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ACCESO BIOLOGÍA: TEMA 1 Página 1

TEMA 1: LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE

LA MATERIA VIVA

1. BIOELEMENTOS La materia viva presenta unas características y propiedades distintas a las de la materia inerte. Estas

características y propiedades encuentran su origen en los átomos conforman la materia viva: los llamados

bioelementos.

La composición química de los seres vivos se encuentra presente solamente una parte, relativamente

pequeña, de los elementos químicos de la naturaleza; sin embargo, la frecuencia de los mismos en la materia

viva es muy diferente, clasificándolos en primarios, secundarios y oligoelementos.

BIOELEMENTOS % EN LA MATERIA VIVA ÁTOMOS

Primarios 96% C, H, O, N, P, S

Secundarios 3,9% Ca, Na, K, Cl, Mg, Fe

Oligoelementos 0,1% I, Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Ni, Si.

1.1. BIOELEMNTOS PRIMARIOS

Representan el 96% de la materia de los seres vivos. El carbono (C) forma las estructuras básicas de

todas las moléculas orgánicas. Puede formar enlaces simples, dobles y triples, originando estructuras

tridimensionales de vital importancia para los seres vivos. El hidrógeno (H) y el oxígeno (O) aparecen en

todas las moléculas, siendo, además, los componentes de la molécula de agua, sustancia de vital importancia

en los seres vivos. El nitrógeno (N) interviene en la formación de aminoácidos, componentes de las proteínas,

composición del ADN, ARN, en lípidos y en las sales de fosfato de los huesos. El azufre (S) se encuentra en

algunos aminoácidos constituyentes de las proteínas.

1.2. BIOELEMENTOS SECUNDARIOS

Son elementos que se encuentran en menos proporción en los seres vivos, se presentan en forma iónica.

El calcio (Ca), forma estructuras como conchas, caparazones y huesos, siendo necesarios también en el

proceso de contracción muscular. El sodio (Na), potasio (K) y cloro (Cl), mantienen la salinidad de los

medios internos y permiten el impulso nervioso. El magnesio (Mg) forma parte de la estructura de la molécula

de clorofila y el hierro (Fe) forma parte de la estructura de proteínas como la hemoglobina.

1.3. OLIGOELEMENTOS

Los oligoelementos aparecen en muy baja proporción en la materia viva. Algunos de ellos solo en

determinados tipos de organismos.

2. BIOMOLÉCULAS Las biomoléculas son las moléculas que forman parte de los seres vivos, también llamadas principios

inmediatos. Pueden ser inorgánicas, si pueden formar parte de los seres inertes, y orgánicas, si solo se

encuentran en los seres vivos.

2.1. BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS

Son el agua y las sales minerales, además de gases como el dióxido de carbono (CO2) y el oxígeno (O2)

2.1.1. El agua

El agua es el compuesto químico más abundante de los seres vivos, donde se renueva sin cesar, de tal

forma que existe un continuo aporte y eliminación de la misma, permaneciendo prácticamente constante la

cantidad de agua en cada ser vivo.


La molécula de agua posee unas propiedades físicas y químicas que van a permitir unas funciones

indispensables para los seres vivos, poseyendo un gran número de funciones dentro de los mismos y

generándose como consecuencia de determinadas reacciones metabólicas.

ESTRUCTURA

La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos

enlaces covalentes. El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones

de enlace. El resultado que la molécula de

agua, aunque tiene una carga total neutra,

presenta una distribución asimétrica de sus

electrones, lo que la convierte en una molécula

polar. Alrededor del oxígeno se concentra una

densidad de carga negativa, mientras que los

núcleos de hidrógeno quedan desprovistos

parcialmente de electrones y manifiestan, por lo tanto, una densidad de carga positiva. Por eso en la práctica

la molécula de agua se comporta como un dipolo.

Esta estructura permite que se establezcan interacciones dipolo-dipolo entres las propias moléculas de

agua, formándose enlaces o puentes de hidrógeno; la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula

ejerce atracción electrostática sobre las

cargas parciales positivas de los átomos

de hidrógeno de otras moléculas

adyacentes. Estas uniones, aunque

débiles, permiten a las moléculas de

agua formar una especie de red

responsable de alguna de sus

propiedades.

PROPIEDADES

El agua tiene propiedades especiales, derivadas de su singular estructura. Estas propiedades son:

➢ ALTO CALOR ESPECÍFICO: Para aumentar la temperatura del agua un grado centígrado es necesario

comunicarle mucha energía para poder romper los puentes de Hidrógeno que se generan entre las

moléculas.

➢ ALTA COHESIÓN. Las moléculas de agua están muy cohesionadas por la acción de los puentes de

hidrógeno. Esto produce una película de agua en la zona de contacto del agua con el aire (tensión

superficial) y permite al agua ascender por las paredes de un capilar.

➢ FORMACIÓN DE DIPOLOS. Como ya se ha mencionado, la mayor parte de las moléculas de agua

forman un dipolo, con un diferencial de carga negativa y un diferencial de cargas positiva.

➢ DENSIDAD DEL AGUA. En estado líquido el agua es más densa que en estado sólido, por ello, el

hielo flota en agua. Esto ocurre por la forma de cristalizar las moléculas que ocupan más volumen.

Muchas de estas propiedades se aprovechan en algunas de las funciones únicas de los seres vivos:

▪ Disolvente polar universal: el agua, al formar dipolos, es el mejor disolvente para todas aquellas

moléculas polares; sin embargo, las moléculas apolares no se disuelven en agua.

▪ Amplio intervalo de temperaturas en las que el agua permanece en estado líquido: el medio

líquido es donde se realizan las reacciones químicas características de los seres vivos.

▪ Función de transporte: por ser un buen disolvente, y por poder ascender por las paredes de un capilar,

por su elevada cohesión, los seres vivos utilizan el agua como medio de transporte por su interior.

▪ Función estructural: por su elevada cohesión, el agua confiere estructura, volumen y resistencia a las

células de los tejidos.

▪ Función termorreguladora: el alto calor específico y el elevado calor de vaporización, hace que el


agua es el material ideal para mantener constante la temperatura, absorbiendo el exceso de calor o

cediendo energía si es necesario.

2.1.2. Sales minerales

Las sales minerales son biomoléculas inorgánicas que aparecen en los seres vivos de forma precipitada,

disuelta en forma de iones o asociada a otras moléculas.

➢ PRECIPITADOS: las sales en forma precipitada forman estructuras duras, que proporcionan

protección al organismo que las posee, el caso de las conchas, los caparazones o los esqueletos.

➢ DISUELTAS: Las sales disueltas en agua manifiestan cargas positivas o negativas. Los cationes

(positivas) son los más abundantes (sodio, potasio, calcio, magnesio…) Los aniones (negativos) son

el cloruro, fosfato, carbonato. Las sales disueltas tienen distintas funciones:

o Regulan la salinidad en el medio interno de los

organismos. Si tenemos dos disoluciones acuosas de

distinta concentración separadas por una membrana

semipermeable, dicha membrana deja pasar el

disolvente (agua) pero no el soluto (sal),

produciéndose un fenómeno llamado ósmosis. Es un

proceso de difusión pasiva donde el agua pasa de la

disolución más diluida (hipotónica) a la más

concentrada (hipertónica), atravesando la membrana

semipermeable; esto continuará hasta que las dos

soluciones tengan la misma concentración

(isotónicas). Las sales disueltas, por lo tanto,

provocan el movimiento de agua en el medio interno.

Como veremos más adelante, las células poseen membranas semipermeables, permiten el paso

de agua, pero no de sales; si la célula se encuentra en un medio hipotónico, absorberá agua

hinchándose, pudiendo llegar al extremo de estallar dando origen a la citólisis; en caso

contrario (medio hipertónico) el agua tiende a salir llevando a la deshidratación celular, en caso

extremos llegar a la muerte celular, proceso denominado crenación. En el caso de las células

vegetales y como consecuencia de la presencia de la pared celular, los procesos se denominan

turgencia (medio externo hipotónico) y plasmólisis (medio hipertónico).

o Amortiguan el pH de las disoluciones. El pH es una medida de la cidez de una disolución. La

presencia de sales hace que las disoluciones tengan un pH más cercano a la neutralidad.

o Acciones específicas de los iones. Los iones pueden asociarse a moléculas, permitiendo

realizar funciones, que no serían posible sin su presencia. Por ejemplo el Fe2+ que se asocia a

la hemoglobina y permite el trensporte de oxígeno, o el Na+ y el K+ que parcipan el la

transmisión del impulso nervioso por las neuronas.

2.2. BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS

Las moléculas orgánicas, atendiendo a la longitud y complejidad de su cadena, se pueden clasificar

como monómeros o polímeros. Los monómeros son moléculas pequeñas, los polímeros son agrupaciones de

monómeros, iguales o distintos, que componen una molécula mayor. Los grupos en los que se clasifican las

biomoléculas orgánicas son: hidratos de carbono o glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

3. HIDRATOS DE CARBONO O CARBOHIDRATOS O GLÚCIDOS Los hidratos de carbono están formados por C, O e H (estos dos últimos en la misma proporción que en el

agua), aunque a veces también se pueden encontrar nitrógeno o fósforo. Comprende los azúcares o sacáridos

y las sustancias directamente derivadas de ellos.


3.1. CLASIFICACIÓN DE LOS HIDRATOS DE CARBONO.

Los hidratos de carbono se clasifican en osas o monosacáridos y ósidos. Los monosacáridos son azúcares

sencillos, sus moléculas contienen de tres a ocho átomos de carbono, clasificándose a su vez en triosas,

tetrosas, pentosas, hexosas, heptosas y octosas, según tengan 3, 4, 5, 6, 7 y 8 átomos de carbono. Los ósidos

pueden ser a su vez holósidos, unión de varios monosacáridos (disacáridos, trisacárido, polisacáridos), y

heterósidos, unión de monosacáridos y otro tipo de moléculas (glucoproteínas, glucolípidos, etc).

MONOSACÁRIDOS

(osas CnH2nOn)

(a partir de 5 C son

ciclos)

Triosas

Tetrosas

Pentosas

Hexosa

Heptosa

gliceraldehido

ribosa,desoxirribosa

glucosa, fructosa

GLÚCIDOS Holósidos

(unión

monosacáridos)

Oligosacáridos Disacáridos

Trisacáridos

ÓSIDOS Polisacáridos Homopolisacáridos

Heteropolisacáridos

Heterósidos

(monosacáridos

y otras

moléculas)

Glucoproteínas

Glucolípidos

Glúcidos de los AN

3.2.MONOSACÁRIDOS

Los monosacáridos son sustancias blancas, con sabor dulce, cristalizables y solubles en agua. Su

fórmula general es CnH2nOn, donde n puede tomar valores comprendidos entre 3 y 8. Químicamente son

polialcoholes, es decir cadenas de carbono con un grupo –OH en cada

carbono.

Los monosacáridos presentan isomerías, pues dos moléculas con

la misma fórmula presentan características diferentes. Un tipo de isomería

es la funcional, en la que los monosacáridos presentan o bien un grupo

aldehído o un grupo cetona, siendo aldosas y cetosas, respectivamente.

Existen otros tipos de isomería como la

isomería espacial, cuando algún

átomo de carbono está rodeado de cuatro

radicales distintos (carbono asimétrico),

pudiéndose disponerse en el

espacio en distintas posiciones; muchos

monosacáridos poseen carbono

asimétrico, el más alejado del

grupo funcional, en la que el –OH puede

estar a la izquierda o a la derecha, dando

lugar a los isómeros L o D. También los

monosacáridos presentan

isomería óptica que consiste que la

molécula desvía la luz polarizada

a la izquierda (-) o a la derecha (+).

Los monosacáridos más importantes son las triosas, las pentosas y las hexosas. Entre las triosas

destacan el gliceraldehido y la dihidroxiacetona.


Las principales pentosas son la ribosa (forma

parte del ARN) y la desoxirribosa (del ADN).

También está la ribulosa (cetosa), que desempeña un

papel muy importante en la fotosíntesis.

Las hexosas más importantes son la glucosa, la

galactosa (ambas aldosas) y la fructosa (cetosas). La

glucosa es uno de los monosacáridos más importantes

y abundantes en los seres vivos.

Los monosacáridos de al menos 5 átomos de

carbono se cierran formando una estructura cíclica en

forma de anillo de 5 ó 6 lados (pentágono o hexágono). Esta estructura tridimensional produce dos nuevos

isómeros: α si el grupo –OH del carbono anomérico (carbono en el que se encuentra el grupo aldehído o

cetona) está por debajo del anillo y β se está por encima.

3.3.ÓSIDOS

Los ósidos son glúcidos formados por varios monosacáridos. La unión de monosacáridos se realiza a

través de un enlace especial (enlace glucosídico) que libera una molécula de agua. Los holósidos son ósidos

formados por varios monosacáridos, se clasifican en oligosacáridos y polisacáridos. Los heterósidos son

glúcidos formados por la unión de monosacáridos y moléculas no glucídicas.

3.3.1. Holósidos: oligosacáridos

Los oligosacáridos son glúcidos formados por un número pequeño de monosacáridos, entre 2 y 10. Se

denominan disacáridos, si están compuestos por dos monosacáridos, trisacáridos, si están formados por tres y

así sucesivamente.

Los disacáridos se forman por la unión de dos monosacáridos, mediante un enlace O-glicosídico y con

la producción de una molécula de agua. Esta reacción es reversible, es decir, un disacárido por incorporación

de una molécula de agua (hidrólisis) da lugar a dos moléculas de monosacáridos.

Los disacáridos más importantes son la sacarosa, la lactosa, la maltosa y la celobiosa. La sacarosa o

azúcar común es el azúcar de caña o de la remolacha, está formada por el enlace de una glucosa y de una

fructosa. La lactosa es el azúcar de la leche, está formada por la polimerización de una molécula de glucosa


y otra de galactosa. La maltosa y la celobiosa, se obtienen por la hidrólisis de dos polisacáridos, el almidón

y la celulosa respectivamente; el primero formada por dos moléculas de α-glucosa y el segundo por dos de β-

glucosa.

Para nombrar un disacárido formado se debe indicar los monosacáridos que lo constituyen y el número

de los carbonos implicados en el enlace, añadiendo α o β en función de cómo sea el primer monosacárido. En

la figura adjunta, dos figuras de glucosa unidas por enlace α 1-4.

Los oligosacáridos con más de dos monosacáridos tienen una función de almacén de información,

encontrándose en el exterior de la célula asociados a lípidos y proteínas.

3.3.2. Holósidos: polisacáridos

Los polisacáridos son polímeros de gran cantidad de monosacáridos unidos por enlace glucosídico, no

son dulces, ni cristalizan, ni tienen poder reductor como los monosacáridos. Su importancia biológica reside

en que pueden servir como reservas energéticas o pueden formar parte de estructuras.

Los homopolisacáridos están compuestos por un mismo monosacáridos repetido multitud de veces.

Los más abundantes en la naturaleza son el almidón, el glucógeno, la celulosa y la quitina.

➢ Almidón: aparece en células vegetales como molécula de reserva energética sintetizado a partir de la

glucosa producida en la fotosíntesis. Son largas cadenas ramificadas y por hidrólisis parcial se obtienen

maltosas y por hidrólisis total glucosas.

➢ Glucógeno: se forma en el hígado de los animales, siendo su molécula de reserva. Es un polímero

formado por cadenas de glucosas ramificadas y por hidrólisis parcial se obtienen maltosas y por total

glucosas.

➢ Celulosa: Es un polisacárido formado por cadenas de glucosas no ramificadas unidas por enlace β. Es

muy típico de paredes celulares vegetales, dando resistencia y dureza a las mismas. Forma fibras

complejas y resistentes mediante puentes de hidrógeno.

➢ Quitina: Es un polisacárido con función estructural. Son cadenas no ramificadas de N-

acetilglucosamina, con enlaces β 1-4. Aparece en los exoesqueletos de artrópodos, ya que ofrece gran

resistencia y dureza. Forma parte también de la pared celular de los hongos.

Los heteropolisacáridos están formados por la unión de

diferentes tipos de monosacárido. Un ejemplo es el ácido hialurónico,

sustancia de gran viscosidad por lo que actúa como lubricante en las

articulaciones y que contrarresta el envejecimiento en la piel

(formación de arrugas), pues reemplaza el volumen del líquido perdido

e incrementa la producción de colágeno. Está constituido por cadenas


de disacáridos formados por N-acetilglucosamida y ácido glucurónico (derivados de la glucosa, ver imagen).

3.3.3. Heterósidos

Son moléculas formadas por la unión de carbohidratos con otros componentes distintos. Cabe destacar

las glucoproteínas, que forman parte de las paredes bacterianas, los glucolípidos que forman parte de las

membranas celulares y los nucleótidos constituyentes de los ácidos nucleicos.

3.4. FUNCIONES DE LOS CARBOHIDRATOS

Los hidratos de carbono desempeñan en los seres vivos principalmente dos tipos de funciones:

energética y plástica:

➢ Función energética: La glucosa constituye para los seres vivos la principal fuente energética, su

oxidación durante la respiración celular provee al organismo la energía que necesita para realizar su

actividad vital. El almidón y el glucógeno, al producir glucosa fácilmente por hidrólisis, representan

las principales reservas energéticas vegetales y animales respectivamente, por lo que sirven para

guardar la energía excedente y utilizarla en momentos de necesidad.

➢ Función plástica: La celulosa forma parte de la pared celular vegetal; la quitina es el principal

componente del exoesqueleto de los artrópodos y de la pared de los hongos. La ribosa y la

desoxirribosa forman parte de la estructura de los ácidos nucleicos. Algunos carbohidratos situados en

el exterior celular forman parte de la interacción celular de éstas con otras células o partículas,

sirviendo como señal de reconocimiento en superficie para hormonas, anticuerpos, bacterias u otras

células.

4. LÍPIDOS Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas por C, H, O y en ocasional por P y N. Son un grupo de

biomoléculas con composición, estructura y funciones muy diversas, pero todos tienen en común varias

características:

▪ No se disuelven en agua, formando estructuras denominadas micelas.

▪ Se disuelven en disolventes orgánicos, tales como el cloroformo, benceno, aguarrás o acetona.

▪ Son menos densos que el agua.

4.1. CLASIFICACIÓN DE LOS LÍPIDOS

Los lípidos se clasifican en lípidos saponificables, lípidos no saponificables y ácidos grasos, aunque

realmente estos últimos son componentes de los lípidos saponificables.

ÁCIDOS GRASOS Saturados

Insaturados

SAPONIFICABLES Simples Acilglicéridos

Ceras

LÍPIDOS Complejos Fosfoglicéridos

Esfingolípidos

Glucolípidos

NO

SAPONIFICABLES

Esteroides

Isoprenoides

Prostaglandinas

4.1.1. Ácidos grasos


Los ácidos grasos se encuentran en

grandes cantidades formando parte de la

estructura de los lípidos saponificables, sin

embargo, en estado libre se encuentran solo

en cantidades mínimas.

Están formado por una larga cadena

hidrocarbonada terminada en un grupo

carboxilo terminal (-COOH) y una larga

cadena hidrocarbonada con un número par de

átomos de carbono, entre 12 y 22. Por ello los

ácidos grasos son anfipáticos, ya que tienen

una cabeza polar (grupo –COOH) y una

cadena apolar

Se pueden clasificar en función del nivel

de saturación de sus carbonos: si todos están

saturados de hidrógeno, es decir, todo el

esqueleto está formado por enlaces simples, reciben el nombre de ácidos grasos saturados; si no lo están, es

decir, existen insaturaciones (dobles enlaces C=C), se clasifican como insaturados, pudiendo ser

monoinsaturados, si solo tienen un doble enlace, o poliinsaturados, si tienen más de uno.

Las sustancias anfipáticas, forman en medio acuoso micelas, liposomas y bicapas, estructuras donde los

grupos polares se exponen al medio

acuoso y los apolares se juntan en el

interior. Un hecho importantísimo en

la formación de estructuras de los

seres vivos.

Los ácidos grasos pueden sufrir

una serie de reacciones

características, por ejemplo la

esterificación, que es la unión de su

grupo carboxilo (-COOH) con un

grupo alcohol (-OH) y la de

saponificación proceso inverso, pues

reaccionan con bases y forman

jabones (sales de ácido grasos).


4.1.2. Lípidos saponificables

Son moléculas que surgen de la esterificación de la glicerina con ácidos grasos y otras moléculas. En

función de la molécula con la que se produzca la esterificación tendremos los distintos tipos de lípidos

saponificables.

➢ ACILGLICÉRIDOS. Resultan de la unión de la glicerina con ácidos grasos, dependiendo del número

de éstos que tengan son mono, bi o triglicéridos. Si todos son iguales se dice que son acilglicéridos

simples, y si no mixtos. Si los ácidos grasos son saturados se forman molécula sólidas a temperatura

ambiente llamadas sebos o mantecas, y cuando llevan ácidos grasos insaturados se forman moléculas

líquidas o aceites. Son saponificables, obteniéndose jabones y glicerina. En los seres vivos realizan

funciones de reserva energética, protección y aislante térmico. Como sustancias de reserva poseen el

doble de energía almacenada que los azúcares con el mismo volumen.

➢ CERAS. Son ésteres de ácido graso con un alcohol

(-OH) de cadena larga con un único grupo alcohol.

Los extremos de la molécula de la cera son

hidrófobos, lo que las hace muy insolubles en agua,

por lo que su función es la impermeabilización de

superficies como la piel, plumas, frutos, hojas…

➢ FOSFOGLICÉRIDOS. Son otro tipo de lípidos

saponificables. Los fosfolípidos resultan de la

unión de un ácido fosfórico a un diacilglicerol

(glicerina unida a dos ácidos grasos). Son moléculas

anfipáticas (un extremo hidrófobo y otro hidrófilo) lo

que los hace idóneos para formar membranas celulares

formando bicapas. Existe otro tipo de fosfoglicérido,

son los fosfoaminolípidos, donde además de la

glicerina, los dos ácidos grasos y el ácido fosfórico hay

un una molécula de aminoalcohol que se une al fosfato.

➢ ESFINGOLÍPIDOS Y GLUCOLÍPIDOS. Los

primeros tienen una molécula llamada esfingosina y los segundos tienen glúcidos en su estructura.

4.1.3. Lípidos no saponificables

Los lípidos no saponificables se

clasifican en: esteroides, isoprenoides o

terpenos y prostaglandinas

▪ ESTEROIDES. Derivados de una

estructura llamada esterano. En este

grupo se encuentra la molécula de

colesterol, la vitamina D, algunas

hormonas y las sales biliares.

▪ ISOPRENOIDES O TERPENOS.

Son derivados del isopreno (2-metil-1,3-butadieno), entre ellos se encuentran algunos pigmentos y

esencias vegetales y las vitaminas A, E y K.


▪ PROSTAGLANDINAS. Son un conjunto de sustancias de

carácter lipídico derivadas de los ácidos grasos de 20 átomos de

carbono (eicosanoides) y que contiene un anillo de ciclopentano.

Actúan sobre diferentes sistemas del organismo (sistema nervioso,

músculo liso, sangre) con acción reguladora sobre diferentes

funciones: presión sanguínea, coagulación, inflamación, etc.

4.2. FUNCIONES DE LOS LÍPIDOS

Los lípidos desempeñan en los seres vivos importantes funciones entre los que destacan:

➢ FUNCIÓN ENERGÉTICA. Las grasas representan para los seres vivos una fuente de energía,

recurren a ella cuando no poseen suficientes cantidades de carbohidratos, su oxidación proporciona

mayor cantidad de energía que éstos. El exceso de grasas es almacenado como sustancia de reserva

(semillas, tejido adiposo…)

➢ FUNCIÓN ESTRUCUTRAL. Muchos lípidos como los fosfolípidos, los glucolípidos y esteroides

como el colesterol forman parte de estructuras de los organismos como las membranas biolológicas.

➢ FUNCIÓN PROTECTORA Y AISLANTE. Las ceras, por su consistencia e insolubilidad en agua,

protegen e impermeabilizan hojas, tallos y frutos en las plantas. En los animales, las ceras producidas

en las glándulas sebáceas y conducto auditivo, desempeñan el mismo papel. Las grasa depositadas

bajo la piel de los animales constituyen un importante aislante térmico.

➢ FUNCIÓN DIGESTIVA. Los ácidos biliares producen la emulsión de las grasas posibilitando la

acción de enzimas digestivas para su posterior asimilación por el organismo.

➢ FUNCIÓN REGULADORA. Muchas hormonas y algunas vitaminas son de naturaleza lipídica:

esteroides.

5. PROTEÍNAS

5.1. INTRODUCCIÓN

Las proteínas son biomoléculas orgánicas formadas siempre por átomos de C, H, O y N, pueden llevar,

además, S, P, Fe, Cu y Mg entre otros. Son las biomoléculas que mayor número de funciones realizan. Se

forman por la unión de aminoácidos mediante enlace peptídico. La diversidad de las proteínas se debe tanto

al número y tipo de aminoácidos como al orden de éstos en la cadena, establecidos en último término por el

código genético.

Según el número de aminoácidos se clasifican en:

• Oligopéptidos: si tienen menos de 12 aminoácidos.

• Polipéptidos: si tienen más de 12 y menos de 60 aminoácidos.

• Proteínas: si tienen más de 60 aminoácidos.

Las proteínas son sustancias específicas, es decir, cada especie animal o vegetal sintetiza sus propias

proteínas, diferentes de las de otras especies; incluso dentro de una misma especie hay diferencias

significativas entre las proteínas de sus distintos individuos. Los carbohidratos y los lípidos son sustancias

comunes a todos los seres vivos. Las proteínas pueden ser solubles o no según el tipo de aminoácidos que la

constituyan. La estructura de la proteína depende frecuentemente del pH y de la temperatura de la disolución

en la que se encuentre; cuando cambian estas condiciones, puede cambiar la estructura de la proteína, a este

cambio se le denomina desnaturalización; si el proceso es reversible se llama renaturalización.

5.2. LOS AMINOÁCIDOS

Las proteínas se descomponen por hidrólisis originando sustancias sencillas llamadas aminoácidos,

siendo, por lo tanto, los componentes fundamentales de las proteínas. En la constitución de las proteínas entran


únicamente veinte aminoácidos diferentes, la diferencia entre las proteínas

existentes estriba en el número de aminoácidos de cada clase que forman la

biomolécula y en el orden en el que se disponen en la misma, de ahí el

elevadísimo número de proteínas diferentes existentes y su especificidad.

Químicamente los aminoácidos se caracterizan por tener un grupo

funcional amino (-NH2) y un grupo carboxilo ácido (-COOH) unidos a un

átomo de carbono, por lo tanto es un carbono asimétrico, por lo que

presentan isomería espacial; todos los aminoácidos proteicos son L. R es un radical que varía según el

aminoácido de que se trate; puede ser lineal o cíclica, contener átomos de S o N, pude presentar otro grupo

amino o carboxilo….

Los aminoácidos son sólidos, cristalinos, con alto punto de fusión, solubles en agua y con comportamiento

anfótero (actúan como ácidos y como bases). Dependiendo del pH del medio (ácido si es bajo, básico si es

alto), los aminoácidos pueden estar ionizados, es decir, presentan carga eléctrica. Según el radical del

aminoácido pueden ser apolares, polares sin carga, polares con carga positiva y polares con carga negativa.

5.3. EL ENLACE PEPTÍDICO

Los péptidos y las proteínas se forman por la

unión de aminoácidos mediante el enlace

peptídico. Es un enlace covalente formado por el

grupo carboxilo de un aminoácido y el amino del

siguiente y con la producción de una molécula de

agua. Es un enlace rígido, haciendo que los

elementos unidos se encuentren en el mismo

plano, lo que condiciona la forma de los péptidos

o proteínas formados por este enlace.

Esta unión se puede repetir indefinidamente

formando tripéptidos, y en general polipéptidos y

proteínas.

Estas cadenas son zigzagueantes presentando

ramificaciones laterales (las correspondientes a

cada aminoácido que la forman); en uno de los extremos de esta cadena hay un grupo amino y en el otro un

grupo carboxilo.

5.4. CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS

Las proteínas, en función de su composición, se clasifican en dos grupos: holoproteínas y heteroproteínas.

Las holoproteínas están constituidas únicamente por aminoácidos; entre las más importantes se

encuentran las albúminas, las globulinas, las escleroproteínas (tejidos de sostén como el colágeno, la

queratina) y las histonas (asociadas a los ácidos nucleicos)

Las heteroproteínas, están formadas por una proteína (grupo proteico) y por una sustancia no proteica

(grupo prostético); según la naturaleza del grupo prostético se clasifican a su vez en glucoproteicos (con un

carbohidrato como la glucosa, como la mucina y las inmunoglobulinas), lipoproteicos (con un ácido graso),

cromoproteicos (el grupo prostético es un pigmento derivado de la porfirina como la hemoglobina, la clorofila

o los citocromos) y los nucleoproteicos (un ácido nucleico).

5.5. ESTRUCUTRA DE LAS PROTEÍNAS

La estructura de una proteína viene determinada por la secuencia de aminoácidos que forman su cadena

polipeptídica y por la disposición de éstas en el espacio. En las proteínas se distinguen cuatro niveles

estructurales que se denominan: estructura primaria, estructura secundaria, estructura terciaria y

estructura cuaternaria.

5.5.1. Estructura primaria


Es la secuencia de aminoácidos en las cadenas polipeptídicas de una determinada proteína, es decir, qué

aminoácidos la componen y qué orden se encuentran. Los aminoácidos forman una cadena en zigzag, situando

sus radicales a uno y otro lado de la misma.

El análisis de la estructura primaria de un gran número de proteínas ha permitido descubrir el hecho de

que las proteínas con funciones similares tienen una estructura primaria muy parecida; así, por ejemplo, las

hemoglobinas de diferentes especies de animales difieren muy poco en sus estructuras primarias.

5.5.2. Estructura secundaria

Es la distribución espacial de la estructura primaria. Se conocen tres tipos

de estructuras secundarias: la α-hélice, la lámina β y la hélice del colágeno.

En la configuración α-hélice la cadena peptídica se dispone a modo de

tirabuzón debido a la rotación que experimenta el carbono unido al grupo

amino, carboxilo y al radical, de tal manera que quedan enfrentados los

grupos -NH y los –CO de vueltas consecutivas de la hélice, formándose entre

ellos enlaces del tipo puente de hidrógeno que proporcionan estabilidad a la

configuración.

La configuración β está formada

por dos o más cadenas polipeptídicas

dispuestas paralelamente de manera que

los grupos –CO y –NH,

correspondientes a cadenas enfrentados,

estableciéndose entre ellos puentes de

hidrógeno que mantienen unidas las

distintas cadenas que forman esta

estructura. Las cadenas se disponen en un plano plegado en zigzag, por

lo que a esta configuración también se la denomina cadena plegada.

El colágeno tiene una configuración helicoidal especial, se estructura

secundaria la forman tres hélices enrolladas a modo de una cuerda de tres

cabos.

5.5.3. Estructura terciaria

Se presenta cuando la

estructura secundaria sufre plegamientos, a modo de un ovillo apelotonado, originándose una configuración

espacial dependiendo de la estructura de los niveles de organización

inferiores. Puede ser una conformación redondeada y compacta,

adquiriendo un aspecto globular, o puede ser una estructura fibrosa y

alargada. La conformación espacial de la proteína condiciona su

función biológica.

5.5.4. Estructura cuaternaria

Se presenta en proteínas

formadas por dos o más cadenas

polipeptídicas asociadas, como por

ejemplo la hemoglobina, constituida

por la unión de cuatro globinas y

cuatro grupos hemo. Gran número de enlaces débiles como puentes de

hidrógeno, puentes bisulfuro o hidrofóbicos dan estabilidad a la

estructura cuaternaria.

5.5.5. Estructura de algunas proteínas

A continuación, en las figuras siguientes, se muestran las estructuras de proteínas muy conocidas


(colágeno, insulina y hemoglobina), donde se observa la gran diferencia de estructura entre unas y otras.

5.6. FUNCIONES DE LAS PROTEÍNA

Las proteínas son las sustancias químicas fundamentales de los

seres vivos ya que intervienen activamente en la mayoría de los

procesos vitales. Entre las numerosas funciones que desempeñan

las proteínas en los organismos destacan:

➢ FUNCIÓN ESTRUCTURAL. Las proteínas forman

parte de la gran mayoría de las estructuras de los seres

vivos tanto a nivel celular como a nivel de los tejidos.

Forman estructuras capaces de soportar gran tensión

continuada, como el tendón, el armazón proteico del hueso

o un cartílago. También pueden soportar tensión de forma

intermitente, como la elastina de la piel o el pulmón.

➢ MOVIMIENTO Y CONTRACCIÓN. La actina y la miosina forman estructuras que producen el

movimiento en los músculos de los animales.

➢ TRANSPORTE. Algunas proteínas poseen función trasportadora de algunas sustancias como el

oxígeno, lípidos o electrones. Por ejemplo, la hemoglobina

➢ RESERVA ENERGÉTICA. Proteínas grandes, sirven para acumular y producir energía.

➢ FUNCIÓN HOMEOSTÁTICA. Consiste en regular las constantes del medio interno, tales como el

Ph o cantidad de agua.

➢ FUNCIÓN DEFENSIVA. Las inmunoglobulinas son proteínas producidas por los linfocitos B, e

implicadas en la defensa del organismo.

➢ FUNCIÓN HORMONAL. Existen proteínas que funcionan como mensajeros de señales hormonales,


generando una respuesta en los órganos blanco.

➢ FUNCIÓN ENZIMÁTICA. Las enzimas funcionan como biocatalizadores, ya que controlan y

aceleran las reacciones metabólicas.

5.7. BIOCATALIZADORES: ENZIMAS Y VITAMINAS

Un catalizador es una sustancia que activa, acelera o retarda una reacción química quedando inalterable al

final de la reacción. Los biocatalizadores regulan y coordinan las funciones que realizan los seres vivos. Entre

ellos se encuentran las enzimas, las hormonas y las vitaminas.

5.7.1. Enzimas

Son biocatalizadores que cada organismo elabora, con una acción concreta (especificidad para una acción

determinada) y que se necesitan en muy poca cantidad para transformar gran cantidad de sustancias,

permaneciendo ellas inalteradas. Son de naturaleza proteica.

Las enzimas actúan sobre unas sustancias que se llaman sustratos, las cuales se convierten en otras

diferentes llamadas denominadas productos. Casi todos los procesos en los seres vivos necesitan enzimas

para que ocurran a una velocidad significativa.

Debido a que las enzimas son extremadamente selectivas con sus sustratos, el conjunto de enzimas en una

célula determina el tipo de metabolismo que tiene. La actividad de las enzimas puede ser afectada por otras

moléculas; los inhibidores enzimáticos son moléculas que disminuyen o impiden la actividad, los activadores

enzimáticos la incrementan. Además, necesitan condiciones determinadas de temperatura, pH y concentración

de enzima y sustrato para su acción.

Muchas enzimas son utilizadas comercialmente e industrialmente para la síntesis de numerosas sustancias,

tales como antibióticos, alimentos o otros fármacos.

La enzima se combina con el sustrato formando un complejo con él mediante una unión específica en un

lugar de la enzima llamado centro

activo; en dicho centro ocurre la

reacción correspondiente en el

sustrato transformándolo en

productos, finalmente la enzima se

separa de ellos volviendo a su estado

natural. El fundamento de la acción

de las enzimas está en que disminuye

la energía necesaria para iniciar las

reacciones.

El nombre de una enzima suele derivarse del sustrato o de la reacción química que cataliza, con la palabra

terminada en -asa. Así tenemos la lactasa, nombre que proviene de su sustrato (lactosa), o la ADN polimerasa,

que polimeriza el ADN formando las hebras. Existe una nomenclatura desarrollada más específica basada en

números denominados números EC. A lo largo del curso veremos diferentes enzimas.

5.7.2. Cofactores

Algunas enzimas no precisan ningún componente adicional para mostrar una actividad total. Sin embargo,

otras requieren la unión de moléculas no proteicas denominadas cofactores para ejercer su actividad. Estos

pueden ser:

• Inorgánicos: como los iones metálicos o complejos ferrosulfurosos

• Orgánicos: pueden ser a su vez grupos prostéticos, que se unen fuertemente a la enzima, o coenzimas,

que se liberan del centro activo de la enzima durante la reacción. El NADH, el ATP (los veremos más

adelante) y las vitaminas son ejemplos de coenzimas.

Las enzimas que requieren de cofactor, pero no lo tienen unido son denominadas apoenzimas o

apoproteínas. Una apoenzima junto a su cofactor se denomina holoenzima (la forma activa).


5.7.3. Inhibidores

Los inhibidores son moléculas que regulan la actividad enzimática. Pueden ser reversibles o irreversibles.

Estos últimos se unen covalentemente a la enzima sin posibilidad de revertir la modificación, siendo útiles en

farmacología.

Los reversibles se unen de forma no definitiva a la enzima, pueden ser:

• Inhibición competitiva. El inhibidor y el sustrato se unen por el centro activo de la enzima, por lo que

compiten por el mismo.

• Inhibición no competitiva. El inhibidor se une

a una zona de la enzima diferente del centro

activo, el grado de inhibición depende de la

concentración del inhibidor.

En muchos organismos, los inhibidores pueden

actuar como parte de un mecanismo de

retroalimentación. Si una enzima produce una

sustancia en demasiada cantidad, esta misma sustancia

puede actuar como inhibidor de la misma al inicio de

la ruta que la produce.

Dado que los inhibidores modulan la función de las

enzimas, pueden ser utilizados como fármacos.

5.7.4. Vitaminas

Las vitaminas son compuestos imprescindibles que son necesarios ingerir en la dieta para el correcto

funcionamiento fisiológico. Las vitaminas son precursores de algunos cofactores de enzimas.

Tanto el exceso (hipervitaminosis) como el defecto (hipovitaminosis) de las mismas puede producir

enfermedades.

Se clasifican en:

• Liposolibles: solubles en lípidos, son la A, D, K y E. Se almacenan en hígado y tejidos grasos, por lo

que no son necesarias tomarlas diariamente. Su consumo en grandes dosis puede ser tóxico.

• Hidrosolubles: solubles en agua, las 8 del complejo B y la vitamina C. No se almacenan en el

organismo (la B12 sí), el exceso se excreta por orina, lo que hace que la ingesta debe ser diaria.

6. ÁCIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos son polímeros formados por la unión de numerosísimas unidas llamadas nucleótidos.

Estas sustancias fueron descubiertas en el núcleo de las células y presentan carácter ácido, de ahí su nombre.

En su composición únicamente interviene átomos de C, H, O, N y P.

Son sustancias de enorme importancia biológica ya que son los portadores y ejecutores de la información

genética de cada ser vivo, es decir, las instrucciones que conducen a que cada organismo presente unos

caracteres propios y comunes a su especie; esta información se transmite de los progenitores a su descendencia

e indica cómo ha de ser cada biomolécula de individuo y en qué momento debe sintetizarse.

6.1. NUCLEÓTIDOS Y NUCLEÓSIDOS


Los nucleósidos se forman por la unión de una pentosa (ribosa o desoxirribosa) con una base nitrogenada.

Existen cinco bases nitrogenadas, dos púricas (adenina y

la guanina) y tres pirimídicas (citosina, timina y uracilo).

Los nucleótidos se forman por la unión entre

un nucleósido y una molécula de ácido fosfórico

mediante un enlace tipo éster.

Existen nucleótidos que no forman parte de los

ácidos nucleicos, sino que tiene actividad como

moléculas individuales. Entre ellos se encuentran:

▪ ATP (adenosín trifosfato) Formado por ribosa, adenina y tres grupos fosfatos. Su función es la del

transporte energético en todos los seres vivos.

▪ NAD+, FAD+ y NADP+ Implicadas en el transporte de electrones.

▪ AMPC (cíclico). Funciona como segundo mensajero dentro de la célula.

6.2. ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)

Es un polímero de desoxirribonucleótidos de A, G, C y T. la unión de los nucleótidos se produce entre el

OH del carbono 3’ de la desoxirribosa y un –OH del ácido fosfórico del nucleótido siguiente mediante enlace

fosfodiéster (-O-P-O-).

El ADN son largas cadenas

lineales de nucleótidos, la

secuencia de los nucleótidos (bases

nitrogenadas) indica la

información genética o mensaje

biológico. Cada tres bases forman

un triplete o codón que informa de

la síntesis de un aminoácido.

En la mayor parte de los seres

vivos el ADN presenta una

estructura secundaria o de doble

hélice que fue descubierta por

Watson y Crick. En la hélice

aparecen dos cadenas

antiparalelas y complementarias

de ADN enfrentadas, de tal manera

que la A se enfrenta siempre a una

T uniéndose por puentes de

hidrógeno dobles, y la G se

enfrenta a la C uniéndose por


triples. Se cumple que el número de A es el mismo que de T y el de G que de C. Dentro de las hélice las bases

quedan al interior de la misma y el esqueleto pentosa-fosfato hacia el exterior.

6.3. ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN)

El ARN es un polímero de ribonucleótidos del tipo A, G, C y U unidos mediante enlace fosfodiéster entre

el –OH de la ribosa y el –OH del fosfórico del nucleótido siguiente. Casi siempre está formado por una única

cadena.

En las células se pueden encontrar distintos tipos de ARN:

• ARNm o mensajero. Es una cadena lineal y su

función es como intermediario en el traslado de la

información genética del ADN en el núcleo hasta el

citoplasma.

• ARNt o de

transferencia. Se encuentra libre en el citoplasma. Su función es la del

transporte de aminoácidos libres en el citoplasma hasta los ribosomas.

• ARNr o ribosómico. Se une a proteínas para formar los ribosomas, que

es el orgánulo donde se van a sintetizar las proteínas.

• ARNn o nucleolar. Solo se encuentra en el nucléolo, presenta mucha

variedad de tamaños y es el precursor de los ARNr

ADN ARN COMPOSICIÓN Ácido fosfórico

Desoxirribosa

Bases nitrogenadas

-Adenina

-Guanina

-Citosina

-Timina

Ácido fosfórico

Ribosa

Bases nitrogenadas

-Adenina

-Guanina

-Citosina

-Uracilo

ESTRUCTURA Doble hélice con dos cadenas

antiparalelas

Una única cadena de nucleótidos

LOCALIZACIÓN Núcleo celular Núcleo y citoplasma celular

FUNCIONES Portador de la información

genética para la síntesis de

proteínas

Transferir la información genética

y ejecutar las instrucciones que

contiene.

tema 1: la composiciÓn quÍmica de la materia viva...la materia viva 1. bioelementos la materia...

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