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No se trata de un relato, sino del temario de la asignatura de Biología de segundo de bachillerato.


Historias de vida Todo público.

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Bioelementos y biomoléculas inorgánicas


Los elementos de la vida


Los bioelementos son aquellos elementos químicos que forman parte de la materia viva, comunes a esta y a la materia inerte. Son clasificados según su abundancia.


Los bioelementos primarios son el C, H, O, N, P y S. Forman parte de las biomoléculas orgánicas y representan el 97% de la materia viva. Entre sus propiedades podemos destacar: la formación de enlaces covalentes, compartiendo pares de electrones, que al ser elementos ligeros, le proporcionan gran estabilidad, dando lugar a largas cadenas hidrocarbonadas; forman estereoisómeros, por la configuración tetraédrica del carbono, dando lugar a estructuras tridimensionales diferentes; el carbono forma enlaces estables C-C y se une con facilidad a otros elementos químicos, dando lugar a largas cadenas carbonadas lineales y grupos funcionales (Ejem. Aldehído).

N: Componente fundamental de proteínas, ácidos nucleicos, clorofila, glúcidos y lípidos.

S: Se halla en dos aminoácidos (cisteína y metionina), presentes en casi todas las proteínas. También se encuentra en vitaminas.

P: Integrante de nucleótidos, coenzimas (NAD+, NADP+,…), fosfolípidos (de membranas celulares y fosfatos) y sales minerales.


Los bioelementos secundarios son el Ca, Mg, Na, K y Cl. Representan el 2,5% de la materia viva. Forman parte de sales minerales (disociados en sus inones)

Ca: Forma carbonato cálcico y fosfato cálcico (estructuras esqueléticas), estabiliza muchas estructuras celulares (Ejem. Huso mitótico) e interviene en la contracción muscular y coagulación sanguínea.

Mg: Forma parte de la clorofila y actúa como catalizador.

Na, K y Cl: Forma parte de sales minerales disueltas en agua y actúan en la transmisión del impulso nervioso.


Los oligoelementos, también denominados elementos traza, representan el 0,5% de la materia viva. Su déficit o exceso puede generar graves trastornos. Actúan en funciones catalíticas. Los oligoelementos universales (Mn, Fe, Co, Cu y Zn), se denominan así porque están presentes en todos los seres vivos, de forma natural.

Fe: Fundamental para la síntesis de clorofila. Forma parte de proteínas como la hemoglobina y mioglobina. Forma citocromos (transporte de e- en la membrana mitocondrial)

Mn: Actúa como cofactor e interviene en la fotólisis del agua

Co: Actúa como cofactor. Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina.

Zn: Actúa como cofactor en enzimas como las polimerasas del ADN.

Cu: Actúa como cofactor en enzimas como las citocromo oxidasas.

I: Síntesis de la hormona tiroidea en vertebrados.

F: Forma parte el esmalte dentario y de huesos.

Si: Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, forma parte del óxido de silicio (esqueleto de gramíneas y equisetos, y del caparazón de microorganismos como las diatomeas).




Biomoléculas


Formadas por bioelementos. También llamadas principios inmediatos, ya que son sustancias que pueden obtenerse en el laboratorio, mediante: evaporización, centrifugación, filtración, decantación, cromatografía, electroforesis, etc.

Evaporización: Paso lento de una sustancia líquida, gradualmente, a gaseosa

Centrifugación: Empleo de la fuerza centrífuga para lograr la separación de componentes de una mezcla o el secado de determinados materiales.

Decantación: Separación de una sustancia líquida y otra sólida, o dos líquidas inmiscibles mediante el vertido de la más densa.

Cromatografía: Separación de gases o líquidos de una mezcla por absorción selectiva.

Filtración: Separación de partículas sólidas y líquidas usando material poroso.

Electroforesis: Separación de moléculas según la movilidad de estas en un campo eléctrico.


Se pueden clasificar según donde se encuentren:


Biomoléculas inorgánicas: En la materia inerte. Son el agua, sales minerales y gases.


Biomoléculas orgánicas: Exclusivas de los seres vivos. Son los glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.


Pueden presentar tres funciones principales: Estructural (proteínas, sales minerales, y lípidos), energética (glúcidos, lípidos y proteínas) y reguladora (vitaminas, proteínas y sales minerales).



El agua


Componente esencial de los seres vivos, que varía en función del metabolismo, el organismo, tipo de tejido y fase de desarrollo.

Se puede encontrar en tres formas:

· Agua circulante: En la sangre y la sabia

· Agua intersticial: Entre células

· Agua intracelular: Dentro de células (40%)


Está compuesta por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, unidos por enlaces covalentes polares dispuestos formando un ángulo de 104’5º (geometría angular). Es una molécula neutra, pero debido a la diferencia de electronegatividad de sus átomos (capacidad de atraer e- del enlace para sí), se genera un exceso de carga negativa en el átomo de oxígeno o densidad de carga electrónica negativa (δ-) y un exceso de carga positiva sobre los átomos de hidrógeno o densidad de carga electrónica positiva (δ+), formándose un dipolo eléctrico. Debido a esto, se da una interacción entre moléculas de agua mediante atracciones electroestáticas, estableciéndose enlaces o puentes de H2 (Enlaces débiles, que al ser un elevado número, proporcionan gran estabilidad). En estado sólido, presenta cuatro puentes de H2 (1 por cada H, y 2 por cada O). También puede estableces puentes de H2 con otras moléculas polares o iones.



I. Propiedades del agua


· Fuerza de cohesión molecular: Unión de moléculas de agua entre sí gracias a puentes de H2, pudiéndose mantener en estado fluido en un amplio margen de temperatura.

· Naturaleza incompresible: Mantiene constante su volumen aunque se le apliquen altas presiones.

· Elevada fuerza de adhesión: Unión a la superficie o a paredes de capilares finos, pudiendo ascender en contra de la gravedad (fenómeno de capilaridad).

· Densidad: Es máxima a 4ºC. Es más densa en estado líquido, debido a que en estado sólido, posee cuatro puentes de H2 que forman un retículo que ocupa un volumen mayor, reduciendo así la densidad.

· Bajo grado de ionización: Solo ionizan 10-7 moléculas de agua.

· Elevada tensión superficial: Se forma en la superficie del agua por atracciones entre sus moléculas, formando una película superficial.

· Elevado calor latente: Calor que debe absorber o ceder para cambiar de estado físico, sin modificar la temperatura.

· Elevado calor específico: Calor que debe absorber o ceder para modificar su temperatura.

· Elevado calor de evaporización: Calor que debe absorber para pasar de estado líquido a gaseosos, rompiendo sus enlaces.

· Elevada constante dieléctrica: Forma disoluciones de compuestos con solutos con grupos polares. En compuestos iónicos sólidos, separa los cationes y aniones, quedando rodeados de moléculas de agua (hidratación iónica).


II. Importancia biológica del agua


· Disolvente universal: Debido a la elevada constante dieléctrica, disocia compuestos iónicos mediante la hidratación iónica, estableciendo puentes de H2 con otras moléculas polares, y provocando su dispersión.

· Función metabólica: Debido al bajo grado de ionización y la elevada constante dieléctrica, es un medio donde se producen reacciones químicas, y un reactivo en la hidrólisis y fotolisis.

· Función estructural: Debido a la elevada fuerza adhesión-cohesión, forma el volumen celular mediante la turgencia, provoca cambios en el citoplasma, y también forma parte del esqueleto hidrostático de los gusanos.

· Función mecánica amortiguadora: Debido a la elevada fuerza adhesión-cohesión y su naturaleza incompresible, facilita la función de las articulaciones constituyendo parte del líquido sinovial.

· Función de transporte: Debido a la eleva constante dieléctrica y elevada fuerza de adhesión-cohesión, permite el movimiento de sustancias por los capilares en contra de la gravedad, mediante la capilaridad.

· Función termorreguladora: Debido al elevado calor específico y elevado calor de evaporización, regula la temperatura, sobre todo en organismos homeotermos.
· Posibilita la vida acuática: En climas cálidos, permite la vida de organismos sobre su superficie (Ejem. zapatero y nenúfares), gracias a la elevada tensión superficial. En climas fríos, gracias a la elevada densidad en estado líquido, ante un descenso de temperatura, se forma una capa superficial de hielo, que protege de los elementos térmicos superiores a muchas especies que viven en el interior.




Sales minerales


Biomoléculas inorgánicas que pueden encontrarse de tres formas:


Disueltas: Son solubles en agua. Se encuentran disociadas en aniones y cationes. Intervienen en procesos fisiológicos esenciales (Ejem. Transmisión del impulso nervioso y contracción muscular), regulan el pH y mantienen el equilibrio osmótico.


Asociadas a moléculas: Pueden estar asociadas a glúcidos, lípidos y proteínas.

Precipitadas: Forman parte de estructuras esqueléticas, proporcionando soporte y sostén.


I. Funciones de las sales disueltas


· Mantener el grado de salinidad.

· Regular la actividad enzimática, actuando como un cofactor.

· Regular la presión osmótica y el volumen celular.

· Estabilizar las dispersiones coloidales.

· Generar potenciales eléctricos, como la transmisión del impulso nervioso y la contracción muscular.

· Regular el pH del medio formando parte de disoluciones amortiguadoras o tampón.


Las disoluciones tampón, son aquellas a las que cuando se le añade un ácido (H+, H3O+…) o una base (OH-, H2O…), mantienen constante el pH, pudiendo evitar así la desnaturalización de proteínas. Las principales son el sistema tampón fosfato y sistema tampón bicarbonato.


Al añadir un ácido, disminuye el pH y aumenta [H+], el ion monohidrógenofosfato (HPO4-) o el ion bicarbonato (HCO3-) actúan como una base conjugada y acepta H+, produciéndose una neutralización.


Al añadir una base, aumenta el pH y disminuye [H+], el ion dihidrógenofosfato (H2PO4-) o el ácido carbónico (H2CO3) actúan como un ácido conjugado y libera H+, produciéndose una acidificación. A su vez, el ácido carbónico (H2CO3) es muy inestable y se descompone con facilidad en dióxido de carbono y agua, eliminados por la respiración.


II. Funciones de las sales precipitadas.

Carbonato cálcico (CaCO3): Forma parte de caparazones de protozoos marinos, de huesos y dientes de vertebrados, conchas de gasterópodos, corales, bivalvos y del exoesqueleto de artrópodos. Confiere estructura a las esponjas marinas.

Silicatos (SiO2): Forma parte de esponjas, de caparazones de radiolarios y diatomeas y del esqueleto de gramíneas y equiseto.

Fosfato cálcico: (Ca3(PO4)2): Forma parte de huesos y dientes en vertebrados.




Fisicoquímica de las dispersiones acuosas


Una dispersión es una mezcla constituida por la fase dispersa (soluto) y fase dispersante (disolvente). Atendiendo al tamaño de las moléculas de la fase dispersa: se puede clasificar en:


Disoluciones verdaderas: El tamaño de las partículas es <10-7cm de diámetro. Estas partículas son iones, moléculas aisladas o agrupaciones de estas, que no sedimentan.


Disoluciones coloidales: El tamaño de las partículas, denominadas partículas coloidales, se encuentra entre 10-7 y 10-5cm de diámetro. Son polisacáridos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos, que no sedimentarán, pero reflejaran y refractaran la luz.


I. Propiedades de las disoluciones verdaderas


La difusión es el flujo de moléculas de un fluido en el seno de otro, al ponerlos en contacto. (Ejem. Disolución del oxígeno atmosférico en agua) Puede ocurrir a través de una membrana lo suficientemente permeable para que las partículas la puedan atravesar.


La ósmosis es el paso del disolvente a través de una membrana semipermeable entre dos disoluciones de diferente concentración, siendo este, de la más diluida a la más concentrada, hasta igualarse las concentraciones. Provoca un aumento de presión sobre la membrana, ejercida por las partículas disueltas. Según sea la concentración del medio externo con respecto al medio interno, la célula va a experimentar distintas respuestas:

Medio externo isotónico (Misma concentración): No existe movimiento del disolvente. La célula no se deforma

Medio externo hipertónico (Más concentración): Sale disolvente del medio interno al exterior. En animales se produce una crenación (la célula se arruga) y en vegetales la plasmólisis (la célula se rompe).

Medio externo hipotónico (Menos concentración): Entra disolvente al medio interno desde el exterior. En animales se produce la hemolisis (estallido celular) y en vegetales la turgencia.


La diálisis es una difusión selectiva que separa a uno o varios solutos de una disolución a través de una membrana semipermeable, que permite el paso de partículas de menor tamaño. Un tipo de diálisis, es la hemodiálisis, sustituyente de la filtración renal en caso de insuficiencia renal; permite el paso de toxinas y el exceso de líquidos de la sangre hasta el hemodializador.


Las disoluciones verdaderas también estabilizan el pH.


II. Dispersiones coloidales


Se tratan de disoluciones en las que el tamaño de las partículas de la fase dispersa está entre 10-7 y 10-5cm de diámetro. En la célula, las podemos encontrar en el citoplasma. Se pueden clasificar en base a su naturaleza:


Hidrófilas: Se mantienen en suspensión rodeadas de una capa de moléculas de agua. Ante un descenso de agua, se produce un agrupamiento y sedimentan, proceso denominado coagulación.


Hidrófobas: Se encuentran rodeadas de otras moléculas que impiden su contacto con el agua, proceso conocido como emulsión. (Ejem. La clara del huevo al calentarla).


Pueden encontrarse en dos estado físicos, entre los cuales, su paso de uno a otro se produce por la polimerización y despolimerización de proteínas fibrilares del citoplasma. Este paso depende de otros factores como: la temperatura, pH, etc. Ahora explicaremos estos dos estados:


Estado sol: Aspecto líquido debido a que las moléculas de la fase dispersa se encuentran en menor cantidad que las de la fase dispersante.


Estado gel: Aspecto gelatinoso debido a que las moléculas de la fase dispersa se encuentran en mayor cantidad que las de la fase dispersante, formando una red que impide el movimiento de la fase dispersante (por ello, un gel se comporta como un sólido blando que se deforma con facilidad).


III. Propiedades de las dispersiones coloidales

· Capacidad de presentarse en forma de gel.

· Efecto Tyndall: Efecto luminoso al incidir lateralmente la luz sobre una dispersión coloidal, debido a que las moléculas de fase dispersa dispersan la luz de forma distinta a como lo hacen las de la fase dispersante, distinguiéndose ambas fases.

· Movimiento Browniano: Las partículas coloidales se mueven de forma desordenada y al azar, debido al movimiento de las partículas de la fase dispersante.

· Elevada absorción: Capacidad de atracción o retención sobre átomos, iones o moléculas.

· Sedimentación: Las partículas coloidales solo sedimentan al someterlas a una elevada fuerza de gravedad o a una fuerza centrífuga.

· Elevada viscosidad: Resistencia de un líquido al movimiento de sus moléculas.

Separación por diálisis.



Otras técnicas de separación de biomoléculas


Centrifugación: Permite separar las dos fases de una dispersión coloidal al someterlas a una fuerza centrífuga, debido a la sedimentación a distinta velocidad y la diferencia entre sus densidades.


Electroforesis: Técnica que permite el transporte de partículas coloidales a través de un gel (habitualmente de almidón o e poliacrilamida) gracias a la acción de un campo eléctrico. Permite la separación en función de la carga y del peso molecular. La velocidad de migración será mayor cuanto más alta sea la carga eléctrica global y menor su masa molecular.



El enlace covalente


Los átomos que forman las molécula orgánicas están unidos por enlaces covalentes, muy resistentes cuando la molécula se encuentra en disolución acuosa. Se forma cuando dos elementos no metálicos comparten uno o más pares de e-, siguiendo la mayoría la Regla del Octeto propuesta por Lewis en el siglo XX. Si comparten dos e-, uno cada átomo, diremos que están unidos por un enlace simple; si son 4 e-, dos cada uno, diremos que se trata de un enlace doble; y si son seis e-, tres cada uno, se tratará de un enlace triple. El enlace simple permite el giro, mientras que el doble y el triple no.


Los enlaces se representan mediante el trazo entre los átomos que los une (Ejem. –C-C- o –C=C-). Si existe una diferencia de electronegatividad entre los átomos que forman el enlace covalente, el más electronegativo, atraerá los e- del enlace para sí, creándose una polaridad, y por lo tanto, la molécula tendrá zonas con carga eléctrica positiva y otras con carga negativa, como sucede en la molécula de agua.


I. Funciones orgánicas

Son agrupaciones características de átomos presentes en las moléculas orgánicas. Entre estas, sin aparecer en la tabla de la derecha, también se encuentra el grupo funcional denominado tiol o sulfhídrico (-S-H), presente en aminoácidos, por ejemplo en la coenzima A, derivada de los nucleótidos, que la trataremos más adelante.


II. Formulación de biomoléculas.


Fórmula desarrollada o estructural: Indica todos los átomos y enlaces covalentes que forman la molécula. Da la máxima información.


Fórmula semidesarrollada: Indica únicamente los enlaces de la cadena carbonada. El resto de átomos se agrupan al carbono según ciertas normas (Ejem. –CNH2-).


Fórmula empírica: Indica únicamente el número de átomos de cada elemento. No da información de la estructura molecular, y por lo tanto, de los grupos funcionales que contiene, donde se localizan estos o los dobles y triples enlaces, si los presenta. De esta forma, puede verse moléculas con la misma fórmula empírica y diferente forma estructural.



Polímero y monómero


Los compuestos constituyentes de los seres vivos están formados por la unión de moléculas menores. Cada una de las unidades que forman estas grandes moléculas es un monómero y el compuesto que resulta de la unión se denomina polímero.


Los monómeros son de una masa molecular de 100 a 1000u o da. En los glúcidos son los monosacáridos; en los lípidos, los ácidos grasos; en las proteínas, los aminoácidos; y en los ácidos nucleicos, los nucleótidos.


Las macromoléculas o polímeros, poseen una masa molecular de 104 a más de 106u o da.


Las unidades que estamos usando, son la unidad de masa atómica (u) o dalton (da). En las que presentan la siguiente equivalencia:

1u = 1da= 1,660·10-24g


Enlaces intracelulares e intercelulares


Son enlaces que van a darle mayor estabilidad a las macromoléculas por la formación de agregados o de moléculas de mayor tamaño.


Enlace iónico: Enlace entre un metal y un no metal, en el que el e- es transferido. Esta transferencia ocasiona que un átomo asuma una carga neta negativa, y el otro una positiva, encontrándose estos como iones. Resulta de la atracción electroestática entre los átomos. Se suelen dar en moléculas con grupos funcionales, sobre todo en proteínas. En medio acuoso son muy débiles.


Puente de disulfuro: Se llama así a los enlaces covalentes que se forman al reaccionar dos grupos tiol (-S-H) para dar uno de estos enlaces (-S-S-). Es extraordinariamente resistente, y lo encontramos en las proteínas, sobre todo uniendo residuos de cisteína (Cys) en su estructura terciaria.


Puente de H2: Se trata de un enlace débil, pero al ser un elevado número, puede llegar a proporcionar una gran estabilidad. Se debe a la mayor o menor electronegatividad de los elementos que participan en un enlace covalente. Se suele encontrar en todas las biomoléculas orgánicas.


Fuerzas de Van der Waals: Fuerzas de carácter eléctrico debidas a pequeñas fluctuaciones en la carga de los átomos. Actúan si las moléculas se encuentran muy próximas unas de otras. Se encuentran en lípidos y proteínas.


Uniones hidrofóbicas: Sustancias insolubles en agua, en medio acuoso, van a mantenerse unidas entre sí por la repulsión al medio en el que se encuentran. Son muy débiles, pero van a ser muy importantes en el mantenimiento de componentes lipídicos en la membrana celular, y en la configuración de muchas proteínas.

4 de Julio de 2020 a las 10:47 0 Reporte Insertar Seguir historia
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