Bioelementos y biomoléculas básicas

Tema 1. La Naturaleza básica
de la vida
Bioelementos y biomoléculas
CIC JULIO SÁNCHEZ MATAS
2013-2014

1.-Bioelementos y biomoléculas
Los elementos químicos que forman parte de los seres
vivos se denominan bioelementos o elementos biogénicos

Se clasifican según la proporción en la que se encuentran
en los seres vivos en:
a) Bioelementos
primarios o
mayoritarios
constituyen el
98-99% en
peso de los
seres vivos

b) Bioelementos secundarios (2-0,2 %) Ca, K, Mg, Na, Cl
c) oligoelementos: (<0,1%) son imprescindibles para la vida:
Fe, Zn, Cu, Mn, Ni, Co….
Entre los bioelementos destaca el carbono que se
encuentran en todas las biomoléculas orgánicas debido a
su especial estructura:
-Presenta valencia 4: forma 4 enlaces covalentes
-Tamaño: puede formar largas cadenas
lineales o ramificadas
-Realiza fácilmente enlaces estables
consigo mismo y con otros elementos
como el hidrógeno

La combinación de bioelementos mediante diferentes
enlaces da lugar a las biomoléculas o principios
inmediatos
Se clasifican según su estructura química en:
a) Biomoléculas inorgánicas: no tienen enlaces C-H ni son
exclusivos de los seres vivos: Agua y sales minerales
b) Biomoléculas orgánicas: presentan enlaces C-H y son
exclusivos de los seres vivos:
Glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos

2.- Agua y sales minerales
El agua es el compuesto más abundante de los seres vivos.
Supone entre un 60-90% en peso en la mayoría de los
organismos
Esto es debido a las especiales propiedades de la molécula
de agua:
- Cada molécula de agua está
formada por 2 átomos de
hidrógeno y uno de oxígeno
unidos mediante enlaces
covalentes

-Debido a la elevada
electronegatividad del oxígeno, los
electrones que comparte con el
hidrógeno están desplazados hacia el
oxígeno . Esto produce un exceso de
carga negativa sobre el oxígeno y
positiva sobre el hidrógeno. Se dice
entonces que la molécula de agua es
polar
- -Esta polaridad provoca
que entre las moléculas de
agua surjan fuerzas de
atracción electrostáticas
que las mantienen unidas .
Estas fuerzas reciben el
nombre de enlaces o
puentes de hidrógeno

Esta estructura explica las siguientes propiedades:
1.- Principal disolvente biológico: Facilita la disociación de
compuestos iónicos y su disolución. Por medio de la
formación de enlaces de hidrógeno provoca la dispersión y
disolución de otras moléculas polares. Esta propiedad le
permite actuar como medio de transporte para muchas
moléculas y además facilita las reacciones bioquímicas
2.- Elevada capacidad térmica: es necesaria gran
cantidad de energía para romper los enlaces de hidrógeno
y por tanto para elevar su temperatura. El agua es un
almacén de calor y amortiguador de los cambios de
temperatura
3.- Alta fuerzas de cohesión y adhesión también debido
a los enlaces de hidrógeno. Da estructura a la célula
vegetal, permite subir por capilaridad a través de los
vegetales….

4.- Alcanza su densidad máxima en estado líquido, por ello
el hielo flota sobre el agua
Las sales minerales son compuestos inorgánicos que en los
seres vivos, pueden encontrarse en forma sólida o
disuelta
a) Sales precipitadas: tienen función estructural y dan
consistencia a los huesos ( fosfato cálcico) o a los
caparazones de los moluscos ( carbonato cálcico)
b) Sales disueltas en forma de aniones
(carbonato, fosfato, cloruro o bicarbonato) y Cationes (
potasio, sodio, magnesio o Ca). Tienen funciones
reguladoras: evitan cambios bruscos de pH, intervienen
en la contracción muscular, transmisión del impulso
nervios, controlan la entrada y salida de aguaCIC JULIO SÁNCHEZ MATAS

3.- GLÚCIDOS
Son compuestos de C, H, O (excepcionalmente N , S o P)
Fórmula general Cn(H2O)n
Químicamente son polihidroxialdehídos o
polihidroxicetonas

Se clasifican en:
a) Monosacáridos
Son los más simples; 3-7 átomos carbono
3C- triosas, 4C Tetrosas 5C pentosas…
Son solubles en agua, dulces, cristalinos y dulces
En disolución acuosa las pentosas y las hexosas
presentan estructuras cíclicas en forma pentagonal o
hexagonal

Los más importantes son Triosas: - Gliceraldehído y la
dihidroxicetona: Intermediarios en el metabolismo de la
glucosa
Pentosas: Ribosa: componente estructural de nucleótidos (
ácidos nucleicos)
Hexosas Glucosa Como combustible celular; Galactosa: como
componente de la lactosa y de polisacáridos; Fructosa:
Componente de la sacarosa,

b) Oligosacáridos
Son cadenas cortas formadas por la unión de 2 a 10
monosacáridos. Los más importantes son los disacáridos
que contienen 2 monosacáridos unidos por enlace O-
glucosídico
Este enlace se produce entre dos grupos hidroxilo de
diferentes monosacáridos con pérdida de una molécula
de agua

Los principales disacáridos de interés biológico son
a) Maltosa.- Es el azúcar de malta. Posee dos moléculas de
glucosa
b) Lactosa.- Es el azúcar de la leche de los mamíferos. Se
encuentra formada por la unión de una galactosa y una
glucosa
c) Sacarosa.- Es el azúcar de consumo habitual, se obtiene
de la caña de azúcar y remolacha azucarera. Formados
por una glucosa y una fructosa

c) Polisacáridos
Son polímeros constituidos por la unión de muchos
monosacáridos mediante enlaces O-glucosídicos que originan
largas cadenas moleculares
Los más importantes son:
Almidón: Homopolisacárido de reserva de células
vegetales, formado por largas cadenas de glucosa
ramificadas
Glucogeno: Homopolisacárido de reserva en células
animales, también formado por largas cadenas de glucosa
ramificadas

Celulosa: Polisacárido estructural de los vegetales en los
que constituye la pared celular. Polímero lineal de
moléculas de glucosas
Quitina:Forma el exoesqueleto en artrópodos y pared
celular de los hongos. Es un polímero no ramificado de la
N-acetilglucosamina

Funciones de los glúcidos:
1. Combustible celular: la glucosa es el azúcar utilizado
como fuente de energía de las células
2. Almacén de reserva: el almidón en vegetales y el
glucógeno en animales
3. Estructural: la ribosa y la desoxirribosa son
componentes básicos de los ácidos nucleicos. La
celulosa es componente de las paredes celulares
vegetales y la quitina en hongos

Formados por C, H, O Insolubles en agua y solubles
en disolventes orgánicos como éter o cloroformo
Clasificación de los lípidos ( según tengan
ácidos grasos o no)
· saponificables ( Si tienen ácidos)
· Insaponificables ( no tienen
ácidos)
4.- Lípidos

Ácidos grasos
Son moléculas formadas por largas cadenas
hidrocarbonadas que en su extremo presentan un
grupo COOH
Dos tipos
· Saturados : Solo enlaces simples
· Insaturados : Algún enlace doble

Dan reacciones de esterificación ( Reacciona con
alcoholes para dar esteres
Cuando el enlace formado se rompe ( hidroliza ) con una
base ( NaOH) se forman sales de los ácidos (jabones) en
una reacción que se denomina saponificación

Lipidos saponificables
a) Grasas o acilglicéridos
Se forma por esterificación de la
glicerina con una, dos o tres moléculas
de ácidos grasos

Se clasifican en
· saturadas o sebos ( sólidos)
· Insaturadas o aceites (líquidos)
B) Ceras : Esteres de un alcohol de cadena larga con
un ácido graso

C) Fosfolípidos
Se forma por la esterificación de la glicerina con
dos moléculas de ácidos grasos y una molécula con
un grupo fosfato
Da lugar a una molécula bipolar ( un extremo polar y
el otro apolar)

d) Esfingolípidos
Son ésteres formados por la unión de un alcohol
llamado esfingosina y un ácido graso que da
lugar a la ceramida que unida a un grupo polar
constituye el esfingolípido completo

Lípidos insaponificables
a) Terpenos
Formados por la polimerización del isopreno

b) Esteroides
Derivan de una compleja estructura llamada
ciclopentano perhidrofenantreno
colesterol
Hormonas sexuales
c) prostaglandinas
Se forman por ciclación de ácidos
grasos poliinsaturados CIC JULIO SÁNCHEZ MATAS

Funciones
a) Reserva energética (Grasas)
b) Estructural
· Fosfolípidos -- Membranas celulares
· Esfingolípidos membranas celulares del
tejido nervioso
. Ceras-- Revestimiento e
impermeabilización
c) Reguladora: Vitaminas y hormonas

5.- proteínas
Son biomoléculas formadas por C, N, O; H
resultantes de la unión de elementos más
sencillos denominados aminoácidos
Los aminoácidos se caracterizan por
tener unido a un C un grupo amino
(NH2), un grupo carboxilo (COOH),
un H, y un grupo R característico de
cada uno de los 20 aás proteicos

Los aminoácidos se unen por un enlace peptídico
Se produce entre el grupo amino de un aá y el
carboxilo del siguiente

La unión de 2-50 áas = péptido
50 = polipéptido o proteína
ESTRUCTURAS DE LAS PROTEÍNAS
Las proteínas tienen una conformación
tridimensional de complejidad creciente
A los niveles de complejidad se les llama
estructuras. Hay 4 niveles

Estructura primaria
Corresponde a la secuencia lineal de los aminoácidos

Estructura secundaria: Plegamiento de la secuencia
de aás. Da lugar a dos estructuras características:
a) Alfa hélice. Se estabiliza por enlaces de hidrógeno
intracatenarios

b) Conformación beta: Se estabiliza por puentes de
hidrógeno intercatenarios
•

Estructura terciaria: Plegamiento sobre sí misma de
la estructura secundaria dando lugar a estructuras
de aspecto fibroso o globular. Se estabiliza por
enlaces entre los grupos R de los aás

Estructura cuaternaria: Asociación de varias cadenas
polipeptídicas con estructura terciaria. Se estabiliza
por enlaces débiles entre las cadenas

Propiedades:
- Desnaturalización Pérdida de la estructura
tridimensional con la consiguiente pérdida de las
propiedades y de la función. Se produce por cambios
de temperatura, de pH y por agentes químicos
-En el caso de las enzimas también se presentan dos
propiedades :
-. La eficiencia: Una única molécula es capaz de
actuar muchas veces ya que siempre se recupera
al final del proceso
- La especificidad. Una enzima solo actúa sobre
un determinado sustrato y cataliza un tipo de
reacción

Funciones
•Estructural
•Como las glucoproteínas que forman parte de las
membranas.
•Las histonas que forman parte de los cromosomas
•El colágeno, del tejido conjuntivo fibroso.
•La elastina, del tejido conjuntivo elástico.
•La queratina de la epidermis.
•Enzimatica
•Son las más numerosas y especializadas.

•Hormonal o reguladora
•Insulina y glucagón
•Hormona del crecimiento
•Calcitonina
•Hormonas tropas
•Defensiva
•Inmunoglobulina o anticuerpos
•Trombina y fibrinógeno

•Transporte
•Hemoglobina
•Hemocianina
•Citocromos
•Reserva
•Ovoalbúmina, de la clara de huevo
•Gliadina, del grano de trigo
•Lactoalbúmina, de la leche
·Contráctil
. Actina y miosina en músculos

ÁCIDOS NUCLEICOS
Son biomoléculas formadas por C; H; O; N; P; resultantes de la
unión de moléculas más sencillas llamadas nucleótidos
Un nucleótido a su vez está ,formado por
a) El ácido fosfórico

B) una pentosa
C) Una base nitrogenada

La unión de la base nitrogenada y la pentosa se realiza por un
enlace glucosídico entre el C-1 de la pentosa y la base. Da lugar
a un nucleósido
La unión del ácido fosfórico se realiza en el C_5 de la pentosa

La unión de los nucleótidos se realiza por un enlace fosfodiéster
entre el grupos fosfato de un nucleótido y el OH del C-3 de la
pentosa de otro nucleótido ( se pierde agua)

Cada polinucleótido se caracteriza por una secuencia
particular de bases nitrogenadas , mientras que el eje básico de
pentosa y fosfato es constante
Dos tipos de ácidos nucleicos:
1.- ADN o ácido desoxirribonucleico
· Químicamente formado por
- Pentosa: la desoxirribosa
- Bases nitrogenadas: A, G, C, T
· Estructuralmente: Dos cadenas de polinucleótidos
enrolladas formando una doble hélice

Características de la doble hélice
a) Dos cadenas helicoidales enrolladas a lo largo
de un eje común

b) Las dos cadenas son antiparalelas : crecen en
sentidos opuestos
c) Las bases nitrogenadas se dirigen hacia el
interior de la hélice; el resto queda al exterior
d) La estructura es estable gracias a los enlaces de
hidrógeno entre bases complementarias

· Función. Ser portador de la información genética codificada
en forma de secuencia de bases nitrogenadas. Es capaz de
duplicarse. La información da lugar a proteínas
2.- ARN o ácido ribonucleico
· Químicamente
- Pentosa: Ribosa
- Bases nitrogenadas: A, G, C, U
· Estructura: Una sola cadena de nucleótidos que
puede plegarse por enlaces entre bases complementarias

· Funciones: Existen diferentes tipos de ARN que
funcionan de forma coordinada en la síntesis de proteínas
- ARN-m (mensajero) :Copia la información
del ADN y la lleva hasta los ribosomas
- ARN-r ( ribosómico) Forma parte de la
estructura de los ribososmas
- ARN-t (transferente) Se encarga de
transportar los aminoácidos hasta el ribosoma donde se
unirán siguiendo la información que nos da el ARN-m para
formar una proteína

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