Biología 2º de bachillerato

Composición química de los seres vivos

Los compuestos químicos de los seres vivos son también llamados Biomoléculas o Principios inmediatos Los elementos se combinan en los seres vivos dando moléculas. Las combinaciones químicas son consecuencia de la característica de los átomos por la cual su energía es mínima con el último orbital completo. NA   Orbitales Valencia Disposición espacial Electro negatividad E de ionización * 1 H 1S1 1   2.1 313 6 C 1S2 2S2 2P2 4 Con 4 enlaces sencillos: tetraedro 109.5º Con un enlace doble y dos sencillos: plano a 120º Con dos dobles enlaces o un triple enlace y otro sencillo: lineal a 180º 2.5 260 7 N   1S2 2S2 2P3 3 Con tres enlaces sencillo109º Con un doble enlace y uno sencilo 120º 3.0 336 8 O   1S2 2S2 2P4 2 109º-105º en agua 3.5 314 16 S 1S2 2S2 2P6 3S2 3P4 2   2.5 239 15 P 1S2 2S2 2P6 3S2 3P3   5 con 4 enlaces sencillos: tetraedro 109.5º 2.1 254 11 Na 1S2 2S2 2P6 3S1 +1 Iónico 0.9 119 19 K 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S1 +1 Iónico 0.8 100 12 Mg 1S2 2S2 2P6 3S2   +2 Iónico 1.2 176 20 Ca 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 +2 Iónico 1.0 141 17 Cl 1S2 2S2 2P6 3S2 3P5 -1 Iónico 3.5 300 * Kcal/g.mol Los enlaces químicos dependen principalmente de la diferencia de electronegatividad entre elementos Tipos de enlaces químicos Covalente apolar Elementos de electronegatividad parecida Insoluble en líqidos polares PF bajo en mol pequeñas PF medio en mol grandes Covalente polar Elementos de diferente electronegatividad Soluble en líquidos polares PF alto Iónico Elementos de electronegatividad muy diferente Soluble en líquidos polares PF muy alto Metálico Elementos muy poco electronegativos, metales. No se encuentra en seres vivos Principales enlaces químicos en los seres vivos Enlace Longitud pm EnergíaKJ/mol C-C 154 347 C-H 110 414 C-O 143 360 C-N 147 305 O-H 97 464 N-H 100 389 O-N 136 222 C=C 134 611 C=O 120 736 C=N 128 615 C-S . . S-H 132 368 Enlace Longitud pm EnergíaKJ/mol H-H 74 436 O-O 145 142 O=O 121 498 O=N 120 590 N-N 145 163 N=N 123 418 N=.N 110 964 S-S . . S-O . . S=O . . P-O . . P=O . . Grupos orgánicos Metilo R-CH3   Etilo R-CH2-CH3   Metileno R-CH2-R   Hidroxilo R-OH   Alcohol R-CH2OH R-CHOH-R   Carbonilo   R-(C=O)-R   Aldehido R-CHO   Cetona R-CO-R   Carboxilo R-COOH   Ácido Carboxílico R-COO-   Amino R-NH2   Amida R-CO-NH2   Éster R-CO-O-R Enlace Ácido + Alcohol Enlace Amida R-CO-NH-R Enlace Ácido + Amina Sulfhidrilo R-SH   Tiol R-CH2-SH   Bisulfuro R-S-S-R Enlace de dos grupos sulhidrilo  Hay que tener en cuenta que: Los compuestos iónicos están solo ligados por cargas. No hay unión estable entre los iones Los compuestos covalentes tienen enlaces que mantiene los átomos unidos permanentemente (hasta que se produzcan reacciones químicas) Los enlaces sencillos tiene capacidad de giro Los enlaces dobles o triples no tienen giros; determina un plano Ir a Formulación Ir a Disoluciones

Enlaces Intermoleculares Las moléculas interaccionan entre sí por enlaces más débiles que los covalentes pero que són importantes para comprender su estructura y comportamiento Atracción o repulsión entre cargas eléctricas de grupos iónicos Puentes de Hidrógeno H pequeño y con cierta carga + . Forma enlaces inestables con elementos con carga - Enlace de Van der Waals En moléculas grandes una puede inducir cargas opuestas en otra molécula grande próxima

Propiedades de los compuestos químicos Dependen del tipo de sus enlaces y del tamaño de las moléculas Algunas propiedades fundamentales de una molécula se pueden deducir de su fórmula Solubilidad en disolventes polares - Aumenta con la cantidad de enlaces iónicos y polares. Solubilidad en disolventes apolares - Aumenta con el número de enlaces apolares Solubilidad disminuye en las moléculas de tamaño muy grande Temperaturas de fusión y ebullición aumentan con el número de enlaces iónicos y polares y con el tamaño de las moléculas.

Variedad de compuestos en los seres vivos Muchísimos diferentes en cada célula Casi todos orgánicos Muchos son macromoléculas. 5.000 a 50.000 tipos en un organismo Diferentes en cada especie sobre todo ácidos nucléicos y proteínas Más parecidos en especies próximas Muchos iguales en la misma especie Total unas 10E10 - 10E12 proteínas diferentes unos 10E10 ácidos nucléicos diferentes Muchos compuestos formados por moléculas más sencillas. Polímeros formados por monómeros. E. coli es una bacteria muy estudiada de la que se conoce a la perfección su composición química . Destaca el contenido en agua y la cantidad de proteínas expecialmente en el número de moléculas diferentes Composición química de E. coli Tipo de compuesto % peso Especies Químicas Agua 70 1 Iones inorgánicos 1 12 Glúcidos 3 50 Lípidos 2 40 Prótidos 15 3000 ADN 1 1 ARN 6 1000 Metabolitos 2 500 En los seres humanos la composición es semejante en porcentaje a la bacteria, aunque bastante superior en número de especies moleculares (aunque sorprendentemente poco comparando la complejidad y el tamaño) No se conoce con tanta precisión el número de moléculas diferentes, pero vuelven a predominar proteínas y ARN Peso: - Más lípidos - Más iones inorgánicos que forman el esqueleto Moléculas: - Algunas propteínas más, unas 50.000 (más de 1.000.000 si contamos anticuerpos) - 46 ADN que forman los cromosomas - Muchos más ARN reguladores. Composición química de un ser humano Tipo de compuesto % peso Especies Químicas Agua 62 1 Iones inorgánicos 6 12 Glúcidos 1 50 Lípidos 13 50 Prótidos 17 50000 ADN <1 font=""> 46 ARN <1 font=""> 30000 (?) Metabolitos 1 600

Funcionalidad Cada molécula tiene alguna función biológica. Las pequeñas a veces varias. No hay molécula sin función (Salvo excepciones) Los seres vivos tienen las mínimas moléculas posibles. Economía celular

Formación La mayoría de las biomoléculas formadas por los propios seres vivos Seres vivos son máquinas químicas a presión y temperatura constante. Pocas máquinas humanas trabajan así. Información para formar las biomoléculas se encuentra en el ADN (En humanos 6 x 10 E-12 g de información para todo)

Clasificación de los compuestos de los seres vivos Inorgánicos Agua Sales minerales Gases disueltos Orgánicos Glúcidos Lípidos Prótidos Ácidos nucleicos Otros

Química de los seres vivos

La bioquímica estudia los procesos químicos que se desarrollan en los organismos vivos. La vida tiene una base molecular y a las moléculas responsables de la vida se las denomina biomoléculas. Muchas de estas moléculas son de naturaleza polimérica, por lo que frecuentemente se las denomina biopolímeros. Los biopolímeros se clasifican en tres categorías: carbohidratos, ácidos nucleicos y proteínas.

Carbohidratos

Los carbohidratos o hidratos de carbono son compuestos químicos constituidos por carbono, hidrógeno y oxígeno. Se producen en la fotosíntesis de las plantas y sirven como fuente alimenticia para muchos animales. Su fórmula general es C_n(H₂O)_m.

• Monosacáridos: son los hidratos de carbono más sencillos y reciben también la denominación de azúcares. Pueden serpolihidroxialdehídos (aldosas) o polihidroxicetonas (cetosas), según presenten un grupo aldehído o cetona en su estructura. Según tengan 3, 4, 5 o 6 átomos de carbono se clasifican en triosas, tetrosas, pentosas y hexosas.
  Por ejemplo, la glucosa es una aldosa de seis átomos de carbono (hexosa) de fórmula general C₆H₁₂O₁₆. Se comporta como un aldehído, lo que sugiere una estructura en cadena abierta; sin embargo, en disolución acuosa aparece como dos formas cíclicas: a-glucosa y b-glucosa.
  La ribosa y la desoxirribosa son monosacáridos de cinco átomos de carbono muy importantes en bioquímica, ya que constituyen el RNA y el DNA, respectivamente.
• Disacáridos y polisacáridos: los disacáridos son azúcares formados por la condensación de dos moléculas de monosacárido. Por ejemplo, la maltosa resulta de la condensación de dos moléculas de a-glucosa.
  La mayor parte de los carbohidratos existentes en la naturaleza son polisacáridos y tienen como funciones principales almacenar glucosa como fuente de energía para los seres vivos y ser el principal componente estructural de las células. Los más conocidos son la celulosa y el almidón.

Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos son polímeros formados por nucleótidos. Un nucleótido es el resultado de la condensación de una molécula de ácido fosfórico, una molécula de azúcar y una base nitrogenada.

Son de dos tipos en función del azúcar que forma los nucleótidos: el ácido ribonucleico (RNA), formado por b-D-ribosa, y elácido desoxirribonucleico (DNA), que contiene un anillo modificado de b-D-ribosa.

En los ácidos nucleicos se encuentran cinco bases nitrogenadas diferentes. Todas son aminas heterocíclicas de formas moleculares relacionadas con la función que desempeñan. Se denominan adenina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T) yuracilo (U). El DNA contiene cuatro de ellas (A, G, C y T) y el RNA, otras cuatro (A, G, C y U).

Proteínas

Las proteínas son macromoléculas constituidas por un grupo de monómeros denominados aminoácidos. Éstos son compuestos orgánicos que poseen un grupo carboxilo ¿COOH y un grupo amino ¿NH₂. Los aminoácidos que constituyen las proteínas son un grupo de veinte, la mayoría de fórmula estructural:

Los aminoácidos tienen nombres específicos y se designan abreviadamente por tres letras: glicina (gli), alanina (ala)¿

Los aminoácidos son sólidos cristalinos solubles en agua. La presencia en la misma molécula de un grupo carboxilo con características ácidas (¿COOH) y básicas (¿NH₂) les confiere carácter anfótero. En disolución acuosa se produce la transferencia del protón del grupo carboxilo al grupo amino, lo que hace que los aminoácidos estén en forma de ion dipolar.

Las proteínas forman parte del material estructural de los seres vivos: el colágeno en la piel y los huesos, la queratina en el pelo y uñas, etc. Controlan la actividad metabólica de las células, actúan como catalizadores específicos de reacciones celulares e intervienen en el sistema inmunológico. Se forman por la condensación de aminoácidos. La reacción del grupo ¿COOH de un extremo de un aminoácido con el grupo ¿NH₂ de otro da lugar a la formación de un enlace ¿CO¿NH¿ denominado enlace peptídico.

Condensación de alanina (ala) y glicina (gli) para formar el péptido ala-gli.