CLASE 1 - Introducción_aspectos Fisico-quimicos de Los Seres Vivos

8/17/2019 CLASE 1 - Introducción_aspectos Fisico-quimicos de Los Seres Vivos

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UNIDAD 1.INTRODUCCIÓN A LA BIOLOGÍAMOLECULAR

GENERALIDADES DE LAS BASES QUÍMICAS YFÍSICAS DE LOS PROCESOS BIOLÓGICOS

Biología Molecular y GenéticaBiotecnologíaambiental


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ÍNDICE

1. Generalidades

2. Bioelementos

1. Clasificación de los bioelementos

3. Biomoléculas

1. El agua

2. Las sales minerales


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Generalidades Seres Vivos están hechos de compuestos químicos y

organizados en células Los elementos químicos que forman la materia son:

Bioelementos→ Biomoléculas

Biomoléculas inorgánicas: Agua y Sales Minerales ygases

Biomoléculas orgánicas: Glucosa, Colesterol, etc… Todos los compuestos orgánicos están formados por

C y H, y la mayoría contienen además O y N.


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Generalidades El Carbono presenta enlaces covalentes que permiten

infinidad de combinaciones.

Monómeros (100-1000daltons)→ Polímeros omacromoléculas (alto peso molecular).

as o cu as org nicas se eng o an principa mente en:Glúcidos, Lípidos, Proteínas y Ác. Nucleicos

Biocatalizadores: Enzimas y Vitaminas

Todos los SV presentan los mismos componentesmoleculares básicos

A lo largo de la evolución las distintas especies se han

provisto de un conjunto particular de proteínas a partirde sus Genes


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BIOELEMENTOS Son los elementos constituyentes de los seres vivos.

Los seres vivos seleccionamos y tomamos del mediolos elementos que forman parte de nuestra materia,

no los más abundantes.

Elementosmayoritarios en lacorteza terrestre

Elementosmayoritarios enlos seres vivos

O C

Si H

Al O

Fe N

P

S


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BIOELEMENTOS Hay 70 bioelementos (25 de los cuales son comunes en

todos los seres vivos) Los bioelementos se clasifican según la proporción en la

que se encuentran en los seres vivos.

Clasificación:Bioelementos 1arios o Mayoritarios: C, H, O, N, P, S (97%)

Bioelementos 2arios : Cl, Na, K, Mg y Ca (2%)

Oligoelementos: o elementos traza (Porcentajes menoresdel 0,1%)

Fe, Mn, Cu, F, I, Si, Zn, Ni, Co, Li, Al, etc. (1%)


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BIOELEMENTOS PRIMARIOS Son C, H, O, N, P y S

Componentes fundamentales de las biomoléculas. Se encuentran en todos los seres vivos.

Capas electrónicas externas incompletas ⇒ enlacescovalente ⇒ biomoléculas

Bajo nº atómico ⇒ estabilidad

Electronegatividad del O y N ⇒ solubilidad

↑ Accesibilidad (CO2 , H2O, nitratos, etc.)


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Propiedades específicas del carbono

Hibridación sp3 ⇒ valencia 4 ⇒ Estructura tetraédrica

BIOELEMENTOS PRIMARIOS


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Enlaces covalentes con otros C u otros elementos.

Variedad de cadenas carbonatadas estables (lineales,cíclicas, ramificadas) ⇒ ↑ variedad de moléculas orgánicas.

r ac n sp , sp ormac n e o es y r p es en aces

Gran variedad de grupos funcionales (Enlaces covalentescon O, N, H y S.

Aunque es escaso en la corteza terrestre sus característicashacen que en el se base la química de los SV.

↑↑ variedad de moléculas orgánicas polifuncionales.


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Los grupos funcionales del C aparecen como

consecuencia de reacciones de oxidación-reducción Son responsables de la reactividad y propiedades

uímicas de los com uestos or ánicos.


Brindan una nomenclatura sistemática poderosapara denominar a los compuestos orgánicos.

Los grupos funcionales se asocian siempre conenlaces covalentes al resto de la molécula.


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GRUPOS FUNCIONALES


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BIOELEMENTOS PRIMARIOS HIDRÓGENO: Se une al Carbono por enlace covalente formando

largas cadenas hidrocarbonadas. Reacciones de oxidación-reducción

OXÍGENO: Es el más electronegativo (más polar) y el más-

NITRÓGENO: Forma los grupos amino (-NH2) de los aminoácidosy por lo tanto está presente en las proteínas, apareciendotambién en las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos.

AZUFRE: Forma el radical sulfhidrilo (-SH) en muchas proteínas.También está presente en Vitaminas y Enzimas.

FÓSFORO: forma los grupos fosfatos (-PO4)-3 que forma parte

del ATP , fosfolípidos, etc. También está presente en estructurasesqueléticas y ác. nucleicos.


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BIOELEMENTOS SECUNDARIOS Se encuentran en los seres vivos en una proporción

mayor al 0,1%.

Cl, Na, K, Mg y Ca (2%)

Forman parte de todos los seres vivos.

Son necesarios para la vida de la célula


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OLIGOELEMENTOS ó ELM. TRAZA Se encuentran en proporciones inferiores al 0,1%.

No todos forman parte de los seres vivos. Son necesarios para el metabolismo celular.

, , , , , , , , , , , .


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BIOMOLÉCULAS Formadas por la unión de varios bioelementos.

También se llaman Principios Inmediatos (se puedenseparar por medios físicos sin romper las moléculas)

BIOMOLÉCULAS

Inorgánicas

Agua

Sales

Minerales

Orgánicas

Glúcidos Lípidos Proteínas

Ácidos

Nucleicos


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EL AGUA El agua es la sustancia más abundante en la corteza

terrestre y en la materia viva, y es imprescindible paralos seres vivos.

PORCENTAJE MEDIO DE AGUA EN ALGUNOS ORGANISMOS

Algas 93-98%

Medusas 95-97%

Planta del tabaco 92%

Hongos 80%

Cangrejo de río 77%

Ser humano 63%

Pino 47%

Semillas de cereales 10%


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EL AGUA La cantidad de agua en los seres vivos depende de

tres factores: La especie: Sp. acuáticas > Sp. de medios áridos

Medusa (98 %) vs. Semilla (10 %) La edad del individuoOrganismos jóvenes > Organismos de + edad

Feto de 4 meses (94%) vs. 65 años (56%)

El tipo de tejido u órgano Tejidos con ↑ actividad metabólica > tejidos inertes

Plasma sanguíneo (92 %) vs. Dientes (10 %)


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EL AGUA El agua se encuentra en los seres vivos en 3 formas

distintas: AGUA CIRCULANTE: en la sangre, en la savia, etc.

AGUA INTERSTICIAL: entre las células, fuertemente

adherida a la sustancia intercelular.

AGUA INTRACELULAR: en el citosol y en el interior de

los orgánulos celulares. (mayoritariamente)


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EL AGUA: Estructura TETRAÉDRICA Hibridación sp3 del O ⇒ TETRAEDRO

Electronegatividad del O ⇒ TETRAEDRO IRREGULAR⇒ ASIMETRÍA ELECTRICA ⇒ CARÁCTER DIPOLAR

Los electrones compartidos se venatraídos con más fuerza por los

protones del oxígeno


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EL AGUA: EstructuraTETRAÉDRICA IRREGULAR

CARÁCTER DIPOLAR ⇒ Puentes de Hidrógeno

ELECTRONEGATIVIDAD: medida de la fuerza de atracción que ejerce unátomo sobre los electrones de otro en un enlace covalente.


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EL AGUA: Estructura

Entre los dipolos se establecen un tipo de enlaces

denominados enlace o puente de Hidrógeno.


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EL AGUA: Estructura

Los puentes de hidrógeno son más débiles que los

enlaces covalentes o los iónicos, pero se rompen yse forman de manera constante, lo cual confiere a

.

Estados:

• Gaseoso 0%• Sólido 100% (4 Puentes de H)

• Líquido 85% (3,4 Puentes de H)


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EL AGUA: Propiedades e importancia

biológica Las propiedades del agua derivan de LA

PRESENCIA DE PUENTES DE H Y ESTOS DE LAESTRUCTURA DEL AGUA1. Cohesividad ⇒ Estado líquido a Tª ambiente ⇒ Transporte y

structura

2. Poder disolvente: K = 80 ⇒ “Disolvente universal”

3. ↑↑↑↑ calor específico ⇒ función termorreguladora

4. ↑↑↑↑ calor de vaporización ⇒ función termorreguladora

5. Disociable en iones H+ y OH- ⇒ Reactividad: hidrólisis y

condensación


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Cohesividad: Estado líquido del agua a

temperatura ambiente

La elevada fuerza de cohesión entre las moléculas

de agua (Puentes de hidrógeno) permite que elagua se mantenga líquida a Tª ambiente.

Esto ermite al a ua actuar como vehículo de

transporte en el interior de un organismo y comomedio lubricante en las estructuras de movimiento.

Esto permite que sea el agua el componente

principal del citosol y del interior de los orgánuloscelulares.


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Cohesividad: Líquido prácticamenteincompresible

Gracias al elevado grado de cohesión entre las

moléculas de agua, el volumen del agua líquida nodisminuye apreciablemente aunque se apliquenpresiones muy altas.

Esto determina las deformaciones citoplasmáticas ypermite que el agua actúe como esqueletohidrostático en las células vegetales.


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Poder disolvente del agua

Poder disolvente: K = 80⇒

“Disolventeuniversal”a) Sustancias polares (hidrofílicas) ⇒

vb) Sustancias apolares (hidrofóbicas) ⇒Insolubilidadc) Sustancias apolares con pequeño grupo polar

(anfipáticas) ⇒ dispersiones Coloidales(SOL y GEL)

d) Emulsiones estables: disolvente (H2O), soluto

(ej.grasas), emulgente (ej. proteína)


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Poder disolvente: K = 80 ⇒ “Disolvente universal”Sustancias polares (hidrofílicas) ⇒ disoluciones verdaderas

http://www.bionova.org.es/animbio/anim/aguadisol.swf


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Sustancias apolares (hidrofóbicas) ⇒ InsolubilidadSu disposición dependerá de la densidad la sustancia

considerada

1 º Emulsi ó n inestable

1 º Emulsi ó n inestable


2 º precipita inso u e


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DISOLUCIONES COLOIDALES: Sustancias apolares conpequeño grupo polar (anfipáticas) ⇒ dispersiones Coloidales

Las disoluciones coloidales pueden aparecer en dosestados distintos;

GEL

SOL GEL

- (H2O)

+ (H2O)


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EMULSIONES ESTABLES:

Formadas por dos líquidos inmiscibles: 1de ellos (fasedispersa) forma pequeñas gotitas dispersas en el otro(fase dispersante).

Emulsiones biológicas: Fase dispersa: lípidos insolubles (ej. triglicéridos, colesterol)

Fase dispersante: agua

La estabilidad de las emulsiones se consigue gracias aotras moléculas que mantienen las gotitas de la fasedispersa separada (ej. proteínas, fosfolípidos, salesbiliares, jabón)

Ejemplos; leche, mayonesa


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CALOR ESPECÍFICO: cantidad de calor que es

necesario comunicar a 1 gramo de sustancia paraaumentar su temperatura 1ªC.

El a ua tiene un calor es ecífico alto or ue ara

Elevado calor específico: Función

termorreguladora

elevar su temperatura, hay que romper muchos delos enlaces que hay entre ellas, lo que implica quehace falta suministrar mucho calor.

Por ello, el agua es un buen estabilizador térmicodel organismo frente a los cambios bruscos detemperatura del medio.


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Elevado calor de vaporización: Función

termorreguladora

Para pasar del estado líquido al gaseoso hace

falta romper todos los puentes de hidrógeno, paralo cual se necesita mucha energía.

Esto hace ue el a ua sea una buena sustancia

refrigerante en el organismo. El agua que se evapora en la superficie de un ser

vivo absorbe calor del organismo, actuando como

regulador térmico. La capacidad refrigerante de sudor y pulmones

está basada en este hecho.


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Disociable en iones H+ y OH- ⇒ Reactividad

Hidrólisis

Polímero + H2O “n” monómeros Condensación

“ ” -

Hidrólisis

A – B A – OH + B – H

Condensación


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FUNCIONES DEL AGUA

Función metabólica: Es el medio en el que se producen la mayoría de lasreacciones metabólicas, puesto que las sustancias para que reaccionen tienen

que estar disueltas. Además en muchas de estas reacciones el agua actúacomo reactivo como por ejemplo en las reacciones de hidrólisis que ocurren enla digestión. Igualmente es la fuente de hidrógenos en la fotosíntesis vegetal.

sustancias por el interior del organismo y entre el exterior y el interior delmismo, debido a que es líquida y es un excelente disolvente, las sustancias sontransportadas disueltas en ella.

Función estructural: Debido a la elevada fuerza de cohesión da forma a las

células que carecen de membrana rígida regulando los cambios ydeformaciones del citoplasma.

Función termorreguladora: Debido al elevado calor específico y al elevadocalor de vaporización, regula la Tª del organismo amortiguando las

variaciones bruscas de la Tª externa y ayuda a mantener constante la Tª delcuerpo en los animales homeotermos o endotermos.


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EL AGUA: Propiedades

Ionización del agua El agua pura se comporta como un electrolito débil y se encuentra en parte

disociada en iones H+ y OH- según la siguiente ecuación:

H2O → H+ + OH-

En el agua la disociación es muy débil, esto significa que la mayor parte delagua se encuentra como H2O sin disociar y solo una pequeña parte estádisociada.

El producto de las concentraciones de los iones H+ y OH- es constante y sedenomina producto iónico, en el agua a 25ºC es:

[H+].[OH-] = 10-14

En el agua pura por cada H+

que se forma, se forma un OH-

lo que hace quela concentración de ambos iones sea la misma.

[H+] = [OH-] = 10-7

Si aumenta la concentración de uno de los iones disminuye la del otro para

mantener constante el producto.


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EL AGUA: Propiedades

Ionización del agua. Concepto de pH Si aumenta la concentración de uno de los iones disminuye la del otro para

mantener constante el producto.

Hay sustancias que al disolverse en el agua, aumentan la concentración dehidrogeniones, se denominan ácidos. Otras por el contrario disminuyen laconcentración de hidrogeniones se denominan bases.

La acidez de una disolución viene determinada or la H+ Sorensen ideo la escalade pH para expresar la concentración de hidrogeniones de una disolución y por lotanto la acidez.

El pH = - log [H+]. El valor oscila 0 y 14.

Si el pH de una disolución es 7 como ocurre en el agua pura, dicha disolución es neutra. H+ = OH-

Si el pH es < 7 ,la disolución es ácida. H+ > OH- .

Si el pH es > 7, la disolución es básica. H+< OH-.

La escala de pH es logarítmica, es decir que si aumenta o disminuye en una unidadsignifica que la concentración de H+ se hará 10 veces menor o mayor.

http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/propertiesofwater/water.htmlhttp://www.youtube.com/watch?v=x8J-Jbu_W6M&feature=related


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SALES MINERALES

Son moléculas inorgánicas que están presentes en la

materia viva en pequeña cantidad. Se pueden encontrar de varias formas:

Disueltas Aniones: Cl- ,CO3

2- ,HCO3- ,PO4

3- etc

Cationes: K+ ,Na+ ,Ca2+ , Mg+2 etc

Asociadas a moléculas orgánicas: Fe, P, etc.

Funciones de las SALES MINERALES:


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Funciones de las SALES MINERALES:Regulación de los procesos osmóticos

o OSMOSIS y presión

osmóticao Turgescencia y

p asmo s s⇒

Importancia biológica: Absorción (raíces)

Adaptaciones (plantashalófitas)

Homeostasis


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SALES MINERALES: Presión osmótica

Presión osmótica (π) sería la presión que habría que hacer para detenerel flujo de agua a través de la membrana semipermeable debido a la

ósmosis.


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Video resumen ósmosis: http://www.youtube.com/watch?v=oONjIH39uUw


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DIFUSIÓN, ÓSMOSIS y DIÁLISIS

Membranasemipermeable

De la +concentrada a la+ diluida

DIFUSIÓN DIÁLISISOSMOSIS

Membranapermeable o s/m

e a u a

a la +concentrada

Solo pasa agua

Pasa el agua ymoléculas desoluto de bajo

peso molecular

De la +concentrada a la+ diluida

Pasa agua ysolutos


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Funciones de las sales minerales

Los fenómenos vitales se producen a un pH próximoal neutro, cambios bruscos de pH impediríanalgunas reacciones químicas.

Regulación del pH:

Sistemas amortiguadores o Sistemas tampónH2PO4

- / HPO42 – intracelular

H2CO3/ HCO3- extracelular

Están formados por un ácido débil/una sal delmismo

El pH afecta a la actividad enzimática


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Ejemplo de Sistema Tampón

El pH de la sangre permanece constante a 7,4

Si se acidifica la sangre el tampón carbonato sedesplaza a la derecha y aumenta el CO2

a la izquierda y el CO2 se disuelve en la sangre.

H CO3- + H+↔ CO3H2↔ CO2+ H2O


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TEST DE REPASO

Generalidades de las bases químicas y Físicas de

los procesos biológicos


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El paso de agua desde una solución menos

concentrada a una más concentrada a través deuna membrana semipermeable se denomina...


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La hemolisis (rotura) de los eritrocitos al colocarlos

en agua destilada es un ejemplo de:

A. Difusión

B. Ósmosis

C. Plasmólisis

D. Turgencia


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Indica cómo se formará el puente de Hidrógeno

entre las dos moléculas de agua

http://www.educa.madrid.org/portal/c/portal /layout?p_l_id=2288.193&c=an


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Los enlaces de H en el agua...

A. Son inestables en el agua en fase sólida

.

temperatura

C. se rompen por debajo de los 0ºC.

D. son estables cuando el agua hierve

E. son muy estables


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El paso del agua y no de las partículas disueltas

en ella, sólo se produce en el caso de la...A. Diálisis

B. en ninguno de los casos anterioresC. Difusión

D. Ósmosis

E. en todos los casos anteriores


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Una de las siguientes funciones NO lo es del

agua

A. esquelética

B. Termorreguladora

C. Aporte de H y O

D. disolvente

E. medio de transporte


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El agua tiene carácter de reactivo químico porque

es...A. capaz de hidrolizar a otras sustancias.

B. el disolvente universal.

C. termorreguladora

D. el medio donde se producen las reacciones

metabólicas.

E. un vehículo de transporte de otras sustancias.


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Al introducir un alga marina en agua dulce se

produce...A.un arrugamiento por exósmosis

B. una inmersión celular.

C. un hinchamiento por exósmosis

D. un proceso de turgencia.

E. su plasmolisis.


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Dibuja 5 moléculas de agua unidas

por puentes de hidrógeno.

u mpor anc a o g ca enen os puen es e

hidrógeno?


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Comenta brevemente las propiedades físico-químicas

del agua que justifiquen la importancia de estamolécula en los seres vivos.


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Explica el concepto de e indicamediante un dibujo cómo se forman estos en el caso del agua.

¿Qué repercusiones tienen estos en las propiedades físicas yquímicas del agua? ¿En qué forma afectan estos a los seresvivos? Razona la res uesta.


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¿Qué es un sistema tampón? Pon un ejemplo e

indica cómo actúa


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Sabiendo que el principal tampón intracelular es el

tampón fosfato monobásico/dibásico. Explica quéocurriría si en el interior de la célula se produjerauna sobreproducción de protones.

Diferencia claramente los procesos de ósmosis,

diálisis y difusión.

DIFUSIÓN ÓSMOSIS y DIÁLISIS


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DIFUSIÓN, ÓSMOSIS y DIÁLISIS

DIFUSIÓN DIÁLISISOSMOSIS


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Para observar el proceso de ósmosis, tres muestras desangre humana son sometidas a una prueba de

laboratorio: Si se añade agua destilada a una de las muestras, indica que

Si se añade una solución saturada de sal a otra de las muestras,indica que aspecto presentan los glóbulos rojos al microscopio,

cómo se denomina este fenómeno y explica cómo se produce:

Si a la tercera muestra se le añade una solución isotónicaexplica si se alteraría la forma y función del glóbulo rojo:

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