Funciones que definen a los seres vivos

• Nutrición: Intercambios de materia y de energía con el exterior.
• Reproducción: Dejar descendencia, manteniendo la especie.
• Relación: Capacidad de responder a los estímulos.

Bioelementos

Todos los seres vivos tienen un grupo restringido de elementos químicos.

Bioelementos Primarios (C, H, N, P, S)

Tienen propiedades especiales para construir moléculas de los seres vivos: constituyen un 98% de su peso.

Bioelementos Secundarios (Ca, K, Mg, Cl, I, Cu, Zn)

Algunos no llegan al 0.1% y reciben el nombre de oligoelementos por su baja proporción (Fe), pero son indispensables.

Biomoléculas

Es la combinación de los átomos de los bioelementos entre sí o con otros mediante enlaces químicos, dando lugar a moléculas +/- complejas.

Pueden ser orgánicas (lípidos, glúcidos, ácidos nucleicos, proteínas) o inorgánicas (agua y sales minerales).

Biomoléculas inorgánicas: Agua y sales minerales

Formada por 2 átomos de H y 1 de O, tiene elevada electronegatividad, lo que produce un exceso de carga – sobre el O y de carga + sobre los H. Es neutra, por lo que la molécula es polar. Entre sí, entre las moléculas, hay fuerzas de atracción electrostáticas que las mantienen unidas por puentes de H.

Tiene calor específico muy alto, es el principal disolvente biológico, alcanza la densidad máxima a 4°C y está ionizada.

Sales precipitadas

Tienen función estructural y dan consistencia a los huesos o a los caparazones.

Sales disueltas

Tienen forma iónica, pudiendo alterar el pH, tienen funciones reguladoras y funciones específicas, contribuyendo a mantener el equilibrio hídrico gracias a los fenómenos osmóticos (difusión del agua a través de una membrana semipermeable de una región de baja concentración de solutos a una de mayor concentración).

• Difusión: Dos disoluciones de diferente concentración tienden a igualar sus concentraciones. El movimiento neto de la partícula es direccional, se reproduce desde las regiones de mayor concentración a las de menor concentración.

Glúcidos

Son moléculas orgánicas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno. Son solubles en agua y se clasifican de acuerdo a la cantidad de carbonos o por el grupo funcional que tienen adherido. Son la forma biológica primaria de almacenamiento y consumo de energía.

Monosacáridos

Están formados por una sola molécula; no pueden ser hidrolizados a glúcidos más pequeños. Poseen siempre un grupo carbonilo en uno de sus átomos de carbono y grupos hidroxilo en el resto.

Se clasifican según la posición del grupo carbonilo, el número de átomos de carbono que contiene y su quiralidad. Si el grupo carbonilo es un aldehído, el monosacárido es una aldosa; si el grupo carbonilo es una cetona, el monosacárido es una cetosa. Los monosacáridos más pequeños son los que poseen tres átomos de carbono, y son llamados triosas; aquéllos con cuatro son llamados tetrosas, los que poseen cinco son llamados pentosas, seis son llamados hexosas y así sucesivamente. Los sistemas de clasificación son frecuentemente combinados; por ejemplo, la glucosa es una aldohexosa (un aldehído de seis átomos de carbono), la ribosa es una aldopentosa (un aldehído de cinco átomos de carbono) y la fructosa es una cetohexosa (una cetona de seis átomos de carbono).

Disacáridos

Agrupaciones de 2 moléculas de monosacáridos que han desprendido moléculas de H₂O. Son azúcares sencillas resultantes de la unión de dos monosacáridos. Normalmente son drasas y su producto es una molécula de H₂O. Pueden originarse por la unión de un C anomérico (que lleva el grupo funcional) y otro anomérico o no.

Polisacáridos

Son cadenas, ramificadas o no, de más de diez monosacáridos. Los polisacáridos representan una clase importante de polímeros biológicos. Su función en los organismos vivos está usualmente relacionada con la estructura o el almacenamiento.

El almidón es usado como una forma de almacenar monosacáridos en las plantas, siendo encontrado en la forma de amilosa y la amilopectina (ramificada). En animales, se usa el glucógeno en vez de almidón, el cual es estructuralmente similar pero más densamente ramificado. Las propiedades del glucógeno le permiten ser metabolizado más rápidamente, lo cual se ajusta a la vida activa de los animales con locomoción.

La celulosa y la quitina son ejemplos de polisacáridos estructurales. La celulosa es usada en la pared celular de plantas y otros organismos y es la molécula más abundante sobre la tierra. La quitina tiene una estructura similar a la celulosa, pero tiene nitrógeno en sus ramas incrementando así su fuerza. Se encuentra en los exoesqueletos de los artrópodos y en las paredes celulares de muchos hongos.

Lípidos

Los lípidos son un conjunto de moléculas orgánicas, la mayoría biomoléculas, compuestas principalmente por carbono e hidrógeno y en menor medida oxígeno, aunque también pueden contener fósforo, azufre y nitrógeno, que tienen como característica principal el ser hidrofóbicas o insolubles en agua y sí en disolventes orgánicos como la bencina, el alcohol, el benceno y el cloroformo.

Grasas

Están formadas por la unión de un trialcohol, el glicerol, a uno o tres ácidos grasos mediante enlaces covalentes tipo éster. Pueden ser saturadas (abundantes en los animales y son sólidas a temperatura ambiente) o insaturadas (abundantes en los vegetales y son líquidas a temperatura ambiente).

Ceras

Poseen en lugar de un trialcohol un monoalcohol de cadena larga que se une mediante un enlace de tipo éster a un ácido graso. Sirven para proteger.

Fosfolípidos

Están formados por una molécula de alcohol, tienen un extremo apolar (hidrófobo) y uno polar (hidrófilo) y se asocian uniendo las partes apolares con las apolares y las polares con las polares (bicapas lipídicas). Constituyen la base de la membrana celular.

Esteroides

Son derivados de varios anillos hidrocarbonados, son totalmente insolubles en agua (colesterol, vitamina D y hormonas sexuales).

Función de los lípidos

• Reserva de energía de los animales.
• Estructural: función protectora y de revestimiento.
• Base estructural de las membranas celulares.
• Reguladora de los procesos vitales.

Proteínas

Las proteínas son macromoléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos. Las proteínas desempeñan un papel fundamental en los seres vivos y son las biomoléculas más versátiles y más diversas. Realizan una enorme cantidad de funciones diferentes, entre las que destacan:

• Estructural (colágeno y queratina).
• Reguladora (insulina y hormona del crecimiento).
• Transportadora (hemoglobina).
• Defensiva (anticuerpos).
• Enzimática.
• Contráctil (actina y miosina).

Las proteínas se sintetizan dependiendo de cómo se encuentren regulados los genes que las codifican.

Estructura primaria

Viene determinada por la secuencia de aminoácidos en la cadena proteica, es decir, el número de aminoácidos presentes y el orden en que están enlazados.

Estructura secundaria

Es el plegamiento que la cadena polipeptídica adopta gracias a la formación de enlaces de hidrógeno entre los átomos que forman el enlace peptídico. Los puentes de hidrógeno se establecen entre los grupos -CO- y -NH- del enlace peptídico (oxígeno carbonílico con hidrógeno imínico) de aminoácidos cercanos en la cadena. Existen dos tipos básicos de estructura secundaria:

Hélice alfa

En esta estructura la cadena polipeptídica se enrolla en espiral sobre sí misma debido a los giros producidos en torno al carbono alfa de cada aminoácido. Esta estructura se mantiene gracias a los enlaces de hidrógeno intracatenarios formados entre el grupo -NH de un enlace peptídico y el grupo -C=O del cuarto aminoácido que le sigue.

Hoja beta

Cuando la cadena principal se estira al máximo que permiten sus enlaces covalentes se adopta una configuración espacial denominada estructura beta.

Giros beta

Secuencias de la cadena polipeptídica con estructura alfa o beta, a menudo están conectadas entre sí por medio de los llamados giros beta. Son secuencias cortas, con una conformación característica que impone un brusco giro de 180 grados a la cadena principal de un polipéptido.

Hélice de colágeno

Es una variedad particular de la estructura secundaria, característica del colágeno, proteína presente en tendones y tejido conectivo; es una estructura particularmente rígida.

Láminas beta o láminas plegadas

Algunas regiones de proteínas adoptan una estructura en zigzag y se asocian entre sí estableciendo uniones mediante enlaces de hidrógeno intercatenarios. Todos los enlaces peptídicos participan en estos enlaces cruzados, confiriendo así gran estabilidad a la estructura. La forma en beta es una conformación simple formada por dos o más cadenas polipeptídicas paralelas (que corren en el mismo sentido) o antiparalelas (que corren en direcciones opuestas) y se adosan estrechamente por medio de puentes de hidrógeno y diversos arreglos entre los radicales libres de los aminoácidos. Esta conformación tiene una estructura laminar y plegada, a la manera de un acordeón.

Estructura terciaria

Es el modo en el que la cadena polipeptídica se pliega en el espacio. Es la disposición de los dominios en el espacio.

La estructura terciaria se realiza de manera que los aminoácidos apolares se sitúan hacia el interior y los polares hacia el exterior.

Estructura cuaternaria

Deriva de la conjunción de varias cadenas peptídicas que, asociadas, conforman un ente, un multímero, que posee propiedades distintas a la de sus monómeros componentes. Dichas subunidades se asocian entre sí mediante interacciones no covalentes, como pueden ser puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas o puentes salinos. Para el caso de una proteína constituida por dos monómeros, un dímero, éste puede ser un homodímero, si los monómeros constituyentes son iguales, o un heterodímero, si no lo son. En cuanto a uniones covalentes, también pueden existir uniones tipo puente disulfuro entre residuos de cisteína situados en cadenas distintas.

Proteínas enzimáticas

Son catalizadores biológicos que aumentan la velocidad a la que transcurren las reacciones metabólicas.

Hidrolasas

Son un grupo de enzimas que catalizan la rotura de enlaces covalentes mediante la incorporación de una molécula de agua (hidrólisis).

Propiedades de las enzimas

• Específicas: Una enzima solo puede actuar en un determinado sustrato y solo cataliza un tipo de reacción.
• Eficientes: Una única molécula puede catalizar la transformación de muchas moléculas de un sustrato por minuto.