Parte de la Biología que estudia las moléculas que forman los seres vivos. Los seres vivos




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fecha de publicación20.01.2016
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BIOQUÍMICA
Parte de la Biología que estudia las moléculas que forman los seres vivos.
Los seres vivos
Vida: es la capacidad que tienen ciertos organismos de auto organizarse a partir de su entorno y de perpetuarse a lo largo del tiempo.
Los seres vivos realizan una serie de funciones (funciones vitales)


  • Desarrollo: el ser vivo toma del medio, materia y energía y la procesa para su desarrollo. El desarrollo de un ser vivo puede implicar el tamaño del número de células o cambios en sus estructuras.




  • Reproducción: capacidad de generar individuos con igual organización. La información necesaria para formar otro ser vivo se almacena en el código genético.




  • Relación: Es la captación de estímulos procedentes del entorno del ser vivo. Dichos estímulos son procesados y producen las respuestas adecuadas.



Ser vivo: Conjunto organizado de materia con una estructura molecular, basada en el carbono y con capacidad de reproducirse, desarrollarse y relacionarse con su entorno.

Niveles de organización de la materia viva: La materia que forma los seres vivos se encuentra organizada en diversos niveles cada nivel superior contiene a los inferiores


  • Nivel Atómico: Los átomos que forman los seres vivos se denominan bioelementos.

  • Nivel Molecular: Los bioelementos se combinan entre sí, dando lugar a las biomoléculas.

  • Nivel organular: Los orgánulos son pequeñas estructuras que desempeñan funciones determinadas dentro de la célula, están formadas por biomoléculas.

  • Nivel celular: La célula es la unidad más pequeña que puede considerarse un ser vivo para la autonomía propia (organismos unicelulares), está formado por orgánulos.

  • Nivel tejido: Agrupaciones de células.

  • Nivel órgano: Los órganos son agrupaciones de tejidos de diversos tipos y se agrupan en aparatos.

  • Nivel Individuo: Los seres vivos están formados por un conjunto de órganos y aparatos. Es capaz de realizar las funciones vitales.

  • Nivel Población: Conjunto de individuos de la misma especie que vive en un lugar y momento determinados.

  • Nivel Ecosistema: Está formado por biotopo y biocenosis.

Biotopo: Conjunto de condiciones fisicoquímicas que se dan en una zona concreta.

Biocenosis: Conjunto de poblaciones que habitan en una región, estableciendo relaciones entre ellas.

Bioelementos
Bioelementos: Son los elementos químicos que forman parte de la materia viva. Se clasifican según la cantidad en la que están presentes dentro de los seres vivos.



  • Bioelementos primarios: constituyen aproximadamente el 96% de la materia viva; son el C, O, H, N, P*, S*

El P y el S no siempre son considerados bioelementos primarios.
El C: Es el elemento químico más abundante en la materia viva.

Tiene la capacidad de formar 4 enlaces distribuidos en forma de tetraedro. Puede formar cadenas lineales, ramificadas y grupos cíclicos.
El H: Es el elemento químico que presenta mayor afinidad con el carbono. Las uniones del H y el C originan los hidrocarburos.
El O: Se une al H fácilmente y origina grupos funcionales que darán distintas propiedades a las biomoléculas que los llevan.
El N: Es muy abundante en los ácidos nucleicos y en las proteínas.

El P: Forma parte de los fosfolípidos presentes en las membranas celulares, también aparece en los ácidos nucleicos. Entra a formar parte del ATP.
El S: Se encuentra presente en un gran número de aminoácidos.


  • Bioelementos secundarios: Constituyen aproximadamente el 3- 4 % de la materia viva. Son: Ca, Na, K, Mg, Cl,

El Ca: Forma parte de los carbonatos que constituyen los huesos

y las partes duras del cuerpo de los animales. Participa en la contracción muscular.

El Na: Muy abundante en el medio extracelular. Participa en los fenómenos osmóticos. Indispensable para la transmisión del impulso nervioso.
El K: Muy abundante en el medio intracelular. Participa en los fenómenos osmóticos y en la transmisión del impulso nervioso.

.

- Oligoelementos: Todo aquel bioelemento que se encuentra en una

cantidad inferior al 0,1%. Son Li, Al, Se, Fe, Si, F, Co…..
Pueden ser de dos tipos: esenciales en todos los organismos y no esenciales.

El Li: Es un estabilizador del estado de ánimo.
El Se: Es necesario para el correcto funcionamiento del hígado.
El F: Forma parte del esmalte dentario.
El Si: Da consistencia al tejido conjuntivo.
El Fe: Forma parte de la hemoglobina.

Biomoléculas
Son las moléculas que constituyen los seres vivos. Resultan de la combinación química de bioelementos. Se les denomina también principios inmediatos. Se clasifican en dos grupos:


  1. Biomoléculas inorgánicas: Son aquellas que se encuentran en los seres vivos, pero no son exclusivas de ellos: H2O y sales minerales...

  2. Biomoléculas orgánicas: Son exclusivas de los seres vivos y siempre presentan carbono en su composición. Son: Glúcidos, Lípidos, Proteínas, Ácidos Nucleicos y Vitaminas.

Biomoléculas Inorgánicas


  1. El AGUA: es la sustancia química más abundante en la materia viva (en el hombre un 63% de su peso aprox.). Podemos encontrarla de forma circulante (sangre o linfa), intersticial (en los espacios entre células y tejidos) o intracelular.



Químicamente está formada por dos átomos de H y uno de O unidos entre sí por medio de un enlace covalente polar. Esta polaridad favorece la interacción entre las moléculas de agua, estableciéndose entre ellas uniones por puentes de hidrógeno. Estos enlaces son más débiles que los covalentes y se forman y rompen constantemente.
Los puentes de hidrógeno forman uniones inestables entre las moléculas de agua, confiriéndole el carácter líquido.
Propiedades del agua



  1. Elevada fuerza de cohesión: lo que provoca que sea incompresible y tenga una elevada tensión superficial. Debido a esta propiedad el agua da volumen a las células, a las plantas e incluso actúa como citoesqueleto de algunos invertebrados(gusanos).

También ejerce una función amortiguadora en las articulaciones de los animales vertebrados.


  1. Elevada tensión superficial. Permite que la superficie de agua sea como una película que ofrece resistencia y que aprovechan algunos seres vivos para desplazarse sobre ella.




  1. Elevado calor específico: es necesario suministrar mucho calor para elevar su temperatura por ello puede almacenar mucho calor. Esto explica su función termorreguladora y los seres vivos la utilizan para mantener una temperatura constante.




  1. Elevada fuerza de adhesión: Las moléculas de agua se adhieren entre sí y a las paredes de los tubos estrechos por donde suben en contra de la acción de la gravedad (capilaridad). Esto es aprovechado por las plantas para impulsar la savia bruta.




  1. Densidad: El agua en estado sólido es menos densa que en estado líquido, de ahí que el hielo flote. Esto permite que en climas fríos el agua forme una película superficial que proteja a los seres vivos que viven en el interior de ríos, lagos…




  1. Elevada conductividad térmica: El agua es un buen transmisor del calor.




  1. Elevado poder de vaporización: Se necesita mucho calor para transformar el agua líquida en vapor ya que se deben romper todos los enlaces.




  1. Elevada capacidad disolvente: Debida al carácter bipolar disuelve bien los compuestos iónicos (sales) y algunas biomoléculas.




  1. Bajo grado de ionización: En el agua líquida encontramos una pequeña cantidad de moléculas ionizadas. Esto permite que el agua sea considerada como una sustancia neutra cuyo ph será 7


2. LAS SALES MINERALES: Podemos encontrarlas, en los seres vivos de diferentes maneras:


  1. Estado Sólido (precipitados) forma estructuras insolubles con función esquelética y de sostén Ej. Conchas de moluscos.




  1. Disolución: las sales disueltas se presentan en forma de aniones y cationes. Su función es regular el pH y los equilibrios osmóticos. Participan en reacciones enzimáticas.


Funciones: Hay 2:


  1. Intervienen en los procesos osmóticos:



- Ósmosis: proceso mediante el cual un disolvente pasa a través de una membrana semipermeable.



Cuando tenemos dos concentraciones diferentes separadas por una membrana semipermeable éstas tienden a igualarse moviéndose el disolvente de la que tiene menor concentración a la que tiene mayor concentración.
Si la diferencia es grande puede producirse la lisis celular.



  1. Regulación del pH: el pH expresa la concentración de iones de hidrógeno (H+) presentes en un medio. Para que los fenómenos vitales puedan desarrollarse con normalidad, el pH debe ser constante y próximo a la neutralidad (7). Las reacciones metabólicas de los seres vivos liberan moléculas que alteran la acidez (pH). Para compensar estas alteraciones, los organismos poseen unos mecanismos denominados (Sistemas Tampón o amortiguadores del pH). En estos mecanismos es muy importante la intervención de las sales minerales.



Biomoléculas orgánicas
Glúcidos:
Los glúcidos son biomoléculas orgánicas formadas por Carbono, Hidrógeno y Oxígeno. Reciben también el nombre de azúcares, carbohidratos o hidratos de carbono. La importancia biológica principal de este tipo de moléculas es que actúan como reserva de energía o pueden conferir estructura, tanto a nivel molecular (forman nucleótidos), como a nivel celular (pared vegetal) o tisular (tejidos vegetales de sostén, con celulosa).
Fórmula CnH2nOn
Funciones:


  1. F. energética: Los glúcidos son una fuente de energía para la célula y los almacenan en forma de largas cadenas (polisacáridos) Ej.: glucógeno ( animales) y almidón ( vegetales)


  1. F. estructural: Forman parte de las estructuras celulares, suelen estar presentes en las membranas citoplasmáticas. Ej. La pared celular de las células vegetales (celulosa)



Clasificación:


  1. Monosacáridos: (OSAS)


Son glúcidos que tienen de 3 a 7 átomos de carbono. (Triosas, tetrosas….heptosas)
Pueden ser aldosas o cetosas


  1. Ósidos:

Están formados por monosacáridos y a veces por otras moléculas.
1- Holósidos:- Formados sólo por monosacáridos. Pueden ser:
-A) Oligosacáridos: formado por la unión de 2-10 monosacáridos
-B) Polisacáridos: formado por la unión de más de 10 monosacáridos.

.
2-Heterósidos: - Formados por glúcidos y otras moléculas.

1-Monosacáridos:
Son glúcidos sencillos que no pueden descomponerse en otros más simples. Son dulces, blanquecinos y solubles en el agua (azúcar)
Son compuestos químicos cuya fórmula empírica es CnH2nOn. Resultan de sustituir en un poli alcohol un grupo hidroxilo por un grupo carbonilo (aldehídico o cetónico)

Según su grupo funcional principal se clasifican en:


  1. Aldosas: El grupo hidroxilo se sustituye por un grupo aldehídico, que ocupa siempre un carbono Terminal.




  1. Cetosas: El grupo hidroxilo se sustituye por un grupo cetónico que ocupa un carbono que no sea Terminal.


Tanto las aldosas como las cetosas se denominan pentosas, hexosas…según el número de átomos de carbono que tengan.
Los monosacáridos se nombran según su nº de carbonos y según su grupo funcional:



NºDE CARBONOS







NOMBRE

ALDEHIDOS

CETONAS

3

TRIOSA

ALDOTRIOSA

CETOTRIOSA

4

TETROSA

ALDOTETROSA

CETOTETROSA

5

PENTOSA

ALDOPENTOSA

CETOPENTOSA

6

HEXOSA

ALDOHEXOSA

CETOHEXOSA

--Propiedades Químicas de los monosacáridos:
1-Tienen poder reductor: esto significa que tienen capacidad de ceder electrones, por tanto se oxidan fácilmente.
2-Tienen isomería: isómeros son aquellas moléculas con igual composición (forma molecular) pero distintas propiedades, ya que poseen distinta disposición espacial.
-Son moléculas que presentan carbonos asimétricos. Por tanto pueden presentar la misma fórmula molecular pero diferente forma: es decir pueden presentar ―isomería‖:
- Isómeros de función. Si se diferencian sólo en la posición de su grupo carbonilo. La presentan los compuestos como las aldosas y las cetosas.
- Estereoisómeros.- Si se diferencian en la posición de los grupos –OH de sus carbonos asimétricos, es decir si se colocan a la derecha o izquierda. Un carbono asimétrico es aquel que tiene sus cuatro valencias saturadas por diferentes radicales.
Cuando el grupo OH del carbono asimétrico más alejado del grupo carbonilo está a la derecha, tendremos un esteroisómero de forma D, si está a la izquierda es de la forma L.



D- Gliceraldehido L-Gliceraldehido

Dihidroxiacetona



3.- Actividad óptica: Algunos monosacáridos en disolución presentan actividad óptica. Es decir, pueden desviar el plano de la luz polarizada. Cuando lo desvían en el sentido de las agujas del reloj se llaman dextrógiros(+) y si la giran en sentido contrario se llaman levógiros (-)
-Tipos de fórmulas en monosacáridos:
Lineales: es la manera más frecuente de representarlos. Se representan en el plano con enlaces simples que forman ángulos de 90º. El grupo funcional principal se coloca en la parte superior y los grupos hidroxilos e hidrógenos a la derecha o a la izquierda según la fórmula.
Cíclicas: Las aldopentosas y todas las hexosas se encuentran cicladas en disolución. Estos anillos se forman mediante un puente de oxígeno establecido entre el grupo carbonilo y grupo hidroxilo del penúltimo carbono (enlace hemiacetálico). Existen dos formas de figuras cicladas: con forma pentagonal (furanos) y con forma hexagonal (piranos)



Glucopiranosa Ribofuranosa

- Monosacáridos de interés biológico:
Son los constituyentes de todos los glúcidos. Actúan como nutrientes de las células para la obtención de energía. Algunos de ellos son metabolitos intermediarios de importantes procesos biológicos.


  1. Triosas Los más importantes son el gliceraldehido y la dihidroxiacetona que son metabolitos intermediarios de la degradación de la glucosa.




  1. Pentosas: Tiene especial relevancia la ribosa por ser el componente estructural de los ácidos nucléicos como el ARN, y la desoxirribosa (le falta un oxígeno del carbono 2) que forma los nucleótidos constituyentes del ADN.



3 -Hexosas:
- Glucosa.- Es el glúcido más importante por ser el principal formador de glúcidos más complejos como disacáridos o polisacáridos. Además en animales es el principal nutriente utilizado para la obtención de energía. Se encuentra en forma libre en las frutas. Se encuentra en una cantidad de 1 g/l. en sangre.
- Fructosa.- Se encuentra en las frutas, en el líquido seminal. En el hígado se transforma en glucosa.
- Galactosa.- No se encuentra en estado libre, sino formando parte de la lactosa.

2-Osidos

Oligosacáridos: los más importantes en la naturaleza son los disacáridos

Disacáridos:

Son moléculas que resultan de la unión de dos monosacáridos que pueden ser del mismo tipo o distintos. Estos monosacáridos se unen entre sí mediante el enlace O-glucosídico.
El enlace O-glucosídico se forma de la siguiente manera:





Disacáridos de interés biológico:

Lactosa (glucosa + galactosa) Es el azúcar de la leche de los mamíferos.

Sacarosa (glucosa + fructosa) Es el azúcar de consumo habitual. Se extrae de la caña de azúcar y de la remolacha.

Maltosa (glucosa + glucosa) Es el azúcar de malta. Procede de la hidrólisis del almidón o del glucógeno


Polisacáridos:
Son moléculas resultantes de la unión de muchos monosacáridos, en ocasiones varios/ miles. Se unen entre sí mediante enlaces O-glucosídicos y forman largas cadenas lineales o ramificadas.

Si parten de un mismo monosacárido que se repite miles de veces se denominan homopolisacáridos y si se forman por monosacáridos diferentes se denominan heteropolisacáridos.

Dentro de los homopolisacáridos destacan:
- ALMIDÓN.- Homopolisacárido de origen vegetal con función de reserva energética. Está formado por la unión de moléculas de glucosa que adoptan dos estructuras diferentes:

Amilosa: constituida por cadenas lineales de glucosa que se encuentran arrolladas en forma helicoidal.

Amilopectina: formada por moléculas de glucosa con estructura ramificada.

El almidón se almacena en los plastos de las células vegetales y es abundante en los órganos de reserva de las plantas: raíces, tubérculos y semillas.

Constituye la base de la dieta de numerosas especies de seres vivos incluida el hombre. Se encuentra en el arroz, patata, maíz, trigo, etc.
- CELULOSA.- Polisacárido de origen vegetal y función estructural. Está formada por la unión lineal de moléculas de glucosa. Estas cadenas se unen en paralelo por medio de enlaces por puente de hidrógeno. Estas uniones originan unas estructuras de gran resistencia: la unión de 60 ó 70 cadenas originan una micela de celulosa, la unión de 20 ó 30 micelas da lugar a una microfibrilla que se asocian entre sí dando lugar a una fibra.

Forma parte de la pared de todas las células vegetales.
- GLÚCÓGENO.- Polisacárido de origen animal y función de reserva energética. Está formado por una estructura ramificada de moléculas de glucosa. Se almacena en gránulos en el hígado y músculo donde se hidroliza (rompe) fácilmente para dar una gran cantidad de glucosa, cuando lo requiera el organismo.
- QUITINA.- Polisacárido de origen animal y función estructural. Se encuentra en el exoesqueleto de artrópodos y en la pared celular de hongos.
Dentro de los heteropolisacáridos destacaremos las pectinas que actúan como gelificantes y el agar-agar, obtenido de las algas rojas muy utilizado como espesante alimentario y para elaborar medios de cultivos para bacterias y otros microorganismos.



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