Tema 2. Principales componentes de los seres vivos

TEMA 2.

Principales componentes de los seres vivos

IBQ. K. ESPINOZA

2.1 COMPONENTES INORGÁNICOS

Contenido

2.1.1 Agua

2.1.2 Sales Minerales

2.1.3 Función dentro de la célula

2.2 COMPONENTES ORGÁNICOS

2.2.1 Carbohidratos

2.2.2 Lípidos

2.2.3 Proteínas

2.2.4 Vitaminas

2.2.5 Ácidos nucleicos

2.2.6 Función dentro de la célula

A pesar de la sorprendente diversidad que podemos observar a nuestro alrededor, incluyéndonos a nosotros mismos, también presentams una gran uniformidad ya que todos los seres vivos estamos constituidos por los mismos átomos y moléculas que las cosas inanimadas, y obedecemos a las leyes de la física y de la química.

Por supuesto que los seres vivos poseemos propiedades partículares, que están dadas por la composición y la estructura química de las sustancias que nos componen y que nos diferencian de lo que no tiene vida.

Todos los seres vivos somos conjuntos de elementos. Los elementos a su vez están formados por átomos, que son las unidades más pequeñas de la materia que aún conservan las propiedades de ese elemento. Vale decir, podemos romper un pedazo de aluminio en trozos cada vez más pequeños y el menor que logremos obtener aunque sea un solo átomo solitario, sigue siendo el elemento aluminio.

En la Tierra hay 92 elementos naturales, que encontramos enumerados en la tabla periódica de los elementos. Los seres vivos no están constituidos por todos ellos; sólo algunos forman parte de la enorme complejidad de los seres vivos, incluyendo también a los más simples seres unicelulares.

Teniendo en cuenta la concentración relativa en los seres vivos, a estos elementos podemos clasificarlos en: macroelementos o constituyentes principales, microelementos y elementos traza

Teniendo en cuenta la concentración relativa en los seres vivos, a estos elementos podemos clasificarlos en: macroelementos o constituyentes principales, microelementos y elementos traza

elementos traza

Macro-elementos

MIcro-elementos

2.1

COMPONENTES INORGÁNICOS

Las moléculas o compuestos inorgánicos son simples, de pequeño tamaño, tales como el agua, las sales y los ácidos y bases simples.

Biomoléculas inorgánicas

1. Son compartidas por los seres vivos y la materia inerte 2. Carecen de Carbono o está en muy baja cantidad 3. Representadas por sales minerales, agua y gases

2.1.1 Agua

El agua

La más abundante de las moléculas que componen a los seres vivos es el agua, constituyendo entre 50 y el 95% del peso de cualquier sistema vivo. El agua ha sido desde los remotos comienzos del origen de la vida, un participante muy activo en la compleja actividad química de la cual surgieron los compuestos orgánicos iniciales y, más adelante, los primeros organismos. El agua desempeña una serie de funciones en los sistemas vivos. La mayor parte de los demás productos químicos existentes están disueltos en ella y, necesitan un medio acuoso para reaccionar con otro. Disuelve los productos de desecho del metablismo y ayuda a su eliminación de la célula y del organismo. Además, tiene gran capacidad térmica; o sea una gran capacidad para absorber calor con cambios muy pequeños de su propia temperatura. Esta habilidad del agua para absorber calor permite a los seres vivos eliminar el exceso de calor evaporando agua.

El agua

Cumple la función indispensable de lubricante, y se encuentra siempre donde un órgano se desliza contra otro, formando parte de los líquidos corporales. En las articulaciones, por ejemplo, se encuentra agua formando parte del líquido sinovial, donde un hueso se mueve sobre otro. El hecho de que sea el componente más abundante de la materia viva no parece resultado de la casualidad. Lo que ocurre es que sus singulares propiedades le han permitido intervenir en múltiples papeles en el organismo. Veamos cuáles son esas propiedades desde el punto de vista químico.

El agua es una sustancia más compleja de lo que podría suponerse observando su fórmula elemental: dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno (H-O-H). Entre éstos se establecen enlaces covalentes simples, donde el átomo de oxígeno comparte un par de electrones con cada uno de los átomos de hidrógeno. Pero sucede que el átomo de oxígeno, que posee más masa, ejerce mayor atracción sobre los electrones de los enlaces que los de hidrógeno, y esto genera una distribución de electrones asimétrica. El agua es una molécula dipolar. Presenta zonas de carga positiva y negativa, pero la carga neta es cero.

La estructura molecular del agua

Seguramente ya conoces algunas de las propiedades del agua, como por ejemplo que es inodora, incolora e insípida, y su fórmula química. Veamos ahora otrass propiedades importantes. Recordemos que la fuerte atracción entre las moléculas debida a los puentes de hidrógeno es responsable de algunas de las propiedades más características del agua, como las siguientes:

Propiedades del agua

Sus puntos de fusión y de ebullición son más altos que los correspondientes a compuestos semejantes. Esto determina que, a temperaturas moderadas, se mantenga como un sistema líquido (propiedad que, entre las sustancias inorgánicas, solo comparte con el mercurio), que es el más adecuado para el desarrollo de muchas reacciones químicas. Su calor de vaporización es alto, lo cual indica que debe aportarse gran cantidad de calor para evaporar una cierta masa de agua. Debido a esto, la evaporación tiene efectos refrigerantes, y es por eso que la sudoración de los seres vivos en un día muy caluroso permite eliminar calor corporal. Tengamos en cuenta que el sudor contiene un 99% de agua.

Propiedades del agua

También es alto su calor específico, es decir que es necesario entregar una gran cantidad de calor para que 1g de agua eleve 1°C su temperatura. El calor específico del agua es mucho mayor que el de otros materiales de la biosfera, como las rocas o el aire. El calor de vaporización y el calor específico altos de la molécula de agua requieren que se entregue una gran cantidad de calor para que la temperatura del agua suba, y la extracción de una gran cantidad para que la misma baje. Estas importantes propiedades permiten que los medios acuosos puedan mantener una temperatura relativamente constante, lo que evita que los organismos que viven en los océanos o en los grandes lagos de agua dulce sean expuestos a bruscas variaciones de temperatura.

Propiedades del agua

También permite al agua comportarse como buen amortiguador de la temperatura de un organismo, disminuyendo los efectos de los cambios de temperatura del medio externo. Este mantenimiento de la temperatura es de suma importancia para la vida por que las reacciones químicas de importancia biológica sólo tienen lugar dentro de estrechos límites de temperatura.

Propiedades del agua

El agua tiene también una gran cohesión interna, gracias a los puentes de hidrógeno. Estos puentes de hidrogeno también provocan una elevada tensión superficial, que opone cierta resistencia a la penetración y se comporta como una película elástica. El ejemplo que nos permite evidenciar estas propiedades es el de los insectos voladores que aterrizan sobre el agua y flotan sobre ella.

Propiedades del agua

¿Por qué el agua disuelve sustancias diversas? El agua puede disolver sustancias diferentes en mayor grado que cualquier otro disolvente. Esta notable capacidad se debe a dos propiedades:

Propiedades del agua

• La tendencia a formar puentes de hidrógeno con otras sustancias.

• La presencia del agua disminuye la atracción entre iones de carga opuesta

2.1.2 Sales Minerales

Sales minerales

Tanto líquido que hay dentro de las células como el que hay entre ellas en organismos pluricelulares, contiene una variedad de sales minerales, que desempeñan importantes funciones. Cuando estas sales se disuelven en los líquidos corporales, se disocian en iones, átomos que poseen carga eléctrica por pérdida o ganancia de uno o más electrones. Los iones de carga positiva son llamados cationes, y entre los más importantes se encuentran el sodio, potasio, calcio y magnesio. Los iones de carga negativa son llamados aniones, y entre los más representativos se distinguen el cloruro, bicarbonato, fosfato y sulfato.

Sales minerales

Las sales minerales desempeñan importantes funciones en procesos tales como la contracción de los músculos o la transmisión de los estímulos nerviosos. Los aniones y cationes disueltos hacen que el grado de salinidad y el pH del medio interno sean constantes, y estabilicen las soluciones coloidales.

Sales minerales

En condiciones normales la concentración de las diversas sales se conserva muy constante; cualquier desviación importante de ésta ejerce efectos intensos sobre las funciones celulares, incluso la muerte. A modo de ejemplo, las células que por falta de energía no pueden bombear el sodio desde el interior al medio extracelular, van a hincharse por acumulación de agua y finalmente, si no obtienen energía para bombear el sodio al exterior celular, mueren. De este modo, las sales minerales tienen importancia para conservar las relaciones osmóticas entre la célula y el medio que la rodea.

Sales minerales

A veces las sales minerales se encuentran en estado sólido y aparecen en la estructura de las partes duras de un organismo vivo, como los huesos de los vertebrados y las valvas de los moluscos

2.1.3 Función dentro de la célula

El compuesto inorgánico mas abundante y mas importante en la célula es el AGUA Funciones del agua en la célula  Termorregulación  Lubricación de las articulaciones  Transporte de iones

Los electrolitos son compuestos que se dividen en agua y pueden disociar en iones de carga positiva (cationes) o carga negativa (aniones).

Los minerales son necesarios para la constitución de diferentes estructuras orgánicas y para diversas funciones.

2.2

COMPONENTES ORGÁNICOS

Las moléculas o compuestos orgánicos son todas aquellas que poseen el elemento carbono (C) en su cnstitución; en general son grandes, formadas por varios átomos de carbono, como los hidratos de carbono, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos.

La importancia del carbono para la vida surge de su capacidad para formar enlaces covalentes con hasta cuatro átomos, incluso con otros átomos de carbono formando largas cadenas carbonadas.

2.2.1 Carbohidratos

Son llamados también carbohidratos o glúcidos. La inmensa posibilidad de diversidad estructural de los hidratos de carbono es una característica clave en su función de mediadores de las interacciones celulares. Los hidratos de carbono pueden ser moléculas pequeñas conocidas como azúcares, o moléculas más grandes y complejas. De acuerdo con el número de moléculas de azúcar que poseen, se clasifican en monosacáridos, disacáridos y polisacáridos

Los monosacáridos poseen una sola subunidad, llamada más apropiadamente monómero. Este monómero puede tener un número de átomos de carbono que oscila de 3 a 7. De acuerdo con ello se denominan triosa (cuando están formados por 3 átomos de carbono, tetrosas (4), pentosas (5), hexosas (6) y heptosas (7)

Monosacáridos

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En todos los carbonos hay una función alcohol (-OH), salvo en uno, que puede presentar una función Aldehído (H-C=O) en cuyo caso el monosacárido se denomina aldosa; o bien un función cetona (C=O); en este caso el monosacárido se denomina cetosa

Monosacáridos

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Cuando dos hexosas se asocian a través de un enlace glucosídico, forman un disacárido, molécula constituida por dos monómeros. Los disacáridos más importantes son la sacarosa o azúcar de caña, formada por la unión de una glucosa con una fructosa; la maltosa, por asociación de dos glucosas, la lactosa o azúcar de la leche, por asociación de una glucosa con una galactosa. Los mono y disacáridos, conocidos comúnmente como azúcares, son moleculas relativamente pequeñas, de sabor dulce y son solubles en agua

DIsacáridos

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Cuando gran cantidad de moléculas de hexosas se unen a través de enlaces glucosídicos se forman grandes moléculas, constituidas por numerosas subunidades, que se denominan polisacáridos.

polisacáridos

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Los más conocidos sirven como almacén de energía, y por lo tanto son acumulados tanto en células vegetales como animales. Estos son: almidón, que es el polisacárido de reserva energética en células vegetales, y el glucógeno, polisacárido de reserva en animales. Ambos son poímeros de glucosa.

polisacáridos

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Otros polisacáridos no constituyen fuentes energéticas pero son importantes componentes estructurales en los seres vivos. Por ejemplo la celulosa, que es un polímero de glucosa que constituye la mayor parte de la pared celular de células vegetales, brindándole a las plantas rigidez y sostén. Otro ejemplo de polisacárido estructural es la quitina, un importante componente del exoesqueleto de los insectos y crustáceos, y de las paredes de algunos hongos. La mureína también es estructural, formando las paredes celulares bacterianas.

polisacáridos

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Funciones importantes en los sistemas biológicos

2.2.2 Lípidos

Esta es una categoría que agrupa sustancias que pueden tener estructuras químicas muy distintas. Sin embargo, todas las sustancias incluidas aquí comparten una característica fisicoquímica: su solubilidad. Todos sabemos que no podemos mezclar agua y aceite, y que siempre que lo hagamos, en el recipiente se van a observar dos fases separadas. En cambio, si colocamos aceite u otro lípido en un solvente no polar, como el benceno, el éter, el tetracloruro de carbono o el cloroformo, obtendremos una sola fase.

Lípidos

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Es conveniente que separemos a los lípidos en distintos grupos teniendo en cuenta las similitudes en la estructura química que presentan. Así podemos distinguir: -> Ácidos grasis, por ej. palmitico, oleico, linoleico, son un importante combustible celular y forman parte de los fosfolípidos y triglicéridos -> Fosfolípidos, como la fosfatidilcolina y fosfatidilserina, constituyen las membranas celulares

Lípidos

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-> Glucolípidos y esfingolípidos, también forman parte de las membranas celulares y están constituidos por ácidos grasos unidos a un grupo azúcar, por ejemplo la esfingomielina, que se encuentra en forma abundante en el tejido nervioso -> Triglicéridos o grasas neutras, moléculas de reserva energética, de acuerdo con su estado físico pueden estar como grasas o aceites

Lípidos

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-> Ceras, como las recubren a algunos frutos y la cera producida por las abejas -> Terpenos, como las vitaminas A, E y K -> Esteroides, como el colesterol, precursor de muchas moléculas de importancia biológica -> Prostaglandinas, derivadas de ácidos grasos poliinsaturados

Lípidos

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Los ácidos grasos raramente se encuentran libres en los tejidos, pero conviene considerarlo por separado porque son un elemento constitutivo de varios tipos de lípidos. Por lo general poseen un número par de átomos de carbono, y pueden ser saturados (cadenas carbonadas unidas por enlaces covalentes simples) o insaturados (con dobles y triples enlaces). .

Ac. grasos

La longitud y el grado de saturación de las cadenas afectan la fluidez de los ácidos grasos: mientras más cortas y más insaturadas sean las cadenas, o sea con múltiples dobles y triples enlaces, más fluidos serán los ácidos grasos a temperatura ambiente. Los ácidos grasos son importantes combustibles celulares, al igual que la glucosa, como ya hemos visto. Esto significa que pueden ser degradados con el fin de obtener parte de la energía química contenida en sus enlaces

Ac. grasos

Son lípidos que se caracterizan por la presencia de un grupo fosfato y dos ácidos grasos. El grupo fosfato le confiere a esa zona de la molécula la propiedad de solubilizarse en agua, mientras que los ácidos grasos no lo hacen.

fosfolípidos

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Los fosfolípidos suele adoptar una estructura de bicapa lipídica, la cual es muy estable, y su importancia biológica es crítica, ya que constituye la base de las membranas celulares que se forman espontáneamente al colocar fosfolípidos en un medio acuoso, como es el líquido extracelular que baña a las células. Si los fosfolípidos no fueran anfipáticos, no formarían bicapas.

fosfolípidos

Como su nombre lo indica, están constituidos por tres ácidos grasos unidos al glicerol, un alcohol de 3 carbonos.

triglicéridos o grasas neutras

Los aceites y las grasas consituyen reservas energéticas que se acumulan en las células de muchos organismos (algas, vegetales, animales).

Como las ceras están constituidas por un ácido graso unido a un alcohol de muchos carbonos son sustancias sólidas, que pueden ablandarse y moldearse mediante calor. Cumplen diversas funciones:

Ceras

-> Como cubierta protectoras, impermeabilizantes o lubricantes, en la piel, el pelo, las plumas o las cutículas de animales.

Ceras

-> Como cubierta protectoras en hojas y frutos

-> Como sustancias estructurales

Son derivados de un hidrocarburo que posee cuatro anillos cíclicos. Algunos representantes importantes de este grupo son: El colesterol, constituyen de membranas celulares y precursor de otros esteroides, como los citados a continuación: -> La vitamina D (Calciferol) -> Los ácidos biliares, que intervienen en la digestión de las grasas mediante su capacidad emulsionante o detergente -> Las hormonas sexuales y de la corteza suprarrenal

esteroides

2.2.3 Proteínas

PROTEÍNAS

Las proteínas son las macromoléculas más versátiles desde el punto de vista funcional, ya que, como veremos, cumplen gran diversidad de funciones dentro de las células. Además son el producto final que se obtiene cuando se descifra el mensaje contenido en el ADN

PROTEÍNAS

Muchas de las proteínas intracelulares son enzimas, que aceleran (catalizan) reacciones metabólicas que se producen dentro de los seres vivos. Otras proteínas permiten que las células realicen trabajo, mantengan la rigidez interna y transporten moléculas a través de las membranas. Algunas incluso dirigen su propia síntesis o la de otras macromoléculas.

PROTEÍNAS

PROTEÍNAS

La unión entre los distintos aminoácidos para formar proteínas se produce entre el grupo amino de un aminoácido con el grupo carboxilo del siguiete, y el enlace fuerte que se forma se denomina enlace peptídico

Cada tipo particular de proteína tiene una secuencia (u ordenamiento) de aminoácidos distintos que es exclusiva de ella

PROTEÍNAS

La forma de las proteínas está dado por cuatro niveles estructurales:

La estructura principal de una proteína es la disposición lineal, o secuencia, de restos de aminoácidos que constituyen la cadena polipeptídica

PROTEÍNAS

La estructura secundaria es la organización de partes de una cadena polipeptídica, que puede adoptar distintas disposiciones espaciales. En general, se producen por enlaces tipo puentes de hidrógeno entre los grupos R de los aminoácidos de la cadena polipetídica.

PROTEÍNAS

La estructura terciaria se refiere a la conformación global de una cadena polipept+idica, o sea a la disposición tridimensional de todos los restos de aminoácidos. La estructura terciaria se estabiliza mediante interacciones hidrófobas entre las cadenas laterales de aminoácidos no polares, y en algunas proteínas, por medio de puentes disulfuro. Este tipo de organización estructural es la que hace a las proteínas funcionales

PROTEÍNAS

La estructura cuaternaria sólo se observa en las proteínas que están constituidas por más de una cadena polipeptídica; por ejemplo en las inmunoglobulinas que posee cuatro (dos cadenas livianas y dos cadenas pesadas), o en la insulina que posee dos. Estas cadenas se mantienen unidas mediante enlaces no covalentes.

2.2.4 VITAMINAS

Las vitaminas son necesarios para nutrientes el buen funcionamiento celular del organismo y, a diferencia de algunos minerales, actúan en dosis muy pequeñas. Como nuestro cuerpo no puede fabricarlas por sí mismo, lo nutritivo de los alimentos no se podría aprovechar ya que activan la oxidación de la comida, las operaciones metabólicas y facilitan la utilización y liberación de energía proporcionada a través de los alimentos.

vitaminas

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Vitaminas

1) VITAMINAS HIDROSOLUBLES:

2) VITAMINAS LIPOSOLUBLES:

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2.2.5 Ácidos nucleicos

Son compuestos cuaternarios que además poseen P (fósforo) en su composición responsables del control de todas las funciones celulares y, además, de la transmisión de la información hereditaria a las nuevas generaciones.

Por sus estructuras primarias ambos son polímetos lineales formados por subunidades básicas que se repiten: los nucleótidos.

Los nucleótidos entonces son monómeros de cuya polimerización resultan los ácidos nucleicos. Pero la importancia de los nucleótidos no se limita a este papel; algunos están a cargo de funciones esenciales para el metabolismo celular.

ÁCIDOS NUCLEICOS

ÁCIDOS NUCLEICOS

ÁCIDOS NUCLEICOS

ÁCIDOS NUCLEICOS

Los ácidos nucleicos son las macromoléculas que contienen la información que determina la secuencia de aminoácidos en una proteína y forma las estructuras celulares que eligen los aminoácidos de una cadena proteica y luego los unen en el orden correcto.

El ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN) tienen grandes semejanzas químicas y algunas diferencias

ÁCIDOS NUCLEICOS

Acido ribonucleico (ARN)

Una secuencia de bases nitrogenadas que es característica de cada ARN particular: ...C-G-G-U-C-C-U Los tres tipos de ARN son: ARNm o ARN mensajero ARNt o ARN de transferencia ARNr o ARN ribosómico

ÁCIDOS NUCLEICOS

ÁCIDOS NUCLEICOS

Acido Desoxiribonucleico (ADN)

El ADN está constituido por dos cadenas lineales, cada una de las cuales resulta de la unión entre el grupo fosfórico de un nucleótido y la desoxirribosa del siguiente. Además, las dos cadenas están enfrentadas por sus bases nitrogenadas, entre las cuales se establecen uniones de tipo puente de hidrógeno. La replicación del ADN tiene una especial trascendencia que radica en la importancia de la información que contiene y hace posible la organización y funcionamiento de cada célula particular y del organismo completo: la "información genética"

ÁCIDOS NUCLEICOS

ÁCIDOS NUCLEICOS

2.2.6 Función dentro de la célula