Bases Químicas de la Vida

Biología Prof. María del Rosario CastroDpto : BiologíaUNALM

Jerarquías de la Vidade la Vida

BIOELEMENTOS

• Elementos biogénicos o biogenésicos:

C H O N

P

Hidrógeno un proton

Carbono6 protones6 neutrones6 electrones

Capa externa de electrones (puede albergar hasta 8 electrones)

Capa interna de electrones puede albergar hasta 2 e lectrones)

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

Son los elementos mayoritarios de la materia viva, constituyen el 95% de la masa total.

Hidrógeno (H) Carbono (C) Nitrógeno (N) Oxígeno (O)

Un elemento

Es una sustancia que no puede descomponerse ni convertirse en convertirse en otras sustancias mediante procesos químicos ordinarios.

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%.4,5%.

• Azufre Se encuentra en dos aminoácidos (cisteína y metionina) , presentes en todas las proteínas. También en algunas sustancias como el Coenzima A

• Fósforo : Forma parte de los nucleótidos, compuestos que forman los ácidos nucléicos. Forman parte de coenzimas y otras moléculas como fosfolípidos, sustancias fundamentales de las membranas celulares. También forma parte de los fosfatos, sales minerales abundantes en los seres vivos.seres vivos.

• MagnesioForma parte de la molécula de clorofila, y en forma iónica actúa como catalizador, junto con las enzimas , en muchas reacciones químicas del organismo.

• Calcio

Forma parte de los carbonatos de calcio de estructuras esqueléticas. En forma iónica interviene en la contracción muscular, coagulación sanguínea y transmisión del impulso nervioso.

• Sodio

Catión abundante en el medio extracelular; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular

• Potasio

Catión más abundante en el interior de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular

• Cloro

Anión más frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluído intersticial

OligoelementosSe denominan así al conjunto de elementos químicos que están presentes en los organismos en forma vestigial, pero que son indispensables para el desarrollo armónico del organismo.Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes para casi todos, y estos son: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, iodo, boro, silicio, vanadio, cromo, cobalto, selenio, molibdeno y estaño. Las funciones que desempeñan, quedan reflejadas en el siguiente cuadro:

HierroFundamental para la síntesis de clorofila, catalizador en reacciones químicas y formando parte de citocromos que intervienen en la respiración celular, y en la hemoglobina que interviene en el transporte de oxígeno.

• Manganeso

Interviene en la fotolisis del agua , durante el proceso de Interviene en la fotolisis del agua , durante el proceso de fotosíntesis en las plantas.

• IodoNecesario para la síntesis de la tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo

• FlúorForma parte del esmalte dentario y de los huesos.

• Cobalto

Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina .

• Silicio

Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, endurece tejidos vegetales como en las gramíneas.endurece tejidos vegetales como en las gramíneas.

• Cromo• Interviene junto a la insulina en la regulación de

glucosa en sangre.

• Zinc• Actúa como catalizador en muchas reacciones del

organismo.

• Litio

Actúa sobre neurotransmisores y la permeabilidad celular. En dosis adecuada puede prevenir estados de depresiones.

• Molibdeno• Molibdeno

Forma parte de las enzimas vegetales que actúan en la reducción de los nitratos por parte de las plantas.

BIOMOLÉCULAS

ORGÁNICAS INORGÁNICASAgua

Ácidos

Bases

Sales

Glúcidos o Carbohidratos

Lípidos

Proteínas

Ácidos Nucleicos

Agua

Composición y estructura:Hidrógeno y oxígeno (2:1) Sólido

Angulo 104.5º Líquido

Enlace covalente polar Gas

Dipolar

Puente de Hidrógeno

Propiedades

Físicas

Cohesión

Adhesión

Cambios de estado

Fusión

SolidificaciónAgua Adhesión

Tensión superficial

Capilaridad

Solubilidad

Alto Calor específico

Alto Calor Latente vaporización

Alto Punto de ebullición

PropiedadesTérmicas

Sublimación directaSublimación inversa

Condensación Evaporación

¿Cómo interactúan los átomos para formar moléculas?

• Los átomos interactuan con otros átomos cuando hay vacíos (vacantes en sus capas más externas).

• Los enlaces están acompañados por interacciones Enlace Iónico• Los enlaces están acompañados por interacciones entre dos electrones de valencia atómicos.

•

Enlace Iónico

Átomo de Sodio Átomo de Cloro Ión Sodio Ión Cloro

Cloruro de Sodio

Sal

Enlaces Enlaces Covalentes

El Agua

El agua

• Debido a la naturaleza polar de sus enlaces covalentes, las moléculas del agua cercanas se atraen mutuamente. Los atraen mutuamente. Los oxígenos del agua al tener carga parcial negativa atraen a los hidrógenos (con carga parcial positiva) de otras moléculas de agua. Esta atracción eléctrica se denomina puente de hidrógeno.

¿Porqué es tan importante el agua para la vida?

• El agua es abundante en la tierra y tiene tierra y tiene propiedades poco comunes e indispensables para la vida.

Disolvente

• El agua interactúa interactúa con muchas otras moléculas. Es un excelente disolvente.

• Aunque el agua tiende a considerarse un compuesto estable, moléculas individuales de agua continuamente ganan,

Jugo de Limón

Jugo de Uva

Jugo de Tomate

Orina continuamente ganan, pierden e intercambian átomos de hidrógeno.

• El agua puede formar iones H+ y OH –

Orina

Agua Pura

Agua dulce

Sangre humana

Leche de Magnesia

blanqueadores

• Las moléculas de agua tienden a mantenerse juntas.

• El agua líquida tiene gran cohesión. La • El agua líquida tiene gran cohesión. La cohesión entre las moléculas del agua en la superficie del líquido produce tensión superficial: la resistencia que opone la superficie a ser rota.

• El agua modera los efectos de los cambios de temperatura.

• El agua forma un sólido singular: El hielo.

Esqueletos Carbonados

Grupos Funcionales

Hidroxilo

Carbonilo

Alcoholes

Aldehídos

EjemplosNombre del Compuesto Encontrados en:

Azúcares

Fórmula General

Carbonilo

Carboxilo

Amino

Cetonas

Ácidos Carboxílicos

Aminas

Deshidratación

Remoción de una

Polímero corto Monómero no ligado

Remoción de una molécula de agua

Polímero largo

Hidratación

Adición de una molécula de agua

Carbohidratos

• Los carbohidratos incluyen a pequeñas moléculas, que van desde pequeñas moléculas de azúcar hasta grandes polisacáridos.

Tipos:Tipos:

a) Monosacáridos

b) Oligosacáridos

c) Polisacáridos

Estructuras de Glucosa y Fructosa

Los monosacáridostienen la fórmula molecular que son múltiplos de CH2O.2

Ejm: la fórmula paraglucosa es:C6H12O6

Glucosa

Formas linear y de anillo de Glucosa

Disacáridos: formación

Enlace Glucosídico

Polisacáridos

Almidón

Glucógeno

Celulosa

Compare y contraste el almidón y la celulosa, dos polisacáridos de las plantas

Almidón

Celulosa

Glucógeno

Quitina

Lípidos

Son diversos compuestos que consisten principalmente de átomos

de carbono e hidrógeno, y se caracterizan porque no son disueltos

en el agua.

Tipos de Lípidos

• A) Triglicéridos

• B) Fosfolípidos

• C) Ceras

• D) Esteroides

Ácidos Grasos

Síntesis por deshidratación, uniendo un ácido graso a un glicerol

Triglicérido

FosfolípidosMuy parecidos estructuralmentea los triglicéridos, pero ellos Contienen el elemento fósforoy tienen sólo dos ácidos grasosen vez de tres.

Estás moléculas son muy importantes porque forman parte importantes porque forman parte de la membrana celular.

Ceras

• Las ceras son ésteres de ácidos grasos de cadena larga, con alcoholes también de cadena larga. En general son sólidas y totalmente insolubles en agua. Todas las funciones que realizan están relacionadas funciones que realizan están relacionadas con su impermeabilidad al aguay con su consistencia firme. Así las plumas, el pelo , la piel,las hojas, frutos, están cubiertas de una capa cérea protectora.

Colesterol

Los esteroides tienen el mismo patrón de anillos: tres anillos hexagonales y un anillo pentagonal.

Esteroides

Proteínas

Un proteína es un polímero construído de monómeros de

aminoácidos

Estructura de un aminoácido

Grupo Amino Grupo Carboxilo

Ejemplos de Aminoácidos

Hidrofóbico Hidrofílico

Aminoácidos EsencialesEsenciales

Enlace Peptídico

Grupo Carboxílico Grupo Amino

DeshidrataciónSíntesis

Enlace Peptídico

Dipéptidoo o

Estructuras Proteicas

Las proteínas tienen múltiples niveles de estructura. La básica es la estructura

Estructura primaria

estructura. La básica es la estructura primaria .

La estructura primaria de una proteína es simplemente el orden de sus aminoácidos.

Por convención el orden de escritura es siempre desde el grupo amino-terminal

hasta el carboxilo final.

Estructura secundaria

La estructurasecundariade una proteína es la que adopta espacialmente. adopta espacialmente. Existen ciertas estructuras repetitivas encontradas en las proteínas que permiten clasificarlas en dos tipos: hélice alfa y lámina beta.

Una hélice alfa • Es una apretada hélice formada por una cadena polipeptídica. La cadena polipetídica principal forma la estructura central, y las cadenas laterales se extienden por fuera de la hélice. El grupo carboxílo (CO) de un aminoácido n se une por puente hidrógeno al grupo amino (NH) de otro aminoácido que está tres residuos mas allá (n + 4 ). De esta manera cada grupo CO y NH de la estructura central (columna vertebral o "backbone") se encuentra unido por "backbone") se encuentra unido por puente hidrógeno.

• Existen tres modelos de alfa hélice. El primeromuestra solo al carbono alfa de cada aminoácido. El segundomuestra todos los átomos que forman la columna vertebral del polipéptido . El tercero y mas completo modelo, muestra todos los puentes hidrógeno que mantienen la alfa-hélice .

A- Las hélices generalmente están formadas por aminoácidos hidrófobos , en razón que son, generalmente, la máxima atracción posible entre dichos aminoácidos. a- las hélices se observan, en variada extensión, prácticamente en todas las proteínas .

Las beta hoja plegada

• B-Las láminas beta son el otro tipo de estructura secundaria. Pueden secundaria. Pueden ser paralelas o antiparalelas. Las anti-paralelas generalmente se ven así:

• Existe un tipo especial de modelo molecular para resaltar la estructura secundaria de las proteínas. Este tipo de modelo de proteína representa los segmentos de lámina-beta como cintas en flecha (ribbons) y las alfa hélices como como cintas en espiral. El resto de la cadena polipeptídica se referencia como un espiral al azar ("random coil"), y se dibuja como una fina línea. ("random coil"), y se dibuja como una fina línea. Por favor, note que espiral al azar o "random coil" es un nombre que lleva a confusión, dado que las proteínas están altamente organizadas, pero esta región no tiene una estructura secundaria con componentes difíciles de categorizar.

Estructura Terciaria

La estructura terciaria es la estructura plegada y completa estructura plegada y completa en tres dimensiones de cadena polipeptídica, la hexoquinasa que se usa como icono en esta página es una estructura tridimensional completa.

Estructura cuaternaria

Solo esta presente si hay mas de una cadena polipeptídica. Con varias cadenas polipeptídicas, la estructura cuaternaria representa su interconexión y organización. Esta es la imagen de la hemoglobina, una proteína Esta es la imagen de la hemoglobina, una proteína con cuatro polipéptidos, dos alfa-globinas y dos beta globinas. En rojo se representa al grupo hem (complejo pegado a la proteína que contiene hierro, y sirve para transportar oxígeno).

Estructura de la

ProteínaProteína

Efecto de la Temperatura en las enzimas

Ácidos Nucleicos

Una molécula de ácido nucleico es un polímero lineal en el cual los monómeros (nucleótidos) están unidos por medio de

puentes o uniones fosfodiéster..

La información genética o genoma, está contenida en unas moléculas llamadas ácidos nucleicos.

Existen dos tipos de ácidos nucleicos:

ADN y ARN.

La información genética o genoma, está contenida en unas moléculas llamadas ácidos nucleicos.

Existen dos tipos de ácidos nucleicos:

ADN y ARN. ADN y ARN.

El ADN guarda la información genética en todos los organismos celulares, el ARN es necesario para que se exprese la información contenida en el ADN

ADN y ARN.

El ADN guarda la información genética en todos los organismos celulares, el ARN es necesario para que se exprese la información contenida en el ADN

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COMPOSICIÓN QUÍMICA Y COMPOSICIÓN QUÍMICA Y ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS

NUCLEICOSNUCLEICOS

• Los ácidos nucléicos resultan de la polimerización de monómeros complejos

• Los ácidos nucléicos resultan de la polimerización de monómeros complejos polimerización de monómeros complejos denominados nucleótidos.

• Un nucleótido está formado por la unión de un grupo fosfatoal carbono 5’ de una pentosa. A su vez la pentosa lleva unida al carbono 1’ una base nitrogenada.

polimerización de monómeros complejos denominados nucleótidos.

• Un nucleótido está formado por la unión de un grupo fosfatoal carbono 5’ de una pentosa. A su vez la pentosa lleva unida al carbono 1’ una base nitrogenada.

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Nucleótido (monofosfatado) AMP

Bases Púricas

Adenina (A) Guanina (G)

Bases Pirimidínicas

Citosina (C) Timina (T)

Pentosas

ATP (adenosin trifosfato):Es el portador primario de energía de la célula. Esta molécula tiene un papel clave para el metabolismo de la

Nucleótidos de importancia biológicaNucleótidos de importancia biológica

tiene un papel clave para el metabolismo de la energía.

La mayoría de las reacciones metabólicas que requieren energía están acopladas a la hidrólisis de ATP.

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ATP (Adenosin trifosfato) ATP (Adenosin trifosfato)

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• AMP cíclico: Es una de las moléculas encargadas de transmitir una señal química que llega a la superficie celular al interior de la célula.

• NAD+ y NADP+: (nicotinamida adenina dinucleótido y nicotinamida adenina dinucleótido fosfato). Son coenzimas que intervienen en las reacciones de oxido-reducción, son moléculas que transportan electrones y protones. Intervienen en procesos como la respiración y la fotosíntesis.

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AMPAdenosinmonofosfato

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NAD+ y NADP+

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POLINUCLEÓTIDOS

• Existen dos clases de nucleótidos, los ribonucleótidosribonucleótidosen cuya composición encontramos la pentosa ribosaribosa y los desoxirribonucleótidosdesoxirribonucleótidos, en donde participa la desoxirribosadesoxirribosa.

• Los nucleótidos pueden unirse entre sí, mediante enlaces • Los nucleótidos pueden unirse entre sí, mediante enlaces covalentes, para formar polímeros, es decir los ácidos nucleicos, el ADN y el ARN.

• Dichas uniones covalentes se denominan uniones fosfodiéster. El grupo fosfato de un nucleótido se une con el hidroxilo del carbono 5’ de otro nucleótido, de este modo en la cadena quedan dos extremos libres, de un lado el carbono 5’ de la pentosa unido al fosfato y del otro el carbono 3’ de la pentosa.Mirel Nervenis

Polimerización de un ARN

Los puentes fosfodiéster unen el carbono 3´ de la pentosa de un nucleótido al carbono 5´ en la pentosa del nucleótido adyacente.

ADN ADN –– ÁCIDO ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICODESOXIRRIBONUCLEICO

• En 1953 Watson y Crick propusieron el modelo de doble hélice, para esto se valieron de los patrones obtenidos por difracción de rayos X de fibras de ADN.

• Este modelo describe a la molécula del ADN como una doble hélice, enrollada sobre un eje, como si fuera una escalera de caracol y cada diez pares de nucleótidos alcanza para dar un giro completo.

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Doble Hélice de ADNde ADN

Enlaces Puentes de Hidrógeno

Estructura de ADN

ADN

Tipos de ADN

Tipos de ADN

Demostración de la Transformación Bacteriana

Esperimento deF. Griffith, 1928, utilizando Streptococcus pneumoniae

Demostración de que el ADN es el agente transformante

Experimento de O. Avery, M Mac Leod y M . Mc Carthy, 1944

Demostración que de que el material genético del fago es ADN

Experimento de Hershey y Chase, 1952

ARN ARN –– ÁCIDO RIBONUCLEÍCOÁCIDO RIBONUCLEÍCO

El ácido ribonucleíco se forma por la polimerización de ribonucleótidos. Estos a su vez se forman por la unión de:

• a) un grupo fosfatofosfato. • b) ribosaribosa, una aldopentosacíclica y • b) ribosaribosa, una aldopentosacíclica y • c) una basebase nitrogenadanitrogenadaunida al carbono 1’

de la ribosa, que puede ser citocina, guanina, adenina y uracilo. Esta última es una base similar a la timina.

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• En general los ribonucleótidos se unen entre sí, formando una cadena simple, excepto en algunos virus, donde se encuentran formando cadenas dobles.

• La cadena simple de ARN puede plegarse y presentar regiones con bases apareadas, de este presentar regiones con bases apareadas, de este modo se forman estructuras secundarias del ARN, que tienen muchas veces importancia funcional, como por ejemplo en los ARNt (ARN de transferencia).

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Polinucleótido

• ARN pre mensajero (ARNpm): es el que se forma durante la transcripción de eucariontes.

• ARN mensajero (ARNm) : es el que resulta de la maduración del ARN pm

• ARN de transferencia (ARNt) :se unen a los aminoácidos para transportarlos al ribosoma durante la síntesis proteica.

• ARN ribosomal (ARNr): forma parte de la estructura de los ribosomas.

• Ribozimas:son ARNs con actividad catalítica.

• ARNs nucleares pequeños (snARN):de 100 a 250 nucleótidos. Forman parte de las ribonucleoproteínas pequeñas que participan en la eliminación de los intrones participan en la eliminación de los intrones tipo II.

• ARNs antimensajeros (ARN am):contienen secuencias complementarias a la de algunos ARNm, se unen y bloquean su acción.

ARNt

El ADN y el ARN se diferencian:

• el peso molecular del ADN es generalmente mayor que el del ARN

• el azúcar del ARN es ribosa, y el del ADN es desoxirribosadesoxirribosa

• el ARN contiene la base nitrogenada uracilo, mientras que el ADN presenta timina

• la configuración espacial del ADN es la de un doble doble helicoidehelicoide, mientras que el ARN es un polinucleótidopolinucleótidolineallineal monocatenariomonocatenario, que ocasionalmente puede presentar apareamientos intracatenarios

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Diferencias estructurales entre el DNA y el RNADiferencias estructurales entre el DNA y el RNA

pentosa bases nitrogenadas estructura

DNA

RNA

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