BIOLOGÍA

TEMA 1: MOLÉCULAS DE LA VIDA. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS

1. Origen de la vida y bioelementos y biomoléculas inorgánicas.2. Biomoléculas orgánicas: Glúcidos y lípidos.3. Proteínas.4. Ácidos nucleicos.

TEMA 1: MOLÉCULAS DE LA VIDA. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

Hipótesis sobre el origen de la vida:1. LA GENERACIÓN ESPONTÁNEA. 2. LA HIPÓTESIS DE OPARIN Y HALDANE3. LA HIPÓTESIS DE WÄTCHTERSHÄUSER, MARTIN Y RUSSEL

LA GENERACIÓN ESPONTÁNEADefendida desde la antigüedad por científicos como Aristóteles o Descartes.Defendida desde la antigüedad por científicos como Aristóteles o Descartes.Indica que los organismos complejos se generaban, tras una creación divina, de formaespontánea a partir de sustancias orgánicas gracias a un tipo de fuerza vital.

-Experimento de Van Helmont-El primer científico que trato de rebatir esta hipótesis fue Francesco Redi y posteriormente Lazzaro Spallanzani- Louis Pasteur fue quien consiguió definitivamente desterrar esta teoría. 1862.

HIPÓTESIS DE OPARIN Y HALDANE O EVOLUCIÓN MOLECULAR ABIOGÉNICAAmbos científicos expusieron la misma hipótesis investigando por separado. 1924.

- Indica que la vida celular fue precedida por un periodo de evolución química- Las fases que tuvieron lugar fueron:

a) Gases reductores + energía (rad. uv y energía eléctrica) moléculas orgánicasb) Enfriamiento de Tierra produjo lluvias torrenciales posteriormente

mares primitivos caldo nutritivo o sopa primordialc) Las moléculas orgánicas fueron reaccionando coacervados(microesferas

individualizadas)

d) Aparece una molécula capaz de producir copias de sí misma y dotada de actividad d) Aparece una molécula capaz de producir copias de sí misma y dotada de actividad enzimática (similar ácido nucleico). Coacervados con esta molécula desarrollan un metabolismo propio células primitivas macromoléculas y células complejas

Experimento de Miller

HIPÓTESIS DE WÄCHTERSHÄUSER, MARTIN Y RUSSELMartin y Russel en 2002 utilizaron una hipótesis de Wächtershäuser (1936) propusieron la hipótesis del mundo de hierro-sulfuro:“La unidad a partir de la cual se generó la vida sería células inorgánicas, formadas por

pequeños cubículos de sulfuro de hierro, formados en las rocas que poco a poco se fueron

rellenando con moléculas de vida”

Fases:a) En las chimeneas hidrotermales de las dorsales oceánicas existen formaciones de sulfuro

de hierro y otros metales entorno adecuado para las reacciones químicasb) Los compuestos orgánicos se concentran dentro de las celdas de sulfuro de hierro b) Los compuestos orgánicos se concentran dentro de las celdas de sulfuro de hierro

formándose polímeros más complejos progresivamentec) Por último se sintetizo una membrana lipídica que permite al organismo abandonar el

sistema en el interior de la celda y comenzar su vida independiente.

NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOSLOS BIOELEMENTOS

Elementos químicos que constituyen la materia viva. Elementos biogénicos.De los 92 átomos naturales, nada más que 27 son bioelementos

CLASIFICACIÓN (Según la proporción en la que existen en los Seres Vivos)

Bioelementos primarios

Son los elementos más abundantes enlos seres vivos. (98 % organismo)C, H, O, y N. También P y S

Razones:

Bioelementos secundarios

Ca, Na, K y Cl.Se presentan en forma iónica y forman las sales minerales.El Calcio puede encontrarse formando parte de los huesos, conchas,

Oligoelementos

Entre un 0,0001% y 0,1 % organismo.Funciones catalíticas. En los seres vivos se han aislado unos 60 oligoelementos, de los cuales solo 14 se consideran comunes a la totalidad de Razones:

-Son abundantes en la corteza,atmósfera e hidrosfera- Forma enlaces covalentes, que sonestables y acumulan mucha energía.Puede formar enlaces, hasta con cuatroelementos distintos, lo que davariabilidad molecular. Puede formarenlaces sencillos, dobles o triples.- El C y el N son afines al O, danreacciones de oxidación-reducción, basedel metabolismo.- Moléculas que forman estos elementosson muy afines por el agua, medio en elque ocurren las reacciones metabóicas.

parte de los huesos, conchas, caparazones, o como elemento indispensable para la contracción muscular o la formación del tubo polínico.El Sodio y el Potasio son esenciales para la transmisión del impulso nervioso. Junto con el Cloro y el Iodo, contribuyen al mantenimiento de la cantidad de agua en los seres vivos.

consideran comunes a la totalidad de los seres vivos:Fe, Mn, Cu, Zn, F, I, B, Si, Cr, Co, Se, Mo, Ni y Sn

LAS BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS : El Agua y las Sales Minerales

AGUA

Formas en las que aparece

-Estructural-Circulante-Metabólica

Estructura -H y O-Dipolo eléctrico-Enlaces de hidrógeno

Propiedades

- Disolvente universal de moleculas ionizables y polares : elevada constante dieléctrica solvatación iónica. Sustancias hidrofóbicas/anfipáticasFunción asociada: transporte, disolvente y función bioquímica (disociación y redox)-Elevada fuerza de cohesión: gran incompresibilidad (función estructural), elevada tensión superficial.estructural), elevada tensión superficial.-Elevada fuerza de adhesión: capilaridad-Elevado calor específico: función termorreguladora-Elevado calor de vaporización: función termorreguladora-Mayor densidad en estado sólido que en estado líquido: hielo aislante que permite la vida acuática-Bajo grado de ionización: pocas moléculas disociadas en H+ y OH-. pH= 7-Reducida viscosidad: lubricante

SALESMINERALES

Características Las sales minerales son moléculas que se ionizan fácilmente en presencia de agua

Formas en las que se encuentran

-En forma sólida: Así aparecen las sales que son insolubles en agua, precipitan y forman estructuras (internas y externas) que tienen función de sostén. Ejemplos: caparazones, huesos

-En disolución: aparecen disociadas en aniones (cloruro Cl-, fosfato PO4

3-, carbonato CO32-, sulfato SO4

2- y nitrato NO3- ) y cationes (sodio

Na+, potasio K+, calcio Ca2+, Magnesio Mg2+ y amonio NH4+).

FUNCIONES DE LAS SALES EN DISOLUCIÓN• Intervención en procesos fisiológicos diversos: transmisión del encuentran • Intervención en procesos fisiológicos diversos: transmisión del

impulso nervioso, contracción muscular, coagulación sanguínea, transporte de electrones.

• Cofactores de muchas enzimas. Ejemplo: grupo fosfato• Modifican las propiedades disolventes del agua.• Estabilizan las dispersiones coloidales y mantienen el grado de

hidratación y estado eléctrico del citoplasma• Mantienen la salinidad constante dentro del organismo: equilibrio

osmótico• Mantienen constante el pH del medio: sistemas tampón

- Asociadas a moléculas orgánicas: por ejemplo el caso de los fosfolípidos

EL PH Y LOS SISTEMAS TAMPÓN

ÁCIDO: Sustancia capaz de desprender protones. - Ácido fuerte: se disocia completamente en el agua (aporta H+)- Ácido débil: aporta y acepta H+ formando equilibrio ácido-base.

BASE: Sustancia capaz de captar protones o ceder OH-

- Base fuerte: se disocia completamente en el agua (aporta OH- )

CONCEPTOS A TENER EN CUENTA EN BIOQUÍMICA:- PH Y LOS SISTEMAS TAMPÓN- DISPERSIONES ACUOSAS- IMPORTANCIA DEL CARBONO Y GRUPOS FUNCIONALES

- Base fuerte: se disocia completamente en el agua (aporta OH )- Base débil: aporta y acepta OH- , equilibrio ácido-base

pH: logaritmo en base 10 de la inversa de la concentración de protones. pH= log (1/[H+]) = - log [H+]pH ácido: si [H+] > 10-7 pH neutro si [H+] = 10-7 pH básico si [H+] < 10-7

pH < 7 pH = 7 pH > 7En el agua pura a 25 ºC, pH = 7. Este es el pH ideal para los seres vivos. Variaciones del pH causan

grandes alteraciones.

SISTEMA TAMPÓN: formado por un ácido y su base conjugada. La reacción transcurre en una u otra dirección dependiendo de la concentración de protones del medio. Ejemplos: tampón bicarbonato (en la sangre) o tampón fosfato. Evitan las variaciones de pH del medio.

HCO3 + H+ H2CO3 CO2 + H2O

DISPERSIONES ACUOSAS

Un sistema disperso está formado por un disolvente (fase dispersante) y el soluto (fase dispersa). Por difusión se produce la mezcla espontánea entre las dos fases.

DISOLUCIONES COLOIDALESSolución Acuosa en la que el tamaño de las partículas de la fase dispersa oscila entre 0.001 y 0.001 micra y puede llegar hasta 2 micras.• CARACTERÍSTICAS

• Son traslúcidas. Efecto Tyndall• Elevada viscosidad y poder de adsorción• Pueden aparecer e estado sol (fluido) y gel (viscoso)• Pueden aparecer e estado sol (fluido) y gel (viscoso)• Capacidad de sedimentación (ultracentrifugación)• Capacidad de separación de partículas en función de su carga eléctrica (electroforesis)

• CLASIFICACIÓN• Según el estado físico de la fase dispersa: suspensiones (sólida) y emulsiones (líquida)• Según la polaridad de la fase dispersa:

-Dispersiones hidrófilas: estables. Varían con evaporación intensa o acidificación. Formación de coágulos-Dispersiones hidrófobas: inestables. Capa de solvatación. Se pueden estabilizar con sustancias emulsionantes (ejemplo con jabones)

¿POR QUÉ SON IMPORTANTES LAS DISOLUCIONES ACUOSAS?Por la Difusión. Paso, a través de una membrana permeable, de soluto y disolvente, a favor de gradiente par igualar las concentraciones a ambos lados. Ocurre sin gasto energético

CARBONO Y GRUPOS FUNCIONALES- Importancia del carbono (bioelementos)- Grupos funcionales: Conjunto de átomos, enlazados de una determinada forma, que presentan una estructura y

propiedades físico-químicas determinadas que caracterizan a los compuestos orgánicos que los contienen.

GRUPOS FUNCIONALES DE BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS

Grupo hidroxilo -OH

Alcoholes. Forman enlaces de hidrógeno con facilidad y son muy solubles

Grupo éter-O-

Forma análoga al agua, pero no establecen puentes de hidrógeno

Grupo carbonilo Aldehido: en el extremo de la molécula/ Cetona: en el interior de la Grupo carbonilo-CHO =O

Aldehido: en el extremo de la molécula/ Cetona: en el interior de la molécula.El C actúa como electrófilo (carga parcial +, acepta electrones) y el O como neutrófilo (carga parcial-, cede electrones)

Grupo carboxilo- COOH

Tienden a ceder el H del grupo OH transformándose en iones carboxilato; - COO-

Grupo éster-COO-

No forman puentes de H. Punto de ebullición bajo. Suelen ser volátiles

Grupo amino-NH2

Se sustituye los H del nitrógeno por compuestos carbonatados. Enlaces de H débiles. Reaccionan con ácidos para dar sales

Grupo tiol-SH

Propiedades similares a los alcoholes aunque son más ácidos

Grupo fosfato- H2PO3

Puede neutralizarse captando protones del medio. Puede reaccionar con un alcohol dando un fosfoéster

OSA

S O Monosacáridos. Son los glúcidos más sencillos. Son moléculas que contienen de 3 a 8 átomos de Carbono y son

las unidades o monómeros a partir de las cuales se forman los demás glúcidos. No son hidrolizables

Oligosacáridoscompuestos por un número de

monosacáridos entre 2 y 10

Compuestos por más de 10

LAS BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS : Los Glúcidos

Compuestas por C, H y O. Cn(H2O)n .

ÓSIDOS

Se forman por la

unión de dos o

más

monosacáridos

mediante enlace

O-glucosídico

Holósidos

formados

por la

unión de monosacári

dosPolisacáridos

Compuestos por más de 10

monosacáridos. Estos a su vez

se subdividen en

Homopolisacáridos si en su

constituyción solo existe un tipo

de monosacáridos, y

Heteropolisacáridos si están

formados por más de un tipo

de monosacárido

Heteósidoso también denominados glucoconjugados. Están formados por monosacáridos y

otros compuestos no glucídicos

LOS MONOSACÁRIDOS: COMPOSICIÓN, ESTRUCTURA Y PROPIEDADES

1. Composición: cadena corta de carbonos (entre 3 y 8) unidos mediante enlaces covalentes y con ungrupo -OH en cada carbono. En el carbono restante se forma un enlace acetal (-CHO) o cetal (=O).

2. Propiedades: Los monosacáridos son compuestos sólidos, cristalinos, no hidrolizables, de color blanco o incoloros,Los monosacáridos son compuestos sólidos, cristalinos, no hidrolizables, de color blanco o incoloros,de sabor dulce, solubles en agua, que presentan poder reductos y posee isomería.

- El poder reductor: el grupo –CHO se oxida formando –COOH que desprende electrones. carbono anomérico . - La isomería: Igual forma química pero diferente fórmula estructural. isomería espacial o esteroisomería

Aparece cuando hay carbono asimétrico o quiral ( átomo de carbono con cuatro sustituyentes diferentes)

Hay dos tipos de esteroisómeros:- Enantiómeros: Son dos moléculas que son imágenes especulares- Epímeros: Son moléculas que se diferencian en la configuración espacial del carbono asimétrico

Por convenio, se dice que un monosacárido tiene una configuración D si el grupo hidroxilo del carbono asimétrico más alejado del grupo carbonilo se encuentra a la derecha y configuración L si se sitúa a la izquierda

Enantiómeros Epímeros

3. Estructura: Monosacáridos de 5 o más carbonos

LOS GLÚCIDOS COMPLEJOS

El enlace hemiacetal o hemicetal de los monosacáridos puede reaccionar con otros grupos como –OH, -NH2,formándose el enlace glucosídico con pérdida de una molécula de agua. Se forman de esta manera los monosacáridos para formar los glúcidos complejos: Holósidos y Heterósidos

CLASIFICACIÓN DE GLÚCIDOS COMPLEJOS

OSAS

Oligosacáridos

2 a 10 monosacáridos mediante enlace O-glucosídico.

Disacáridos, trisacáridos, etc.

Sólidos, de color blanquecino, tienen sabor dulce, son solubles en agua, hidrolizables y cristalizablesSACAROSA/LACTOSA/MALTOSA

PolisacáridosSólidos, insolubles en agua o forman coloides,

Un único tipo de monosacáridoALMIDÓN: α (1,4) y α (1,6)Polisacáridos agua o forman coloides,

sin sabor dulce, hidrolizables pero no cristalizables. Estructura ramificada y no poseen poder reductor

Homopolisacárido ALMIDÓN: α (1,4) y α (1,6)GLUCÓGENO: α (1,4)CELULOSA: β(1,4)

HeteropolisacáridoDos o más tipos de monosacáridoMucopolisacáridos, Hemicelulosas

ÓSIDOS Parte glucídica y no glucídica Glucoproteícas, Glucolípidos

FUNCIONES E IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LOS GLÚCIDOS

FUNCIÓN ENERGÉTICA

- Energía inmediata a las células: glucosa, fructosa o galactosa

- Reserva energética de rápida utilización: Sacarosa o la Lactosa, y homopolisacáridos como el almidón y el glucógeno (reserva energética de animales y plantas, respectivamente)

FUNCIÓN ESTRUCTURAL

Celulosa que constituye la pared celular de algunas células vegetalesHemi-celulosas y peptidoglucanos forman la pared bacteriana o los glucolípidos de las membranas celulares

OTRAS FUNCIONESConstituyentes básicos de los nucleótidos del ARN y ADNConstitución del glucocálix celular

LAS BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS : Los Lípidos

Compuestos por C, H y O. Número par de átomos de C

SAPONIFIC

ABLE

S

ACIDOS GRASOS

Lípidos Simples/ Hololípidos

Acilglicéridos. Formados por la esterificación de una molécula de glicerina y 1, 2 o 3 ácidos grasos

Céridos: formados por la esterificación de un alcohol distinto de la glicerina y un ácido graso

Con una parte

Fosfoglícéridos

FofosaminolípidosSAPONIFIC

ABLE

S

Lípidos ComplejosCon una parte lipídicay otra no lipídica

Fofosaminolípidos

Esfingolípidos

INSA

PONIFIC

ABLE

S 1. EsterólicosDerivados del ciclopentanoperhidrofenantreno (esteroides, ácidos biliares y vitaminas del grupo D)

2. Prenólicos Derivados del isopreno. Pigmentos y quinonas

3.ProstaglandinasDerivados de la ciclación de ácidos grasos insaturado de 20 carbonos. Colaboran en respuesta inmunitaria, variación de la presión sangüínea y de la contracción muscular

LOS ÁCIDOS GRASOS

Cadenas lineales de C e H, con número par de átomos de C, y con un grupo –COOH en un extremoSe encuentran formando parte de los lípidos saponificables, no en estado libre.

Ácidos grasos saturados e insaturados

PROPIEDADES DE LOS ÁCIDOS GRASOS

1. Solubilidad: Carácter Anfipático. Formación de micelas

2. Punto de fusión aumenta con el número de C y disminuye con el número de dobles enlaces.

3. Carácter de ácidos moderadamente fuertes: por lo que dan reacciones de esterificación, saponificación y oxidación.

Oxidación

LÍPIDOS SIMPLESA. Acilglicéridos

B. Céridos

LÍPIDOS COMPLEJOSA. Fosfoglicéridos

Bicapa lipídica de la membrana celularB. Fosfoaminolípidos

Fosfatidilcolina. Bicapa de membranas celulares

C. Esfingolípidos

LÍPIDOS INSAPONIFICABLES

A. EsterólicosDerivados del Ciclopentanoperhidrofenantreno.Esteroides, ácidos biliares, colesterol, vitaminas D.

B. PrenólicosB. PrenólicosDerivados del Isoprenocarotenos y quinonas

Geraniol

C. ProstaglandinasCiclación de ácidos grasos de 20C. 5 de ellos forman un anillo.Inflamación, fiebre, presión sanguínea

FUNCIONES E IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LOS LÍPIDOS

FUNCIÓN ENERGÉTICA

-Lípidos son la reserva energética por excelencia. Acumulan gran energía en sus enlaces y además son hidrofóbicos, con lo que no causan acumulación de agua en el cuerpo. Lípidos : 9 Kcal/g. Glúcidos: 4 Kcal/g

FUNCIÓN ESTRUCTURAL

-Los fosfolípidos y esfingolípidos son los constituyentes principales de las membranas celulares. ESTRUCTURAL

FUNCIÓN REGULADORA

Relacionada con las hormonas, prostaglandinas y vitaminas.

OTRAS FUNCIONES

Función aislante y de protección mecánica frente a golpes.Esencias vegetales y pigmentos