Bioelementos y biomoléculas

    1.2.   Composición molecular de los seres vivos: bioelementos y oligoelementos

Cuando se hace un análisis químico de los seres vivos se llega a las siguientes conclusiones:

·     Todos tienen la misma composición cualitativa y cuantitativa. Esta composición no coincide con la de la corteza, ni con la del planeta.

· Los elementos químicos de los seres vivos son los que son por sus propiedades, porque tienen las propiedades que necesitan los seres vivos, las funciones vitales.

·         Los elementos químicos de los seres vivos no lo son por azar, no son cualquiera, ni por abundancia.

En los seres vivos hay 70 elementos químicos y solo 16 están en todos los seres vivos.

Estos elementos aparecen agrupados en la tabla periódica porque tienen las mismas propiedades:

• La mayoría de los elementos tienen bajo peso atómico. El peso atómico es inversamente proporcional a la estabilidad del enlace covalente. Este enlace es el más característico de la materia orgánica. Esto nos lleva a la teoría del enlace.

Los gases nobles tienen la última capa de electrones completa por eso son absolutamente estables, no se enlazan con nadie, los átomos se enlazan para completar la última capa de electrones.

Para que los átomos se enlacen, se dan dos situaciones:

·         Enlace iónico: enlace característico de la materia inorgánica. Este enlace se debe a la fuerza de  atracción entre los iones con cargas de signos contrarios. Por ejemplo, las cargas de un ión cloro negativo (Cl^–) y un ión sodio positivo (Na⁺), se atraen las cargas y dan lugar a una molécula de cloruro de sodio, conocida como sal común. NaCl .

     

• Enlace covalente: se comparten electrones, necesita mucha energía para formarse.

            

-El peso atómico por el calor específico es igual a la constante

*Calor específico: es la cantidad de calor necesario para aumentar 1º C la temperatura de un gramo de una sustancia.

El agua tiene un alto calor específico.

Para aumentar 1º C hace falta mucho calor específico. Las sustancias que tienen un alto calor específico amortiguan los cambios de temperatura.

Esto tiene una importancia vital para los seres vivos. La función es igual al metabolismo, lo que da lugar a las reacciones químicas e intercambios de energía. Esto nos permite evitar sobrecalentamiento mortal.

Existen dos clases de iones:

• Iones monovalentes: son átomos que tienen una carga eléctrica, como el Na, K, etc. Los iones monovalentes tienen dos características:
• Tienen carga eléctrica
• Son solubles en agua

Gracias a estas dos características lo utilizamos en los gradientes eléctricos químicos.

El gradiente es una variable que sigue una línea. Es muy importante para la contracción muscular o el impulso nervioso por ejemplo.

Presión osmótica: se debe a que hay un soluto disuelto. Empuja al soluto y al disolvente hasta que se igualan las concentraciones, esto se llama difusión, que es el principal sistema de transporte de los seres vivos y se utiliza en gradientes químicos o de concentración.

• Iones divalentes: como el Ca, Mg, Co o Fe (metales pesados).

Los iones divalentes les resultan muy sencillo aceptar o desprender un electrón. Nos encontramos con las coenzimas redox que colaboran con las enzimas redox. También encontramos cadenas transportadoras de electrones, la encontramos en la respiración celular y en la fotosíntesis.

*C, H, O, N: Son el 95% de los átomos de los seres vivos.

Tienen muy diferente su electronegatividad: adición que tienen por los electrones.

El C y H, tienen baja electronegatividad.

El O y N, tienen alta electronegatividad.

Enlace covalente en lo que los átomos están asimétricamente distribuidos y esto da lugar a covalentes dativos, las moléculas son polares (solubles en agua). Otra característica de C/H es que se oxidan y se reducen con facilidad.

Un gran porcentaje de reacciones metabólicas son redox.

• Carbono(C): es un átomo extraordinario para los seres vivos. Puede formar cuatro enlaces covalentes, que pueden formar consigo mismo C con C y con otros elementos de los seres vivos. Tiene un bajo peso atómico y cuando forma enlaces covalentes consigo mismo son muy estables. No se rompen fácilmente por eso las cadenas de C constituyen el esqueleto de las moléculas orgánicas. Es más, los enlaces entre los C permiten que las cadenas sean infinitas, largas lineales,C-C-C-C. También pueden formar anillos. El carbono se encuentra dentro de un tetraedro, formando enlaces tridimensionales.  Las moléculas de C tienen forma tridimensional. Si sumamos estas dos cualidades, se podrían hacer infinitas moléculas de C diferentes. 

Formando tetraedro

• Silicio (Si): Puede formar cuatro enlaces covalentes. Son menos estables y se rompen fácilmente. Tiene un peso atómico mayor que el del C. Las cadenas de oxígeno con silicio son inertes, como la silicona, esto lo hace inútiles para los seres vivos.

El 35% de la composición de la Tierra es Silicio. Las moléculas orgánicas deben ser suficientemente estables para no romperse con facilidad. También tienen que ser suficientemente inestables como para ser capaces de transformarse durante el metabolismo.

Elementos químicos de la vida:

• Bioelementos: 0.1%
• C, H, O, N: 95%
• Na, K, Cl, P: superiores a 0.1%
• Oligoelementos: están presentes en pequeñas cantidades, por debajo del 0.1%. Se han localizado hasta 60 oligoelementos diferentes. Pero solo 14 son comunes a los seres vivos, como el Fe, Mg, Cu, Co, etc. A veces es difícil saber que función realizan porque algunos se encuentran en cantidades muy pequeñas. Exceso de un oligoelemento puede ser perjudicial y la carencia también puede serlo.

Algunos de los 14 oligoelementos comunes en todos los seres vivos son los siguientes:

      El yodo (I), fabrica la hormona tiroidea, enfermedad del bocio.

      El hierro (Fe), forma la hemoglobina en la sangre.

      El flúor (F), forma el esmalte dental.

1.3.   Características de las biomoléculas

Las biomoléculas son las moléculas que forman parte de los seres vivos.

El 70% de los seres vivos es agua y el resto es el peso seco. Del peso seco el 95% son moléculas orgánicas. El 5% restante son sales minerales.

Hay dos tipos de biomoléculas: 

- Inorgánicas: agua, sales y gases           

-Orgánicas: Glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

•       Biomoléculas Orgánicas:

Son unas moléculas muy grandes, macromoléculas.

Una sola molécula de ADN puede tener miles de nucleótidos. Como las Proteínas.

Polímeros, molécula grande formada por otras moléculas más pequeñas llamadas monómeros.

Proteínas: aminoácidos (aa).

Ácidos nucleicos: nucleótidos.

Glúcidos: monosacáridos.

Lípidos: ácidos grasos, como el alcohol.

No todas las biomoléculas son iguales, hay dos tipos distintos:

-  Polímeros de monómeros iguales: por ejemplo el caso de los glúcidos, el almidón que esta formado por miles de glucosa y los lípidos.

-   Las demás biomoléculas orgánicas son polímeros de monómeros diferentes. Por ejemplo las proteínas, que tiene 20 aminoácidos distintos y los ácidos nucleicos, que tiene 4 nucleótidos distintos.

Polímeros de monómeros iguales: se utilizan para almacenar.

Los lípidos y los glúcidos tienen la función de reserva y fuente de energía.

La función de reserva como el almidón y la función de fuente de energía como los monosacáridos y los ácidos grasos.

También tienen la función de ladrillo de construcción, función estructural: como la celulosa y los fosfolípidos.

La función de reserva y fuente de energía y la función estructural son funciones pasivas, no hacen nada. Son pasivas porque están compuestos por polímeros de monómeros iguales.

Polímeros de monómeros diferentes: Como los ácidos nucleicos y las proteínas.

Tienen la siguiente propiedad que los polímeros iguales no tienen: orden y secuencia. Esto le permite tener información.

Los ácidos nucleicos tienen la información genética, secuencia de nucleótidos.

La información de la proteína, es su secuencia de aminoácidos, la cual determina la forma de la proteína y su función.

Los polímeros de monómeros diferentes, tienen muchas funciones activas, saben hacer muchas cosas.