BASES QUIMICAS DE LA

VIDA

SEGUNDA UNIDAD.

LIC. BIOLOGIA Y QUIMICA

PEM. DENISE GRIJALVA.

Unidad II.

Bases

Químicas de la

Vida

CONCEPTOS IMPORTANTES

Elementos

Compuestos

Química Inorgánica

Química Orgánica

Agua

Biomoléculas

CONTEXTO QUIMICO DE LA VIDA

Evolución química como base de la evolución

biológica

Elementos y compuestos químicos que

componen la materia orgánica en el cuerpo de

los seres vivos y su entorno

El agua, molécula fundamental para la vida

Biomoléculas (carbohidratos, lípidos, proteínas,

ácidos nucleicos y código genético)

CONCEPTOS BÁSICOSELEMENTO, COMPUESTO

Sodio Cloro Cloruro de sodio

TABLE 2-1

PROPIEDADES DE UN ELEMENTO

Partículas subatómicas

Protones

Neutrones

Electrones

Número atómico

Masa atómica

Isótopos

Núcleo

ElectronesNube de Carganegativa

FUNCIONES DE

ELEMENTOS IMPORTANTES

OXIGENO: procesos metabólicos

CARBONO: química orgánica

HIDRÓGENO: formación de molécula de agua,

puentes de hidrógeno metabolismo

SODIO Y POTASIO: favorecen transmisión del

impulso nervioso y contracción muscular

NIVELES DE ENERGÍA DE LOS ELECTRONES

Energía: capacidad para causar cambio.

Energía potencial: es la energía que la materia posee debido a su localización o estructura.

Los diferentes estados de energía potencial que los electrones tienen en un átomo se denominan Niveles de energía = órbitas de electrones

LE 2-7B

Tercer nivel de energía (órbita)

Segundo nivel de energía (órbita)

Primer nivel de energía(órbita)

Núcleoátomico

Energía absorbida

EnergíaLiberada

LE 2-8

primer

órbita

Hydrogen

1H

Lithium

3Li

Second

órbita

Third

órbita

Sodium

11Na

Beryllium

4Be

Magnesium

12Mg

Boron

5B

Aluminum

12Al

Silicon

14Si

Carbon

6C

Nitrogen

7N

Phosphorus

15P

Oxygen

8O

Sulfur

16S

Chlorine

17Cl

Fluorine

9F

Neon

10Ne

Argon

18Ar

Helium

2HeAtomic number

Element symbol

Electron-órbita

diagram

Atomic mass

2

He4.00

LE 2-9

Órbitales

electronicos

Diagramas de

Órbitas de

electrones

orbital

1s

orbital 2sTres orbitales 2p

1s, 2s, and 2p orbitals

primera órbita(máximo2 electrones)

Second órbita(máximo8 electrones)

Neon, con dosórbitas llenas(10 electrones)

x

z

y

LAS MOLÉCULAS

La formación y la función dependen de los enlaces químicos entre los átomos

Enlaces covalentes

Enlace covalente no polar

Enalce covalente polar

Enlaces iónicos

Enlaces químicos débiles

Enlaces de hidrógeno

Enlaces de van der walals

MMMM

LE 2-12

H

O

H

H2O+

+

–

LE 2-13

Na

Sodium atom(an uncharged

atom)

Cl

Chlorine atom(an uncharged

atom)

Na+

Sodium ion(a cation)

Cl–

Chlorine ion(an anion)

Sodium chloride (NaCl)

LE 2-13A

Na

Sodium atom(an uncharged

atom)

Cl

Chlorine atom(an uncharged

atom)

LE 2-13B

Na+

Sodium ion(a cation)

Cl–

Chlorine ion(an anion)

Sodium chloride (NaCl)

LE 2-14

Na+

Cl–

LE 2-15

–

Agua(H2O)

Ammonio(NH3)

Enlace de hidrógeno

+

+

–

+

+

+

Reactivos Reacción Productos

2 H2OO22 H2

LAS REACCIONES ROMPEN Y UNEN ENLACES QUÍMICOS

AGUA, LA MOLÉCULA QUE SUSTENTA LA VIDA

El agua es el medio biológico de la tierra.

La vida en la tierra comenzó en el agua.

La mayoría de seres vivos estamos compuestos entre el 70-95% de agua.

Los seres humanos NO podríamos vivir más de una semana sin agua.

CARACTERÍSTICAS DEL AGUA

Enlaces dehidrogeno

Movimiento de agua en plantas.

También explica la tensión superficial del agua

Cohesión

REGULACIÓN DE LA TEMPERATURA

Absorbe o libera calor con apenas un leve cambio en la temperatura

Calor específico elevado

Calor de vaporización elevado

Calor de fusión elevado

Enlace de

Hidrogeno

Hielo

Los enlaces son estables

Agua Líquida

Los enlaces se rompen y se forman constantemente

AISLAMIENTO DE GRANDES MASAS DE AGUA POR HIELO FLOTANTE

Debido a que el hielo es menos denso que el agua líquida, esto permite que exista vida debajo del hielo.

EL AGUA COMO SOLVENTE DE LA VIDA

Na+

Cl–Cl–

+

+

+

+

+

+

+

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

Na+

Cl–

+

+

+

+

+

+

++

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–Na+

Cl–

CONDICIONES ÁCIDAS O BÁSICAS

Ion Hidronio Ion Hidróxido

Acid

ez

Ba

sic

ida

d

Neutralidad

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Acido de Baterías

Jugo gástrico, zumo

de limón

Vinagre, cerveza,

vino

Zumo de tomate

Café puro, agua de

lluvia

Orina

Agua Pura

Agua Marina

Amoniaco doméstico

Blanqueador doméstico

Limpiador de hornos

LA QUÍMICA DEL CARBONO Y LA VIDA

BIOMOLÉCULAS

Una de las hipótesis del órigen de la vida, es la de la átmosfera

primitiva, experimento realizado por Miller, en 1053

Todos los organismos están

constituidos por compuestos

químicos basados principalmente

en el elemento Carbono

Esqueletos de carbono de unidos por

enlaces covalentes

Compuestos Orgánicos

Constituyentes estructurales de las

células y tejidos.

Participan y regulan el metabolismo-

Transmiten información.

Participan en el proceso de evolución

de las especies

Fuente de energía.

LE 4-3

Fórmula Molecular

FórmulaEstructural

Modelo deEferas y varillas

Modeloespacial

Metano

Etano

Eteno (etileno)

LE 4-4

Hidrogeno

(valencia = 1)

Oxigeno

(valencia = 2)

Nitrogeno

(valencia = 3)

Carbono

(valencia = 4)

VARIACIÓN DE LOS ESQUELETOS CARBONADOS

Longitud

Ethane Propane

Butane 2-methylpropane(commonly called isobutane)

Ramificación

Dobles enlaces

anillos

1-Butene 2-Butene

Cyclohexane Benzene

LOS HIDROCARBUROS

100 µmMolécula de lípidos Células adiposas de mamífero

Gotitas de grasa (teñidas de rojo)

Isómeros estructurales

Los Isómeros

LE 4-7B

Isómeros geométricos

LE 4-7C

Enantiómeros

L-isomero D-isomeror

GRUPOS FUNCIONALES

Estructura

(puede escribirse HO—)

Nombre de los compuestos

Alcoholes (sus nombres específicos

Generalmente teminan en -ol)

Etanol, alcohol, presente en las

Bebidas alcohólicas

Propiedades funcionales

Es polar como resultado del

Átomo de oxígeno electronegativo

Que arrastra electrones hacia el mismo

Atrae moléculas de agua, lo que

Ayuda a disolver compuestos

Orgánicos como los azúcares.

Estructura

Nombre de los compuestos

Cetonas, el grupo carbonilo esta

Dentro del esqueleto de carbono

Ejemplo

Una cetona y un aldehído pueden ser

Isómeros estructurales con diferentes

Propiedades, como es el caso de la

Acetona y propanal

Aldehídos, el grupo carbonilo esta

En le extremo del esqueleto de carbono

Acetona, la acetona más simple

Popanal

Propiedades funcionales

Estructura

Nombre de los compuestos

Ácidos carboxilicos o ácidos orgánicos

Ejemplo

Tiene propiedades ácidas porque

Es un fuente de iones (H+)

Ácido acético, que le da al vinagre

Su gusto agrio

Propiedades funcionales

El enlace covalente entre el oxigeno

Y el hidrógeno es tan polar que los

Iones hidrogeno (H+) tienden a

Disociarse de forma reversible

Acido acético Ion Acetato

En las células se encuentran en

Forma iónica y se denomina grupo

carboxilato.

Estructura

Nombre de los compuestos

Aminas

Ejemplo

Debido a que también tiene un grupo

Carboxilo, la glicina es tanto una amina

Como un ácido carboxilico; los compuestos

Con ambos grupos se denominan

aminoácidos

Propiedades funcionalesActúa como una base, puede captar

Un protón de la solución circundante

(no ioinizado)

Ionizado, con carga de 1+ en condiciones

Celulares

Glicina

(ionizado)

Estructura

(puede escribirse HS—)

Nombre de los compuestos

Tioles

Ejemplo

Etanotiol

Propiedades funcionales

Dos grupos sulfidrilos pueden

Interactuar para ayudar a estabi-

Zar la estructura proteínica

LE 4-10BC

Estructura

Nombre de los compuestos

Fosfatos orgánicos

Ejemplo

Glicerol fosfato

Propiedades funcionales

Forma de anión (ion cargado

negativamente) de la molécula de

La que forma parte .

Puede transferir energía entre

Moléculas orgánicas.

Adenosina P P P

LE 4-UN66B

Adenosina P P P+ i

¿CUÁL SERÁ EL CARBONO ASIMÉTRICO EN ESTA MOLÉCULA?

a b c d e

MOLÉCULAS BIOLÓGICAS

Carbohidratos

Lípidos

Proteínas

Ácidos Nucleicos

Monómeros

Polímeros

Reacción de condensación

- Síntesis por deshidratación

- Se pierde una molécula de agua

-OH + -H H2O

+ -

LE 5-2A

Short polymer Unlinked monomer

Dehydration removes a water

molecule, forming a new bond

Dehydration reaction in the synthesis of a polymer

Longer polymer

Hidrólisis- Literalmente: romper con agua

H2O -OH + -H

- +

LE 5-2B

Hydrolysis adds a water

molecule, breaking a bond

Hydrolysis of a polymer

CARBOHIDRATOS

FUNCIONES

Fuente de energía para las células

Almidones y azúcares

Componentes estructurales

Celulosa

CLASIFICACIÓN:

Número de átomos de Carbono

Triosas 3

Tetrosas 4

Pentosas 5

Hexosas 6

Heptosas 7

LE 5-3Triose sugars

(C3H6O3)

Glyceraldehyde

Pentose sugars

(C5H10O5)

Ribose

Hexose sugars

(C5H12O6)

Glucose Galactose

Dihydroxyacetone

Ribulose

Fructose

LE 5-4A

Linear and

ring forms

LE 5-4B

Abbreviated ring structure

LE 5-5A

MaltoseGlucose Glucose

Dehydration

reaction in the

synthesis of maltose

1–4glycosidic

linkage

LE 5-5B

Glucose Fructose Sucrose

Dehydration

reaction in the

synthesis of sucrose

1–2glycosidic

linkage

POLISACÁRIDOS

Polímeros con cientos a miles de moléculas

unidas por enlaces glucosídicos.

POLISACÁRIDOS IMPORTANTES

Almidón

Celulosa

Glucógeno

Quitina

GLUCOSA

LE 5-7A

a Glucose

a and b glucose ring structures

b Glucose

LE 5-7B

Starch: 1–4 linkage of a glucose monomers.

Almidón

AMILOSA

AMILOPECTINA

LE 5-7C

Cellulose: 1–4 linkage of b glucose monomers.

Celulosa

LE 5-6AChloroplast Starch

1 µm

Amylose

Starch: a plant polysaccharide

Amylopectin

LE 5-6BMitochondria Glycogen granules

0.5 µm

Glycogen

Glycogen: an animal polysaccharide

LE 5-8

Cellulose

molecules

Cellulose microfibrils

in a plant cell wall

Cell walls

Microfibril

Plant cells

0.5 µm

b Glucose

monomer

FIGURE 5-09

LE 5-10

Chitin forms the exoskeleton of arthropods.This cicada is molting, shedding its oldexoskeleton and emerging in adult form.

Chitin is used to make a strong andflexible surgical thread that decomposes after the wound or incision heals.

The structure of chitin.

LIPIDOS

LE 5-11

Dehydration reaction in the synthesis of a fat

Ester linkage

Fat molecule (triacylglycerol)

Fatty acid

(palmitic acid)

LE 5-11A

Dehydration reaction in the synthesis of a fat

Glycerol

Fatty acid

(palmitic acid)

LE 5-11B

Ester linkage

Fat molecule (triacylglycerol)

LE 5-12

Saturated fat and fatty acid.

Unsaturated fat and fatty acid.

Stearic acid

Oleic acid

cis double bondcauses bending

LE 5-13A

Structural formula Space-filling model

Fatty acids

Choline

Phosphate

Glycerol

LE 5-13B

Phospholipid symbol

Hydrophilic

head

Hydrophobictails

LE 5-14

WATERHydrophilic

head

Hydrophobic

tailsWATER

FIGURE 5-15

PROTEÍNAS

FUNCIONES

Enzimas

Sostén

Almacenamiento de energía

Transporte

Hormonas

Comunicación celular

Movimiento

Inmunológica

Poseen estructura muy compleja

sintetizadas a partir de 20

aminoácidos

LE 5-UN78

Amino

group

Carboxyl

group

a carbon

LE 5-17A

Isoleucine (Ile)

Methionine (Met) Phenylalanine (Phe) Tryptophan (Trp) Proline (Pro)

Leucine (Leu)Valine (Val)Alanine (Ala)

Nonpolar

Glycine (Gly)

LE 5-17B

Asparagine (Asn) Glutamine (Gln)Threonine (Thr)

Polar

Serine (Ser) Cysteine (Cys) Tyrosine (Tyr)

Formación de polímeros

LE 5-18

Peptidebond

Side chains

Backbone

Amino acid(N-terminus)

Carboxyl end(C-terminus)

Peptidebond

ESTRUCTURA

LE 5-19A

A ribbon model

Groove

LE 5-19B

Groove

A space-filling model

ESTRUCTURA PRIMARIA

Secuencia única de aminoácidos

LE 5-20A

Amino acidsubunits

Carboxyl end

Amino end

ESTRUCTURA SECUNDARIA

Patrones repetidos en la cadena

carbonada principal

LE 5-20B

Amino acid

subunits

b pleated sheet

a helix

ESTRUCTURA TERCIARIA

Forma global resultante de las

interacciones entre los grupos R.

Enlaces de H entre grupos R

Atracción iónica

Interacciones hidrófobas

Enlaces entre átomos de S

LE 5-20DB

Hydrophobic

interactions and

van der Waals

interactions

Polypeptide

backbone

Disulfide bridge

Ionic bond

Hydrogen

bond

LE 5-20D

Hydrophobic

interactions and

van der Waals

interactions

Polypeptide

backbone

Disulfide bridge

Ionic bond

Hydrogen

bond

ESTRUCTURA CUATERNARIA

Estructura proteica que resulta de la

acumulación de subunidades

polipeptidíca

LE 5-20E

b Chains

a ChainsHemoglobin

Iron

Heme

CollagenPolypeptide chain

Polypeptidechain

LE 5-20

Amino acidsubunits

b pleated sheet

+H3NAmino end

a helix

LE 5-21A

Red blood

cell shape

Normal cells are

full of individual

hemoglobin

molecules, each

carrying oxygen.

10 µm 10 µm

Red blood

cell shape

Fibers of abnormal

hemoglobin deform

cell into sickle

shape.

LE 5-21B

Primary

structure

Secondary

and tertiary

structures

1 2 3

Normal hemoglobin

Val His Leu

4

Thr

5

Pro

6

Glu Glu

7Primary

structure

Secondary

and tertiary

structures

1 2 3

Sickle-cell hemoglobin

Val His Leu

4

Thr

5

Pro

6

Val Glu

7

Quaternary

structure

Normal

hemoglobin

(top view)

a

b

b

b

b

a

a

a

Function Molecules do

not associate

with one

another; each

carries oxygen.

Quaternary

structure

Sickle-cell

hemoglobin

Function Molecules

interact with

one another to

crystallize into

a fiber; capacity

to carry oxygen

is greatly reduced.

Exposed

hydrophobic

regionb subunit b subunit

ÁCIDOS NUCLEICOS

Almacenan información

Transmiten información

Son los que permiten a los organismos vivos

reproducir sus complejos. componentes de una

generación a la siguiente.

ADN

ARN

LE 5-25

NUCLEUS

DNA

CYTOPLASM

mRNA

mRNA

Ribosome

Amino

acids

Sintesis de mRNA en

`nucleo

Movimiento de RNAm

Hacia el citoplasma a

Través del poro nuclear

Sintesís

De la Proteína

Polypeptide

LE 5-26A5 end

3 end

Nucleosido

Nitrogenous

base

Phosphate

group

Nucleotide

Polynucleotide, or

nucleic acid

Pentose

sugar

LE 5-26B

Nitrogenous bases

Pyrimidines

Purines

Pentose sugars

Cytosine

C

Thymine (in DNA)

T

Uracil (in RNA)

U

Adenine

A

Guanine

G

Deoxyribose (in DNA)

Nucleoside components

Ribose (in RNA)

LE 5-27

Old strands

5 end

Columna vertebral

De azucar-fosfato

3 end5 end

Par de bases (unidas

Por enlaces de hidro-

geno

Nucleótidos

A punto de

Agregarse a

La nueva cadena

Nuevas cadenas

3 end

5 end3 end

5 end

CODONES Y ANTICODONES

Codones: Secuencia de tres nucléotidos de ADN o

ARNm que específica un aminoácido particular o una

señal de terminación; unidad básica del código

genético.

Anticodones: triplete de bases especializado situado

en el extremo de una molécula de ARNt que reconoce

un codón complementario particular en una molécula

de ARNm

EJEMPLOS

Codones que se forman a partir del siguiente

gen (ADN)

TAA GCT GGC ATT

ATT CGA CCG TAA RESPUESTA

Se analizan los siguientes anticodones

UCG AUU GCA GGC

AGC TAA CGA CCG