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Bioelementos
- 2. • CIENCIA QUE PROCURA EXPLICAR LOS PROCESOS VITALES A NIVEL MOLECULAR • BIOQUÍMICA ESTÁTICA O DESCRIPTIVA: componentes de los seres vivos • BIOQUÍMICA DINÁMICA: transformaciones química en los sistemas biológicos (metabolismo). QUÍMICA BIOLÓGICA
- 3. Bioquímica: Definición y clasificación Bioquímica es la ciencia que se encarga del estudio de las moléculas y átomos que forman la materia viva, no sólo desde el punto de vista estructural, sino también bajo el prisma de sus funciones, transacciones energéticas… la bioquímica es la química de la vida. Átomos de los bioelementos Enlace Iónico Enlace Covalente Sales Minerales Agua Glúcidos Lípidos Proteínas Ácidos Nucléicos Principios inmediatos no exclusivos de la materia viva Principios inmediatos exclusivo de la materia viva BIOQUÍMICA DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN
- 4. • ¨Indudablemente, el proceso de la Química Biológica ha sido uno de los factores que más a aportado al desarrollo actual de las Ciencias Biológicas. • Las disciplinas médicas, por ejemplo se han beneficiado significativamente con las contribuciones de esta ciencia y todo indica que ellas serán aún más trascendentes en el futuro. • Esto impone a los Biólogos en general y a los médicos en particular, la responsabilidad ineludible de poseer una sólida preparación en ciencias básicas. • En la Química Biológica no solo encontrarán fundamentos para la interpretación racional de muchos fenómenos fisiológicos y patológicos, sino además el acicate para una actitud inquisitiva, que haga de su actividad una permanente búsqueda de nuevos conocimientos¨ Química biológica- Antonio blanco- 9na. Edición IMPORTANCIA DE LA QUÍMICA BIOLÓGICA
- 5. LA MATERIA VIVA BIOELEMENTOS PIIMARIOS ENLACES QUÍMICOS INORGÁNICO SALES MINERALES OLIGOELEMENTOS SECUNDARIOS BIOMOLÉCULAS AGUA GLÚCIDOS LÍPIDOS PROTEÍNAS ACID.NUCLÉICOS ORGÁNICO DINÁMICA ENERGÉTICA ESTRUCTURAL Está formada por Por su abundancia son Si su proporción es muy pequeña son Establecen Formando de tipo de función son son
- 6. ELEMENTOS DE LA VIDA
- 7. BIOELEMENTOS • De los más de 107 elementos químicos descritos en la Tabla Periódica sólo 20 están presentes en la mayoría de los seres vivos, y de ellos únicamente 16 están presentes en todos los seres vivos. • Estos 16 bioelementos se agrupan en: ▫ Elementos PRIMARIOS: Son 4: C, H, O y N; representan el 98% del total, y dan lugar las biomoléculas principales. Ca, P ▫ Elementos SECUNDARIOS: INDISPENSABLES: S, Na, K, Mg, Cl, Fe. VARIABLES: Br, Zn, Ti BIOELEMENTOS
- 8. • Bioelementos: Son los átomos que forman parte de los seres vivos, bien constituyendo moléculas, o bien en forma de átomos. Podemos caracterizar unos 70 elementos biogénicos o bioelementos con concentraciones más o menos estables en los diferentes seres vivos, excepto los gases nobles, que presentan concentraciones muy variables. BIOELEMENTOS
- 9. CORTEZA TERRESTRE ABUNDANCIA RELATIVA DE LOS BIOELEMENTOS EN LA MATERIA VIVA
- 10. Es muy diversa en función del organismo del que se trate, del tejido que analicemos e incluso la edad del organismo. Un análisis a las abundancias de los distintos elementos pone de manifiesto que: ▫ 1. Si bien los bioelementos están presentes en todo el planeta, sus proporciones en la corteza y en el medio vivo son diferentes. Esto nos indica que los seres vivos han seleccionado aquellos elementos que les son más idóneos para su estructura y funciones. ▫ 2. De todos los elementos que se hallan en la corteza terrestre, sólo 25 son componentes de los seres vivos, y de ellos sólo 16 son comunes a todos ellos. Esto nos confirma en la idea de que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos concretos no por puro azar, sino porque esos elementos poseen unas propiedades físico-químicas acordes con los seres vivos. ABUNDANCIA RELATIVA DE LOS BIOELEMENTOS EN LA MATERIA VIVA
- 11. Elementos biogénicos mayoritarios: siempre en la materia viva. • Elementos biogénicos primarios: C, H, O, N, Ca y P. Constituyen el 98% en masa de la materia viva. Forman parte de la materia viva por: ▫ 1. Facilidad de formar enlaces covalentes. ▫ 2. C, N y O pueden compartir más de un par de electrones, formando simples, dobles o triples enlaces que los hacen muy versátiles. ▫ 3. Son los elementos más ligeros capaces de formar enlaces estables, su ligereza favorece su adaptación al campo gravitacional. ▫ 4. Capacidad de formar largar cadenas. C. ▫ 5. Capacidad para adoptar diferentes estructuras espaciales. ▫ 6. Dificultad para oxidarse: estabilidad en la atmósfera y desprenden mucha energía en su oxidación. • Elementos biogénicos secundarios: Mg, K, S, Na, Fe y Cl. Constituyen el 2% en masa de la materia viva. BIOELEMENTOS
- 12. Oligoelementos: (microconstituyentes), elementos oligodinámicos o vestigiales. No siempre se encuentran presentes en la materia viva, constituyen menos del 0,5% de la masa total del organismo. ▫ Son esenciales para la vida pero no superan un 0,1% de la masa total. Mn, Cu, Zn, F, I, B, Mo y Se. ▫ (cofactores) BIOELEMENTOS
- 13. LA MATERIA VIVA BIOELEMENTOS PIIMARIOS ENLACES QUÍMICOS INORGÁNICO SALES MINERALES OLIGOELEMENTOS SECUNDARIOS BIOMOLÉCULAS AGUA GLÚCIDOS LÍPIDOS PROTEÍNAS ACID.NUCLÉICOS ORGÁNICO DINÁMICA ENERGÉTICA ESTRUCTURAL Está formada por Por su abundancia son Si su proporción es muy pequeña son Establecen Formando de tipo de función son son
- 14. COMPUESTOS BIOLÓGICOS PRINCIPIOS INMEDIATOS Simples oxígeno molecular (02) y nitrógeno molecular (N2) Compuestos Inorgánicos (unidos por enlaces iónicos) agua, dióxido de carbono y sales minerales Orgánicos (unidos por enlaces covalentes) Glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos
- 15. El agua es la sustancia química más abundante en la materia viva. La cantidad presente en un organismo depende de la especie, de la edad del individuo y del órgano. Organismo % agua Tejido % agua Algas Caracol Crustáceos Espárragos Espinacas Estrella mar Persona adulta Hongos Lechuga Lombriz Maíz Medusa Pino Semilla Tabaco Trébol 98 80 77 93 93 76 62 80 95 83 86 95 47 10 92 90 Líq. cefalorraquídeo Sangre (plasma) Sangre (Gl. rojos) Tej. nervioso (s.gris) Tej. nervioso (Médula) Tej. nervioso (s.blanca) Músculo Piel Hígado Tej. conjuntivo Hueso (sin medula) Tej. adiposo Dentina 99 91-93 60-65 85 75 70 75-80 72 70-75 60 20-25 10-20 3 AGUA
- 17. • Molécula más abundante en los seres vivos. • Lugar de donde se originó la vida. • Medio para las reacciones químicas. • Sin agua no hay metabolismo. • Sin agua no hay reproducción. • Sin agua no hay vida. AGUA
- 18. • Propiedades físicas: 1. Elevada cohesión molecular. 2. Elevada tensión superficial. 3. Elevada fuerza de adhesión. 4. Coeficiente de dilatación negativo. 5. Elevado calor específico. 6. Elevado calor de vaporización. 7. Densidad mayor líquida que sólida. 8. Alta conductividad. 9. Transparencia. • Propiedades químicas: 1. Elevada constante dieléctrica: buen disolvente (solvatación) y dispersante 2. Bajo grado de ionización (pH) PROPIEDADES DEL AGUA
- 19. • Es el bioelemento 1º más electronegativo • En la biosfera, es el más abundante: 62% • Es polar OXÍGENO
- 20. • Forma los grupos amino: --NH2 • Se encuentra en los aminoácidos y en las bases nitrogenadas de los ácidos nucléicos Aminoácido. Las pelotitas rojas representan el grupo acido mientras la pelotita morada es el grupo amino. NITRÓGENO
- 21. • Forma el radical sulfidrilo (--SH) • Forma parte de nuestra dieta al ingresar como componente de aa: cisteína y metionina, los cuales forman proteínas. • La cisteína además forma parte del glutatión: importante en la detoxificación de drogas y la protección de células del daño oxidativo. AZUFRE
- 22. • Forma los grupos fosfato • Forma parte junto con el Ca de la hidroxiapatita del hueso, y de estructura química de los fosfolípidos, ácidos nucléicos, NAD y NADP y ATP. • Regula el pH de las células. FÓSFORO
- 23. • Na, K, Cl: ▫ Son electrolitos que regulan el balance de fluidos ▫ Importantes en la conducción nerviosa y contracción muscular. • Ca: ▫ del 99% hidroxiapatita de los huesos y dientes, o como carbonato de calcio en caparazones de moluscos ▫ El 1% restante del participa en la comunicación celular y en la permeabilidad de las membranas celulares, presión sanguínea, contracción muscular o la coagulación de la sangre BIOELEMENTOS SECUNDARIOS
- 24. • Mg: • Afecta el metabolismo del Ca, Na y K. • Clorofila, enzimas • La > parte se encuentra en los huesos y es esencial para mantener su estructura. • Activador de Rx. enzimáticas en las que participa el ATP • Replicación ADN y estabilización. • Síntesis ARN • Ayuda a mantener los potenciales eléctricos de las membranas de las neuronas y de los músculos y en la transmisión del impulso de los nervios a los músculos. BIOELEMENTOS SECUNDARIOS
- 25. HIERRO: • Esencial para la distribución del O2 hacia las células, al formar parte de 2 moléculas transportadoras de O2 : hemoglobina y mioglobina. • Forma parte también de varias proteínas que participan en: - la cadena transporte de e- mitocondrial: CITOCROMOS - metabolismo de drogas y - sistema inmune. OLIGOELEMENTOS
- 26. ZINC: • Forma parte de enzimas antioxidantes. • Necesario para el funcionamiento de unas 70 enzimas . • Participa en la protección de las células contra los radicales libres. • Tiene rol: - en el desarrollo de los órganos sexuales, - desarrollo de los huesos, - función del sistema inmune, - el almacenaje y liberación de insulina en el páncreas - la movilización de Vit. A del hígado y - la estabilización de las membranas celulares. OLIGOELEMENTOS
- 27. COBRE Hemocianina Necesario para el transporte de Fe y para mantener las membranas celulares de los glóbulos rojos. Componente de la enzima antioxidante superóxido dismutasa. Tiene un rol en el metabolismo del colesterol, su deficiencia los niveles de colesterol en la sangre. OLIGOELEMENTOS
- 28. • Cromo: Esencial para el transporte de glucosa hacia el interior de las células. • Molibdeno: Activador enzimático. • Boro: Metabolismo de Ca y Mg. • Cobalto: Forma parte de la Vit. B12 y enzimas que regulan la fijación del N OLIGOELEMENTOS
- 29. • Selenio: Interactúa con la Vit. E al proteger al cuerpo contra el daño oxidativo de los radicales libres. Síntesis de hormonas tiroideas. • Yodo: Síntesis de hormonas tiroideas. • Flúor: Necesario para la salud dental, se incorpora al esmalte del diente al formar fluorapatita , el cual es más resistente a los ácidos. OLIGOELEMENTOS
- 30. • MANGANESO: Asociado a enzimas degradativas de proteínas, factor de crecimiento y fotosíntesis. • LITIO: Incrementa secreción neurotransmisores. • SILICIO: diatomeas, tallos gramíneas y equisetos. OLIGOELEMENTOS
- 31. • Cuando se realiza una descomposición física de la materia viva, de forma que podamos separar cada una de las sustancias que la componen sin alterar • Evaporación, filtración, destilación, diálisis, cristalización, electroforesis, centrifugación Principios inmediatos o biomoléculas Principios inmediatos Simples O2 , N2 Compuestos Inorgánicos Agua, dióxido de carbono, sales minerales Orgánicos Glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucléicos PRINCIPIOS INMEDIATOS O BIOMOLÉCULAS
- 32. Proteínas 15 Lípidos 3 Azucares 2 DNA <0.5 Metabolitos intermedios >1.5 RNA 2 Sales 1 H20 75 PORCENTAJE DE BIOMOLÉCULAS DE UNA CÉLULA HUMANA
- 33. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS Lípidos Glúcidos A. Nucléicos Proteínas como Orgánicas Oligoelementos (Ca, Na, K, I, Fe, etc.) Primarios (C, H, O, N, P, S) Biomoléculas forman Simples N2, O2 como Propiedades físico- químicas Funciones biológicas Disolvente Bioquímica Transporte presenta Elevada fuerza de cohesión Alto calor específico Alto calor de vaporización Alta constante eléctrica Mayor densidad en estado líquido como como se encuentran Disueltas (Na+, Cl-) Precipitadas (CaCO3) Inorgánicas S.minerales Agua como pueden ser BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS
- 34. LOS GLÚCIDOS Aldosas GLÚCIDOS GALACTOSA GLUCOSA RIBOSA DESOXIRRIBOSA Monosacáridos Glucoconjugados Polisacáridos Oligosacáridos Cetosas RIBULOSA FRUCTOSA Lactosa Sacarosa Maltosa Celobiosa Homopolisacáridos Vegetales Animales Heteropolisacáridos Pectina Agar Agar Goma arábiga Peptidoglucanos Glucoproteínas Glucolípidos Enlace O-glucosídico se unen por formando son ejemplos ejemplos se clasifican ejemplos se clasifican Disacáridos Reserva Celulosa Almidón Quitina Glucógeno Estructural ejemplos GLÚCIDOS
- 35. Ácidos grasos Insaponificables Saponificables Lípidos complejos Lípidos simples Esteroides Insaturados Estructural Prostaglandina s Saturados Terpenos Sebo s Reserva Aceites Glucolípidos Ceras Acilglcérido s formados por Membranas celulares Gangliósido s Fosfoglicérid os Fosfoesfingolípid os Cerebrósido s Hormonas esteroideas Esteroles Hormonas Suprarrenales Hormonas Sexuales Aldosterona Cortisona Progesterona Testosterona Colesterol Carotenoides Vitamina A,E,K Fosfolípidos Relación celular se clasifican Vitamínica Estructural Regulación LÍPIDOS LÍPIDOS
- 36. LAS PROTEÍNAS PROTEÍNAS ESTRUCTURA CLASIFICACIÓN FUNCIONES Estructural Enzimática Hormonal Defensa Transporte Reserva Contráctil Aminoácidos Enlace peptídico Péptidos o proteínas Organización estructural unidos por formando tienen E. terciaria E. cuaternaria E. secundaria E. primaria Plegamiento espacial Proteínas oligoméricas Secuencia de aminoácidos hélice Conformación definida por es la sólo en 20 (según R) se distinguen Heteroproteínas Holoproteínas Fibrosas Globulares Colágeno Actina/Miosina Ej. Nucleoproteínas Lipoproteínas Fosfoproteínas Glucoproteínas Cromoproteínas Caseína Cromatina HDL, LDL FSH, TSH... Proteoglucanos Hemoglobina Ej. Ej. Ej. Ej. Ej. Ej. Albúminas Globulinas PROTEÍNAS
- 37. ENZIMAS CLASIFICACIÓN Oxidorreductasas Transferasas Hidrolasas Liasas Isomerasas Ligasas FUNCIÓN Biocatalizadores Energía activación velocidad reacción Cinética enzimática Concent. sustrato Temperatura pH Inhibidores actúan tipos Reversibles Irreversibles No competitivos Competitivos tipos ESTRUCTURA Inorgánica Holoenzima Estrictamente proteica Cofactor Apoenzima puede ser formada naturaleza de naturaleza Coenzimas Orgánica llamados Liposolubles (A, D, E, K) Hidrosolubles (B, C) Vitaminas por ejemplo se clasifican en actúan como ENZIMAS
- 38. LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Ac. fosfórico + Nucleósido (Azúcar pentosa + Base nitrogenada) ARN ADN polímeros de A, G, C, U polímeros de A, G, C, T NUCLEÓTIDOS Cromosoma bacteriano Nucleosoma Collar de Perlas Fibra de cromatina Bucles radiales Cromosoma lineal En procariotas En eucariotas Enrrollamiento en superhélice Niveles de empaquetamiento crecientes Conformación en hélice A, B o Z Ribozimas ARNm ARNr ARNt Síntesis de proteínas Función catalítica ATP, cAMP, GTP, ... Funciones varias (segundos mensajeros, energética, ...) ÁCIDOS NUCLÉICOS