Bioelementos y Biomoléculas

Bioelementos: son los elementos químicos que constituyen a los seres vivos.

Tipos de Bioelementos

• Bioelementos principales o primarios: son los que se encuentran en un 95% en los seres vivos (C, H, O, N).
• Bioelementos secundarios: se encuentran en un 5% (C, H, K…).
• Oligoelementos: se encuentran en pequeñísima cantidad pero son necesarios para el buen funcionamiento de la materia viva.

Biomoléculas: son aquellas moléculas que forman parte de los seres vivos, están formadas de bioelementos.

Tipos de Biomoléculas

• Biomoléculas orgánicas: son aquellas moléculas que solamente existen en los seres vivos (HC, lípidos o grasas, proteínas, ácidos nucleicos y biocatalizadores).
• Biomoléculas inorgánicas: son las moléculas que son necesarias para la vida (agua, sales minerales).

Hidratos de Carbono

También conocidos como glúcidos, son la combinación del carbono con el agua.

Monosacáridos

Son los HC más sencillos.

Propiedades Físicas

• Dulces
• Solubles
• Cristalizables
• Inodoros o blancos

Propiedades Químicas

Son polialcoholes con un grupo aldehído o con un grupo cetona.

Isomería

Se le conoce como isómeros a dos moléculas que tienen el mismo número de átomos de cada elemento pero situados en diferente orden.

• Isómeros ópticos: son dos moléculas con la actividad óptica contraria, puede proceder del cambio de un OH por un H.
• Isómeros estructurales: una molécula tiene el mismo número de átomos que otra.
• Estereoisómeros, isómeros geométricos o isómeros espaciales: son dos monosacáridos en los que cambia de lugar un OH y un H en un C asimétrico.
• Enantiómeros: un monosacárido es enantiómero de otro cuando en su imagen especular.

Epímeros: son dos monosacáridos que se diferencian entre sí por la posición de un grupo OH.

Anómeros

En los seres vivos los monosacáridos siempre aparecen ciclados, la ciclación se realiza mediante una reacción intensa llamada alcoholización:

1. El carbono anterior al último cede el H al grupo O del grupo carbonilo.
2. Se rompe el doble enlace del O del grupo carbonilo quedando el C con una valencia libre.
3. La valencia que le queda libre al átomo del C se une a la que le ha quedado libre al O, formándose así una estructura cerrada que es un anómero del monosacárido lineal.

Principales Monosacáridos

• Triosas
• Pentosas
• Hexosas (glucosa, galactosa, fructosa y manosa)

Holósidos

Formados por la unión de monosacáridos que se unen mediante el llamado enlace O-glucosídico (oligosacáridos y polisacáridos).

Enlace O-glicosídico: es la unión del grupo OH del C anomérico de un monosacárido con el grupo OH de un C de otro monosacárido y se realiza con pérdida de una molécula de agua.

Acetal: molécula resultante de la unión entre dos monosacáridos.

Oligosacáridos

Formados por la unión de pocos monosacáridos.

Disacáridos

Formados por la unión de dos monosacáridos mediante enlace O-glicosídico.

• Sacarosa: azúcar de remolacha y caña de azúcar.
• Lactosa: se encuentra en la leche y está formada por glucosa y galactosa.
• Maltosa: azúcar de malta, se forma fácilmente por hidrólisis del almidón, formada por dos moléculas de glucosa.
• Celobiosa: procede de la digestión de la celulosa, formada por dos moléculas de glucosa.

Polisacáridos

Son grandes moléculas a veces ramificadas formadas por muchos monosacáridos, tienen un gran volumen y gran longitud por lo que se les llama macromoléculas junto con las proteínas y los ácidos nucleicos, son insípidos y no son cristalizables y son insolubles en agua, pueden tener color y alto peso molecular.

Homopolisacáridos

Formados por un solo tipo de monosacáridos.

• Celulosa: es una molécula lineal, forma la pared de las células vegetales y también se encuentra en algunos animales, es un polisacárido estructural.
• Almidón: polisacárido de reserva que se forma por la unión de moléculas de glucosa formada en los cloroplastos vegetales mediante la función fotosintética.
• Glucógeno: es un polisacárido formado por glucosa que forman cadenas ramificadas, se encuentra en el hígado y los músculos de los animales y tienen color pardusco, forma la reserva de glucosa animal.

Estructuras Semejantes a Homopolisacáridos

• Quitina: forma parte del esqueleto externo de los artrópodos y también de algunos hongos, tienen la misma estructura que la celulosa pero posee la función acetamida.
• Pectina: se parece también a la celulosa pero no está formada por glucosa si no por un derivado de la galactosa que se llama ácido galacturónico.

Heteropolisacáridos

Son moléculas complejas formadas por dos o más tipos de monosacáridos.

• Heparina: pertenece al grupo de los llamados mucopolisacáridos y se encuentran en el hígado y en las paredes de los grandes vasos.
  Funciones: es un anticoagulante natural y es un clarificante del plasma y activa a las proteínas transportadoras de lípidos.
• Mucilagos: absorben gran cantidad de agua y se encuentran en bacterias, algas y vegetales.
• Gomas: son secreciones de las plantas que usan como pegamento disueltas en agua.
• Hemicelulosa: forma parte de la pared celular y contiene arabinosa y xilosa.
• Heterósidos: son moléculas que por hidrólisis dan lugar a monosacáridos y a otras sustancias.

Funciones Biológicas de los Hidratos de Carbono

• Función estructural: forman la pared celular vegetal, el esqueleto interno de los artrópodos y la estructura de los ácidos nucleicos.
• Función energética: por degradación metabólica producen grandes cantidades de energía.
• Función de reserva: el glucógeno en los animales y el almidón en los vegetales permiten almacenar glucosa que se utilizará cuando el ser vivo la necesite para producir energía.
• Función informativa: algunos carbohidratos de las membranas celulares permiten reconocer distintos tipos celulares.
• Otras funciones: la de anticoagulante, protectores, lubricantes…

Lípidos o Grasas

Un conjunto de moléculas que tienen distintas propiedades físicas pero diferente composición química. Las más sencillas grasas verdaderas o neutras y el resto se le conoce como genérico de lipoides.

Ácidos Grasos

Son ácidos orgánicos formados por largas cadenas hidrocarbonadas con un grupo carboxilo en un extremo.

• Saturados: carecen de dobles enlaces en la cadena.
• No saturados: si poseen dobles enlaces en su molécula.

Lípidos Saponificables

Moléculas que se han formado como resultado de la unión entre ácidos grasos y alcoholes.

Lípidos Sencillos

Es una molécula con átomos de carbono y 3 grupos alcohol.

Propiedades Físicas de las Grasas Sencillas

• Son más ligeras que el agua e insolubles en ella.
• Son solubles en los llamados disolventes orgánicos como el alcohol.
• Si están puras son incoloras, inodoras e insípidas.
• Untuosas al tacto.
• Con el agua las grasas forman una emulsión inestable.

Ceras

Son ésteres de un ácido graso y de un alcohol ambos de cadena larga, suelen ser sólidos a temperatura ambiente e insolubles en agua, desempeñan funciones protectoras e impermeabilizantes y se encuentra en las hojas y frutos de las plantas y en la piel, plumas…

Fosfoglicéridos, Fosfolípidos

Tienen C, H, O, fósforo, están formados por glicerina, dos ácidos grasos, ácido fosfórico y una base nitrogenada, forman las membranas celulares gracias a su estructura.

• Cefalinas: están en el cerebro.
• Lecitinas: están en otros lugares, abundan en el sistema nervioso y en el huevo.

Glicolipidos o Esfingolípidos

Son lípidos unidos a glúcidos, frecuentemente a la galactosa, su molécula contiene alcohol esfingosinas o uno de sus derivados junto a un ácido graso. A la unión entre ácido graso y esfingosina se le da el nombre de cerámico.

• Cerebrósidos: están en del cerebro, en ellos el cerámico está unido a una hexosa que suele ser la glucosa o la galactosa.
• Gangliósidos: están en los ganglios y en ellos el cerámico se une a un azúcar complejo.

Lípidos Insaponificables

No son ésteres y no contienen ácidos grasos en su composición química, su molécula se forma por polimeración de una molécula más simple llamada isopreno.

• Terpenos: formados por varias unidades de isopreno lineal o con anillos simples.

Esteroides

Las cadenas de isopreno forman un complicado anillo llamado esterano. Se diferencian por la presencia de ciertos grupos funcionales sustituidos en sus vértices y por el número de dobles enlaces.

Funciones de los Lípidos

• Son material de reserva energética.
• Funciones estructurales: forman parte de las membranas celulares.
• Funciones de transporte: los ácidos biliares transportan grasas.
• Funciones reguladoras: muchas hormonas y algunas vitaminas regulan reacciones químicas biológicas.
• Funciones protectoras: las grasas son aislante mecánico.
• Función termoaislante: identificación de lípidos mediante un colorante específico.

Proteínas

Son largas cadenas a veces ramificadas por pequeñas moléculas llamadas aminoácidos, son polímeros de aminoácidos.

Aminoácido

Es una molécula orgánica hidrocarbonada, un aminoácido se une a otro mediante enlace peptídico que consiste en la unión de un grupo amino de un aminoácido con el grupo ácido del otro aminoácidos con pérdida de una molécula de agua.

• Monoaminomonocarboxílicos: tienen un grupo amino y uno carboxilo.
• Monoaminodicarboxílicos: tienen un grupo carboxilo en la cadena lateral.
• Diaminomonocarboxílicos: poseen algún grupo amino en la cadena lateral.

Estructura de las Proteínas

• Estructura primaria: es la secuencia concreta de aminoácidos.
• Estructura secundaria: tensión de los enlaces y formación de puentes de hidrógeno las cadenas se contraen y se pliegan.
  • Hélice: las cadenas se enrollan en el sentido de las agujas.
  • Lámina plegada: el plegamiento se realiza de zig-zag.
• Estructura terciaria: se enrollan en forma de glóbulos.
• Estructura cuaternaria: formadas por dos o más cadenas polipeptídicas.

Enlaces que Mantienen la Estructura de las Proteínas

• Enlace por puente de hidrógeno: se establecen entre grupos polares no iónicos.
• Fuerzas electrostáticas: son enlaces de tipo iónico entre grupos con cargas eléctricas opuestas.
• Enlace por puente disulfuro: cuando dos grupos de cisteína se enfrentan tienden a soltar el hidrógeno y a unirse al azufre entre sí.
• Fuerzas de Van der Waals: son uniones débiles que se producen entre grupos que se polarizan por desplazamientos eléctricos temporales o por la presencia de una carga o que al no poder reaccionar con el agua tienden a hacerlo entre sí, son hidrofóbicas.

Desnaturalización de una Proteína

Es la alteración de la estructura de la proteína mediante la rotura de sus enlaces por modificaciones producidas en el medio ambiente.

• Reversibles: cuando al cesar la acción del agente, la proteína no recobra su primitivo estado.
• Irreversibles: cuando al cesar la acción del agente la proteína no recobra su primitivo estado.

Clasificación de las Proteínas

• Proteínas estrictas: no están unidas a ninguna sustancia que no sea proteína y por hidrólisis solo dan lugar a aminoácidos.
  • Albúminas: proteínas lineales que se disuelven en agua destilada, carecen de glicocola.
  • Globulinas: se enrollan en forma de ovillo, contienen glicocola, son solubles en disoluciones salinas diluidas.
  • Protaminas: proteínas de peso molecular bajo.
  • Histonas: intermedias entre la albúminas y las proteínas.
  • Escleroproteínas: insolubles en agua destilada y disoluciones salinas diluidas, forman parte de los tejidos de sostén.
    • Reticulina: está en los tejidos conjuntivos cartilaginoso y óseo, tiene mucha glicocola.
    • Queratina: se encuentra en la capa córnea de la epidermis de los vertebrados y en sus derivados (pelo, uñas…).
• Proteínas asociadas: son proteínas asociadas a una sustancia no proteica llamado grupo prostético que da a la proteína especiales propiedades.
  • Glicoproteínas: son proteínas cuyo prostético es un hidrato de carbono y ácido sulfúrico, son protectoras y evitan la desecación.
  • Lipoproteínas: proteínas asociadas a ácidos nucleicos.
  • Fosfoproteínas: proteínas asociadas a ácido fosfórico, insolubles en agua.
  • Cromoproteínas: proteínas asociadas cuyo grupo prostético es un pigmento orgánico.
    • Hemoglobina: unidad elemental tiene en el interior un átomo de hierro que con una de sus valencias se engancha a una proteína llamada globina.
    • Hemocianina: es la molécula respiratoria de numerosos animales marinos.
    • Citocromo:
    • Clorofila: en el medio de su molécula tiene magnesio, los vegetales realizan la fotosíntesis.

Funciones de las Proteínas

• Estructurales y de soporte mecánico: porque forman la estructura de las membranas celulares y de los tendones, huesos y sistemas de soporte.
• Reguladora: la hormona del crecimiento.
• Catalíticas: las enzimas y otros biocatalizadores son proteínas y regulan las funciones y reacciones metabólicas.
• De reserva: constituyen un almacén de aminoácidos del organismo.
• Transportadora: sirven para transportar determinadas partículas.
• Movimiento: gracias a ciertas proteínas se contraen los músculos.
• Defensa inmunitaria: las inmunoglobulinas son anticuerpos y defienden al organismo de la entrada de agentes extraños.
• Regulación genética: participan en los procesos de información genética y de su control.

Identificación de Proteínas

• Añadiendo un ácido o aumentando la temperatura de la disolución.
• Reactivo de Biuret: detectan los enlaces peptídicos.
• Reacción xantoproteica.