ELEMENTOS Y MOLECULAS (MATERIA VIVA)
BIOELEMENTOS Y BIOMOLECULAS
Objetivos:
Hacer una
descripción, identificación, clasificación y relación con cada uno de los
elementos a estudiar.
Introducción:
l
Los seres vivos están caracterizados, entre otras cosas, por
poseer una organización celular, es decir determinadas moléculas se organizan
de una forma particular y precisa e interactúan entre sí para establecer la
estructura celular. Así como las células son los ladrillos con los que se
construyen los tejidos y los organismos, las moléculas son los bloques con que
se construyen las células.
Al estudiar químicamente estas
moléculas observamos que las mismas están constituidas en un 98% por elementos
tales como C, H, O, N, P y S; ( el 2 % restante esta representado por elementos
como el Fe, Ca , Na, K, Cu, Mg, I, Cl. Etc.)
La combinación de estos seis elementos puede dar lugar a la
formación de millones de moléculas distintas, sin embargo como veremos más
adelante, la mayoría de los seres vivos está formado por un número
relativamente bajo de tipos de compuestos.
BIOELEMENTOS
BIOELEMENTOS: Son
los componentes orgánicos que forman parte de los seres vivos. El 99% de la
masa de la mayoría de las células está constituida por cuatro elementos,
carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N), que son mucho más
abundantes en la materia viva que en la corteza terrestre. Se agrupan en tres
categorías: primarios, secundarios y oligoelementos.
. TIPOS DE
BIOELEMENTOS
BIOELEMENTOS
PRIMARIOS. Son los elementos mayoritarios de la
materia viva (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos), constituyen el
95% de la masa total y son indispensables para formar las biomoléculas. Son
cuatro; carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno (CHON). Forman parte de la
materia viva debido a sus propiedades físico-químicas.
HIDROGENO: Forman
grupos funcionales con otros elementos químicos. Es uno de los elementos que
conforman el agua. Se encuentra en la atmósfera pero en menor cantidad. Es
esencial en los hidrocarburos y los ácidos.
Pero el metabolismo celular, se
adaptó a usar la molécula de oxígeno como agente oxidante de
los alimentos abriendo así, una nueva vía de obtención de energía mucho más
eficiente que la anaeróbica.
La reserva fundamental de oxígeno utilizable
por los seres vivos, está en la atmósfera. Su ciclo está estrechamente vinculado
al del carbono, pues el proceso por el que el carbono es asimilado por las
plantas (fotosíntesis), supone también devolución del oxígeno a la
atmósfera, mientras que el proceso de respiración ocasiona el
efecto contrario.
Otra parte del ciclo del oxígeno que
tiene un notable interés indirecto para los seres vivos de la superficie de la
Tierra es su conversión en ozono. Las moléculas de O2, activadas
por las radiaciones muy energéticas de onda corta, se rompen en átomos libres
de oxígeno que reaccionan con otras moléculas de O2, formando O3 (ozono). Esta
reacción es reversible, de forma que el ozono, absorbiendo radiaciones
ultravioletas vuelve a convertirse en O2.
CARBONO: Tiene
una función estructural y aparece en todas las moléculas orgánicas. Es un elemento
escaso de la naturaleza. Es la sucesión de transformaciones que sufre el
carbono a lo largo del tiempo. Es un ciclo biogeoquímico de
gran importancia para la regulación del clima de la Tierra,
y en él se ven implicadas actividades básicas para el sostenimiento de la vida.
El ciclo comprende dos ciclos que se suceden a distintas velocidades.
LA BIOMOLECULAS
Las
biomoléculas son las moléculas constituyentes de los seres vivos. Los cuatro
bioelementos más abundantes en los seres vivos son el carbono, hidrógeno,
oxígeno y nitrógeno, representando alrededor del 99% de la masa de la mayoría
de las células.
Se
llaman biomoléculas a todas las moléculas que intervienen en la estructura y
funcionamiento del organismo vivo, lo mismo sean grandes moléculas poliméricas
(macromoléculas) como los polisacáridos, los lípidos, las proteínas y los
ácidos nucleicos o sus monómeros: monosacáridos, ácidos grasos, aminoácidos y
nucleótidos, así como sus intermediarios metabólicos. esto significa centenares
de moléculas distintas: pero, desde un punto de vista práctico las
biomoléculas, se agrupan en siete categorías que al mismo tiempo son los
componentes importantes de la dieta: carbohidratos, proteínas, lípidos, agua,
iones (minerales), vitaminas y ácidos nucleicos.
*Los minerales que entran a formar parte de la dieta y de la materia viva ingresan a los organismos como sales y en cuanto éstas se disuelven en los líquidos del organismo, los minerales se ionizan y pueden ser considerados como iones.
*Los minerales que entran a formar parte de la dieta y de la materia viva ingresan a los organismos como sales y en cuanto éstas se disuelven en los líquidos del organismo, los minerales se ionizan y pueden ser considerados como iones.
La
composición química del organismo humano no difiere en forma significativa de
la que se hallaría en el resto de los mamíferos y en nuestro caso, el
componente más abundante es el agua (70%), seguida por las proteínas (15%), las
grasas (11%), los minerales (3%) y los carbohidratos (1%). es decir que
los organismos superiores están formados por casi dos terceras partes de su
peso en agua, cerca de una tercera parte de materia orgánica y tan sólo
una pequeña parte de minerales.
Debido
a la escala en la cual están representadas las biomoléculas no se representan
los ácidos nucleicos y las vitaminas porque ambos se encuentran en el organismo
en concentraciones mucho más pequeñas.
Según
la naturaleza química, las biomoléculas pueden ser
- Biomoléculas inorgánicas
Son
biomoléculas no formadas por los seres vivos, pero imprescindibles para ellos,
como el agua, la biomolécula más abundante, los gases (oxígeno, dióxido de
carbono) y las sales inorgánicas.
- Biomoléculas orgánicas
Son
sintetizadas solamente por los seres vivos y tienen una estructura a base de
carbono. Están constituidas principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno, y
con frecuencia están también presentes nitrógeno, fósforo y azufre; otros
elementos son a veces incorporados pero en mucha menor proporción.
Las
biomoléculas orgánicas pueden agruparse en cuatro grandes tipos:
1.
Glúcidos
2. Lípidos
3. Proteínas
4. Ácidos nucleícos
2. Lípidos
3. Proteínas
4. Ácidos nucleícos
Estructura
Sin
tener que entrar en el detalle químico de la estructura de los monómeros:
monosacáridos, ácidos grasos, aminoácidos y nucleótidos – que se verá más
adelante- conviene tener una idea inicial de cómo son las grandes moléculas de
los organismos vivos, los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los
ácidos nucléicos. Cada una de estas macromoléculas se encuentra formada por el
encadenamiento de los monómeros, unidos entre sí mediante enlaces
característicos, es decir: los carbohidratos se forman por las moléculas de
monosacárido – generalmente la glucosa- unidas entre sí por medio de los
enlaces glucosídicos alfa 1-4 y alfa 1-6; mientras que los lípidos hacen uso
del enlace hidrofóbico para formar los grandes conglomerados moleculares que
los caracterizan.
A su
vez, las proteínas se forman por una agregación lineal de aminoácidos, unidos
entre sí por los enlaces peptídicos y los ácidos nucléicos están constituidos
por cadenas lineales de nucleótidos enlazados mediante uniones fosfodiéster.
La
cantidad de información requerida para la síntesis de cada una de esas
moléculas, es diferente pues los carbohidratos y los lípidos necesitan
relativamente poca información, ya que no se necesita especificar cuál
monómero sigue de cuál otro. Por otra parte, para la síntesis de proteínas y
los ácidos nucleicos es indispensable una información detallada en cuanto a la
secuencia de los monómeros que las forman y es por ello que a las dos últimas
se las distingue con el nombre de “moléculas informativas” y en el caso
de los ácidos nucléicos, la lectura de la secuencia de los nucleótidos es la
base fundamental para la codificación de la información genética en los seres
vivos.
Los
polisacáridos, las proteínas y los ácidos nucleicos, están formados por enlaces
hidrolizables, es decir que se pueden romper por la entrada de la molécula de
agua liberando así los monómeros que las forman. Es así que de las
moléculas de glucógeno se obtiene como producto de hidrólisis a la glucosa; las
proteínas se hidrolizan hasta liberar los 20 diferentes aminoácidos que las
forman y de los ácidos nucléicos se obtienen los cuatro nucleótidos que los
constituyen y que para el DNA son los nucleótidos de adenina, guanina, timina y
citosina.
En
el caso de los lípidos, sus moléculas – ya sea de triacilgliceroles o
fosfolípidos – no se unen entre sí mediante enlaces covalentes hidrolizables,
sino que sus moléculas se asocian mediante interacciones débiles que no dan
lugar a una macromolécula propiamente dicha sino a un agregado molecular como
por ejemplo: las gotas de grasa de los adipocitos y las membranas biológicas.
