Bioelementos y

Biomoleculas
DR. HUGO BARCIA VARAS, MGS
FAC. CIENCIAS DE LA VIDA, ESCUELA ENFERMERÍA
ECOTEC
CLASE 2
OBJETIVOS y RESULTADOS
OBJETIVO:
PERMITIR QUE EL ESTUDIANTE CONOZCA LOS
DIFERENTES BIOELEMENTOS Y BIOMOLECULAS,
LOS TIPOS, CLASIFICACIONES Y CARACTERISTICAS
DE CADA UNO EN EL ACCIONAR BIOQUIMICO DEL
SER VIVO.
RESULTADO:
LOGRAR ESTABLECER LAS CONEXIONES ENTRE
LOS DISTINTOS BIOELEMENTOS Y SU RELACIÓN
CON EL FUNCIONAMIENTO DEL ORGANISMO.
DEFINICION

 Los bioelementos son los elementos químicos que forman parte de

los seres vivos, bien en forma atómica o bien como integrantes de
las biomoléculas.
 Son más de 60 elementos de la tabla periódica aunque en todos los
seres vivos se encuentran unos 25.
 Los bioelementos se presentan en proporciones diferentes y su
abundancia, que no su importancia, se emplea como criterio para
clasificarlos.
CLASIFICACION
BIOELEMENTOS PRIMARIOS
 Son los más abundantes. Encontramos el carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno
(O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S).
 De estos seis elementos, los cuatro primeros constituyen aproximadamente el 95%
de la materia viva y los seis juntos llegan a formar el 96,2% de la misma.
 Estos elementos tienen gran facilidad para constituir moléculas complejas en
forma de cadena, las más sencillas de las cuales se componen sólo de carbono e
hidrógeno (hidrocarburos) y a partir de ellos, por sustitución de algunos
hidrógenos por otros átomos o grupos de átomos (grupos funcionales) se obtienen
infinidad de compuestos o biomoléculas.
BIOELEMENTOS SECUNDARIOS
 Son todos los demás.
 Dentro de ellos los hay más abundantes y suelen presentarse formando sales y hay
otros, minoritarios, que sólo forman parte de ciertas moléculas (hemoglobina,
tiroxina, clorofila...).
Se pueden diferenciar:
 Indispensables: aparecen en todos los organismos. Entre ellos destacan el calcio
(Ca), cloro (Cl), potasio (K), sodio (Na), magnesio (Mg), hierro (Fe), etc.
 - Variables: pueden faltar en algunos organismos. Algunos de ellos son el bromo
(Br), cinc (Zn), aluminio (Al), cobalto (Co), yodo (I), cobre (Cu), etc
BIOELEMENTOS TERCIARIOS
OLIGOELEMENTOS
 Oligoelementos o bioelementos traza: Mn, I, Cu, Co, Cr,
Zn, F, Mo, Se y otros.
 Aunque aparecen sólo en trazas o en cantidades ínfimas,
su presencia es esencial para el correcto funcionamiento
del organismo.
 Su ausencia determina la aparición de enfermedades
carenciales, o síntomas de déficit.
OTRA CLASIFICACION
 1. Plástica o estructural: H, O, C, N, P, S. Colaboran en el
mantenimiento de la estructura del organismo.
 2. Esquelética: Ca, Mg, P, F, Si. Confieren rigidez.
 3. Energética: C, O, H, P. Forman parte de las moléculas energéticas.
 4. Catalítica: Fe, Mn, I, Cu, Co, Zn, Mo, Se. Forman parte de las
enzimas, que catalizan reacciones y procesos bioquímicos.
 5. Osmótica y electrolítica: Na+ , K+ y Cl– , principalmente.
Mantienen y regulan los fenómenos osmóticos y de potencial
químico y electrónico.
BIOELEMENTOS MAS IMPORTANTES
 1. La facilidad de formar enlaces covalentes entre ellos, compartiendo electrones.
Estos enlaces son muy estables, ya que su fuerza es inversamente proporcional a
la masa de los átomos unidos.
 2. La disponibilidad de los átomos de carbono para la formación de esqueletos
carbonados tridimensionales (ejemplo del carbono tetraédrico).
 3. El que se favorezca la multiplicidad de enlaces (dobles y triples) entre algunos
de esos átomos, así como la formación de enlaces que facilitan a su vez la
formación de estructuras lineales, ramificadas, cíclicas, heterocíclicas, etcétera.
 4. El hecho de que, con muy pocos elementos, se puede dar lugar a una gran
variedad de grupos funcionales, que confieren propiedades características a las
diferentes biomoléculas
BIOMOLECULAS
Las biomoléculas son las moléculas constituyentes de los seres vivos.
Atendiendo a su naturaleza química, las biomoléculas se pueden clasificar
en dos grandes grupos:
1. Biomoléculas inorgánicas: agua (la biomolécula más abundante), gases
(oxígeno, dióxido de carbono), sales inorgánicas (aniones, como
fosfato y bicarbonato, y cationes, como amonio).
2. Biomoléculas orgánicas: glúcidos (como glucosa o glucógeno), lípidos
(como triglicéridos o colesterol), proteínas (como la hemoglobina o las
enzimas), ácidos nucleicos (como ADN [ácido desoxirribonucleico] o
ARN [ácido ribonucleico]), metabolitos (como ácido pirúvico o ácido
láctico), etcétera
Propiedades
Las propiedades de las biomoléculas condicionan sus interacciones, lo
que, en conjunto, da lugar a las características de los seres vivos:
 autoensamblaje de las estructuras moleculares (organización),
 funciones características propias,
 uso de la energía
 autorreplicación.
Tipos de Biomoleculas
Biomoléculas inorgánicas: son características de la materia inerte, pero se encuentran
también entre los seres vivos.
 No poseen átomos de carbono o este, si aparece, no forma cadenas con otros
carbonos y con hidrógenos.
 Son el agua, las sales minerales y algunos gases que pueden desprenderse o
utilizarse en el transcurso de las reacciones químicas de las células como el
oxígeno (O2) y el dióxido de carbono (CO2)
Biomoléculas orgánicas: están formadas por carbono, al que se unen, al menos
hidrógeno y oxígeno y, en muchos casos nitrógeno, fósforo y azufre.
 En general son moléculas exclusivas de los seres vivos, salvo el caso del metano,
que es el hidrocarburo más simple y que sabemos que puede tener un origen no
biológico [recuerda la composición de ciertas atmósferas planetarias].
 Consideramos moléculas orgánicas aquellas que se basan en la química del
carbono, entre las que los hidrocarburos son las más sencillas
Enlaces químicos de las Biomoleculas

 El enlace iónico o electrovalente se establece entre átomos que ceden o aceptan

electrones en sus orbitales periféricos para alcanzar el estado de mayor estabilidad
electrónica (cumpliendo la ley del octete, es decir, la existencia de ocho electrones
en su última capa).
 Ello determina que los átomos implicados se conviertan en iones de signo
contrario por lo que sufren entre sí una atracción mutua de naturaleza
electrostática.
Propiedades de los enlaces Ionicos
 Son enlaces fuertes. La fuerza de esta unión atómica puede ser muy intensa, por lo que la
estructura de estos compuestos tiende a formar redes cristalinas muy resistentes.
 Suelen ser sólidos. A temperaturas y rangos de presión normales (T=25ºC y P=1atm), estos
compuestos tienen estructura molecular cúbica y rígida, que forma redes cristalinas que
originan sales.
 Poseen un alto punto de fusión y ebullición. Tanto el punto de fusión(entre 300 ºC y 1000
ºC) como el de ebullición de estos compuestos suele ser muy alto
 Solubilidad en agua. La mayoría de las sales son solubles en agua y otras soluciones
acuosas que presenten un dipolo eléctrico (polos positivo y negativo)
 Conducción eléctrica. En su estado sólido no son buenos conductores de electricidad, dado
que los iones ocupan posiciones muy fijas en una red cristalina. En cambio, una vez disueltos
en agua o en solución acuosa, se tornan eficaces conductores de la electricidad.
Enlaces químicos de las Biomoleculas

 El enlace covalente se establece entre átomos que comparten electrones de sus

orbitales periféricos, para alcanzar el estado de mayor estabilidad electrónica.
 Este tipo de enlace es el más frecuente en las biomoléculas y es más fuerte y
resistente que el enlace iónico.
 Como se ha mencionado anteriormente, una de las razones que han determinado que
H, O, N y C sean los bioelementos primarios y representen más del 99% del total de
átomos en el ser humano, es su capacidad para establecer enlaces covalentes.
 El hidrógeno es capaz de establecer un enlace covalente; el oxígeno puede formar
dos; tres, el nitrógeno y cuatro, el carbono. Además, al tratarse de átomos pequeños,
la fuerza de los enlaces en los que participan es elevada
Caracteristicas de los enlaces Covalentes

 Los enlaces covalentes son más estables cuando son no

polares, es decir, cuando la electronegatividad de los
átomos es similar.
 Solo se forman entre elementos no metálicos (oxígeno (O),
hidrógeno (H), nitrógeno (N), etc.
 Los electrones se comparten siempre en pares, bien sea en
enlaces simples, dobles (cuatro electrones) o triples (seis
electrones).
Tipos de enlaces covalentes
Enlace covalente polar
 Una molécula está compuesta por más de un átomo. Cuando hay un átomo que atrae a
los electrones con mayor intensidad, se genera una mayor concentración de electrones
en esa parte de la molécula. Este fenómeno se llama polaridad.
 La parte de la molécula donde se concentran los electrones tiene una carga parcial
negativa, mientras la otra región de la molécula tiene una carga parcial positiva.
 Por eso, este tipo de enlace recibe el nombre de “polar”, porque hay una polarización o
distribución poco equitativa de los electrones que conforman la molécula.
Enlace covalente no polar
 Ocurre cuando los pares de electrones se comparten entre átomos que tienen una
electronegatividad igual o muy similar. Esto favorece una distribución equitativa
de los electrones.
Enlace covalente dativo o coordinado
 Este tipo de enlace recibe este nombre ya que solo uno de los
átomos en el enlace aporta sus electrones.
 Este átomo se llama dativo, y el átomo que recibe los electrones se
denomina átomo receptor.
Enlace covalente simple
 Ocurre cuando cada átomo comparte un electrón para completar el
par de electrones del enlace.
Enlace covalente doble
 Los enlaces dobles se generan cuando se comparten dos pares de electrones entre
dos átomos, para un total de cuatro electrones compartidos.
Interacciones moleculares entre los enlaces

 Aunque los enlaces covalentes son fundamentales para la existencia de las

biomoléculas, se necesita la existencia de otros tipos de fuerzas, mucho más débiles,
para la existencia de la vida.
 Estas interacciones no covalentes, que se pueden establecer entre iones, moléculas y
partes de moléculas, están implicadas en el mantenimiento de las estructuras
tridimensionales de las biomoléculas.
 En la debilidad de la fuerza de estas interacciones radica su importancia, puesto que
permiten la continua formación y rotura de estos enlaces, permitiendo la plasticidad, lo
que es un requisito necesario para el desarrollo de los procesos vitales.
Tipos de interacciones
Fuerzas electrostáticas o interacciones carga-carga.
 Se establecen entre átomos o grupos de átomos cargados (aniones y cationes).
 Las fuerzas electrostáticas se rigen por la Ley de Coulomb y la intensidad de las
mismas depende del medio en el que se encuentren (expresado por la constante
dieléctrica).
Fuerzas polares o interacciones entre dipolos.
 Se producen entre moléculas que carecen de carga neta pero presentan una
distribución interna asimétrica de la carga.
 Estas moléculas tienen naturaleza polar y se les denomina dipolos eléctricos. Se trata
de fuerzas más débiles que las electrostáticas y tienen un alcance inferior.
 Un dipolo puede ser atraído por un ion próximo (interacción carga-dipolo) o por otro
dipolo (interacción dipolo-dipolo entre los polos opuestos)
Tipos de interacciones
Fuerzas de van der Waals o fuerzas de dispersión.
 Se trata de fuerzas atractivas de muy corto alcance originadas por la sincronización de
la fluctuación de las cargas electrónicas de las moléculas.
 Sin embargo, existe una distancia (radio de van der Waals) que es la más cercana a la
que se pueden situar las moléculas.
 Para distancias menores, las fuerzas de repulsión electrónica impiden el acercamiento
de las moléculas.
Interacciones hidrofóbicas.
 En un medio acuoso, las moléculas apolares o hidrofóbicas son repelidas por las
moléculas de agua, por lo que tienden a agruparse, interaccionando unas con otras.
Tipos de interaccion
Enlaces por puente de hidrógeno.
 Se trata de una interacción entre un átomo de hidrógeno unido covalentemente a un
átomo electronegativo de pequeño tamaño (O, N, F) y otro átomo electronegativo con
un par de electrones libres.
 A mayor electronegatividad del átomo unido al hidrógeno, con mayor polaridad
positiva queda el hidrógeno y, por tanto, con mayor fuerza es atraído por los pares
electrónicos libres del átomo electronegativo de la otra molécula.
 El enlace por puente de hidrógeno es el tipo de interacción no covalente mas fuerte.
Grados de complejidad molecular
 1. Precursores, con un peso molecular inferior a 50 Da, como el H2O, el
CO2 o el NH3.
 2. Intermedios metabólicos, con un peso molecular de 50- 200 Da, como
son el piruvato, el oxalacetato o el citrato.
 3. Unidades estructurales(100-300 Da) o unidades constitutivas de las
macromoléculas, entre las que destacan los monosacáridos (en los
polisacáridos), los aminoácidos (en las proteínas), los nucleótidos (en
los ácidos nucleicos), el glicerol y los ácidos grasos (en las grasas),
etcétera.
 4. Macromoléculas (103 -106 Da), como los polisacáridos, proteínas,
ácidos nucleicos, grasas, etc.