Los elementos qumicos en el cuerpo humano.

LAS MOLECULAS DE LA VIDA

Alberto Ros ManosalvaLic. Biologa y QumicaEsp. Biologa Molecular y Biotecnologa

Psicobiologa ITema 2: Las molculas de la vida1Los elementos qumicos en nuestro cuerpo.

Cules elementos qumicos son importantes para el buen funcionamiento de nuestro cuerpo? Nuestro organismo as como el de otros seres vivos esta formado por clulas, estas a su vez estn formadas por diferentes organelos formados por protenas, lpidos carbohidratos, etc. Que no son mas que sustancias qumicas formadas por la integracin de diversos elementos qumicos Qumica de la vida.Los seres vivos obedecen a las mismas leyes fsicas y qumicas que los sistemas no vivos.Todos los seres vivos comparten los mismos tipos de molculas.

Sistema de clasificacin del cuerpo humano.Uno de los sistemas de clasificacin del cuerpo humano respecto a sus componentes constituyentes es la establecida por Wang y col. en 1992:Nivel atmico: hidrogeno, nitrgeno, oxigeno, carbono, minerales.Nivel molecular: agua, protenas, lpidos, hidroxi-apatita.Nivel celular: intracelular, extracelular.Nivel anatmico: tejido muscular, adiposo, seo, piel, rganos y viseras.Nivel cuerpo integro: masa corporal, volumen corporal.

Los seres vivos estn constituidos por los mismos elementos qumicos que la materia inanimada y sometidos a las mismas leyes fsicas y qumicas que los sistemas no vivos.

Las reacciones qumicas que se producen entre tomos son la base de todos los procesos vitales.

La clave para entender a los seres vivos est en conocer como organizan y funcionan los tomos y molculas.Segn aumenta el grado de complejidad en la organizacin (tomos, molculas, organismos, biosfera) aparecen nuevas propiedades a consecuencia de la interaccin y no solo de las caractersticas de cada elemento.

El principal compuesto de las molculas de los seres vivos es el carbono.

Elementos qumicos

Sustancias que no pueden descomponerse en otras sustancias por medios qumicos92 elementos qumicos30 esenciales para la vidaBioelementos: C, H, O, N. (96,5%)En menor cantidad: Na, K, Ca, Cl, P, SOligoelementos: Zn, Fe, Mg, I, Cu, MnEl tomoEs la partcula ms pequea de un elemento que posee todas las propiedades qumicas caractersticas de este.

Proporciones que se encuentran en nuestro cuerpo.La proporcin de los diversos bioelementos es muy diferente a la que hallamos en laatmsfera, lahidrosferao lacorteza terrestre; ellos indica que lavidaha seleccionado aquellos elementos que le son ms adecuados para formar sus estructuras y realizar sus funciones. Por ejemplo: elcarbonorepresenta aproximadamente un 20% del peso de los organismos, pero su concentracin en la atmsfera, en forma dedixido de carbonoes muy baja, de manera que los seres vivos extraen y concentran este elemento en sustejidos.

La siguiente tabla muestra la proporcin de algunos bioelementos en el cuerpo humano comparada con la que tienen en el resto de la Tierra:1ElementoLitosfera- atmosfera- hidrosferaCuerpo humanoOxigeno (O) 50, 02 62, 81Carbono (C) 0, 18 19, 37Hidrogeno(H) 0, 95 9, 31Nitrgeno (N) 0, 03 5, 14Calcio (CA) 3, 22 1, 38Sodio (NA) 2, 36 0, 26Potasio (K) 2, 28 0, 22Caractersticas:Carbono:Tiene una funcin estructural y aparece en todas las molculas orgnicas.Hidrgeno:Forman grupos funcionales con otros elementos qumicos.Oxgeno:Forma parte de las biomolculas y es un elemento importante a nivel de la respiracin celular.Nitrgeno:Igual que los anteriores forma parte de las biomolculas pero destaca su presencia en protenas y lpidos y cidos nucledos (bases nitrogenadas)Calcio:Es importante para los huesos y tambin acta como cofactor y para la coagulacin de la sangre y la contraccin muscular.Potasio:Es importante por que interviene en la contraccin muscular y en los procesos relacionados con la smosis (bomba de potasio) y en la transmisin del impulso nervioso.CloroySodio:Intervienen en la smosis y la transmisin del impulso nervioso.

Tabla peridica.

Que son los oligoelementos?Losoligoelementossonbioelementospresentes en pequeas cantidades (menos de un 0,05%) en losseres vivosy tanto su ausencia como su excesopuede serperjudicial para el organismo, llegando a serhepatotxicos. Adems delos cuatroelementosde los que se compone mayoritariamentelavida(oxgeno,hidrgeno, carbonoynitrgeno), existe una gran variedad de elementos qumicos esenciales.

Los siguientes elementos son considerados como oligoelementos:

Boro. Mantenimiento de la estructura de la pared celular en los vegetales.Cromo. Potencia la accin de la insulina y favorece la entrada de glucosa a las clulas. Su contenido en los rganos del cuerpo decrece con la edad. Los berros, las algas, las carnes magras, las hortalizas, las aceitunas y los ctricos (naranjas, limones, toronjas, etc.), el hgado y los riones son excelentes proveedores de cromo.Cobalto. Componente central de la vitamina B12.Cobre. Estimula el sistema inmunitario. Podemos obtenerlo en los vegetales verdes, el pescado, los guisantes, las lentejas, el hgado, los moluscos y los crustceos.Flor. Se acumula en huesos y dientes dndoles una mayor resistencia.Hierro. Forma parte de la molcula de hemoglobina y de loscitocromosque forman parte de lacadena respiratoria. Su facilidad para oxidarse le permite transportar oxgeno a travs de la sangre combinndose con la hemoglobina para formar la oxihemoglobina. Se necesita en cantidades mnimas porque se reutiliza, no se elimina. Su falta provoca anemia.Manganeso. El manganeso tiene un papel tanto estructural como enzimtico. Est presente en distintas enzimas, destacando el superxidodismutasa de manganeso (Mn-SOD), que cataliza la disuasin de sus perxidos.Relacin de los bioelementos en el cuerpo humano (porcentajes).Elemento qumico% presenteOxigeno65 %Carbono18.5 %Hidrogeno9.5 %Nitrgeno 3.2 %Calcio1.5 %Fosforo1.0 %Potasio0.4 %Azufre0.3 %Sodio0.2 %Cloro0.2 %Magnesio0.1 %Iodo0.1 %Hierro0.1 %15Bioelemento secundario: efectos de ausencia.Calcio: el organismo no podr tener huesos fuertes.Potasio: el organismo no podr tener un buen funcionamiento cerebral.Hierro: el organismo no podr oxigenar cada parte que lo compone, cada clula ya que el hierro constituye el centro de la hemoglobina.Zinc: el organismo no podr tener funcionamiento del cerebro ni tampoco mantendr alerta el sistema nervioso.Ncleo. Concentra la mayora de la masa.Protones (+)Neutrones (sin carga)

Electrones (-). En rbita alrededor del ncleo por la fuerza electrosttica

Nmero atmico = nmero de protones

Nmero de electrones igual al nmero de protones, el tomo es elctricamente neutro.

Estructura atmica

Los tomos se unen formando molculas

Las molculas se forman mediante diversos tipos de enlaces

Los enlaces atmicos dependen de la dinmica de los electronesLos electrones se desplazan en rbitas a una velocidad cercana a la de la luzExisten de 1 a 4 rbitas alrededor del ncleo atmicoLos electrones se sitan en diferentes rbitasLa distancia que los separa del ncleo determina su nivel energtico, cuanto ms lejos ms energa

Niveles energticosLos electrones tienden a situarse prximos al ncleo

1er nivel de energa: 2e2do nivel de energa: 8e3er nivel de energa: 8e4 nivel de energa: ...?882Estabilidad atmicaLa estabilidad del tomo est en funcin de que sus electrones estn en los niveles de energa inferiores y de que estos estn completosLos electrones suelen ir completando en orden cada uno de los nivelesLa inestabilidad atmica es la causa de las uniones atmicas mediante diferentes tipos de enlaces

Enlaces qumicosPermiten adquirir a los tomos una estructura electrnicamente estable.

Enlace inico y enlace covalenteTransferencia de e- de un tomo a otroIones (tomos cargados elctricamente)Aniones (Cl-)Cationes (Na+)Enlaces dbiles de ionesMolculas solublesEnlace inicoEnlace covalentetomos que comparten al menos un par de e-Al mantenerse juntos, los tomos completan sus niveles energticos

Sencillos:Un par de e-Ms numerososMs flexiblesDobles:Ms de un par de e-Ms variadosMs rgidosPolaridad en el enlace covalenteEn enlaces covalentes de tomos distintosDesigualdad en la fuerza de atraccin del ncleoDiferencia de polaridad en las cargas atmicasMolculas polares y apolaresImportancia biolgica de las molculas polaresLas molculas de los seres vivos. BiomolculasMolculas inorgnicas: presentes en la materia orgnica e inorgnica. Agua, sales minerales y gases (CO2 y NO)Molculas orgnicas: organizadas en torno al C

El carbono tiene capacidad para formar grandes molculas por su reducido tamao y los cuatro electrones de la capa externaPuede formar enlaces con H, O y N y con hasta otros 4 tomos de CGran variedad de los enlaces covalentes (sencillos, dobles, triples)

La mayora de biomolculas son molculas orgnicas

Molculas orgnicas pequeas, de hasta 30 tomos de C: azcares, cidos grasos, aminocidos y nucletidos. Algunas pueden descomponerse en otras ms pequeas, pero la mayora son monmeros. Macromolculas, unin de muchos monmeros, son los Polmeros orgnicos

Los polmeros son las molculas ms abundantes y esenciales para la vida: glcidos, lpidos, protenas y cidos nucleicos

Las molculas ms importantes para la vida son:

Agua

Macromolculas orgnicas:GlcidosLpidosProtenascidos nucleicos

El aguaOrigen de la vidaEnlace covalenteMolcula polarReacciones metablicasEl agua. Puentes de hidrgenoPuentes o enlaces de hidrgeno

Mximo de 4 puentes de hidrgeno

Agua lquida; agua hieloSustancias hidrfilas e hidrfobasEl puente de H no es exclusivo del H2O, sino de todas las molculas polares

Hidrfilas: molculas con regiones polares (ClNa)

Hidrfobas: molculas sin regiones polares (aceite)GlcidosBiomolculas formadas a partir de azcares (energa)

Azcares: compuestos orgnicos que atienden a la frmula(CH2O)nPor su proporcin en H y O son tambin denominados carbohidratos o hidratos de carbono

Diferencias de tamao: monosacridos, disacridos y polisacridosUnin de azcaresFormacin de polmeros:Sntesis de condensacin(unin)Hidrlisis(ruptura)H2OGlucgeno:Principal polisacrido de reserva de los animales constituido por glucosaSe almacena en el hgado y en la musculatura esquelticaGlucgeno GlucosaHidrlisisAlmidn: Principal polisacrido de reserva de los vegetales constituido por glucosaDe gran importancia y utilidad energtica para el ser humano

PolisacridosCelulosa:

Papel estructural en vegetales (paredes celulares)

Polisacrido constituido de unidades de glucosa que forman cadenas lineales debido al tipo de enlace

No apta para el consumo energtico humanoLpidosEstructuras muy diversas

Constituidos de C, H y O en menor medida

Algunos tambin tienen fsforo, azufre y nitrgeno

Naturaleza hidrofbica. Solubles en disolventes apolares (ter, benceno, cloroformo)Reserva energtica (no glucgeno lpidos). Los azcares que no podemos almacenar se convierten en lpidos

Glcidos: energa inmediata

Lpidos: energa de reserva

Importante funcin estructural (membranas celulares). Al ser hidrfobos forman barreras que separan la clula del lquido que la rodea

cidos grasoscidos grasos: molculas bsicas de los lpidos

2 regiones:

Una larga cadena hidrocarbonada (H+C). Es hidrfoba y qumicamente poco reactiva

Un grupo carbxilo (COOH). Muy hidrfilo y qumicamente reactivo

Se unen a otras molculas a travs de enlaces covalentes en los grupos carboxilosLos cidos grasos se diferencian por la longitud de sus cadenas y la posicin de sus enlaces doblesInsaturados: (el C no satura sus 4 enlaces con H). Uno o ms enlaces dobles. Alteracin en la cadena pues provocan dobleces que separan las molculas. Lquidos a temperatura ambiente

Saturados: Enlaces sencillos. Cadenas rectas que facilitan que las molculas se empaqueten juntas. Slidos a temperatura ambienteFosfolpidosFuncin estructural de los lpidos (membrana celular)

2 cadenas de cidos grasos y una de glicerina

El tercer carbono de la glicerina est unido a otro grupo fosfato hidrfilo, que est enlazado a otro grupo polar

Cuando la molcula de fosfolpidos est rodeada de agua las colas hidrofbicas se agrupan para excluir el agua formando micelas o una doble capa. Esta doble capa es la base estructural de las membranas celularesEsteroidesLpidos sencillos

No contienen cidos grasos

Son insolubles en agua

El ms conocido es el colesterol

Tambin son esteroides algunas hormonasProtenasEl componente ms abundante de los organismos despus del aguaGran importancia biolgicaGran versatilidad, millones de protenas diferentesMultifuncin: estructural, cataltica, comunicacinGrandes polmeros compuestos por la unin secuencial lineal de molculas ms sencillas llamadas aminocidosAminocidosGrupo carboxilo (COOH)

Grupo amino (H2N)

tomo nico de C

Grupo R (radical), cadena lateral de carbonos que determina el tipo de aminocido

20 aminocidos (apolares, polares + y -)

Para construir las protenas se unen mediante enlaces peptdicosEnlace peptdico: sntesis de condensacinGrupo carboxilo + grupo aminoLiberacin de H2OResultado: Polipptido (cadena de hasta 50 aminocidos)Enlace peptdicoLas posibilidades de combinacin de los 20 aminocidos dan lugar a cientos de miles de protenas diferentes

Las protenas suelen ser grandes y contener centenares de aminocidosLos nucletidos son molculas complejas formadas por una base nitrogenada, un azcar y uno o varios grupos fosfato, que aisladamente realizan funciones esenciales para el metabolismo celular

Los cidos nucleicos son grandes molculas (polmeros) formadas por nucletidos que cumplen una importante funcin para el mantenimiento de la vida permitiendo la transmisin y expresin de la informacin gentica de unas clulas a otras

Nucletidos y cidos nucleicosNucletidosBase nitrogenada, un azcar y uno o varios grupos fosfato

Los nucletidos difieren entre s por el tipo de azcar y en las bases nitrogenadas que presenta y toman el nombre de stas ltimasAzcar: es una pentosa (ribosa o desoxirribosa)Bases nitrogenadas: molculas compuestas de C, H, N y O en forma de anillos (Bases: captan iones de H)

Purnicas: anillo doble (Adenina y Guanina)

Pirimidnicas: un solo anillo (Citosina, Timina, Uracilo)

Grupo fosfato: monofosfato, difosfato o trifosfatoAdenosn trifosfato (ATP)Molcula nucletida, portadora de un grupo trifosfato, implicada en todos los procesos bioqumicos en los que se requiere energa Ruptura por hidrlisis: produce energa (ADP, grupo fosfato libre y energa)

Se obtiene de nuevo ATP al metabolizar glucosa. Se necesita energa (solar en plantas o procedentes de otras reacciones como la oxidacin de la glucosa en animalescidos nucleicosCompuestos por nucletidos unidos covalentemente por el enlace fosfodiesterSon molculas que almacenan la informacin biolgicaEnlace fosfodiester: Unin del oxgeno del grupo fosfato del C5 de un azcar y el grupo carboxilo del C3 de otro azcar por el que se condensa una molcula de H2OEstructura de los cidos nucleicosCadena de elementos alternos constituidos por grupos fosfatos y pentosas que presentan bases laterales unidas a la cadena a intervalos regularesPrincipales tipos de cidos nucleicoscido ribonucleico (ARN)Unidad glucdica: ribosaBases nucletidas: Adenina, Guanina, Citosina, UraciloCadena nica de nucletidoscido desoxirribonucleico (ADN)Unidad glucdica: desoxirribosaBases nucletidas: Adenina, Guanina, Citosina, TiminaDoble cadena de nucletidos unidas por apareamiento entre las basesCibergrafa - BibliografaCiencias qumica - ngela Rub Crdova

Biologa Celular y molecular Gerald Karp, Sptima edicin