Fórmulas
7- Interacciones intra e intermoleculares
73
74. FUNCIONES ORGÁNICAS
Concepto: Agrupaciones características de átomos.
Las principales son:
Alcohol: -O-H
Cetona: >C=O
Aldehído: -CHO
Ácido: -COOH
Amino: -NH2
Amida: -CONH2
Tiol: -S-H
74
75. H O
C O H
C O C C C
Función alcohol Función aldehído Función cetona
O Función ácido
C S H
Función tiol
C O H
H O Función amida
C N H
H C N
Función amina H 75
* En los enlaces libres sólo puede haber o carbonos o hidrógenos.
83. 0- ÍNDICE
1- Técnicas de estudio de la materia viva
2- Bioelementos
3- El enlace covalente
4- Las cadenas carbonadas
5- Grupos funcionales
6- Fórmulas
7- Interacciones intra e intermoleculares
83
86. C= verde
N=azul
H O=rojo
H=gris
H
O
C C
H
N
O H
86
87. FÓRMULAS DE LAS BIOMOLÉCULAS
Desarrollada o estructural: indicando todos los átomos y
enlaces covalentes de la molécula.
Semidesarrollada: indicando únicamente los enlaces de la
cadena carbonada.
Empírica: indicando únicamente el número de átomos de
cada elemento de la molécula.
Simplificadas: las cadenas carbonadas se representan
mediante una línea quebrada en la que no se indican
carbonos e hidrógenos pero si dobles enlaces u otras
variaciones que posee la molécula (funciones alcohol,
cetona,ácido, amino, etc).
87
88. El ácido pirúvico en su fórmula desarrollada.
H O O
H C C C O H
H
Memo: En la fórmulas desarrollada o estructural se indican todos los
átomos y enlaces covalentes de la molécula. 88
90. Veamos en conjunto cómo son las fórmulas desarrollada, semidesarrollada y
empírica del eteno.
CH2=CH2
H H Fórmula semidesarrollada
H C C H
Fórmula desarrollada
C2H4
Fórmula empírica
90
91. Fórmula semidesarrollada de los principales grupos funcionales.
CH2OH CHO C CO C
Función aldehído Función cetona
Función alcohol terminal
Función ácido
CHSH COOH
Función tiol
Función amida
CH2NH2 CONH2 91
Función amina terminal
92. Ejemplo de molécula
biológica: el colesterol, en CH3 CH2 CH2 CH3
su fórmula simplificada.
CH CH2 CH
CH2 CH3 CH CH3
CH2 C CH2
CH2 CH3 CH CH CH2
CH2 C CH
CH C CH2
HO CH2 CH
…. y ahora en su fórmula
semidesarrollada.
92
94. La grandes moléculas se representan
esquemáticamente. Ejemplo de
representación de la estructura terciaria
de una proteína
94
95. La grandes moléculas se representan
esquemáticamente. Ejemplo de
representación de la estructura del ADN.
95
96. CONCEPTOS DE MACROMOLÉCULA, MONÓMERO Y
POLÍMERO
Macromolécula: Grandes moléculas de masa superior a 104
da (1da=1uma).
Polímero: Moléculas resultantes de la unión de unidades
menores (monómeros).
Monómero: Unidades menores que forman los polímeros.
96
97. Ejemplo de macromolécula: fragmento de
almidón, un polisacárido.
El almidón es un polímero cuyo monómero
es la glucosa.
97
98. 0- ÍNDICE
1- Técnicas de estudio de la materia viva
2- Bioelementos
3- El enlace covalente
4- Las cadenas carbonadas
5- Grupos funcionales
6- Fórmulas
7- Interacciones intra e intermoleculares
98
99. ENLACES INTER E INTRAMOLECULARES
Son aquellos enlaces que se dan entre moléculas o partes de una
molécula, que le dan una mayor estabilidad.
Así:
Puentes disulfuro: -S-S- ( a partir de grupos tiol) muy resistentes
(proteínas).
Enlace hidrógeno: ( N-H, O-H, C=O ) fuerzas eléctricas entre átomos
con diferente electronegatividad, lo que le da a la molécula una distribución
diferencial de cargas + y - (Ejemplo: Proteínas y ácidos nucleicos).
Enlace iónico: se dan en moléculas que contienen -COO- y -
NH+3, que en agua se encuentran ionizados.
Uniones hidrofóbicas: debidas a diferencias de solubilidad respecto al
agua (membranas celulares).
Fuerzas de Van der Waals: debidas a pequeñas fluctuaciones en la
carga de los átomos.
99
100. Los puentes disulfuro se forman cuando reaccionan dos grupos tiol (-S-H) dando –S-S- y H2.
H H
S S
100
101. Las cadenas proteicas que forman los anticuerpos están unidas por puentes disulfuro.
Cadena pesada (H)
Cadena ligera (L)
Zona bisagra
Glúcido Glúcido
Parte variable
Parte constante 101
Puentes disulfuro
102. Los enlaces de hidrógeno se forman al atraerse átomos unidos mediante enlaces
covalentes polares.
δ+
δ- δ+ δ-
Formación de un enlace de hidrógeno entre un grupo –O-H y un grupo H-N<.
102
103. Enlaces de hidrógeno entre bases nitrogenadas en el ADN
Las bases de una de las cadenas se enlazan con las de la otra por medio de
enlaces de hidrógeno. La adenina se une a la timina y la citosina a la guanina.
Adenina
Timina
Guanina
Citosina
103
104. Enlaces iónicos o interacciones ácido-base: Los grupos ácidos, en medio
acuoso y en función del pH del medio, pierden H+ y se ionizan dando –COO-. Los
grupos amino son básicos y en medio acuoso captan H+ y quedan cargados
positivamente (-NH3+). El enlace iónico se establece cuando quedan próximos
grupos ácidos y amino cargados diferentemente, al atraerse las cargas eléctricas
que portan.
- +
Grupo -COOH Grupo H2N-C-
Estas interacciones moleculares son relativamente débiles en medio acuoso, pero
van a tener gran importancia en la estabilidad de la estructura de ciertas moléculas
104
como las proteínas.
105. CLASES DE BIOMOLÉCULAS O PRINCIPIOS INMEDIATOS
Concepto: moléculas que pueden extraerse de la materia viva
inmediatamente, por métodos físicos sencillos.
Inorgánicos: agua (70%), dióxido de carbono, sales minerales.
Orgánicas:
Glúcidos
Lípidos
Proteínas (20%)
Ácidos nucleicos.
Biocatalizadores: Moléculas orgánicas de importancia pero
necesarios en pequeña cantidad. Nunca tienen función energética ni
estructural.
Enzimas
Vitaminas
Hormonas 105
106. Practica con esta interesante web de Lourdes Luengo:
http://www.juntadeandalucia.es/averroes/manuales/materiales_tic/bio
moleculas/bioelementos.htm
106
107. 0- ÍNDICE
1- Técnicas de estudio de la materia viva
2- Bioelementos
3- El enlace covalente
4- Las cadenas carbonadas
5- Grupos funcionales
6- Fórmulas
7- Interacciones intra e intermoleculares
107