bioelementos y las biomoléculas.

TEMA 1.Composición de los bioelementos y las biomoléculas.

Composición cuantitativos y cualitativos.

La composición cuantitativa y cualitativa de todos los seres vivos es igual. La composición de los seres vivos no se ha elegido al azar ni por la cantidad de que de ellos haya en el planeta, (el carbono en la corteza terrestre es del 1% mientras que en los seres vivos es del 18%) sino por las propiedades vitales de los elementos para los seres vivos.

Existen 16 elementos comunes existentes en los seres vivos. Todos los elementos que forman parte de los seres vivos tienen en común sus propiedades. Existen dos tipos de composición de los seres vivos según sus propiedades:

-Bioelementos mas del 0.1%

Son el C, N, H, O …. 95%

S, P, Ca, Mg, Cl, Na, K, etc.

-Oligoelementos menos del 0.1%

I, Fe, F, etc. Y pueden variar según unos organismos u otros.

Propiedades de los bioelementos y oligoelementos.

-Tienen bajo peso atómico ya que el el peso atómico es inversamente proporcional a la estabilidad del enlace covalente(enlace de la materia orgánica).

Un gas nobles es aquel que tiene la última capa de electrones completa. El resto de los elementos forman enlaces para completar la última capa de electrones. Todo esto sucede para llegar a la estabilidad.

LA TEORÍA DE ENLACE

Los gases nobles, que son estables debido a que tienen la última capa de electrones completa, no forman enlaces mientras los otros átomos sí forman estos enlaces para tener la última capa de electrones completa.

¿Cómo se enlazan los átomos?

• Al Na le faltan 7 átomos y al Cl le falta 1, entonces, el sodio cede el electrón y el cloro lo acepta con carga negativa, se unen y forman el enlace iónico (de baja energía-materia inorgánica)
• A algunos átomos les falta mucho y se unen con otros(los comparte no los pierde) y se crea el enlace covalente y,como le falta mucho, necesita mucha energía para formar este enlace.
• Gracias al enlace covalente se obtiene la energía de los seres vivos = E.QUÍMICA.

Por ejemplo, la molécula del agua es electrónicamente neutra (covalente)y eléctricamente cargada. Es un enlace covalente dativo.

H+ -O H+

(dipolo:Un dipolo eléctrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud cercanas entre sí.)

En la molécula del agua,aunque tiene una carga total neutra, presenta una distribución asimétrica de sus electrones ,lo que le convierte en polar(sin cargas

eléctricas)

-Alto calor específico.(la cantidad de calor que le tengo que dar a un gramo de una sustancia para que aumente un grado.)Y desprende mucho calor cuando se enfría.

El metabolismo es un conjunto de procesos de reacciones químicas para poder realizar el funcionamiento de las células en tiempo real. Todas las reacciones químicas necesitan energía.

La temperatura es una medida de la energía química y la energía química es la agitación de las partículas. El calor no se tiene.

-Amortiguan los cambios de temperatura. En el caso de los iones monovalentes(una carga) como es el Cl- Na+ K+ , son fundamentales en la creación y el mantenimiento de los gradientes eléctricos y químicos.(gradiente: variable que sigue una línea)

-La presión osmótica.La presión osmótica es igual a la cantidad de soluto (concentración de soluto). Los gradientes varían la presión osmótica. El movimiento que crea la presión osmótica se denomina difusión.

Iones divalentes.

Fe Mg++ Mn+ Cu++ Ca++

Aceptan o ceden electrones con mucha facilidad. Son cadenas o ,más bien, cascadas transportadoras de electrones.

Cuando el electrón pierde energía se fabrica ATP. Estos electrones también colaboran con enzimas que catalizan reacciones químicas con las que se intercambian electrones.

• BIOELEMENTOS

-C,H,N,O es el 95% en peso seco.

El carbono y el hidrógeno y el nitrógeno y el oxígeno tienen electronegatividades distintas. Si se mezclan se forman enlaces covalentes dativos(son sustancias polares con cargas eléctricas y son solubles en agua.

• C y N.
  Se oxidan o se reducen, tienen la misma afinidad.
  Nunca hay una oxidación sin una reducción y viceversa. A este proceso se le denomina oxidorreducción (redox). Esto implica muchas reacciones metabólicas.
  Co2 / CH4
  No3H / NH3

• Carbono C. Tiene esqueleto, toda la materia orgánica está formada por el carbono.(un 18%). En la corteza sólo existe un 1% de C.
  • El carbono forma enlaces covalentes consigo mismo y con el resto de los elementos. Si es consigo mismo, tiene un bajo peso atómico ( C-C ..enlace covalente estable). También forma anillos que es igual a la estabilidad de la materia orgánica.
  • Los enlaces del carbono son tridimensionales, no son planos asique tiene forma en el espacio.
  • Se pueden hacer infinitas cadenas ya que tiene diversas formas que forman anillos y tienen longitud. Gracias a estas infinitas cadenas, hacemos infinitas funciones.

El Silicio es similar al Carbono pero el problema es que el Silicio tiene un alto peso atómico y eso hace que sea inestable. Los enlaces cpvalentes entre Oxígeno y Silicio son muy estables, demasiado, cosa que no es buena, ya que no debe ser ni demasiado estable ni demasiado inestable.

• OLIGOELEMENTOS

Menos del 0.1% son oligelementos

Funciones esenciales.

Su carencia produce enfermedades carenciales y graves trastornos y su exceso es tóxico.

Existe 60 oligoelementos de los cuales 14 son comunes: Fe, Mn, Cu, Zn, F, I, etc.

Fe forma hemoglobina,

I hormona tiroidea(bocio)

F esmalte de huesos y dientes.

Características de las biomoléculas

Del peso total del organismo,el 70% es agua y el 30% es peso seco.

De este peso seco,el 95% es materia orgánica y el 5% son sales minerales.

Biomoléculas:

• Inorgánicas
  • agua
  • sales minerales
  • gases
• Orgánicas
  • proteínas
  • glúcidos
  • lípidos
  • ácidos nucleicos

Moléculas orgánicas:

-Son macromoléculas

-Son polímeros (moléculas formadas a partir de otras más pequeñas((monómeros)))

Por ejemplo: los glúcidos son polímeros y están formados por monosacáridos que son monómeros.

Tipos de polímeros:

-Polímeros de mismo monómeros.

• glúcidos
  • Almidón = glu-glu-glu-glu... x10^3
• lípidos
  • grasa = ac.grasos
    Sirven para (funciones pasivas)
    -reserva energética... almidón/grasas
    -estructural(ladrillo)...celulosa /fosfolípidos

-Polimeros de distintos monómeros

• proteínas de 20 aminoácidos distintos
• ácidos nucleicos de 4 nucleótidos distintos
  • Tienen una secuencia, esta secuencia determina la forma de la proteína y esa forma determina la función.La secuencia de nucleótidos contienen la información genética.
  • Realizan funciones activas

• EL AGUA (H2O)

Los seres humanos estamos formados por un 70% de agua. Pero el porcentaje depende del tipo de organismo y de la edad de este.

-% de agua.

• Tpo de organismos
  • medusa (90%)
  • lechuga(60%)
• edad
• parte del organismos
  • semilla(10%)
  • huesos(25%)
  • sangre(+ o – 80%)

Forma y estructura

El O2 tiene una electronegatividad muy alta. El H2 tiene una electronegatividad muy baja. Por ello ambos tienen distinta afinidad eléctrica. Forman enlaces covalentes. El oxígeno tiene ocho electrones en la última capa y y le faltan dos para ser estable,entonces el hidrógeno comparte con él dos electrones y así ambos tienen la última capa completa. Los electrones se encuentran más cerca del oxígeno que del hidrógeno. Forman un enlace covalente dativo. Como enlace covalente que son, son electrónicamente neutras pero electrónicamenete cargadas, lo que da lugar al dipolo. Esto explica las propiedades del agua.

Enlaces por puentes de hidrógeno. Los puentes de hidrógeno son enlaces débiles aunque mas fuertes que otras.

Las moléculas de agua forman tetraedros.

Propiedades vitales (debido al dipolo y al PH del agua)y funciones pasivas.

Son anómalas

• Es líquida a temperatura ambiente. Como el Co2, Co, No, (gases). Tienen el mismo peso molecular o parecido pero se encuentran en distintos estados.
  El agua líquida está ligada a la existencia de la vida.

• Tiene un alto calor específico. (Es el calor necesario que necesita un gramo de cualquier sustancia para que aumente un grado centígrado. La temperatura es la medida de la agitación térmica de las partículas.)
  Parte del calor se traspasa a la superficie haciendo que se amortigüe la temperatura.
  En el metabolismo hay muchos cambios de energía sin producir un cambio de temperatura porque las reacciones se producen en el agua.

• Tiene un alto calor de vaporización.(Es la cantidad de calor necesaria para evaporar un gramo de cualquier sustancia)
  El calor aumenta la temperatura y cuando la presión del vapor es igual a la presión atmosférica se vapora, se necesitan 500 cal/g.
  Necesita mucho calor para evaporarse. La utilidad que tiene para los seres vivos es que al evaporarse se produce un enfriamiento por transpiración y sirve para el clima. El alto grado de vaporización se explica debido a los puentes de hidrógeno.

• Tiene un alto punto de fusión y una baja densidad en el estado sólido.

El agua se congela a 0ºC y el alcohol etílico (CH5 CH2 OH-) a -144ºC.El

hecho que se congele a temperaturas tan altas permite a que el agua se

encuentre en los 3 estados físicos. El agua tiene menos densidad en estado

sólido que en estado líquido y es por eso por lo que flota.¿Por qué flota?

Cuando las moléculas están establecidas dejan un hueco entre ellas donde se

encuentra aire y es por eso por lo que flota.

La consecuencia que tiene para los seres vivos es que permite a vida bajo el

hielo donde los fondos marinos están fríos.

• Tiene una alta tensión superficial.
  Es la resistencia que opone un líquido a la introducción de un sólido.(intentas meter algo en el agua y no deja con facilidad.)Esto es porque las moléculas de agua están unidas por los puentes de hidrógeno. La tensión es una medida de la cohesión entre medidas.
  Para que un cuerpo flote tiene que tener más volumen que masa.
  Se producen movimientos por corrientes plasmáticos gracias a a tensión.
  La tensión permite el transporte de la savia bruta por la capilaridad.

Las moléculas de agua están en fila y cada vez que una molécula se expora, mueve a las que van detrás y esto ocurre gracias a la transpiración. La transpiración hace que el agua pase por un capilar gracias a su tensión(sólo si el tubo es fino).

• Disolvente universal (sólo de sustancias polares)
  Cl- Na+ + H2O
  El agua asila las cargas eléctricas y esto hace que se disuelvan los compuesto. La mayoría de moléculas orgánicas son polares y necesitan un medio igual de polar (agua) y esto hace que se disuelvan. Esto les sirven a los seres vivos para formar el medio interno y también sirve como medio de transporte. El agua también influye sobre las sustancias apolares (como en los fosfolípidos) y determina la forma de estos.

Funciones activas del agua.

El agua tiene función activa en las reacciones químicas del metabolismo:

• La hidrólisis (romper enlaces con agua) se produce en muchos enlaces de moléculas orgánicas.
• También se producen reacciones de REDOX (reducción oxidación)gracias al agua y este tiene un papel importante en la fotosíntesis.
  H20 ----> 2H+ + 2e- + ½ O2 ---> fotolisis(gracias al redox)
• También hace falta agua para sintetizar ácidos grasos.(como los camellos)

Estados físicos de las biomoléculas

• Dispersiones coloidales y disoluciones acuosas.
  El agua es el principal componente de nuestro medio interno. Nuestras células se encuentran bañadas por el plasma intracelular y dentro de ese plasma por el citosol. El plasma sanguíneo se convierte en plasma intrascelular y vuelve al capilar.

El medio interno es un líquido que rodea las células del cuerpo de los animales constituida por el líquido intersticial de los tejidos, la linfa, el plasma sanguíneo y los líquidos celomáticos y,cuya función es de servir de protección a dichas células, así como de vehículo para el intercambio de sustancias. El medio interno sirve para el mejor funcionamiento.

• Medio interno
  • agua
  • otras cosas
    • disoluciones (Cl Na)
      • soluto
        • soluble de menos tamaño
      • dispersiones coloidales o coloides
        • agua +/- soluto +/- grande
      • suspensión
        • agua + insolubre

sedimentan orgánulos de mayor tamaño.

Homeóstasis: mantenimiento de la constancia de las variables del medio

interno. Cuanto mas Hidrógeno(para el PH), más evolución e independencia.

(se controla)

• Dispersiones coloidales o coloides
  el disolvente ahora se llama fase dispersante( agua).
  el soluto ahora se llama fase dispersa.
  Se habla de dispersiones coloidales cuando la fase dispersa es más o menos soluble y suficientemente pequeña para dispersarse homogéneamente.
  Las partículas de la fase dispersa son turbias , filtrables, y no sedimentan ya que la agitación térmica del agua las sostiene.
  La fase dispersa tiene una alta cantidad de cargas eléctricas y as de mismo signo se repelan,que es también ayuda a que no sedimenten.
  Hay varios tipos de dispersiones:
  • Sólido /líquido en gas.(fase dispersante)P.E. El humo, la niebla, nubes.(aerosoles).
  • Menos sólido en más líquido (agua)
    Cuando la fase dispersa(sólido) sobre la fase dispersante (líquida=agua) se denomina SOL.P.E hialoplasma o citosol, pintura, tinta, etc.
    Cuando es viceversa se denomina GEL.P.E. Gel de baño, queso, flan, jalea, etc.
    Si a un sol le añades gel se hace gel y si a un gel le añades sol se hace sol.

• Emulsiones.
  Mezcla (dispersión) de dos líquidos inmiscibles. P.E. Agua y aceite.

Si se añade jabón la emulsión se queda para siempre. Cuando ocurre esto se dice que la reacción está emulsionada. El aceite actúa como sustancia emulsionante.
P.E. La leche ---> agua + grasa ---> emulsionada con caseína (proteína)
La bilis (sustancia que segrega el hígado) para hacer el mismo efecto (emulsionar)
• Ósmosis y presión osmótica.
  Cuando se forma una disolución o dispersión aparece un movimiento de las moléculas que se igualan las concentraciones, se denomina difusión.
  La presión osmótica es la que empuja las moléculas y esta es igual a la concentración de soluto o de fase dispersa.
  • Ósmosis.
    Explica la presión osmótica. Es el paso de disolvente desde la disolución más diluida hacia la más concentrada a través de la membrana. Es un proceso mediante el cual se equilibra la concentración de dos disoluciones separadas por una membrana semipermeable mediante el paso de agua del medio más diluido al más concentrado, ya que la presión osmótica del medio más concentrado es mayor que la presión osmótica del medio más diluido. Atrevés de la membrana semipermeable sólo puede pasar agua.(disolvente)
    Membrana semipermeable(membrana intermedia)
    -membrana plasmática
    -pergamino

-celofán

Cuando la presión hidrostática es igual a la presión osmótica ya no hay más ósmosis.

Medio hipertónico: un medio es hipertónico respecto a otro cuando su concentración de soluto es mayor.

Medio isotónico: dos medios son isotónicos cuando su concentración de soluto son iguales.

Medio hipotónico: un medio es hipotónico cuando su concentración de soluto es menor.

Se utiliza la sal para contrarrestar los cambios de presión osmótica , quita el choque osmótico y hace el medio isotónicos.

Producto iónico del agua ---> escala del PH

El agua es un electrolito( pocas cargas) débil (pocas). 1/550 000 000 moléculas de agua se ioniza gracias al dipolo.

+H3O -HO --->

La fuerza de una carga negativa de una molécula de agua, le arranca un protón a otra molécula de agua.

Disoluciones acuosas y sales minerales.

Producto iónico del agua ---> escala del PH.

2H2O <---> -OH + H+

Cuando el agua es pura a 25ºC , la concentración ( |OH| · |H+|= 10^-14) si.....

uno sube el otro tiene que bajar para que sea la misma cantidad.(cargas positivas y cargas negativas,inversamente proporcionales)

|-OH| · |H+| = 10^-14) ---> 10^-7 · 10 ^-5 = 10^-14 (constante)

Esto se utiliza como referencia para medir el grado de acidez(H+) o el grado de alcalinidad (-OH) de una disolución.

|-OH| = |H+| = |10^-7| (entonces es neutro)

Si es de 1 a 6,es ácido y si es de 8 a 14 es básica.

¿Qué es el PH?

PH = -lg |H+| = -lg 10^-5= 5 ---> así ya no es negativo.

También existe el Poh,¿qué es ?

Poh = -lg |OH| = - lg10 ^-9 = 9

Entre ellas(las unidades) hay 10 veces menos o más.

Ácido / Base

Cuando los ácido /base en una disolución se disocian ,estos se ionizan.

AH<--->A- + H+

BoH <---> b+ + OH-

(las bases de N son las únicas que capturan el H+).

¿Cuándo se ioniza o se disocia una base?

Gracias a K que es la constante de disociación.

K= A- + H+ (forma ionizada)

------------- --------------> ácido o base ,alta o débil ,constante alta

AH (forma sin ionizar) o baja.

Ácido o base fuerte.

Los seres vivos tenemos ácidos y bases bajas, por eso no nos interesan...Los ácidos y bases fuertes en disolución se disocian. También formas disociadas y sin disociar.

Disociado = ionizado = con cargas.

Los ácidos y bases bajos no son necesariamente disociados, ionizado o con carga.

Utilizamos la F(PH) = PK ---> es aquel valor del PH en el que el ácido o base débil está la mitad disociada y en otra mitad sin disociar.

COOH = COO + H+ PK= [6,8]---> Es el valor que indica que la mitad está ionizada y la otra mitad sin ionizar.

En este caso sin ionizarse por debajo de 6,8 y ionizado por encima de 6,8.

Las bases de Nitrógeno son las únicas que capturan H+.

NH2 + N+ ------> NH3+ PK = 9 |5|

Cuando el PH está por encima ----> ___ carga

Cuando el PH está por debajo ----> ____ carga

Cuando el PH está por igual ----> mitad – mitad

Forma de las proteínas

Dependen de sus cargas eléctricas durante el metabolismo.---> H+ /- OH más o menos PH.

Es esencial que no cambie el PH ya que sino cambian las cargas eléctricas , cambia la forma y cambian la función (de la proteína ) y eso no puede ser (PH Aprox. 7)

Entonces se necesitan los sistemas amortiguadores. Con las cargas eléctricas se utiliza el sistema tampón.

Los seres vivos sólo aguantamos entre 6,7 y 7,3 de PH.¿cómo aumentamos esta neutralidad? Con los sistemas tampón ---> Homeóstasis.(manutención del PH)

• SALES MINERALES

Una sal es la unión de un ácido y una base .

SAL + AGUA ---> SE DISUELVE

Cl Na -----> Cl - + Na (iónico)

se aíslan las cargas que rompen el enlace y se disuelven.

Tenemos por ejemplo:

Aniones de Cl- ,H2CO3, -HPO4 , =HPO4 ----> Como están disueltas nosotros no

Cationes de Na+ , K+ Mg++ Ca+ -------------> tenemos sales , sólo aniones cation-

es y disolución.

Algunas sales producen funciones específicas.

• El fosfatocálcico --->dientes y huesos.
• El Cl+ /Na+/K+--->contracción muscular, impulso nervioso.
• Mg++/Ca++----> cofactores enzimáticos.

Pero todas las sales cumplen unas funciones generales por su naturaleza o propiedades químicas.

¿Cuáles son?

1 Regulación de los equilibrios químicos /osmóticos.

La presión osmótica es directamente proporcional a la concentración de soluto.

Se necesita igualar la presión osmótica para que no se produzca el choque osmótico. Por ello el medio debe ser isotónico.(| |=| |).Entonces ,para ello,necesitamos el agua.

Las sales solubles crean la presión osmótica (sed de agua o de sal)

Se utilizan para contrarrestar los cambios de presión osmótica que se producen continuamente durante el metabolismo.---->Función general de las sales.

2 Regulación de los equilibrios ácido /bases.

El PH debe ser neutro para mantener las cargas eléctricas de la proteína para que conserven su forma y su función.

(La estructura y forma es distinta. La forma depende de la estructura.)

Continuamente en metabolismo:

H+ (bajo PH) -OH(alto PH)

Gracias a los sistemas tampones, mantenemos el PH neutro ya que los tampones capturan las cargas eléctricas desde que se forman. PH constante.

Un tampon está formado por : Ácido / Base (débil) + sal

La mayoría de los cambios van hacia la acidez así que hacen falta más sistemas tampón para los ácidos. Ha dos tipos de tampones:

• Los que captan carga +
• Los que captan cargas - (base /acidez)

Ejemplo de tampón para ácido:

H2CO3 /Na HCO3 = 1/20 -----> Hay un ácido carbónico por cada carbonato cálcico.

ClH----> Cl- + H+ bajo PH, pero --->Na HCO3 ---> Na+ + HCO3

ClH + HCO3 ---> ClNa + H2CO3 ….y así no ha variado el PH pero ¿está en la proporción 1/20?

Sí, ya que el ClNa se elimina mediante la orina y el Co2 + H20 se elimina en el aire.

PO4H3 / PO4HCa ---> también es un tampón.

Las proteínas también actúan como tampón ya que poseen ácidos /bases.

3 Regulación de equilibrios eléctricos.

Las sales son iones. Tienen cargas eléctricas por lo que son responsables del establecimiento y mantenimiento de proceso eléctricos como los que caracterizan los típicos de músculos y neuronas.