Módulo Biología 2024 PDF

# Módulo Biología 2024 ## Bioelementos - Elementos Biogenésicos - Elementos Biogénicos Los bioelementos son los diferentes elementos químicos que necesita una especie para poder desarrollarse con normalidad. ### Bioelementos Primarios Predominan en los seres vivos y son: carbono (C), hidrógeno...

# Módulo Biología 2024 ## Bioelementos - Elementos Biogenésicos - Elementos Biogénicos Los bioelementos son los diferentes elementos químicos que necesita una especie para poder desarrollarse con normalidad. ### Bioelementos Primarios Predominan en los seres vivos y son: carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S); a estos elementos los conocemos como CHONPS, ya que son indispensables para formar las moléculas que conforman la materia viva y constituyen aproximadamente el 95%. ### Bioelementos Secundarios Estos son necesarios para mantener el equilibrio osmótico y para realizar el metabolismo, por lo que son indispensables para la vida, constituyen aproximadamente el 4.5% y estos son: calcio (Ca), sodio (Na), potasio (K), cloro (Cl), magnesio (Mg), hierro (Fe) y yodo (I). ### Oligoelementos - Micronutrientes Se encuentran en cantidades mínimas en el organismo, aproximadamente 0.5%. No encontramos en todos los seres vivos pero cada uno de ellos tiene un papel importante. Estos son: * Flúor (F): Su función es endurecer el esmalte dental, reforzando de este modo su resistencia a las caries. También inhibe la acumulación de bacterias en la cavidad bucal, impidiendo la destrucción de los dientes. * Cobre (Cu): Estimula el sistema inmunitario. * Zinc (Zn): Regula el correcto funcionamiento del metabolismo de proteínas y lípidos. Participa en la formación de la insulina, es de vital importancia para el sistema inmunológico y estabiliza la membrana celular. * Cobalto (Co): Está estrechamente ligado a la producción de testosterona y el sistema enzimático. Además, forma parte de la estructura de la vitamina B12. **Figura No. 2 Bioelementos que se combinan y forman moléculas orgánicas, que a su vez origina la célula.** ## Biomoléculas Los bioelementos establecen entre ellos múltiples y complejas combinaciones que dan lugar a las biomoléculas, que son moléculas constituyentes de los seres vivos. Los seres vivos más complejos están conformados por un mayor número de elementos que los seres sencillos como las bacterias. Existen dos tipos de biomoléculas: orgánicas e inorgánicas. ### Orgánicas Son los componentes fundamentales de la materia viva, están formadas principalmente por carbono (C) que unido al hidrógeno y otros elementos (oxígeno, nitrógeno, fósforo o azufre.) es capaz de formar una gran variedad de compuestos. Tienen funciones muy diversas en los seres vivos como: estructurales, energéticas, de control en reacciones metabólicas, etc. Entre las que destacan: glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y vitaminas. ### Inorgánicas Son todas aquellas sustancias que carecen de átomos de carbono en su composición química. Existen tres de gran relevancia para la vida: agua, sales minerales y gases (oxígeno). ## Carbohidratos – Hidratos de Carbono - Glúcidos – Azúcares Son compuestos orgánicos que contienen generalmente: carbono, hidrógeno y oxígeno, en una proporción de un carbono por dos hidrógenos y un oxígeno, están agrupados en la forma H - C - OH; aunque en algunos tipos interviene también el azufre y el nitrógeno, son la fuente primaria de energía química para los sistemas vivos. Los carbohidratos son las sustancias orgánicas más abundantes en la naturaleza, se sintetizan en las plantas verdes a partir de agua y dióxido de carbono con la ayuda de energía solar. Este proceso se denomina fotosíntesis y es la reacción de la que dependen todos los seres vivos, ya que es el punto de partida de la formación de alimentos. Los carbohidratos son precursores biológicos de ciertos lípidos, proteínas y ácido ascórbico. ### Clasificación de los Carbohidratos Generalmente los hidratos de carbono se dividen en: monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos; de acuerdo con el número de moléculas de azúcar que contienen: **Tabla No. 1 Clasificación de los Hidratos de Carbono.** ## Monosacáridos – Azúcares Simples Son los hidratos de carbono más sencillos, solubles en agua, blancos al cristalizar y de sabor dulce; la célula los utiliza para obtener energía. Cuando ocurre una reacción química produce la ruptura de unos enlaces (C - CyC-H) y la formación de enlaces nuevos (C - O), si los enlaces que se rompen tienen más energía que los que se forman, se libera energía. Los monosacáridos poseen una fórmula química $ (CH_2O)_n $; n se sustituye por el número de carbonos. Ejemplo: el más representativo es la glucosa que es una hexosa, tiene seis átomos de carbono; siendo su fórmula $ (CH_2O)_6$ o lo que es lo mismo $ C_6H_{12}O_6$. ### Número de Átomos de Carbono Formados por una cadena de entre tres y siete átomos de carbono, se designan habitualmente con la terminación osa. Pueden subdividirse en: triosas (glicerosa), tetrosas (eritrosa y eritrulosa), pentosas (ribosa y ribulosa), hexosas (glucosa, galactosa y fructosa) o heptosas (sedoheptosa). **Figura No. 3. Clasificación de los Monosacáridos Según el Número de Átomos de Carbono.** ### Grupo Funcional Cetosas (eritrulosa) o aldosas (eritrosa), dependiendo si tienen o no un grupo aldehído o cetona. Los aldehídos presentan el grupo carbonilo en posición terminal mientras que las cetonas lo presentan en posición intermedia. **Figura No.4 Grupo Cetona y Grupo Aldehído.** ### Monosacáridos Derivados Se obtienen si a una molécula de un monosacárido simple se sustituye uno de sus grupos funcionales por otro grupo como una amina o un carboxilo. * **Ésteres:** Se originan por la reacción de un ácido con cualquiera de los grupos alcohólicos de los monosacáridos simples. Por su gran importancia en la fisiología celular, destaca la glucosa -6-fosfato. ## Oligosacáridos Los oligosacáridos son glúcidos que se unen mediante enlaces O - Glucosídicos y que por hidrólisis dan de dos a diez moléculas de monosacárido, son dulces, blancos al cristalizar y solubles en agua. Los oligosacáridos formados por dos monosacáridos reciben el nombre de disacáridos; y los constituidos por tres, trisacáridos, etc. El enlace **O - Glucosídico** es un enlace covalente que se establece entre grupos alcohol de dos monosacáridos, liberando una molécula de agua. Los monosacáridos quedan unidos por un átomo de oxígeno, de ahí el nombre del enlace. De la misma forma que podemos formar un enlace O - Glucosídico, este puede romperse mediante una reacción de hidrólisis; es decir, añadiendo una molécula de agua ($H_2O$ ), un disacárido puede dar lugar a dos monosacáridos libres liberando energía. Por esto, los oligosacáridos, al igual que los monosacáridos cumplen la misma función de aporte energético en los seres vivos. **Figura No. 5 Enlace O - Glucosídico.** La mayoría de los oligosacáridos en los organismos vivos son disacáridos, entre los que destacan: * **Sacarosa (glucosa + fructosa):** que obtenemos de la caña de azúcar o la remolacha y es el azúcar que consumimos habitualmente. * **Lactosa (galactosa + glucosa):** se encuentra exclusivamente en la leche y se forma en las glándulas mamarias de los mamíferos. * **Maltosa (glucosa + glucosa):** es el azúcar de la malta. **Figura No. 6 Disacáridos Representativos.** ## Polisacáridos o Azúcares Complejos Carbohidratos que al ser hidrolizados dan más de diez moléculas de monosacáridos; están unidos entre ellos por enlaces **O - Glucosídicos**, se forman como largas cadenas lineales o ramificadas, si en estas cadenas se repite siempre el mismo monosacárido hablamos de un **homopolisacárido** (almidón y celulosa), mientras que, si intervienen distintos tipos de unidades, hablamos de un **heteropolisacárido** (ácido hialurónico). No cristalizan, no tienen sabor dulce ni son solubles en agua. Por este motivo, cumplen principalmente un papel estructural en los seres vivos, aunque también actúan como reserva de energía. ### Polisacáridos con Función de Reserva Energética Los más representativos son el almidón y el glucógeno. * **Almidón:** es la sustancia de reserva energética propia de las plantas y se encuentra de forma abundante en gramíneas, leguminosas y tubérculos. * **Glucógeno:** cumple la misma función que el almidón, pero en los animales, excepto en los rumiantes. Se encuentra de manera muy abundante tanto en el hígado como en los músculos. Al igual que el almidón, el glucógeno es un polímero de miles de moléculas de glucosa. La diferencia entre ellos es que el almidón tiene ramificaciones cada **24 – 30 glucosas** mientras que las ramificaciones en el glucógeno ocurren cada **8 - 12 glucosas**. **Figura No. 7 Fragmento de la Molécula de Almidón.** ### Polisacáridos con Función Estructural Los más representativos son la celulosa y la quitina. * **Celulosa:** forma la pared celular de las células vegetales y es un polímero formado por glucosa, en este caso varias cadenas se unen entre sí por puentes de hidrógeno, lo que otorga mayor estabilidad al polisacárido. * **Quitina:** forma los exoesqueletos de algunos animales como: insectos y crustáceos, así como la pared de las células de los hongos; y se trata de un polisacárido de **N-acetilglucosamina**. En los humanos la celulosa al ser indigerible da volumen al bolo alimenticio y de esta manera facilita el traslado del contenido intestinal a lo largo de su luz. ### Polisacáridos Complejos Los carbohidratos se pueden unir a lípidos y proteínas. Cuando se asocian a lípidos dan como resultado los **lipopolisacáridos**, presentes en la pared de bacterias gramnegativas. Los resultantes de la unión con proteínas son los **proteoglicanos (mureína)**; cuando es mayor la proporción de carbohidrato que de proteína y **glicoproteínas (receptores de hormonas)**, si la proporción de proteína es mayor que la de carbohidrato. ## Lípidos - Grasas Son compuestos insolubles en solventes polares como el agua, pero se disuelven fácilmente en solventes orgánicos no polares; tales como: el alcohol, éter, acetona, benceno, tetracloruro de carbono y cloroformo. Están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno como elementos principales, aunque pueden incluir en su estructura otros elementos químicos como: fósforo, nitrógeno y azufre. **Tabla No. 2 Clasificación de los lípidos, según criterios de saponificación.** ### Lípidos Saponificables La saponificación es un proceso químico en el que un lípido puede dar como resultado un jabón. A los lípidos que pueden provocar este tipo de reacción los conocemos como **lípidos saponificables**, y dentro de ellos encontramos: * **Lípidos saponificables simples:** ácidos grasos, acilgliceridos y ceras. * **Lípidos saponificables compuestos:** fosfolípidos, glucolípidos y lipoproteínas. ### Lípidos Saponificables Simples **Ácidos Grasos:** Son la estructura básica de los lípidos, son cadenas largas formadas por átomos de carbono con un grupo carboxilo (-COOH) en el extremo. Los ácidos grasos pueden ser: * **Saturados (ácido palmítico):** si todos los enlaces entre los carbonos son sencillos. * **Insaturados o no saturados:** si tienen algún doble enlace entre los carbonos; se pueden clasificar en: * **Monoinsaturados (ácido palmitoleico):** si poseen un doble enlace. * **Poliinsaturado:** poseen más de un doble enlace entre sus carbonos, por ejemplo: el ácido linoleico, con dos dobles ligaduras, denominado también omega **6** (ω6) y el linolénico, de tres dobles ligaduras, llamado también omega **3** (ω3). **Figura No. 8 Cadena de Ácidos Grasos Saturados y de Ácidos Grasos Insaturados.** Los ácidos grasos se unen entre sí hasta formar agrupaciones compactas, las insaturaciones provocan doblamientos en las cadenas, por lo que los ácidos grasos insaturados forman agrupaciones menos compactas, esto provoca que los ácidos grasos insaturados sean algo más solubles que los saturados, y que tengan un punto de fusión más bajo, lo que hace que a temperatura ambiente (25 °C) los ácidos grasos insaturados sean líquidos y los conocemos como aceites; mientras que los saturados, sólidos a temperatura ambiente los conocemos como grasas. ### Acilgliceroles - Acilglicéridos Derivados de los ácidos grasos y constituyen el tipo de lípido más abundante, los más importantes son los triacilgliceroles o triglicéridos, compuestos por tres ácidos grasos y una molécula de glicerina, son insolubles en agua y su función es de reserva energética. Los lípidos liberan mayor cantidad de energía que los glúcidos, sin embargo, debido a su naturaleza insoluble, son mucho más complicados de transportar y utilizar por los seres vivos, por lo que quedan relegados como fuentes de reserva energética. ### Ceras Derivados de los ácidos grasos, son insolubles en agua y su punto de fusión es de 45 °C; por lo tanto, son más duras y resisten mejor a los agentes químicos y bacterianos. Además de actuar como fuente de reserva energética, las ceras suelen tener otras funciones como la de impermeabilizar y proteger diversos órganos tanto animales (piel, pelos y plumas) como vegetales (hojas y frutos). ### Lípidos Saponificables Compuestos * **Fosfolípidos:** Son lípidos que están formados por una molécula de glicerina, dos ácidos grasos y una molécula de ácido fosfórico. Tienen función estructural, principalmente forman parte de la membrana plasmática de las células. Forman una bicapa lipídica en la que las cabezas polares hidrofílicas (grupos fosfatos) quedan hacia el medio extracelular e intracelular, mientras que las colas apolares hidrofóbicas (ácidos grasos) quedan hacia el interior de la membrana, es decir, son moléculas anfipáticas o anfifílicas. También cumplen con otros papeles importantes como la activación de enzimas, el componente detergente de la bilis o la síntesis de sustancias de señalización celular. * **Figura No. 9 Estructura y monocapa de fosfolípidos.** * **Glucolípidos:** Aunque pueden tener diferentes estructuras básicas, la característica común es la presencia de un lípido unido a uno o más carbohidratos, son muy abundantes en la cara externa de las membranas plasmáticas que conforman el glicocálix, constituyen una zona de reconocimiento celular y recepción de antígenos. * Se clasifican en dos grandes grupos: * **Glucoglicéridos:** Derivan del glicerol y tienen uno o más ácidos grasos unidos a él, además del carbohidrato. * **Glucoesfingolípidos:** Son un subtipo de los esfingolípidos, por lo que su estructura básica es la ceramida. Los glucolípidos más representativos son: * **Cerebrósidos:** Abundan en la materia blanca del cerebro y en la vaina de mielina. Su función principal es estructural, formando parte de las membranas celulares. * **Gangliósidos:** Se encuentran principalmente en la superficie de las células nerviosas y son especialmente abundantes en la sustancia gris del cerebro. Desempeñan un papel importante en la sinapsis y en el reconocimiento celular. **Figura No. 10 Estructura molecular de los esfingolípidos.** ### Lípidos Insaponificables No producen la reacción de saponificación. Dentro de este grupo, hay tres tipos de lípidos representativos: terpenos, esteroides y eicosanoides. * **Terpenos - Terpenoides - Isoprenoides:** Son un tipo de lípidos que pueden presentar muchas modificaciones, suelen tener estructuras multicíclicas que difieren mucho entre sí. Algunos terpenos importantes son: los aceites esenciales (mentol, limoneno, geraniol), fitol (forma parte de la molécula de clorofila), carotenoides (pigmentos fotosintéticos, encargado de dar el color anaranjado a los alimentos) y el caucho, además forman parte de la estructura de las vitaminas A, K y E. * **Esteroides:** Son compuestos con gran actividad fisiológica, estos pueden ser: * **Esteroles:** el más representativo es el **colesterol**, que forma parte de las membranas plasmáticas y a partir del cual se sintetizan las hormonas esteroides. Estas puedenser agrupadas en cinco grupos de acuerdo al receptor al que se unen: * **Glucocorticoides:** regulan el metabolismo de la glucosa, suprimen la respuesta inflamatoria y el sistema inmunológico. Ejemplos: Cortisol. * **Mineralocorticoides:** regulan el equilibrio de electrolitos (sodio y potasio) en el cuerpo. Ejemplo: Aldosterona. * **Andrógenos:** ayuda al desarrollo de las características sexuales masculinas. Ejemplo: Testosterona. * **Estrógenos:** ayuda al desarrollo de las características sexuales femeninas. Ejemplo: Estradiol. * **Progestágenos:** ayudan a preparar el útero para la implantación del embrión. Ejemplo: Progesterona. **Figura No. 12 Ateroesclerosis, el colesterol se acumula en las arterias. Estos depósitos se denominan placas de ateroma, imposibilitando el paso de sangre.** Otros tipos de esteroides, que se pueden unir a receptores tipo **2** pueden ser: * **Vitaminas D:** regula la absorción de calcio y fósforo en el intestino. * **Ácidos biliares:** ayudan a la digestión de las grasas en el intestino. ### Eicosanoides o Icosanoides La mayor parte de las células del cuerpo, excepto los eritrocitos, producen uno o más de los eicosanoides que incluyen: prostaglandinas, prostaciclinas, tromboxanos y leucotrienos. No son compuestos abundantes. * **Prostaciclinas:** Se encuentran en la pared vascular y es un potente inhibidor de la agregación plaquetaria y vasodilatador. * **Tromboxanos:** Localizados en plaquetas y otras células, es potente agregante plaquetario y constrictor de los vasos sanguíneos. * **Leucotrienos:** Provoca una profunda vasoconstricción, broncoespasmo y aumento de la permeabilidad vascular. **Figura No. 13. Leucotrienos. Mediadores de la inflamación** * **Prostaglandinas:** Participan como hormonas en la reacción inflamatoria mediante la vasodilatación y regulación de la temperatura corporal. Favorece el desprendimiento del endometrio durante la menstruación, debido a que provocan contracción del músculo liso. En el semen hay prostaglandinas que favorecen la contracción del útero y como consecuencia el ascenso de los espermatozoides a las trompas de Falopio. **Figura No. 14 Cambios clínicos de la inflamación** **Universidad Católica de Cuenca**