La base molecular de la vida

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1 La base molecular de la vida

2 LA MATERIA VIVA BIOELEMENTOS SECUNDARIOS PIIMARIOS ENLACES QUÍMICOS
Está formada por BIOELEMENTOS Si su proporción es muy pequeña son SECUNDARIOS Por su abundancia son PIIMARIOS OLIGOELEMENTOS Establecen BIOMOLÉCULAS ENLACES QUÍMICOS Formando de tipo de función AGUA son INORGÁNICO ESTRUCTURAL SALES MINERALES ENERGÉTICA GLÚCIDOS son DINÁMICA LÍPIDOS ORGÁNICO PROTEÍNAS ACID.NUCLÉICOS

3 BIOELEMENTOS Los bioelementos son los elementos químicos que constituyen los seres vivos. De los aproximadamente 100 elementos químicos que existen en la naturaleza, unos 70 se encuentran en los seres vivos. De estos sólo unos 22 se encuentran en todos en cierta abundancia y cumplen una cierta función.

4 BIOELEMENTOS PRIMARIOS
Aparecen en una proporción media del 96% en la materia viva, y son carbono, oxigeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Estos elementos reúnen una serie de propiedades que los hacen adecuados para la vida. Forman entre ellos enlaces covalentes muy estables, compartiendo pares de electrones. El carbono, oxígeno y nitrógeno pueden formar enlaces dobles o triples. Facilitan la adaptación de los seres vivos al campo gravitatorio terrestre, ya que son los elementos más ligeros de la naturaleza.

5 BIOELEMENTOS SECUNDARIOS
Aparecen en una proporción próxima al 3,3%. Son: calcio, sodio, potasio, magnesio y cloro, desempeñando funciones de vital importancia en fisiología celular.

6 OLIGOELEMENTOS Aparecen en la materia viva en proporción inferior al 0,1% siendo también esenciales para la vida: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, yodo, boro, silicio, vanadio, cobalto, selenio, molibdeno y estaño.

7 TABLA BIOELEMENTOS OLIGOELEMENTOS O C H N P S Na K Mg Ca Cl Mn Fe Co
PRIMARIOS SECUNDARIOS INDISPENSABLES VARIABLES O C H N P S Na K Mg Ca Cl Mn Fe Co Cu Zn B Al V Mo I Si Li

8 TABLA OXÍGENO SILICIO ALUMINIO HIERRO 47 28 8 5 OXÍGENO CARBONO
LOS ELEMENTOS QUÍMICOS MÁS ABUNDANTES EN LA CORTEZA TERRESTRE Y EN LOS SERES VIVOS ( EN % EN PESO) ELEMENTOS CORTEZA (%) ELEMENTOS SERES VIVOS (%) OXÍGENO SILICIO ALUMINIO HIERRO 47 28 8 5 OXÍGENO CARBONO HIDRÓGENO NITRÓGENO 63 20 9,5 3

9 FUNCIONES DE LOS BIOELEMENTOS
El carbono, hidrógeno y oxigeno (respiración aerobia incorpora electrones) constituyen la estructura básica de las moléculas orgánicas. El nitrógeno participa en la construcción de proteínas y ácidos nucleicos. El fósforo forma parte de los ácidos nucleicos y sus enlaces son utilizados en la obtención de energía (ATP). El azufre constituye parte de la mayoría de las proteínas.

10 FUNCIONES DE LOS ELEMENTOS SECUNDARIOS
AZUFRE Se encuentra en dos aminoácidos, presentes en todas las proteínas.  FÓSFORO Forma parte de los nucleótidos, compuestos que forman los ácidos nucléicos. También forma parte de los fosfatos, sales minerales abundantes en los seres vivos. MAGNESIO Forma parte de la molécula de clorofila, y en forma iónica actúa como catalizador, junto con las enzimas , en muchas reacciones químicas del organismo CALCIO Forma parte de las 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 Es el anión más frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la sangre.

11 FUNCIONES DE LOS OLIGOELEMENTOS
HIERRO Fundamental para la síntesis de clorofila y la hemoglobina. MAGNANESO Interviene en la fotosíntesis en las plantas. IODO Necesario para la síntesis de la tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo. FLUOR 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 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 en la permeabilidad celular.

12 Bioelementos Sólo 27 elementos de la naturaleza forman parte de los seres vivos Son los bioelementos o elementos biogénicos Bioelementos OLIGOELEMENTOS: Constituyen el 0,1 % del peso de cualquier organismo Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Ni Si, …….. PRIMARIOS: Constituyen el 95 % del peso de cualquier organismo C, H, O, N SECUNDARIOS: Constituyen el 4 % del peso de cualquier organismo P, S, Ca, Na, K, Cl, I, Mg, Fe

13 Biomoléculas Los bioelementos se unen originando las
biomoléculas que forman la materia viva Glúcidos Lípidos Proteínas Ácidos nucleicos Compuestos Agua Sales minerales Inorgánicos Orgánicos Unión de numerosos monómeros Macromoléculas formadas a base de moléculas más sencillas POLÍMEROS

14 PRINCIPALES GRUPOS FUNCIONALES DE LAS BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS
Hidroxilo - OH Alcoholes Aldehídos Carbonilo Carboxilo Cetonas Ácidos orgánicos Éster Ésteres Amino Aminas

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16 El agua y sus funciones biológicas
Por término medio constituye el 75 % del peso del organismo Las especies Edad del individuo El tipo de tejido Propiedades del agua Regulador térmico Vehículo de transporte Medio de reacción Reactivo, especialmente en las reacciones de hidrólisis

17 1.-La molécula de agua forma un ángulo de 104,5º.
EL AGUA El agua es una biomolécula inorgánica. Se trata de la biomolécula más abundante en los seres vivos. En las medusas, puede alcanzar el 98% del volumen del animal y en la lechuga, el 97% del volumen de la planta. Estructuras como el líquido interno de animales o plantas, embriones o tejidos conjuntivos suelen contener gran cantidad de agua. Otras estructuras, como semillas, huesos, pelo, escamas o dientes poseen poca cantidad de agua en su composición. Estructura El agua es una molécula formada por dos átomos de Hidrógeno y uno de Oxígeno. La unión de esos elementos con diferente electronegatividad proporciona unas características poco frecuentes. Estas características son: 1.-La molécula de agua forma un ángulo de 104,5º. 2.-La molécula de agua es neutra. 3.-La molécula de agua, aun siendo neutra, forma un dipolo, aparece una zona con un diferencial de carga positivo en la región de los Hidrógenos, y una zona con diferencial de carga negativo, en la región del Oxígeno. 3.-El dipolo facilita la unión entre moléculas, formando puentes de hidrógeno, que unen la parte electropositiva de una molécula con la electronegativa de otra.

18 Importancia biológica del agua
Las propiedades del agua permiten aprovechar esta molécula para algunas funciones para los seres vivos. Estas funciones son las siguientes: Disolvente polar universal: el agua, debido a su elevada constante dieléctrica, es el mejor disolvente para todas aquellas moléculas polares. Sin embargo, moléculas apolares no se disuelven en el agua. Lugar donde se realizan reacciones químicas: debido a ser un buen disolvente, por su elevada constante dieléctrica, y debido a su bajo grado de ionización. Función estructural: por su elevada cohesión molecular, el agua confiere estructura, volumen y resistencia. Función de transporte: por ser un buen disolvente, debido a su elevada constante dieléctrica, y por poder ascender por las paredes de un capilar, gracias a la elevada cohesión entre sus moléculas, los seres vivos utilizan el agua como medio de transporte por su interior. Función amortiguadora: debido a su elevada cohesión molecular, el agua sirve como lubricante entre estructuras que friccionan y evita el rozamiento. Función termorreguladora: al tener un alto calor específico y un alto calor de vaporización el agua es un material idóneo para mantener constante la temperatura, absorbiendo el exceso de calor o cediendo energía si es necesario.

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26 Solubilidad del agua Sustancias polares o hidrófilas: glúcidos, aminoácidos, etc. Sustancias apolares o hidrófobas. Presentan interacciones hidrofóbicas. Sustancias anfipáticas. tienen una parte de su molécula que es hidrófila y otra parte hidrófoba. medio acuoso, orientan su molécula y dan lugar a la formación de micelas, monocapas o bicapas. Las membranas celulares son, esencialmente, bicapas formadas por lípidos anfipáticos

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30 LAS SALES MINERALES Las sales minerales son biomoléculas inorgánicas que aparecen en los seres vivos de forma precipitada, disuelta en forma de iones o asociada a otras moléculas. Precipitadas Las sales se forman por unión de un ácido con una base, liberando agua. En forma precipitada forman estructuras duras, que proporcionan estructura o protección al ser que las posee. Ejemplos son las conchas, los caparazones o los esqueletos. Disueltas Las sales disueltas en agua manifiestan cargas positivas o negativas. Los cationes más abundantes en la composición de los seres vivos son Na+, K+, Ca2+, Mg2+... Los aniones más representativos en la composición de los seres vivos son Cl-, PO43-, CO Las sales disueltas en agua pueden realizar funciones tales como: Mantener el grado de grado de salinidad. Amortiguar cambios de pH, mediante el efecto tampón. Controlar la contracción muscular Producir gradientes electroquímicos Estabilizar dispersiones coloidales.

31 Asociadas a otras moléculas
Los iones pueden asociarse a moléculas, permitiendo realizar funciones que, por sí solos no podrían, y que tampoco realizaría la molécula a la que se asocia, si no tuviera el ión. La hemoglobina es capaz de transportar oxígeno por la sangre porque está unida a un ión Fe++. Los citocromos actúan como transportadores de electrones porque poseen un ión Fe+++. La clorofila captura energía luminosa en el proceso de fotosíntesis por contener un ión Mg++ en su estructura.

32 Los glúcidos, carbohidratos o hidratos de carbono
Bioelementos Monómeros C : H : O 1:2:1 MONOSACÁRIDOS Moléculas no hidrolizables Solubles y de sabor dulce Se unen formando disacáridos y polisacáridos Función Energética Su equivalente calórico = 4 Kcal/g Estructural Sólo algunos

33 Principales monosacáridos
Uno es un aldehído, el otro es una cetona Se diferencia en la posición del doble enlace con el Oxígeno Triosas Gliceraldehído Dihidroxiacetona Son aldosas Se diferencian en que la desoxirribosa carece de grupo alcohólico en el 2º carbono Pentosas Ribosa Desoxirribosa Glucosa y galactosa son aldosas, la fructosa es cetosa Las aldosas se diferencian en la posición de los grupos alcohólicos de los carbonos 2 y 3 Hexosas Glucosa Galactosa Fructosa

34 Disacáridos y polisacáricos
POLISACÁRIDOS DISACÁRIDOS Sustancias hidrolizables Unión de dos monosacáridos Polímeros hidrolizables Unión de n monosacáridos MALTOSA Dos glucosas LACTOSA glucosa y galactosa SACAROSA glucosa y fructosa DE RESERVA ALMIDÓN en vegetales GLUCÓGENO en animales ESTRUCTURALES CELULOSA, principal componente de la pared de la célula vegetal

35 LÍPIDOS De composición química variada
Son sustancias orgánicas insolubles en agua Solubles en disolventes orgánicos GLICÉRIDOS OTROS LÍPIDOS GRASAS y SEBOS  sólidos a temperatura ambiental ACEITES  líquidos a temperatura ambiental Reserva de energía a largo plazo Su equivalente calórico es de 9 Kcal/g Más adecuados que los glúcidos para almacenar energía, ahorrando espacio y peso Los seres vivos emplean como fuente de energía los glúcidos, y una vez agotados, consumen las grasas almacenadas

36 Son ésteres de glicerina y diferentes ácidos grasos
GLICÉRIDOS Son ésteres de glicerina y diferentes ácidos grasos Ácidos grasos Glicerina, Glicerol Alcohol propanotriol 3 H2O

37 Función protectora Recubren superficies de hojas y frutos Recubren piel de vertebrados Mantienen superficies flexibles e impermeables Función estructural Moléculas anfipáticas: una cabeza hidrófila, una cola hidrófoba forman una bicapa lipídica, estructura básica de las membranas biológicas Destaca el colesterol Estructural: forma parte de las membranas de células animales Regulador: precursor de otras sustancias como hormonas Dan lugar a los pigmentos vegetales, responsables de los colores rojizos y amarillentos de las plantas

38 Proteínas AMINOÁCIDOS Los compuestos orgánicos más abundantes
Constituyen el 50% del peso seco de la materia viva Sus unidades básicas AMINOÁCIDOS Moléculas no hidrolizables Ácidos orgánicos formados por un grupo amino y un grupo carboxilo Grupo carboxilo Grupo amino Grupo variable que diferencia los 20 aminoácidos que forman las proteínas

39 el grupo carboxilo de uno y el amino del siguiente
El enlace peptídico Se unen aas entre el grupo carboxilo de uno y el amino del siguiente Se forman cadenas peptídicas o péptidos de longitud variable Cada proteína es una macromolécula formada por una o varias cadenas peptídicas En cada célula existen miles de proteínas distintas con funciones específicas Cualquier alteración en la secuencia de aminoácidos, incluso la sustitución de un solo aa por otro, proporciona una proteína diferente

40 Especificidad de las proteínas
Las proteínas son específicas Dentro de una misma especie, cada individuo tiene proteínas exclusivas que le diferencian de otros individuos Cada especie posee proteínas diferentes a las de otras especies Una misma proteína tiene secuencias peptídicas distintas en distintos individuos Cada ser vivo tiene unas características determinadas, porque tienen unas proteínas determinadas El grado de diferencia dependerá de su parentesco evolutivo

41 Son el principal material de construcción de los organismos
biocatalizadores  aumentar la velocidad de las reacciones biológicas Todas las reacciones químicas celulares se realizan por enzimas Son el principal material de construcción de los organismos Forman parte de casi todas sus estructuras

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43 En el núcleo celular formando parte de los cromosomas
Los ácidos nucleicos ADN ARN En el núcleo celular (nucleolo y jugo nuclear), y en el citoplasma formando parte de los ribosomas En el núcleo celular formando parte de los cromosomas ARNm ARNt Químicamente son polímeros que resultan de la unión de otros monómeros: los nucleótidos ARNr

44 Nucleótidos Los nucleótidos son monómeros hidrolizables formados por tres componentes ADENINA Forman parte del ADN y del ARN GUANINA CITOSINA Forma parte del ADN TIMINA Forma parte del ARN URACILO ARN: A, G, C, U ADN: A, G, C, T PENTOSA RIBOSA DESOXIRRIBOSA ARN ADN

45 Polinucleótidos Los nucleótidos se unen formando largas cadenas de polinucleótidos La unión se hace entre: El ácido fosfórico Une las ribosas de dos nucleótidos consecutivos El ARN está formado por una sola cadena El ADN por dos cadenas enrolladas formando una doble hélice

46 Bases nitrogenadas en los ácidos nucleicos
En el ADN la unión de bases nitrogenadas se hace por parejas: A - T G - C

47 Enlaces entre bases en el ADN
3 enlaces entre G y C 2 enlaces entre A y T

48 Un gen es un fragmento de ADN que dirige la síntesis de una proteína, responsable de la aparición de un carácter. Cada molécula de ADN está constituida por numerosos genes sucesivos A un gen con una determinada secuencia de nucleótidos le corresponde una proteína con una determinada secuencia de aas. El ARN es el encargado de ejecutar la información contenida en el ADN, y el encargado de sintetizar las proteínas. El ADN se duplica o replica Gracias a ello los caracteres hereditarios se transmiten de padres a hijos Replicación: Se desenrolla el ADN Cada hebra sirve de molde para la síntesis de la cadena complementaria Se vuelven a enrollar en la doble hélice

49 Células reproductoras
Las mutaciones Una mutación es un cambio hereditario producido por la modificación del material genético Se manifiestan en las células que las sufren y en su descendencia Células somáticas Células reproductoras Las mutaciones son causa de variabilidad genética en las poblaciones Constituyen la base del proceso de evolución La mutación sólo afecta a la parte del cuerpo donde se ha producido la mutación y no se transmite a los hijos No se manifiesta en el individuo pero sí en la descendencia

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51 08 Las biomoléculas Las biomoléculas son exclusivas de los seres vivos. Son los glúcidos, los lípidos, las proteinas y los ácidos nucleicos. Las biomoléculas realizan diversas funciones: Los glúcidos proporcionan la energía. Los lípidos son sustancias de reserva energética. Las proteinas sirven para el crecimiento y reparación de tejidos. Los ácidos nucleicos permiten las funciones de reproducción.