APUNTES BIOLOGIA - TEMAS 1 Y 2

TEMA 1: BIOELEMENTOS, AGUA y SALES MINERALES
 1.-BIOELEMENTOS: Pequeño número de elementos presentes en los seres vivos.
- Clasificación:
 Elementos plásticos primarios: C, H, O, N.
 Elementos secundarios: P, S, Na, K, Ca, Mg y CI. + o - el 3% del peso de los seres vivos.
 Oligoelementos (e. traza): Son necesarios para el funcionamiento corporal.-del 1 %.  .
 Metálicos: Fe, Cu, Co, molibdeno (Mo), Zn, Mn y vanadio (V).
 No metálicos: F, Br y I.
 Semimetálicos: Si.
- Selección y contribución:
• Peso atómico bajo: Pueden compartir electrones con otros átomos formando enlaces covalentes fuertes y estables, pero no tanto como para impedir las reacciones metabólicas.
•  C: Configuración tetraédrica     forma cadenas largas lineales o ramificadas y anillos.
• El C forma fácilmente enlaces con H, O, N y S.
• Generalmente forman entre sí compuestos solubles en agua.
•  S y P: Tienen mayor peso atómico      forman enlaces más inestables.
- Funciones:
• Primarios y secundarios: Plástica. Imprescindibles para la edificación de materia orgánica.
 C, H y O: Principales componentes elementales de las estructuras.
  N: Construcción de las estructuras moleculares más importantes de la materia.
  P: Formación de los ácidos nucleicos y forma enlaces débiles ricos en energía. La mayor parte se encuentra en sales minerales sólidas.
   S: Constituyente de la mayoría de las proteínas.
  El resto de los secundarios se encuentran en su mayoría en el interior de la célula y son necesarios para el equilibrio iónico de ésta (sino, no hay vida).
  Na, K y Cl: Mantenimiento del grado de salinidad. Na y K fundamentales en la transmisión del impulso nervioso.
  Ca: Constitución de estructuras esqueléticas, contracción muscular y coagulación sanguínea.
  Mg: Acción catalítica de muchas encimas y constituyente de la clorofila.
• Oligoelementos: Reguladora. La mayoría de las veces van asociados a encimas.
  Fe: En combinaciones complejas, generalmente proteicas     citocromos:
proteínas con Fe. Constituyente de la hemoglobina.
  Cu: En todos los organismos. Hemocianina en artrópodos y moluscos.
  Co: Vitamina B12
  I: Acción hormonal del tiroides de los animales superiores. F: Formación de los dientes.
- Biomoléculas: Moléculas constituyentes de la materia viva formadas a partir de la combinación de átomos de distintos bioelementos. O principios 
inmediatos: se pueden asimilar mediante procesos físicos (disolución, filtración, destilación, centrifugación, etc.). Según su naturaleza:
• Inorgánicas: Agua y sales minerales.
• Orgánicas: Glúcidos, Iípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
2.-AGUA:
- Distribución en los seres vivos: Cuantitativamente es el principal componente de los seres vivos, sólo algunos organismos simples reducen considerablemente la cantidad de agua en determinado momento, quedando las funciones vitales reducidas al mínimo (estado de vida latente). + o - el 75%, aunque varía dependiendo del organismo, edad y clase. Los tejido nobles, funcionalmente más complejos, son los que más agua contienen.
• Agua circulante: Se desplaza por el organismo y es utilizada como medio de transporte de sustancias.
• Agua de imbibición: Empapando los materiales citoplasmáticos.
• Agua ligada: Retenida en combinaciones diversas en el interior de las células.
- Propiedades y funciones biológicas: La molécula de agua está formada por un átomo de O y dos de H unidos por enlaces covalentes. Al tener estructura geométrica, los electrones son más atraídos por el O al ser más electronegativo, de tal forma que el O queda con carga - y los H con +, por lo que es un dipolo eléctrico. Por ello las moléculas cercanas tienden a unirse por puentes de H. Se pueden formar grupos de hasta 9 moléculas que duran fracciones de segundo. Esto determina sus propiedades:
• Elevada capacidad disolvente y dispersante:
 Sistemas dispersos según su tamaño:
 Suspensión: mayor de 10-4 mm (0,1 micras).
 Dispersión o disolución coloidal: entre 10-4 Y 10-6 mm. Pueden estar en estado sol (líquido) o gel (gelatinoso).
 Disolución verdadera: menor a 10-6 mm (1 milimicra).
  Sustancias que disuelve: Disolvente que más sustancias distintas (orgánicas o inorgánicas):
 Sales cristalizadas, mayoría, se disuelven con facilidad. Están constituidas por iones unidos por fuertes atracciones electroestáticas, los dipolos del agua se oponen a esa unión     Solvatación.
 Compuestos orgánicos ionizables: los que poseen el grupo amino (aminoácidos) o carboxilo. R-NH2      R-NH3+   R-COOH     R-COOH- + H+
  Compuestos orgánicos neutros (no se ionizan), poseen grupos funcionales polares (hidroxilo y carbonilo). Son solubles debido a la tendencia del agua a formar enlaces de H con esos grupos fucionales.
  Sustancias antipáticas (no las disuelve, las dispersa). Contienen a la vez grupos hidrófobos (repelen el agua) e hidrófilos (atraen el agua). Formación de micelas (agregados): el grupo carboxilo cargado - se queda expuesto al agua y las cadenas hidrocarburadas, insolubles y no polares, permanecen ocultas en la estructura.
 Funciones:
 Facilita el intercambio de materia entre la célula y el medio.
 Vehículo de transporte de sustancias por el organismo.
 Medio de reacción. 



• Elevada fuerza de cohesión (unión): Debido a los puentes de H se mantienen fuertemente unidas las moléculas    Proporciona volumen a las células, turgencia a las plantas y sirve como esqueleto hidrostático de invertebrados (anélidos y celentéreos).
• Elevada fuerza de adhesión: Adherencia: fuerza de atracción entre superficies de cuerpos diferentes. Las moléculas de agua se adhieren fuertemente a los grupos cargados de la superficie de un tubo. Las fuerzas de adhesión contrarrestan las de cohesión de las moléculas interiores y el agua asciende de forma que el peso de la columna sea igual a la tensión superficial del líquido.   Facilita el ascenso de la savia bruta por los vasos leñosos del xilema    Capilaridad.
• Elevada tensión superficial: En la superficie de contacto con otro medio forma una película bastante resistente debido a las fuerzas de cohesión entre moléculas. Se origina una fuerza dirigida hacia el interior del líquido y perpendicular a la superficie, que hace que esta zona la cohesión sea mayor.  Facilita el desplazamiento por la superficie de algunos organismos.
• Alto calor específico: CE: cantidad de calor que hay que suministrar a 1 gr para que su T suba 1°C. Del agua es 1cal, valor relativamente alto. Esto permite que absorba y libere grandes cantidades de calor sin cambios bruscos en la T. Las reacciones que se desarrollan en los seres vivos producen calor, pero no aumenta la T debido a la gran cantidad de agua que contienen que absorbe el exceso de calor.    Amortiguador de cambios térmicos bruscos.
• Alta conductividad: Facilita la distribución del calor por toda la masa de agua.                                                         
    Evita la acumulación de calor en un punto del organismo.
• Alto calor de vaporización: Calor necesario para que una sustancia pase a estado gaseoso. En el agua asciende a 539,5 cal/g, bastante alto ya que tiene que romper puentes de H. Para evaporar el sudor (transpiración vegetal) es necesario tomar calor del cuerpo por lo que éste se enfría.    Refrigeración del organismo.
 Las 3 últimas     Agente regulador de la temperatura.
• Capacidad de disociación: Se disocia en los iones H+ y OH-   Reactivo químico en reacciones metabólicas como la hidrólisis (rotura de enlaces introduciéndose una molécula de agua). A-B + H20 (H+, OH-)     AH + BOH.
• Coeficiente de dilatación negativo: Cuando se eleva la T de cualquier sustancia aumenta su V y disminuye su d. En el agua, O-4°C, ocurre lo contrario ya que tiene a su coeficiente de dilatación negativo. A 4°C tiene su mínimo volumen y por ello el agua que congela aumenta V y disminuye d por eso el hielo flota y no desciende formando una capa aislante  Posibilita la vida bajo las aguas en ambientes acuáticos fríos.
• Transparencia: Facilita la penetración de los rayos solares, hasta ciertas profundidades, lo que permite a los vegetales acuáticos realizar la fotosíntesis.    Permite la vida de vegetales y con ellos otros organismos en el agua.
3.- Sales minerales:
- Distribución: En todos los seres vivos hay una determinada cantidad de sales minerales.
• Estado sólido (precipitadas): formando parte de estructuras esqueléticas.
Fosfato de calcio, huesos; carbonato de calcio, conchas; sílice, caparazones de algas diatomeas. 
• En disolución, mayoría. Destacan:
 Aniones: cloruros, fosfatos, hidrogenocarbonatos, nitratos y sulfatos.
 Cationes: Na+, K+, Ca++ y Mg++.
- Funciones:
• Reguladora de los procesos osmóticos:
 Difusión: 2 soluciones de diferente concentración separadas por una membrana permeable, el soluto pasa de la más concentrada a la menos y el disolvente en sentido contrario hasta que se igualan.
  Ósmosis: Proceso de difusión a través de una membrana semipermeable, en la que sólo pasa el disolvente, no las sustancias disueltas. La membrana semipermeable sólo deja pasar el disolvente, por lo que el líquido pasa de la hipotónica a la hipertónica hasta igualar concentraciones.
 Diferencia con diálisis y hemodiálisis:
 Diálisis: La membrana semipermeable separa dos coloides, en vez de dos líquidos en la ósmosis. La atraviesan pequeñas partículas, mientras que en la ósmosis sólo el agua.
 Hemodiálisis: Uno de los coloides es la sangre.
 Presión osmótica: Presión desarrollada en los procesos osmóticos que pueden hacer ascender la solución en contra de la gravedad.
 Células: La membrana plasmática actúa como una semipermeable    las células (actúan como osmómetros) absorben o pierden agua según la concentración del líquido que las rodea en relación con el líquido intracelular.
 Células vegetales: Poseen una gran vacuola central que comprime el citoplasma contra la pared.
 Plasmólisis: En solución hipertónica, el agua sale de la célula, la vacuola disminuye de tamaño arrastra el citoplasma despegándolo de la pared.
 Turgencia: En una hipotónica, el agua entra a la vacuola que comprime el citoplasma contra la pared.
• Regulación del pH:
 pH: En los líquidos orgánicos siempre hay iones H+ (hidrogeniones, en realidad es H30+) y OH- (hidroxilos) procedentes de la disociación del agua y de sustancias básicas y ácidas. La acidez o basicidad de un medio, que se mide en unidades de pH, depende de la proporción de dichos iones:
• [H+] = [OH-]    pH neutro = 7.
• [H+] > [OH-]    pH ácido < 7.
• [H+] < [OH-]    pH básico > 7.
 Sistemas tampón: Las células para su buen funcionamiento requieren un pH casi neutro, pero de las reacciones metabólicas se desprenden sustancias  ácidas y básicas  y para que el pH no varíe aparecen estos sistemas. Están formados por un ácido débil y su sal correspondiente: ácido carbónico H2C03 e hidrogenocarbonato de sodio NaHC03.
• Exceso de sustancias ácidas:
• Se ionizan y los hidrogeniones producen acidez: HA     A- + H+
•  Para que esto no ocurra el NaHC03 del sistema tampón reacciona con la sustancia ácida: HA + NaHC03    NaA + H2C03
• La sal (NaA) es neutra y su exceso se elimina al ambiente (orina). El ácido carbónico se descompone fácilmente: H2C03    CO2 + H20
• El agua es neutra y el CO2 se expulsa al ambiente (pulmones). Así se evita la aparición de H+. Sustancia ácida (HA)    sal (neutra) + agua (neutra) + C02 (expulsado).


• Exceso de sustancias básicas:
• Al ionizarse producen hidroxilos que variarían el pH: BOH    B+ + OH-
• Para impedirlo, el ácido carbónico reacciona: BOH + H2C03     BHC03 + H20
• El agua y la sal son neutras y el exceso se elimina al medio.
• Los sistemas tampón se oponen automáticamente a los cambios de pH y mantienen la neutralidad de los líquidos orgánicos. En los medios extracelulares es el carbónico y sus sales y en el intracelular el fosfórico y sus sales.
• Acción específica de los cationes: Los cationes ejercen diversas acciones que dependen de ese catión y que no se puede sustituir por otro, son específicos. Intervienen en procesos enzimáticos, contracción muscular, transmisión del impulso nervioso, etc. Algunos son antagónicos. Los más importantes son: Na+, K+ y Ca++. Por separado ejercen una acción paralizante sobre el corazón, pero Na+ y K+ lo hacen en diástole y Ca++ en sístole.
*Soluciones o sueros fisiológicos: Líquido que al ponerlo en contacto directo con las células no causa trastornos, por lo que es isotónico con las células, tiene un pH apropiado (cercano a la neutralidad) y composición catiónica equilibrada (contiene determinados cationes en determinada proporción).
• Otras funciones:
 Regular la actividad enzimática.
 Estabilizar coloides.
 Generar potenciales eléctricos.





















TEMA 2: GLÚCIDOS
1.- CONCEPTO, FUNCIONES Y CLASIFICACIÓN:
- Concepto: Son aldehídos y cetonas de alcoholes polivalentes y sus derivados formados por oxidación, reducción, sustitución y polimerización. También se llaman hidratos de carbono o carbohidratos. Responden a la fórmula general (CH20)n. También azúcares o sacáridos, pero no es correcto ya que no todos tienen sabor dulce (sabor dulce: monosacáridos y disacáridos; no sabor dulce: polisacáridos).
- Funciones:
• Energética: Todos. Equivalen a 4 Kcal/g.
• Estructural: Materiales de construcción de células, son más importantes en las vegetales. Componentes de la pared celular vegetal, de la bacteriana, exoesqueleto, membranas (como receptores), tejidos conectivos, etc.
• Otras funciones: (oligosacáridos)
 Reconocimiento celular.
 Protección y unión de células para formar tejidos (oligosacáridos unidos a Iípidos y proteínas en la membrana formando el glicocalix).
- Clasificación: Las unidades básicas de los glúcidos son las osas y a partir de ellas se forman glúcidos más complejos.
• Osas o monosacáridos: son compuestos hidrolizables de 3 a 7 C.
• Ósidos: formados por la unión de varias osas (o sus derivados) con pérdida de una molécula de agua en cada enlace.
 Holósidos: constituidos por varias osas.
 Oligósidos u oligosacáridos: de 2 a 10, disacáridos más importantes.
 Polósidos o polisacáridos: de 10 hasta miles.
• Homopolisacáridos: estructuras de reserva.
• Heteropolisacáridos: agar
 Heterósidos: formados por una parte glucídica y otra no glucídica:
aglucon.
 Glucolípidos: Cerebrósidos y gangliósidos.
 Glucoproteínas: Séricas (de la sangre), gonadotropinas, de membrana, peptidoglucanos y proteoglicanos.
 Principios activos (plantas): cardiotónicos.
2.- MONOSACÁRIDOS:
- Propiedades, composición y nomenclatura.
• Propiedades: No hidrolizables, cristalizables, blancas, reductoras (sustancia capaz de dar electrones o H a otra), solubles en agua y sabor dulce.
• Composición: Uno de los átomos de C está unido por un doble enlace a un átomo de O para formar un grupo carbonilo de un aldehído o una cetona y el resto de sus C se unen a hidróxidos y H.
• Nomenclatura: Según su nº de C son triosas, tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas. Y según su grupo carbonilo: aldosas, si tiene un aldehído (CHO), y cetosas, si tiene una cetona (CO).
- Estereoisomería: Se denomina isómeros estructurales a las sustancias que tienen la misma fórmula empírica pero cuyos átomos están unidos de distinta forma. Ej: Fructosa y glucosa. (C6H1206). F    cetona; G     aldehído.


• Estereoisómeros: Moléculas que tienen la misma fórmula estructural pero distinta configuración espacial de sus grupos atómicos     Imágenes especulares. Carbonos asimétricos (C*): aquellos que están unidos a 4 sustituyentes distintos. Las osas tienen estereoisomería debido a la posición espacial de los OH (grupos alcohólicos) de sus C*. nº E = 2n (E = estereoisámeros; n = nº C*). Las aldosas tienen más E (todos sus C son C* menos 1° y último) que las cetosas (C* menos 1°,2° y último). Formas:
• Forma D: El -OH del último C* está hacia la derecha.
• Forma L: EI-OH del último C* está hacia la izquierda.
 Enantiómeros: Estereoisómeros que se diferencian en la posición de todos sus -OH.
 Epímeros: Estereoisómeros en los que sólo cambia la posición del -OH en uno de los C*. Por lo que cada uno tendrá uno de cada uno de sus C*.
• Actividad óptica: A pesar de las diferencias espaciales es difícil diferenciar los enantiómeros por sus propiedades físicas, pero sí se pueden distinguir por la actividad óptica: Propiedad en la que las disoluciones de monosacáridos hacen girar el plano de polarización de la luz un cierto ángulo. Si lo hacen hacia la derecha son dextrógiros y se representan con el signo +, y si lo es hacia la izquierda son levógiros y -. Isómeros ópticos: Moléculas que desvían el plano de polarización en distintos sentidos. Por lo que uno de los 2 enantiómeros será dextrógiro y el otro levógiro.
- Formas cíclicas: Las fórmulas de cadena lineal (configuración de Fischer) son correctas para triosas y tetrosas. En los de 5 ó 6 C, el grupo carbonilo puede formar un enlace covalente con un grupo alcohólico, formando hemiacetales (osas cicladas). Si el anillo resultante tiene 5 eslabones se llama furanosa y si tiene 6, piranosa. Al formarse el anillo, el carbono carbonílico se convierte en un C* llamado C anómero, formando dos anómeros (esteroisómeros que se diferencian en la posición del -OH en el C anómero, nºE=2n+2): forma alfa α (-OH abajo) y forma beta β (-OH arriba). Las formas cíclicas se representan con las fórmulas de perspectiva de Haworth, que son anillos (de 5 o 6 lados) en cuyos vértices están los C y el puente oxídico.
- Monosacáridos más importantes:
• Triosas: D-gliceraldehído y dihidroxiacetona, compuestos intermediarios del metabolismo celular.
• Tetrosas: D-eritrosa, compuesto intermediario de la fotosíntesis.
• Pentosas:
 D-ribosa y desoxirribosa (derivada de la 1ª), forman parte de los ácidos nucleicos.
 D-ribulosa interviene en la fotosíntesis.
• Hexosas:
 D-glucosa: Azúcar fisiológicamente más importante, principal fuente de energía de los seres vivos. Sólo está libre en las uvas     azúcar de uva.
 D-galactosa: Forma parte de disacáridos importantes (Iactosa).
 D-fructosa: Libre en los frutos y forma parte de disacáridos.
• Heptosas: D-sedoheptulosa, producto intermedio de la fotosíntesis.
- Reacciones de reconocimiento de monosacáridos: Para saber si hay monosacáridos se utilizan reacciones basadas en el grupo carbonilo, es (poder reductor) que oxida y pasa a ácido. Reacción de Fehling: se añade una sal cúprica que pasa a ácido con un reductor (azul    rojo).

3.- DISACÁRIDOS:
- Propiedades, composición y nomenclatura:
• Propiedades: sustancias blancas, cristalizables, reductoras o no, solubles al agua, hidrolizables y sabor dulce (azúcares).
• Composición: Resultan de la unión de 2 monosacáridos con la liberación
de una molécula de agua. Los más importantes salen de la unión de 2 hexosas (C6H1206 + C6H1206    C12H22011 + H20). El enlace es O-glucosídico y puede ser α o β.
 Enlace monocarbonílico: Se establece ente el hidroxilo del C anómero del 1er monosacárido y un -OH del 2° (C1 - C4). Como el disacárido resultante tiene un grupo carbonilo potencialmente libre es reductor (maltosa, celobiosa y lactosa). Disacáridos monocarbonílicos + osas = azúcares reductores.
 Enlace dicarbonílico: Entre los hidroxilos de los C anómeros de los 2 monosacáridos (C1 - C2) (hexosa + pentosa). Al no quedar ningún grupo carbonilo libre no es reductor (sacarosa).
• Nomenclatura:
 1° se coloca el nombre de la molécula que aporta el C carbonílico, con -osil.
 2° se coloca el nombre de la otra molécula, con -osa si aporta un C no cabonílico (con el nº del C) o con -ósido si aporta un C carbonílico.
 Enlace: α, si OH abajo en el G1, o β, si el OH arriba en el G1.
- Disacáridos naturales:
• Maltosa: Unión de 2 D-glucopiranosas. Principal producto de la hidrólisis de almidón y glucógeno por la enzima amilasa. Azúcar de malta, grano germinado de cebada, para la elaboración de la cerveza. G+G (α).
• Celobiosa: Unión de 2 D-glucopiranosas. Se obtiene de la hidrólisis del la celulosa. G+G (β)
• Lactosa: D-galactopiranosa + D-glucopiranosa. En la leche.
• Sacarosa: D-glucopiranosa + D-fructofuranosa unidas por un enlace dicarbonílico. No reductora. Es el azúcar de mesa, se obtiene de la caña de azúcar y de la remolacha azucarera.
4.- POLlSACÁRIDOS:
- Concepto, propiedades, clasificación y función:
• Concepto: Unión de n monosacáridos por enlaces O-glucosídicos con la pérdida de n - 1 moléculas de agua, siendo n>10 (n <10    oligosacáridos).
Polimerización
 n Monosacáridos         Polisacárido + (n - 1) H20
  Hidrólisis
• Propiedades: No cristalizables, insípidas, poco solubles en agua e hidrolizables (si es completa salen monosacáridos).
• Clasificación:
 Homopolisacáridos: Monosacáridos del mismo tipo.
 Heteropolisacáridos: Monosacáridos de distintos tipos.
• Función:
 De reserva: Reservas de energía corto plazo.
 Estructurales: Materiales de construcción de paredes celulares, exoesqueletos, etc.
- De reserva: Generalmente en forma de grandes gránulos en el citoplasma celular. Enlaces α OH abajo.


• Almidón: Homopolisacárido de D-glucopiranosas. Se acumula en semillas, raíces y tubérculos. Constituyentes:
 Amilosa: Cadenas largas de glucosas no ramificadas unidas por enlaces α (1      4).
 Amilopectina: Cadenas de glucosas unidas por enlaces a (1   4) y con pocas ramificaciones unidas con enlaces a (1    6).
• Glucógeno: Homopolisacárido de D-glucopiranosas unidas por enlaces α (1   4) con ramificaciones con enlaces α(1   6). Tiene más ramificaciones que la amilopectina. En los animales abunda en hígado y músculos.
•  Dextranos: En bacterias y levaduras.
- Estructurales: Enlaces β OH arriba. Especialmente importantes en plantas.
• Celulosa: Homopolisacárido de D-glucopiranosas con enlaces β(1   4).
Principal componente de la pared celular vegetal. A partir de ella se fabrica papel, fibras de algodón, etc. La mayor parte de los animales no pueden utilizar la celulosa como nutriente porque carecen de la enzima celulasa, los herbívoros y algunos insectos tienen microorganismos simbiontes capaces de producir celulasa. Es necesaria en la dieta humana porque forma la mayor parte de la fibra alimentaria: estimula los movimientos peristáticos que facilitan la defecación de heces.
• Quitina: Homopolisacárido de N-acetil-D-glucosamina con enlaces β (1  4) [NAG+NAG...]. Principal componente del exoesqueleto de los insectos y crustáceos y de la pared celular de los hongos.
- Relación entre estructura y función: La función de una molécula está determinada por su estructura, no por su composición. Pero su composición determina su estructura.
• Enlaces α (glucógeno y almidón): La geometría de los enlaces a (1   4) hace que se configuren de forma enrollada en hélice, que hace que se formen gránulos densos donde almacenar. e α   gránulos    reserva.
• Enlaces β (celulosa y quitina): Configuración alargada en fibras insolubles adecuadas para la función estructural. e. β    fibras    estructural.
- Heteropolisacáridos:
• Pectina: Pared celular vegetal. Preparación de mermeladas.
• Agar-agar: Medios de cultivo de bacterias. Industria alimentaria.
•  Gomas: Segregadas por las plantas para cerrar sus heridas    f. protectora. Goma arábiga.
• Glucosaminoglucanos: Ácido hialurónico y la condroitina. Heparina: propiedades anticoagulantes.
• Marcador de membranas: asociadas a otras biomoléculas.