BLOQUE 3. ¿De qué estamos hechos?

Bioelementos. Son elementos químicos que forman parte de los seres vivos. Los seres vivos están constituídos por unos 70 tipos diferentes de átomos, que curiosamente son los mismos elementos químicos que existen en la Tierra exceptuando los gases nobles. Según su importancia pueden ser: Bioelementos primarios, que constituyen el 96,2% del total de la materia viva. Son C, H, O, N, P, S. Son indispensables para la formación de glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Bioelementos secundarios que son todos los restantes y pueden ser indispensables si están en todos los seres vivos en cantidades pequeñas, o variables si faltan en algunos organismos. Son indispensables Ca, Na, K, Cl, Mg, Fe, Si, Cu, Mn, B, F, I. Son variables el resto (Br, Zn, Ti, V, Pb, etc). Oligoelementos que son bioelementos que se encuentran en proporciones inferiores al 0,1%, así una pequeña cantidad de ellos es suficiente para que todo el organismo funcione correctamente y si alguno faltara el organismo moriría.

Bioelementos. Los bioelementos primarios establecen entre sí enlaces covalentes estables pero susceptibles de romperse con facilidad y originar otras moléculas.

Bioelementos.

Bioelementos primarios. El átomo de carbono tiene cuatro electrones de valencia por lo que puede formar enlaces covalentes dirigidos hacia los cuatro vértices de un imaginario tetraedro. Esto le permite adoptar estructuras tridimensionales. Pero el átomo de silicio también tiene ésta propiedad y además es más abundante en la corteza terrestre. Entonces, ¿porqué la vida en la Tierra se basa en la química del carbono? El átomo de oxígeno es muy electronegativo por lo que al formar un enlace covalente será polar y estable. Los átomos de azufre y fósforo no son tan electronegativos por lo que sus enlaces no son tan estables pudiéndose romper con facilidad. El átomo de nitrógeno forma parte de las proteínas y los ácidos nucleicos. El átomo de hidrógeno está presente en casi todos los compuestos orgánicos.

Bioelementos secundarios. Pueden tener diversas funciones como por ejemplo: los iones Na+, Cl-, K+ y Ca2+ intervienen en la transmisión del impulso nervioso, el Mg 2+ es un componente de muchas enzimas y de la clorofila, el Fe está en la hemoglobina, los citocromos y otras enzimas que intervienen en la respiración celular, el I forma las hormonas tiroideas, el Cu forma la hemocianina, el F forma el esmalte dental y los huesos, el silicio forma el caparazón de las algas diatomeas, las espículas de algunas esponjas y da rigidez al tallo de equisetos y gramíneas, el Li favorece la estabilidad del estado de ánimo, etc etc.

Biomoléculas. Al reunirse y asociarse los bioelementos mediante diversos tipos de enlaces atómicos se forman estructuras mayores denominadas biomoléculas o principios inmediatos. Así las biomoléculas son las moléculas de la vida . Estas biomoléculas pueden ser de dos tipos: Biomoléculas simples si están formadas por átomos del mismo tipo como puede ser el O2. Biomoléculas complejas si están formadas por átomos de distinto tipo. Son casi todas, y a su vez pueden ser: Inorgánicas si están presentes en los seres vivos pero también fuera de ellos. Son agua, sales minerales y dióxido de carbono. Orgánicas si son exclusivas de los seres vivos. Son glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. ¿Porqué los científicos que buscan vida extraterrestre, buscan indicios de la existencia de biomoléculas orgánicas?

Agua.

Agua.

Agua El agua es la biomolécula más abundante en los seres vivos, hasta tal punto que la vida, tal y como la conocemos, sería imposible sin ella. Sus principales propiedades son: Se encuentra en estado líquido en condiciones normales de presión y temperatura, aunque puede encontrarse en la Tierra en los tres estados físicos. Se trata de una molécula bipolar, lo que permite que las moléculas de agua se unan mediante puentes de hidrógeno momentáneos y así que se presente en estado líquido, la disolución de moléculas polares y con carga, pero no de moléculas apolares como las grasas.

Agua

Agua Tiene una elevada tensión superficial que permite que sus moléculas se adhieran a las paredes de tubos finos y asciendan en contra de la gravedad, razón por la que la savia puede ascender en plantas, y por la que les da forma y volumen a las células. Es el disolvente universal debido a su naturaleza polar, gracias a lo cual es el medio en el que se realizan todas las reacciones químicas en las células, y el medio de transporte en el interior del organismo.

Agua Elevado calor específico, ya que para elevar su temperatura un grado hace falta mucho calor por lo que es un excelente estabilizante térmico a nivel orgánico y climático. Es más densa en estado líquido que en estado sólido, lo que permite la vida acuática en climas fríos.

Sales minerales. Pueden encontrarse bajo tres formas en los seres vivos: disueltas, precipitadas, o asociadas a moléculas orgánicas. Las que están precipitadas forman estructuras sólidas insolubles con función esquelética como por ejemplo el carbonato cálcico en conchas de moluscos, el fosfato tricálcico en el esqueleto de vertebrados, el sílice en algas diatomeas y gramíneas.

Sales minerales. Las que están disueltas originan cationes (Na+, Ca2+, K+, Mg2+) o aniones (Cl-, SO42-,etc) que mantienen un grado de salinidad constante en el organismo y ayudan también a mantener constante el pH; forman disoluciones tampón. Las que están asociadas a moléculas orgánicas pueden unirse a proteínas (fosfoproteínas), a lípidos (fosfolípidos), a glúcidos (agar-agar), o a ácidos nucleicos (esqueleto de azúcar fosfato).

Glúcidos. Son biomoléculas orgánicas conocidas también con el nombre de carbohidratos, azúcares o hidratos de carbono formadas básicamente por C, H, y O en una proporción Cn H2nOn. Se trata de átomos de carbono enlazados a grupos alcohol (-OH) e hidrógeno (-H). Ejemplo:

Glúcidos.

Glúcidos. Se clasifican en: Monosacáridos u osas de tres a ocho átomos de C. Ej. Glucosa Oligosacáridos o uniones de dos a diez monosacáridos. Ej. Sacarosa Polisacáridos o uniones de más de diez monosacáridos. Ej. Glucógeno, almidón, celulosa, quitina

Glúcidos.

Glúcidos. Glucosa

Glúcidos. También pueden haber glúcidos asociados a otras moléculas como las glicoproteínas y los glicolípidos.

Glúcidos. Las principales funciones de los glúcidos son: Función energética, ya que hay glúcidos que al romper sus enlaces proporcionan energía en el catabolismo. Aquí se incluyen principalmente la glucosa, así como los polisacáridos de almacenaje intracelular de glucosa como son el glucógeno (animal) y el almidón (vegetal). Función estructural formando estructuras celulares como la membrana plasmática (glicolípidos y glicoproteínas), la pared celular vegetal (celulosa), el exoesqueleto de los Artrópodos (quitina), el esqueleto de las cadenas de los ácidos nucleicos (ribosa y desoxirribosa), la pared bacteriana (peptidoglicanos y ácidos teicoicos), etc. Otras funciones: antibiótica (estreptomicina), vitamina (vitamina C), anticoagulante (heparina), hormonal (FSH, LH), inmunológica (anticuerpos o inmunoglobulinas), etc.

Lípidos. Son biomoléculas orgánicas compuestas básicamente por C, O, e H, aunque algunos además pueden contener P, N, y S. Son un grupo muy heterogéneo de sustancias que sólo tienen en común dos cosas: Son insolubles en agua y otros disolventes polares. Son solubles en disolventes orgánicos (apolares) como acetona, éter, cloroformo, etc.

Lípidos. Se clasifican en: Ácidos grasos que son largas cadenas hidrocarbonadas lineales de carácter anfótero: cabeza polar y cola apolar. Pueden ser saturados si sólo presentan enlaces simples o insaturados si presentan enlace múltiples.

Lípidos.

Lípidos. Lípidos saponificables son aquellos que realizan reacciones de saponificación para formar jabones ya que en su composición tienen ácidos grasos, y de esterificación. Los más importantes son los acilglicéridos (mono, di, tri) y los céridos.

Lípidos. Lípidos insaponificables ya que no poseen ácidos grasos en su composición, por lo que no originan jabones. Los más importantes son los terpenos (formados por la repetición de moléculas de isopreno), los esteroides (formados por ciclopentanoperhidrofenantreno), y las prostaglandinas (formadas por prostanoato).

Lípidos.

Lípidos. Las principales funciones de los lípidos son: Función de reserva energética, siendo la principal reserva del organismo(1 gr proporciona 9,4 Kcal). Función estructural ya que forman las membranas celulares (colesterol y fosfolípidos), recubren tejidos (ceras). Función térmica proporcionando calor en climas fríos (acilglicéridos). Función de protección mecánica como los tejidos adiposos (acilglicéridos). Función catalizadora interviniendo en procesos metabólicos como las vitaminas liposolubles, hormonas esteroideas, ácidos biliares, y prostaglandinas.

Proteínas. Son biomoléculas orgánicas compuestas básicamente por C, H, N, O, aunque también pueden contener S y en menor proporción P. Las proteínas son polímeros de aminoácidos. Si sólo están compuestas por aminoácidos son holoproteínas, si hay aminoácidos y otras moléculas diferentes hablamos de heteroproteínas.

Proteínas. Los aminoácidos son compuestos orgánicos formados por un grupo carboxilo (R-COOH) y un grupo amino (R-NH2):

Proteínas. Los aminoácidos se unen entre sí mediante el enlace peptídico:

Proteínas. Los aminoácidos tienen una cadena lateral (R) que puede ser abierta (aminoácidos alifáticos), cerrada (aminoácidos heterocíclicos), o cerrada y relacionada con el benceno (aromáticos). Ejemplos: alifático como la glicina, heterocíclico como el triptófano, o aromático como la fenilalanina.

Proteínas. Aminoácidos. Glicina Triptófano Fenilalanina

Proteínas La secuencia de aminoácidos es la estructura primaria de una proteína, y va a determinar el resto de estructuras proteínicas y con ello la función de la proteína.

Proteínas. La disposición espacial de esta estructura primaria en el espacio formará la estructura secundaria proteínica, y puede ser en alfa hélice o beta laminar.

Proteínas. Al asociarse diferentes regiones proteicas con estructura secundaria se obtiene una proteína con estructura terciaria, que puede ser filamentosa (alargadas e insolubles en agua) como el colágeno o la queratina, o globular (solubles en agua) como las albúminas.

Proteínas. Colágeno Albúmina

Proteínas. Al unirse dos o más cadenas peptídicas (cadenas proteínicas) mediante enlaces débiles se forma una proteína con estructura cuaternaria. Ej Hemoglobina.

Proteínas. Las heteroproteínas, según su parte no aminoacídica (grupo prostético) pueden ser: Cromoproteínas si su grupo prostético es una sustancia coloreada por lo que también se denominan pigmentos. Ej. Hemoglobina, clorofila, hemocianina, etc. Glucoproteínas si su grupo prostético es un glúcido. Ej. FSH, LH, Anticuerpos, etc. Lipoproteínas si su grupo prostético es un ácido graso. Ej. HDL, LDL, etc. Nucleoproteínas si su grupo prostético es un ácido nucleico. Ej. Histonas asociadas al ADN. Fosfoproteínas si su grupo prostético es ácido fosfórico. Ej. Caseína de la leche, etc.

Proteínas. Las principales funciones de las proteínas son: Estructural ya que forman membranas, citoesqueleto, cromatina, etc. Ejs. Queratina, colágeno, glucoproteínas, etc. Transporte a través de la membrana (permeasas) o por el organismo (hemoglobina, lipoproteínas, etc). Enzimática al favorecer y acelerar las reacciones químicas celulares. Ejs. Rubisco, catalasa, etc. Hormonal actuando por todo el organismo. Ejs. Insulina, Hormona tiroidea, etc. Defensiva ya que atacan sustancias extrañas que logran penetrar en el organismo. Ejs. Inmunoglobulinas o anticuerpos. Contráctil al permitir movimientos. Ejs. Actina y miosina. Reserva energética si se almacenan para tal caso. Ejs. Ovoalbúmina, caseína, etc.

Ácidos nucleicos. Son biomoléculas orgánicas formadas por C, H, O, N, y P. Carecen de S. Son polímeros cuyos monómeros son los nucleótidos, que a su vez están constituidos por una molécula de ácido fosfórico, una pentosa (ribosa o desoxirribosa), y una base nitrogenada.

Ácidos nucleicos. Nucleótidos:

Ácidos nucleicos. Los nucleótidos pueden ser desoxirribonucleótidos si se unen ácido fosfórico, pentosa desoxirribosa, y una base nitrogenada que puede ser adenina, timina, guanina, o citosina.

Ácidos nucleicos. Si lo que se unen son ácido fosfórico, pentosa ribosa, y una base nitrogenada del tipo Adenina, Guanina, Citosina, o Uracilo, obtenemos ribonucleótidos.

Ácidos nucleicos. La unión de una cadena de nucleótidos forma un polirribonucleótido o ARN.

Ácidos nucleicos. La unión de dos cadenas complementarias y antiparalelas de desoxirribonucleótidos origina una doble hélice conocida como ADN.

Ácidos nucleicos. Ambas hebras de ADN son complementarias, es decir que aparean G con C y T con A, de manera que si existe una hebra de ADN, y siempre con el aparato enzimático necesario, ésta servirá de molde para sintetizar la complementaria: Ejercicio: decir la hebra complementaria de la siguiente monohebra de DNA:….ATGGTAGTGGACCCTAG….

Ácidos nucleicos. El ADN se presenta asociado a proteínas que lo empaquetan en el núcleo celular. Éstas son las histonas y dependiendo de la etapa del ciclo celular, puede estar desespiralizado en forma de cromatina asociado sólo a histonas en el núcleo en reposo, o bien empaquetado asociado a histonas y proteínas de andamiaje cromosómico formando cromosomas durante la división celular.

Ácidos nucleicos. El ARN es casi siempre monocatenario, aunque en determinadas regiones puede tener estructura secundaria en doble hélice por complementariedad de bases, e incluso terciaria si se asocia a proteínas. Según su función pueden existir: ARNm (mensajero), ARNr (ribosómico), ARNt (transferente), y ARNn (nucleolar).

Ácidos nucleicos. El ARNt tiene forma de hoja de trébol y con una zona donde se sitúa el anticodon. Su función es transportar aminoácidos específicos hasta los ribosomas en función de la secuencia anticodon que posea.

Ácidos nucleicos. El ARNm suele tener solo estructura primaria y va desde el núcleo celular hasta los ribosomas (citoplasma) donde transforma la información genética transcripta en una secuencia de aminoácidos (traducción) que originará una proteína.

Ácidos nucleicos. El ARNr se encuentra asociado a proteínas formando los ribosomas, por lo que su función consiste en dar soporte físico para la síntesis de proteínas.

Ácidos nucleicos. El ARNn se encuentra en el nucleolo y es el precursor de las ribonucleoproteínas que formarán después los ribosomas.

Ácidos nucleicos. Así pues las funciones de los ácidos nucleicos las podemos resumir en: Almacén y perpetuación de la información genética y hereditaria por parte del ADN (y el ARN en algunos virus). Transmisión de dicha información genética en un lenguaje de aminoácidos por parte del ARN