Bioelementos y moléculas inorgánicas. Glúcidos

TEMA 2: BIOELEMENTOS Y MOLÉCULAS INORGÁNICAS.
• INTRODUCCIÓN
El carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P), y azufre (S) son los 6 elementos
fundamentales de la materia viva constituyendo los elementos biogénicos primarios. Además se encuentran
oreos elementos imprescindibles como el Cl, Fe, Ca, Na. K, y Mg que constituyen los bioelementos
secundarios. Al resto de elementos que presentan un porcentaje menor al 0'001% se les denomina
oligoelementos, y destacamos el I (hormona tiroxina), Mn, Zn, F(esmalte de los dientes), y Cu.
• LAS BIOMOLÉCULAS
Las moléculas que componen los seres vivos están compuestas fundamentalmente por átomos de carbono
enlazados entre si, formando cadenas de átomos, cuyas propiedades permiten a los organismos crecer
multiplicarse... etc
Llamaremos biomoléculas a aquellas moléculas constituidas por átomos de carbono enlazados entre sí. Los
seres vivos utilizan y producen moléculas inorgánicas que constituyen el mayor porcentaje en peso de la
mayoría de organismos.
• BIOLEMENTOS:
♦ PRIMARIOS
◊ C, H, O, N, P, S
♦ SECUNDARIOS
◊ Cl, Fe, Ca, Na, K y Mg
♦ OLIGOELEMENTOS
• BIOMOLÉCULAS
♦ INORGÁNICAS
◊ H2O, sales minerales, agua
♦ ORGÁNICAS
◊ Glúcidos, Lípidos, Proteínas, Ácidos Nucleicos
• EL AGUA
Constituye alrededor del 70 por 100 del peso de las células Aunque la cantidad de agua depende de:
• el tipo de organismo
• la edad del organismo
• El tipo de tejido
La mayoría de las reacciones químicas ocurren en medio acuoso, y participa en las reacciones químicas como
reactivo, pudiéndose descomponer en H2O −−−− H + OH. En la molécula de agua H2O, los dos átomos de
hidrógeno están unidos al oxigeno por enlaces covalentes. La molécula es fuertemente polar, porque el
oxígeno atrae mas a los electrones que a los átomos de hidrógeno, por lo que la molécula actúa como un
dipolo y posee un alta electronegatividad. Las moléculas de agua forman entre sí puentes de hidrógeno, que
se crean y se destruyen constantemente, estos puentes son más débiles que los enlaces covalentes y de corta
duración, sus efectos determinan las propiedades típicas del agua.
PROPIEDADES FISICAS
Es líquida a temperatura ambiente
PROPIEDADES BIOLÓGICAS
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Tiene alto calor de vaporización
Tiene elevada tensión superficial
Tiene elevado calor específico
Tiene cohesión (unión entre sus moléculas) y
adhesión (unión a otras moléculas)
Es uno de los mejores disolventes
Tiene mayor densidad en estado líquido que en
sólido
Disociación del agua
Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas
unidas. Por eso, aunque por su peso molecular
debería ser gas, es un líquido
Para que el agua comience a evaporarse hay qye
suministrar energía calororífica para que las
moléculas rompan sus puentes de hidrógeno t salgan
del líquido. Los seres vivos utilizan esta propuedad
para refrescarse al evaporarse el sudor en verano
Las moléculas de la superficie están fuertemente
unidas a otras del interior, algunos organismos se
desplazan por la película superficial de agua
El agua puede absorber una gran cantidad de calor
antes de elevar su temperatura, ya que lo emplea para
romper los puentes de hidrógeno. Los seres vivos
usan el agua como aislante térmico
Experimentan capilaridad. Es decir, movimiento por
espacios pequeños con cargas eléctricas, y absorción,
al poder `penetrar en materiales sólidos porosos con
cargas eléctricas hinchándolos.
La mayoría de las sustancias plares son capaces de
disolverse en agua al formar puentes de hidrógeno
con ella
Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas
más separadas que en el estado líquido. El hielo flota
sobre el agua. Por eso, en climas fríos los lagos y
mares se hielan e superficie y el hielo, actúa como
aislante para las capas inferiores, que permanecen
líquidas
Permite estabñecer la escala del pH
• La disociación del agua. El pH
Las moléculas de agua están unidas entre sí por puentes de hidrógeno, no obstante aproximadamente una de
cada 107 moléculas se disocia en sus iones. En el agua pura hay la misa cantidad de iones positivos H+
(protones) que de iones negativos OH− (hidroxilos). Hay sustancias que al disolverse libera H+, se les llama
ácido. Si una sustancia que disminuye la concentración de H+ o eleva la de los grupos OH− se denomina
base.
Para conocer el grado de acidez o basicidad de una disolución, se debe medir la cantidad de iones H+, se
llama pH a la expresión −log[H+]. El pH del agua pura será 7, las sustancias ácidas disueltas en agua bajará el
pH, las sustancias básicas subirán el pH
• LAS SALES MINERALES
• Las sales Minerales Disueltas
• Como consecuencia del metabolismo, las células producen ácidos y bases, para el correcto
funcionamiento de la célula se requiere un pH constante de 7'4. Determinadas sales actúan como
soluciones tampón. Un tampón es una mezcla de sal y ácido que es capaz de equilibrar el pH.
Tenemos dos tipos de soluciones tampón:
♦ Tampón Bicarbonato: ((HCO3) − / (H2CO3)) equilibran el pH en el medio extracelular,
♦ Tampón fosfato: ((H2PO4)−/ (HPO4)2)
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• Las sales disueltas mantienen la concentración iónica de los organismo
• La diferencia de concentración genera potenciales eléctricos que sirven de señales sobre el medio
externo
• Pueden intervenir en procesos biológicos, el Ca2+ es necesario para la contracción muscular, la
coagulación de la sangre, liberación de neurotransmisores, transmisión del impulso nervioso...
• Las sales minerales regulan la presión osmótica, que se ejerce cuando hay dos soluciones con
concentración diferente separadas por una membrana semipermeable, que deja pasar el disolvente
(agua) pero no el soluto (iones)
♦ Células animales en un medio HIPOTÓNICO [> concentración de sales]: el interior de la
célula tiene una mayor concentración de sales, el agua entrará dentro de la célula (del
hipotónico al hipertónico), llegará un momento en que la célula esté demasiado hinchada y
estalle, (lisis celular)
♦ Células animales en un medio HIPERTÓNICO [< concentración de sales]: el interior de la
célula tiene una menor concentración de sales, por lo que saldrá agua (del hipo al hiper), y la
célula morirá deshidratada y arrugada.
♦ Medio ISOTÓNICO: medio óptimo para las celulas, ni entra ni sale agua
◊ Celulas vegetales en un medio HIPOTÓNICO: ocurrirá lo mismo que en el caso de la
célula animal, a diferencia de que la célula no estallará puesto que tiene una gruesa
pared celular. La célula se hinchará (turgencia)
◊ Celulas vegetales en un medio HIPERTONICO; ocurrirá lo miso que en la célula
animal, y esta también morirá deshidratada y arrugada
• Las sales Minerales en Estado Sólido
Muchos seres vivos originan esqueletos externos que los defienden de los depredadores, o esqueletos interno
capaces de crecer a medida que lo hace el animal. Les esqueletos externos son generalmente de carbonato
cálcico CaCO3. Algunas esponjas, corales y dientes de vertebrados son de carbonato. La sílice SiO2 forma los
caparazones de algas microscópicas. Los esqueletos internos de los vertebrados están formados por fosfato
cálcico Ca3(PO)4
• EFECTO DE ALGUNAS MOLÉCULAS GASEOSAS EN LOS SERES VIVOS
Determinadas moléculas gaseosas son imprescindibles para el funcionamiento de los seres vivos. No se
concibe la vida sin la toma de carbono a partir de CO2 por parte de las plantas. Ni se comprende la existencia
de los seres vivos aerobios son el oxígeno O2.
Estos gases tan necesarios, se difunden en las estructuras intracelulares cuando se encuentran en disolución
acuosa, pero cuando se encuentran en cantidades excesivas resultan tóxicos.
El óxido nitroso NO, y el monóxido de carbono CO, pueden difundirse en la célula para activar determinados
procesos.
TEMA 4: GLÚCIDOS.
• CLASIFICACION
• OSAS: los monosacáridos son los glúcidos más sencillos, son cadenas de 3 − 5 átomos de carbono.
Ribosa, Glucosa, Galactosa
• ÓSIDOS: glúcidos más complejos derivados de las osas se clasifican en:
• Holósidos; formados por la unión de monosacáridos, los más importantes son las asociaciones de
monosacáridos
• Disacáridos: unión de 2 monosacáridos
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• Polisacáridos: unión de muchos monosacáridos
• Heteropolisacáridos: mas de un tipo de monosacáridos
• Homopolisacáridos: mismo tipo de monosacárido
• Heterósidos: formados por dos tipos de componentes, una parte glucídica y otras de distinta
composición aglucona
• MONOSACÁRIDOS
• Características Generales
Son los glúcidos más sencillos, cristalizan fácilmente, aparecen como sólidos, color blanco y muy
solubles en agua. Tienen poder reductor, ya que pierden electrones y reducen a los moléculas que los
captan.
• Composición química general
Siempre tienen un grupo aldehído −COH (aldosas) o grupo cetona C−O (cetosas), además de dos o
más grupos hidroxilo −OH. Pueden tener de tres a ocho átomos de carbono y se nombran (triosas,
tetrosas, pentosas...) y delante se coloca el grupo funcional, aldosa o cetosa.
• Isomería
Concepto de Isómero: dos o más moléculas que presenta la misma fórmula química pero distinta
fórmula estructural
Muchos monosacáridos se diferencian en la orientación de sus grupos funcionales, son
estereoisómeros, existe un carbono asimétrico o carbono quiral que está unido a cuatro sustituyentes
diferentes, por lo tanto existen dos esteroisómeros de tipo enantiómeros, es decir, imágenes uno del
otro no superponibles. Los enantiómeros reciben la letra D o L para denominarlos entre sí. El
monosacárido más sencillo es la aldotriosa que puede presentar dos formas el D−gliceraldehído y el
L−gliceraldehído , en la forma D, el hidroxilo se dibuja a la derecha del carbono asimétrico, y en la
forma L, se dibuja a la izquierda
Tipos de Isomería:
◊ De función: se diferencian en el grupo funcional
◊ De geometría: las moléculas tienen diferente configuración y no tienen propiedades
ópticas
◊ Espacial: ciando varía la posición de los grupos funcionales (esterioisómeros),
◊ Óptica: distintas propiedades ante la luz polarizada.
• Actividad Óptica
La asimetría de los estereoisómeros hace que tengas actividad óptica, es decir que giren el plano de
polarización de la luz polarizada. Cuando un estereoisómero produce rotación dextrógira (derecha) se
le designa con el signo (+), y cuando produce rotación levógira (izquierda), se le designa con el signo
(−). Si el grupo hidroxilo del carbono asimétrico más alejado del grupo aldehído o cetona se
encuentra situado hacia la derecha es un enantiómero D, si está a la izquierda es un enantiómero L. En
los monosacáridos predomina la forma enantiomérica D. En los monosacáridos con mas de tres
átomos de carbono, puede aparecer más de un carbono asimétrico, lo que da lugar a la posibilidad de
que existan muchos estereoisómeros. Cuando dos de estos difieren únicamente en la configuración de
un carbono asimétrico concreto, se denominan epímeros unos del otro.
• Formulas cíclicas de Fisher y Haworth
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En disolución acuosa, el grupo aldehído o cetona puede reaccionar con un grupo hidroxilo de la
misma molécula, dando lugar a una molécula con estructura cíclica. Cuando se forma un anillo de
cinco se dice que el monosacárido tiene estructura de furanosa. Cuando se forma un anillo de seis, se
dice que el monosacárido tiene estructura de piranosa. Cuando un monosacárido toma forma de anillo
se crea un nuevo carbono asimétrico en el carbono que llevaba el grupo aldehído o cetona. Resultan
dos nuevos esteroisóeros a lo que se llama anómeros. Anómero en el que el nuevo grupo hidroxilo
queda por debajo del plano, y anómero en el que está por encima del plano.
En realidad los anillos no son planos debido a los ángulos de enlace entre carbonos, pudiendo adoptar
distintas conformaciones. En piranosas las más habituales son las que tienen forma de bote, y de silla.
Para las furanosas es la de sobre.
• Principales Monosacáridos
◊ Glucosa (D−glucopriranosa) principal fuente de energía, precursor de muchos otros
compuestos, se utiliza como Moneda Energética−
◊ Galactosa: (D− galactopiranosa) forma parte de la lactosa y de diferentes
polisacáridos estructurales y glucolípidos también puede convertirse en moneda
energética
◊ Fructosa: se encuentra libre en muchas fructosas, forma parte de la sacarosa y sus
estérese fosfato son intermediarios del metabolismo, su función es energética porque
puede convertirse en glucosa
◊ −D−Ribosa: Forma parte de los ácidos ribonucleótidos y −D−Desoxirribosa
(como la ribosa pero sin grupo hidroxilo) forma parte de los desoxirribonucleótidos,
en ambas su función es estructural
◊ D−Ribulosa: cetopentosa, molécula intermediaria en las reacciones de la fotosíntesis,
a la ribulosa se le une el CO2 atmosférico y tras una serie de reacciones se forma esta
hexosa y como producto final la glucosa.
• Derivados de los Monosacáridos
Resultado de la enorme reactividad de sus grupos hidroxilo, aldehído o cetona
TIPO DE
COMPUESTO
CARACTERÍSTICAS EJEMPLO
Intermediarios del
metabolismo. Hacen
más reactivos a los
ESTERES
Glucosa 6−fosfato
FOSFATO
azúcares. Se puede
considerar como un
eterósido
Resultan de oxidar
Vitamina C, o ácido
AZÚCARES
grupos hidroxilo,
ascórbico. Ácido
glucurónico (tejido
ÁCIDOS
aldehído o cetona y
convertirlos en un ácido conjuntivo)
Resultan de reducir el Glicerina (componente de
AZÚCARES
grupo aldehído o cetona los lípidos) Sorbitol
ALCOHOLES
en hidroxilo
(edulcorante)
AMINOAZÚCARES Resultan de sustituir un −D−glucosamina,
grupo hidroxilo por un galactorsamina forman parte
grupo amino
de numerosos polisacáridos.
N−acetil−−Dglucosamina:
forma parte de polisacáridos
5
q forman el exoesqueleto de
artrópodos
Nucleósido: adenosina
GLUCÓSIDOS
Resultan de la unión de
un grupo hidroxilo de
Ciertas toxinas: amigdalina
un carbono anomérico
con una amina o con el
Oligosácáridos y
grupo hidroxilo de otro
polisacáridos
compuesto
(O−glucósidos)
• OLIGOSACÁRIDOS/ DISACÁRIDOS
• Enlace O−glucosídico
Es una cadena corta de monosacáridos unidos por enlaces O−glucosídicos. En el momento de la
unión, la posición o del carbono anomérico queda fijada, por lo que el enlace puede ser de tipo
o . Los enlaces de tipo son reconocidos por gran cantidad de enzimas y fácilmente hidrolizables.
Los enlaces de tipo sólo son hidrolizables por un número muy escaso de enzimas. Los mas simples
son los disacáridos, compuestos formados por 2 monosacáridos.
• Disacáridos de Interes biológico
DISACÁRIDOS: tienen propiedades similares a las de los monosacáridos, la mayoría están unidos
por enlaces O−glucosídicos monocarbonílicos. Esto les permite seguir teniendo libre un grupo
aldehído o cetona que puede oxidarse, se dice que son azúcares reductores. En algún disacáridos, el
enlace es O−glucosídicos dicarbonílico con lo que son azúcares no reductores (sólo en sacarosa:
glucosa + fructosa). Principales disacáridos:
◊ Sacarosa: −D−glucosa (1−2) −D−fructosa azúcar que se acumula en la caña de
azúcar. Principal alimento de las células vegetales que no producen la fotosíntesis, se
hidroliza orla enzima sacarasa
◊ Lactosa: −D−galactosa (1−4) −D−glucosa, azúcar de la leche de los mamíferos
◊ Maltosa: −D−glucosa (1−4) −D−glucosa, formada cuando se hidrolizan
polisacáridos como el glucógeno y el almidón
◊ Celobiosa: −D−glucosa (1−4) −D−glucosa se forma cuando se hidroliza el
polisacáridos celulosa.
Encontramos oligosacáridos formados por varias unidades, unidas a proteínas formando
glucoproteínas, y unidos a lípidos formando glucolípidos. Estas moléculas (Heterósidos) son típicas
de las membranas celulares y sirven para ser reconocidos selectivamente por otras células
• POLISACÁRIDOS
• Características Generales
Formados por la unión de miles de monosacáridos, mediante enlace O−glucosídicos, dando lugar a
cadenas lineales o ramificadas. Compuesto de peso molecular alto, no dulces, no solubles en agua, no
poder reductor.
• Homopolisacáridos
Moléculas formadas por la repetición de un mismo tipo de monosacárido
• De reserva
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◊ Glucógeno: formado por miles de glucosa mediante enlaces (1−4), cada diez
residuos la cadena se ramifica lateralmente con la aparición de enlaces (1−6), la
ceda tiende a adoptar forma de espiral lo que la hace inestable y fácilmente
hidrolizable. Constituye una reserva de glucosa en animales, se acumula en hígado y
riñón
◊ Almidón: reserva de las células vegetales (macromoléculas), se acumula en los
cloroplastos. Formado por miles de −D−glucosas pueden llegar a formar depósitos
en semillas y tubérculos y está compuesto por dos tipos de polímeros
◊ Amilosa: polímero de glucosas unidas por enlace (1−4), su estructura es helicoidal.
En caliente es soluble en agua
◊ Amilopectina: semejante al glicógeno pero con ramificaciones menos frecuentes
• Dextrano: polisacárido de reserva en levaduras y bacterias, formado por −D−glucosas, predominan
las uniones (1−6), y se forman ramificaciones ocasionales.
• Estructurales
◊ Celulosa: macromolécula de glucosa unidas por enlace (1−4), las glucosas se unen
formando una línea rígida, en la que cada residuo presenta un giro de 180º respecto al
de al lado. Estas estructuras se estabilizan por puentes de hidrógeno entre glucosas
adyacentes, varias cadenas de este tipo se colocan en paralelo formando estructuras
empaquetadas, muy resistentes al ataque químico, los animales carecen de enzimas
para digerirlas. Los animales herbívoros produce celulasas (enzimas que hidrolizan la
celulosa. >>puentes de hidrógeno en la misma cadena (intracatenarios), puentes de
hidrógeno entre cadenas, (intercatenarias)<<, [fibrilla (dos cadenas), microfibrilla
(fibrillas empaquetadas), fibra (microfibrillas)]
◊ Quitina: polisacárido estructural, se encuentra en la pared celular de los hongos y
forma el exoesqueleto de los artrópodos, polímero de restos de N−acetilglucosamina
unidos por enlace (1−4)
• Heteropolisacáridos
◊ ORIGEN ANIMAL: glucosaminoglucano o mucopolisacárido. Formados por la
repetición de un disacárido que contiene derivados de aminoazúcares como
glucosamina, galactosamoina o ácido glucurónico. Ejemplos:
◊ Proteoglucanos: se unen a proteínas que se localizan en el tejido conjuntivo,
formando también la matriz del tejido óseo y cartilaginoso. Función estructural.
◊ Ácido Hialurónico: se localiza en el humor vítreo del ojo y en el liquido sinovial de
las articulaciones. Función modificadores de la fluidez de líquidos
◊ Heparina: tiene función anticoagulante se localiza fundamentalmente en el hígado t
el pulmón.
♦ ORIGEN VEGETAL:
♦ Pectina y Hemicelulosa: Forma parte de la pared celular de vegetales
♦ Agar−Agar: se extrae de las algas rodifáceas (algas rojas), funciona en varios aspectos como
espesante, y como medio de cultivo
♦ Goma Arábiga: su función es protección en las heridas, a medida industrial se utiliza como
pegamento.
• ORIGEN BACTERIANO. Es el componente de la pared de las bacterias. Esta formada por
repeticiones de un disacárido N−Acetilglucosamina y N−acetilmuránico (NAG, NAM)
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