Lic. Carlos Miguel Oroza Valdez 11




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Lic. Carlos Miguel Oroza Valdez
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UNIDAD # 2: BIOMOLÉCULAS

2.1. Definición y clasificación.-

Todo ser viviente como parte fundamental de su estructura orgánica posee moléculas que constituyen la composición celular y por ende de los tejidos, órganos aparatos y sistemas.

En la presente unidad trataremos sobre la estructura molecular, propiedades, características e importancia de las biomoléculas.
2.1.1 Definición de biomolécula: Conocidas también con el nombre de principios activos o principios inmediatos. Son moléculas de naturaleza tanto inorgánica como orgánica que resultan de la combinación de los bioelementos.
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Biomoléculas inorgánicas

Biomoléculas orgánicas

- Agua

- Gases

- Ácidos y bases

- Sales minerales

- Carbohidratos

- Proteínas

- Lípidos
- Biocatalizadores


- Ácidos nucleicos

- Virus y priones

- Enzimas

- Hormonas

- Vitaminas

- Ergomoléculas

- ARN

- ADN
.1.2 Clasificación de las biomoléculas: Por la naturaleza de su estructura molecular y su procedencia, las biomoléculas pueden clasificarse en dos grandes grupos, tal como se muestra en el siguiente esquema:

2.2. Biomoléculas inorgánicas.-

Las biomoléculas inorgánicas presentan como característica fundamental enlaces que pueden ser covalentes polares, no polares e iónicos como en el caso de las sales.
2.2.1 Agua: Es la biomolécula inorgánica más importante para la vida, ocupa las tres cuartas partes de la superficie terrestre y en la naturaleza se encuentra en los estados principales (sólido, líquido y gaseoso).

- Su molécula es del tipo heteronuclear y triatómica. Compuesta por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno.
a) Estructura molecular: Posee una geometría tetraédrica irregular, lo que origina un ángulo de enlace entre hidrógeno e hidrógeno de 104,5o.

- Es un compuesto con momento dipolar integrado por enlaces covalentes polares.








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Unidad # 2: Biomoléculas
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b) Propiedades físicas: Posee un punto de ebullición (Peb) a nivel del mar de 100 oC , una densidad() de 1 g/ml a una temperatura de 4 oC, su punto de fusión (Pf) es de 0 oC, con un calor específico de (Ce) 4,184 J/g oC.

- Presenta un alto grado de tensión superficial por la cohesión de sus moléculas.

- Térmicamente es muy estable debido los enlaces puente de hidrógeno (EPH) que forma entre molécula y molécula lo que hace necesario aplicar más calor de lo esperado para hacerla e bullir, y permite que siendo un compuesto de bajo peso molecular (PM =18 g/mol) tenga un punto de ebullición muy alto.




Enlace puente de hidrógeno que se forma entre dos molécula de agua



En la figura se muestra los enlaces puente de hidrógeno que se generan entre las moléculas de agua



EPH


Es importante hacer notar que la capacidad para formar los enlaces puente de hidrógeno es de cuatro enlaces por molécula de agua, tal como se aprecia en el siguiente gráfico:




Representación de la estructura molecular del agua mediante orbitales moleculares





- En el hielo el número de enlaces puente de hidrógeno aumenta en seis

- Se descompone a una temperatura de 1000 oC o por proceso de electrólisis según la siguiente ecuación:


2H20 (l)  2 H2 (g) + O2 (g)

Para lo cual es tiene que aplicar un electrólito fuerte como el acido sulfúrico y corriente eléctrica no mayor de 12 voltios


c) Propiedades químicas: El agua reacciona con los metales alcalinos (grupo IA) formando directamente hidróxidos con desprendimiento de hidrógeno y energía, de acuerdo a la siguiente ecuación:


2 Na (s) + 2 H20 (l)  2 NaOH (ac) + H2 (g) + E

La energía se manifiesta en la mayoría de veces como calor y algunas veces como luz

- Con los óxidos básicos forma hidróxidos y con los óxidos ácidos o anhídridos forma oxácidos, lo que pone en evidencia el carácter anfótero del agua, tal como se aprecia en las siguientes ecuaciones:


CaO (s) + H20 (l)  Ca(OH)2 (ac)

óxido de calcio hidróxido de calcio


SO3 (g) + H20 (l)  H2SO4 (ac)

anhídrido sulfúrico ácido sulfúrico



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- A pesar que en la actualidad al agua se la ha clasificado como un hidruro, tiene las propiedades de un óxido, puesto que si en condiciones especiales se la oxigena se produce el peróxido de hidrógeno o agua oxigenada:


2 H20 (l) + O2 (g)  2 H202 (ac)

Peróxido de hidrógeno


Comercialmente se expende el agua oxigenada como solución porcentual v/v en concentraciones del 20 al 40%


d) Distribución corporal: El contenido de agua en un organismo vivo depende de su hábitat y actividad metabólica. Considerado como disolvente universal es el principal solvente polar en el protoplasma celular.

- En los tejidos humanos el porcentaje de agua varía, 20% en los huesos, 85% en células cerebrales.

- Aproximadamente el 70% del peso corporal de una persona es agua. En otros organismos vivientes como las medusas o malaguas, el porcentaje de agua varía del 95 al 97%; en las semillas es del 5%.

- Dos tercios del agua dentro de la célula puede estar como agua intracelular o agua extracelular.

* Agua intracelular; puede a su vez presentarse como agua libre, el 95% de esta agua es usada como solvente y como dispersante del coloide protoplasmático. También puede encontrarse como agua ligada, en un 5%, esta agua es la que está unida laxamente a las proteínas.

* Agua extracelular; que puede estar como agua intersticial formando parte de las sustancias intercelulares y compartimientos del líquido cefalorraquídeo, líquido sinovial, etc., o como plasma, es decir, dentro de los vasos sanguíneos y linfáticos como constituyente principal del plasma sanguíneo.
e) Factores que afectan la concentración de agua corporal: La concentración de agua en el organismo no es la misma en toda la estructura corporal, ni tampoco durante toda la vida, varía según tres criterios:

* Por el tipo de células y tejidos; las células que contienen la menor cantidad de agua son las células grasas (adipocitos), por el contrario el tejido nervioso necesita mucha cantidad de agua para facilitar la función de transmisión de los impulsos nerviosos.

* Por la edad; la cantidad de agua en el organismo va disminuyendo a medida qua aumenta la edad. La piel de los recién nacidos contiene mayor cantidad de agua que la de los niños y la de estos que la de los jóvenes, etc.

* Por el sexo; en las mujeres existe mayor grasa corporal que en los hombres y por ende tienen menor concentración de agua.
f) Funciones fisiológicas del agua en los seres vivos: El agua realiza diversas funciones fundamentales en los seres vivientes, entre las más importantes tenemos:

- Presenta la función disolvente de sustancias debido a su naturaleza de molécula dipolar. El poder disolvente del agua se manifiesta de dos formas; el agua puede formar soluciones iónicas cuando disuelve sales minerales que por lo general están formadas por enlace iónico o electrovalente. Por ejemplo, si se disuelve un cristal de la sal cloruro de potasio KCl, las moléculas de agua rodean la estructura cristalina y se orientan unas con su lado negativo hacia el potasio y otras con su lado positivo hacia el cloro, esto por la diferencia de carga. Las moléculas del agua ejercen fuerza de atracción electrostática y van destruyendo la estructura del cristal de cloruro de potasio sacando a los átomos que inmediatamente se transforman en iones, el ión potasio (catión) y el ión cloruro (anión). Tal como se muestra en la siguiente reacción de ionización:


KI (s)  K+ (ac) + Cl-(ac)

Ión potasio ión cloruro


La ecuación de ionización muestra a ambos iones separados en solución acuosa, formando una solución iónica y con la consiguiente obtención de un electrólito.


- Un electrólito es una sustancia que en solución acuosa es capaz de conducir la corriente eléctrica.

En los gráficos de abajo se muestra el proceso de atracción electrostática en el caso de la formación de la solución iónica del yoduro de potasio






Moléculas de agua orientándose con la parte positiva hacia

El proceso se completa cuando las moléculas del agua terminan de separara a cada uno de los iones, esto se denomina solvatación, donde cada ión es rodeado por seis moléculas de agua.


el ión

cloruro




Moléculas de agua orientándose con su parte negativa hacia el ión potasio







Ión potasio
agua




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Unidad # 2: Biomoléculas
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- El otro tipo de solución que forma el agua con otros compuestos dipolares como él, es la solución molecular. El ejemplo más específico es la solución que forma el agua con el alcohol etílico o etanol, donde el EPH es el que el permite la unión entre moléculas de agua con las del alcohol. En este caso la solución no forma electrólitos, ya que no tiene la facultad de conducir la corriente eléctrica.

- A pesar que el agua es considerada como disolvente universal por su gran poder de solubilidad, no disuelve a todas las sustancias, las grasas, ceras, aceites y lípidos en general no se pueden disolver en ella, porque su naturaleza molecular y el tipo de enlace covalente no polar no permiten que se unan, así mismo, la tensión superficial del agua y la diferencia de densidades donde generalmente las sustancias grasas son menos densas que el agua evitan que se forme una solución.

- Tiene la función de transporte de sustancias tanto nutritivas como de sustancias de desecho (proceso de excreción) mediante la respiración, transpiración, micción y defecación.

- Posee la función estructural, ya que mantiene el volumen y forma de las células y de organismos invertebrados sencillos, como en el caso de la lombriz de tierra, medusas, etc. (función de esqueleto hidrostático).

- Evidencia la propiedad termorreguladora, ya que ayuda a conservar estable la temperatura corporal debido a su alto calor específico.

- Pone de manifiesto la función mecánica – amortiguadora, actúa como lubricante en todas las regiones corporales al estar como líquido intracelular y extracelular, evitando el roce y la fricción entre tejidos y órganos.
g) El agua como reactivo químico: Las propiedades físicas del agua antes mencionadas son para el compuesto químicamente puro, conocido como agua destilada y desionizada.

- El agua destilada es considerada como reactivo químico, ya que se utiliza para la preparación de sueros, soluciones, antídotos, etc., es incolora, inodora e insípida; no tiene sabor alguno, en comparación con el agua potable que sí posee sabor por las sales disueltas.

- No está considerada como alimento, puesto que no posee ningún tipo de sal, ni oxígeno disuelto en ella, si bien es cierto es inocua, no es recomendable consumirla, ya que como no aporta ningún tipo de nutriente, más por el contrario disuelve las sales del organismo sin mantener la concentración que debe de haber para el buen funcionamiento de las funciones metabólicas.

- El agua destilada no existe en la naturaleza, la única manera de obtenerla es mediante el proceso de destilación (ebullición, evaporación y condensación). Los aparatos que se utilizan son los destiladores, tal como se muestra en la siguiente figura:




En el proceso de destilación el agua al hervir se evapora, el vapor sube por un refrigerante (Liebig) que por cambio de temperatura hace que el vapor se condense y caiga en el matraz como gotas


Balón de

2.2.2 Gases: Se denomina gas a toda sustancia química que a temperatura y presión normales (TPN) se mantienen en ese estado. Esto significa que a una temperatura de 25 oC y a una presión de 760 mm de Hg o una atmósfera la sustancia conserva las propiedades de gas, lo que no ocurre con los vapores.

Dentro de los gases más importantes considerados como biomoléculas inorgánicas tenemos en primer lugar al oxígeno, luego al ozono y finalmente al dióxido de carbono.
a) Oxígeno: Es un elemento químico gaseoso divalente, incoloro, cuya proporción en la atmósfera es de 21%.

- En combinación con los demás elementos químicos forma diferentes clases de óxidos, ácidos, bases y sales.

- Es esencial para la respiración y combustión. Con la hemoglobina Hb (proteína de la sangre) forma un compuesto denominado oxihemoglobina HbO2, con el cual los glóbulos rojos pueden transportar el oxígeno a través del torrente sanguíneo.

- El oxígeno es producido por las plantas mediante el proceso de fotosíntesis durante la etapa luminosa o reacción de Hill.

- Los organismos como las propias plantas, los animales y la mayoría de microorganismos que necesitan el oxígeno para respirar se denominan seres aeróbicos o aerobios.
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