Bioelementos y Biomoléculas

Bioelementos

• Los bioelementos son los elementos químicos que componen la materia viva
• Se dividen en bioelementos primarios, que conforman el 99% de la materia viva, y bioelementos secundarios, que aparecen en menor proporción
• Los bioelementos primarios son C, H, O, N, P y S; constituyen las principales moléculas orgánicas
• Los bioelementos secundarios son Na, K, Mg, Cl y Ca; intervienen en el mantenimiento del grado de salinidad y equilibrio de cargas eléctricas
• Oligoelementos se encuentran en mínimas cantidades pero son esenciales; ejemplos incluyen Fe (hemoglobina), Si (caparazones de diatomeas) y Y (hormona tiroidea)

Biomoléculas

• Las biomoléculas son compuestos formados por la unión de bioelementos
• Se clasifican en biomoléculas simples (formadas por el mismo tipo de átomo) y biomoléculas compuestas (formadas por diferentes átomos)
• Biomoléculas compuestas inorgánicas se encuentran en la materia viva e inerte (agua y sales minerales)
• Biomoléculas compuestas orgánicas son exclusivas de la materia viva (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos)

El Agua

• El agua es la molécula más abundante en los seres vivos
• Su cantidad varía según la especie, la edad del individuo y el tipo de tejido u órgano
• La molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno unidos por enlaces covalentes
• Es dipolar debido a la mayor electronegatividad del oxígeno, lo que permite la formación de puentes de hidrógeno
• Los enlaces de hidrógeno confieren al agua su alta cohesión, lo que la mantiene líquida a temperatura ambiente
• Las propiedades del agua, derivadas de la estructura, son esenciales para la vida

Propiedades y Funciones del Agua

• Alta constante dieléctrica: disolvente universal, favorece el transporte de sustancias y reacciones
• Densidad: la densidad máxima se alcanza a 4°C, permitiendo la vida bajo el hielo
• Baja viscosidad: facilita el desplazamiento de órganos lubricados por líquidos
• Elevada tensión superficial: permite deformaciones del citoplasma, como cambios en la forma celular
• Alto calor específico: regula la temperatura
• Alto calor de vaporización: regula la temperatura
• Elevada fuerza de cohesión: esqueleto hidrostático en animales, turgencia en plantas
• Elevada fuerza de adhesión: explica la capilaridad, como el ascenso de la savia bruta
• Bajo grado de ionización: pH del agua pura es 7

Sales Minerales

• Las sales minerales pueden ser solubles o insolubles en agua
• Las insolubles forman estructuras sólidas, como esqueletos, caparazones o depósitos
• Las sales minerales disueltas se disocian en aniones (Cl-, CO32-, HCO3-, PO43-, SO42-) y cationes (Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Fe3+)

Glúcidos o Carbohidratos

• Se clasifican en monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos
• Son la principal fuente de energía para los seres vivos
• También tienen funciones estructurales

Monosacáridos

• Son los glúcidos más sencillos, formados por una sola unidad de polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas
• Los más comunes son la glucosa, la fructosa y la galactosa

Disacáridos

• Se forman por la unión de dos monosacáridos mediante enlace O-glucosídico
• Son dulces, solubles en agua, cristalizables e hidrolizables
• Ejemplo: sacarosa (componente principal de la savia elaborada de las plantas)

Oligosacáridos

• Se forman por la unión de 2 a 10 monosacáridos
• Tienen gran diversidad en número, ramificaciones, tipo de monosacáridos y enlace
• Su propiedad más importante es la capacidad de almacenar información

Polisacáridos

• Se forman por la unión de varios monosacáridos mediante enlaces O-glucosídicos
• Tienen pesos moleculares muy elevados
• No son dulces, ni cristalizables, ni solubles en agua (algunos forman soluciones coloidales)
• Funciones: estructurales (celulosa) o de reserva energética (almidón, glucógeno)

Lípidos

• Compuestos orgánicos formados principalmente por C, H y O; a veces también P, N y S
• Son insolubles en agua, solubles en disolventes orgánicos
• Presentan un aspecto graso y se encuentran en todos los organismos
• Funciones: reserva de energía, estructura, biocatalizador, protección, transporte
• Se clasifican en lípidos saponificables (con ácidos grasos) e insaponificables (sin ácidos grasos)

Lípidos Saponificables

• Simples: solo C, H y O
• Compuestos: contienen ácidos grasos, glicerol y otros grupos químicos
• Prostaglandinas: funciones diversas, como coagulación de la sangre, fiebre, contracción muscular

Lípidos Insaponificables

• Esteroides: estructura de anillos cíclicos, ejemplos: colesterol, hormonas sexuales
• Terpenos: compuestos cíclicos o lineales con unidades de isopreno, ejemplos: vitamina A, aceites esenciales

Proteínas

• Moléculas orgánicas más abundantes en la célula, representan el 50% del peso celular seco
• Formado por C, H, O, N, y a veces S, P, Fe y Cu
• Bioquímicamente son polímeros de aminoácidos
• Función: reserva, estructura, transporte, contracción, protección, hormonal, catalítica, homeostática
• La hidrólisis de las proteínas da lugar a péptidos y finalmente a aminoácidos

Aminoácidos

• Ácidos orgánicos con un grupo carboxilo (-COOH) y un grupo amino (-NH2)
• Fórmula general: R-CH(NH2)-COOH, donde R es un radical variable
• Anfóteros: actúan como ácidos o bases según el pH
• Tienen un punto de fusión elevado, son solubles en agua, incoloros, no hidrolizables, cristalizables y con actividad óptica
• Los aminoácidos encontrados en las proteínas son de la serie L
• Hay unos 20 aminoácidos esenciales para la vida

Péptidos

• Cadenas cortas de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos

Estructura de las Proteínas

• Estructura primaria: secuencia lineal de aminoácidos
• Estructura secundaria: plegamiento local de la cadena polipeptídica (α-hélice, β-lámina)
• Estructura terciaria: disposición tridimensional de la cadena polipeptídica
• Estructura cuaternaria: unión de dos o más cadenas polipeptídicas

Ácidos Nucleicos

• Moléculas orgánicas complejas que contienen información genética
• Dos tipos: ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido ribonucleico)
• Formados por la unión de nucleótidos

ADN

• Doble cadena de nucleótidos, con forma de hélice
• Los nucleótidos están unidos por enlaces fosfodiéster
• Las bases nitrogenadas son adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T)
• A se une a T y G se une a C
• Se replica para transmitir la información genética a la descendencia

ARN

• Molécula monocatenaria de tamaño menor que el ADN
• Formada por la unión de ribonucleótidos de A, G, C y U (uracilo)
• Tipos: ARNm, ARNt, ARNr
• Función: intermediario en la expresión de la información genética

ARNm

• Se sintetiza en el núcleo, copia la información del ADN
• Contiene codones, que se traducen en aminoácidos
• Se dirige al citoplasma para la síntesis de proteínas

ARNt

• Capta aminoácidos en el citoplasma y los lleva a los ribosomas
• Contiene anticodones, complementarios a los codones del ARNm

ARNr

• Se encuentra en los ribosomas
• Ayuda a la síntesis de proteínas