El error de Van Helmont

2do Medio> Biología Composición molecular de la célula El error de Van Helmont Hasta el siglo XVII, siguiendo la tradición aristotélica, se creía que las plantas absorbían del suelo todo el alimento ya elaborado, sin ninguna participación de la atmósfera en su nutrición. En 1648, J.B. Van Helmont llevó a cabo un experimento donde intentó demostrar que el incremento en peso de las plantas se debía exclusivamente al agua absorbida por las mismas. Hoy sabemos que este científico estaba equivocado Si el agua de la lluvia (agua destilada) aporta Hidrógeno y Oxígeno, Crees que es posible que las plantas crezcan sólo con el agua cómo dijo Van Helmont? 1

El objetivo de este módulo, es que identifiques a los principales constituyentes moleculares de la célula, caracterizándoles de acuerdo a su estructura, tipo y composición y junto con ello, puedas atribuirles sus respectivas funciones biológicas. El siguiente marco conceptual, te adelanta la temática de este módulo, y te da los conceptos básicos y claves de los cuales trataremos en extenso en el desarrollo de esta guía. 2

Los elementos y moléculas que constituyen a todos los seres vivos son similares A pesar de que en la naturaleza es posible encontrar más de 100 elementos químicos distintos, los seres vivos estamos organizados por una cantidad reducida de tales elementos y en proporciones bastante fijas. Por ejemplo, tanto un ser humano como una planta poseen cerca de un 10% de hidrógeno. Claro que tal hidrógeno se encuentra distribuido en una gran gama de moléculas, tanto orgánicas como inorgánicas. Puede ser parte de una molécula de glucosa (orgánica) o de una molécula de agua (inorgánica). Es importante conocer la organización de una célula. Sin embargo, lo que la célula es capaz de hacer depende de las moléculas que la forman, de las que es capaz de sintetizar, digerir o hacer reaccionar. Además, conocer las necesidades moleculares del organismo es la base de la nutrición y los buenos hábitos alimenticios. Composición elemental del cuerpo humano En la siguiente tabla se detalla la composición porcentual de los elementos que forman parte de las moléculas que constituyen el cuerpo humano. Tu tarea es averiguar en qué tipo de moléculas se encuentran, si tales moléculas son orgánicas o inorgánicas y qué función cumplen en el organismo. Debes tener presente que una molécula inorgánica, es aquellas que en su estructura química no tiene carbono, pudiendo tener oxígeno e hidrógeno. En cambio las orgánicas si lo tienen. Composición porcentual de los elementos que forman el cuerpo humano. Símbolo químico Nombre Porcentaje O Oxígeno 65 C Carbono 18 H Hidrógeno 10 N Nitrógeno 3 Ca Calcio 1,5 P Fósforo 1 K Potasio 0,4 S Azufre 0,3 Cl Cloro 0,2 Na Sodio 0,2 Mg Magnesio 0,1 Fe Hierro Poco detectable I Yodo Poco detectable. Moléculas en que se encuentra Inorgánicas Orgánicas Funciones Cuáles son los elementos que constituyen el 96% del cuerpo humano? Los demás elementos poco detectables son: manganeso, cobre, zinc, cobalto, flúor, molibdeno, selenio, boro, silicio. Según esto, qué elemento sería anormal de hallar en el cuerpo humano? 3

CLASE DE MOLÉCULA: CARBOHIDRATOS ELEMENTOS COMPONENTES: C, H, O DESCRIPCIÓN Su fórmula aproximada es (CH 2 O) n. Sus principales funciones biológicas son. - Energética: Produce energía de uso inmediato y de reserva en los organismos. - Estructural: Forman parte de las membranas celulares vegetales y animales, también de estructuras como caparazones de los artrópodos (quitina) o corteza vegetal (celulosa). - Antibiótica: Se encuentra presente en la estreptomicina. - Hormonal: Forma parte de las hormonas que permiten el desarrollo de los gametos. - Inmunológica: Principalmente representada por las glucoproteínas a nivel sanguíneo. TIPOS: MONOSACÁRIDOS. Azúcares sencillos, que son principalmente moléculas de cinco carbonos (pentosas), o de seis carbonos (hexosas). Algunos monómeros de mayor interés biológico son: GLUCOSA RIBOSA FRUCTOSA GALACTOSA CÓMO RECONOCERLOS; Buscar formas cíclicas, de pentágono o hexágono. FUNCIÓN PRINCIPAL EN LOS SISTEMAS VIVO. Fuente de energía celular; constituyente de otros compuestos. DISACÁRIDOS. Son dos monosacáridos unidos por un enlace glucosídico. Dos de mayor interés biológico son: SACAROSA O AZUCAR DE MESA. LACTOSA O AZUCAR DE LA LECHE. CÓMO RECONOCERLOS; Contar los átomos de C, H y O y contar las unidades de azúcar. FUNCIÓN PRINCIPAL EN LOS SISTEMAS VIVO Componentes de otros compuestos, Forma de azúcar de transporte en vegetales. 4

POLISACÁRIDOS. Se componen de muchos azúcares unidos por enlaces glucosídicos, como el glucógeno y la celulosa. QUITINA; formada de disacárido quitobiosa. CELULOSA; formada por muchas glucosas. GLUCÓGENO; modo almacenamiento de la glucosa ALMIDÓN; fuente de energía vegetal. CÓMO RECONOCERLOS; Contar los átomos de C, H y O y contar las unidades de azúcar FUNCIÓN PRINCIPAL EN LOS SISTEMAS VIVO Forma de almacenamiento de energía (glucógeno en animales, almidón en vegetales); componente estructural de la pared celular de plantas El esquema siguiente muestra la formación de un disacárido, a partir de dos monosacáridos. 5

Cuáles son los nombres de los monosacáridos?... Cómo se llama la unión química de ambos monosacáridos?... Cuántos carbonos, hidrógenos y oxígenos tiene la glucosa, y la fructosa?... Cuántos carbonos, hidrógenos y oxígenos tiene la sacarosa?, Son la suma de los de la glucosa más los de la fructosa?, Por qué?..... La maltosa, es producto de la unión de dos glucosas. Utilizando la formula química de la glucosa de la imagen anterior, dibuje la formación de la maltosa. 6

CLASE DE MOLÉCULA: LÍPIDOS ELEMENTOS COMPONENTES: C, H, O DESCRIPCIÓN Contienen menos O que los carbohidratos en relación con el C y el H. Cumplen funciones: Energética: Segunda fuente de energía (reserva). Térmica: como aislante térmico. Estructural: Forma parte de las membranas celulares, bicapa impermeable a sustancias solubles en H2O. TIPOS: GRASAS NEUTRAS. Combinación de glicerol con una a tres moléculas de ácidos grasos: Monoglicéridos, 1 ácido graso. Diglicéridos, 2 ácidos grasos. Triglicéridos, 3 ácidos grasos GLICEROL. ÁCIDO GRASO. Si los ácidos grasos poseen enlaces dobles entre átomos de carbono (C==C), se dice que están insaturados; de lo contrario, están saturados. CÓMO RECONOCERLOS; Buscar el grupo glicerol en un extremo de la molécula: FUNCIÓN PRINCIPAL EN LOS SISTEMAS VIVOS. Fuente de energía celular y forma de almacenamiento de energía. En multicelulares, pueden funcionar como aislante térmico. 7

FOSFOLÍPIDOS. Se componen de un grupo glicerol unido a uno o dos ácidos grasos y a una base orgánica que contiene. fósforo. CÓMO RECONOCERLOS: Buscar el glicerol y la cadena lateral que contiene fósforo y nitrógeno: FUNCIÓN PRINCIPAL EN LOS SISTEMAS VIVO. Componente de membranas celulares. ESTEROIDES. Moléculas complejas que contienen átomos de carbono dispuestos en cuatro anillos entrelazados (tres ciclohexanos y un ciclopentano). CÓMO RECONOCERLOS: Buscar 4 anillos enlazados: FUNCIÓN PRINCIPAL EN LOS SISTEMAS VIVO: Algunos son hormonas, otros son colesterol, sales biliares y vitamina D; componentes de membranas celulares. CAROTENOIDES. Pigmentos anaranjados y amarillos, que consisten en unidades de isopreno. CÓMO RECONOCERLOS: Buscar unidades isopreno FUNCIÓN PRINCIPAL EN LOS SISTEMAS VIVOS. El retinol (importante en la fotorrecepción) y la vitamina A se forman a partir de carotenoides. 8

El esquema siguiente muestra la formación de un triglicérido. Cuáles son los lípidos que forman al triglicérido?..... Qué átomos interactúan para la formación del triglicérido, y qué molécula es liberada?...... Porqué se llamará triglicérido?... Investiga que riesgos tiene para la salud tener los triglicéridos altos. Con la información que ya maneja, dibuje la estructura química de un diglicérido, indicando de qué está compuesto. 9

CLASE DE MOLÉCULA: PROTEÍNAS ELEMENTOS COMPONENTES: C, H, O y N DESCRIPCIÓN Las proteínas son macromoléculas formadas por unidades básicas o monómeros llamadas aminoácidos. Estos se caracterizan por poseer un grupo carboxilo COOH y un grupo amino NH2, unido a un radical que varía. CÓMO RECONOCERLOS: Buscar unidades de aminoácidos unidas por enlaces C N, estas uniones se llaman enlaces peptídicos. FUNCIÓN PRINCIPAL EN LOS SISTEMAS VIVOS Estructural: Algunas proteínas constituyen estructuras celulares. - Ciertas glicoproteínas forman parte de las membranas celulares y actúan como receptores o facilitan el transporte de sustancias. - Las histonas, forman parte de los cromosomas que regulan la expresión de los genes. - Otras proteínas confieren elasticidad y resistencia a órganos y tejidos (el colágeno del tejido conjuntivo fibroso, la elastina del tejido conjuntivo elástico, la queratina de la epidermis) - Las arañas y los gusanos de seda segregan fibroina para fabricar las telas de araña y los capullos de seda, respectivamente. Enzimática: Las proteínas con función enzimática son las más numerosas y especializadas. Actúan como biocatalizadores de las reacciones químicas del metabolismo celular. (Ej: Amilasa salival) Hormonal: Controlan las funciones celulares. - La insulina y el glucagón (regulan los niveles de glucosa en sangre) o las hormonas segregadas por la hipófisis como la del crecimiento o la calcitonina (que regula el metabolismo del calcio). Defensiva: Las inmunoglogulinas actúan como anticuerpos frente a posibles antígenos. La trombina y el fibrinógeno contribuyen a la formación de coágulos sanguíneos para evitar hemorragias. Las mucinas tienen efecto germicida y protegen a las mucosas. Algunas toxinas bacterianas, como la del botulismo, o venenos de serpientes, son proteínas fabricadas con funciones defensivas. 10

Transporte: La hemoglobina transporta oxígeno en la sangre de los vertebrados. Los citocromos transportan electrones. Contráctil: La actina y la miosina constituyen las miofibrillas responsables de la contracción muscular. La dineina está relacionada con el movimiento de cilios y flagelos. Reserva: La ovoalbúmina de la clara de huevo, la gliadina del grano de trigo y la hordeina de la cebada, constituyen la reserva de aminoácidos para el desarrollo del embrión. La lactoalbúmina de la leche. Como pudiste ver, las proteínas son muchas y varían desde un tejido a otro, incluso algunas son específicas para algunas células, por esa razón detallar cada una de ellas sería extenso y sin sentido. La diversidad funcional de las proteínas, ha llevado a los investigadores a estudiar su estructura, para tratar de comprender como pueden realizar tantas funciones diferentes y tan complejas. Así, los bioquímicos reconocer, que existen hoy por lo menos cuatro niveles estructurales de las proteínas. Estos corresponden a la estructura primaria, secundaria, terciaria, y cuaternaria. PRIMARIA: Es la secuencia simple de aminoácidos. Estos se simbolizan por tres letras y son aprox. 20 en total. TERCIARIA: la hélice formada por interacciones cruzadas, comienza a plegarse aún más debido al aumento de interacciones en muchas direcciones. SECUNDARIA: los aminoácidos de la secuencia, comienzan a interaccionar entre ellos de manera cruzada, lo que hace que la proteína se enrolle. CUATERNARIA: se forma por la formación de un complejo de dos proteínas distintas. 11

A continuación se muestra la unión de un péptido, producto de la unión de dos aminoácidos. Por qué grupos se unen los aminoácidos precursores?..... Qué indica la flecha en la imagen?... Qué sucede cuando se unen ambos aminoácidos, qué se libera? Con qué otras macromoléculas viste lo mismo?..... La imagen muestra cinco aminoácidos. Indique cuáles son los grupos radicales presentes en cada uno. Además forme un péptido, uniendo una Alanina con una Leucina. 12

CLASE DE MOLÉCULA: ÁCIDOS NUCLEICOS. ELEMENTOS COMPONENTES; C, H, O, N, P DESCRIPCIÓN;El esqueleto se compone de grupos pentosa y fosfato alternados, de los cuales se proyectan las bases nitrogenadas. ADN: Azúcar desoxirribosa y bases (adenina, timina, citosina y guanina) y grupo fosfato. ARN: Azúcar ribosa y bases (adenina, uracilo, citosina y guanina) y grupo fosfato. Cada subunidad molecular, llamada nucleótido, consiste en una pentosa, un grupo fosfato y una base nitrogenada. Existen nucleótidos que no estructuran ácidos nucleicos, sino que tienen 3 grupos fosfatos, ricos en energía: El ATP CÓMO RECONOCERLOS: Buscar un esqueleto de pentosa fosfato. El ADN forma una doble hélice. FUNCIÓN PRINCIPAL EN LOS SISTEMAS VIVOS; Almacenamiento, transmisión y expresión de la información genética. Control de la síntesis y la secuencia de todas las proteínas, enviando un mensaje desde el núcleo al citoplasma (ARN). Para el caso del ATP, funciona como la moneda de intercambio de la energía celular. La imagen muestra la unión de dos nucleótidos. Qué partes de los nucleótidos se unen para formar la estructura que vemos? Cómo se llama la unión entre los dos nucleótidos?...... Hay liberación de agua en este caso? Cuente los átomos para saberlo..... 13

La red conceptual que encontrarás a continuación, organiza los conceptos e ideas más importantes del módulo. Pretende ser una síntesis de la temática vista, y ayudarte a organizar las ideas mentales con las que has terminado este trabajo. Compara si lo que aprendiste, calza con las relaciones propuestas en este esquema. 14

Para saber si lograste el objetivo planteado para este módulo, realiza las siguientes actividades. Actividad 1. Observa las estructuras químicas con detención, y determina de qué biomolécula se trata. - Corresponde a - Porque: - Corresponde a - Porque: - Corresponde a - Porque: - Corresponde a - Porque: Actividad 2. Anota al lado de cada actividad el tipo de nutriente que resulta más imprescindible para su realización (sales minerales, agua, lípidos, vitaminas, carbohidratos, proteínas). Algunos se pueden repetir. a) Ejercicio físico intenso: b) Pensar: c) Aislamiento térmico: d) Crecer (en general): e) Formación de los huesos: f) Organización de membranas celulares: g) Función hormonal: h) Regulación de las reacciones metabólicas: 15