Elementos biológicamente importantes

De los 92 elementos naturales de la Tierra, sólo seis constituyen aproximadamente el 99% de todos los tejidos vivos.

Carbono Hidrógeno Nitrógeno Oxígeno Fósforo Azufre

Los átomos de todos estos elementos necesitan ganar electrones para completar sus niveles de energía exteriores. Así, generalmente forman enlaces covalentes. Dado que estos átomos son pequeños, los electrones compartidos en los enlaces se mantienen próximos a los núcleos, produciendo moléculas muy estables. Más aun, con excepción del hidrógeno, los átomos de todos estos elementos pueden formar enlaces con dos o más átomos, haciendo posible la constitución de las moléculas grandes y complejas esenciales para las estructuras y funciones de los sistemas vivos.

CHNOPS

CARBOHIDRATOS

LÍPIDOS

PROTEÍNAS

NUCLEÓTIDOS

Liberan energía cuando se oxidan

C H N O P S

MOLÉCULAS BIOLÓGICAMENTE IMPORTANTES

EL ESQUELETO DE CARBONO Puede formar 4 enlaces covalentes con 4 átomos

diferentes.

Pueden formar enlaces entre sí.

HIDROCARBUROS

GRUPOS FUNCIONALES Reemplazan a uno o más H que estarían en un

hidrocarburo.

Determinan las propiedades químicas de una molécula orgánica.

EJEMPLO: grupo hidroxilo (-OH)

CH4 CH3OH

METANO METANOL

GRUPO NOMBRE IMPORTANCIA BIOLÓGICA

-OH HIDROXILO Polar, soluble en agua, forma puentes hidrógeno.

– C=OIOH

CARBOXILOÁc. Débil (dador de H) . Cuando pierde un H adquiere carga negativa.

– N – HIH

AMINOBase débil (aceptor de H). Cuando acepta un H adquiere carga positiva.

HI

– C=O ALDEHÍDO

Polar, soluble en agua, caracteriza a algunos azúcares.

– C=OI CETONA

Polar, soluble en agua, caracteriza a otros azúcares.

HI

– C – HIH

METILO Hidrofóbico, insoluble en agua.

OII

– P –OHIOH

FOSFATOÁc. (dador de H) en solución presenta habitualmente carga negativa.

ISÓMEROS Y ACTIVIDAD BIOLÓGICA

ISÓMEROS ESTRUCTURALES

ISÓMEROS ÓPTICOS

El factor energético Enlaces covalentes fuertes y estables.

Si los átomos poseen suficiente energía cinética, el enlace se romperá y los átomos se separarán unos de otros.

La E que debe suministrarse para romper el enlace en condiciones estándar de Tº y Presión se expresan en Kilocalorías por mol.

Los átomos liberados tienden a formar nuevos enlaces covalentes idénticos o diferentes lo cual depende de:

Tº

PRESIÓN

ÁTOMOS DISPONIBLES EN LA VECINDAD INMEDIATA

CARBOHIDRATOS

Moléculas fundamentales de almacenamiento de E.

Forman parte de estructuras de células vivas.

MONOSACÁRIDOS

DISACÁRIDOS

POLISACÁRIDOS

RIBOSAGLUCOSAFRUCTOSA

SACAROSAMALTOSALACTOSA

CELULOSAALMIDÓN

Monosacáridos Formados por C, H y O.

(CH2O)n

C3H6O3 C8H16O8

(Carbohidratos o hidratos de carbono)

Poseen grupos hidroxilo y un grupo aldehído o cetona.

Altamente solubles en agua.

En solución producen una estructura en anillo.

OH debajo del plano del anillo

OH encima del plano del anillo

Esta pequeña diferencia lleva adiferencias muy significativas en laspropiedades de las moléculas másgrandes formadas por los seres vivos apartir de la glucosa.

Pueden quemarse u oxidarse y producir dióxido de carbono y agua.

(CH2O)n + nO2 (CO2)n + (H2O)n

Esta reacción libera E, por lo que es la fuente principal de E para humanos y otros vertebrados.

Un mol de glucosa libera 673 Kilocalorías

Disacáridos En otros organismos se transportan así (caña de

azúcar).

Es una condensación de monosacáridos (se elimina

una molécula de H2O).

Cuando se escinde para uso como fuente de E, la

molécula de agua vuelve a añadirse (hidrólisis).

Esta hidrólisis libera E.

Polisacáridos de almacenamiento

Monosacáridos unidos en cadenas largas.

ALMIDÓN ppal. reserva alimenticia de la mayoría de las plantas.

GLUCÓGENO ppal. forma de almacenamiento en la mayoría de los animales.

Polisacáridos estructurales CELULOSA ppal. molécula estructural de las plantas.

Forman parte de la pared celular.

Sólo algunos animales e insectos pueden usarla como

fuente de E por m.o. que habitan en su aparato

digestivo.

QUITINA componente ppal. Del exoesqueleto de

insectos y crustáceos y paredes celulares de muchos

hongos.

LÍPIDOS Insolubles en solventes polares (Agua) pero sí en

solventes orgánicos no polares (cloroformo, éter y

benceno).

Moléculas de Almacenamiento (grasas y aceites).

Moléculas Estructurales (fosfolípidos, glucolípidos y

ceras).

Mensajeros químicos.

Grasas y aceites Mayor proporción de enlaces Carbono-Hidrógeno, ricos en

E por lo que contienen más E química.

3 moléculas de ácido graso unidas a 1 de glicerol (triglicéridos).

Las propiedades físicas de una grasa están determinadas por las longitudes de sus cadenas de ácidos grasos y dependen también de si las cadenas son saturadas o no saturadas.

Tejido graso rodea a algunos órganos como a los riñones de los mamíferos, y sirven para protegerlos de una conmoción física.

Los mamíferos tienen una capa de grasa que se encuentra debajo de la piel y que sirve como aislante térmico.

FosfolípidosFormados por dos ácidosgrasos unidos a unamolécula de glicerol, y porun grupo fosfato unido alglicerol. Las "colas" deácido graso son no polaresy por lo tanto, hidrofóbicas; la "cabeza" polar quecontiene a los gruposfosfato es soluble,(hidrofílica).

GLUCOLÍPIDOS: son componentes importantes de las membranas celulares en las que cumplen funciones de reconocimiento celular.

CERAS: lubricantes e impermeabilizantes de animales, panales de abejas. En plantas sobre hojas y frutos para protegerlas de la pérdida de agua y aislar del frío los tejidos internos.

ESTEROIDES (colesterol): se encuentra en las membranas celulares, da rigidez a las membranas y evita su congelamiento a muy bajas temperaturas. Es componente principal de la vaina de mielina, la membrana lipídica que envuelve a las fibras nerviosas de conducción rápida, acelerando el impulso nervioso.

AMINOÁCIDOS Y PROTEÍNAS Cada aminoácido contiene un grupo amino (-NH2) y

un grupo carboxilo (-COOH) unidos a un átomo de

carbono central.

Existen 20 aa que forman las proteínas. A partir de

ellos, se puede sintetizar una inmensa variedad de

diferentes tipos proteínas, cada una de las cuales

cumple una función altamente específica en los

sistemas vivos.

NUCLEÓTIDOS Y ÁCIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos están formados por cadenas

largas de nucleótidos.

Están formados por tres subunidades: un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos y una base nitrogenada; esta última tiene las propiedades de una base y, además, contiene nitrógeno.

Los nucleótidos pueden unirse en cadenas largas para formar ADN Y ARN.

El principal portador de energía, en casi todos los procesos biológicos, es una molécula llamada adenosín trifosfato o ATP.

Hidrólisis del ATP

HETERÓTROFOS: organismos que

dependen de fuentes externas de

moléculas orgánicas para obtener su

energía y sus moléculas estructurales.

AUTÓTROFOS: son capaces de sintetizar

sus propias moléculas orgánicas ricas en

energía a partir de sustancias

inorgánicas simples.

PROCARIOTAS: material genético en

forma de una molécula grande y

circular de ADN a la que están

débilmente asociadas diversas

proteínas, sin membrana nuclear

(nucleoide).

EUCARIOTAS: el ADN es lineal y está

fuertemente unido a proteínas

especiales, rodeado por una doble

membrana (envoltura nuclear).