Bioquímica 4º ESO 2024-2025 PDF

 **TEMA 1.** **LA ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS** Biochemistry **4º ESO** **2024-2025** *En el planeta Tierra existe una gran diversidad de seres vivos. A pesar de sus diferencias, todos ellos comparten una serie de características comunes que los diferencian de la mater...

 **TEMA 1.** **LA ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS** Biochemistry **4º ESO** **2024-2025** *En el planeta Tierra existe una gran diversidad de seres vivos. A pesar de sus diferencias, todos ellos comparten una serie de características comunes que los diferencian de la materia inerte, como son: una composición química similar, la presencia de células y la capacidad para realizar las tres funciones vitales.* *En el siguiente tema profundizaremos en la base química de los seres vivos y cómo de la misma derivan sus principales funciones.* **LOS COMPONENTES QUÍMICOS DE LOS SERES VIVOS. BIOQUÍMICA** **1. Los bioelementos** Todo el Universo está formado por elementos químicos. Estos elementos están presentes tanto en la materia inerte como en la materia viva en distintas proporciones. A aquellos que están presentes en la materia viva los llamamos bioelementos. Los bioelementos los clasificamos según su abundancia relativa en los seres vivos en: - Bioelementos **PRIMARIOS**: son los más abundantes en la materia viva. Constituyen el 98% en peso de la materia viva. Tienen una gran capacidad para - Bioelementos **SECUNDARIOS:** constituyen el 2% en peso de la materia viva. Son: Calcio (Ca), Sodio (Na), Potasio (K),\... Participan en tareas esenciales en los seres vivos como la formación de los huesos, dientes, la transmisión del impulso nervioso, la contracción muscular etc. - **OLIGOELEMENTOS:** su concentración en peso en la materia viva es menor del 0.1% pero su presencia es esencial para el adecuado funcionamiento del organismo. Son: Hierro (Fe), manganeso (Mn), Cobre (Cu),\... El hierro, por ejemplo, es fundamental en la hemoglobina de los glóbulos rojos para transportar el oxígeno. *2. Resumen de los enlaces químicos en Bioquímica* Los bioelementos se combinan mediante enlaces químicos para formar diferentes moléculas, las biomoléculas o principios inmediatos. Estos enlaces son característicos y comunes a las distintas moléculas y son los siguientes: **[Enlaces fuertes:]** constituyen enlaces estables entre átomos **A.** **Enlace covalente:** en este tipo de enlace los átomos se asocian compartiendo electrones y es por tanto, el enlace más fuerte. Este enlace puede ser a su vez: **A.1: Polar:** Los electrones que se comparten lo hacen de forma no equitativa entre los átomos, de forma que pasan más tiempo cerca de un átomo que del otro. Suele darse entre átomos de distintos elementos que presentan una distribución desigual de sus electrones. Ejemplo: la molécula de agua (**H~2~O**)  **A.2: Apolar:** se forman entre dos átomos del mismo elemento o entre átomos de diferentes elementos que comparten electrones de manera más o menos equitativa. Por ejemplo, el oxígeno molecular (**O~2~**). **B. Enlace iónico:** son enlaces que se forman entre iones con cargas opuestas (cationes y aniones). Por ejemplo, los iones sodio cargados positivamente y los iones cloruro cargados negativamente se atraen entre sí para formar cloruro de sodio, **NaCl** o sal de mesa. Esta molécula, al igual que muchos compuestos iónicos, no se compone solo de un ion sodio y un ion cloruro; por el contrario, contiene muchos iones en un patrón tridimensional predecible y repetido (un cristal). **[Enlaces débiles:]** constituyen enlaces temporales entre átomos o moléculas **A. Enlace de puente de hidrógeno:** se establece entre dos moléculas próximas con cargas parciales de distinto signo. Estos enlaces son comunes entre las moléculas de agua (molécula polar). El agua es una molécula polar con una zona ligeramente positiva (H) y otra negativa (O). Varias moléculas de agua se atraen formando puentes de hidrógeno. Los enlaces de hidrógeno individuales son débiles y se rompen fácilmente, pero muchos enlaces de hidrógeno juntos pueden ser muy fuertes. Este tipo de enlace son estabilizadores de estructuras como el ***ADN*** **B. Enlace de Van der Waals:** pueden ocurrir entre átomos o moléculas de cualquier tipo y dependen de desequilibrios temporales en la distribución de electrones. Son importantes en la conformación de macromoléculas o en las interacciones antígeno-anticuerpo. **3. Las biomoléculas inorgánicas.** El agua y las sales minerales son biomoléculas necesarias para el desarrollo de la actividad vital de los seres vivos; además, desarrollan una gran variedad de funciones en ellos **3.1 El agua** El agua es la molécula más abundante en los seres vivos. En los humanos supone alrededor de un 64 % del peso del cuerpo, proporción que varía en los distintos seres vivos. El tanto por ciento de agua varía también con la vida del organismo, así como en los diferentes tejidos y órganos de un individuo, siempre en relación directamente proporcional a su actividad fisiológica.  **Estructura química del agua** Una molécula de agua está constituida por un átomo de oxígeno (O) que se une a dos átomos de hidrógeno (H) mediante sendos enlaces covalentes de tipo polar. La molécula de agua tiene una carga neta cero, sin embargo, la nube electrónica en la molécula está deformada debido a la diferencia de electronegatividades entre el oxígeno y el hidrógeno. Esto favorece que los electrones se encuentren más cerca del oxígeno que del hidrógeno, y que por tanto el oxígeno tenga una cierta densidad de carga negativa y el hidrógeno una cierta densidad de carga positiva, formando un dipolo permanente. Esta distribución desigual de cargas crea en la molécula una polaridad; así, pese a que la molécula de agua es neutra por ausencia de carga eléctrica neta, es una molécula polar. Gracias a esta polaridad, las moléculas de agua se atraen entre sí mediante puentes de hidrógeno, que mantiene unidos los átomos de oxígeno de una molécula de agua con el átomo de hidrógeno de otra molécula próxima. Como consecuencia de su estructura, el agua posee unas propiedades químicas y físicas especiales que hacen que sea: **A.** Un buen **disolvente**, al reducir la atracción entre partículas con cargas opuestas; permite separar los iones que forman las moléculas de los solutos lo que permite su disolución. Es por tanto, el medio idóneo para el desarrollo de la mayor parte de las reacciones químicas y un medio de **transporte** ideal de diversas sustancias. **B.** Un buen **reactivo**: Intervine en muchas reacciones químicas como la hidrólisis. El agua es líquida a Tª ambiente **C.** Un eficaz **regulador térmico**, o termorregulador por su alto calor específico (Es el calor que hay que aplicar a una masa de agua para aumentar su temperatura 1ºC), gracias a lo cual hace posible que la temperatura del organismo permanezca relativamente constante a pesar de los cambios de la temperatura ambiente. **D.** Debido a las fuerzas de cohesión/adhesión son posibles fenómenos como la **capilaridad** **E. Función estructural,** gracias a la presión que ejerce por ejemplo contra las membranas de las células sin pared (presión osmótica), estas mantienen su volumen y su forma. **F**. Es un buen **amortiguador mecánico** **G. Elevada tensión superficial,** que permite por ejemplo movilidad de insectos acuáticos sobre ella. **H. Densidad anómala del agua.** El agua líquida es menos densa quedando bajo el hielo y permite que la vida continue bajo el agua. **3.2 Las sales minerales** En los seres vivos las sales minerales pueden encontrarse disueltas o sin disolver, en forma sólida o precipitada. - Sales precipitadas. Se encuentran formando estructuras sólidas como esqueletos o conchas, en los que cumplen funciones de protección y sostén. Ejemplos de estas sales son el CaCO~3~ - Sales disueltas. Presentan sus moléculas disociadas en forma de iones, como Na^+^/K^+^/Cl^-^/Ca^+^, etc. Estos mantienen constante el grado de salinidad del organismo e intervienen en funciones muy específicas, como la transmisión del impulso nervioso, la contracción muscular, el control de la presión osmótica,... **4. Las biomoléculas orgánicas.** Las moléculas orgánicas están formadas fundamentalmente por átomos de carbono en combinación con átomos de hidrógeno, nitrógeno oxígeno, azufre y/o fósforo. El carbono tiene la capacidad para formar al menos cuatro enlaces covalentes con otros átomos.  Estas características son la base de la materia orgánica, ya que permite la formación de polímeros de largas cadenas, cadenas ramificadas y ciclos La unión del carbono con los bioelementos primarios permite la aparición de cinco grupos funcionales. Un grupo funcional es un átomo, o conjunto de átomos, unido a una cadena carbonada y que son responsables de la reactividad y propiedades químicas de los compuestos orgánicos. Se asocian siempre con enlaces covalentes al resto de la molécula. Los siguientes grupos funcionales son la base de las distintas biomoléculas orgánicas. **4.1 Glúcidos** Los glúcidos, también conocidos como hidratos de carbono, son biomoléculas constituidas por carbono, oxígeno e hidrógeno. Desde el punto de vista químico, los glúcidos son polialcoholes con un grupo aldehído o cetona. **Monosacáridos** Son los glúcidos más sencillos. Por regla general: Son solubles en agua, incoloros, cristalizables y presentan sabor dulce Se clasifican por el número de átomos carbonos: -Triosas: tienen 3 carbonos -Tetrosas: tienen 4 carbonos -Pentosas: tienen 5 carbonos, como la ribosa y la desoxirribosa presentes en los ácidos nucleicos \- Hexosas: tienen 6 carbonos, como la glucosa, y fructosa. A su vez, los monosacáridos se clasifican según su grupo funcional en aldosas (grupo aldehído) y cetosas (grupo cetona). La mayoría de monosacáridos se encuentran en forma cíclica en disolución. **Disacáridos** Resultan de la unión de dos monosacáridos, mediante un tipo de enlace que se denomina **[enlace o-glucosídico]**. Se establece entre dos grupos hidroxilo (-OH) de diferentes monosacáridos, liberándose una molécula de agua. Son solubles en agua, dulces y cristalizables. Ejemplos de disacáridos son: - Sacarosa: resultante de la unión de glucosa y fructosa. Es el azúcar de caña - Lactosa: constituida por glucosa y galactosa. Presente en la leche **Polisacáridos** Son moléculas formadas por la unión de muchos monosacáridos por enlaces o-glucosídico. No son dulces, ni solubles en agua. Destacan: - **Almidón:** reserva energética en plantas. - **Glucógeno:** reserva energética en animales. - **Celulosa:** componente estructura de la pared de las células vegetales. - **Quitina:** exoesqueleto de artrópodos y pared celular de hongos. **6.2 Lípidos** Los lípidos son biomoléculas constituidas por carbono (C), hidrógeno (H) y, en menor proporción, oxígeno (O). Son sustancias hidrófobas, aunque solubles en disolventes orgánicos como el éter o el cloroformo. Los lípidos se clasifican en: **6.2.1 Lípidos saponificables** Están formados por la unión ácidos grasos y un alcohol (glicerol). Los ácidos grasos están formadas por cadenas hidrocarbonadas con un grupo carboxilo (-COOH) en un extremo. Los ácidos grasos pueden ser: - **Saturados**, cuando solo tienen enlaces covalentes sencillos. Ej: ácido palmítico en el aceite de palma. - **Insaturados**, cuando presentan uno o más dobles enlaces. Ej: ácido oleico en el aceite de oliva. - Los ácidos grasos presentan una estructura anfipática, es decir, poseen un extremo hidrofílico, es decir, que es soluble en agua, y otro que es hidrófobo, lo cual significa que rechaza el agua. La parte insoluble es la cadena carbonada y la parte soluble el grupo ácido. En agua estas sustancias forman micelas, bicapas o monocapas, de modo que la parte soluble queda orientada hacia el agua y la parte insoluble queda internalizada en un ambiente sin agua Los principales lípidos saponificables son: - **Grasas:** Están formados por la unión mediante enlace éster de un alcohol, la glicerina, con uno, dos o tres ácidos grasos. Esta reacción de formación se llama esterificación. Las grasas aportan gran cantidad de energía y sirven de reguladores térmicos. Según el tipo de ácido graso que presenten las grasas pueden ser: **A) Aceites** (grasas de origen vegetal): presentan ácidos grasos insaturados y a temperatura ambiente son líquidos; por ejemplo, el aceite de oliva. **B) Sebos** (grasas de origen animal); presentan ácidos grasos saturados y a temperatura ambiente son sólidos; por ejemplo, la manteca de cerdo. - **Fosfolípidos o fosfoglicéridos:** Forman parte de las membranas biológicas, son un componente de la bilis y actúan como activadores de enzimas, entre otras funciones. - **Ceras:** sólidas a temperatura ambiente. Son muy hidrófobas por lo que son utilizadas por las plantas en el recubrimiento de frutos, tallos y hojas y los animales las segregan para impermeabilizar y proteger pelos y plumas. **6.2.2 Lípidos insaponificables** Son los lípidos que NO POSEEN ÁCIDOS GRASOS en sus moléculas. Destacan los **Esteroides:** Pueden formar esteroles como el colesterol, que forma parte de las membranas biológicas. Además el colesterol es precursor de la vitamina D, los ácidos biliares y algunas hormonas, como las sexuales (progesterona y testosterona) **Funciones** Los lípidos variedad de funciones biológicas destacando: - **Reserva energética**, - **Transporte de moléculas** - Componentes estructurales de membrana - Aislamiento térmico - Recubrimiento y protección - **6.3 Proteínas** Son las moléculas más abundantes en los organismos. Las proteínas están constituidas por cadenas lineales de unos monómeros unidos por enlaces peptídicos: los **[aminoácidos]**, constituidos por un radical R diferente para cada aminoácido  Los aminoácidos se unen por su grupo carboxilo y amino formando un **enlace peptídico**. Las cadenas de aminoácidos pueden formar péptidos, polipéptidos de diez y proteínas. Existen veinte aminoácidos distintos en las proteínas. De ellos algunos son esenciales para los seres humanos **Estructura de las proteínas** La secuencia de aminoácidos o estructura primaria determina que cada proteína adopte una estructura tridimensional compleja, mantenida por diferentes enlaces que se producen entre los aminoácidos (puentes de hidrógeno, atracciones electrostáticas, interacciones iónicas, etc.). De dicha estructura depende la actividad biológica de la proteína. Los cambios del medio, como variaciones en la temperatura o en la acidez, provocan la ruptura de los enlaces que mantienen la estructura tridimensional y como consecuencia se produce la pérdida de sus propiedades y función. Dicho proceso se denomina desnaturalización y en muchos casos es irreversible **Funciones** Las proteínas realizan una gran variedad de funciones biológicas como por ejemplo: - **Estructural**, como el colágeno de la piel y los huesos. - **Transporte de moléculas**, como la hemoglobina, encargada de llevar oxígeno a todas las células de los tejidos y recoger el dióxido de carbono. - **Hormonal**, como en el caso de la hormona insulina, implicada en la regulación de los niveles de glucosa en sangre. - **Inmunológica**, constituyendo la estructura de los anticuerpos. - **Nutritivas y de reserva**, por ejemplo, la ovoalbúmina del huevo. - **Enzimática**, haciendo posible que las reacciones químicas en los seres vivos se produzcan rápidamente a temperatura ambiente. A estas proteínas o biocatalizadores se las conoce como **enzimas.** **Las enzimas** Las enzimas son proteínas que catalizan, es decir, aumentan la velocidad de las reacciones químicas del metabolismo celular. Para que las reacciones se produzcan necesitan cierta energía de activación, cuanto menor sea la energía de activación, mayor será la velocidad de la reacción. Los enzimas actúan sobre los reactivos, facilitando su conversión en productos. Los catalizadores sin embrago no alteran ni la masa los productos ni de los reactivos y las enzimas no se "consumen" durante las reacciones  **6.4 Ácidos nucleicos** Los ácidos nucleicos son polímeros formados por monómeros denominados **nucleótidos,** constituidos a su vez por tres componentes: un ácido fosfórico, un azúcar y una base nitrogenada. Los distintos nucleótidos se diferencian por el azúcar (ribosa/desoxirribosa) y por la base nitrogenada que portan (adenina, guanina, citosina, timina o uracilo). Los nucleótidos se unen entre sí por **[enlaces fosfodiéster]**. Destacan dos tipos de ácidos nucleicos: **6.4.1. Ácido desoxirribonucleico (ADN)**. El ADN es el portador de la información genética que se transmite a la descendencia y contiene las instrucciones necesarias para formar todas las proteínas de un ser vivo. La pentosa presente en el ADN es una desoxirribosa y las bases nitrogenadas que se unen a ella son adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). Está constituido por dos cadenas complementarias unidas formando una doble hélice. Las pentosas y los grupos fosfatos configuran el esqueleto exterior, mientras que las bases nitrogenadas se disponen hacia el interior. La estructura se mantiene mediante enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas, de forma que la adenina se une siempre con la timina de la otra cadena y la guanina con la citosina. **6.4.2. Ácido ribonucleico (ARN). El ARN** se encuentra normalmente como una sola cadena de nucleótidos. La pentosa presente en el ARN es una ribosa y sus bases nitrogenadas son adenina, guanina, citosina y uracilo (U) Existen varios tipos de ARN: **- ARN mensajero (ARNm)**, que transporta la información del ADN hasta los ribosomas. **- ARN ribosómico (ARNr),** que se asocia a proteínas y forma los ribosomas. **- ARN transferente (ARNt)**, encargado de transportar los aminoácidos hasta los ribosomas para constituir las proteínas.