La materia es una mezcla natural de tipo coloide que tiene como solvente el agua y como soluto principalmente las grandes moléculas orgánicas o macromoléculas




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TEMA II

ORGANIZACIÓN MOLECULAR DE LA CÉLULA

La materia es una mezcla natural de tipo coloide que tiene como solvente el agua y como soluto principalmente las grandes moléculas orgánicas o macromoléculas.


Los seres vivos están formados por variedad de átomos y compuestos seleccionados a lo largo proceso evolutivo. Por tanto, para entender las estructuras y funciones de los seres vivos, necesitamos un conocimiento básico de estos átomos y compuestos, cómo se relacionan entre sí para producir movimiento, crecimiento, comunicación entre neuronas, ATP, etc.

1)Cuadro 2.1. Elementos mayores presentes en el cuerpo humano




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.



2)Cuadro 2.2. Principales Oligoelementos presentes en el cuerpo humano




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


Cuadro 2.3. Propiedades de los isótopos más utilizados en Biología


ISÓTOPO

VIDA MEDIA

ISÓTOPO ESTABLE Y % DE 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 días




125I

57,4 días

127I (100,0%)

131I

8,05 días




19O

29 s

16O (99,76%)

16N

7,35 s

14N (99,63%)



  1. BIOELEMENTOS

Llamados elementos biogenésicos, son los elementos químicos naturales presentes en los seres vivos. Se caracterizan por ser estables, tienen bajo peso molecular. De los elementos que existen (92 naturales y 17 artificiales) 27 aproximadamente se encuentran en los seres vivos.

Los clasificaremos atendiendo a su abundancia:

  • Primarios: o Macro-elementos. Son fundamentales para construir moléculas orgánicas (Glúcidos, Lípidos, Proteínas, Ácidos Nucleicos) e inorgánicas (Agua, Sales Minerales, Gases), Son en número de seis: C, H, O, N, P, S constituyendo el 98.5% del peso de la materia viva.

  • Secundarios: o Micro-elementos, con relación a los anteriores se presentan en una proporción del 1% y son: Ca, Na, K, Cl, Fe, I, Mg.

  • Trazas: u Oligoelementos, Están presentes en cantidades diminutas, en menos del 0,5%, y son indispensables para los seres vivos. Algunos actúan como cofactores enzimáticos, son: Mn, Cu, Zn, Co, F, Mo, Se, y otros más.





  1. BIOMOLECULAS

Denominados también: PRINCIPIOS INMEDIATOS

Son todas las moléculas orgánicas e inorgánicas que provienen de la combinación de los elementos biogenésicos entre sí:



Agua

Sales Minerales

Gases, Ácidos y

Bases

Carbohidratos

Lípidos

Proteínas

Ácidos Nucleicos

Vitaminas

Inorgánicas Orgánicas

Sin enlace Con enlace

C – C C – C





almidón






  1. EL AGUA

  • Es el compuesto inorgánico más abundante en la Tierra.

  • Es el más abundante de los compuestos en un ser vivo

  • El contenido de agua en un organismo depende de la edad y de la actividad metabólica.

  • Es importante: por ser el solvente de la mayoría de las Biomoléculas, actuar como medio dispersante, participar en muchas reacciones químicas.

  • El agua representa el 65 a 70% del peso corporal de (un hombre de 70 kg de peso tiene aproximadamente 42 litros de agua). La distribución corporal del agua en el ser humano es como sigue:

    • Intracelular (2/3) dentro de la célula y se encuentra como:

      1. Agua libre 95%: como solvente y dispersante del coloide

      2. Agua ligada (5%): unida laxamente a las proteínas

    • Extracelular: (1/3) distribuida en:

      1. Intersticio: Liquido cefalorraquídeo y sinovial

      2. Plasma: dentro de vasos sanguíneos y linfáticos

  • Su molécula está formada por dos átomos de H y un átomo de O unidos por enlaces covalentes, es una molécula polar lo que permite que se adhiera electrostática mente a proteínas y otras Biomoléculas polares (agua ligada)

  • Tiene enlace Puente de H (Es un enlace no covalente que se forma por atracción electrostática entre el átomo de O con el átomo de H de otra molécula de agua) que es la base de muchas de las propiedades térmicas del agua.


Propiedades del Agua:

  • Alto calor específico 1 cal/g.°C

  • Elevado punto de ebullición 100°C a 1 atm. De presión

  • Calor latente de vaporización 540 cal/g

  • Alta capacidad de conductividad térmica

  • Densidad (máxima a 4°C) 1 g/cm3

  • Gran capacidad disolvente gracias a su naturaleza dipolar

  • Bajo poder de ionización al disociarse en un anión (OH-) y un catión (H+) considerando que a temperatura y presión standard, sólo se disocian 1 x 10-7 moles/l de moléculas de agua

Funciones:

  • Es el hábitat de muchos organismos vivos

  • Constituye el medio dispersante en los líquidos intracelulares y extracelulares

  • Mantiene la morfología celular o tisular (estructural)

  • Es el medio en el que se transportan las sustancias

  • Ayuda a mantener constante la temperatura de los organismos vivos (termorreguladora)

  • Es el lubricante de membranas u otras estructuras celulares (amortiguadora)

  • Indispensable para la realización del metabolismo ya que todo proceso fisiológico se produce en medio acuoso.

  • Las primeras formas de vida se originaron en el agua.




  1. SALES MINERALES

Estos compuestos inorgánicos se encuentran en pequeñas proporciones en el protoplasma.

En los seres vivos se encuentran en tres formas:

  • Disueltas: las que se ionizan en medio acuoso, las más importantes son:

Cationes: Na+, K+, Ca++, Mg++

Aniones: Cl-, PO4---, CO3--, HCO3-, SO4--.

Hay concentraciones iónicas constantes en el medio interno, cualquier

Variación de dicho equilibrio provoca alteraciones fisiológicas.

Los iones más abundantes son:


Iones


Intracelular

Extracelular

Catión

K+

Na+

Anión

PO4---

Cl-




  • Precipitadas: Aquellas que constituyen estructuras sólidas, insolubles, con función esquelética.

Ejemplo: Concha de moluscos, en los huesos, en las diatomeas

  • Asociadas: Aquellas que están combinadas con proteínas (Fosfoproteínas), con lípidos (fosfolípidos).

Funciones:

  • Regula la presión osmótica de las células

  • Regula el equilibrio ácido-base de la célula

  • Forman estructuras esqueléticas

  • Estabilizan dispersiones coloidales

  • Actúan como cofactores

  • Intervienen como buffer.




    1. CARBOHIDRATOS o GLUCIDOS

Llamados también Glúcidos, Hidratos de Carbono o Azúcares.

-Son los compuestos ternarios (formados por C – H – O)

-Químicamente se derivan de los aldehídos (Aldosa... osa) o de las cetonas (Cetosa... Ulosa) de alcoholes polihidroxilados.

-Son los primeros compuestos orgánicos sintetizados por los organismos autótrofos (fotosíntesis) y los principales en aportar energía a los seres vivos.

-Clasificación: Según su estructura y según el N° de carbonos en la cadena:

        1. Osas: Monosacáridos

        2. Holósidos: de dos a diez monosacáridos

        3. Heterósidos

-Monosacáridos

  • Triosas: Glicéridos, dihidróxiacetona

  • Tetrosas: Eritrosa, Eritrulosa

  • Pentosas: Ribosa, Desoxirribosa, Ribulosa

  • Hexosa: Glucosa, Fructosa, Galactosa

  • Heptosas: Heptulosas



-Disacáridos: Maltosa, Lactosa, Sacarosa, trehalasa



-Trisacáridos: Rafinosa

-Oligosacáridos: Maltotriosa

-Polisacáridos: Unión de muchos monosacáridos (11 a miles) con pérdida de una molécula de agua (enlace glucosídico)

  • De reserva: Almidón ( amilosa y Amilopectina) Glucógeno ( en hígado y músculos)

  • Estructural: Celulosa (forma la pared celular unidades de glucosa) Quitina (exoesqueleto de artrópodos) Unidades de acetil glucosamina

        1. Glucoproteidos

          • Glucolípidos

          • Glúcidos de los Ácidos Nucleicos

Carbohidratos más importantes:

  • Osas: Son monosacáridos Cn(H2O)n

Glúcidos formados por 3, 4, 5, 6 ó 7 átomos de carbono

Se clasifican en triosas, tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas

Tienen estructura lineal las triosas y tetrosas

A partir de las pentosas adoptan forma cíclica, pueden formar anillos de 5 lados (furanos) y de seis lados (piranos, el grupo hidroxilo del carbono 1 (aldosas) o el carbono 2 (cetosas) puede estar orientado en posición  hacia arriba o en posición  hacia abajo:

-Arabinosa: Goma arábiga

-Xilosa: Madera

-Ribosa: Constituye el ARN, ATP, NAD, FAD

-Desoxirribosa: Desoxiazúcar (pierde un oxígeno), está en el ADN







-Ribulosa: Es el fijador del CO2 en la fotosíntesis

-Glucosa: Dextrosa es el más abundante e importante, se encuentra en la sangre, jugo de uvas y en los tejidos

-Fructosa: Levulosa Es el glúcido más dulce que existe (miel)



-Galactosa: Forma el azúcar de la leche, está en el tejido nervioso.

  • Disacáridos: C12 H22 O11

Formados por la unión de dos monosacáridos mediante Enlace Glucosídico (se origina de la reacción entre grupos OH de dos monosacáridos con pérdida de una molécula de agua)

-Sacarosa: Glucosa + Fructosa, es el azúcar de mesa, se obtiene de la caña de azúcar (remolacha) (no tiene poder reductos sobre el Licor de Fehling) Tiene enlace  (1 – 2)



-Lactosa: Glucosa + Galactosa, es el azúcar de leche presenta enlace  (1 – 4)



-Maltosa: Glucosa + Glucosa, es el azúcar de Malta, se da en la germinación de los cereales. Su enlace es  (1 – 4)



  • Polisacáridos: Formados por más de diez monosacáridos unidos por enlaces glucosídicos, no tienen sabor dulce:

-Almidón: Es de reserva energética de los vegetales, está integrado por dos tipos de polímeros la amilosa cuyo enlace es  (1 – 4) de cadena lineal y la amilopectina de enlace  (1 – 6) de cadena ramificada

-Glucógeno: Es un glúcido de reserva animal, se almacena en el hígado y músculos presenta más ramificaciones que el almidón tiene enlaces  (1 – 4) y  (1 – 6)

-Celulosa: Es el principal constituyente de las paredes celulares de las células vegetales, presenta enlace  (1 – 4), es el principal componente de la madera, la ropa de algodón y las hojas de los cuadernos son de celulosa.

-Quitina: Forma el exoesqueleto de los insectos, arácnidos y crustáceos, también está en la pared celular de los hongos.

-Sulfato de Condroitina: Forma la estructura del tejido cartilaginoso y óseo

cido Hialurónico: Se encuentra en la sustancia fundamental del tejido conjuntivo.

-Heparina: Interviene con anticoagulante inhibiendo la conversión de la protrombina en trombina.

(b)Número de estereoisómeros de los monosacáridos





Número de carbonos

Aldosas

Cetosas

centros quirales

estereoisómeros

Centros quirales

estereoisómeros

3

1

2

0

-

4

2

4

1

2

5

3

8

2

4

6

4

16

3

8

7

5

32

4

16
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