Composición química de la materia viva

Composición química de la materia viva

• La materia viva está compuesta por elementos químicos, llamados biogénicos.
• Los elementos biogénicos más abundantes son carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N), que representan alrededor del 99%.
• Los elementos biogénicos se clasifican según su frecuencia, función y proporción.
  • Según su frecuencia:
    • Constantes o invariables: presentes en todos los seres vivos (C, H, O, Ca, K, Na, Fe).
    • Frecuentes o variables: con diferentes concentraciones o que pueden no estar presentes en todos los seres vivos (B, I, Zn, Br).
    • Ocasionales o elementos traza: presentes en cantidades muy pequeñas (Se, Te, Hg, Ag, Sr).
  • Según su función:
    • Plásticos: conforman la estructura del organismo (músculos, huesos).
    • Oligosinergicos: participan en funciones que no sean la estructura.
  • Según su proporción:
    • Primarios: representan el 95% del total (C, H, O, N, P, S).
    • Secundarios: representan el 4,5% del total (Mg, Ca, Na, K, Cl).
    • Oligoelementos: representan menos del 0,5% del total (Fe, I, Cu, Mn, F, Zn, Co, Si, Cr, Li, Mo).
• La combinación de elementos biogénicos forma las sustancias inmediatas, que solo pueden ser separadas por medios físicos.
  • Sustancias orgánicas: compuestas por moléculas complejas que contienen carbono (C) e hidrógeno (H), como los glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
  • Sustancias inorgánicas: presentes en la materia viva, pero que también se encuentran en la materia no viva (agua, sales minerales).

Agua

• El agua es la sustancia inorgánica más abundante en los seres vivos, representando cerca del 90%.
• Está compuesta por dos átomos de hidrógeno (H) unidos a un átomo de oxígeno (O) mediante enlaces covalentes.
• El ángulo entre los átomos de H-O-H es de 104,5 grados.

Propiedades físico-químicas del agua

• Marcada polaridad: debido a su estructura asimétrica.
• Alto calor específico: cantidad de calor que el agua necesita para aumentar su temperatura.
• Alto calor latente de fusión: cantidad de calor que el agua necesita para pasar del estado sólido (hielo) al líquido.
• Alto calor de vaporización: cantidad de calor que el agua necesita para pasar del estado líquido (agua) al gaseoso (vapor).
• Constante dieléctrica del agua: se debe a su carácter dipolar, permitiéndole disolver muchas sustancias.
• Poder de ionización: permite actuar como ácido o como base.
• Elevado poder solvente: debido a su naturaleza dipolar, es el “disolvente universal”.
• Baja viscosidad y alta tensión superficial: resultado de la cohesión y adherencia entre las moléculas de agua.

Distribución del agua en el organismo

• Espacio intracelular: el líquido dentro de la célula.
• Espacio extracelular: compuesto por el espacio intersticial (entre las células y el plasma) y el plasma sanguíneo.
• Espacio transcelular: asociado a condiciones patológicas (p.ej. líquido en las cavidades corporales).
• La mayor cantidad de agua se encuentra en el espacio intracelular.

Electrolito más importante

• Extracelular: Sodio (Na+).
• Intracelular: Potasio (K+).

Comportamiento hídrico del agua

• La cantidad de agua en el organismo varía según la edad y el sexo.
  • Los recién nacidos tienen un 75% de su peso corporal compuesto por agua.
  • Los hombres tienen un porcentaje de agua mayor que las mujeres, debido a la composición de grasa y hormonas.
• Los diferentes volúmenes del agua en el organismo son:
  • Vlm extracelular: 35% del peso corporal (14 L).
  • Vlm intersticial: 28% del peso corporal (11 L).
  • Vlm transcelular: 7% del peso corporal (3 L).
  • Vlm intracelular: 65% del peso corporal (28 L).
  • Vlm plasmático: 7% del peso corporal (3 L).

Equilibrio del agua

• Se mantiene por el equilibrio entre la ingesta de líquidos y la pérdida de agua insensible (sudor, orina, heces).
• La mayor parte del agua entra al organismo por bebidas, una pequeña parte por alimentos y por la oxidación en el metabolismo.
• La mayor parte del agua se excreta por la orina, una pequeña parte por la respiración, la piel y las heces.

Desplazamiento del agua

• Se distribuye mediante un sistema de presiones: oncótica/coloidosmótica e hidrostática.
  • Presión oncótica: depende de las proteínas, atrae agua hacia el espacio vascular.
  • Presión hidrostática: generada por la sangre, empuja el agua desde los vasos sanguíneos hacia el espacio intersticial.

Glúcidos (carbohidratos)

• Moléculas orgánicas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno.
• Función: fuente de energía, almacenamiento de energía, estructura celular.
• Clasificación:
  • Monosacáridos: azúcares simples (glucosa, fructosa, galactosa).
  • Disacáridos: unión de dos monosacáridos (sacarosa, lactosa, maltosa).
  • Polisacáridos: cadenas largas de monosacáridos.
    • Homopolisacáridos: formados por un solo tipo de monosacárido (almidón, glucógeno, celulosa, quitina).
    • Heteropolisacáridos: formados por diferentes tipos de monosacáridos (ácido hialurónico, condroitín sulfato, queratán sulfato, dermatán sulfato, heparina).
• Ejemplos:
  • Almidón: reserva energética en plantas.
  • Glucógeno: reserva energética en animales.
  • Celulosa: componente estructural de la pared celular de las plantas.
  • Quitina: componente estructural del exoesqueleto de los artrópodos.

Lípidos

• Moléculas orgánicas compuestas principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno.
• Insolubles o poco solubles en agua, pero solubles en disolventes apolares.
• Función: almacenamiento de energía, componentes de las membranas celulares, aislamiento térmico, protección de órganos.
• Clasificación:
  • Lípidos simples: formados por ácidos grasos y glicerol.
    • Grasas neutras (acilgliceridos): formados por la unión de uno, dos o tres ácidos grasos a una molécula de glicerol.
    • Ceras: formadas por la unión de un ácido graso a un alcohol de cadena larga.
  • Lípidos complejos: formados por ácidos grasos, glicerol y otros grupos químicos.
    • Fosfolípidos: componentes principales de las membranas celulares.
    • Glicolipidos: formados por un lípido y un carbohidrato.
    • Lipoproteínas: transportan lípidos en la sangre.
  • Sustancias relacionadas: estructuras lipídicas con funciones especiales.
    • Carotenos: precursores de la vitamina A.
    • Tocoferoles: vitamina E, antioxidante.
    • Naftoquinonas: vitamina K, participa en la coagulación de la sangre.
    • Esteroles: colesterol, precursor de hormonas.
    • Eicosanoides: moléculas con funciones hormonales locales.

Ácidos grasos

• Moléculas formadas por una cadena hidrocarbonada con un grupo carboxílico en uno de sus extremos.
• Se clasifican en:
  • Saturados: solo tienen enlaces simples entre los átomos de carbono.
  • Insaturados: presentan dobles enlaces en la cadena hidrocarbonada.

Funciones del colesterol

• Componente estructural de la membrana plasmática.
• Precursor de la vitamina D.
• Forma hormonas sexuales (estrogenos, progesterona, testosterona).
• Forma hormonas corticoesteroides (cortisol, aldosterona).
• Forma las sales biliares.
• Forma parte de las lipoproteínas.

Proteínas

• Moléculas orgánicas complejas formadas por la unión de aminoácidos.
• Función: estructuras, enzimas, hormonas, transporte, inmunidad, etc.

Aminoácidos

• Moléculas orgánicas que son las unidades básicas que forman las proteínas.
• Contienen un grupo amino (NH2), un grupo carboxílico (COOH) y un grupo R (cadena lateral) que varía según el aminoácido.
• Existen 20 aminoácidos diferentes que forman las proteínas.
• Se clasifican en:
  • Según su cadena lateral: alifáticos, hidroxilados, ácidos, azufrados, básicos, aromáticos, heterocíclicos.
  • Según su requerimiento: esenciales (el organismo no los puede sintetizar) y no esenciales (el organismo los puede sintetizar).
  • Según su polaridad: no polares, polares neutros, ácidos, básicos.

Destino metabólico de los aminoácidos

• La mayoría de los aminoácidos son glucogénicos, con la excepción de la leucina y lisina (cetogénicos).

Función de los aminoácidos

• Inmune: formación de anticuerpos.
• Hormonal: participan en la producción de hormonas.
• Movimiento: participan en la contracción muscular.
• Estructural: formación de tejidos como el colágeno.
• Transportadora: transporte de sustancias a través de las membranas celulares.

Péptidos

• Cadenas cortas de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos.
• Se clasifican en:
  • Oligopeptidos: menos de 10 aminoácidos.
  • Polipeptidos: más de 10 aminoácidos.

Enlace peptídico

• Se forma entre el grupo carboxílico de un aminoácido y el grupo amino del siguiente.
• Tiene un carácter de doble enlace, lo que limita su rotación.

Niveles estructurales de las proteínas

• Estructura primaria: secuencia lineal de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Determina la función de la proteína.
• Estructura secundaria: disposición espacial de la cadena polipeptídica, debido a interacciones entre los aminoácidos. Se pueden formar dos estructuras:
  • Hélice alfa: forma helicoidal.
  • Hoja beta plegada: forma de hoja plegada.
• Estructura terciaria: forma tridimensional de la proteína.
• Estructura cuaternaria: forma tridimensional resultado de la unión de dos o más cadenas polipeptídicas.