UNIDAD 1
INTRODUCCIÓN A LA
BIOQUÍMICA
AGUA
CONTENIDO
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Bioelementos, componentes Moleculares de las células
Importancia biológica del agua.
Funciones del agua. Estructura molecular del agua.
Concepto de electronegatividad y polaridad de enlace.
Propiedades físicas del agua.
Propiedades disolventes de agua.
BIOELEMENTOS. COMPONENTES
MOLECULARES DE LA CÉLULA
Los elementos químicos de la vida:
Los bioelementos o elementos biogénicos son los elementos
químicos, presentes en seres vivos.
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❑
BIOELEMENTOS PRIMARIOS: C, H, O, N, S y P (97%)
Constituyen la mayor parte de las biomoléculas.
BIOELELEMENTOS SECUNDARIOS: Ca, Na, K, Mg, Cl (2,7%).
Menos abundantes, pero desarrollan importantes funciones vitales.
OLIGOELEMENTOS O ELEMENTOS VESTIGIALES: En proporción
menor al 0,1%. Pueden ser: esenciales (Mn, Fe, Cu) o no
esenciales (B, Al, V). Activadores enzimáticos, etc.
BIOELEMENTOS
ELEMENTOS QUÍMICOS DE LA VIDA
Los
cuatro
elementos
químicos más abundantes en
el cuerpo humano son el
oxígeno, el carbono, el
hidrógeno y el nitrógeno, que
constituyen el 96% de la masa
corporal
BIOELEMENTOS PRIMARIOS
Propiedades fisico-químicas: O, C, H, N, S y P, etc.
❑
❑
❑
Forman entre ellos enlaces covalentes, compartiendo
electrones
El carbono, nitrógeno y oxígeno, pueden compartir más de un
par de electrones, formando enlaces dobles y triples, lo cual
les dota de una gran versatilidad para el enlace químico
Son los elementos más ligeros con capacidad de formar
enlace covalente, por lo que dichos enlaces son muy
estables.
CARBONO
Configuración tetraédrica de
los enlaces del carbono, por
eso los diferentes tipos de
moléculas orgánicas tienen
estructuras tridimensionales
diferentes.
Esta conformación espacial
es responsable de la actividad
biológica.
CARBONO
Tiene la capacidad de formar largas
cadenas
carbono-carbono
(macromoléculas)
mediante
enlaces simples (-CH2-CH2) o
dobles
(-CH=CH-), así como
estructuras cíclicas.
Pueden incorporar una gran
variedad de radicales (=O, -OH,
NH2, -SH, PO43-), lo que da lugar a
una variedad enorme de moléculas
distintas.
Hidrógeno: además de ser uno de los componentes de la molécula de agua,
indispensable para la vida y muy abundante en los seres vivos, forma parte de los esqueletos
de carbono de las moléculas orgánicas. Puede enlazarse con cualquier bioelemento.
Oxígeno: Es un elemento muy electronegativo, forma enlaces polares con el
hidrógeno, dando lugar a radicales polares solubles en agua (-OH, -CHO, -COOH).
Nitrógeno: Principalmente como grupo amino (-NH2) presente en las proteínas ya que
forma parte de todos los aminoácidos. También se halla en las bases nitrogenadas de los
ácidos nucleicos.
Azufre: Se encuentra sobre todo como radical sulfidrilo (-SH) formando parte de muchas
proteínas, donde crean enlaces disulfuro esenciales para la estabilidad de la estructura
terciaria y cuaternaria.
Fósforo: Se halla principalmente como grupo fosfato (PO43-) formando parte de
los nucleótidos. Forma enlaces ricos en energía que permiten su fácil intercambio (ATP).
GRUPOS FUNCIONALES
Dan lugar a las diferentes familias de sustancias orgánicas y
presentan características físicas y químicas diferentes.
IMPORTANCIA Y
ESTRUCTURA DEL AGUA
Importancia del agua
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◼
El agua es la biomolécula más abundante en el
ser humano.
Constituye un 65-70% del peso del cuerpo,
debiéndose mantener alrededor de estos valores.
De lo contrario, el organismo sufriría graves
situaciones patológicas.
La importancia del estudio del agua radica en
que casi todas las reacciones bioquímicas del
organismo tienen lugar en medios acuosos.
Estructura molecular del agua
❑ La molécula de agua está formada por 1
átomo de O y 2 átomos de H unidos a éste
por un enlace covalente sencillo.
❑ El ángulo formado entre (H-O-H) es
de 104.5º
❑ El O es más electronegativo que el H. El
átomo de O lleva carga negativa parcial y
cada átomo de H, carga positiva parcial.
Estructura molecular del agua
A pesar de tener una carga eléctrica
neutra, se trata de una molécula
dipolar, ya que posee una región
electropositiva y otra electronegativa.
El átomo de O, al ser más
electronegativo que el H, atrae con más
fuerza a los electrones compartidos
en cada enlace, estando el enlace O-H
polarizado, y dando lugar a un dipolo
permanente
Estructura molecular del agua
-Esta estructura dipolar hace posible que la molécula
pueda atraer otras moléculas próximas, ya que el
oxígeno atrae el hidrógeno de otra molécula,
estableciendo ENLACES DE HIDRÓGENOS (enlace
iónico, interacción débil). Una molécula puede formar
hasta 4 puentes de H con otras, enlaces que están
continuamente formándose y rompiéndose.
ENLACES DE HIDRÓGENO
Deficiencia de electrones
ENO>>ENH
Los hidrógenos unidos a nitrógeno,
azufre y flúor se comportan de la misma
manera.
Atraídos hacia el par de electrones sin
compartir de otra molécula de agua.
Enlaces de H.
ENLACES INTERMOLECULARES NO COVALENTES
Las interacciones no covalentes individuales son relativamente
débiles, y por lo tanto se rompen con facilidad.
El efecto acumulativo de muchas interacciones débiles puede ser
considerable.
La capacidad de estos enlaces para formarse y romperse rápidamente
dota a las biomoléculas de la flexibilidad requerida para que se
reproduzca el flujo rápido de información que tiene lugar en los
procesos vivos dinámicos.
PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA
PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA
1) Densidad máxima en estado líquido
2) Elevado calor específico
3) Elevado punto de ebullición
4) Elevada Conductividad Calórica
5) El agua es un disolvente universal
6) Capacidad de Hidratación o Solvatación de Iones
7) Alta Tensión Superficial
PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA
1. Densidad máxima a 4 °C:
Este comportamiento anómalo permite que el hielo flote en el agua.
Permite la existencia de vida marina en los casquetes polares ya que el
hielo flotante actúa como aislante térmico, impidiendo que la masa
oceánica se congele.
PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA
2. Elevado calor específico:
❑ Al calentar el agua, parte de la energía se utiliza para romper
puentes de hidrógeno y no tanto para aumentar su Tª, lo que
supone que incrementos o descensos importantes en la Tª
externa, únicamente producen pequeñas variaciones en el medio
acuoso.
❑ Hace falta 1 Kcal. para elevar 1 ºC la temperatura de 1 litro.
❑ Esta propiedad
termorreguladora.
hace
posible
que
tenga
función
PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA
3. Elevado punto de ebullición:
❑ Dado que los puentes hidrógeno deben romperse para
pasar al estado gaseoso, su punto de ebullición es
mucho más elevado que el de otros compuestos líquidos.
❑ Esta propiedad implica que el agua es un líquido en la
mayor parte de la superficie terrestre en la mayoría de las
estaciones.
PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA
4. Elevada Conductividad Calórica:
Permite una adecuada conducción de calor en el organismo,
contribuyendo a la termorregulación, al mantener constante e
igualar la temperatura en las diferentes zonas corporales.
PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA
5. El agua
es un disolvente universal:
Solutos polares serán disueltos por disolventes polares al
establecerse interacciones electrostáticas entre los dipolos.
Los solutos apolares disuelven las sustancias apolares por
interacciones entre dipolos inducidos.
PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA
5. El agua es un disolvente universal:
❑ El agua es el disolvente biológico ideal. Disuelve con facilidad una
gran diversidad de constituyentes de los seres vivos. Entre los
ejemplos se incluyen los iones (Ej: Na+, K+), los azúcares y muchos
aminoácidos.
❑ Su incapacidad para disolver otras sustancias, como los lípidos y
determinados aminoácidos, hace posible las estructuras
supramoleculares (Ej: las membranas) y numerosos procesos bioquímicos (Ej: el plegamiento proteico).
PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA
5. El agua es un disolvente universal:
❑ El agua también solubiliza compuestos anfipáticos (presentan en
su estructura grupos polares y apolares simultáneamente).
❑ Esta solubilización lleva consigo la formación de micelas, con los
grupos apolares o hidrófobos en su interior y los grupos polares o
hidrófilos orientados hacia el exterior para contactar con el agua.
PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA
6. Capacidad de Hidratación o Solvatación de Iones:
❑ El carácter dipolar del agua determina que sus moléculas rodeen a
los distintos iones, aislándolos del resto.
❑ Facilita a su vez la separación de iones de diferentes carga, lo que
contribuye a la solubilización de compuestos iónicos.
PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA
7. Alta Tensión Superficial:
❑ Es debida a la gran cohesión
entre las moléculas
❑ La tensión superficial disminuye
con la presencia en el líquido de
ciertos compuestos que reciben
el nombre genérico de
tensoactivos
(jabones,
detergentes, etc.) que facilitan la
mezcla y emulsión de grasas en
el medio acuoso