niveles de organización de la materia

Presentación del tema: "niveles de organización de la materia"— Transcripción de la presentación:

1 Tema 2: Biología Molecular Agua, elementos y biomoléculas: carbohidratos, lípidos y proteínas.

2 niveles de organización de la materia

3 C H O N Los elementos básicos de la vida

4 Biología Molecular La Biología Molecular explica los procesos vivos aludiendo a las sustancias químicas implicadas. Los átomos de carbono pueden formar cuatro enlaces covalentes, y permiten así la existencia de toda una serie de compuestos estables. La vida se basa en los compuestos de carbono, entre ellos glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

5 Metabolismo El metabolismo es el conjunto de todas las reacciones catalizadas por enzimas en una célula o un organismo. El anabolismo es la síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas más simples, incluida la formación de macromoléculas a partir de monómeros, por reacciones de condensación. El catabolismo es la descomposición de moléculas complejas en moléculas más simples, incluida la hidrólisis de macromoléculas en monómeros.

6 Algunas moléculas orgánicas o biomoléculas
Cafeína

7 Algunas moléculas orgánicas o biomoléculas
Hemoglobina es una proteína que transporta oxígeno en la sangre. Es una molécula grande.

8 Algunas moléculas orgánicas o biomoléculas
Triglicérido: un lípido

9 Las biomoléculas básicas:
Carbohidratos Lípidos Proteínas Ácidos nucléicos

10 Biomoléculas Molécula Subcomponentes Carbohidratos Monosacáridos
Lípidos Glicerol y ácidos grasos Proteínas (polipéptidos) Aminoácidos Ácidos nucléicos Nucleótidos

11 http://web. educastur. princast

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13 Algunos elementos que juegan papeles clave en seres vivos
Azufre (S): formación de dos de los veinte aminoácidos que forman las proteínas de todos los seres vivos. Calcio (Ca): ligado a enzimas que regulan procesos en la célula, incluyendo la transcripción. Componente de los huesos Fósforo (P): parte de los grupos fosfato del ATP y el ADN. Hierro (Fe): forma parte de los citocromos, que son proteínas clave en la respiración aeróbica. Los grupos hemo de la hemoglobina transportan oxígeno en la sangre. Sodio (Na): es bombeado al citoplasma para elevar la concentración de solutos, causando movimiento del agua hacia adentro de la célula. Paso del impulso nervioso l

14 El agua: sus propiedades únicas y los seres vivos

15 El agua: sus propiedades únicas y los seres vivos
propiedades térmicas: alto calor específico (o capacidad de calor), alto punto de ebullición, alto calor de vaporización con efecto de enfriamiento. Propiedades cohesivas: formación de gotas, tensión superficial, capilaridad. Propiedades solventes: excelente solvente de la mayoría de biomoléculas y medio de transporte.

16 Estructura de la molécula de agua: polaridad y puentes de hidrógeno

17 Estructura de la molécula de agua: polaridad y puentes de hidrógeno

18 El Agua: propiedades térmicas Estabilización de temperatura en los seres vivos
Poseer un alto calor específico significa que el agua puede absorber o liberar calor manteniendo su temperatura relativamente estable. Esta propiedad sirve como estabilizador de la temperatura en los seres vivos. Alto calor de vaporización, significa que el agua absorbe gran cantidad de calor cuando se evapora. así, el sudor al evaporarse enfría nuestro cuerpo. Alto punto de ebullición (100º C) es alto pues los puentes de hidrógeno entre las moléculas deben romperse para que pase de líquido a gas. Podemos encontrar agua en forma líquida en casi todo el planeta, y los organismos la usan como medio para las reacciones del metabolismo.

19 El Agua: propiedades cohesivas Sus moléculas se atraen fuertemente entre sí

20 El Agua: propiedades cohesivas Sus moléculas se atraen fuertemente entre sí
Las moléculas de agua se atraen fuertemente debido a los puentes de hidrógeno y la polaridad. Así el agua puede subir como una columna por los vasos de un árbol hasta grandes alturas. La tensión superficial hace que algunos insectos “caminen” sobre la superficie.

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23 El Agua: propiedades solvente Excelente solvente de otras moléculas polares

24 El Agua: propiedades solvente Excelente solvente de otras moléculas polares
El agua es un excelente solvente de otras moléculas polares. Muchas de las biomoléculas como carbohidratos, proteínas y ácidos nucléicos, son polares. Así, el agua es el medio donde ocurren las reacciones químicas en los seres vivos. En el citoplasma (líquido dentro de la célula, sucede la glucólisis y la síntesis de proteínas; en el nucleoplasma, líquido dentro de la membrana nuclear, se da la replicación y transcripción del DNA; en el estroma, líquido dentro del cloroplasto, se dan las reacciones independientes de la luz de la fotosíntesis; en el plasma sanguíneo, líquido de la sangre, se da el paso de gases y la coagulación.

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27 La anómala variación de la densidad con la temperatura (densidad máxima a 4º C) determina que el hielo flote en el agua, actúe como aislante térmico y en consecuencia, posibilite el mantenimiento de la gran masa de agua de los océanos (que albergan la mayor parte de la biosfera) en fase líquida, a 4º C.

28 El agua tiene múltiples propiedades cruciales para los seres vivos
El agua tiene múltiples propiedades cruciales para los seres vivos. El hecho de ser menos densa cuando se congela, hace que los cuerpos de agua se congelen solo en la superficie, dejando un ambiente viable en el fondo. La transparencia del agua es otra propiedad que facilita la fotosíntesis y el uso de la vista en seres vivos acuáticos.

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30 Carbohidratos o glúcidos

31 Carbohidratos Son compuestos de CHO que proveen energía a la célula. La proporción de H y O es igual al agua 2:1. Son llamados glúcidos, hidratos de carbono o sacáridos Los carbohidratos que usamos como alimento provienen de la fotosíntesis: azúcares y almidón. Otros carbohidratos importantes: glucógeno (animales) celulosa (vegetales) y quitina (Artrópodos)

32 Clasificación de los carbohidratos
monosacáridos: Los glúcidos más simples, los monosacáridos, están formados por un solo anillo de carbonos. disacáridos: son glúcidos formados por dos moléculas de monosacáridos. oligosacáridos: están compuestos por entre tres y nueve moléculas de monosacáridos. Los oligosacáridos se encuentran con frecuencia unidos a proteínas, formando las glucoproteínas

33 Glucosa: es un monosacárido con fórmula empírica C6H12O6
Glucosa: es un monosacárido con fórmula empírica C6H12O6. Es una hexosa, es decir, que contiene 6 átomos de carbono. Es una forma de azúcar que se encuentra libre en las fruta y en la miel. El término «glucosa» procede del griego «glukus» (γλυκύς), dulce, y el sufijo «-osa» indica que se trata de un azúcar.

34 La glucosa, libre o combinada, es el compuesto orgánico más abundante de la naturaleza. Es la fuente primaria de síntesis de energía de las células, y es el componente principal de polímeros o polisacáridos de importancia estructural como la celulosa y de polisacáridos de almacenamiento energético como el almidón en plantas y el glucógeno en animales.

35 La ribosa y la desoxirribosa pentosas o monosacárido de cinco átomos de carbono muy importantes en los seres vivos porque son componentes del DNA, RNA y otras sustancias como nucleótidos y ATP.

36 Un disacárido común: la sucrosa o sacarosa…el azúcar de mesa.

37 Lactosa La lactosa o azúcar de la leche. Está formada por galactosa y glucosa. Se encuentra libre en la leche de los mamíferos. Gran parte de la población mundial presenta la llamada “intolerancia a la lactosa”, que es una enfermedad caracterizada por la afectación más o menos grave de la mucosa intestinal que es incapaz de digerir la lactosa. Cursa con dolor abdominal y diarrea como principal síntoma. Es más frecuente en adultos y orientales.

38 Maltosa La maltosa o azúcar de malta. Está formada por dos unidades de alfa glucosa, con enlace glucosídico de tipo alfa 1-4. La molécula tiene características reductoras. Se encuentra libre de forma natural en la malta, de donde recibe el nombre y forma parte de varios polisacáridos de reserva (almidón y glucógeno), de los que se obtiene por hidrólisis.

39 Clasificación de los carbohidratos
Los polisacáridos son cadenas, ramificadas o no, de más de diez monosacáridos. Su función en los organismos vivos está relacionada usualmente con estructura o almacenamiento de energía. El almidón es usado como una forma de almacenar monosacáridos en las plantas. La celulosa y la quitina son ejemplos de polisacáridos estructurales. La celulosa es usada en la pared celular de plantas y otros organismos y es la molécula más abundante sobre la tierra. La quitina se encuentra en los exoesqueletos de los artrópodos y en las paredes celulares de muchos hongos.

40 Almidón: un polisacárido de reserva de energía, hecho de largas cadenas de moléculas de glucosa. El almidón, o fécula, es una macromolécula compuesta de dos polisacáridos, la amilosa (en proporción del 20%) y la amilopectina (80 %) . Es el glúcido de reserva de la mayoría de los vegetales, y la fuente de calorías más importante consumida por el ser humano.

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43 El glucógeno es un polisacárido de reserva energética de los animales, formado por cadenas ramificadas de glucosa; es soluble en agua, en la que forma dispersiones coloidales. Abunda en el hígado y en el músculo.

44 La quitina: el polisacárido del esqueleto externo de los artrópodos

45 Celulosa: el polisacárido de la pared celular de los vegetales; forma fuertes fibras

46 Anexo: Glúcidos y dieta

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50 Lípidos Son una amplia gama de moléculas que incluyen a los esteroides, ácidos grasos, triglicéridos y ceras. En el lenguaje común, los triglicéridos se llaman grasas si son sólidos a temperatura ambiente, aceites si son líquidos. Formados por largas cadenas de C H, al menos de 10C Grupo ácido COOH, por lo que algunos son llamados ácidos grasos También poseen otros elementos: O,N,S,P

51 Molécula de un ácido graso
Molécula del ácido graso omega-3

52 Funciones biológicas de los lípidos Reserva de energía
   Función de reserva (a largo plazo) Son la principal reserva energética del organismo. Un gramo de grasa produce 9'4 kilocalorías en las reacciones metabólicas de oxidación, mientras que proteínas y carbohidratos sólo producen 4'1 kilocaloría/gr. Los lípidos pues, almacenan el doble de energía que los carbohidratos.   

53 Funciones biológicas de los lípidos: función estructural
Forman las bicapas de fosfolípidos de las membranas celulares. El colesterol es también un lípido de la membrana celular.   

54 La molécula de un fosfolípido

55 Funciones biológicas de los lípidos: función estructural
Recubren órganos y le dan consistencia, o protegen mecánicamente como el tejido adiposo de pies y manos. También son aislantes, reduciendo la pérdida de calor.

56 Check again regarding the specific wavelengths and I think you will find they can, in fact, easily be seen by mid- and long-wave cameras. The attached was taken by my friend, and very able Dupont thermographer, Lois Broeker, while she was at a zoo using an older mid-wave system. One limitation is the fact that they are well insulated so any body heat tends to only show up in the "armpits" and around the eyes! Interestingly, the hairs also act like "light tubes" that direct the sun's heat directly to the skin.

57 Otras funciones biológicas de los lípidos
Vitaminas liposolubles: A D E K Pigmentos como los carotenoides. Esteroides: colesterol, las hormonas sexuales y las suprarrenales. Las ceras actúan como barreras hidrofóbicas en la superficie superior de las hojas, evitando la pérdida de agua. Los lípidos son menos densos que el agua y ayudan a los animales a flotar.

58 Comparación de ventajas entre carbohidratos y lípidos como fuente de energía en la célula
Los lípidos contienen el doble de energía, y su almacenamiento es más eficiente Son insolubles en agua y no causan problemas de ósmosis Los carbohidratos se digieren más fácilmente que los lípidos, por lo que su energía se puede usar rápidamente. Son solubles en agua y por tanto se transportan fácilmente

59 Anexo: lípidos y dieta

60 Lípidos saturados (solo enlaces simples) y los insaturados (presencia de enlaces dobles y triples):

61 Lípidos insaturados y saturados
LÍPIDOS SATURADOS son la causa dietética más grande de niveles de LDL ("colesterol malo") altos. Las grasas saturadas se deben limitar al 10% de las calorías y son grasas que se encuentran en productos animales como la mantequilla, el queso, la leche entera, los helados, la crema de leche y las carnes grasosas. Estas grasas también se encuentran en algunos aceites vegetales, como el aceite de coco y el aceite de palma. LÍPIDOS INSATURADOS Ayudan a bajar el colesterol en la sangre si se utilizan en lugar de las grasas saturadas. Sin embargo, las grasas insaturadas tienen muchas calorías, de tal manera que aún es necesario limitar su consumo. La mayoría de los aceites vegetales, aunque no todos, son insaturados. Existen dos tipos de lípidos insaturados: - monoinsaturadas: los ejemplos abarcan el aceite de oliva y el aceite de canola. - poliinsaturadas: los ejemplos abarcan los aceites de pescado, azafrán, girasol, maíz y soya.

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63 - Los ácidos transgrasos son grasas manufacturadas creadas durante un proceso llamado hidrogenación, el cual apunta a estabilizar los aceites poliinsaturados con el fin de evitar que se vuelvan rancios y para mantenerlos sólidos a temperatura ambiente. Estos ácidos pueden ser particularmente peligrosos para el corazón y pueden ofrecer riesgo para el desarrollo de ciertos cánceres. - Pueden elevar los niveles de LDL, al igual que bajar los niveles de HDL ("colesterol bueno"). Las grasas hidrogenadas se utilizan en la margarina espesa, comidas rápidas, productos comerciales horneados (donas, bizcochos, galletas), alimentos procesados y fritos.

64 Colesterol Las células de todo el cuerpo utilizan el colesterol para producir una serie de hormonas importantes e imprescindibles para el crecimiento y la reproducción. El colesterol es un componente vital para la formación de membranas celulares. Además, también es un ingrediente esencial de la bilis producida en el hígado, que más adelante pasa al intestino para ayudar a digerir las grasas.

65 El colesterol nunca viaja libre en la sangre y para llegar a todas las células del organismo tiene que unirse a una molécula proteica formando una lipoproteína

66 Colesterol Algunas se denominan lipoproteínas de alta densidad (HDL) porque tienen más proteína que lípido. Contienen poco colesterol y lo transportan de las arterias al hígado para su eliminación. Es el colesterol bueno, con mas de 55 mg de HDL por cada 100 ml de sangre estaremos protegidos contra las enfermedades cardíacas. Por tanto los HDL ejercen un papel protector en el organismo y conviene tener altos sus niveles.

67 Colesterol Otras se llaman lipoproteínas de baja densidad (LDL)  porque tienen más lípido que proteína. Las LDL, cuando se encuentran en exceso depositan el colesterol en las paredes de las arterias. Es el llamado colesterol malo. Conviene tener bajos los niveles de LDL. Cuando los niveles sanguíneos de colesterol LDL son altos (por encima de 150 mg por cada 100ml de sangre), se forma en las paredes de las arterias una placa de arterioesclerosis (endurecimiento de las arterias).

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69 El colesterol malo LDL se pega en la pared arterial formando un depósito llamado placa. El colesterol bueno o HDL elimina en cambio la placa de las arterias y la transporta al hígado donde se elimina. La placa en las arterias coronaria que irrigan el corazón aumentan la posibilidad de sufrir infarto’.

70 Proteínas

71 Proteínas Construidas por largas cadenas de aminoácidos.
Hay 20 aminoácidos posibles en los sistemas biológicos. Una típica proteína tiene de 200 a 300 aminoácidos. Una proteína llamada Titina, es la más grande que se conoce y está presente en los músculos. Tiene 26,926 aminoácidos.

72 ¿Qué es un aminoácido? Son los “ladrillos” de las proteínas
Los aminoácidos se caracterizan por poseer un grupo carboxilo (-COOH) y un grupo amino (-NH2).

73 ¿Qué es un aminoácido?

74 Proteínas De los 20 aminoácidos, hay 8 que se llaman aminoácidos esenciales, que no pueden ser producidos por los animales, y por tanto deben obtenerse en la dieta, por ejemplo el Triptófano y la Fenilalanina. Las carnes y los lácteos son ricos en ellos, pero suelen ser escasos en los vegetales. Aunque hay vegetales son ricos en algunos aminoácidos esenciales.

75 Los 20 aminoácidos de los sistemas biológicos

76 El enlace peptídico: une los aminoácidos para formar las cadenas que constituyen los péptidos y las proteínas

77 Cuando se forma el enlace peptídico, se forma una molécula de agua.

78 Proteínas Cadenas cortas de aminoácidos se conocen como polipéptidos.
La secuencia de aminoácidos en un polipéptido se llama estructura primaria. Estructura secundaria: plegamientos de la cadena producidos por puentes de hidrógenos entre aminoácidos. Estructura terciaria: forma tridimensional de la proteína consecuencia de interacciones entre los grupos R de los aminoácidos y también la acción del medio de disolución.

79 Proteínas Estructura cuaternaria: se refiere a la forma en que se acoplan los polipéptidos cuando hay más de una cadena. Video sobre modelos de proteínas en computadora y aplicaciones moleculares.

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82 Hemoglobina La proteína que transporta oxígeno en la sangre
La estructura cuaternaria de la hemoglobina en adultos consiste en cuatro cadenas: dos cadenas α y dos cadenas β, cada una con una molécula llamada grupo hemo que contiene hierro.

83 Desnaturalización de las proteínas
La actividad biológica de una molécula como por ejemplo una proteína, está relacionada con su estructura. Ciertos factores como temperaturas extremas y cambios de pH pueden causar alteraciones en la estructura de la molécula y por tanto afectar su actividad biológica. Cuando una proteína ha perdido su estructura en forma permanente se dice que se ha desnaturalizado.

84 La desnaturalización de las proteínas puede ser reversible o irreversible.
- Bajo ciertas circunstancias puede ser o no reversible; esto último ocurre, generalmente cuando las condiciones de desnaturalización no han sido demasiado drásticas, ni el tiempo necesario. - En algunas ocasiones el proceso de desnaturalización puede ocasionar otras estructuras diferentes a la de la proteína nativa, al establecer enlaces entre regiones de aminoácidos diferentes a los originales.

85 Las proteínas pueden ser fibrosas o globulares
Proteínas fibrosas: tienen estructura alargada, tienden a ser insolubles en agua, y son físicamente rígidas. ejemplos de éstas son: el colágeno de la piel; la queratina del cabello y las uñas. Proteínas globulares: son compactas y de forma redondeada, suelen ser solubles en agua. Las enzimas y los anticuerpos son ejemplos de proteínas globulares.

86 Funciones biológicas de las proteínas
Enzimas: ej: Ácido-graso-sintetosa, Cataliza la síntesis de ácidos grasos. Reserva: ej: Ovoalbúmina de la clara de huevo. Transportadoras: ej: Hemoglobina, Transporta el oxígeno en la sangre. Protectoras en la sangre: Anticuerpos, bloquean a sustancias extrañas.

87 Funciones biológicas de las proteínas
Hormonas: insulina, regula el metabolismo de la glucosa. Estructurales: Colágeno, está en tendones, cartílagos, pelos. Contráctiles: miosina, constituyente de las fibras musculares. También proteínas contráctiles de flagelos Toxinas: en algunos venenos de serpientes y otros animales. Video sobre funciones biológicas de las proteínas:

88 Molécula de la insulina humana

89 Colágeno: Las fibras colágenas son flexibles, pero ofrecen gran resistencia a la tracción. El punto de ruptura de las fibras colágenas de los tendones humanos se alcanza con una fuerza de varios cientos de kilogramos por centímetro cuadrado.

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91 Proteínas y dieta

92 Proteínas y dieta - Los aminoácidos esenciales son aquellos que el propio organismo no puede sintetizar por sí mismo. Esto implica que la única fuente de estos aminoácidos es la dieta. - Cuando un alimento contiene proteínas con todos los aminoácidos esenciales, se dice que son de alta o de buena calidad. Incluso se pueden combinar (sin tener que hacerlo al mismo tiempo) las proteínas de legumbres con proteínas de cereales para conseguir todos los aminoácidos esenciales en nuestra nutrición diaria, sin que la calidad real de esta nutrición disminuya. - Algunos de los alimentos con todos los aminoácidos esenciales son: la carne, los huevos, los lácteos y algunos vegetales como la soja. Combinaciones de alimentos que suman los aminoácidos esenciales son: garbanzos y avena, trigo y habichuelas, maíz y frijoles, arroz y maní (cacahuetes), etc. En definitiva, legumbres y cereales ingeridos diariamente, pero sin necesidad de que sea en la misma comida.

93 Proteínas y dieta - Una dieta balanceada en términos nutricionales suministra las proteínas suficientes. Las personas saludables rara vez necesitan suplementos proteínicos. Los vegetarianos pueden obtener cantidades suficientes de aminoácidos esenciales consumiendo una variedad de proteínas vegetales. - La cantidad de proteína diaria que se recomienda depende de su edad y de su salud. Dos o tres porciones de alimentos ricos en proteínas satisfarán las necesidades diarias de la mayoría de los adultos. Los siguientes son los tamaños de las porciones que se recomiendan para la proteína: De 2 a 3 onzas de carne magra, de carne de aves y pescado cocidos (una porción de más o menos el tamaño de una baraja de cartas). Media taza de legumbres secas cocidas (Ej. frijoles). Un huevo, dos cucharadas de mantequilla de maní o una onza de queso.

94 Hidrólisis Del griego: ὕδωρ, hudōr, ‘agua’; y λύσις, lysis, ‘ruptura’ o ‘disociación’. Es una reacción química entre una molécula de agua y otra molécula, en la cual la molécula de agua se divide y sus átomos pasan a formar parte de otra especie química. Esta reacción es importante por el gran número de contextos en los que el agua actúa como disolvente.

95 Reacciones de condensación e hidrólisis
El agua que se adiciona rompe la molécula de este disacárido en procesos como la digestión. La reacción inversa se llama condensación, en la que se elimina una molécula de agua.

96 Reacciones de condensación e hidrólisis
El agua que se adiciona rompe la molécula de este péptido (proteína) en procesos como la digestión. La reacción inversa se llama condensación, en la que se elimina una molécula de agua, y se unen los dos aminoácidos, formando el ENLACE PEPTÍDICO.

97 Hidrólisis Del griego: ὕδωρ, hudōr, ‘agua’; y λύσις, lysis, ‘ruptura’ o ‘disociación’. Es una reacción química entre una molécula de agua y otra molécula, en la cual la molécula de agua se divide y sus átomos pasan a formar parte de otra especie química. Esta reacción es importante por el gran número de contextos en los que el agua actúa como disolvente.

98 Reacciones de condensación e hidrólisis
El agua que se adiciona rompe la molécula de este disacárido en procesos como la digestión. La reacción inversa se llama condensación, en la que se elimina una molécula de agua.

99 Reacciones de condensación e hidrólisis
El agua que se adiciona rompe la molécula de este triglicérido en procesos como la digestión. en esta hidrólisis de un lípido interviene como catalizador una enzima llamada lipasa. La reacción inversa se llama condensación, en la que se elimina una molécula de agua, y se unen el glicerol y tres ácido grasos.

100 Hidrólisis del almidón

101 Reacciones de condensación o síntesis
Sirven para “construir” nuevas moléculas a partir de otras más simples. Son la reversa de la hidrólisis: se crea una molécula de agua y se invierte energía para formar enlaces covalentes. Todas las reacciones en los organismos son aceleradas por enzimas (que son proteínas)

102 FIN