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Tema 2.- Componentes químicos de la célula: biomoléculas inorgánicas BLOQUE I: LA BASE MOLECULAR Y FÍSICO-QUÍMICA DE LA VIDA

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Tema 2.- Componentes químicos de la célula: biomoléculas inorgánicas

BLOQUE I: LA BASE MOLECULAR Y FÍSICO-QUÍMICA DE LA VIDA

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Tema 2.- Componentes químicos de la célula: biomoléculas inorgánicas

A.- Los bioelementos y las biomoléculas.

-Elementos biogénicos primarios, secundarios y oligoelementos. B.- Los enlaces químicos y su importancia biológica. C.- Las biomoléculas inorgánicas:

-El agua: propiedades fisicoquímicas y funciones en los seres vivos. -Las sales minerales.

D.-Fisicoquímica de las dispersiones acuosas. -Difusión y ósmosis: soluciones isotónicas, hipotónicas e hipertónicas.

-Concepto de diálisis

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Elementos principales Oligoelementos

De los 92 elementos existentes en la naturaleza, tan sólo 6 de ellos representan más del 90 % de la materia viva.

COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA

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ELEMENTOS BIOGÉNICOS

PRIMARIOS: Los más abundantes en los seres vivos (alrededor del 96% en peso) con ellos formamos las biomoléculas

C, H, O, N, (P y S)

SECUNDARIOS: Aparecen en menor proporción pero intervienen en funciones muy importantes para la célula.

Na, K, Ca, Mg y Cl

COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA

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ELEMENTOS BIOGÉNICOS

OLIGOELEMENTOS: En general representan menos del 0,1 % en peso.

►Esenciales o indispensables:

Fe, Mn, Cu, Zn, F, I, B, Si, V, Cr, Co, Se, Mo, Sn.

►No esenciales para todas las especies:

Li, Al, Pb...

COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA

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0

10

20

30

40

50 47

28 26

8,2

0,2 0,14

0,05 0,04

25

0,001 0,01 0,001

49

12

1,1 2,5

% en la corteza terrestre

% en Los seres vivos

COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA

Los seres vivos hemos “elegido” de entre loe elementos químicos presentes en la superficie de nuestro planeta aquellos que son más apropiados.

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Composición de un hombre adulto de 70 Kg de peso (60% de agua)

Elemento Peso % en peso % total de átomos O 43.9 Kg 62.7 25.6

C 13.5 Kg 19.3 10.5

H 6.54 Kg 9.34 60.95

N 3.6 Kg 5.14 2.39

Ca 1.13 Kg 1.61 0.27

P 55O g 0.79 0.16

S 324 g 0.46 0.10

K 154 g 0.22 0.04

Na 140 g 0.20 0.06

Cl 112 g 0.16 0.03

Mg 27 g 0.04 0.01

COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA

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Composición de un hombre adulto de 70 Kg de peso (60% de agua)

Elemento Peso

Fe 4 g

F 3.3 g

Zn 2.1 g

Si 1.1 g

Cu 70 mg

I 15 mg

Co 1.5 mg

Hg 13 mg

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Necesidades en humanos de algunos bioelementos

Na y K 1.5 a 6 g diarios

Cl 1-2 g diarios

P 1-1.5 g diarios

Ca 0.4-1 g diarios

Mg 200-400 mg diarios

Fe 10-15 mg diarios

I 100-500 μg

Se 50-200 μg

Cr 50-200 μg

Co 5-10 μg

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Geometría de los enlaces del Carbono

Distribución tetraédrica de los enlaces sencillos

Enlace sencillo Carbono Carbono

Enlace doble Carbono Carbono

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Principales grupos funcionales

Hidroxilo (Alcohol)

Carbonilo (Aldehido)

Carbonilo (Cetona)

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Carboxilo (Ácido)

Amino

Metilo

Principales grupos funcionales

COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA

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Glucosa

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Ejemplos de diferentes tipos de esqueletos carbonados en las biomoléculas

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Fosfoglicérido

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Un Nucleótido

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COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA

Un segmento de DNA de 12 pares de bases

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Una proteína: la enzima Hexoquinasa

ATP

Glucosa

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El ENLACE METÁLICO

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REPASO A LOS TIPOS DE ENLACE QUÍMICO

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El ENLACE IÓNICO es típico de los compuestos llamados sales.

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El ENLACE COVALENTE se produce cuando dos átomos comparten un par de electrones

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Componentes moleculares de una célula de E. coli

Moléculas Número aproximado de moléculas diferentes

Porcentaje en peso de la célula

Agua 1 70 %

Iones inorgánicos 20 1 %

Polisacáridos 5 3 %

Lípidos 20 2 %

Moléculas pequeñas: intermediarios metabólicos y monómeros

500 2 %

Proteínas 3000 15 %

Ácidos nucleicos: ADN ARN

1

↑ 3000

1 % 6 %

Biomoléculas inorgánicas

Biomoléculas orgánicas

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El agua es la molécula mayoritaria en todos los seres vivos, y está íntimamente ligada a la presencia de vida

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CONTENIDO EN AGUA EN DIFERENTES ESPECIES Y ESTRUCTURAS

Medusa 90 a 98%

Algas 95%

Melocotón 89%

Hongos 80%

Caracol 80%

Cangrejo 77%

Semillas Variable: 10 al 60%

Humanos adultos 63%

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CONTENIDO EN AGUA EN DIFERENTES TEJIDOS ESTRUCTURAS HUMANAS

Humanos adultos 63%

Feto humano de 3 meses 94%

Recién nacido 69%

Sistema nervioso 86%

Músculo 76%

Hígado 75%

Hueso 25%

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Estructura de la molécula de agua

La molécula de agua es un dipolo

El enlace H-O es un enlace covalente polar

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Los dipolos de agua se atraen entre sí formando un tipo de enlace débil llamado puente, o enlace, de Hidrógeno.

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En el hielo cada molécula de agua forma el máximo de cuatro puentes de H, formando una red cristalina regular

Estructura del agua

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La tensión superficial es responsable de la forma esférica de las gotas de agua

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IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS

Función esquelética en muchos seres vivos

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Efecto capilar

El hielo flota

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IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LAS PROPIEDADES QUÍMICAS

El medio celular es acuoso y permite disolver multitud de sustancias.

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El medio celular es agua y por tanto, ni ácido ni básico (en principio)

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LAS SALES MINERALES

Pueden estar en forma…

Precipitada (sólida)

disueltas: en forma iónica

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Funciones esqueléticas:

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Funciones de las sales minerales en estado sólido

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La enzima Hexoquinasa PM: 100 000 D

ATP 507 D

Glucosa 180 D

Agua PM: 18 D

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Fase de Sol Fase de Gel

En la fase Sol predomina la fase dispersante (agua) y en la de Gel la fase dispersa (proteína, almidón…) sobre la dispersante Estos estados son reversibles

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Los lípidos son sustancias apolares, y por tanto insolubles en agua.

Los lípidos forman dispersiones y micelas en el medio acuoso.

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DIFUSIÓN

– La difusión es un proceso físico que depende de las concentraciones de solutos, la temperatura y la agitación, principalmente.

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La difusión de ciertas sustancias, y la impermeabilidad para otras con carga o polares, es la base de los fenómenos osmóticos y la formación de gradientes electroquímicos.

Medio isotónico Medio hipertónico Medio hipotónico

Célula isotónica

Célula hipotónica

Célula hipertónica

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