PRACTICA Nº 5 QUIMICA DE LA MATERIA VIVA: BIOELEMENTOS y BIOMOLECULAS INTRODUCCION: Los Bioelementos o elementos Biogénicos son los elementos quimicos que constituyen la vida. De todos los elementos que se hayan en la corteza terrestre , solo unos 25 son componetes de los seres vivos. Esto confirma la idea de que la vida se a desarrollado sobre elementos concretos que poseen propiedades fìsico-quimicas idoneas acordes con los procesos quimicos que se desarrollan en los seres vivos. Por su abundancia se pueden agrupar en: 1.- BIOELEMENTOS PRIMARIOS: Bioelementos Primarios o principales; son los necesarios para formar los glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos; C, H, O, N, P y S; constituyen el 95% de la materia. Las propiedades Físico-químicas que los hacen idoneos son las siguientes: a) Forman entre ellos enlaces covalentes, compartiendo electrones. b) El carbono, nitrogeno y oxigeno, pueden compartir mas de un par de electrones, formando enlaces dobles y triples, lo cual les dota de una gra versatilidad para el enlace químico. c) Son los elementos mas ligeros con capacidad de formar enlaces covalentes, por lo que dichos enlaces son muy estables. d) A causa de la configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes. Esta conformación espacial es responsable de la actividad biológica. e) Las combinaciones del carbono con otro elementos, como el oxigeno, el hidrógeno, el nitrógeno, etc. GRUPOS FUNCIONALES HIDROFILOS GRUPOS FUNCIONALES HIDROFOBOS Carboxilo Hidroxilo Carbonilo Amino Imino Sulfhidrilo Radical alquilico -- CH2 – R Radical etilenico – CH =R Radical fenilo -- C6 H5 - COOH - OH C=O - NH2 NH - SH Los grupos funcionales polares son solubles en agua o hidrófilos. Los no polares son insolubles o hidrófobos. f) Permiten la aparición de una gran variedad de grupos funcionales que dan lugar a las diferentes familias de sustanias orgánicas. Estos presentan características físicas y químicas diferentes y dan a las moléculas orgánicas propiedades específicas, lo que aumenta las posibilidades de creación de nuevas moléculas orgánicas por reacción entre los diferentes grupos. g) Los enlaces entre los atomos de carbono pueden ser simples (C – C),dobles (C = C) o triples. h) Los q permite que puedan formarse cadenas mas o menos largas, lineales, ramificadas y anillos. OXIGENO (65%) Encargado de la respiración y fotosintesis. CARBONO (18%) Forma parte de las biomoléculas orgánicas. HIDROGENO (9.5% Forma parte de las biomoléculas orgánicas. NITROGENO (3.2%) Constituyente de las proteínas, vitaminas y ácidos nucleicos. FOSFORO (1%) Participa en la transferencia de enzimas, en los fosfolipidos en la formación de ATP. Forma parte de los aminoacidos como la metionina y cistina. ASUFRE (0.3%) 2.- BIOELEMENTOS SECUNDARIOS: Los encontramos formando parte de todos los seres vivos; Mg, Ca, Na, K, Cl, y en una proporcion de 4.5%. Magnesio Forma parte de la molécula de clorofila, y en forma iónica actúa como catalizador, junto con las enzimas , en muchas reacciones quím9.5%icas del organismo. Calcio Forma parte de los carbonatos de calcio de estructuras esqueléticas. En forma iónica interviene en la contracción muscular, coagulación sanguínea y transmisión del impulso nervioso. Sodio Catión abundante en el medio extracelular; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular Potasio Catión más abundante en el interior de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular Cloro Anión más frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluído intersticial 3.- OLIGOELEMENTOS: Se denominan así al conjunto de elementos químicos que están presentes en los organismos en forma vestigial, pero que son indispensables para el desarrollo armónico del organismo. Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes para casi todos, y estos son: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, iodo, boro, silicio, vanadio, cromo, cobalto, selenio, molibdeno y estaño. Las funciones que desempeñan, quedan reflejadas en el siguiente cuadro: Hierro Fundamental para la síntesis de clorofila, catalizador en reacciones químicas y formando parte de citocromos que intervienen en la respiración celular, y en la hemoglobina que interviene en el transporte de oxígeno. Manganeso Interviene en la fotolisis del agua , durante el proceso de fotosíntesis en las plantas. Iodo Necesario para la síntesis de la tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo Flúor Forma parte del esmalte dentario y de los huesos. Cobalto Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina . Silicio Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, endurece tejidos vegetales como en las gramíneas. Cromo Interviene junto a la insulina en la regulación de glucosa en sangre. Zinc Actúa como catalizador en muchas reacciones del organismo. Litio Actúa sobre neurotransmisores y la permeabilidad celular. En dosis adecuada puede prevenir estados de depresiones. Molibdeno Forma parte de las enzimas vegetales que actúan en la reducción de los nitratos por parte de las plantas. Cobre Ayuda a la formación de Glóbulos rojos, es fundamental para crear el pigmento de la melanina, se encuentra en el cerebro e hígado. OBJETIVOS: - Reconocimiento cualitativo de los bioelementos en los seres vivos. - Describe las características de los bioelementos. MATERIALES: 3Og hojas frescas 50g de carne de pollo 50 gr de pescado fresco Mechero o quemador de grasas Pinzas para tubo de ensayo 4 tubos de ensayo 10 gr de pelos y uñas PROCEDIMIENTO: Ilustrar o insertar imágenes de cada experiencia desarrollada. Experimento 01 En un tubo de prueba limpio y seco coloca trozos de hojas secas. Con la ayuda de una pinza calienta el tubo hasta observar el desprendimiento de vapor. ¿Qué observas? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ¿Qué sustancia observa en las paredes del tubo de prueba? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ¿Qué elementos constituye dicha sustancia? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………................................................................................................................. ¿Qué se está demostrado con esta experiencia? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………..... Experimento 02 En otro tubo de prueba repite el mismo procedimiento con trozos de pescado. Observa y contesta ¿Qué observas? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ¿Qué sustancias observas en las paredes del tubo de prueba? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………............ ¿Qué diferencia existe entre la sustancia resultante del procedimiento A con la del procedimiento B? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ¿Qué se está demostrado con esta experiencia? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. Experimento 03 Utilizando los residuos de los procedimientos anteriores, calienta ambos tubos hasta su total evaporación. ¿Qué observas? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ¿Qué se está demostrando en este procedimiento? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Experimento 04 En un tubo de prueba coloca trozos de uñas y somételo al calor hasta que desprenda vapores. Abanica los vapores para que puedas percibir los olores (no huelas directamente). Describe lo observado: ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ¿A qué se asemeja el olor de las uñas quemadas? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ¿Dicho olor es característico de que elemento? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ¿Qué se está demostrando con este procedimiento? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. En otro tubo repite el mismo procedimiento con los cabellos, Observa y contesta ¿Qué se está demostrando con este procedimiento? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. BIOMOLECULAS Las Biomoléculas son principios inmediatos están constituidos por la unión química de los bioelementos; las biomoléculas son inorgánicas (agua, CO2 y sales minerales) y orgánicas (carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos). El AGUA es la sustancia más abundante de la naturaleza, constituye aproximadamente el 70% o más de la masa de un organismo (en las esponjas marinas, 95% ; células embrionarias, 90-85%; osteocitos, 8%; odontoblastos y semillas 4%; es el disolvente universal gracias a su molécula dipolarizada (originada por la distribución asimétrica de sus cargas); en las células; el agua se halla en forma libre (95% del agua total) cumpliendo función de solvente y dispersante del sistema coloidal y ligada (restante 5 %) unida laxamente a las proteínas e inmovilizada en el seno de las macromoléculas. Las SALES MINERALES se hallan en las células en forma disuelta (como iones), asociada (unidas a proteínas o lípidos) y precipitadas (como sales estructurales); no obstante están presentes en cantidades muy baja en los seres vivos, variaciones en su equilibrio iónico corporal pueden inducir severas alteraciones en la permeabilidad y excitabilidad celular. El oxígeno (02) y el dióxido de carbono (CO2); son algunos gases que pueden desprenderse o utilizarse en el transcurso de las reacciones químicas de las células. 1.- CARBOHIDRATOS: Biomoléculas formadas por varios grupos de alcohol y alguno carbonilo (aldehído o cetona).Se clasifican en: - MONOSACARIDOS: sustancias de entre tres y siete átomos de carbono, presentan un grupo de aldehído o acetona varios grupo de alcohol; solubles en agua; poseen sabor dulce debido a los grupos –OH; sus propiedades son: a) ISOMERIA: a poseer algunas moléculas idéntica formula empírica pero distinta estructura química, todos los monosacáridos naturales son la forma D por tener el grupo –OH adyacente al grupo químico terminal a la derecha b) PODER REDUCTOR: pues hacen “ganar” electrones hidrogeniones a las moléculas que se enfrentan. - OLIGOSACARIDOS: resultan de la unión de dos a cinco monosacáridos, mediante enlace GLUCOSIDICO alfa o beta; son disacáridos como lactosa (azúcar de la leche),maltosa (azúcar de la malta),sacarosa (azúcar común) ; muchos oligosacáridos se localizan en la superficie de la membrana celular permitiendo el reconocimiento celular (como del espermio con el ovulo). - POLISACARIDOS: resultan de la unión de los monosacáridos; son de RESERVA como el almidón y el glucógeno (formados por enlace alfa) y estructurales como la celulosa, la quitina (como enlace beta). 2.- LIPIDOS: Biomoléculas heterogéneas insolubles en agua pero solubles en medios orgánicos o hidrófobos por sus cadenas hidrocarbonadas o plegadas; esta cadena es un ácido graso constituido por entre 1O y 24 carbonos con un grupo carboxilo (COOH) terminal, es saturado o insaturado (según presente enlaces sencillos, dobles o triples, respectivamente). La reacción más importante del ácido graso es la formación de ésteres al combinarse con alcohol, el proceso inverso es la saponificación (usado para la formación de jabones). Cuando los ácidos grasos se unen con glicerina forman triacil- glicéridos en forma de ACEITES (formados por ácidos graos insaturados de cadena corta, líquidos a temperatura ambiente y de origen vegetal la mayoría) y GRASAS (constituidos por ácidos grasos saturados de cadena larga, sólidos y de origen animal). Un grupo importantes de lípidos son los FOSFOGLICERIDOS formados por la esterificación de los ácidos grasos con el ácido fosfórico al cual se pueden unir otras moléculas como la colina, la etanolamina, el aminoácido serina el grupo inositol muy importantes en la constitución de las membranas celulares. Otro grupo esencial son los TERPENOS como los carotenos, abundantes en vegetales, participan absorbiendo la luz en la fotosíntesis, al incorporarse en la dieta se escinden en dos unidades de retinol (vitamina A), el fitol, al que se une un grupo hemo para formar la clorofila; las plastoquinonas, constituyentes de la cadena de transporte de electrones. Los ESTEROIDES derivan de la ciclación (tres anillos hexagonal y uno pentagonal) de ciertos terpenos, el más importante es el colesterol componente fundamental de la membrana plasmática a la que da fluidez y estabilidad, usado como sustrato para la síntesis de corticoides, testosterona, progesterona, ecdisoma (hormona de la muda en insectos y crustáceos), giberelinas (hormonas responsables del crecimiento vegetal). Finalmente tenemos las PROSTAGLANDINAS identificadas como hormonas y como mediadores locales en procesos inflamatorios y del dolor, Existen también lípidos compuestos como GLUCOLIPIDOS que forman parte de la cara externa de la membrana plasmática permitiendo el reconocimiento celular y las LIPOPROTEINAS localizadas en la membrana plasmática y el plasma (facilitando el transporte de lípidos). 3.- PROTEINAS: Son biopolímeros cuaternarios (C,H,O,N), formado por la asociación de AMINOACIDOS (Aa) los que poseen un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH). Los Aa que forman las proteínas son 20, pudiendo tener radicales apolares (alanina); polares sin carga neta (serina); polares con carga positiva (lisina) y polares con carga negativa a Ph 7 (ácido glutámico). La gran mayoría de proteínas HOLOPROTEINAS no actúa como una cadena simple de Aa sino que se asocia con una parte no proteíca llamada grupo prostético. Las funciones de las proteínas son: a) Enzimatica: catalizando las reacciones químicas de la célula b) Reguladora: coordinando varios procesos celulares como producción de energía, síntesis de moléculas propias, movimiento, división, etc. c) Mensajeros Químicos: realizado por unos polipéptidos pequeños (insulina), ciertos aminoácidos (ácido glutámico) y determinados derivados de aminoácidos (adrenalina) d) Estructural: muchas proteínas fibrosas y algunas globulares forman armazones estructurales que den consistencia a diversos componentes. e) Motora: actina y miosina del musculo; f) Defensiva: glucoproteínas que se encargan de reconocer cualquier partícula extraña al propio organismo para ser engullida por los macrófagos. g) Transporte: (hemoglobina, lipoproteína). h) Reserva: ovoalbúmina reserva de Aminoácidos más importante para el desarrollo del embrión, lacto albumina de la leche, la gliadina del trigo, y la hordeína de la cebada. 4.- ACIDOS NUCLEICOS: son biopolímeros de alto peso molecular formados por nucleótidos. SON EL Acido desoxirribonucleico (ADN) y el Acido ribinucleico (ARN). El DNA presenta una estructura bicateriana, consta de dos hebras o cadenas anti paralelas de nucleótidos que forman una larga estructura helicoidal. Los nucleótidos de DNA costa de tres componentes, desoxirribosa, un grupo fosfato y una base nitrogenada. En el DNA existe cuatro bases nitrogenadas: las purinas adenina, guanina, citosina y timina. La estructura tiene dos implicancias sugiere una manera por la cual la molécula puede ser duplicada, propiedad esencial para actuar como material genético. Sugiere que esta larga molécula tiene la capacidad de almacenar la información genética. El ARN tiene una estructura monocatenaria (una sola cadena de nucleótidos) donde la pentosa ribosa remplaza a la desoxirribosa y la pirimidina uracilo (U) en vez de timina. El ARN asume tres formas: ARN mensajero (ARNm), ARN ribosomal (ARNr), y ARN soluble (ARNs). Todas estas moléculas son mucho mas cortas que las de ADN. Los ARN participan en la síntesis de proteínas o traducción. PROCEDIMIENTO Prueba para determinar la presencia de almidón a) Coloque una pequeña muestra de papa rayada en un tubo de ensayo y alada 1ml de agua. b) Agregue 2 o 3 gotas de Lugol y agite. c) Observe el color que desarrolla la reacción. d) Repita el procedimiento usando una pequeña cantidad de maicena. Prueba para azucares (monosacáridos) a) Raye un poco de pera y coloque una porción en un tubo de ensayo. b) Agregue al tubo 10 gotas de agua y 1 ml de reactivo de Benedict. c) Coloque el tubo en un vaso químico con agua hirviente por 30 seg. Y observe e color que desarrolla la reacción. Prueba para proteínas a) Rompa suavemente un huevo de gallina y recoja la clara (albumina) en un vaso químico. b) Diluya la albumina, por cada 2 partes de albumina agregue una parte y luego revuelva suavemente con una varilla de vidrio para agitación, hasta que aparezca homogénea. c) Coloque 1ml de albumina diluida en un tubo de ensayo y agregue unas 5 a 7 gotas de reactivo de Biuret suavemente. d) Observe el color que desarrolla la reacción. e) Tome otro tubo de ensayo y repita usando 2ml de leche de lata: agregue 5 a 7 gotas de reactivo de Biuret y observe el color de la reacción. Prueba para lípidos a) Solubilidad de las grasas b) Coloque 10 ml de aceite en un tubo de ensayo c) Agregue 2ml de butanol, agite bien y observe que sucede. BIBLIOGRAFIA: Montoya del Hoyo M, T. Manual de Laboratorio de Biología Solomon y col. (1998). Biología de Villee.4°. Ed. Mex.McGrawHill.Interamericana Solís Rojas J.I, Manual de Practicas de Biología General, Universidad Nacional del Centro del Perú, Facultad de Ingenierías en Industrias Alimentarias. Introducción a la Bioquímica. Biología y Geología. 1er Bachillerato. DPTO. de Biología y Geología. I.E.S. SIERA SUR. VALDEPEÑAS DE JAEN. ESPAÑA. 2014.2015. Manual de PRACTICAS . BIOLOGIA GENERAL y CELULAR. Raul Beltran Orbegozo. UNT. Trujillo. 2006
