Biocompuestos y bioelementos 11

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Explica la acción de los elementos químicos en los organismos vivos.

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Biocompuestos y bioelementos 11

  1. 1. Página |1BIOLELEMENTOS Y BIOCOMPUESTOS-lunes, 11 de julio de 2011. Lic. Torres, Héctor Mario. INEM “LUIS LOPEZ DE MESA” BIOLEMENTOS Y BIOCOMPUESTOS INORGÁNICOS Y ORGÁNICOS VILLAVICENCIO 11/07/11NOMBRE: GRADO: 11- FECHA: NOTA: BIOLEMENTOSLa materia viva presenta unas características y propiedades distintas a las de la materia inerte. Estas características ypropiedades encuentran su origen en los átomos que conforman la materia viva. Los átomos que componen la materiaviva se llaman bioelementos.De los 92 átomos naturales, nada más que 27 son bioelementos. Estos átomos se separan en grupos, atendiendo a laproporción en la que se presentan en los seres vivos. Bioelementos % en la materia viva Átomos Primarios 96% C, H, O, N, P, S Secundarios 3,9% Ca, Na, K, Cl, I, Mg, Fe Oligoelementos 0,1% Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Ni, Si...Bioelementos primariosSon los elementos más abundantes en los seres vivos.La mayor parte de las moléculas que componen los seres vivos tienen una base de carbono. Este elemento presentauna serie de propiedades que hacen que sea el idóneo para formar estas moléculas. Estas propiedades son lassiguientes: 1. Forma enlaces covalentes, que son estables y acumulan mucha energía.
  2. 2. Página |2BIOLELEMENTOS Y BIOCOMPUESTOS-lunes, 11 de julio de 2011. Lic. Torres, Héctor Mario. 2. Puede formar enlaces, hasta con cuatro elementos distintos, lo que da variabilidad molecular. 3. Puede formar enlaces sencillos, dobles o triples. 4. Se puede unir a otros carbonos, formando largas cadenas. 5. Los compuestos, siendo estables, a la vez, pueden ser transformados por reacciones químicas. 6. El carbono unido al oxígeno forma compuestos gaseososTodas estas propiedades derivan de su pequeño radio atómico y a la presencia de 4 electrones en su última capa.El Hidrógeno, el Oxígeno y el Nitrógeno también son capaces de unirse mediante enlaces covalentes estables. Formanparte de las cadenas de carbono que componen las moléculas de los seres vivos.Bioelementos secundariosSon elementos que se encuentran en menor proporción en los seres vivos. Se presentan en forma iónica.El Calcio puede encontrarse formando parte de los huesos, conchas, caparazones, o como elemento indispensablepara la contracción muscular o la formación del tubo polínico.El Sodio y el Potasio son esenciales para la transmisión del impulso nervioso. Junto con el Cloro y el Iodo,contribuyen al mantenimiento de la cantidad de agua en los seres vivos.El Magnesio forma parte de la estructura de la molécula de la clorofila y el Hierro forma parte de la estructura deproteína transportadoras.OligoelementosLos oligoelementos también se denominan elementos traza, puesto que aparecen en muy baja proporción el lamateria viva (trazas). Alguno de estos elementos no se manifiesta en ciertos seres. Sin embargo, como el caso delSilicio, puede ser muy abundante en determinados seres vivos, como diatomeas, Gramíneas o EquisetosLAS BIOMOLÉCULASLos bioelementos se combinan entre sí para formar las moléculas que componen la materia viva. Estas moléculasreciben el nombre de Biomoléculas o Principios Inmediatos.Las biomoléculas, para poder ser estudiadas, deben ser extraídas de los seres vivos mediante procedimientos físicos,nunca químicos, ya que si así fuera, su estructura molecular se alteraría. Los procedimientos físicos son la filtración, ladiálisis, la cristalización, la centrifugación, la cromatografía y la electroforesis.Las biomoléculas se clasifican atendiendo a su composición. Las biomoléculas inorgánicas son las que no estánformadas por cadenas de carbono, como son el agua, las sales minerales o los gases. Las moléculas orgánicas estánformadas por cadenas de carbono y se denominan Glúcidos, Lípidos, Prótidos y Ácidos nucleicos.Las biomoléculas orgánicas, atendiendo a la longitud y complejidad de su cadena, se pueden clasificar comomonómeros o polímeros. Los monómeros son moléculas pequeñas, unidades moleculares que forman parte de unamolécula mayor. Los polímeros son agrupaciones de monómeros, iguales o distintos, que componen una molécula demayor tamañoDiálisis.La diálisis es un proceso mediante el cual se extrae las toxinas que el riñón no elimina ya sea que nofuncionen por una infección o por algún otro factor que no se haya determinado. Este proceso debe realizarseen un cuarto higiénico para evitar el riesgo de contraer alguna infección en la sangre durante el proceso. Ladiálisis puede ser usada para pacientes muy enfermos que han perdido repentinamente su función renal (fallorenal agudo) o para pacientes absolutamente estables que han perdido permanentemente su función renal(enfermedad renal en estado terminal). Cuando son sanos, los riñones eliminan los productos de desecho de lasangre (por ejemplo potasio, ácido, y urea) y también quitan exceso de líquido en forma de orina. Lostratamientos de diálisis tienen que duplicar ambas funciones, eliminación de desechos (con diálisis) yeliminación de líquido (con ultrafiltración). La diálisis trabaja con el principio de la difusión de solutos a lolargo de un gradiente de concentración a través de una membrana semipermeable. En todos los tipos dediálisis, la sangre pasa en un lado de una membrana semipermeable, y un líquido de diálisis pasa en el otrolado. Alterando la composición del líquido de diálisis, las concentraciones de solutos indeseados,(principalmente potasio y urea), en el líquido son bajas, pero los solutos deseados, (por ejemplo sodio), estánen su concentración natural encontrada en la sangre sana, o en el caso de bicarbonato, mayor, para neutralizarla acidosis que está presente a menudo.EL AGUAEl agua es una biomolécula inorgánica. Se trata de la biomolécula más abundante en los seres vivos. En lasmedusas, puede alcanzar el 98% del volumen del animal y en la lechuga, el 97% del volumen de la planta. Estructurascomo el líquido interno de animales o plantas, embriones o tejidos conjuntivos suelen contener gran cantidad de agua.Otras estructuras, como semillas, huesos, pelo, escamas o dientes poseen poca cantidad de agua en su composición.
  3. 3. Página |3BIOLELEMENTOS Y BIOCOMPUESTOS-lunes, 11 de julio de 2011. Lic. Torres, Héctor Mario.EstructuraEl agua es una molécula formada por dos átomos de Hidrógeno y uno de Oxígeno. La unión de esos elementos condiferente electronegatividad proporciona unas características poco frecuentes. Estas características son: • La molécula de agua forma un ángulo de 104,5º. • La molécula de agua es neutra. • La molécula de agua, aun siendo neutra, forma un dipolo, aparece una zona con un diferencial de carga positivo en la región de los Hidrógenos, y una zona con diferencial de carga negativo, en la región del Oxígeno. • El dipolo facilita la unión entre moléculas, formando puentes de hidrógeno, que unen la parte electropositiva de una molécula con la electronegativa de otra.Importancia biológica del aguaLas propiedades del agua permiten aprovechar esta molécula para algunas funciones para los seres vivos. Estasfunciones son las siguientes: • Disolvente polar universal: el agua, debido a su elevada constante dieléctrica, es el mejor disolvente para todas aquellas moléculas polares. Sin embargo, moléculas apolares no se disuelven en el agua. • Lugar donde se realizan reacciones químicas: debido a ser un buen disolvente, por su elevada constante dieléctrica, y debido a su bajo grado de ionización. • Función estructural: por su elevada cohesión molecular, el agua confiere estructura, volumen y resistencia. • Función de transporte: por ser un buen disolvente, debido a su elevada constante dieléctrica, y por poder ascender por las paredes de un capilar, gracias a la elevada cohesión entre sus moléculas, los seres vivos utilizan el agua como medio de transporte por su interior. • Función amortiguadora: debido a su elevada cohesión molecular, el agua sirve como lubricante entre estructuras que friccionan y evita el rozamiento. • Función termorreguladora: al tener un alto calor específico y un alto calor de vaporización el agua es un material idóneo para mantener constante la temperatura, absorbiendo el exceso de calor o cediendo energía si es necesario.LAS SALES MINERALESLas sales minerales son biomoléculas inorgánicas que aparecen en los seres vivos de forma precipitada, disueltaen forma de iones o asociada a otras moléculas.PrecipitadasLas sales se forman por unión de un ácido con una base, liberando agua. En forma precipitada forman estructurasduras, que proporcionan estructura o protección al ser que las posee. Ejemplos son las conchas, los caparazones olos esqueletos.DisueltasLas sales disueltas en agua manifiestan cargas positivas o negativas. Los cationes más abundantes en la composiciónde los seres vivos son Na+, K+, Ca2+, Mg2+... Los aniones más representativos en la composición de los seres vivos sonCl-, PO43-, CO32-... Las sales disueltas en agua pueden realizar funciones tales como • Mantener el grado de grado de salinidad. • Amortiguar cambios de pH, mediante el efecto tampón. • Controlar la contracción muscular • Producir gradientes electroquímicos • Estabilizar dispersiones coloidales.Asociadas a otras moléculasLos iones pueden asociarse a moléculas, permitiendo realizar funciones que, por sí solos no podrían, y que tampocorealizaría la molécula a la que se asocia, si no tuviera el ión. La hemoglobina es capaz de transportar oxígeno por lasangre porque está unida a un ión Fe++. Los citocromos actúan como transportadores de electrones porque poseenun ión Fe+++. La clorofila captura energía luminosa en el proceso de fotosíntesis por contener un ión Mg++ en suestructura.LOS GLÚCIDOSLos glúcidos son biomoléculas orgánicas. Están formados por Carbono, Hidrógeno y Oxígeno, aunque además, enalgunos compuestos también podemos encontrar Nitrógeno y Fósforo.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 conferirestructura, tanto a nivel molecular (forman nucleótidos), como a nivel celular (pared vegetal) o tisular (tejidos vegetalesde sostén, con celulosa).Dependiendo de la molécula que se trate, los Glúcidos pueden servir como: • Combustible: los monosacáridos se pueden oxidar totalmente, obteniendo unas 4 KCal/g. • Reserva energética: el almidón y el glucógeno son polisacáridos que acumulan gran cantidad de energía en su estructura, por lo que sirven para guardar energía excedente y utilizarla en momentos de necesidad.
  4. 4. Página |4BIOLELEMENTOS Y BIOCOMPUESTOS-lunes, 11 de julio de 2011. Lic. Torres, Héctor Mario. • Formadores de estructuras: la celulosa o la quitina son ejemplos de polisacáridos que otorgan estructura resistente al organismo que las posee. CLASIFICACIÓN DE LOS GLÚCIDOS TriosasMonosacáridos Tetrosas Aldosas u Pentosas Hexosas Cetosas osas Heptosas Disacáridos, Oligosacáridos trisacáridos... Holósidos Ósidos Homopolisacáridos Polisacáridos Heteropolisacáridos HeterósidosLOS MONOSACÁRIDOSLos monosacáridos son sustancias blancas, con sabor dulce, cristalizables y solubles en agua. Se oxidanfácilmente, transformándose en ácidos, por lo que se dice que poseen poder reductor (cuando ellos se oxidan,reducen a otra molécula).Los monosacáridos son moléculas sencillas que responden ala fórmula general (CH2O)n. Están formados por 3, 4, 5, 6 ó 7átomos de carbono. Químicamente son polialcoholes, es decir,cadenas de carbono con un grupo -OH cada carbono, en losque un carbono forma un grupo aldehído o un grupo cetona.Se clasifican atendiendo al grupo funcional (aldehído o cetona)en aldosas, con grupo aldehído, y cetosas, con grupocetónico.Cuando aparecen carbonos asimétricos, presentan distintostipos de isomería.Algunos de ellos pueden presentar su estructura ciclada.Los monosacáridos se nombran atendiendo al número de carbonos que presenta la molécula: • Triosas: tres carbonos • Tetrosas: cuatro carbonos • Pentosas: cinco carbonos • Hexosas: seis carbonos ← Pulsa sobre las palabras en verde si deseas ver las fórmulas moleculares correspondientes en proyección lineal. • Heptosas: siete carbonosEjemplos de monosacáridos relevantes en el metabolismo son la glucosa, la fructosa, la ribosa o la desoxirribosa,entre otros muchos.ÓSIDOSLos Ósidos son Glúcidos formados por varios monosacáridos. La unión demonosacáridos se realiza a través de un enlace especial que libera unamolécula de agua y que se llama enlace O-glucosídico, ya que unmonosacárido se une al siguiente a través de un Oxígeno.Se llaman Holósidos a los ósidos formados por varios monosacáridos.Se denominan Heterósidos a los ósidos formados por monosacáridos y otrasmoléculas distintas a los Glúcidos, como pueden ser lípidos, que formanglucolípidos, o prótidos, que pueden formar glucoproteínas, entre otros.Los Holósidos se clasifican en Oligosacáridos y en Polisacáridos.OligosacáridosLos oligosacáridos son Glúcidos formados por un número pequeño de monosacáridos, entre 2 y 10. Se denominanDisacáridos, si están compuestos por dos monosacáridos, Trisacáridos, si están compuestos por tresmonosacáridos, Tetrasacáridos, si están compuestos por cuatro monosacáridos y así sucesivamente.
  5. 5. Página |5BIOLELEMENTOS Y BIOCOMPUESTOS-lunes, 11 de julio de 2011. Lic. Torres, Héctor Mario.Los disacáridos se forman por la unión de dos monosacáridos, mediante un enlace O-glucosídico. El enlace se formaentre el carbono que forma el enlace hemiacetálico del primer monosacárido y un carbono del segundo monosacárido.Para nombrar el disacárido formado se debe indicar las moléculas que lo constituyen y el número de los carbonosimplicados en el enlace. Como el nombre químico suele ser muy largo, se utiliza más el nombre más común.PolisacáridosLos polisacáridos son polímeros de monosacáridos, unidos mediante enlace O-glucosídico. Cuando los monosacáridosque forman la molécula son todos iguales, el polisacárido formado se llama Homopolisacárido. Cuando losmonosacáridos que forman la molécula son distintos entre sí, es decir, de más de un tipo, el polisacárido formado sellama heteropolisacárido.Los polisacáridos no tienen sabor dulce, no cristalizan y no tienen poder reductor. Su importancia biológica reside enque pueden servir como reservas energéticas o pueden conferir estructura al ser vivo que los tiene. La función quecumplan vendrá determinada por el tipo de enlace que se establezca entre los monosacáridos formadores.Los polisacáridos más abundantes en la Naturaleza son el almidón, el glucógeno, la celulosa y la quitina. • AlmidónAparece en células vegetales. Es un homopolísacárido con funciónde reserva energética, formado por dos moléculas, que sonpolímeros de glucosa, la amilosa y la amilopectina. La amilosa estáformada por glucosas unidas por enlace α(1→4). La amilopectinaestá formada por glucosas unidas por enlaces α(1→4) y (1→6).Estos enlaces (1→6) originan ramificaciones, que se repiten enintervalos de secuencias desiguales de monosacáridos. La amilosaadquiere una estructura helicoidal y la amilopectina recubre a laamilosa. • GlucógenoEs un homopolisacárido con función de reserva energética queaparece en animales y hongos. Se acumula en el tejido muscularesquelético y en el hígado. Está formado por glucosas unidas porenlace α(1→4) y presenta ramificaciones formadas por enlaces(1→6). • CelulosaEs un homopolisacárido formado por glucosas unidas por enlace β(1→4). Es típico de paredes celulares vegetales,aunque también la pueden tener otros seres, incluso animales. Su importancia biológica reside en que otorgaresistencia y dureza. Confiere estructura al tejido que la contiene. Las cadenas de celulosa se unen entre sí, mediantepuentes de Hidrógeno, formando fibras más complejas y más resistentes. • QuitinaEs un homopolisacárido con función estructural, formado por la unión de N-acetil-β -D-glucosaminas. Se encuentraen exoesqueletos de artrópodos y otros seres, ya que ofrece gran resistencia y durezaLOS LÍPIDOSLos lípidos son biomoléculas orgánicas formadas por Carbono, Hidrógeno y Oxígeno, que pueden aparecer enalgunos compuestos el Fósforo y el Nitrógeno. Constituyen un grupo de moléculas con composición, estructura yfunciones muy diversas, pero todos ellos tienen en común varias características: • No se disuelven en agua, formando estructuras denominadas micelas. • Se disuelven en disolventes orgánicos, tales como cloroformo, benceno, aguarrás o acetona. • Son menos densos que el agua, por lo que flotan sobre ella. • Son untosos al tacto.
  6. 6. Página |6BIOLELEMENTOS Y BIOCOMPUESTOS-lunes, 11 de julio de 2011. Lic. Torres, Héctor Mario.Los lípidos se ordenan en los siguientes grupos moleculares: • Ácidos grasos • Acil-glicéridos • Céridos • Fosfoglicéridos y esfingolípidos • Esteroides • Isoprenoides • ProstaglandinasLOS ÁCIDOS GRASOSLos ácidos grasos son moléculas formadas por cadenas de carbono que poseen un grupo carboxilo como grupofuncional. El número de carbonos habitualmente es de número par. Los tipos de ácidos grasos más abundantes en laNaturaleza están formados por cadenas de 16 a 22 átomos de carbono.La parte que contiene el grupo carboxilo manifiesta carga negativa en contacto con el agua, por lo que presentacarácter ácido. El resto de la molécula no presenta polaridad (apolar) y es una estructura hidrófoba. Como la cadenaapolar es mucho más grande que la parte con carga (polar), la molécula no se disuelve en agua.ACIL-GLICÉRIDOSLos ácidos grasos forman parte de otros compuestos lipídicos. Todos aquellos lípidos que tienen ácidos grasos en suestructura tienen la capacidad de realizar la reacción de saponificación, y por ello se llaman lípidos saponificables.Los acil-glcéridos están formados por ácidos grasos, por lo que son lípidos saponificables. Son moléculas formadas porla unión de uno, dos o tres ácidos grasos, con una glicerina. La unión se da entre los grupos -OH de cada molécula. Selibera una molécula de agua. El enlace recibe el nombre de éster. Si la glicerina se une a un ácido graso, se forma unmonoacilglicérido. Si se une a dos ácidos grasos se forma un diacilglicérido. Si se une a tres ácidos grasos seforma un triacilglicérido o, simplemente, triglicérido.Los ácidos grasos se clasifican atendiendo al estado que presentan a temperatura ambiente. Los sólidos sedenominan sebos, y están formados por ácidos grasos saturados. Los líquidos se llaman aceites, y están formadospor ácidos grasos insaturados y saturados.Funciones de los acil-glicéridosLa importancia de los acil-glicéridos radica en que: • Actúan como combustible energético. Son moléculas muy reducidas que, al oxidarse totalmente, liberan mucha energía (9 Kcal/g). • Funcionan como reserva energética. Acumulan mucha energía en poco peso. Comparada con los glúcidos, su combustión produce más del doble de energía. Los animales utilizan los lípidos como reserva energética para poder desplazarse mejor. ¿Aguantarían nuestras articulaciones el peso del cuerpo si acumulásemos la energía en forma de glúcidos? • Sirven como aislantes térmicos. Conducen mal el calor. Los animales de zonas frías presentan, a veces, una gran capa de tejido adiposo. • Son buenos amortiguadores mecánicos. Absorben la energía de los golpes y, por ello, protegen estructuras sensibles o estructuras que sufren continuo rozamientoCÉRIDOSLos céridos, también llamados ceras, se forman por la unión de un ácido graso de cadena larga (de 14 a 36 átomosde carbono) con un monoalcohol, también de cadena larga (de 16 a 30 átomos de carbono), mediante un enlaceéster. El resultado es una molécula completamente apolar, muy hidrófoba, ya que no aparece ninguna carga y su
  7. 7. Página |7BIOLELEMENTOS Y BIOCOMPUESTOS-lunes, 11 de julio de 2011. Lic. Torres, Héctor Mario.estructura es de tamaño considerable.Esta característica permite que la función típica de las ceras consista en servir de impermeabilizante. El revestimientode las hojas, frutos, flores o talos jóvenes, así como los tegumentos de muchos animales, el pelo o las plumas estárecubierto de una capa cérea para impedir la pérdida o entrada (en animales pequeños) de aguaFOSFOGLICÉRIDOS Y ESFINGOLÍPIDOSLos fosfoglicéridos y los esfingolípidos son moléculas que aparecen formando parte de la estructura de las membranascelulares. Estas moléculas presentan una parte polar (cabeza polar) y una parte apolar (colas apolares). Por estemotivo, se dice que son anfipáticos. • FosfoglicéridosLos fosfoglicéridos pertenecen al grupo de los fosfolípidos. La estructura de la molécula es un ácido fosfatídico. Elácido fosfatídico está compuesto por dos ácidos grasos, uno saturado y otro, generalmente insaturado, una glicerinay un ácido ortofosfórico. La unión entre estas moléculas se realiza mediante enlaces de tipo éster.El ácido fosfatídico se puede unir a un aminoalcohol, como la Serina, la Etanolamina o la Colina, y formar unFosfoaminolípidido. También puede unirse a un alcohol, como el Inositol.ESTEROIDES, ISOPRENOIDES Y PROSTAGLANDINAS

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