El documento describe la importancia de los bioelementos a nivel molecular en la vida. Explica que la naturaleza se rige por principios de simplicidad molecular, donde el 98% de la materia viva se forma por la combinación de solo 4 elementos químicos. Además, todas las proteínas se forman por la combinación de 20 aminoácidos y todo el ADN por la combinación de 4 tipos de nucleótidos.

1. Bioelementos

2. Nivel molecular
 La naturaleza se rige por un principio de
simplicidad molecular
– El 98 % de la materia viva se forma por la
combinacion de4 elementos quimicos
– Sólo existen 4 tipos de biomoléculas orgánicas
– Todas las proteínas conocidas se forman por la
combinación de20 aminoácidos
– Todos los ADN de cualquier ser vivo se forman por
la combinación de 4 tipos de nucleótidos

3. Mn, Fe, Cu,
Zn, Co, I B, Al, Si, F, Cr,
Li, Va. Mo
(99) % de la mat. viva)

4. Oligoelementos
variables
Oligoelementos
indispensables
+

6. ©José Luis Sánchez Guillén
• Asequibilidad: son fáciles de conseguir ya que se
encuentran en moléculas abundantes (CO2, H2O,
nitratos)
• Polaridad: O y N son electronegativos, lo que favorece
la formación de compuestos polares (parte de la
molécula negativa y parte positiva) y emulsiones o
dispersiones coloidales, en su interacción con el agua.
• Capacidad de oxidorreducción del C y N, al
combinarse con el H (reducirse) o con el O (oxidarse)
creando potenciales de oxidorreducción de gran interés
en los procesos de obtención de energía (glucólisis,
cadena respiratoria,…)

7. ©José Luis Sánchez Guillén
• C, H, O, N, P, S tienen capas electrónicas externas
incompletas, por lo que pueden formar fácilmente
enlaces covalentes y formar biomoléculas
• El C es especialmente versátil formando el esqueleto
molecular de la materia viva.
• Al tener bajos pesos atómicos forman enlaces
convalentes estables y moléculas grandes y variadas.
• Algunos de los bioelementos secundarios (Na, K, Cl,…)
tienen alta capacidad de ionización, pudiendo crear
campos de fuerzas y gradientes electroquímicos,
importantes en numerosos procesos biológicos
(polaridad de la membrana, cadena respiratoria,…)

8. CARBONO
Tiene cuatro electrones en su
periferia y puede formar enlaces
covalentes estables con otros
carbonos. Éstos le permiten
constituir largas cadenas de
átomos (macromoléculas).
El carbono

9.  Los atomos de carbono asimétricos están presentes en la mayoría
de las biomoléculas
 Los átomos de C unidos a cuatro átomos o grupos de átomos
diferentes se llaman asimétricos
 Los enlaces formados por un C asimétrico se pueden disponer en
el espacio de 2 formas diferentes que son imágenes especulares
(estereoisómeros) una de otra (D, L ó R, S)
 Los estereoisómeros son tipo dextro (D, R) o levo (L, S) y poseen
actividades biológicas completamente distintas.
 Los C asimétricos son la característica estereoquímica principal de
los aminoácidos y los hidratos de carbono
Carbonos asimétricos:
estereoisomería

12. ©José Luis Sánchez Guillén

13. ©José Luis Sánchez Guillén

14. Funciones orgánicas
©José Luis Sánchez Guillén

15. Grupo tiol
- SH

16. ¿Moléculas de silicio?
Si el silicio tiene una configuración electrónica como la del C y es más
abundante,
¿por qué no se emplea en la formación de biomoléculas?
 Las cadenas formadas por átomos de silicio ( -Si -Si -) son
inestables
 Las cadenas formadas por átomos de silicio y de oxígeno (siliconas:
-Si-O-Si-O-), son tan estables que prácticamente son inalterables. Por
ello, no son aptas para los procesos biológicos.
 Mientras que el CO2 es gaseoso y soluble en agua, lo que permite
que sea expelido por los animales y absorbido por las plantas
mediante la fotosíntesis, el compuesto de silicio equivalente, SiO2
(sílice), es sólido e insoluble en agua.

17. La polimerización y la formación de biomoléculas

18. ©José Luis Sánchez Guillén
debido a la estructura
tetraédrica del C
Alfa hélice de
una proteína

19. ©José Luis Sánchez Guillén

20. Fortaleza de los enlaces químicos

21. En comparación, la energía térmica a 25ºC es < 4 kJ/mol

22. El enlace covalente doble obliga a todos los atomos
implicados a colocarse en el mismo plano

23. Las interacciones
débiles en medio
acuoso

24. ©José Luis Sánchez Guillén

25. ©José Luis Sánchez Guillén

26. La molécula de agua
posee un momento
dipolar causado por la
desigual compartición
de electrones
El enlace de H
(puente de hidrógeno)

27. Enlaces de H en macromoléculas

28. Enlaces de H en biomoléculas

30. ©José Luis Sánchez Guillén

31. El enlace iónico es débil en medio acuoso

32. Los iones en solucion acuosa están
rodeados de moleculas de agua (solvatados)

33. Las interacciones de Van der Waals están causadas por
dipolos transitorios

34. La interacción hidrofóbica

35. Los fosfolipidos se ensamblan espontáneamente mediante
interacciones hidrofóbicas formando diferentes estructuras
en medio acuoso

36. La forma estable de una proteína, que posee actividad
biológica, depende de interacciones débiles

37. Multiples interacciones no covalentes
determinan la unión específica

38. Importancia fisiológica de los
bioelementos
 Carbono: Formación de estructuras y material
energético (esqueleto de la vida)
 Nitrógeno: Estructuras y reacciones energéticas
(proteínas)
 Oxígeno: biomoléculas, transformaciones
energéticas
 Halógenos: influencia en el metabolismo (yodo),
regulación del pH
 Fósforo: Información genética (ADN), energética
(ATP), función estructural (fosfolípidos de
membrana), tampón sanguíneo (fosfato)

39. Importancia fisiológica de los
bioelementos
 Sodio y potasio: equilibrio iónico, control del impulso
nervioso
 Azufre: mantenimiento de la estructura terciaria de
las proteínas (puentes disulfuro)
 Calcio: estructuras de sostén. Factor catalítico.
Contracción muscular. Coagulación sanguínea,
estabilización del pH
 Magnesio: Factor catalítico. Cofactor de la clorofila
 Hierro: Cadena respiratoria (citocromos), transporte
de oxígeno (Hemoglobina)

40. Importancia fisiológica de los
bioelementos
 Cobre: factor catalítico, transporte de
oxígeno en invertebrados (hemocianina de
artrópodos y moluscos), absorción de Fe en
el tubo digestivo
 Cobalto: parte de la vitamina B12
 Manganeso: factor catalítico (arginasa)
 Zinc: Factor catalítico (anhidrasa carbónica)

41. HIDRÓGENO
• El único electrón que posee el átomo de hidrógeno le permite formar un
enlace con cualquiera de los otros bioelementos primarios..
• Las moléculas formadas sólo por carbono e hidrógeno son covalentes
apolares (insolubles en agua).
• Si algunos hidrógenos son sustituidos por grupos covalentes polares,
como -OH, = CO, -CHO, -COOH, -NH2
, -SH2
, etc., la molécula orgánica
puede llegar a ser soluble en agua. Por ejemplo, la glucosa (C6
H12
O6
) la
glicerina (C3
H8
O3
) los aminoácidos, etc.

42. OXÍGENO
• Es el bioelemento primario más electronegativo, por lo que
tiende a sustraer electrones a otros átomos, oxidándoles.
• La oxidación comporta la rotura de enlaces y la liberación de una
gran cantidad de energía, por lo que la reacción de los
compuestos de carbono con el oxígeno, la llamada respiración
aeróbica, es la forma más común de obtener energía.

43. OXÍGENO
• Es el bioelemento primario más electronegativo, por lo que
tiende a sustraer electrones a otros átomos, oxidándoles.
• La oxidación comporta la rotura de enlaces y la liberación de una
gran cantidad de energía, por lo que la reacción de los
compuestos de carbono con el oxígeno, la llamada respiración
aeróbica, es la forma más común de obtener energía.

44. • La oxidación de los compuestos biológicos se realiza
básicamente mediante la sustracción de hidrógenos a los átomos
de carbono. Como el oxígeno atrae hacia sí el electrón del
hidrógeno con más fuerza que el carbono, consigue quitárselo o
desplazarlo hacia él, lo que origina al menos una pérdida parcial
de carga.
• En el proceso, se forma agua y se libera una gran cantidad de
energía, que aprovechan los seres vivos.
C6H12O6+ 6O2 6CO2 + 6H2O + Energía (ATP)
OXÍGENO

45. EL NITRÓGENO
• Al igual que el carbono y el azufre, presenta una gran facilidad
para formar compuestos tanto con el hidrógeno (NH3
) como con
el oxígeno (NO3
), lo cual permite, en el paso de una forma a la
otra, la liberación de energía.
• Forma los grupos amino ( -NH2
) de los aminoácidos y las bases
nitrogenadas (ácidos nucleicos).
• Prácticamente todo el nitrógeno es incorporado al mundo vivo
por las algas y las plantas, que lo absorben disuelto en forma de
ión nitrato (NO3
), producido por las bacterias fijadoras de N2

46. EL FÓSFORO
• Este elemento forma enlaces ricos en energía. Al romperse el enlace que
une dos grupos fosfato -PO3
-
-PO3
-
-PO3
2-
, en el ATP, se libera al
organismo la energía contenida en dicho enlace, unas 7,3 kcal por mol
de grupos fosfato liberados.
• En estos enlaces se almacena la energía liberada en las oxidaciones de
la respiración antes citada.
• Además, el fósforo es muy importante porque interviene en la
constitución de los ácidos nucleicos (ADN y ARN), de los fosfolípidos de
la membrana plasmática y de los huesos de los vertebrados, y porque
ayuda a mantener constante la acidez del medio interno del organismo.

47. ©José Luis Sánchez Guillén