Tema 1 química de la materia viva y su estudio

TEMA 1: QUÍMICA DE LA MATERIA VIVA Y SU ESTUDIO

2º Bachillerato Col·legi Parroquial Don José Lluch

LA MATERIA VIVA

• Materia viva. Tipo de materia por la que están formados los seres vivos.
• Materia no viva. Constituye el resto de los elementos naturales.
• Estado físico de la materia viva. ¿Solido, líquido o gas? Ninguno de los tres.
• Es una compleja mezcla con disoluciones verdaderas, disoluciones coloidales y estructuras moleculares complejas. Somos una compleja disolución coloidal compartimentada por millones de tabiques que forman las células. Diversidad.
• Coloides: Disoluciones en las que las partículas del soluto tienen tamaños de centésimas de micrómetro. Estas partículas son conocidas como micelas.
• Forma coloidales SOL y GEL.
• La materia viva, seres espacialmente bien delimitados con tamaño definido.

BIOELEMENTOS

• Los elementos químicos están en distinta proporción en los seres vivos.
• De los 114 solo 25 están presentes en los seres vivos, y 16 son comunes a todos los seres vivos

BIOELEMENTO

BIOSFERA

LITOSFERA

HIDROSFERA

ATMÓSFERA

oxígeno (O)

62,0 %

46,5%

33,0%

21,0%

Carbono (C)

20,0

0,2

0,01

0,03

hidrógeno (H)

10,0

0,1

66,0

---

Nitrógeno (N)

3,0

---

---

78,0

Calcio (Ca)

2,5

3,6

---

---

Fósforo (P)

1,1

0,1

---

---

Cloro (Cl)

0,2

---

0,33

---

Azufre (S)

0,1

0,04

0,02

---

Potasio (K)

0,1

2,6

0,01

---

Sodio (Na)

0,1

2,8

0,3

---

Magnesio (Mg)

0,1

2,1

0,03

---

Hierro (Fe)

0,01

5,00

---

---

Silicio (Si)

---

27,7

---

---

Aluminio (Al)

---

8,1

---

---

CLASIFICACIÓN BIOELEMENTOS

- Elementos primarios: son los elementos indispensables para formar las biomoléculas orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos); constituyen el 96% de la materia viva seca. Son el carbono, el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno, el fósforo y el azufre (C, H, O, N). - Elementos secundarios: poco abundantes pero presentes en todos los organismos, menos de 4,5%. (P, S, Mg, Ca, Na, K, Cl) - Oligoelementos: apesar de su escasez, intervienen en funciones muy importantes, están en pequeñas cantidades en el organismo y tanto su ausencia como su exceso puede ser perjudicial, menos de 0,5% (Fe, Mn, I, F, Co, Cu, B, Si, Cr, Zn, Li, Mo, Sr, Al)

BIOELEMENTOS PRINCIPALES C,H,O,N (>95%)

1. Forman fácilmente enlaces covalentes
2. Comparten más de un par de electrones
3. Ligeros con capacidad de formar enlaces dobles (muy estables)
4. Forman cadenas carbonadas
5. Debido a la configuración tetraédrica del C forman estructuras tridimensionales
6. Tendencia a oxidarse/oxigenarse buscando compuestos de baja energía

BIOELEMENTOS SECUNDARIOS S, P, Mg, Ca, Na,K,Cl (<4,5%)

S: presente en 2 aa, Cis y Met proteínas presente en vitaminas (B), coenzima A P: integrante de los nucleótidos Mg: forma parte clorofila y catalizador de Reac. metab. Ca: presente en el CaCO3, forma parte de los huesos, estabiliza el huso mitótico, contracción muscular, coagulación sanguínea Na, K, Cl: iones de sistemas membranosos, interviene en el impulso nervioso (Pot. Acc.)

OLIGOELEMENTOS (I) Fe,Mn,I,F,Co,B,Si,Cr,Zn,Li,Mo,Sr,... (<0,5%)

enfermedades carenciales/intoxicaciones Fe: síntesis de clorofila citocromos (catalizadores de metabolismo), respiración celular, hemoglobina Mn: fotolisis del H2O I: síntesis de las hormonas tiroideas en mamíferos F: presente en el esmalte dentario y huesos Co: en vitamina B12, síntesis de Hb

OLIGOELEMENTOS (II) Fe,Mn,I,F,Co,B,Si,Cr,Zn,Li,Mo,Sr,... (<0,5%)

B: influye en la función del Ca Si: da resistencia al tejido conjuntivo presente en la pared celular y exoesqueleto de org. (SiO2; SiO) Cr: regulador de la [glucosa] sangre ~insulina Zn: catalizador de metabolismo Li: actúa sobre los neurotransmisores y permeabilidad celular Mo: forma parte de enzimas vegetales y nitratos Sr: forma parte del exoesqueleto de invertebrados (protozoos)

V. PAU

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13

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BIOMOLECULAS / PRINCIPIOS INMEDIATOS

http://biomodel.uah.es/

BIOMOLECULAS / PRINCIPIOS INMEDIATOS

bioelementos biomoléculas (Principios inmediatos) BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS

• Agua
• Sales minerales
• Gases (CO2, O2,...)

BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS

• Hidratos de carbono /glúcidos
• Lípidos
• Proteínas
• Ácidos nucleicos

Enlaces químicos y su importancia biológica

Enlace o puente de hidrógeno

Enlace covalente

- Unión débil pero muy relevante. - Atracción entre dos regiones moleculares con carga parcial de distinto signo. - Regiones orientadas y "sujetas". - Doble hélice del ADN. - Hélice alfa de las proteínas C=O y N-H. - Agua

- Enlace químico por excelencia. - H, C, N, O forman e. covalentes. - Pueden carecer de polaridad (ceras). - A veces hidrofobia o hidrofilia con carga iónica parcial, anfipáticos (fosfolípidos. - Pueden tener regiones hidrófilas (monosacáridos). - Se pueden ionizar en disolución acuosa (Aminoácidos).

Enlace iónico

Enlace del átomo de carbono

- Cristales aragonito en conchas moluscos. - Cristales de hidroxiapatito revistiendo fibras de colágeno en tejido óseo. - Estructuras de sílice en diatomeas.

- La mayoria de las veces es un enlace simple. Permite giro. - También casos de dobles enlaces. Impide el giro. Isómeros cis y trans. - Estos enlaces tienen consecuencias en la configuración espacial (ej proteínas).

EL ESTUDIO DE LA MATERIA VIVA Técnicas de estudio: 2 GRANDES GRUPOS DE TÉCNICAS 1. OBSERVACIÓN O EXAMEN VISUAL

• Macroscopicamente
• Microscopicamente. M. op. M. e-.

2. ANÁLISIS DE COMPONENTES

• Por procedimientos físicos o químicos
• Separar componentes para analizar la composición

in vivo,

in vitro,

in situ

EL ESTUDIO DE LA MATERIA VIVA

Terminología

Anatomía: ciencia que trata de la estructura del las plantas y animales ayudándose de la disección Morfología Ciencia de la forma, tamaño y aspecto externo de plantas y animales, que no considera las funciones Fisiología parte de la biología que estudia las funciones y actividades de los organismos Estructura o ultraestructura Disposición de las partes con respecto al todo y a su función. Difícil separar la estructura y la función.

in vivo

in vitro

in situ

MICROSCOPIO ÓPTICO

• Poder de resolución (PR)

• Aumento
• Apertura numérica del objetivo (AN)

• Límite de resolución (D)
• Límite de resolución del microscopio óptico (200nm)

MICROSCOPIO ÓPTICO

• m. de campo brillante o claro
• m. de campo oscuro
• m de contraste de fase
• microscopio de fluorescencia o de luz UV
• microscopio de polarización

Ejemplos microscopio de campo brillante o claro

Campo oscuro

Fluorescencia o radiación ultravioleta

Polarización

MICROSCOPIO ELECTRÓNICO

• Max Knoll y Ernst Ruska (1931-1939) 1950
• Haz de electrones (cátodo de tungsteno)

MET. secciones 500 nm aumento 500.000 estructuras de 10 Å s. met. con oro u osmio

MEB

superficie de muestras objetos enteros s. met. platino aumento 20.000 estructuras 100 Å

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Microscopio electrónico de transmisión (MET)

Microscopio electrónico de barrido (MEB)

CRIOFRACTURA

1. Congelar la muestra rápidamente, con crioprotectores (glicerol); se sumerge en freón (-150ºC) N. líq. (-196ºC) o He (- 269ºC)
2. Se fracturan y se separa el plano de fractura
3. La superficie de utiliza como plantilla y se deposita una fina capa de metal, + una capa de carbón.
4. Eliminación del material celular.

Poder de resolución

MEB

M. óptico

MET

Extracción de la muestra y fijación (paraformaldehido, glutaraldehido, tetraóxido de osmio)

Extracción de la muestra y fijación (Física o química)

Deshidratación e inclusión en parafina

Deshidratación e inclusión en resinas

Secado hasta el punto crítico (Tª y Pº crítica)

Obtención de cortes (microtomo)

Obtención de cortes (ultramicrotomo)

Solvente celular CO2

Deshidratado, capa de carbón , capa de metal pesado.

Desparafinado, hidratación y tinción

Contrastado de los cortes (sales metales uranio, plomo)

Montaje y observación de la muestra

Deshidratación y montaje

Montaje y observación

IMPORTANTE!

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METODOS DE ESTUDIO DE LOS ORGÁNULOS CELULARES

• Cultivo celular: in vitro, actividades celulares (Endocitosis, mov. celular, div. cel. transporte a través de mb.)
• Análisis químico: determinación de biomoléculas
• Precipitados, la filtración y la decantación . separar sustancias que forman la muestra.

TÉCNICAS:

• CROMATOGRAFIA
• ELECTROFORESIS
• ULTRACENTRIFUGACIÓN
• RADIOISOTOPOS

CROMATOGRAFÍA

• Fraccionar la muestra y hacerla pasar por una matriz porosa (tira de papel)
• Principio funcional: diferente afinidad por el disolvente y la matriz porosa
• Fase movil / fase inmovil
• cromatografía en capa fina (gel de sílice sobre vidrio)
• Cromatografía en columna
• HPCL

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ELECTROFORESIS:

• Presencia de campo eléctrico
• Principio funcional: las sustancias se separan por su capacidad de migrar según carga eléctrica o Mr

• Soporte: gel de poliacrilamida o agarosa

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ULTRACENTRIFUGACIÓN

• Mezcla homogenizada
• Dotación a elevada W, g
• Diferente sedimentación: W, rg, vsed.

• Estratificación según Mr

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TÉCNICA DE RADIOISÓTOPOS

• Sustancias trazadores permiten seguir su recorrido durante un proceso
• Los trazadores son sustancias radioactivas (átomos)
• Sustancias (desintegración)

• Detección de trazadores:
• espectrometría de centelleo líquido (moléculas centelleantes)

• autoradiografías, localización radioisótopos inmóviles en un corte histológico

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Este esquema corresponde a una célula pancreática secretora de enzimas digestivos a la que se ha añadido un aminoácido marcado radioactivamente (leucina tritiada). Después, a diferentes tiempos (3, 20 y 90 minutos) se examina el lugar donde aparece la marca radioactiva (&). Los resultados vienen reflejados en la figura.

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