Untitled

• Los compuestos biológicos son asociaciones de dos o más elementos químicos esenciales para la estructura de los seres vivos.
• Se clasifican en tres categorías según su abundancia: elementos primarios, secundarios y oligoelementos.

Elementos Biológicos

• Elementos primarios: Representan el 96% de la biomasa, incluyendo carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N).
• Elementos secundarios: Constituyen casi el 4% restante e incluyen calcio (Ca), fósforo (P), potasio (K), sodio (Na), cloro (Cl), magnesio (Mg), azufre (S) y hierro (Fe).
• Oligoelementos: Se encuentran en cantidades mínimas e incluyen yodo (I), níquel (Ni), selenio (Se), cobre (Cu), cobalto (Co), molibdeno (Mo), manganeso (Mn), zinc (Zn), boro (B) y flúor (F).

Clasificación de Compuestos Biológicos

• Se clasifican en dos grupos según la presencia o ausencia de esqueletos hidrocarbonados: inorgánicos y orgánicos.

Compuestos Inorgánicos

• No tienen esqueletos hidrocarbonados.
• El agua es el compuesto más abundante en los seres vivos.
  • Incluyen gases como oxígeno (O2) y dióxido de carbono (CO2).
  • Sales minerales disociadas en iones positivos (cationes) y negativos (aniones), como el cloruro de sodio (NaCl) disociado en iones sodio (Na+) y cloruro (Cl-).

Compuestos Orgánicos

• Están formados por un esqueleto hidrocarbonado con grupos funcionales asociados.
• Carbohidratos, lípidos, aminoácidos, proteínas, nucleótidos, ácidos nucleicos y vitaminas se incluyen en esta categoría.

El Esqueleto Hidrocarbonado

• Formado por carbonos e hidrógenos.
  • Puede ser lineal, ramificado, cíclico o aromático.
  • Los grupos funcionales son asociaciones atómicas variadas, incluyendo metilo (-CH3), hidroxilo (-OH), sulfhidrilo (-SH), carbonilo (-CO-), carboxilo (-COOH), amino (-NH2), amida (-CONH2), acetilo (-COCH3), fosfato (-H2PO4) y sulfato (-HSO4).
  • Los grupos carboxilo, fosfato y sulfato pueden ionizarse con carga negativa.
  • El grupo amino puede ionizarse con carga positiva.

Enlaces en las Moléculas Biológicas

• Se clasifican en covalentes (fuertes) y no covalentes (débiles).

Enlaces Covalentes

• Comparten pares de electrones entre átomos.
• Requieren una alta energía (80-100 kcal/mol) para romperse.
• Mantienen a los átomos fuertemente unidos a una distancia de 0.9 Å. -Polare cuando se unen átomos con diferente afinidad por los electrones, como O-H y N-H, creando polos positivos y negativos. -Apolares cuando se unen átomos con afinidad similar, como C-C, C-N y C-O, sin formación de polos.

Enlaces No Covalentes

• También llamadas interacciones, son enlaces débiles (1-5 kcal/mol) donde los átomos se atraen sin compartir electrones.
  • Iónica la atracción entre partículas con carga opuesta, debilitada por el agua en los procesos celulares.
  • De hidrógeno un átomo de hidrógeno unido covalentemente a O o N atrae a átomos cercanos de O o N, con una energía baja (1 kcal/mol).
  • Hidrofóbica son la repulsión del agua obliga a los grupos apolares a aglomerarse.
  • De Van der Waals ocurren cuando las moléculas se hallan muy próximas, dando lugar a uniones muy débiles que requieren sólo 0,1 kcal/mol para romperse.
  • En grandes cantidades, los enlaces no covalentes son uniones muy estables.

El Agua

• Es la molécula más abundante en los seres vivos.
  • Representa el 85% del volumen celular y el 60% del volumen humano.
  • La masa molar del agua (H2O) es de 18 Da (Daltons).
  • Tiene un átomo de oxígeno unido a dos de hidrógeno, formando un dipolo debido a sus enlaces covalentes polares.

Propiedades del Agua

• Cohesión la atracción entre moléculas de agua permite que cada molécula se una hasta con otras cuatro mediante puentes de hidrógeno.
• Adhesión la atracción del agua por otros compuestos polares permite que "trepe" por superficies o "solvate" iones separándolos.
• La capacidad dispersante del agua es la capacidad del agua de dispersar moléculas en las células.
  • Dispersante clasifica los compuestos en hidrofílicos (aceptan agua como solvente), hidrofóbicos (no aceptan agua) y anfipáticos (tienen regiones polares y apolares).
• La tension superficial es la capacidad de agua contra compuestos apolares lleva a la aglomeración de estos y crear "tension" entre agua y compuesto apolar.

Ácidos y Bases

• Un ácido libera iones de hidrógeno (protones) en agua, mientras que una base captura protones.
• En compuestos orgánicos, los grupos carboxilo, fosfato y sulfato actúan como ácidos, y los grupos amino como bases.

pH

• Un medio ácido tiene una alta concentración de protones, mientras que uno básico tiene una baja concentración.
• El pH se mide en una escala de 0 a 14, donde 0 es ácido, 7 es neutro y 14 es alcalino.
  • Las células humanas tienen un pH entre 4.6 y 8, excepto en el estómago donde es muy ácido.
• El pH celular está sometido a regulación homeostática debido a su importancia a regular el pH.
  • Amortiguadores de pH evitan cambios bruscos en la concentración de protones, actuando como ácidos o bases según sea necesario, donde el amortiguador extracelular principal en humanos es el par ácido carbónico/bicarbonato.

Clasificación de los Compuestos Orgánicos

• Se clasifican en monómeros, macromoléculas, metabolitos y moléculas de función diversa según su función en las células.

Monómeros

• Son subunidades que construyen macromoléculas.
• En el caso de las proteínas, los aminoácidos son los monómeros.

Macromoléculas

• Son polímeros formados por múltiples monómeros.
• Incluyen proteínas, RNA, DNA y polisacáridos, que cumplen diversas funciones celulares.

Metabolitos

• Son moléculas de corta duración que se originan en transformaciones químicas dentro del organismo (anabolismo o catabolismo).

Moléculas de Función Diversa

• Incluyen moléculas de señalización (hormonas, citoquinas), cofactores enzimáticos (vitaminas), desechos metabólicos (urea) y donantes energéticos (ATP).

Carbohidratos

• También llamados hidratos de carbono, glúcidos, azúcares o glicanos.
  • Son moléculas polares formadas por C, H, O y a veces N y S.
  • Abarcan monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. -Los monosacáridos tienen una fórmula general (CH2O)n y presentan grupos hidroxilo y un grupo aldehído (aldosas) o cetona (cetosas).
  • Los monosacáridos de 3 y 4 carbonos tienen esqueletos lineales, mientras que los de 5 o más tienen esqueletos cíclicos pentagonales (furanosas) o hexagonales (piranosas), siendo los ejemplos más comunes:
    • Triosas (C3H6O3) incluyen gliceraldehído y dihidroxiacetona.
    • Tetrosas (C4H8O4) incluyen eritrosa, treosa y eritrulosa.
    • Pentosas (C5H10O5) incluyen ribosa, xilosa y ribulosa.
    • Hexosas (C6H12O6) incluyen glucosa, galactosa, manosa y fructosa.
    • Heptosas (C7H14O7).
  • Los isómeros son compuestos con la misma fórmula molecular, con un tipo especial de isomería en monosacáridos llamada esteroisomería (enantiomería).

Disacaridos

• formados por un enlace glucosidico, siendo los ejemplos más comunes:
  • La maltosa es la unión de de dos glucosa-a, unidos por enlace glucosídico a(1→4).
  • La lactosa es la unión d una galactosa-ß y una glucosa-a, unidos por enlace glucosídico ß(1→4).
  • La sacarosa es la unión de glucosa-a y fructosa-ß, unidos por enlace glucosídico a(1→2).

Oligosacáridos

• Son carbohidratos unidos a proteínas (glicoproteínas) o a lípidos (glicolípidos), dividos en N-unidos y O-unidos.

Polisacaridos

• Son macromoléculas formados por enlaces glucosídicos y dividos en homopolisacáridos (un solo tipo de monosacárido) y heteropolisacáridos (dos tipos):
  • El almidón tiene reserva energética en células vegetales.
  • El glucógeno tiene una funcion similar pero en células animales.
  • La celulosa tiene una función de soporte estructural en pared celular vegetal.
  • La quitina tiene una función de soporte estructural en exoesqueleto de artrópodos y pared celular fúngica.
  • Los GAGs (Glucosaminoglucanos) son una familia de heteropolímeros lineares no ramificados creados por GlcA, GalA, Galactosa, NAGlc, y NAGal.

Acidos Grasos

• Son compuestos orgánicos con esqueleto lineal, número par de carbonos (14-22) y grupo carboxilo, y dividos en:
  • Saturados (sin dobles enlaces) lineales. - Mirístico: 14 C
    • Palmítico: 16 C
    • Esteárico: 18 C
  • Araquídico: 20 C
  • Cis-Insaturados (con dobles enlaces) angulares con acido oleico (1 doble enlace), linoleico (2 dobles enlaces), linolénico(3 dobles enlaces), araquidónico (4 dobles enlaces), eicosapentaenoico EPA (5 dobles enlaces), docosahexaenoico (DHA)(6 dobles enlaces).

Lipidos

• Son moléculas apolares o anfipáticas de C, H, O y a veces N y P, que se dividen en:
  • Con Acidos grasos: Acilgliceroles, Fosfoglicéridos y Esfingolípidos
    • Sin Acidos grasos: Esteroides, y Prenilos

Aminoácidos

• Moléculas formadas por C, H, O, N, y a veces S, donde la cantidad de L-aminoácidos que puede se hallados e proteínas es de 20.
  • Polares Con Carga(cadena lateral con carga): Aspartato (Asp), Glutamato (Glu), Lisina (Lys), Arginina (Arg); Histidina (His).
  • Polares Sin Carga(cadena lateral con grupo hidroxilo o amida): Serina (Ser), Treonina (Thr), Tirosina (Tyr), Asparagina (Asn), Glutamina (Gln).
  • Apolares(cadena lateral con con grupo hidrocarbonado ) : Alanina (Ala), Valina (Val), Leucina (Leu), Isoleucina (Ile), Metionina (Met), Fenilalanina (Phe), Triptófano (Trp). -Especiales: Glicina (Gly), Cysteine (Cys), Proline (Pro)

Péptidos y Proteínas

• Un grupo amino se une carboxilo atravez de enlaces peptídicos, formando una cadena llamada péptido, clasificados en:
  • Dipéptidos: dos aminoácidos.
  • Oligopéptidos: de tres , funciones variadas: hormonas, venenos, antioxidantes
  • Polipeptidos: más diez. Cuando las cadenas polipeptícas posee tamaño macromolecular es una proteína.

Proteínas

• Esrtuctura Primaria: secuencia lineal ordenada de los aminoácidos.
  • Estructura Secundaria: plegamiento espacial regular con uniones atómicas diferentes: hélices a ( rígida elástica de forma espiral con aminoácidos ) y lámina ẞ (aminoácidos con forma de zigzag ).
  • Estructura Terciaria: la disposición espacial tridimensional de la cadena polipeptídica donde las fuerzas que mantienen esta estructura son diferentes uniones (lónicas, puentes de H, Hidrofóbicas).
  • Estructura Cuaternaria: donde dos o más cadenas polipeptídicas completamente plegadas se unen entre sí de manera permanente.

Proteínas Conjugadas

• Proteínas con una región no aminoacídica que recibe el nombre de grupo prostético.
• Tipos: glicoproteínas , lipoproteínas, metaloproteínas, cromoproteínas y ribonucleoproteínas.
• La desnaturalización y chaperonas modifica los niveles de temperatura, pH y concentración salina.

Nucleótidos

Moléculas formadas por una base nitrogenada , un azúcar (pentosa) y uno a tres fosfatos, clasificados en:

• Bases Nitrogenadas ( Púricas y Pirimídicas).
• Azúcar (Ribosa / Desoxirribosa)
• Enlaces fosfodiéster