Componentes de la Materia viva PDF

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Apuntes sobre la clase de Componentes de la Materia viva - fisiología primer semestre...

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COMPONENTES DE LA MATERIA VIVA BIOELEMENTOS El análisis químico de la materia viva revela que los seres vivos están formados por una serie de elementos y compuestos químicos. Los elementos químicos que forman parte de la materia viva se denominan bioelementos, que, en los seres vivos, forman biomoléculas, que podemos clasificar en: •

•

Inorgánicas o

Agua

o

Sales minerales

o

Algunos gases: O2, CO2, N2, ...

Orgánicas o

Glúcidos

o

Lípidos

o

Proteínas

o

Ácidos Nucleicos

En cualquier ser vivo se pueden encontrar alrededor de setenta elementos químicos, pero no todos son indispensables ni comunes a todos los seres.

Atendiendo a su abundancia se pueden clasificar en: a) Bioelementos primarios , que aparecen en una proporción media del 96% en la materia viva, y son carbono, oxigeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Estos elementos reúnen una serie de propiedades que los hacen adecuados para la vida: •

Forman entre ellos enlaces covalentes muy estables, compartiendo pares de electrones. El carbono, oxígeno y nitrógeno pueden formar enlaces dobles o triples.

•

Facilitan la adaptación de los seres vivos al campo gravitatorio terrestre, ya que son los elementos más ligeros de la naturaleza.

b) Bioelementos secundarios , aparecen en una proporción próxima al 3,3%. Son: calcio, sodio, potasio, magnesio y cloro, desempeñando funciones de vital importancia en fisiología celular. c) Oligoelementos, micro constituyentes, o elementos vestigiales, que aparecen en la materia viva en proporción inferior al 0,1% siendo también esenciales para la vida: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, yodo, boro, silicio, vanadio, cobalto, selenio,

molibdeno y estaño. Aún participando en cantidades infinitesimales, no por ello son menos importantes, pues su carencia puede acarrear graves trastornos para los organismos.

BIOMÓLECULAS La notable complejidad estructural y la diversidad de las moléculas orgánicas son posibles gracias a la capacidad de los átomos de carbono de formar cuatro enlaces covalentes fuertes y únicos con otros átomos de carbono o átomos de otros elementos. Las moléculas orgánicas con muchos átomos de carbono pueden formar complicadas formas, como estructuras lineales alargadas o cadenas ramificadas y anillos.

GRUPOS FUNCIONALES DE LAS BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS La mayoría de las biomoléculas pueden considerarse derivadas del tipo más simple de molécula orgánica, llamada hidrocarburos. Los hidrocarburos son moléculas que contienen carbono e hidrógeno que son hidrófobas o insolubles en agua. Todas las demás moléculas orgánicas se forman uniendo otros átomos o grupos de átomos a la cadena principal de carbono del hidrocarburo. Las propiedades químicas de estas moléculas derivadas están determinadas por la disposición específica de los átomos llamados grupos funcionales. Por ejemplo, los alcoholes resultan cuando los átomos de hidrógeno son reemplazados por grupos hidroxilo (─OH, hydroxyl). Por tanto, el metano (CH4, methane), un componente del gas natural, puede convertirse en metanol (CH3OH), un líquido tóxico que se usa como solvente en muchos procesos industriales.

CLASE S DE MOLÉCULAS CLASES AMINOÁCIDOS Y PROTEÍNAS. Hay cientos de aminoácidos naturales, cada uno de los cuales contiene un grupo amino y un grupo carboxilo. Los aminoácidos se clasifican como α, β o γ según la ubicación del grupo amino en referencia al grupo carboxilo. En los aminoácidos α, es el tipo más común, el grupo amino está unido al átomo de carbono (el carbono α) inmediatamente adyacente al grupo carboxilo. En los aminoácidos β y γ, el grupo amino está unido al segundo y tercer carbono, respectivamente, del grupo carboxilo. También unido al carbono α hay otro grupo, denominado cadena lateral o grupo R. Las propiedades químicas de cada aminoácido, una vez incorporado a la proteína, están determinadas en gran medida por las propiedades de su cadena lateral. Por ejemplo, algunas cadenas laterales son hidrófobas (es decir, tienen baja solubilidad en agua), mientras que otras son hidrófilas (es decir, se disuelven fácilmente en agua). Fórmula general para los aminoácidos α. Para 19 de los 20 aminoácidos estándar que se encuentran en las proteínas, el carbono α está unido a un átomo de hidrógeno, un grupo carboxilo, un grupo amino y un grupo R.

Fórmulas estructurales para varios aminoácidos α. Un grupo R (resaltado) en una estructura de aminoácidos puede ser un átomo de hidrógeno (p. ej., en la glicina), un grupo hidrocarbonado (p. ej., el grupo isopropilo en la valina) o un derivado de hidrocarburo (p. ej., el grupo hidroximetilo en la serina).

Veinte

aminoácidos

α

estándar se encuentran en las proteínas. Algunos aminoácidos estándar tienen funciones únicas en los organismos vivos. Por ejemplo, la glicina y el ácido glutámico funcionan en los animales como neurotransmisores, moléculas de señal liberadas por las células nerviosas. Las proteínas también contienen aminoácidos no estándar que son versiones modificadas de los aminoácidos estándar. La estructura y la función de las moléculas de proteína a menudo se alteran mediante la conversión de ciertos residuos de aminoácidos en derivados mediante fosforilación, hidroxilación y otras modificaciones químicas. Muchos aminoácidos naturales no son aminoácidos α. Entre los ejemplos más destacados se incluyen la alanina β, un precursor de la vitamina ácido pantoténico y el ácido aminobutírico γ (GABA, γ- aminobutyric acid), un neurotransmisor que se encuentra en el cerebro. Selección de ejemplos de aminoácidos de origen natural que no

son

aminoácidos α:

alanina β y

ácido

aminobutírico γ (GABA, γ-aminobutyric acid).

Las moléculas de aminoácidos se usan principalmente en la síntesis de polímeros largos y complejos conocidos como polipéptidos . Hasta una longitud de aproximadamente 50 aminoácidos, estas moléculas se llaman péptidos . Las proteínas consisten en uno o más polipéptidos.

AZÚCARES Y CARBOHIDRATOS. Los azúcares, los carbohidratos más pequeños, contienen grupos funcionales alcohol y carbonilo. Se describen en términos de número de carbono y el tipo de grupo carbonilo que contienen. Los azúcares que poseen un grupo aldehído se denominan aldosas, y los que poseen un grupo cetona se denominan cetosas. Por ejemplo, el azúcar de seis carbonos, la glucosa (una fuente de energía importante en la mayoría de los organismos vivos) es una aldohexosa; la fructosa (azúcar de fruta) es una cetohexosa. Algunos monosacáridos biológicamente importantes. La glucosa y la fructosa son fuentes importantes de energía en las plantas y los animales. La ribosa y la desoxirribosa son componentes de los ácidos nucleicos. Estos monosacáridos

se

presentan

como

estructuras anulares en la naturaleza. PROBLEMA

Los organismos vivos generan una gran cantidad de biopolímeros diferentes al unir los monómeros en diferentes secuencias. Un conjunto de tripéptidos, cada uno con tres residuos de aminoácidos, contiene sólo dos tipos de aminoácidos: A y B. ¿Cuántos tripéptidos posibles hay en este conjunto? SOLUCIÓN

El número de posibles tripéptidos viene dado por la fórmula Xn, donde X = al número de tipos de residuos de aminoácidos constituyentes

n = longitud del péptido. Sustituyendo estos valores en la fórmula se obtiene 23 = 8. Los ocho tripéptidos son los siguientes: AAA, AAB, ABA, BAA, ABB, BAB, BBA y BBB.

Los azúcares son las unidades básicas de los carbohidratos, las moléculas orgánicas más abundantes que se encuentran en la naturaleza. Los carbohidratos van desde los azúcares simples o monosacáridos , como la glucosa y la fructosa, hasta los polisacáridos , polímeros que contienen miles de unidades de azúcares. Los ejemplos de polisacáridos incluyen el almidón y la celulosa en las plantas y el glucógeno en los animales. Los carbohidratos cumplen una variedad de funciones en los organismos vivos. Ciertos azúcares son importantes fuentes de energía. La glucosa es la principal fuente de energía de los carbohidratos en los animales y las plantas. Las plantas usan sacarosa como un medio eficiente para transportar energía a través de sus tejidos. Algunos carbohidratos sirven como materiales estructurales. Las glucoproteínas y los glucolípidos se producen en la superficie externa de las membranas celulares en los organismos multicelulares, donde desempeñan papeles críticos en las interacciones entre las células. ÁCIDOS GRASOS Los ácidos grasos son ácidos monocarboxílicos que generalmente contienen un número par de átomos de carbono. Los ácidos grasos están representados por la fórmula química R─COOH, en la que R es un grupo alquilo que contiene átomos de carbono e hidrógeno. Hay dos tipos de ácidos grasos: ácidos grasos saturados, que no contienen dobles enlaces carbono-carbono, y ácidos grasos insaturados , que tienen uno o más dobles enlaces. Bajo condiciones fisiológicas, el grupo carboxilo de ácidos grasos existe en el estado ionizado, R─COO−. Por ejemplo, el ácido graso saturado

de 16 carbonos llamado ácido palmítico generalmente existe como palmitato, CH3(CH2)14COO−.

NUCLEÓTIDOS Y ÁCIDOS NUCLEICOS. Cada nucleótido contiene tres componentes: un azúcar de cinco carbonos (ya sea ribosa o desoxirribosa), una base nitrogenada y uno o más grupos fosfato. Las bases en los nucleótidos

son

heterocíclicos

con

anillos una

aromáticos variedad

de

sustituyentes. Hay dos clases de base: las purinas

bicíclicas

y

las

pirimidinas

monocíclicas.

Estructura de los nucleótidos. Cada nucleótido contiene una base nitrogenada (en este caso, adenina), un azúcar pentosa (ribosa) y uno o más fosfatos. Este nucleótido es trifosfato de adenosina.

Las bases nitrogenadas. a) Las purinas. b) Las pirimidinas.

Los nucleótidos participan en una amplia variedad de reacciones biosintéticas y generadoras de energía. Por ejemplo, la energía obtenida de las moléculas de los

alimentos se usa para formar los enlaces fosfato de alta energía del ATP. La energía, liberada cuando los enlaces de fosfoanhídrido se hidrolizan, impulsa los procesos celulares. Los nucleótidos también tienen un papel importante como moléculas de subunidades estructurales de los ácidos nucleicos. ADN. El ADN es el depósito de información genética. Su estructura consiste en dos hebras de polinucleótidos antiparalelos enrolladas entre sí para formar una doble hélice dextrógira. Además del azúcar pentosa desoxirribosa y el fosfato, el ADN contiene cuatro

clases

de

bases

nitrogenadas:

las purinas adenina

y

guanina

y

las pirimidinas timina y citosina; pares de adenina con timina y pares de guanina con citosina. La doble hélice se forma por la unión de dos bases complementarias mediante la formación de enlaces de hidrógeno. Un enlace de hidrógeno es una fuerza de atracción entre un hidrógeno polarizado de un grupo molecular y los átomos electronegativos de oxígeno o nitrógeno de grupos moleculares alineados cercanos.

ADN. a) Una vista esquemática

del ADN. Los esqueletos de azúcar-fosfato de la doble hélice están representados por cintas de colores. Las bases

unidas

al

azúcar

desoxirribosa se encuentran en

el

interior

hélice. b) Una

de

la vista

ampliada de dos pares de bases. Tenga en cuenta que las dos cadenas de ADN corren en direcciones opuestas definidas por los grupos 5ʹ y 3ʹ de desoxirribosa. Las bases en las cadenas opuestas forman pares debido a los enlaces de hidrógeno. La citosina siempre se aparea con la guanina; la timina siempre se aparea con la adenina.

ARN. El ácido ribonucleico (ARN) es un polinucleótido que difiere del ADN en que contiene la ribosa de azúcar en lugar de desoxirribosa y el uracilo como base en lugar de timina. En el ARN, como en el ADN, los nucleótidos están unidos por enlaces fosfodiéster. A diferencia de la doble hélice del ADN, el ARN es monocatenario. Las moléculas de ARN se pliegan en estructuras tridimensionales complejas creadas por regiones locales de apareamiento de las bases complementarias. Cuando la doble hélice del ADN se desenrolla, una cadena puede servir como plantilla. Las moléculas de ARN se sintetizan en un proceso llamado transcripción.

El emparejamiento de las bases complementarias entre las bases de ADN y las bases de los ribonucleótidos entrantes especifica la secuencia de bases de la molécula de ARN. Existen tres tipos principales de ARN: ARN mensajero (ARNm, messenger RNA), ARN ribosómico (ARNr, ribosomal RNA) y ARN de transferencia (ARNt, transfer RNA). Cada secuencia o molécula única de ARNm posee la información que codifica directamente la secuencia de aminoácidos en un polipéptido específico. Los ribosomas, estructuras supramoleculares grandes y complejas compuestas de ARNr y moléculas

de proteínas, convierten la secuencia de bases del ARNm en la secuencia de aminoácidos de un polipéptido. Las moléculas de ARN de transferencia entregan los aminoácidos activados al ribosoma durante la síntesis de proteínas. 1.

2. 3.

La mayoría de las moléculas en los organismos vivos son orgánicas. Las propiedades químicas de las moléculas orgánicas están determinadas por arreglos específicos de átomos llamados grupos funcionales. Las células contienen cuatro familias de moléculas pequeñas: aminoácidos, azúcares, ácidos grasos y nucleótidos. Las proteínas, los polisacáridos y los ácidos nucleicos son biopolímeros compuestos de aminoácidos, azúcares y nucleótidos, respectivamente.

RESUMEN

1. NIVEL SUBATÓMICO a. Esta formada por átomos, llamados bioelementos, entre ellos se forman las biomoléculas 2. NIVEL ATÓMICO 3. NIVEL MOLECULAR a. Inorganica i. Agua y sales minerales b. Organicas i. Glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos núcleicos 4. NIVEL CELULAR BIOELEMENTOS v Primarios Ø C,H,O,N; 95% de la materia viva v Secundarios Ø S,P,Mg, Ca, Na, K, Cl; 4,5% de la materia viva v Oligoelementos

Ø B, Al, Si, F, Fe; -4,5% de la materia viva ELEMENTOS PRIMARIOS DE LOS SERES VIVOS •

Glúcidos ¨ C,h,o

•

Proteínas ¨ C,H,O,N,S

•

Lípidos ¨ C,H,O,P

•

Ácidos nucleicos ¨ C,H,O,N,P

ELEMENTOS SECUNDARIOS DE LOS SERES VIVOS •

Ca: No forma parte de los secundarios pero es RELEVANTE

•

Na y K: Exitación y relajación de las células nerviosas

•

Cl: Mantiene la carga negativa

•

I: Hormonas tiroideas

•

Mg: Contrarresta el calcio

OLIGOELEMENTOS •

Fe: Hemoglobina

•

Cu, Zn, Mn: Son cofactores à ayudan a las vitaminas y a las enzimas para un funcionamiento correcto

BIOMOLÉCULAS 1) CARBOHIDRATOS a) La glucosa sirve como reserva energética b) Tiene función estructural c) Función de reserva à glucógeno

2) LÍPIDOS a) (He) Cadenas de carbonos terminan como ácidos grasos 3) PROTEÍNAS a) Hechas de aminoácidos b) Lo que varía entre los aminoácidos es el grupo carboxilo i) Todos los aminoácidos tienen un Cα. ii) Cadenas de aminoácidos forman proteínas c) Tienen nitrogeno 4) ÁCIDOS NUCLEICOS a) La doble hélice del ADN se conforma de polímeros b) Hechos de nucleótidos: grupo fosfato, azúcar pentosa y base nitrogenada i) El fosfato lo tienen todos ii) 5 bases: A, T, G, C, U...