Química de la materia viva y su estudio. PDF

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Bloque I de Bioquímica.
Química de la materia viva y su estudio.
1. La materia viva
2. Bioelementos
3. Enlaces químicos...

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1.LA MATERIA VIVA. 2. BIOELEMENTOS Y PRINCIPIOS INMEDIATOS Los átomos que componen la materia viva se llaman bioelementos. Los bioelementos son aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos.

BIOELEMENTOS

● Bioelementos Primarios: (Bioelementos más abundantes 99% y presentes en todos los organismos) Estos elementos formarán las biomoléculas. CHONPS

CARBONO HIDRÓGENOS

OXÍGENO

Constituyen las cadenas hidrocarbonadas, que son la base de las biomoléculas.

Presente en la mayoría de los compuestos orgánicos. Forma parte del agua. Interviene en procesos energéticos fundamentales como la respiración celular

NITRÓGENO

AZUFRE

FÓSFORO

Forma parte de los aminoácidos, de algunos fosfolípidos y de las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos.

Presente ciertos aminoácidos (-SH), da estabilidad a las proteínas al formar puentes disulfuro.

Forma parte de los fosfolípidos y de nucleótidos. También está presente en las sales minerales de esqueletos y dientes.Y es clave en la molécula de ATP.

Estos 6 elementos son tan abundantes y han sido seleccionados para construir estructuras y realizar funciones porque comparten una serie de características. 1. Su masa atómica es baja, por lo que al agruparse dan lugar a una gran diversidad de estructuras moleculares más grandes y complejas, que no van a ser demasiado pesadas, 2. Al tener masa atómica baja van a formar enlaces de tipo covalente, que son enlaces fuertes formados por electrones compartidos, que confieren estabilidad a las moléculas biológicas de las que forman parte.

3. Aunque estos enlaces son fuertes, son moléculas dinámicas que reaccionan, es decir pueden oxidarse y reducirse, forman parte de procesos energéticos esenciales para la vida. Estos 6 elementos forman el esqueleto principal de las biomoléculas exclusivas de los seres vivos gracias en gran parte a las propiedades del carbono. La mayor parte de las moléculas que componen los seres vivos tienen una base de carbono. Este elemento presenta una serie de propiedades que hacen que sea el idóneo para formar estas moléculas. Estas propiedades son las siguientes: El carbono es el elemento estructural de todas las moléculas orgánicas: 1. Forma enlaces covalentes, que son estables y acumulan mucha energía. 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 gaseosos. 7. El oxígeno y el hidrógeno junto al carbono forman el agua constitutiva de los organismos. Todas estas propiedades derivan de su pequeño radio atómico y a la presencia de 4 electrones en su última capa.

● Bioelementos Secundarios: (Bioelementos poco abundantes ,pero presentes en los organismos ) Magnesio,Azufre,Cloro,Potasio,Calcio - Intervienen en procesos del cuerpo. - Aparecen en forma iónica. - Son fundamentales para regular múltiples procesos fisiológicos, como el paso de sustancias a través de las membranas. - Se encuentran en las sales minerales de los organismos. El Calcio puede encontrarse formando parte de los huesos, conchas, caparazones, o como elemento indispensable para la contracción muscular. El Magnesio forma parte de la estructura de la molécula de la clorofila y el hierro forma parte de la estructura de proteínas transportadoras.

● Oligoelementos: ● Metales muy escasos pero presentes en todos los organismos. Mn Fe Co Cu Zn ●

Elementos muy escasos y presentes solo en algunos organismos

B F Al Si V Cr Ni Ga As Se Br Mo I W

Los oligoelementos son bioelementos con funciones catalíticas que aparecen en muy baja proporción , y por ello, son necesarios para el correcto funcionamiento del organismo. También se denominan elementos traza.

PRINCIPIOS INMEDIATOS Y BIOMOLÉCULAS Son aquellas moléculas que constituyen los seres vivos. Pueden aislarse por medios puramente físicos, como la centrifugación, la diálisis, la filtración, etc. Desde el punto de vista químico, las biomoléculas se clasifican en: Inorgánicas. No son exclusivas de la materia viva y tienen una estructura química sencilla. Unidos por enlace iónico. Son el agua, las sales minerales

Orgánicas. Son moléculas exclusivas de la materia viva. Se caracterizan por estar formadas por cadenas hidrocarbonadas. Unidos por enlaces covalentes. Son los glúcidos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. Por razones de eficiencia, casi todas las biomoléculas son polímeros, constituidos por la repetición de subunidades llamadas monómeros.

REPRESENTACIONES MOLECULARES Forma Molecular C4H10 Forma semidesarrollada H3C-CH2-CH2-CH3 Fórmula Desarrollada HH HH H-C-C-C-C-H HH HH Representaciones Espaciales

3. ENLACES QUÍMICOS Y SU IMPORTANCIA

Las biomoléculas están compuestas por bioelementos que tienden a unirse de forma espontánea mediante enlaces químicos. Además, unas moléculas se pueden unir a otras mediante enlaces intermoleculares formando complejos supramoleculares (ej.: ADN e histonas). ENLACE COVALENTE - Enlace que hace posible la enorme diversidad molecular que integra la materia viva. - Las moléculas así constituidas no pierden estabilidad en el ambiente acuoso. - Los bioelementos primarios están entre los elementos químicos más ligeros capaces de formar enlaces covalentes. Las moléculas con enlaces covalentes actúan con comportamientos que facilitan la organización química de la materia viva. Pueden carecer por completo de polaridad. - Pueden comportarse con una fuerte hidrofobia y también a la vez hidrofilia.Presenta carácter anfipática. - Pueden tener abundantes regiones hidrófilas que les permitirán ser solubles en agua (monosacáridos). - Se pueden ionizar en disolución acuosa (los aminoácidos ).

El enlace covalente se produce entre átomos que comparten uno o más pares de electrones, cuya electronegatividad es igual o parecida. En el primer caso se originan moléculas apolares (como el N2 o el O2). Cuando unos átomos atraen más que otros los electrones, se originan moléculas polares, con un polo positivo y otro negativo, formando dipolos moleculares, como el H2O o el NH3.

ENLACES DEL ÁTOMO DE CARBONO Enlace simple: Permite el giro de los átomos. Enlace doble:No permite el giro de los átomos y por eso hace posible los isómeros de posición Cris y trans

ENLACE O PUENTE DE HIDRÓGENO - Es un enlace de unión débil - El puente o enlace de hidrógeno se origina entre un átomo de H y uno de O o N de diferentes moléculas, debida a la atracción de sus cargas parciales, habiendo una carga parcial positiva sobre el H δ+ y una carga parcial negativa en el Oδ- o en el Nδ-.En estas condiciones ambas regiones moleculares quedan recíprocamente orientadas y ligeramente’’sujetas’’ Como resultado, el hidrógeno queda parcialmente desprovisto de los electrones y adquiere una carga parcial positiva, es atraído por otros elementos químicos cargados con distinto signo. - Este es un enlace débil, pero muy numeroso, que asegura la cohesión entre las moléculas de agua y contribuye a la conformación espacial de moléculas como las proteínas y los ácidos nucleicos. -

1. Si son muchas las regiones atraídas de las dos moléculas ,estas pueden quedar establemente

-

unidas,como es el caso de la doble hélice del ADN. 2. También se encuentran de por sí distantes de una misma molécula ,pero por su configuración espacial quedan lo suficientemente próximas .Hélice alfa de las proteínas. En el agua forman enlaces de hidrógeno entre sí.La estabilidad de hidrógeno disminuye con el aumento de la temperatura. El hielo por mayor ordenación de sus moléculas es menos denso que el agua líquida.

ENLACE IÓNICO - No lo encontramos en la materia viva. - El enlace iónico se produce por la atracción electrostática de átomos con cargas opuestas, resulta de la pérdida de electrones por parte de un átomo y la ganancia por parte de otro. - El átomo que capta los electrones se transforma en un ión negativo o anión, y el que los pierde, en un ión positivo o catión. Los iones están libres, mientras que en estado sólido, los iones se rodean de otros de carga opuesta, formando un entramado ordenado que origina una estructura cristalina. ej) Cristales de Aragonito,conchas de moluscos Cristales de hidroxiapatito,fibras de colágeno en el tejido Óseo Estructuras de sílice,frústulos de las diatomeas....