BIOELEMENTOS
Modelo
Atómico de la Materia
I.
Define y /o Explica los
siguientes conceptos: Constituyentes del átomo. Modelos atómicos precursores
del modelo actual. Modelo atómico de la materia: orbital atómico, número
atómico, configuración electrónica.
II. Desarrolle las siguientes preguntas.
i) Dado un elemento en estado neutro, el que
contiene 16 protones en su núcleo. ¿Cuántos electrones debiera tener en su capa
electrónica?
ii) “A” es la expresión que nos informa de la masa
de un determinado elemento, corresponde a (A= Z + n).
Desarrolle una ecuación para determinar el número de
Neutrones (n) para cualquier especie conociendo A y Z.
iii) ¿Qué son los nucleones? ¿Dónde se encuentran?
iv) Dados 5 elementos desconocidos A, B, C, D y E.
Lo único que usted sabe es que la cantidad Z de cada uno ellos es 2, 5, 3, 12 y
9, respectivamente: ¿Cuál y por qué diría ud es el más pesado y el más liviano?
Ordénelos de mayor menor masa.
v) El modelo planetario de Rutherford tenía un
inconveniente. ¿Cuál cree que es ese inconveniente, si este se relaciona con la
atracción del núcleo positivo a los electrones negativos?
vi) Dado un electrón en un nivel estacionario (n+1)
el que luego cae a (n-2) ¿Qué podría decir con respecto a la energía, se libera
o se absorbe? ¿Qué nombre recibe dicha energía?
vii) ¿Cómo se demostró que el electrón posee carga
“negativa”? (Tubo de Crookes) Explique también cómo se determinó en el protón.
ix) ¿Dos
elementos con configuraciones electrónicas son iguales? Argumente su respuesta
sin importar cuál sea ésta.
xi) Los
orbitales se dicen degenerados, esto implica que orbitales en la misma capa
energética tienen igual energía. De acuerdo a esto un electrón que se mueve del
orbital 3d al 3p, ¿qué consecuencias con respecto a la energía absorbida o
liberada podría obtener?
xii) ¿Cómo un elemento adquiere estabilidad
electrónica?
III. Desarrolle las siguientes preguntas
i) ¿Cuál de todas las partículas subatómicas es la
más liviana?
ii) Al enfrentarse dos electrones, ¿qué esperaría ud
que ocurriese?
iii) ¿Cómo es posible que dos electrones medien un
enlace o se “unan” si estos se repelen?
iv) Los rayos catódicos (haz de electrones) difieren
en un punto esencial de la radiación beta ¿cuál es esta diferencia crucial?
v) Los electrones al ser livianos tienen una
propiedad que los nucleones tienen mermada, ¿Cuál es ésta?
3.- Tabla
Periódica y Propiedades periódicas de loselementos: Volumen y Radio Atómico,
Energía deIonización, Afinidad electrónica y electronegatividad.
Desarrolle las siguientes preguntas
i) ¿Cómo se relacionan el potencial de ionización
con elradio atómico?
ii) ¿En qué parte de la tabla periódica se
encuentran loselementos más electronegativos? ¿Son metálicos o no?
iii) ¿Cómo se relaciona la electronegatividad con la
polaridadde enlace?
iv)¿Cómo explicaría udque los elementos con
máselectrones en su capa externa tienen un menor radio queaquéllos con un menor
número de electrones?
v) ¿Un elemento al recibir electrones aumenta o
disminuyesu radio? ¿de aumentar este elemento es metálico o no?
vi) Un elemento que disminuyó su radio atómico,
¿cedió oganó electrones?
vii) Un elemento que aumentó su radio atómico ¿Ganó
ocedió electrones? ¿Cómo se relaciona esto con suElectroafinidad?
viii) ¿Cuál de todas las familias de la tabla
periódicatienen los PI más altos?
ix)¿Qué se entiende por reactividad de un
elemento?¿Cuáles son los elementos menos reactivos?
x) ¿Qué entiende por efecto pantalla? Y ¿cómo se
relacionaeste concepto con la naturaleza metálica?
xi) Una vez que ya se extrajo el primer electrón,
¿Quésucede con el segundo PI, aumenta o desciende?
xii) ¿Un elemento con configuración electrónica de
gasnoble, puede formar algún tipo de enlace? ¿Qué tipo deenlaces y por qué?
xiii) Los elementos representativos se caracterizan
porpresentar un número y la letra A ¿A qué orbitalescorresponden los elementos
representativos?
xiv) ¿Siempre se unen un elemento no-metálico con
unometálico? Argumente su respuesta
xv) ¿Será más fácil retirarle un electrón a un anión
o aun catión?
BIOMOLECULAS
Las células son estructuras increíblemente complejas y variadas, capaces no
sólo de autoreplicarse- la propia esencia de la vida- sino también de realizar
una amplia gama de tareas especializadas en organismos pluricelulares. Sin embargo, las células
siguen las mismas leyes de la química y la física que determinan el
comportamiento de los sistemas inertes.
Las células están compuesta de agua, iones, inorgánicos y moléculas que
contiene carbono (orgánicas). El agua es la molécula más abundante en las
células, representando 70% o más de la amasa celular total. En consecuencia ,
las interacciones entre el agua y el resto de los componentes celulares tiene
una importancia central en la química biológica. La propiedad crítica del agua
al respecto es que es una molécula polar, donde los átomos de hidrógeno poseen
una carga ligeramente positiva y le oxígeno posee una carga ligeramente
negativa. Debido a la naturaleza polar,
las moléculas de agua pueden formar enlaces o puentes de hidrógeno entre sí o
con otras moléculas polares así como interaccionar con iones cargados positiva
i negativamente. Como resultado de estas interacciones, los iones y las
moléculas polares son fácilmente solubles en agua (hidrofílicas). Por el
contrario, las moléculas no polares, que no pueden interaccionar con el agua,
son escasamente solubles en el medio acuoso (hidrofóbas). En consecuencia, las
moléculas no polares tienden a minimizar su contacto con el agua relacionándose
estrechamente entre sí.
Los iones inorgánicos de la célula, incluyendo el sodio (Na), potasio (K),
magnesio (Mg), calcio (Ca), fosfato (HPO4-2), cloro (Cl) y bicarbonato,
constituyendo un 1% menos de la masa
celular total. Estos iones están implicados en numerosos aspectos del
metabolismo celular, y de este modo, desempeñan importantes papeles en la
función celular.
Sin embargo las moléculas orgánicas
son los únicos componentes característicos de las células. La mayoría de
estos componentes orgánicos pertenecen a
una de cuatro clases de moléculas: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos
nucleicos. Las proteínas, ácidos nucleicos, y la mayoría de los carbohidratos
(polisacáridos) son macromoléculas formadas por la unión (polimerización) de
cientos o miles de precursores de bajo peso molecular: aminoácidos, nucleótidos
o azúcares simples, respectivamente. Dichas moléculas constituyen entre el 80%
y el 90% del peso en seco de la mayoría de las células. Los lípidos son el otro
constituyente principal de las células. El resto de la masa celular se compone
de una variedad de pequeñas moléculas, incluyendo los precursores
macromoleculares. La química básica de las células puede así entenderse en
términos de las estructuras y funciones de cuatro tipos principales de
macromoléculas orgánicas
Componentes
inorgánicos.
Agua
Esta molécula sencilla constituye la sustancias más abundante en los seres
vivos ( de un 65% a un 95% de su masa).
La importancia del agua radica en sus propiedades físico- químicas y
funciones en los seres vivos.
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Propiedad
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Descripción
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Ejemplo de
beneficios para el cuerpo
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Fuerte polaridad
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Las moléculas polares de agua atraen iones otros compuestos polares, haciéndose que se
disocien
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Pueden disolverse en las células muchos tipos e moléculas, permitiendo gran
variedad de reacciones químicas y el transporte de numerosas sustancias
polares.
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Elevado calor específico
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El agua puede absorber una gran cantidad de calor
mientras que su temperatura asciende ligeramente.
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Esto la convierte en un buen aislante térmico que mantiene la temperatura interna de los seres
vivos a pesar de las variaciones externas
La temperatura corporal permanece relativamente
constante.
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Alto calor de vaporización
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El agua tiene la
propiedad de absorber mucho calor cuando cambia del estado líquido al
gaseoso, por tanto, para que una molécula se “escape” de las adyacentes, han
de romperse las uniones entre ellas y, para esto, se necesita una gran
cantidad de energía.
|
La evaporación del agua por la sudoración enfría el cuerpo. Esta
propiedad es utilizada como mecanismos
de regulación térmica.
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Fuerza de cohesión
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La cohesión es la
tendencia de las moléculas de agua a estar unidad entre sí, esta
característica la hace un líquido prácticamente incomprensible
|
El agua actúa como lubricante o almohadón para proteger frente a las
lesiones por fricción o traumatismo.
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Estados del agua
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El agua, al
descender la temperatura, a partir de los 4° C, empieza a aumentar su volumen
y disminuir su densidad
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Las capas de hielo en los lagos y mares se mantienen en la superficie, lo
cual aísla al medio acuático de las bajas temperaturas permitiendo el
desarrollo de una diversidad de seres vivos.
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Iones
inorgánicos
En los sistemas vivos, las sales inorgánicas se encuentran básicamente de
tres modos diferentes.
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Disueltas
|
La mayor parte de
las sales se hallan disueltas en medios acuosos, tal es el caso del Sodio
(Na+), Potasio (K+), Calcio (Ca2+), Cloruro (Cl-), Bicarbonato
(HCO3-) o Fosfato (PO4 3-), iones que
participan en diversas reacciones químicas en función de su afinidad eléctrica.
Por ejemplo, regulación de la acidez (pH) y formación de potenciales
eléctricos.
Además es muy
importante considerar que sales como el Sodio (Na+) y el Cloruro (Cl-)
mantienen el equilibrio hidrosalino.
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Precipitadas
|
Otras sales se
encuentran precipitadas formando, de este modo, estructuras sólidas y
rígidas; tal es el caso del fosfato cálcico (Ca3 (P04)2), que al precipitar
sobre una matriz de proteínas fibrosas forma los huesos. El caparazón de los
moluscos y de los crustáceos y la dentina de los dientes están formados por
carbonato cálcico (CaCO3) y las espículas de algunas esponjas están formadas
por sílice (SiO2).
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Combinadas
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Otras moléculas
inorgánicas, por último, se encuentran combinadas con alguna molécula
orgánica. El ejemplo más llamativo es el hierro (Fe2+) en la molécula de
hemoglobina y el magnesio (Mg2+) en la clorofila. También algunos iones se
asocian a enzimas. En un organismo vivo, la mayoría de las reacciones
químicas ocurren por la existencia de unas sustancias que las catalizan denominadas
enzimas. Sin estos catalizadores, dichas reacciones se desarrollarían a
velocidades tan bajas que apenas rendirían cantidades apreciables del
producto. Muchas enzimas necesitan para su funcionamiento la presencia de
algunas sales (cofactores enzimáticos).
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Minerales
Fundamentales en la nutrición humana
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Macromoléculas
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Calcio
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Constituyentes de huesos y dientes; participación de
la actividad nerviosa y muscular; factor de coagulación, cofactor enzimático
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Fósforo
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Constituyente de: huesos, dientes, ATP,
intermediarios metabólicos fosforilados y ácidos nucleicos.
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Sodio
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Catión principal del medio extracelular. Regula la
volemia, balance de ácidos/base, función nerviosa y muscular, bomba Na , K –
ATPasa
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Potasio
|
Catión principal del medio intracelular, función
nerviosa y muscular, bomba Na/K . ATP
asa
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Cloro
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Balance de electrolitos, constituyente del jugo
gástrico
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Magnesio
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Catión importante del líquido intracelular, esencial
para la actividad de un sinnúmero de enzimas, para la transmisión neuronal y
la excitabilidad muscular. Actúa como cofactor de todas las enzimas
involucradas en las reacciones de transferencia de fosfato que utilizan ATP.
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Microminerales
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Yodo
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Constituyentes de hormonas tiroídeas (tiroxina)
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Flúor
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Incrementa la dureza de huesos y dientes
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Hierro
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Presente en la hemoglobina para el transporte de O2
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* Macrominerales son necesarios en cantidades mayores de 100 mg por día
Componentes
Orgánicos
Carbohidratos
Son compuestos
orgánicos formados por C, H, O. También son llamados glúcidos, azúcares e
hidratos de carbono. Estos dos últimos nombres no son del todo apropiados, pues
no todos son dulces ni se trata de moléculas cuyos carbonos estén hidratados.
Químicamente hablando son aldehídos (R-CHO) o cetonas hidroxiladas (RCO- R).
Los carbohidratos
incluyen a los azúcares simples y a los polisacáridos. Estos azúcares simples,
como la glucosa, son los nutrientes principales de las células. Su degradación
proporciona no solo la fuente de energía celular sino el material inicial para
la síntesis de otros componentes celulares. Los polisacáridos son formas de
reserva de los azúcares y constituyen componentes estructurales de la célula.
Además, los polisacáridos y polímeros mas cortos de azúcares actúan como
marcadores para una variedad de procesos de reconocimiento celular, incluyendo
la adhesión entre células y el transporte de proteínas a los destinos
intercelulares apropiados.
Los monosacáridos
pueden unirse entre sí mediante reacciones de deshidratación, donde se extrae
agua y se unen los azúcares mediante un enlace
glucosídico entre dos de sus átomos de carbono. Si sólo se unen unos pocos azúcares, el polímero
resultante se denomina oligosacárido.
Si se implican un número elevado (ciento o miles) de azúcares, los polímeros
resultantes son macromoléculas denominadas polisacáridos.
Los polisacáridos
comunes- glucógeno y almidón son las
formas de depósito de carbohidratos en las células de animales y plantas
respectivamente. Tanto el glucógeno como el almidón están compuestos
completamente de moléculas de glucosa en la forma alfa, siendo similares
básicamente, como lo es su función : almacenar glucosa.
La celulosa en
contraste tiene una función bien definida como principal componente estructural
de la pared de las células vegetales, también sólo esta formados por moléculas
de glucosa, la cuales poseen configuración beta.
Resumen de carbohidratos
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Carbohidratos
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Características
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Función
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Fuente o localización
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Gliceraldehído
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Triosa
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Su versión
fosforilada (PGAL) es un importante intermedario metabólico
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Citoplasma,
mitoondrias, cloroplastos
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Ribosa
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Pentosa (C5H10O5)
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Precursor de
nucleótidos y ácidos nucleicos (ARN)
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Citoplasma y
núcleo
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Desoxirribosa
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Pentosa (C5H10O4)
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Precursor de
nucleótidos y ácidos nucleicos (ADN)
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Citoplasma y
núcleo
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Glucosa
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Hexosa
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Fuente de
energía, estructural
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Almidón,
glucógeno, maltosa, lactosa, sacarosa, celulosa y quitina
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Fructosa
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Hexosa
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Convertirse en
glucosa y fuente de energía para el espermio
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Jugo de frutas,
sacarosa, semen
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Galactosa
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Hexosa
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Convertirse en
glucosa, estructural
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Leche (lactosa)
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Maltosa
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Glucosa+ glucosa
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Fuente de energía
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Degradación
incompleta del almidón.
Semillas
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Sacarosa
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Glucosa+ Fructosa
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Fuente de energía
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Remolacha, caña
de azúcar
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Lactosa
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Glucosa +
galactosa
|
Fuente de energía
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Leche
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Almidón
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Polisacárido de
glucosas
|
Reserva de
energía en las plantas
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Raíces, tallos,
hojas de plantas
|
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Glucógeno
|
Polisacárido de
glucosa
|
Reserva de
energía de animales
|
Hígado, Músculo
esquelético
|
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Celulosa
|
Polisacárido de
glucosa
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Forma la pared de
celular de células vegetales. Otorga rigidez a células y tejidos
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Madera
|
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Quitina
|
Polisacárido de
glucosa con nitrógeno
|
Forma parte de la
pared celular de los hongos y exoesqueletos de artrópodos
|
Hongos
Artrópodos
|
Carbohidrato y
membrana plasmática.
Representados
principalmente por oligosacáridos, los que por su carácter polar están
limitados solamente a la superficie externa y normalmente asociados con lípidos
(constituyendo los glicolípidos) o proteínas (formando las glicoproteínas), las
que en conjunto constituyen el glucocálix, estructura que participa del
reconocimiento celular en células animales.
Funciones de la
membrana plasmática.
Sus funciones se
pueden resumir en:
1. Constituir el
límite fundamental de toda célula.
2. Regular los
movimientos de sustancias desde y hacia la célula, manteniendo la concentración
intracelular de moléculas en los niveles adecuados para que se realicen los
procesos celulares básicos.
3. Conducir
potenciales de acción electroquímicos (en células excitables, por ejemplo
neurona).
4. Participar en
interacciones directas con la membrana plasmática de células vecinas, formando
uniones intercelulares.
5. Mantener estable
la forma celular con la ayuda de la interacción con elementos del citoesqueleto
y de la matriz extracelular.
6. Transducir
señales hormonales y nerviosas.
Proteínas
Las proteínas son
los principales componentes de los seres vivos: constituyen más de la mitad de
la masa seca de una célula y son responsables de una gran cantidad de
funciones.
Todas están
formadas por la misma estructura básica: son polímeros formados por la unión de
aminoácidos. Éstos últimos son moléculas constituidas por C, H, O, N y en
algunos casos poseen también átomos de azufre (S).
Aminoácidos:
Son moléculas
formadas por un grupo amino (-NH2), que tiene características básicas, y un
grupo carboxilo (-COOH), con propiedades ácidas. Ambos grupos unidos a un mismo
carbono. En las proteínas hay 20 aminoácidos diferentes, comunes a todos los
seres vivos existentes en la tierra, son los que están codificados en los
ácidos nucleicos; no obstante, en las células se encuentran otros que resultan
de transformaciones de uno o más de los 20 aminoácidos que se presentan
comúnmente.
Un individuo
necesita de un aporte constante de aminoácidos para la síntesis de sus
proteínas. En los organismos heterótrofos algunos de éstos pueden ser
sintetizados por el propio organismo a partir de otras moléculas; otros, en
cambio, tienen que ser incorporados en la dieta.
Los aminoácidos que
deben ser incorporados se conocen como aminoácidos esenciales. En el caso de la
especie humana son diez (Arginina, Histidina, Isoleucina, Leucina, Lisina,
Metionina, Fenilalanina, Treonina, Triptófano, Valina).
Polipéptidos
Los aminoácidos se
unen entre sí mediante enlaces peptídicos. La unión de dos monómeros origina un
dipéptido; la de tres un tripéptido y así sucesivamente, a éstos se les
denomina oligopéptidos. Mayores oligomerizaciones (10 a 100 residuos
aminoacídicos), se les llama polipéptidos.
Propiedades de las
proteínas
Sus propiedades
físico-químicas dependen de su composición aminoacídica y de su conformación.
Las propiedades comunes a todas las proteínas son dos: especificidad y
desnaturalización.
a) Especificidad: Cada proteína tiene una
función exclusiva, por ejemplo las enzimas. Cada individuo posee ciertas
proteínas con una secuencia aminoacídica
determinada, como se pone en evidencia en el rechazo de los órganos
transplantados.
b) Desnaturalización: Este fenómeno ocurre
cuando la proteína es sometida a condiciones diferentes a las que naturalmente
tiene, consiste en la pérdida parcial o permanente de la configuración de la
proteína, lo cual provoca su pérdida funcional La desnaturalización se puede
hacer mediante diversos medios físicos y químicos, por ejemplo, cambios de
temperatura, valores extremos de pH, etc.
Configuración
de las proteínas
a) Estructura primaria: se define como el orden o la
secuencia de sus aminoácidos unidos mediante enlace peptídico. Este nivel
estructural, codificado genéticamente, se conoce cuando se sabe el número, la
estructura o identidad y el orden de todos sus residuos aminoácidos, y
constituye la estructura básica de las proteínas. Ésta secuencia de aminoácidos va a determinar
la estructura tridimensional de las proteínas
y por ende su función.
b) Estructura secundaria: los giros alrededor de los enlaces simples
permiten la formación de estructuras
secundarias. Corresponde al ordenamiento regular que adoptan sectores de la
cadena peptídico a lo largo de un eje, debido a la interacción de los grupos
carboxílicos y acídicos con formación de puentes de hidrógeno; las principales
son a hélice y la conformación b.
a - Hélice: disposición de las cadenas peptídicas,
con predominio del eje longitudinal formando un hélice, está estabilizada por
puentes de hidrógeno intracatenarios que se estableen entre los elementos del
enlace peptídico.
b Plegada: disposición regular de las cadenas polipeptídicas con predominio del eje
longitudinal y estabilizada por puentes de hidrógeno intracatenarios. Las
cadenas se disponen en zig - zag, por lo que esta estructura se denomina hoja
plegada.
c) Estructura terciaria: disposición
estabilizada mediante interacciones débiles, que se e establecen entre las
cadenas laterales de los residuos de aminoácidos y por el enlace covalente por
puente disulfuro. Las interacciones débiles pueden ser: uniones salinas o
iónicas, fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno y uniones hidrofóbicas,
según la identidad de los aminoácidos cuyas cadenas laterales se enfrenten.
d)
Estructura cuaternaria: corresponde al nivel estructural de las
proteínas, constituido por 2 o más cadenas polipeptídicas, idénticas o
diferentes en estructura, generalmente en número par, unidas por interacciones
no covalentes del tipo de puentes de hidrógeno, de uniones iónicas o
electrostáticas y uniones hidrofóbicas según las proteínas.
La hemoglobina es una proteínas formada por 4 cadenas polipeptídicas,
denominadas globulinas. Para realizar cada una de sus funciones , requiere de
la integridad de su estructuras cuaternaria.
Funciones de
las proteínas
Las proteínas
dirigen prácticamente la totalidad de los procesos vitales, incluso aquellos
destinados a la producción de ellas mismas. Determinan la forma y la estructura
de las células. Sus funciones se relacionan con sus múltiples propiedades, que
son el resultado de la composición de aminoácidos, de la secuencia y del modo
en que la cadena se pliega en el espacio.
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Función
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Ejemplo
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Estructural
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àCiertas
glucoproteínas forman parte de las membranas y participan como receptores o
facilitan el transporte de sustancias.
àLas proteínas del
citoesqueleto, de las fibras del huso, de los cilios, flagelos y de los
ribosomas.
|
|
Proteínas que
confieren resistencia y elasticidad a los tejidos:
· El colágeno del
tejido conjuntivo fibroso.
· La elastina el
tejido conjuntivo elástico.
· La queratina de
la epidermis.
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Hormonal
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· La insulina y
el glucagón (que regulan la glicemia), la hormona del crecimiento y la
calcitonina (que regula la calcemia).
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Defensiva
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·
Inmunoglobulinas actúan como anticuerpos.
· La trombina y
el fibrinógeno participan en la formación de coágulos, y por ende evitan las
hemorragias.
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Transporte
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· Transportan O2,
la hemoglobina, en vertebrados y la mioglobina, en el interior de la célula
muscular.
· Lipoproteínas
transportan lípidos en la sangre.
· Proteínas
transportadoras de la membrana plasmática que regulan el paso de solutos y
agua a través de ella.
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Contráctil
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· Actina y
miosina son parte de las miofibrillas, responsables de la contracción
muscular.
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Reserva
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· La ovoalbúmina
del huevo, la gliadina del grano de trigo, entre otras, son la reserva de
aminoácidos para el desarrollo del embrión.
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Enzimática
|
· Las enzimas son
catalizadoras de las reacciones químicas dentro de las células, es decir,
aceleran la velocidad de las mismas. Son numerosas y altamente especificas.
Sin estos catalizadores, dichas reacciones se desarrollarían a velocidades
tan bajas que apenas rendirían cantidades apreciables del producto. Muchas
enzimas necesitan para su funcionamiento la presencia de algunas sales.
· Actúa a valores
de pH y de temperatura específicas y cualquier cambio brusco de estos
factores podría dejarlas inutilizables (desnaturalización).
· La amilasa
cataliza la degradación de los azucares. La lipasa cataliza la degradación de
los lípidos.
|
Enzimas
Las enzimas son
proteínas que actúan como catalizadores biológicos que aceleran las reacciones
químicas dentro de la célula sin transformarse ellas mismas en una molécula
diferente. Las células transforman la energía que toman del entorno en energía
química la que les resulta útil para realizar trabajos químicos, mecánicos,
etc.
Tiene 2
características fundamentales: 1°
Aumentan la velocidad de las reacciones químicas sin ser consumidas o alteradas
permanentemente por la reacción; 2° Aumentan la velocidad de las reacciones si
alterar el equilibrio químico entre sustratos y productos
Propiedades
de las enzimas
a) Son altamente específicas
b) Son de naturaleza proteica
c) Aceleran las reacciones químicas
d) Actúan en pequeñas cantidades
e) No modifican el equilibrio reactante y producto
f) Son reutilizables
g) Son sintetizadas por ribosomas libres o adheridas a membranas
Actividad
catalítica
La unión del sustrato al sitio activo de una enzima es una interacción muy
específica. Los lugares activos son grietas o hendiduras en la superficie de
las enzimas, habitualmente compuestas de aminoácidos de diferente cadenas que
se aproximan con la estructura de la proteína plegada. Los sustratos se ligan
inicialmente al lugar activo mediante interacciones no covalentes, incluyendo
enlaces de hidrógeno, enlaces iónicos e interacciones hidrofóbicas. Una vez que
este sustrato está unido al lugar activo de una enzima, múltiples mecanismos
pueden acelerar su conversión en el producto de la reacción.
La enzima proporciona un molde sobre el que los reactantes se aproximan y
se orientan correctamente para favorecer la formación del estado de transición
en el que interactúan.
El modelo más sencillo de la interacción enzima – sustrato es el modelo de llave y cerradura, en el que
el sustrato encaja perfectamente en el sitio activo.
En muchos casos, sin embargo, las configuraciones tanto de la enzima como
del sustrato son modificadas por la unión del sustrato, un proceso denominado ajuste inducido o modelo inducido. Es estos casos la conformación
del sustrato se altera de tal forma que se asemeja más a la del estado de
transición. El estrés producido por esta distorsión en el sustrato puede
facilitar aún más su conversión hasta alcanzar el estado de transición
debilitando enlaces cruciales. Además el estado de transición se estabiliza por
su estrecha unión a la enzima, disminuyendo de este modo la energía de
activación adquirida.
Factores que
afectan la actividad enzimática
a) Efecto del pH: las enzimas actúan dentro de límites estrechos de pH (pH óptimo de la
reacción). Por ejemplo, la pepsina tiene un pH óptimo de 1,5 a 2. Cuando se
grafica la actividad enzimática para valores crecientes de pH, comenzando desde
la zona ácida, se obtiene una curva en forma de campana. El peak de la curva
corresponde al pH óptimo en el cual la enzima tiene su máxima actividad. En
medios muy ácidos o muy alcalinos, la enzima de desnaturaliza y se inactiva.
Algunas enzimas tienen actividad óptima a un pH ácido y otras en un pH
alcalino.
b) Temperatura: la velocidad de las
reacciones enzimáticas aumenta por lo general con la temperatura, dentro del
intervalo en que la enzima es estable y activa. La velocidad por lo general se
duplica por cada 10°C de aumento térmico. La actividad enzimática máxima se
alcanza a una temperatura óptima, luego la actividad decrece y finalmente cesa
por completo; la actividad enzimática disminuye a causa de la desnaturalización
progresiva de la enzima por acción de la temperatura. A bajas temperaturas, las
reacciones disminuyen mucho o se detienen, pero la acción catalítica reaparece
cuando la temperatura se eleva a valores normales para la enzima.
c) Concentración de sustrato: principalmente la
velocidad de la reacción o catálisis varía de acuerdo a la concentración del
sustrato. Cuando las concentraciones del sustrato son bajas, la velocidad
aumenta rápidamente. A medida que el sustrato aumenta, la enzima se satura y
alcanza un punto de equilibrio en el cual la velocidad no depende de la
concentración del sustrato. En este caso el exceso de sustrato no es atacado
por las enzimas ya que estas tienen sus sitios activos ocupados, alcanzándose
así el máximo de velocidad.
Para saber mas de enzimas:
https://es.slideshare.net/mromer53/enzimas-9984438
Proteínas de
la membrana plasmática
Aunque la
estructura básica de las membranas biológicas está determinada por la bicapa
lipídica, la mayoría de sus funciones específicas están desempeñadas por las
proteínas. Por consiguiente, la cantidad y el tipo de proteínas de una
membrana son muy variables y cumplen variadas funciones tales como: ser
transportadoras, enzimas, receptores, estructurales, fijadoras del
citoesqueleto, formar parte de la matriz extracelular, etc.
De acuerdo a su
ubicación, se pueden clasificar en dos tipos: las que atraviesan la bicapa de
lado a lado, proteínas intrínsecas o integrales y las ubicadas en la
superficie, proteínas extrínsecas o periféricas.
Lípidos
Son una familia
bastante heterogénea de compuestos orgánicos, formados principalmente por C, H
y O unidos por enlaces covalentes apolares, que casi lo único que tienen en
común es su gran insolubilidad en agua (hidrofóbicas). Esta propiedad permite a
los lípidos ser extraídos desde los tejidos y órganos mediante solventes
orgánicos apolares (éter, benceno, bencina, cloroformo, acetona, etc.).
Además no forman polímeros y presentan en su
estructura una menor proporción de oxígeno que los carbohidratos.
Funciones de lípidos:
· Forman parte de
las membranas celulares.
· Regulan la
actividad de las células y tejidos (Hormonas y Prostaglandinas).
· Constituyen las
principales formas de almacén de energía en los seres vivos.
· Constituyen las
vitaminas liposolubles (A, D, E, K)
Debido a su
heterogeneidad existen varios modos de clasificar a los lípidos, siendo el más
aceptado el que los agrupa en su capacidad de ser o no saponificables
(hidrólisis alcalina):
è Ácidos Grasos * Saturados (Enlaces
simples)
* Insaturados (Enlaces dobles)
è Lípidos Saponificables * Acilglicéridos o
Glicéridos (Mono, Di, Tri)
(posee ácidos
grasos en su estructura) * Lípidos de membrana
(esfingolípidos, glicerolípidos)
è Lípidos Insaponificables * Terpenos
(no poseen ácidos
grasos en su estructura) * Esteroides
* Eicosanoides
Los Ácidos Grasos
Son moléculas que
en general, no se encuentran libres en la célula debiendo obtenerlos por
hidrólisis desde los lípidos saponificables, en donde están almacenados.
Algunos ácidos
grasos contienen dobles enlaces entre los carbonos del hidrocarburo
(insaturaciones), que causan que la cadena se flexione e impide que las
moléculas se empaqueten fuertemente entre sí y que solidifiquen a la
temperatura ambiente (menor punto de fusión).Por lo tanto los ácidos grasos que
poseen dobles enlaces se denominan insaturados a diferencia de los que
presentan enlaces simples denominados saturados, los cuales al tener un mayor
punto de fusión hace que sean sólidos a temperatura ambiente.
LOS
ÁCIDOS GRASOS INSATURADOS Y DE CADENA CORTA SON MÁS FLUIDOS
Lípidos Saponificables
I.- Acilglicéridos: También llamados glicéridos. Son lípidos constituidos
por una molécula de glicerol a la cual se le pueden unir; uno (monoglicérido),
dos (diglicéridos) o tres moléculas de ácidos grasos (triglicéridos). Los
triglicéridos se clasifican según su estado físico, en aceites y grasas.
a) Aceites: Son
líquidos a temperatura ambiente pues los ácidos grasos presentes en el lípido
son del tipo insaturado y de cadena corta. Son de origen vegetal.
b) Grasas: Son
sólidos a temperatura ambiente pues los ácidos grasos presentes en el lípido
son del tipo saturado y de cadena larga. Son de origen animal.
La imagen de
izquierda a derecha muestra la formación de un triglicérido a partir de una molécula de glicerol más tres ácidos
grasos del tipo saturado. El enlace se llama tipo éster o estérico y el
proceso, esterificación o condensación, el cual da como resultado la liberación
de 3 moléculas de agua por triglicérido.
De derecha a izquierda se indica la hidrólisis, si se realiza en un
medio alcalino se obtendrá jabón y el proceso se denomina saponificación.
Funciones de los
glicéridos:
· Reserva energética: A diferencia de
muchas plantas, los animales sólo tienen una capacidad limitada para almacenar
carbohidratos. En los vertebrados, cuando los azúcares que se ingieren
sobrepasan las posibilidades de utilización o de transformación en glucógeno,
se convierten en grasas. De modo inverso, cuando los requisitos energéticos del
cuerpo no son satisfechos por la ingestión inmediata de comida, el glucógeno y
posteriormente la grasa son degradados para llenar estos requerimientos.
Las grasas y los
aceites contienen una mayor proporción de enlaces carbono-hidrógeno ricos en
energía que los carbohidratos y, en consecuencia, contienen más energía
química. En promedio, las grasas producen aproximadamente 9,3 kilocalorías por
gramo, en comparación con las 3,79 kilocalorías por gramo de carbohidrato, o
las 3,12 kilocalorías por gramo de proteína.
· Aislantes térmicos contra las bajas
temperaturas. Esta capa está particularmente bien desarrollada en los mamíferos
marinos.
· Amortiguador: Grandes masas de
tejido graso rodean a algunos órganos como, por ejemplo, a los riñones de los
mamíferos, y sirven para protegerlos de una conmociónfísica. Estos depósitos de
grasa permanecen intactos, aun en épocas de inanición.
· Jabones: A mediados del siglo
pasado, el jabón se fabricaba hirviendo grasa animal con lejía (hidróxido de
potasio). Los enlaces que unen a los ácidos grasos y la molécula de glicerol se
hidrolizaban y el hidróxido de potasio reaccionaba con el ácido graso para
producir jabón. Un jabón típico, disponible actualmente, es el esterato de
sodio. En agua se ioniza para producir iones sodio (Na+) y estearato. El hígado
de los vertebrados
produce una
secreción llamada bilis, que contiene sales biliares (sales de ácidos grasos)
que cumplen el papel de emulsionar las grasas en el intestino delgado.
· Lípidos de membrana: Familia de
lípidos anfipáticos que por sus particulares propiedades físicas son adecuados
para estructurar membranas celulares. Se trata de lípidos polares que, en
presencia de agua, espontáneamente adoptan la estructura de bicapas lipídicas.
Cumplen con ese requisito los fosfoglicéridos y los esfingolípidos.
Como los
fosfoglicéridos y una clase de esfingolípidos, llamados esfingomielinas, poseen
grupos fosfatos en su estructura, reciben el nombre alternativo de
fosfolípidos. Al igual que las grasas, los fosfolípidos están compuestos de
cadenas de ácidos grasos unidas a un esqueleto de glicerol. En los
fosfolípidos, no obstante, el
tercer carbono de
la molécula de glicerol no está ocupado por un ácido graso, sino por un grupo
fosfato, al que está unido habitualmente otro grupo polar (R).
Para mas información:
Lípidos insaponificables
a) Terpenos: Son lípidos que
resultan de la unión de muchas unidades pequeñas, llamadas isoprenos. Son
terpenos las vitaminas liposolubles;
à A: que participa de
la fisiología de la visión, al formar parte de la rodopsina, un pigmento
fotosensible presente en los bastones retinianos.
à E: es un antioxidante
intracelular que impide el deterioro prematuro de los tejidos.
àK: forma parte de una
enzima que interviene en la coagulación sanguínea
b) Esteroides: Son una familia de
lípidos que presentan en su estructura un conjunto de cuatro anillos fusionados
llamado esterano. Aunque los esteroides no se asemejan estructuralmente a los
otros lípidos, se los agrupa con ellos porque son insolubles en agua.
Pertenecen a este
grupo de lípidos el colesterol, la vitamina D, los ácidos biliares, las
hormonas de la corteza suprarrenal (aldosterona, cortisol y andrógenos
corticales), las hormonas sexuales femeninas (progesterona y estrógenos) y
masculina (testosterona).
c) Eicosanoides: son derivados de
ácidos grasos que desarrollan una variedad de acciones en los tejidos de los
vertebrados. Entre ellos se encuentran las prostaglandinas, algunas de ellas
han sido identificadas como hormonas y como mediadores locales en procesos
inflamatorios y en la actuación de los procesos del dolor.
Las prostaglandinas
tienen funciones muy diversas, ya que intervienen en la contracción del músculo
liso, la secreción gástrica, la variación de la presión sanguínea y los
procesos inflamatorios. Los fármacos como la aspirina actúan inhibiendo la
síntesis de prostaglandinas, con lo que se reduce la inflamación y se alivia el
dolor subsiguiente a éste.
Relacionados con
las prostaglandinas están los tromboxanos, moléculas complejas que intervienen
en la coagulación y el cierre de las heridas.
Preguntas
1.- Asocia los términos de ambas columnas de acuerdo a la función de los diferentes componentes químicos de la
célula
A. Lípidos 1.
Solvente
B. Carbohidratos 2.
Substrato para la respiración celular
C. Proteínas 3.
Principal componente de las membranas celulares
D. Agua 4.
Resultado inmediato de la expresión génica
E. Iones 5.
Generan gradientes químicos y eléctricos.
A -------------;
B----------------; C------------------; D--------------------;
E---------------------
2.- Para cada una
de las siguientes moléculas, indica cuál es el monómero y la estructura del
polímero.
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Polímero
|
Monómero
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Estructura
|
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ADN
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Proteínas
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Glucógeno
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Fosfolípidos
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3.- Resume las
principales funciones de los carbohidratos, lípidos, proteínas, sales minerales
y agua.
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