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BIOMOLÉCULAS
ELEMENTOS BIOGÉNCOS
Ningún Elemento químico es exclusivo de los seres vivos y todos se encuentran también en la Naturaleza. Sin
embargo, hay sólo 27 que forman parte permanente de la vida y otros 60 pueden aparecer ocasionalmente. Estos
elementos se denominan elementos biogénicos o biolementos. Según su importancia y abundancia se clasifican en:

Elementos primarios: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Representan algo más del 96% del peso de
cualquier organismo. Son elementos imprescindibles para la creación de materia orgánica

Elementos secundarios indispensables: fósforo, azufre, sodio, potasio, calcio, magnesio y cloro.
Constituyen el 3% en peso aproximadamente. Son bioelementos necesarios para la vida de la célula.

Oligoelementos o elementos traza: Además de los señalados existen otros que son necesarios para el
funcionamiento celular y que en conjunto representan menos del 1%. No todos forman parte de los seres
vivos. Cabe citar por ejemplo el hierro, cinc, bromo, yodo y silicio.
Al contrario que en los seres inertes, donde el silicio es la base, en los seres vivos se utiliza la química del carbono
por varias razones:

Al tener peso atómico bajo permite enlaces covalentes estables, pero no tanto para impedir las reacciones
metabólicas.

La estructura del átomo de carbono permite conseguir largas cadenas ramificadas que pueden romperse con
facilidad.

Los átomos de carbono se unen con facilidad al nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y azufre, facilitando así la
unión de diferentes grupos funcionales.
Función de los bioelementos primarios y secundarios
El carbono y el hidrógeno constituyen la estructura básica de las moléculas orgánicas y, junto al oxígeno, son los
principales componentes. El nitrógeno participa en la construcción de proteínas y ácidos nucleicos.
El fósforo forma parte de los ácidos nucléicos y sus enlaces son utilizados en la obtención de energía. El azufre
constituye parte de la mayoría de las proteínas.
El resto de bioelementos secundarios se encuentran en el interior de la célula disociados como iones. El sodio
potasio y cloro participan en mantener el grado de salinidad así como en el impulso nervioso.
El calcio actúa como constitutivo de estructuras esqueléticas, en el mecanismo de contracción muscular y en la
coagulación entre otros procesos. El magnesio es imprescindible para la acción catalítica de muchas enzimas.
Función de los oligoelementos
Son necesarios para el funcionamiento de la célula y suelen asociarse a enzimas.
El hierro participa en los procesos redox de la cadena respiratoria y forma parte de la hemoglobina. El cobre forma
parte de múltiples enzimas de oxidación. El cobalto y el molibdeno forman parte de coenzimas. El yodo es
fundamental para la hormona del tiroides y el flúor en la formación de los dientes.
LAS BIOMOLÉCULAS
Los átomos de los diferentes bioelementos se combinan para formar las moléculas constituyentes de la vida que se
dividen en inorgánicas (agua y sales minerales) y orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos)
Muchos de estos compuestos orgánicos son macromoléculas formadas por otras moléculas más sencillas. La unidad
estructural aislada se llama monómero y la macromolécula recibe el nombre de polímero.
EL AGUA EN LOS SERES VIVOS
El agua constituye el 75 % en peso de la materia viva. Cuanto más joven es el individuo, más porcentaje de agua
tiene en su organismo, que va perdiendo con el paso del tiempo. Según su situación se clasifica en:

Agua circulante: que se desplaza a través del organismo y es utilizada como transporte de sustancias.

Agua de imbibición: Se encuentra empapando los materiales citoplasmáticos, unida débilmente a los
materiales biológicos de los que se separa por desecación a los 100 ºC

Agua ligada: retenida en combinaciones diversas en el interior de las células, no desaparece por desecación.
Propiedades del agua
La diferencia de atracción de electrones hace que el átomo del agua sea un dipolo eléctrico con lo que las moléculas
tienden a asociarse por puentes de hidrógeno. Se forman grupos de hasta nueve moléculas, pero se deshacen al
momento.

Elevada capacidad disolvente y dispersante: Es el disolvente universal y tanto las sales cristalizadas, los
iones y los compuestos orgánicos se disuelven con facilidad en ella. Así mismo dispersa sustancias
anfipáticas, que contienen grupos hidrófobos e hidrófilos.

Elevada tensión superficial: es decir, que al contacto con otro medio forma una película bastante resistente.

Alto calor específico: el agua necesita una caloría para elevar un gramo 1 ºC, un valor relativamente alto que
permite que el agua absorba o libere cantidades de calor sin sufrir variaciones en su temperatura.

Alta conductividad: facilita la distribución del calor por toda la masa de agua.

Alto calor de vaporización: necesita mucho calor para pasar a estado gaseoso.
Funciones biológicas del agua

Vehículo de transporte de sustancias: debido a su poder disolvente y dispersante transporta sustancias de
un punto a otro del organismo. Por otra parte, resulta indispensable para el intercambio de materia entre
célula y medio.

Medio de reacción: gracias al poder disolvente, la mayoría de las biomoléculas están disueltas en agua y de
ese modo reaccionan entre sí.

Reactivo químico: participa en las reacciones por su capacidad de disociarse en iones H+ y OH-, como ocurre
en la hidrólisis, rotura de enlaces introduciendo agua.

Agente regulador de la temperatura: ya que su alto calor específico le convierte en un excelente
amortiguador de los cambios térmicos.
LOS GLÚCIDOS

CONCEPTO DE GLÚCIDO, FUNCIONES Y CLASIFICACIÓN
Los glúcidos son los aldehídos o cetonas de alcoholes polivalentes y sus derivados formados por oxidación,
reducción, sustitución y polimerización.
Se encuentran en todos los seres vivos donde desempeñan una función energética, si bien algunos tienen función
estructural, sobre todo en vegetales.
Las unidades básicas de los glúcidos son las osas o monosacáridos, compuestos hidrolizables de tres a siete átomos
de carbono.

MONOSACÁRIDOS

Composición, propiedades y nomenclatura
Son sustancias no hidrolizables, cristalizables, blancas, solubles en agua y de sabor dulce, por lo que se les denomina
azúcares. Químicamente, son compuestos de 3 a 7 átomos de carbono en el que uno de los átomos está unido por
doble enlace a un átomo de oxígeno y el resto está unido a un grupo hidroxilo.
Según el número de carbonos pueden ser desde triosas hasta heptosas y se reúnen en dos grandes grupos según la
naturaleza de su grupo carbonilo: aldosas si es un aldehído, que ha de localizarse en el primer carbono, y cetosas si
el grupo es una cetona en el segundo carbono.

DISACÁRIDOS

Composición, propiedades y nomenclatura
Son sustancias blancas, cristalizables, solubles en agua y de sabor dulce, por lo que también se llaman azúcares.
Químicamente resultan de la unión de dos monosacáridos, con liberación de una molécula de agua. Los disacáridos
más importantes están formados por dos hexosas y su enlace se denomina O-glucosídico.

Maltosa: está formada por dos moléculas de D-glucopiranosa unidas por enlace (14).

Celobiosa: está constituida por dos moléculas de D-glucopiranosa unidas por enlace (14)

Lactosa: está formada por una molécula de D-galactopiranosa y otra de D-glucopiranosa
unidas mediante un enlace (14).

Sacarosa: consta de una molécula de D-glucopiranosa y otra de fructofuranosa unidas por
un enlace (12).
o
POLISACÁRIDOS
o
Concepto, propiedades, clasificación y función
Los polisacáridos son sustancias de elevado peso molecular no cristalizables, insípidas y poco solubles en agua. Se
forman por la unión de n moléculas de monosacárido con separación de n-1 moléculas de agua siendo n>10.
Según sus funciones biológicas se clasifican en:

Polisacáridos de reserva: actúan como reserva de energía a corto plazo.

Polisacáridos estructurales: se utilizan como materiales de construcción de paredes
celulares, exoesqueletos, etc...

Polisacáridos de reserva
Se localizan fundamentalmente en forma de grandes gránulos en el citoplasma celular. Los más importante son el
almidón, el glucógeno y los dextranos.

Almidón: es un homopolímero de la D-glucopiranosa integrado por dos
constituyentes distintos: la amilosa y la amilopectina. Es el polisacárido de reserva
de los vegetales.

Glucógeno: es un homopolímero de D-glucopiranosas. Es el polisacárido de reserva
de los animales, abunda en el hígado y en los músculos.

Dextranos: son los polisacáridos de reserva de bacterias y levaduras y están
constituidos por homopolímeros de la D-glucopiranosa.

Polisacáridos estructurales
Son especialmente importantes en los vegetales.

Celulosa: es un homopolímero de la D-glucopiranosa. Constituye el principal
componente de las paredes celulares vegetales. Forma parte de la fibra
alimentaria, restos de alimentos no digeridos que ayudan a la digestión

Quitina: es un homopolímero de la N-acetil-D-glucosamina. Es el principal
componente estructural del exoesqueleto de los insectos.
LOS LÍPIDOS

CONCEPTO DE LÍPIDO, FUNCIONES Y CLASIFICACIÓN
Son un conjunto de sustancias orgánicas muy heterogéneas pero todos están formados por largas cadenas
hidrocarburadas que pueden estar sustituidas o no por diferentes grupos funcionales. Son compuestos ternarios,
contienen C H y O.
La característica que los reúne es que son insolubles en agua pero solubles en disolventes orgánicos. Es debido a que
carecen de polaridad y por tanto son hidrófobas.
Desempeñan dos funciones principales: depósito de energía a largo plazo y componentes estructurales de las
células. También ejercen funciones reguladoras, sirven como cubiertas protectoras o de aislante térmico.

Los ácidos grasos
Uno de los componentes importantes de muchos lípidos, pero no de todos, son los ácidos grasos, que son ácidos
orgánicos o carboxílicos con un número par de átomos de carbono, desde 4 hasta 30
LAS PROTEÍNAS

CONCEPTO DE PROTEÍNA, FUNCIONES Y CLASIFICACIÓN
Son biomoléculas orgánicas integradas por al menos cuatro elementos: carbono, hidrógeno, oxigeno y nitrógeno,
que se considera característico de este grupo.
Químicamente son polímeros de moléculas relativamente sencillas denominadas aminoácidos. Los aa se unen entre
sí originando oligopéptidos o polipéptidos.
Cuando el número de aa supera los 50 o el peso molecular es mayor de 5000, se habla propiamente de proteínas,
que se clasifican en holoproteínas, formadas únicamente por aminoácidos o heteroproteinas si contienen
componentes no proteicos.
Las proteínas son los compuestos orgánicos más abundantes de la materia viva, constituyendo alrededor del 50%.
Las funciones principales de las proteínas son:

Función estructural: las proteínas son el principal material de
construcción de los seres vivos. Está presente en todas las
membranas.

Función enzimática: el conjunto de reacciones químicas que se
llevan a cabo en las células está regidas por un tipo de proteínas: Las
enzimas.

Función de transporte y almacenamiento: muchos iones y
moléculas pequeñas son transportados por proteínas como la
hemoglobina.

Función hormonal: varias hormonas como la insulina y la
somatropina (hormona del crecimiento) son proteicas.

Función contráctil: las proteínas como la actina y la miosina son
parte esencial de los sistemas contráctiles.

Función de defensa y protección: los anticuerpos más importantes,
las inmunoglobulinas, son proteínas.

Función de reserva: algunas proteínas sirven de reserva proteica de
aminoácidos, no de energía, como la ovalbúmina.

Función de recepción y transmisión de señales: como la que
realizan las proteínas que captan estímulos externos y los
transmiten al interior.

Función de control del crecimiento y diferenciación celular: es
decir, controlan la parte del ADN que ha de expresarse en cada
momento.

Funciones muy variadas como la función anticongelante.

AMINOÁCIDOS

Concepto
Los aminoácidos son ácidos orgánicos que tienen un grupo amino en el carbono C-2, al que se unen un hidrógeno y
un grupo radical distintivo.
Todas las proteínas están formadas con tan sólo 20 aminoácidos.

Propiedades de los aminoácidos
Son sustancias incoloras, cristalizables, no hidrolizables y de sabor variado. Suelen disolverse bien en disolventes
polares y no polares.

levógiros. La isomería geométrica depende de la posición del grupo
amino: forma D o L.
LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
CONCEPTO, TIPOS Y FUNCIONES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
Los ácidos nucleicos son biomoléculas formadas por C H O N y P. Se trata de moléculas de gran tamaño formadas por
la polimerización de los nucleótidos.
Todos los organismos tienen ADN y ARN excepto los virus que sólo poseen uno.
El ADN es el material genético y cumple las siguientes funciones:

Almacenar la información genética: El ADN contiene
las instrucciones precisas para sintetizar todas las
proteínas.

Transmitir la información genética, es decir,
copiarse exactamente en cada generación mediante
la replicación o duplicación.
La función del ARN es expresar la información genética, es decir, ejercer las órdenes contenidas en el ADN y
sintetizar las proteínas.

NUCLEÓSIDOS Y NUCLEÓTIDOS
Los nucleótidos contienen tres componentes característicos: ácido fosfórico, una base nitrogenada y una pentosa
que puede ser ribosa o desoxirribosa.
Las bases nitrogenadas son derivados de la purina y la pirimidina.
Las bases púricas son la Adenina y la Guanina, presentes en ADN y ARN.
Las bases pirimidínicas son Citosina (presente en ADN y ARN), Timina (presente sólo en ADN) y Uracilo (presente sólo
en el ARN)
Una molécula de base nitrogenada se une a una pentosa originando un nucleósido
Los nucleótidos son ésteres fosfóricos de los nucleósidos en los que el ácido fosfórico esterifica a uno de los grupos
hidroxilo libres de la pentosa.


Funciones de los nucleótidos

Precursores de los ácidos nucleicos, es decir, son
sus constituyentes.

Coenzimas, entre las que destacan adenosín
fosfatos (ATP y ADP), piridín nucleótidos (NAD y
NADP), flavin-nucleótidos (FMN y FAD) y coenzima
A.

Mensajeros químicos: desencadenan respuestas
metabólicas.
POLINUCLEÓTIDOS
Son la unión de los nucleótidos mediante enlaces fosfodiéster.
El ADN es un polinucleótido formado por desoxirribonucleótidos de adenina guanina, citosina y timina. El ARN es un
polinucleótido formado por ribonucleótidos de adenina, guanina citosina y uracilo.
CONCEPTO DE CATÁLISIS Y DE ENZIMA
La energía necesaria para que se den las reacciones químicas se denomina energía de activación. Un catalizador es
una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción, no se gasta durante la misma y se necesita en pequeñas
cantidades.
La energía de activación puede vencerse mediante calor, pero esto tiene consecuencias en las células. Por ello se
utilizan biocatalizadores denominados enzimas. La molécula sobre la que actúa se denomina sustrato.
Las enzimas son catalizadores orgánicos coloidales capaces de actuar fuera de la célula que los produce y que en su
mayoría, químicamente son proteínas.

Propiedades de las enzimas

Especificidad de la catálisis enzimática:
La especificidad de acción indica la capacidad de la enzima por seleccionar una de las diversas reacciones posibles. La
especificidad de sustrato indica el sustrato que actúa sobre la enzima.
Algunas enzimas actúan únicamente sobre un sustrato determinado (especificidad absoluta). Otras enzimas actúan
sobre compuestos con una característica estructural común (especificidad de grupo). Por último, algunas enzimas
actúan sobre un tipo de enlace, independientemente del tipo de moléculas (especificidad de clase).

Reversibilidad
Una enzima actúa del mismo modo en una reacción independientemente del sentido en el que se dé esta.

Eficacia
Una sola molécula de enzima puede catalizar la reacción de miles de moléculas de sustrato. La enzima no se
consume, recupera su estado inicial al final del proceso.

Gran poder catalítico
Multiplican la velocidad de las reacciones por un millón o más.
Las enzimas pueden estar presentes en todas las células (respiratorias) o solo en algunas (gástricas). Dentro de las
células, su distribución no es uniforme, son que la mayor parte de ellos se localizan en organismos concretos y
determinan las funciones de los mismos.

COFACTORES ENZIMÁTICOS
Son conjuntos no proteicos que colaboran con la enzima. La enzima recibe el nombre de apoenzima y el conjunto de
enzima y cofactor se denomina holoenzima.

Activadores inorgánicos: iones metálicos.

Coenzima: pueden actuar como cofactor de muchas
enzimas distintas. Algunos están unidos solo
funcionalmente y otros íntimamente.

CENTRO ACTIVO Y MECANISMO DE ACCIÓN DE LAS
ENZIMAS
El centro activo es la parte del enzima que se pone en contacto directo con el sustrato. Aquí se deben localizar
aminoácidos de fijación y aminoácidos catalizadores. El resto de la proteína enzimática consta de aminoácidos
estructurales.
El enzima se adapta al sustrato al modo que un guante lo haría a una mano. Ya tiene una forma más o menos
prefijada pero el ajuste total se adquiere al contacto.

Reacción enzimática y su cinética
La reacción enzimática se realiza mediante la unión de la enzima y el sustrato para formar un complejo. A
continuación el complejo ES se escinde liberando la enzima sin alterar y los productos de la reacción.
La velocidad de una reacción se define como la cantidad de materia transformada en función del tiempo.


Factores que influyen en la velocidad de las reacciones

Concentración de la enzima: la actividad enzimática
es directamente proporcional a la concentración de
la enzima siempre que haya un exceso de sustrato,
la velocidad crece proporcionalmente con la
cantidad de enzima.

Concentración del sustrato y producto: la actividad
enzimática crece hasta llegar a un valor máximo que
se produce cuando la concentración de sustrato o
de producto se iguala a la de la enzima (inhibición)

Temperatura: existe una temperatura óptima en la
que se acelera la ecuación química pero en la que
aún no se ha desnaturalizado la enzima.

El pH: la enzima desarrolla su actividad entre dos
valores límites y alcanza su máximo grado de acción
en un pH normalmente cercano a la neutralidad.
INHIBICIÓN ENZIMÁTICA
Un inhibidor es la sustancia capaz de disminuir la velocidad de reacción de una reacción enzimática. Existen
reversibles (se pueden desprender de la enzima) e irreversibles (la destruyen o desactivan).

Inhibición competitiva
El inhibidor tiene una forma muy parecida a la del sustrato y por tanto tiene afinidad por la enzima. Si consigue
unirse a la enzima, se paraliza la reacción.

Inhibición no competitiva
El inhibidor se sitúa en una parte distinta de la enzima y conforma el conjunto ESI que se descompone mucho mas
lentamente.

CONTROL DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

Regulación alostérica
Esto se produce en las enzimas alostéricas, que adoptan dos formas: T o de alta afinidad y R o de baja afinidad por
un metabolito regulador que recibe el nombre de efector o modulador. Cuando este modulador se une a la forma T,
esta aumenta su actividad, y cuando se une a la R, esta la reduce.

Regulación por modificaciones covalentes
Se trata de interconversiones enzimáticas por medio de otras enzimas de una forma inactiva a otra activa y puede
ser irreversible o reversible.

Regulación del metabolismo
El ADN, mediante la represión metabólica puede paralizar la síntesis de enzimas
Por otra parte, unas enzimas pueden producir productos que sirvan como inhibidores de la primera enzima de la
cadena, de modo que toda la cadena queda desactivada.