Componentes Componentes químicos de las químicos de las

célulascélulasMg. Mirtha Roque AlcarrazMg. Mirtha Roque Alcarraz

Átomos

Moléculas

Célula

Tejidos

Órganos Organismos

Niveles de organización funcional

Todos los seres vivos están formados por células, que son pequeños compartimentos rodeados por una membrana y llenas de una solución acuosa concentrada de compuestos químicos.

La aparición de las membranas dio lugar a…

CÉLULA

Las formas más simples de vida están formadas por una única célula (algunas bacterias), mientras que los organismos más complejos (como nosotros), por millones. Es este caso las células se agrupan de acuerdo a la función que desempeñan formando distintos órganos.

Macromléculas

Polisacáridos: Se forman por reunión de decenas a miles de moléculas de monosacáridos; en general, de glucosa. Estos polímeros como el almidón fabricado por lo vegetales y el glucógeno, por los animales constituyen reservas de glucosa para la célula. Así, según las necesidades, las moléculas de glucosa se desprenderán de los polímeros de los que forman parte para ser utilizadas por la célula.

Proteínas: Son las macromoléculas más abundantes de los seres vivos. Los aminoácidos se unen formando hebras lineales. Pero esas hebras sólo adquieren funciones biológicas importantes cuando se pliegan o repliegan sobre sí mismas, adoptando formas 3D complejas y particulares. Pueden ser fibrosas o esféricas.

Estructuras celulares (pelo, uñas)

Transportadoras (respiración celular)

Transmisoras de mensajes (NT)

Enzimas

Las células eucariontas tienen una gran cantidad de membranas internas.

Membrana plasmática

Limite externo de la célula. Capa continua de lípidos con proteínas asociadas.

REPor todo el citoplasma se extiende un sistema de membrana formando cisternas, sáculos y tubos aplanados. La mb del RE está íntimamente asociada a la envoltura nuclear.

RER: exteriormente esta recubierto por ribosomas, dedicados a la s! proteica.

REL: es más tubular y sin ribosomas. Su función es el metabolismo lipídico.

Complejo de Golgi

Sistema de sáculos aplanados, implicados en la modificación, selección y empaquetamiento de macromoléculas para la secreción o exportación a otros orgánulos.

Núcleo Envoltura de dos membranas con poros que permiten el paso de distintas sustancias. Todo el ADN se encuentra en el núcleo, empaquetado en cromatina, gracias a la unión del mismo con proteínas llamadas histonas.

CitoesqueletoFilamentos proteicos que le brindan a la cél. forma y sostén. Microtúbulos, filamentos de actina y filamentos intermedios.

Mitocondrias

Centrales energéticas de la célula, producen ATP a partir del O2 y las moléculas nutritivas.

Lisosomas/peroxisomas Vesículas con enzimas hidrolíticas u oxidativas respectivamente.

Componentes químicos de la vida

AGUA: el componente más abundante (80%)

Químico. Químico. Átomos y moléculas, los Átomos y moléculas, los constituyentes de la materia viva.constituyentes de la materia viva.

Celular. Celular. Célula, la unidad estructural y Célula, la unidad estructural y funcional básica.funcional básica.

Tisular (hístico). Tisular (hístico). Tejidos, grupos de Tejidos, grupos de células similares especializadas en en células similares especializadas en en funciones especiales.funciones especiales.

Órganico.Órganico. Órganos, estructuras de Órganos, estructuras de morfología definida formadas por morfología definida formadas por diferentes tejidos, con funciones diferentes tejidos, con funciones específicasespecíficas

Sistémico. Sistémico. Diferentes órganos unidos Diferentes órganos unidos para desempeño de una función.para desempeño de una función.

OrganismoOrganismo. conjunto de sistemas . conjunto de sistemas integrados estructural y funcionalmente.integrados estructural y funcionalmente.

Niveles de organización funcional

CÉLULA

OrganelasAsociaciones supramoleculares

Macromoléculas o moléculas biológicasUnidades estructurales

Compuestos intermediosElementos del entorno

AguaOxígeno

Iones inorgánicosMoléculas orgánicas

Agua, iones inorgánicos, moléculas orgánicas (azúcares, ácidos grasos, vitaminas)

H2O, iones, moléculasorgánicas pequeñas,

monómeros

polímeros

PROTEINASPOLISACARIDOS

LIPIDOS

ACIDOS NUCLEICOS

Almacenan y distribuyen energía

Mensajeros químicos

75-80%

20-25%Macromoléculas: proteínas, polisacáridos, lípidos, ácidos nucleicos

Todos los sistemas vivientes están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos químicos.De todos los elementos que se hallan en la corteza

terrestre, sólo unos 25 son componentes de los sistemas vivientes .

Algunos elementos concretos poseen propiedades físico-químicas idóneas acordes con los procesos químicos que se desarrollan en los sistemas vivientes

ELEMENTOS BIOGÉNICOS o

BIOELEMENTOS

Oligoelementos: elementos químicos presentes en los organismos en trazas, pero indispensables para su desarrollo armónico.

Atendiendo a su abundancia (no importancia) se pueden agrupar en tres categorías:

Bioelementos secundarios: S, P, Mg, Ca, Na, K, Cl Los encontramos formando parte de todos los seres vivos, y en una proporción del 4,5%

Bioelementos primarios o principales: C, H, O, N

Los sistemas vivientes poseen 60 oligoelementos.De ellos 14 pueden considerarse comunes a todos: Fe, Mn, Cu, Zn, F, I, B, Si, Va, Cr, Co, Se, Mo y Sn

La célula es la mínima unidad estructural y funcional de los todos los organismos.

Tipos celulares

PROCARIONTAS EUCARIONTASOrganismos Bacterias y cianobacterias. Protistas, hongos, plantas y animales.

Tamaño cel. 1 a 10um (lineal). 10 a 100 um (lineal).

Metabolismo Anaeróbico o aeróbico. Aeróbico.

Orgánulos Pocos o ninguno. Núcleo, mitocondrias, cloroplastos, retículos, golgi, etc.

ADN Circular en el citoplasma. Moléculas lineales muy largas que contienen muchas regiones no

codificantes; organizado en cromosomas y rodeado por una

envoltura nuclear.

ARN y Prot. Ambas sintetizadas en el mismo compartimiento.

ARN…nucleo.Proteínas….citoplasma.

Citoplasma Sin citoesqueleto. Endo-exocitosis ausentes.

Filamentos protéicos formando el citoesqueleto, endo-exocitosis

presentes.

División celular

Separación de cromosomas por unión a la membrana

plasmática.

Separación de CR por un aparato: el huso mitótico.

Organización celular

Principalmente unicelular. Pluricelular con diferenciación a muchos tipos celulares.

Tipos de CélulasTipos de CélulasPodemos encontrar dos tipos de células en los seres vivos:

CÉLULA PROCARIOTA

•El material genético ADN está libre en el citoplasma.

•Sólo posee unos orgánulos llamados ribosomas.

•Es el tipo de célula que presentan las bacterias

CÉLULA EUCARIOTA

•El material genético ADN está encerrado en una membrana y forma el núcleo.

•Poseen un gran número de orgánulos.

•Es el tipo de célula que presentan el resto de seres vivos.

Tipos de células Tipos de células eucariotaseucariotas

Célula eucariota animal Célula eucariota vegetal

Recuerda: que la célula vegetal se caracteriza por:

• Tener una pared celular además de membrana

•Presenta cloroplastos, responsables de la fotosíntesis

•Carece de centriolos.

Los orgánulos celularesLos orgánulos celulares

Núcleo: contiene la instrucciones para el funcionamiento celular y la herencia en forma de ADN.

Mitocondrias: responsables de la respiración celular, con la que la célula obtiene la energía necesaria.

Retículo: red de canales donde se fabrican lípidos y proteínas que son transportados por toda la célula..

Aparato de Golgi: red de canales y vesículas que transportan sustancias al exterior de la célula.

Vacuolas: vesículas llenas de sustancias de reserva o desecho.Lisosomas: vesículas

donde se realiza la digestión celular.

Ribosomas: responsables de la fabricación de proteínas

Centriolos: intervienen en la división celular y en el movimiento de la célula.

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA CÉLULA.CÉLULA.

El 99% del peso de una célula El 99% del peso de una célula está dominado por 6 está dominado por 6 elementos químicos: carbono, elementos químicos: carbono, hidrógeno, nitrógeno, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre.oxígeno, fósforo y azufre.

La química de los seres vivos, La química de los seres vivos, objeto de estudio de la objeto de estudio de la bioquímica, está dominada bioquímica, está dominada por moléculas de carbono.por moléculas de carbono.

Está dominada y coordinada Está dominada y coordinada por polímeros de gran tamaño por polímeros de gran tamaño (macromoléculas), moléculas (macromoléculas), moléculas formadas por encadenamiento formadas por encadenamiento de moléculas orgánicas de moléculas orgánicas pequeñas que se encuentran pequeñas que se encuentran libres en el citoplasma libres en el citoplasma celular. celular.

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA CÉLULA.LA CÉLULA.

En una célula existen 4 En una célula existen 4 familias de moléculas familias de moléculas orgánicas pequeñas: orgánicas pequeñas:

1.1. Azúcares (monosacáridos).Azúcares (monosacáridos).2.2. Aminoácidos.Aminoácidos.3.3. Ácidos grasos.Ácidos grasos.4.4. Nucleótidos. (compuesto Nucleótidos. (compuesto

químico formado por la químico formado por la unión de una molécula de unión de una molécula de ácido fosfórico, un azúcar ácido fosfórico, un azúcar de cinco átomos de carbono de cinco átomos de carbono y una base nitrogenada y una base nitrogenada derivada de la purina o la derivada de la purina o la pirimidina)pirimidina)

NÚCLEO.

Dentro del núcleo, las Dentro del núcleo, las moléculas de ADN y moléculas de ADN y proteínas están proteínas están organizadas en organizadas en cromosomas cromosomas

El ADN del interior de El ADN del interior de cada cromosoma es una cada cromosoma es una molécula única muy molécula única muy larga, que aparece larga, que aparece enrollada, y que enrollada, y que contiene secuencias contiene secuencias lineales de genes.lineales de genes.

Estructura Descripción Función

Núcleo celular

   

Núcleo Gran estructura rodeada por una doble membrana; contiene nucleolo y cromosomas.

Control de la célula

Nucleolo Cuerpo granular dentro del núcleo; consta de ARN y proteínas.

Lugar de síntesis ribosómica; ensamble de subunidades ribosómicas.

Cromosomas

Compuestos de un complejo de ADN y proteínas, llamado cromatina; se observa en forma de estructuras en cilindro durante la división celular.

Contiene genes (unidades de información hereditaria que gobiernan la estructura y actividad celular).

Rodeado por una membrana doble Rodeado por una membrana doble compuesta por dos bicapas lipídicas.compuesta por dos bicapas lipídicas.

La interacción con el resto de la célula La interacción con el resto de la célula tiene lugar a través de unos orificios tiene lugar a través de unos orificios llamados poros nucleares.llamados poros nucleares.

El El nucleolo nucleolo es una región especial en la es una región especial en la que se sintetiza el ARN ribosómico que se sintetiza el ARN ribosómico (ARNr), necesario para formar las dos (ARNr), necesario para formar las dos subunidades inmaduras integrantes del subunidades inmaduras integrantes del ribosoma, que migran al citoplasma a ribosoma, que migran al citoplasma a través de los poros nucleares, donde se través de los poros nucleares, donde se unirán para constituir los ribosomas unirán para constituir los ribosomas funcionales.funcionales.

NÚCLEO

Ácidos nucleicos: Sus macromoléculas, las más grandes de los seres vivos, son el ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico), que se forman a partir de la unión de cuatro nucleótidos diferentes.

AdeninaCitosinaGuaninaTimina.

Cantidad y ordenDistintos ADN, variabilidad

entre organismos

Un gran acontecimiento que ocurrió hace millones de años en la tierra fue la aparición de las membranas externas, así surgieron los primeros compartimentos asilados del resto del entorno, que tenían un contenido (y así una función) y características determinadas.

Aumento efectividad…

Dibujo membranaMoléculas anfipáticas Lípidos

Medio externo e interno acuoso.

Este tipo de lípidos recibe el nombre de fosfolípidos.

En un medio acuosos , estas moléculas se agrupan espontáneamente formando bicapas lipídicas (pequeñas vesículas que separan un medio interno y externo acuoso).

CITOPLASMA Y CITOPLASMA Y CITOSOLCITOSOL

En el c. tienen lugar la mayor En el c. tienen lugar la mayor parte de las reacciones parte de las reacciones metabólicas. Está compuesto metabólicas. Está compuesto por el por el citosolcitosol, una solución , una solución acuosa concentrada que acuosa concentrada que engloba numerosas estructuras engloba numerosas estructuras especializadas y orgánulos.especializadas y orgánulos.

El citosol es un gel de base El citosol es un gel de base acuosa que contiene gran acuosa que contiene gran cantidad de moléculas grandes cantidad de moléculas grandes y pequeñas, y en la mayor y pequeñas, y en la mayor parte de las células es, con parte de las células es, con diferencia, el compartimiento diferencia, el compartimiento más voluminosomás voluminoso

CITOESQUELETOCITOESQUELETO

Red de filamentos proteicos del citosol Red de filamentos proteicos del citosol que ocupa el interior de todas las que ocupa el interior de todas las células animales y vegetales.células animales y vegetales.

Actúa como bastidor para la Actúa como bastidor para la organización de la célula y la fijación de organización de la célula y la fijación de orgánulos y enzimas, y es responsable orgánulos y enzimas, y es responsable de muchos de los movimientos de muchos de los movimientos celulares. (cilios, flagelos (locomoción) celulares. (cilios, flagelos (locomoción) y centriolo (división celular)y centriolo (división celular)

Se forma por tres tipos de filamentos:Se forma por tres tipos de filamentos:1.1. Microtúbulos.Microtúbulos.2.2. Filamentos de actina.Filamentos de actina.3.3. Filamentos intermediosFilamentos intermedios..

Estructura Descripción Función

Citoesqueleto

Microtúbulos Tubos huecos formados por subunidades de tubulina.

Proporcionan soporte estructural; intervienen en el movimiento y división celulares; forman parte de los cilios, flagelos y centriolos.

Microfilamentos

Estructuras sólidas, cilíndricas formadas por actina.

Proporcionan soporte estructural; participan en el movimiento de las células y organelos, así como en la división celular.

RETÍCULO RETÍCULO ENDOPLASMÁTICOENDOPLASMÁTICO..

Formado por túbulos ramificados limitados por Formado por túbulos ramificados limitados por membrana y sacos aplanados que se extienden por membrana y sacos aplanados que se extienden por todo el citoplasma.todo el citoplasma.

Hay dos tipos de Hay dos tipos de RE: liso y rugosoRE: liso y rugoso.. La superficie externa del RE rugoso está cubierta La superficie externa del RE rugoso está cubierta

de diminutas estructuras llamadas ribosomas de diminutas estructuras llamadas ribosomas (síntesis de proteínas)(síntesis de proteínas)

El RE liso desempeña varias funciones. Interviene El RE liso desempeña varias funciones. Interviene en la síntesis de casi todos los lípidos que forman la en la síntesis de casi todos los lípidos que forman la membrana celular y las otras membranas que membrana celular y las otras membranas que rodean las demás estructuras celulares, como las rodean las demás estructuras celulares, como las mitocondriasmitocondrias

APARATO DE GOLGI.APARATO DE GOLGI. El aparato de Golgi está El aparato de Golgi está

formado por unidades, formado por unidades, los los dictiosomasdictiosomas, que , que presentan pilas de sacos presentan pilas de sacos o cisternas discoidales y o cisternas discoidales y aplanadas, rodeadas de aplanadas, rodeadas de vesículas secretoras.vesículas secretoras.

La principal función del La principal función del aparato de Golgi es la aparato de Golgi es la secreción de las secreción de las proteínas producidas en proteínas producidas en los polisomas del RE los polisomas del RE rugosorugoso

LISOSOMAS.LISOSOMAS. Sacos membranosos que contienen enzimas Sacos membranosos que contienen enzimas

digestivas, abundan en las células encargadas de digestivas, abundan en las células encargadas de combatir las enfermedades, como los leucocitos, que combatir las enfermedades, como los leucocitos, que destruyen invasores nocivos y restos celulares.destruyen invasores nocivos y restos celulares.

Las enzimas lisosómicas se fabrican en el retículo Las enzimas lisosómicas se fabrican en el retículo endoplasmático rugoso y se procesan en el aparato de endoplasmático rugoso y se procesan en el aparato de Golgi. Golgi.

Las alteraciones de las enzimas lisosómicas pueden Las alteraciones de las enzimas lisosómicas pueden causar enfermedadescausar enfermedades

Cuando se acumula en el organismo, daña el sistema Cuando se acumula en el organismo, daña el sistema nervioso central, provoca retraso mental y causa la nervioso central, provoca retraso mental y causa la muerte a los cinco años. La inflamación y el dolor muerte a los cinco años. La inflamación y el dolor asociados con la artritis reumatoide y la gota tienen asociados con la artritis reumatoide y la gota tienen relación con la fuga de enzimas lisosómicas.relación con la fuga de enzimas lisosómicas.

VACUOLAS.VACUOLAS.

Sacos membranosos, que se forman por Sacos membranosos, que se forman por fusión de las vesículas procedentes del fusión de las vesículas procedentes del retículo endoplasmático y del aparato de retículo endoplasmático y del aparato de Golgi. En general, sirven para almacenar Golgi. En general, sirven para almacenar sustancias de desecho o de reserva.sustancias de desecho o de reserva.

En las células vegetales, las vacuolas En las células vegetales, las vacuolas ocupan la mitad del volumen celular y en ocupan la mitad del volumen celular y en ocasiones pueden llegar hasta casi la ocasiones pueden llegar hasta casi la totalidad. También, aumentan el tamaño totalidad. También, aumentan el tamaño de la célula por acumulación de agua.de la célula por acumulación de agua.

Retículo endoplasmático (ER).

Red de membranas internas que se extienden a través del citoplasma.

Sitio de síntesis de lípidos y de proteínas de membrana; origen de vesículas intracelulares de transporte, que acarrean proteínas en proceso de secreción.

Liso Carece de ribosomas en su superficie externa.

Biosíntesis de lípidos; Destoxicación de medicamentos.

Rugoso Los ribosomas tapizan su superficie externa.

Fabricación de muchas proteínas destinadas a secreción o incorporación en membranas.

Ribosomas Gránulos compuestos de ARN y proteínas; algunos unidos al ER, otros libres en el citoplasma.

Síntesis de polipéptidos.

Aparato de Golgi

Compuesto de saculaciones membranosas planas.

Modifica, empaca (para secreción) y distribuye proteínas a vacuolas y a otros organelos.

Lisosomas Sacos membranosos (en animales). Contienen enzimas que degradan material ingerido, las secreciones y desperdicios celulares.

Vacuolas Sacos membranosos (sobre todo en plantas, hongos y algas )

Transporta y almacena material ingerido, desperdicios y agua.

ORGANELOS DE ORGANELOS DE ENERGÍA.ENERGÍA.

MITOCONDRIASMITOCONDRIAS.- .- estructura celular de doble estructura celular de doble membrana responsable de membrana responsable de la conversión de nutrientes la conversión de nutrientes en el compuesto rico en en el compuesto rico en energía trifosfato de energía trifosfato de adenosina (ATP), que actúa adenosina (ATP), que actúa como combustible celular.como combustible celular.

PLÀSTIDOSPLÀSTIDOS.- .- Sistema de Sistema de tres membranas: los tres membranas: los cloroplastos contienen cloroplastos contienen clorofila en las membranas clorofila en las membranas tilacoideas internastilacoideas internas

Clasificación de los Clasificación de los plastosplastos

Pigmentados:Pigmentados: Cloroplastos Cloroplastos CromoplastosCromoplastos continen pigmentos CAROTENOIDES : continen pigmentos CAROTENOIDES :

xantofila (en algas Fucus) , caroteno(zanahoria), licopeno (tomate)xantofila (en algas Fucus) , caroteno(zanahoria), licopeno (tomate)

No pigmentados llamados leucoplastosNo pigmentados llamados leucoplastos:: AmiloplastosAmiloplastos (almidón) (almidón) ProtemoplastosProtemoplastos (proteínas) (proteínas) Elenioplastos Elenioplastos (lípidos y grasas) (lípidos y grasas)

Los principios físicos y químicos que rigen a los sistemas vivos son

los mismos que rigen a los sistemas abióticos (no vivos)

A pesar de la biodiversidad, la composición química y los procesos metabólicos de todos los seres vivos son notablemente similares

La Biología Molecular estudia la química y física de las moléculas que constituyen los seres vivos

Bioelementos Mayoritarios en Humanos

96 %

Nombre masa %

Importancia o función

Oxígeno 65 Necesario para la respiración celular; presente en casi todos los compuestos orgánicos; forma parte del agua

Carbono 18 Constituye el esqueleto de las moléculas orgánicas; puede formar cuatro enlaces con otros tantos átomos

Hidrógeno

10 Presente en la mayoría de los compuestos orgánicos; forma parte del agua

Nitrógeno

3 Componente de todas las proteínas y ácidos nucleicos y de algunos lípidos

Calcio 1,5 Componente estructural de los huesos y dientes; importante en la contracción muscular, conducción de impulsos nerviosos y coagulación de la sangre

Fósforo 1 Componente de los ácidos nucleicos; componente estructural del hueso; importante en la transferencia de energía. Integra los fosfolípidos de la membrana celular.

Bioelementos Minoritarios (Oligoelementos)

Nombre masa %

Importancia o función

Potasio 0,4 Principal ion positivo (catión) del interior de las células; importante en el funcionamiento nervioso; afecta a la contracción muscular

Azufre 0,3 Componente de la mayoría de las proteínas

Sodio 0,2 Principal ion positivo del líquido intersticial (tisular); importante en el equilibrio hídrico del cuerpo; esencial para la conducción de impulsos nerviosos

Magnesio

0,1 Necesario para la sangre y los tejidos del cuerpo; forma parte de muchas enzimas

Cloro 0,1 Principal ion negativo (anión) del líquido intersticial; importante en el equilibrio hídrico

Hierro trazas Componente de la hemoglobina y mioglobina; forma parte de ciertas enzimas

Yodo trazas Componente de las hormonas tiroideas (T3 y T4)

Isótopo

Vida Media

Isótopo

Estable

Frecuencia %

14C 5770 años 12C (98,89%)3H 12,26 años 1H (99,985%)35S 86,7 días 32S (95,0%)32P 14,3 días 31P (100,0%)33P 25 días125I 57,4 días 127I (100,0%)131I 8,05 días19O 29 s 16O (99,76%)16N 7,35 s 14N (99,63%)

Isótopos Radioactivos (Radionúclidos)

A pesar de la diferencia en el número de

neutrones, el cuerpo trata a todos los

isótopos de un elemento dado de la misma

manera química. Las reacciones de una

grasa, de una hormona o de un medicamento pueden ser detectadas

en el interior de un organismo si se marcan

con un radionúclido como el 14C o el tritio

(3H)Además del 14C (usado para establecer la edad de los registros fósiles) y del tritio (3H), los radioisótopos más frecuentemente utilizados en Biología son el 35S, el 32P y 33P y el iodo 125I y 131I.

Uso de radioisótopos en la terapéutica

Implica la irradiación selectiva de las lesiones minimizando la que reciben los órganos vecinos. Los radiofármacos son usados tanto para obtener imágenes como para el tratamiento.Las aplicaciones terapéuticas se remontan a más de 80 años con el uso ininterrumpido del 131I para tratar tejido tiroideo cancerígeno y del 32P en la trombocitosis y en la policitemia vera. Actualmente incluyen el tratamiento del cáncer diferenciado de tiroides, del dolor óseo metastático, del carcinoma hepatocelular y las metástasis hepáticas, del linfoma no Hodgkin folicular y de los tumores neuroendocrinos.Los radionúclidos recientemente incorporados son el Itrio-90, el Renio-186 y 188, el Samario-153 y el Lutecio-177. La radioinmunoterapia combina un isótopo radiactivo , con la actividad de un anticuerpo monoclonal especifico, que se adhiere a la superficie celular, que ha demostrado su eficacia en la recurrencia de cierta estirpe de linfomas

Ejemplo de respuesta al tratamiento con radioisótopos en paciente con linfoma

(imagen superior: pre-tratamiento, imagen inferior: post-tratamiento).

La mayor parte de la masa de cualquier organismo es agua. Cerca de 70 % del peso total del cuerpo humano está formado por agua, pero alcanza hasta 95 % en una medusa o en ciertas plantas. Las propiedades físicas y químicas del agua les han permitido a los seres vivos aparecer, sobrevivir y evolucionar en este planeta Disuelve diferentes tipos de

compuestos (propiedad solvente o disolvente)

Manifiesta los fenómenos de cohesión y adhesión

Tiene un alto grado de tensión superficial Tiene elevado calor específico,

debido a puentes de H intermoleculares

Alcanza su mayor densidad a los 4°C pero por debajo de esa temperatura la densidad disminuye

nuevamente

Propiedades del Agua de Importancia Biológica

El agua disuelve diferentes tipos de compuestos en grandes cantidades. Debido a sus propiedades como solvente y a la tendencia de los átomos de ciertos compuestos de formar iones al estar en solución, desempeña un cometido importante al facilitar las reacciones químicas

El agua disuelve a las sales como el cloruro de sodio mediante hidratación y estabilización de los iones Cl y Na+, como consecuencia de la reducción de las interacciones iónicas que existen entre ellos

Las biomoléculas no cargadas pero polares como los azúcares se disuelven en agua debido al efecto estabilizador de los puentes de hidrógeno que se forman entre los grupos –OH o el oxígeno carbonílico (C=O)del azúcar y las moléculas polares del agua

Propiedad Solvente del Agua

Fenómenos de Cohesión y Adhesión del Agua Sus moléculas presentan una fuerte

tendencia a unirse entre sí (cohesión), debido a la presencia de puentes de hidrógeno entre ellas. También se adhieren a otras sustancias que tienen en su superficie grupos de átomos o moléculas cargados (adhesión)

Las fuerzas de adhesión y cohesión explican la tendencia del agua a ascender por los tubos de vidrio de calibre muy pequeño (tubos capilares), fenómeno que recibe el nombre de capilaridad

El agua se mueve en los espacios microscópicos que hay entre las partículas del suelo y llega hasta las raíces de las plantas por capilaridad; este mismo fenómeno contribuye al ascenso del agua de los tallos a las hojas

Tensión Superficial del Agua

El alto grado de tensión superficial del agua es debido a la cohesión de sus moléculas, ya que éstas se atraen entre sí con mayor fuerza que las moléculas del aire. Las moléculas de agua de la superficie libre se agrupan formando una capa debido a la atracción que ejercen sobre ellas otras moléculas de agua situadas por debajo. Este hecho es importante en el caso de las plantas acuáticas y en el desarrollo de las larvas de algunos insectos. Larvas de mosquitos en el agua

Loto gigante (Victoria amazonica)

Calor Específico del Agua Hace falta 1 caloría para elevar la

temperatura de 1 gramo de agua en 1ºC. El alto calor específico es consecuencia de los puentes de H entre sus moléculas Así, los organismos que viven en los océanos cuentan con un medio de temperatura uniforme. El alto contenido de agua de plantas y animales terrestres les ayuda a mantener una temperatura interna constante

El agua tiene también un elevado calor de

vaporización. Gracias a ello el cuerpo humano puede

disipar el exceso de calor por la evaporación del sudor, y

una hoja se mantiene fresca, en presencia de una luz

intensa, evaporando agua en su superficie

Densidad del Agua

En el hielo los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas de agua más

separadas que en el agua líquida (la densidad del hielo es 10 % menor que la densidad del agua); por eso el hielo flota

sobre el agua fría, que es más densa. Esta propiedad del agua ha sido esencial en la aparición, supervivencia y evolución de la vida en la Tierra. Si el hielo tuviera una densidad mayor se hundiría y hasta los

océanos se congelarían desde el fondo hasta la superficie haciendo imposible la vida. El hielo aísla el agua líquida que se

encuentra por debajo, evitando el congelamiento de ésta y permitiendo que animales y plantas sobrevivan por debajo

de la superficie de hielo.

Importancia de las Sales en los Seres Vivos Las células y los líquidos extracelulares

contienen una variedad de sales disueltas, que incluyen iones minerales que son esenciales tanto para el equilibrio hídrico, regulando la presión osmótica, como para el equilibrio ácido-base y, en el caso de los animales, para el funcionamiento de nervios y músculos, la coagulación de la sangre, la formación de huesos, etc. Sodio, potasio, calcio y magnesio son los principales cationes presentes, mientras que cloruros, bicarbonato y fosfato son aniones importantes.

Ciertos compuestos inorgánicos, por ser poco solubles o estar en grandes

concentraciones, pueden acumularse dentro de las células formando cristales o pueden secretarse al exterior: los huesos

tienen depósitos de fosfato tricálcico, algunos vegetales contienen cristales de

oxalato o carbonato de calcio y en las paredes celulares vegetales hay pectatos

de calcio.

Cristales de oxalato de calcio

.

La mayor parte de los compuestos químicos presentes en los seres vivos contienen esqueletos de carbono unidos por enlaces covalentes. Estas moléculas se denominan compuestos orgánicos

Metano (CH4) Etano (C2H6) Butano (C4H10)

COMPUESTOS ORGÁNICOS

Los compuestos orgánicos constituidos por carbono e

hidrógeno solamente se llaman hidrocarburos. No son frecuentes en los seres

vivos, pero los combustibles son

hidrocarburos provenientes de compuestos orgánicos

de especies que murieron hace millones de años

BIOPOLÍMEROS

Muchas moléculas de importancia biológica, como los polisacáridos, las proteínas y los ácidos nucleicos, son muy grandes y se denominan macromoléculas o polímeros biológicos (biopolímeros). Las células sintetizan polímeros al unir covalentemente pequeños compuestos orgánicos llamados monómeros

Unos pocos monosacáridos constituyen las unidades fundamentales de los polisacáridos, como el almidón, el glucógeno o la celulosa

Los 20 tipos comunes de aminoácidos (monómeros) se

unen en incontables combinaciones y dan orígenes a

los polímeros llamados proteínas

Los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos, que resultan de la unión de tres moléculas distintas: una base nitrogenada, un monosacárido y un ácido fosfórico

CARBOHIDRATOS: (CH20)n

Los carbohidratos , hidratos de carbono o glúcidos contienen átomos de C, H y O en una proporción 1:2:1, equivalente a un átomo de carbono por cada molécula de agua. De allí su nombre. Algunos carbohidratos son moléculas simples pequeñas como los azúcares (monosacáridos) , mientras otros forman largos polímeros (polisacáridos) como el almidón y el glucógeno que funcionan como reservorios de materia y energía, o como la celulosa y la quitina que son componentes estructurales.

Almidón de papa

Glucógeno

Celulosa

Cubierta quitinosa de crustáceos

Son moléculas que corresponden a una imagen especular (en el

espejo) de otra molécula. Constituyen un tipo de isómeros

ópticos o estereoisómeros ópticos. Debe recordarse que los cuatro grupos ligados a un átomo

simple de carbono se ubican en los vértices del tetraedro

Enantiómeros

Si los cuatro grupos son diferentes entre sí, el carbono central se

llama asimétrico o quiral (del griego keirós = mano). Los cuatro

grupos se ubican alrededor del carbono central en dos formas

distintas, que constituyen imágenes en espejo la una de la

otra. Estas dos moléculas son enantiómeros si no se sobreponen una con otra, sin importar cuanto

se roten en el espacio

MONOSACÁRIDOSAzúcares simples que contienen de 3 a 7 átomos

de carbono. Son polialcoholes con función aldehído (aldosas) o cetona (cetosas).

Los carbohidratos más simples contienen 3 átomos de C

(triosas): el gliceraldehído posee una función aldehído y dos

funciones alcohólicas (aldotriosa) y la dihidroxiacetona tiene una función cetona y dos funciones

alcohólicas (cetotriosa). Todos los monosacáridos excepto la dihidroxiacetona tienen uno o más átomos de C asimétricos o quirales (las cuatro valencias del C están unidas a átomos o grupos atómicos distintos). El gliceraldehído contiene un solo C asimétrico o centro quiral y se presenta en forma de dos isómeros ópticos o enantiómeros: el D- y el L-gliceraldehído, que sólo difieren en el sentido en que desvían el plano de la luz polarizada: el D desvía la luz polarizada hacia la derecha (isómero dextrógiro) y el L a la izquierda (levógiro).

MONOSACÁRIDOS

Aldosas: triosa, tetrosa, pentosa y hexosa Ciclación de una aldohexosa

Ciclación de una cetohexosa

DISACÁRIDOS Un disacárido consta de dos monosacáridos unidos mediante un enlace covalente, que se

denomina enlace glicosídico y que generalmente se forma entre el C1 de una

molécula y el C4 de la otra molécula.

OLIGOSACÁRIDOS

Los oligosacáridos forman parte de los

glucolípidos y glucoproteínas que

se encuentran en la superficie externa de la membrana plasmática

y por lo tanto tienen una gran importancia

en las funciones de reconocimiento

celular.

Son polímeros de monosacáridos lineales o ramificados con un número de unidades monoméricas reducido. Los oligosacáridos más frecuentes en la naturaleza son la inulina, la oligofructosa y los galactooligosacáridos. La inulina y oligofructosa están presentes en muchos vegetales.

inulina

POLISACÁRIDOS

En un polisacárido se unen por condensación varias unidades de azúcares simples unidos por enlace O-glicosídico. El polisacárido puede ser una cadena simple larga o una cadena ramificada. Pueden estar constituidos por un solo tipo de monosacáridos (homopolisacáridos) o por más de uno (heteropolisacáridos)Los organismos guardan glucosa como polisacáridos de reserva. Son reserva de materia (para constituir otras moléculas) y de energía (pueden oxidarse para obtener ATP). El almidón es el polisacárido de reserva típico de los vegetales yl el glucógeno de los animales.

El almidón constituye la forma típica en que se almacenan carbohidratos en las plantas: es un polímero de subunidades de -glucosa. Los monómeros se unen por enlaces (14). El almidón se encuentra en dos formas: amilosa y amilopectina. La amilosa, la forma más simple, no tiene ramificaciones; sus largas cadenas, de muchos cientos de -glucosas, tienden a enrollarse, una propiedad que la torna poco soluble en agua. La amilopectina, la forma más común, consta de cerca de 1000 unidades en una cadena ramificada

POLISACÁRIDOS

La celulosa es el carbohidrato más abundante sobre la Tierra, constituyendo más de la mitad del carbono de las plantas. La madera es celulosa en un 50% y el algodón por lo menos en un 90%. La celulosa es un homopolisacárido lineal, no ramificado, compuesto por unas 10.000 moléculas de -D-glucosa

El glucógeno es la forma de almacenamiento de glucosa en los tejidos animales y en bacterias. Está compuesto por cadenas similares a la amilopectina pero más altamente ramificadas. Se almacena sobre todo en hígado y células musculares, formando gránulos de tamaño variable

La N-acetil-glucosamina es la unidad de la quitina, un homopolisacárido estructural, principal componente del esqueleto de insectos y de artrópodos, así como de las paredes celulares de los hongos. Al igual que la celulosa es insoluble en agua.

Conjunto de biomoléculas orgánicas, químicamente heterogéneas, insolubles

en agua y solubles en solventes orgánicos no polares (cloroformo, éter,

éter de petróleo, benceno, etc.). Esta definición se basa en una propiedad física

común que es la solubilidad y no en los grupos funcionales presentes en sus

moléculas, ya que la naturaleza química de los lípidos es muy variada. Son compuestos

de distribución universal en células y organismos y cumplen funciones esenciales.

LÍPIDOS

La clasificación actual de los lípidos incluye los siguientes tipos:

Ácidos grasos – GlicerolípidosGlicerofosfolípidos – Esfingolípidos

Esteroides – Isoprenoles - Otros

LÍPIDOS / Ácidos Grasos

Son ácidos monocarboxílicos de 4 a 36 átomos de carbono. Los más frecuentes son lineales y de número par de átomos de carbono. Si se presentan dobles ligaduras (ácidos grasos insaturados), las mismas poseen configuración geométrica cis. Uno de los extremos está representado por un grupo carboxílico (ácido) que es hidrofílico, es decir, tiene afinidad por el agua, mientras que la cadena hidrocarbonada es hidrofóbica (rechaza al agua), siendo la molécula resultante anfipática. Las propiedades físicas dependen del número de dobles ligaduras y de la longitud de la cadena.

Los isómeros geométricos se manifiestan en compuestos con enlaces dobles de carbono a

carbono. El término cis indica que los compuestos más grandes se localizan en un mismo lado del

enlace doble. Si están en lados opuestos del doble enlace el compuesto se denomina isómero trans

LÍPIDOS / Eicosanoides

Compuestos derivados de ácidos grasos poliinsaturados de 20 átomos de carbono (eicosano = 20). Son mediadores locales, liberados in situ ante diversos estímulos. En esta categoría se incluyen las Prostaglandinas (PG), los Tromboxanos y los Leucotrienos. Las PG participan en las reacciones inflamatorias y son vasoconstrictoras, como los leucotrienos. Los tromboxanos favorecen la hemostasia (coagulación) al estimular la agregación plaquetaria Origen de prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos

LÍPIDOS / Céridos

Son ésteres de un ácido graso de cadena larga. Sólidos a temperatura ambiente, poseen sus dos extremos hidrófobos, lo que determina su función: impermeabilizar y proteger. Los céridos más comunes son la cera de abeja (ésteres del ácido palmítico con alcoholes de cadena larga) y la lanolina (“grasa” de lana de oveja). En general en los animales se encuentran en la piel, recubriendo el pelo, plumas y exoesqueleto de insectos. En los vegetales forman películas que recubren hojas, flores y frutos. En el plancton (organismos animales y vegetales que viven suspendidos en océanos y mares) los céridos pueden actuar como fuente de energía

lanolina

cera de abeja

LÍPIDOS: Glicerolípidos y Fosfolípidos

Los glicerolípidos son ésteres de un trialcohol llamado glicerol (1,2,3–trihidroxi-propanol) que puede estar esterificado con 1, 2 o 3 moléculas de un ácido graso, formándose un monoglicérido, diglicérido o triglicérido, respectivamente. Al combinarse con el glicerol, el carboxilo terminal del ácido graso reacciona con uno de los grupos –OH del glicerol, formándose un enlace covalente llamado éster y se pierde una molécula de agua. Cuando un ácido graso es reemplazado por un ácido fosfórico estamos en presencia del ácido fosfatídico, que al esterificarse con alcoholes o aminoalcoholes genera los glicerofosfolípidos o fosfolípidos

LÍPIDOS: Esfingolípidos

Son derivados de la esfingosina, un aminoalcohol insaturado de cadena larga (C18)

Al unirse el grupo amino con un ácido graso se forman las ceramidas

Si el alcohol está esterificado con fosforilcolina estamos en presencia de la esfingomielina, que forma parte de las membranas de las células nerviosas

LÍPIDOS / Esteroides e Isoprenoides

Entre los esteroides de mayor importancia biológica cabe mencionar al colesterol, las sales biliares, las hormonas sexuales masculinas y femeninas, y las hormonas secretadas por la corteza suprarrenal.

Los isoprenoides son derivados del isopreno (metilbutadieno). Integran este grupo vitaminas

liposolubles como la Vitamina A (retinol), un alcohol

tetraprenoide, indispensable para evitar trastornos ópticos, y la

Vitamina E, utilizada en el tratamiento de la esterilidad