Bioelementos y biomoléculas inorgánicas

Bioelementos y biomoléculas inorgánicas

Bloque I: las biomoléculas

EMPEZAR

Índice

1. Características

5. Enlaces

6. Biomoléculas inorgánicas

2. Niveles

3. Bioelementos

7. Agua

8. Sales minerales

4. Biomoléculas

¿Qué tienen en común una bacteria, un hongo, un protozoo, un roble y una ballena azul?

Seres vivos

• Unidad de composición química: todos están constituidos por los mismos elementos químicos (bioelementos) y moléculas.

• Célula como unidad estructural, funcional y reproductora.

• Son sistemas abiertos que intercambian materia y energía con su entorno.

• Tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción.

• Homeostasis: mantener las condiciones del medio interno a partir de mecanismos reguladores.

• Evolucionan.

Niveles de organización

Bioelementos

Biomoléculas

Complejos supramoleculares

Célula

Orgánulos

Biocenosis

Individuo

Tejidos

Población

Aparatos y sistemas

Órganos

Ecosfera

Bioelementos

Son los que forman parte de los seres vivos, aunque en proporciones variables.

Bioelementos primarios

> 95% de la materia viva.

- Propiedades:

- Importancia biológica:

• Forman enlaces covalentes muy estables porque son átomos de pequeño tamaño y los electrones están cerca del núcleo.
• Son la base de diversos grupos funcionales.
• Forman parte de compuestos clave para la vida: CO2, O2, H2O, N2

• Indispensables para formar las biomoléculas.

Bioelementos secundarios

4,5% de la materia viva

Oligoelementos

< 0,1% de la materia viva

• Se necesitan muy pequeñas cantidades, pero su ausencia puede ocasionar graves trastornos.

• 60 oligoelementos, 12 son los esenciales: Fe, Mn, Cu, Zn, F, I, Si, V, Co, Se, Mo y Ni.

Biomoléculas

Los átomos de los bioelementos se unen mediante enlaces químicos para formar biomoléculas.Son los compuestos químicos que constituyen la materia viva. Pueden haber hasta 10000 moléculas distintas en una célula animal o vegetal.

Inorgánicas

Grupos

Orgánicas

¿Cómo se pueden separar biomoléculas sin alterarlas?

Técnicas de análisis basadas en métodos físicos

Tipos de enlaces

Enlace de hidrógeno

Van der Waals

Iónico

Covalente

Son los más fuertes, permiten la construcción de moléculas estables. En todas las biomoléculas orgánicas, H2O y CO2.

Entre un elemento muy electronegativo y otro muy electropositivo

Entre moléculas que tienen un H unido a un átomo muy electronegativo y de pequeño tamaño (O, N)

Los más débiles.

Biomoléculas inorgánicas

1. Agua

Componente mayoritario de los seres vivos, la necesitan para sobrevivir. Supone entre el 50% y 95% de peso en los seres vivos. Dependerá de la especie de que se trate (+ agua acuáticos), la edad del individuo (- agua a mayor edad) y del tipo de tejido u órgano.

- Composición y estructura:

• Dos átomos de hidrógeno unidos por un enlace covalente polar a un átomo de oxígeno en un ángulo de 104,5º --> Dipolo
• Cada átomo de H comparte un par de electrones con el átomo de O.
• Entre moléculas, se unen por puentes de hidrógeno, que convierte al agua en una sustancia altamente cohesiva.

¿Cuánto tiempo podríamos sobrevivir sin comer? ¿Y sin beber? ¿Por qué?

- Propiedades:

Los puentes de hidrógeno entre las moléculas son los responsables de las propiedades especiales del agua:

• Elevados puntos de fusión y ebullición: la energía de un puente de hidrógeno agua-agua es de 5,5 Kcal/mol; romper los puentes para cambiar de estado requiere una gran cantidad de energía.

• Es líquida a temperatura ambiente a pesar de su bajo peso molecular.

• Elevado calor específico: se necesita mucha energía calorífica para variar su temperatura y romper los puentes de hidrógeno. Implica que almacena mucha energía.

• Alto valor del calor de vaporización: a 25º C es de 540 Kcal/L. Al evaporarse, absorbe mucho calor.

• Capilaridad: se debe a la cohesión entre las moléculas y la capacidad de adhesión a las superficies.

- Propiedades:

• Incompresibilidad: aunque se le aplique presión, su volumen no disminuye.

• Elevada tensión superficial: la superficie cohesionada que forman sus enlaces, hace que se comporte como una película.

• Menor densidad en estado sólido: al llegar a los 0º C forma una red espacial estable con mayor volumen, con lo que es menos denso que el agua líquida y flota.

• Alto poder disolvente de sustancias.

Funciones biológicas

Sus funciones son consecuencia de las propiedades anteriores:

2. Sales minerales

Compuestos inorgánicos que pueden ser solubles (disueltas) o insolubles (precipitadas) en agua.

Precipitadas

Disueltas

- Conforman todos los fluidos extracelulares e intracelulares.- Aniones frecuentes: Cl-, PO4 3-, CO2 2-, HCO3- - Cationes frecuentes: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+

- Tienen función estructural y de protección.- Constutuyen estructuras sólidas en los seres vivos: fosfatos, cloruros y carbonatos de calcio en el esqueleto interno de los vertebrados; carbonato cálcico en el caparazón de crustáceos y moluscos; sílice (SiO2) en el caparazón de algas unicelulares o diatomeas y endurecimiento de células vegetales (epidermis de las gramíneas).

Mantenimiento de concentraciones osmóticas adecuadas en los medios líquidos biológicos (sangre, plasma, líquido cefalorraquídeo, etc.)

El proceso ocurre entre el medio interno y externo de las células. Si la concentración de sales del medio intracelular es mayor al exterior, la entrada de agua excesiva hincha la célula (turgencia) y la membrana se puede romper y morir la célula. Si la concentración del interior es menor al exterior, la célula pierde agua y disminuye el volumen (plasmolisis) y muere la célula. Los solutos son capaces de traspasar las membranas semipermeables por diálisis.

Mantenimiento del pH en estructuras y medios biológicos

Cuando se disuelve un ácido en agua, la concentración de H+ aumenta, y si es una base, disminuye.Las reacciones bioquímicas liberan con frecuencia pequeñas cantidades de ciertos ácidos. Para evitar las variaciones de pH, intervienen los sistemas tampón o buffers, formados por un ácido débil y su base conjugada. Su función es captar o donar H+ para compensar el exceso o déficit de los iones en el medio y mantener el pH constante.

Constitución de estructuras duras de sostén y protección.

Funciones

El desequilibrio entre cationes puede provocar alteraciones graves o letales.

Permite que las moléculas formen cadenas lineales, ramificadas, cíclicas, saturadas o insaturadas.

Los átomos del elemento electropositivo ceden electrones que los átomos electronegativos captan, y se convierten en iones: aniones (-) y cationes (+).Los aniones y cationes forman redes cristalinas. Característico de las sales minerales y proteínas.

Enlaces menos fuertes que permiten fácil rotura y formación.Es fundamental en las reacciones reversibles y en las uniones transitorias entre moléculas. Estos procesos son muy comunes en las reacciones químicas que se realizan en las células (metabolismo). Es la atracción entre dos regiones moleculares con carga iónica parcial de distinto signo y que están lo suficientemente próximas. Se produce entre bases nitrogenadas del ADN, proteínas y agua.