Composición química de la materia viva

Los Bioelementos Los bioelementos son los elementos químicos que se encuentran presentes en los seres vivos y constituyen el 99% de su masa total. La materia viva está compuesta por unos 70 elementos que pueden estar aislados o formando moléculas. De acuerdo con su abundancia se clasifican en primarios, secundarios y oligoelementos.

Primarios: Son indispensables para la formación de las biomoléculas (proteínas, lípidos, carbohidratos y ácidos nucléicos) y constituyen más del 95% de la masa de un ser vivo. Los bioelementos primarios son: el carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), azufre (S) y fósforo (P); se caracterizan por formar enlaces covalentes y dar origen a los grupos funcionales.

Secundarios: Son los elementos responsables del funcionamiento de los seres vivos. Están presentes en menos del 4% de la masa total de los organismos y son: calcio (Ca), magnesio (Mg), cloro (Cl), sodio (Na) y potasio (K).

Los grupos funcionales de las Biomoléculas Las biomoléculas se forman a partir de cadenas de carbonos y de unos grupos funcionales, que son grupos particulares de átomos que determinan las características y la reactividad química de las moléculas. Los más frecuentes en las biomoléculas son:

Hidroxilo El grupo hidroxilo (—OH), al unirse a carbonos, forma los alcoholes, los cuales son compuestos polares y por lo tanto solubles en agua. A temperatura ambiente son líquidos y son muy buenos para formar puentes de hidrógeno.

Interviene en las reacciones de deshidratación y de hidrólisis. Lo encontramos en los carbohidratos, ácidos nucleicos, proteínas, alcoholes, algunos ácidos y esteroides.

Carboxilo
Los carboxilos tienen un carbono unido a un OH (R—COOH).

El grupo carboxilo será la base para formar los ácidos carboxílicos. Estos ácidos se encuentran de manera abundante en la naturaleza, además, son polares (solubles en agua) si la cadena de carbonos es pequeña. Al crecer la cadena de carbonos, la solubilidad en agua se pierde o se vuelven moléculas anfipáticas, es decir, con una parte soluble y otra insoluble en agua.

Lo encontramos en los ácidos grasos y aminoácidos.

Aldehído
Los carboxilos tienen un carbono unido a un OH (R—COOH).

El grupo carboxilo será la base para formar los ácidos carboxílicos. Estos ácidos se encuentran de manera abundante en la naturaleza, además, son polares (solubles en agua) si la cadena de carbonos es pequeña. Al crecer la cadena de carbonos, la solubilidad en agua se pierde o se vuelven moléculas anfipáticas, es decir, con una parte soluble y otra insoluble en agua.

Lo encontramos en los ácidos grasos y aminoácidos.

Cetona
El grupo cetona se encuentra situado entre dos carbonos. Al igual que en los aldehídos, la solubilidad en agua disminuye conforme la cadena de carbonos aumenta. Por presentarse en medio de la cadena de carbonos son menos reactivas que los aldehídos.

Tienen un olor agradable y son muy útiles en la síntesis de otros compuestos y disolventes. Al presentarse en los carbohidratos se les conoce como cetosas. Mientras el número de carbonos no sea mayor a 11, son líquidas a temperatura ambiente.

Fosfato
En el grupo fosfato, el fosfato se une a cuatro átomos de oxígeno, por lo que se comporta como ácido.

En los tejidos vivos puede contribuir a la solubilidad de las moléculas orgánicas. Además, es el grupo portador de la energía celular en el ATP, indispensable para la respiración y la fotosíntesis. Este grupo se encuentra en ácidos nucleicos y lípidos, específicamente, en fosfolípidos.

Amino
Las aminas se forman cuando un nitrógeno se une a una cadena de carbonos. Como el nitrógeno forma tres enlaces, uno de ellos es el carbono, dos pueden ser átomos de hidrógeno. Si el grupo amina se encuentra unido a una cadena pequeña de carbonos, será soluble en agua, pero, conforme la cadena aumenta, su solubilidad disminuye.

Todas las aminas son básicas y reaccionan con los ácidos formando sales, muchas de las cuales son solubles en agua. Pueden unir un H+ adicional, adquiriendo carga positiva.

Las encontramos en los aminoácidos y en las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos.

Éster
El grupo éster (R—COO—R) se obtiene de la reacción de un ácido carboxílico y un alcohol. Son moléculas más hidrosolubles que las largas cadenas de carbono, pero más hidrofóbicas que un alcohol.

Son los responsables de los sabores y fragancias de flores y frutos. Tienen presencia en ceras, grasas y aceites tanto vegetales como animales, y en los ácidos nucleicos al formar el enlace fosfodiéster.

Oligoelementos: Son elementos químicos que forman el 0.01% de la masa de un ser vivo. Una pequeña cantidad de ellos es suficiente para tener un desarrollo armónico, pero la falta total o una concentración por encima de su nivel normal es perjudicial para el organismo. Dentro de estos tenemos los que son indispensables y los encontramos en todos los seres vivos, como son: el manganeso (Mn), hierro (Fe), cobalto (Co), cobre (Cu), zinc (Zn), flúor (F), yodo (I) y litio (Li) y los variables, debido a que no todas las especies los presentan: boro (B), aluminio (Al), Vanadio (V), Molibdeno (Mo) y silicio (Si).

¿QUÉ ES UN MINERAL?
Los minerales son nutrientes inorgánicos esenciales, y su presencia e intervención en nuestro organismo es imprescindible para la actividad de las células. Los seres humanos requerimos de cantidades relativamente pequeñas de minerales, es por ello que se clasifican como micronutrientes1.

La función de los minerales variará según su tipo, pero algunas de sus funciones y características principales son:

Ayudar a regular procesos corporales: balance de fluidos, contracción muscular e impulsos nerviosos.
Dar estructura al cuerpo (4% del peso corporal).
No se destruyen con calor.
Se absorben en el intestino.
Se transportan: por la sangre o se unen a proteínas y se vuelven estructurales.

Macroelementos y microelementos

Los minerales tienen numerosas funciones en el cuerpo humano, y se suelen clasificar en macroelementos (se requieren en mayores cantidades en la dieta) y microelementos (se requieren en pequeña cantidad). Los principales minerales en el cuerpo humano según su clase son:

Macroelementos: También llamados minerales principales. Se requieren en más de 250 mg diarios: calcio, fósforo, magnesio y los electrolitos de sodio, cloro y potasio.
Microelementos: Conocidos como oligoelementos. Se requieren en menos de 20 mg diarios: cromo, cobre, flúor, yodo, hierro, manganeso, selenio y zinc.

Sales minerales
Las sustancias minerales se pueden encontrar en los seres vivos de tres formas:

Precipitadas: constituyen estructuras sólidas, insolubles, con función esquelética.
Disueltas: los cristales en disolución se disocian en aniones y cationes. Estos iones mantienen el grado de salinidad constante dentro del organismo y ayudan a mantener su pH.
Asociadas a moléculas orgánicas: un ejemplo son las fosfoproteínas o los fosfolípidos.

El agua: el agua representa entre el 50% y 90% de la masa de los seres vivos y cubre cerca del 75% de la superficie del planeta.

El agua
Es la sustancia química más abundante de la materia viva y, por tanto, todas las reacciones químicas que experimentan los seres vivos se realizan en medio acuoso.

Su carácter de dipolo permite establecer enlaces de hidrógeno formando grupos de moléculas, alcanzando pesos moleculares elevados y comportándose como un líquido.

CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DEL AGUA:
Elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas debido a los puentes de hidrógeno, lo que explica que sea un líquido incompresible, que tenga una alta tensión superficial y que se produzca el fenómeno de capilaridad.
Elevado calor específico: hace falta mucho calor para elevar su temperatura, convirtiéndola en un estabilizador térmico del organismo.
Elevado calor de vaporización: es necesario romper todos lo enlaces de hidrógeno para pasar de líquido a gas.
Mayor densidad en estado líquido que en estado sólido: al flotar el hielo en el agua se forma un capa superficial termoaislante que permite la vida bajo ella.

Molécula triangular
La repulsión que existe entre los electrones que forman el enlace y los cuatro electrones libres del oxígeno ocasionan que la molécula de agua se acomode de forma "triangular" o no linear. Esta estructura le da al agua una de sus características más importantes: la polaridad.

Solvente
la polaridad vuelve al agua el solvente ideal, ya que sus átomos de oxígeno, cargados negativamente, serán atraídos por aquellos átomos cargados positivamente rodeándolos. Lo mismo pasará con los iones o átomos cargados negativamente, sólo que en esta ocasión los hidrógenos (positivos) serán atraídos hacia ellos.

Enlace covalente
Los átomos de hidrógeno se enlazan al átomo de oxígeno a través de un enlace covalente, cada átomo pone un electrón para formar el enlace, compartiendo así un par de electrones.

Los enlaces

¿Qué es un enlace químico?
Un enlace químico es la fuerza que une a los átomos para formar compuestos químicos. Esta unión le confiere estabilidad al compuesto resultante. La energía necesaria para romper un enlace químico se denomina energía de enlace.

En este proceso los átomos ceden o comparten electrones de la capa de valencia (la capa externa de un átomo donde se determina su reactividad o su tendencia a formar enlaces), y se unen constituyendo nuevas sustancias homogéneas (no mezclas), inseparables a través de mecanismos físicos como el filtrado o el tamizado.


Clasificación

Existen tres tipos de enlace químico conocidos, dependiendo de la naturaleza de los átomos involucrados:

Enlace covalente. Ocurre entre átomos no metálicos y de cargas electromagnéticas semejantes (por lo general altas), que se unen y comparten algunos pares de electrones de su capa de valencia. Es el tipo de enlace predominante en las moléculas orgánicas y puede ser de tres tipos: simple (A-A), doble (A=A) y triple (A≡A), dependiendo de la cantidad de electrones compartidos.
Enlace iónico. Consiste en la atracción electrostática entre partículas con cargas eléctricas de signos contrarios llamadas iones (partícula cargada eléctricamente, que puede ser un átomo o molécula que ha perdido o ganado electrones, es decir, que no es neutro).
Enlace metálico. Se da únicamente entre átomos metálicos de un mismo elemento, que por lo general constituyen estructuras sólidas, sumamente compactas. Es un enlace fuerte, que une los núcleos atómicos entre sí, rodeados de sus electrones como en una nube.

Ejemplos de enlace químico
Algunos ejemplos de compuestos con enlace covalente:

Benceno (C6H6)
Metano (CH4)
Glucosa (C6H12O6)
Amoníaco (NH3)
Freón (CFC)
En todas las formas del carbono (C): carbón, diamantes, grafeno, etc.


Fuente: https://concepto.de/enlace-quimico/#ixzz7lgVB6k00

Polaridad
La polaridad se refiere a que hay una distribución desigual de los electrones, lo que ocasiona que una parte de la molécula esté cargada positivamente (los hidrógenos) y otra negativamente (el oxígeno).
Esto también provoca que las moléculas de agua se puedan unir a través de un enlace débil llamado puente de hidrógeno (el hidrógeno se une al oxígeno de otra molécula de agua sin compartir los electrones).

Biomoleculas

Carbohidratos

Los carbohidratos son la principal fuente de energía de los seres vivos. Están formados por una
energía que puede ser aprovechada por los seres vivos para realizar innumerables funciones metabólicas. También se les conoce con los nombres de polialcoholes, glúcidos, sacáridos o azúcares. Se pueden clasificar en:

CARBOHIDRATOS

Monosacáridos o carbohidratos simples
Oligosacáridos
Polisacáridos o carbohidratos complejos

Esta clasificación se da por el número de monómeros presentes en las moléculas, en este caso, los monosacáridos (del griego “un azúcar”) son la unidad básica de los carbohidratos y, la unión de ellos, es lo que formará a los oligosacáridos o polisacáridos, los cuales son polímeros de carbohidratos. Los carbohidratos son compuestos orgánicos formados por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O) en proporción 1:2:1, por lo que la fórmula general de los monosacáridos es (CH2O)n donde la n es el número de carbonos que tiene la molécula y puede ser cualquier número entre 2 y 8. Por ejemplo, para la glucosa la n tiene un valor de 6 y su fórmula es C6H12O6. Los monosacáridos tienen todos sus carbonos saturados con un hidroxilo (OH) y un hidrógeno (H), excepto un carbono que lleva el grupo funcional carbonilo característico de ellos, formado por un carbono unido a un oxígeno por un doble enlace (C=O), que puede ser de dos tipos: aldehído o cetona. Entre los carbohidratos de importancia biológica podemos mencionar a las pentosas y hexosas.

Grupos funcionales

Disacaridos
Contienen dos monosacáridos unidos por un enlace glicosídico. Los más abundantes disacáridos son: maltosa, se obtienen de hidrolizar al almidón, está formado por dos unidades de glucosa.

Sacarosa
Sacarosa, se encuentra en la caña de azúcar, es el azúcar de mesa, es el disacárido más común en la naturaleza, contiene una unidad de glucosa y una de fructosa.

Polisacaridos
Contienen tres o más monosacáridos, los tres polisacáridos presentes en la naturaleza son:

Celulosa, se encuentra en las paredes celulares de casi todas las plantas, le da soporte y rigidez a la madera y tallo de los árboles. El algodón es esencialmente celulosa pura.

Almidón, es el carbohidrato principal en la semillas y raíces de las plantas. Maíz, arroz, papas y trigo tienen grandes cantidades de almidón. Las dos formas más comunes del almidón son amilosa y amilopectina.

Glicógeno, se encuentra en los organismos animales, se almacena en el hígado y los músculos, es un polímero de glucosa.

Amilosa
Amilopdctina

Lípidos

Los lípidos son un grupo de moléculas heterogéneas, formadas por carbono (C) e hidrógeno (H) casi exclusivamente, debido a este tipo de enlaces no polares son hidrofóbicas y, por tanto, insolubles en agua, pero solubles en solventes orgánicos como el benceno, cloroformo, xilol, etc. Estas moléculas están formadas en menor proporción por oxígeno (O), y algunas tienen azufre (S), fósforo (P) o nitrógeno (N). Los lípidos tienen una amplia gama de funciones biológicas, son la principal reserva energética, forman cubiertas impermeables en los cuerpos de plantas y animales, son aislantes térmicos, amortiguadores mecánicos, actúan como hormonas y vitaminas, etc.

Grupos funcionales de los lípidos.
Las lipoproteínas se clasifican segun su densidad:

Las siglas estan en ingles

Quilomicrón (QM) o proteía de muy baja densidad (very low density lipropoteins) = VLDL.
Lipoproteinas de densidad intermedia (Intermediate density lipoproteins) = IDL
Lipoproteinas de baja densidad (low density lipoproteins) = LDL
Lipoproteinas de alta densidad (high density lipoproteins) = HDL

Podemos clasificar los alimentos según la abundancia relativa en cada uno de los tipos de grasas:

- Alimentos ricos en ácidos grasos saturados: Manteca, tocino, mantequilla, nata, yema de huevo, carne magra, leche, aceite de coco.

- Alimentos ricos en ácidos grasos monoinsaturados: Oléico (Omega 9): Aceites (de oliva, de semillas), frutos secos (cacahuetes, almendras), aguacate.

- Ácidos grasos poliinsaturados condicionalmente esenciales:

- EPA y DHA (Omega 3): pescado y aceite de pascado, algas, alimentos como lácteos enriquecidos en Omega 3
- Ácido araquidónico (Omega 6): grasa animal

- Ácidos grasos poliinsaturados esenciales:

- Alfa Linolénico (Omega 3): en aceites vegetales.
- Linoleico (Omega 6): aceites de maíz, girasol, soja, semilla de uva


- Alimentos ricos en fosfolípidos: Carnes y huevos.

- Alimentos ricos en colesterol: Sesos de ternera, yema de huevo, riñón de cerdo, hígado de cerdo, carne de ternera.

Proteínas

Las proteínas desempeñan un papel fundamental para la vida, prácticamente todos los procesos biológicos dependen de la actividad de este tipo de moléculas. Son las biomoléculas más versátiles y diversas, debido a lo cual son imprescindibles para la estructura y función de las células. Estas biomoléculas están formadas por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N), además, la gran mayoría poseen azufre. Las proteínas son moléculas de gran tamaño y estructura compleja, constituidas por largas cadenas de monómeros denominados aminoácidos.

Aminoácidos

Aminoácidos
Son las unidades básicas de todas las proteínas, sustancias en las que el grupo
amino está situado en el átomo de carbono inmediatamente adyacente al grupo
ácido carboxílico. Así siempre hay al menos un átomo de carbono entre el grupo
amino y el grupo carboxílico. La fórmula general de los aminoácidos se representa
como sigue:
H O
| ||
H2
N––C—C—OH
|
R
Los aminoácidos difieren entre sí por la naturaleza de sus grupos R, conformando
así una lista de 22 aminoácidos que se combinan para formar a todas las proteínas
presentes en los seres vivos. Nuestro cuerpo utiliza solo 20 y puede sintetizar 10 de
estos, a partir de hidratos de carbono y lípidos, para satisfacer las necesidades de
nuestro organismo, por lo que los diez restantes es necesario ingerirlos y por ello
reciben el nombre de aminoácidos esenciales constituyéndose en componentes
indispensables de la dieta diaria de un ser humano.

Grupos funcionales de las proteínas
Estos grupos son funcionalmente importantes porque los enlaces covalentes que se establecen entre el carbono del grupo carboxilo de un aminoácido y el nitrógeno del grupo amino de un segundo aminoácido forman el enlace peptídico (con eliminación de una molécula de agua), que es un tipo de enlace covalente

Enzimas

Se denomina enzimas a un conjunto de proteínas encargadas de catalizar (disparar, acelerar, modificar, enlentecer e incluso detener) diversas reacciones químicas, siempre que sean termodinámicamente posibles. Esto quiere decir que son sustancias reguladoras en el cuerpo de los seres vivos, por lo general disminuyendo la energía inicial requerida para poner en marcha la reacción.

Clasificación

Las enzimas se clasifican en base a la reacción específica que catalizan, de la siguiente manera:

Oxidorreductasas. Catalizan reacciones de óxido-reducción, o sea, transferencia de electrones o de átomos de hidrógeno de un sustrato a otro. Ejemplo de ellas son las enzimas deshidrogenasa y c oxidasa.
Transferasas. Catalizan la transferencia de un grupo químico específico diferente del hidrógeno, de un sustrato a otro. Un ejemplo de ello es la enzima glucoquinasa.
Hidrolasas. Se ocupan de las reacciones de hidrólisis (ruptura de moléculas orgánicas mediante moléculas de agua). Por ejemplo, la lactasa.
Liasas. Enzimas que catalizan la ruptura o la soldadura de los sustratos. Por ejemplo, el acetato descarboxilasa.
Isomerasas. Catalizan la interconversión de isómeros, es decir, convierten una molécula en su variante geométrica tridimensional.
Ligasas. Estas enzimas hacen la catálisis de reacciones específicas de unión de sustratos, mediante la hidrólisis simultánea de nucleótidos de trifosfato (tales como el ATP o el GTP). Por ejemplo, la enzima privato carboxilasa.



Hormona
¿Qué son las hormonas?
Las hormonas son los mensajeros químicos del cuerpo que controlan numerosas funciones y circulan a través de la sangre hacia los órganos y los tejidos. Estos componentes químicos intervienen en los procesos del:

Metabolismo.
Crecimiento y desarrollo.
Reproducción.
Además, afectan al estado de ánimo y al apetito sexual.

Algunas de las hormonas más importantes son la insulina, las hormonas tiroideas, el cortisol, la hormona del crecimiento y la prolactina, entre otras.

Funciones
Entre las funciones más importantes reguladas por las hormonas se encuentran el correcto funcionamiento de múltiples órganos, el crecimiento y desarrollo del cuerpo humano, la reproducción, las características sexuales, el uso y almacenamiento de energía y el control de los niveles en la sangre de líquidos, sal y glucosa.

Según su composición química


Según su composición química, existen cuatro tipos de hormonas



Hormonas Peptídicas: Estas hormonas están compuestas por cadenas de aminoácidos, polipéptidos u oligopéptidos. La gran mayoría de este tipo de hormonas no logran traspasar la membrana plasmática propia de las células dianas, esto hace que los receptores de esta clase de hormonas se ubiquen en la superficie celular. Entre las hormonas peptídicas, encontramos: la insulina, la hormonas del crecimiento o la vasopresina.


Derivadas de Aminoácidos: Estas hormonas emanan de distintos aminoácidos, como el triptófano o la tirosina. Por ejemplo, la adrenalina.


Hormonas Lipídicas: Este tipo de hormonas son eicosanoides o esteroides. A diferencia de las anteriores si consiguen atravesar las membranas plasmática. Las prostaglandinas, el cortisol y la testosterona son algunos ejemplos.

Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos son muy importantes, ya que determinan las características de un ser vivo, tales como el color de ojos, de la piel, determinación del sexo, síntesis de biomoléculas, entre otras. Estas biomoléculas son compuestos orgánicos que contienen carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N) y fósforo (P). Están hechos de monómeros llamados nucleótidos.

. Nucleótidos
Los nucleótidos son considerados monómeros complejos porque están formados por
tres partes químicas:
1. Fosfato inorgánico –de fórmula O-P-O
Programa de Ingreso UNL / Curso de Articulación Disciplinar: Físico-Química 17

2. Pentosa –puede ser ribosa o desoxirribosa
3. Bases: purina o pirimidina –se las conocen en general como bases nitrogenadas

Los ADN son moléculas enormes con pesos moleculares que fluctúan entre 6
millones y 16 millones de uma. Se encuentran principalmente en el núcleo de las
células guardando la información genética y regulando la producción de proteínas.
Estructuralmente las moléculas de ADN consisten en dos cadenas o filamentos enrollados una en la otra en forma de doble hélice, como podemos observar en la figura
superior.

ARN. Estos polirribonuclótidos estructuralmente están formados por una sola
cadena (o cadena simple) que puede ser lineal o adoptar estructuras particulares
(horquilla o rizos). Existen tres tipos de ARN:
• ARN ribosómico: (ARNr) forma parte de la estructura de los ribosomas, sitio de la
síntesis de las proteínas.
• ARN mensajero: (ARNm) encargado de indicar las secuencias de aminoácidos
que integrarán la proteína a sintetizar.
• ARN de transferencia: (ARNt) o ARN soluble; presenta una estructura muy particular
denominada “en hoja de trébol”, con zonas replegadas formando rizos, su peso
molecular es relativamente bajo y su función es el de transportar específicamente los
aminoácidos para su acople en la secuencia que conformará la futura proteína.

Fuentes de consulta