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Este documento proporciona una descripción detallada de los principales elementos químicos presentes en el cuerpo humano y su función biológica. Abarca desde los macroelementos como el hidrógeno, nitrógeno, calcio y fósforo, hasta los microelementos y oligoelementos como el hierro, cobre, zinc y otros. Se explica la importancia de cada elemento en procesos clave como la formación de tejidos, la actividad enzimática, la transmisión nerviosa y la contracción muscular. Además, se incluye información sobre la desnaturalización de las proteínas y las diferencias entre células procariotas y eucariotas. Este documento sería de gran utilidad para estudiantes de biología, medicina, nutrición y áreas afines que busquen comprender a fondo la composición química del cuerpo humano y su relevancia funcional.
Tipo: Apuntes
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Ingreso de medicina Universidad Adventista del Plata La materia en el planeta entero se encuentra organizada de tal forma que la unión de estas pequeñas organizaciones dé lugar a otra más complejas. En cada nivel, la interacción entre sus componentes determina las propiedades de ese nivel. Se producen interacciones constantemente. Las organelas celulares surgen de las uniones de elementos, de los compuestos ubicados de forma específica que además se unen con otros compuestos. Células madre → células totipotentes: son células que producen cualquier tipo de célula dentro del organismo. Composición química de los seres vivos Los elementos son sustancias que no pueden ser partidas por reacciones químicas para formar otras sustancias. Existen 25 elementos para los seres vivos, no todos son indispensables para todos los organismos. Clasificación: MACROELEMENTOS o constituyentes principales – concentración mayor del 1% MICROELEMENTO, constituyentes necesarios en concentraciones bajas – concentración entre 0,5 y 1% ELEMENTOS TRAZA, constituyentes necesarios en concentraciones bajísimas – concentración menor al 0,05% Elemento químico Porcentaje respecto a la masa corporal Algunas funciones^ importantes Macroelementos [+1%] Oxígeno (O) 65,0 ▪ Componente del agua y moléculas orgánicas con C ▪ Necesario en respiración celular, en la fabricación de sustancias de alta energía. Carbono (C) 18,5 ▪ Elemento básico de todas las moléculas orgánicas _Los microgramos de cada elemento dependen exclusivamente de la masa corporal del sujeto_
Hidrógeno (H) 9,5 ▪ Componente del agua y la mayoría de las moléculas orgánicas ▪ Contribuye a la acidez (con carga positiva, H+) Nitrógeno (N) 3,3 ▪ Componente de todas las proteínas y ácidos nucleicos Calcio (Ca) 1,5 ▪ Catión (Ca2+), principalmente extracelular ▪ Forma parte de tejidos óseos y dientes ▪ Participa en contracción muscular y coagulación Microelementos [0,50 – 1%] Fósforo (P) 1,0 ▪ Componente de muchas proteínas, ácidos nucleicos y nucleótidos como el ATP ▪ Formación normal de huesos y dientes Potasio (K) 0,4 ▪ Mas importante catión (K+) intracelular ▪ Interviene en la transmisión del impulso nervios y en la contracción muscular Azufre (S) 0,3 ▪ Componente de muchas proteínas, principalmente en células musculares Sodio (Na) 0,2 ▪ Mas importante catión (Na+) extracelular ▪ Esencial para mantener equilibrio hídrico en sangre ▪ Necesario para la conducción del impulso nervioso y en la contracción muscular Cloro (Cl) 0,2 ▪ Mas importante anión (Cl-)extracelular ▪ Participa en la regulación de la presión osmótica Magnesio (Mg) 0,1 ▪ Importante catión (Mg2+) ▪ Constituyente de la molécula de clorofila (en plantas) ▪ Importante en la actividad de algunas enzimas Yodo (I) 0,1 ▪ Vital para la producción de hormonas en la tiroides Elementos Traza (oligoelementos) [-0,50%] Hierro (Fe) Boro (B) Cobalto (Co) Cobre (Cu) Manganeso (Mn) Molibdeno (Mo) Sílice (Si) Vanadio (V) Zinc (Zn) Aluminio (Al) Crono (Cr) Estaño (Sn) Flúor (F) ▪ Importante como cationes (Fe 2 + y Fe 3 +) ▪ Constituyentes de hemoglobina y mioglobina ▪ Todos los elementos trazan son importantes componentes estructurales de diversas biomoléculas importantes como hormonas, enzimas o proteínas, y algunos actúan como cofactores enzimáticos regulando la actividad de las enzimas.
Componentes orgánicos (de 23 a 13%) Biomoléculas: muchas moléculas orgánicas son relativamente grandes y tienen características singulares que les permiten cumplir funcione complejas. Los macroelementos [CHONPS] se unen entre ellos para formar 4 biomoléculas; no todos están presentes en todas las moléculas. Una molécula orgánica deriva su configuración final de la disposición de sus átomos de C Glúcidos, Carbohidratos. Son polialcoholes con una función aldehído o cetona. Unidad básica molecular: MONOSACÁRIDO Tipo de enlaces: ENLACES GLUCOSÍDICOS Bioelementos que los forman: CHO Función principal: FUENTE DE ENERGÍA RÁPIDA Y UNA FUENTE DE CARBONO. Grupo funcional: HIDROXÍLO, CEOTONA Y/O ALDEHÍDO Fórmula general: CmH2nOn ▪ Son azúcar y almidón. ▪ Glúcidos: glycos = dulce. ▪ Carbohidratos: significa carbono + agua. ▪ Soporte estructural (celulosa) ▪ Se clasifican según el número de unidades moleculares en: Monosacáridos Disacáridos U Oligosacárido Polisacáridos (^1) Monosacáridos Combustible celular (principalmente la glucosa) Intermediarios en procesos metabólicos importantes (respiración; fotosíntesis; ladrillos en moléculas mayores, de ácidos nucleicos y de polisacáridos) Ejemplos: glucosa, fructosa, ribulosa, ribosa, desoxirribosa, gliceraldehído. Monosacáridos derivados: aquellos en los cuales una función química ha sufrido modificaciones químicas. Ejemplos: glucosamina, ácido glucurónico, galactosamina, ácido sórbico. (^1) Oligosacáridos Formados por la unión de unos pocos monosacáridos (entre 2 y 10) mediante enlaces glucosídicos. Disacáridos: Formados por la unión de dos monosacáridos. Tienen corta vida porque se desdoblan para liberar energía química. Ejemplos: sacarosa, lactosa, maltosa. En resumen… (^1) Monosacáridos y oligosacáridos o Sustancias cristalinas o Dulces o Solubles en agua o Sufren reacciones redox o Energía a corto plazo (^2) Polisacáridos o No son sustancias cristalinas o No son dulces o Insolubles en agua o No se reducen o Energía a largo plazo Los polisacáridos, aunque no comparten características con los glúcidos se encuentra en el grupo por el simple hecho de que está compuesto por monosacáridos. Polimerización Reacción química en la que los componentes monoméricos se combinan para formar POLÍMEROS Lo di- y polisacáridos se forman por reacciones de condensación, en las que las unidades de monosacáridos se unen covalentemente con la eliminación de una molécula de H 2 O
(^2) Polisacáridos Formado por la unión de muchas unidades de monosacáridos, cadena de monosacáridos. No comparten características. Ejemplos: almidón, glucógeno, celulosa, quitina. Clasificación de carbohidratos Tipo Ejemplos Funciones Monosacáridos: un azúcar simple Gliceraldehído (triosa, aldosa) Intermediario en procesos metabólicos y precursor del glicerol Glucosa (hexosa, aldosa) Fuente más importante de energía en las células Fructosa (hexosa, cetosa) Intermediario en la respiración celular Ribulosa (pentosa, cetosa) Intermediario en la fotosíntesis Ribosa (pentosa, aldosa) Componente del RNA Desoxirribosa (pentosa, aldosa) Componente del DNA Oligosacáridos: 2-10 azúcares simples: por ej.: disacáridos Sacarosa (glucosa – fructosa) Azúcar de caña, azúcar común Lactosa (glucosa – galactosa) Azúcar de la leche Fructosa (glucosa – glucosa) Producto intermedio en la degradación del almidón Polisacáridos: ciento a miles de monosacáridos Almidón: (dos polímeros amilasa y amilopectina) Reserva energética en la degradación del almidón Glucógeno (polímero ramificado de glucosa) Reserva energética animal, especialmente en el hígado y músculos Celulosa (polímero lineal de glucosa) Función estructural en paredes de células vegetales Quitina (polímero de acetilglucosamina: tiene N) Forma parte de exoesqueleto de artrópodos Lípidos Es una clase heterogénea que incluye grupos emparentados químicamente y otros cuya estructura difiere por completo. Bioelementos que los forman: CHO/NP Función principal: ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA, FUNCIÓN ESPECÍFICA POR GRUPO. Grupo funcional: ÁCIDOS CARBOXÍLICOS
Ejemplos: esteroles, sales biliares, hormonas, vitamina D.
Ladrillo (unidad básica de un monosacárido): AMINOÁCIDOS Unidad básica molecular: PÉPTIDOS Tipo de enlaces: ENLACES PEPTÍDICOS Bioelementos que los forman: CHONS Funciones bilógicas: ESTRUCTURALES, ENZIMÁTICAS, DE RESERVA ENERGÉTICA, HORMONALES, EN DEFENSA INMUNITARIA, EN COAGULACIÓN SANGUÍNEA, EN CONTRACCIÓN MUSCULAR, TRANSFERENCIA DE ELECTRONES, TRANSPORTE/ALMACENAMIENTO. Grupo funcional: AMINA Y GRUPO CARBOXÍLICO Aminoácidos Compuestos orgánicos compuestos por un grupo carboxilo y un grupo amino unidos al mismo carbono. La célula solo utiliza 20 aminoácidos para formar las diversas proteínas. Solo 10 se pueden sintetizar en el cuerpo, los otros 10 se consideran aminoácidos esenciales por lo que se deben ingerir en la dieta Polipéptidos Son cadenas de aminoácidos ordenadas; la unión seda entre el grupo carboxilo y la amina del otro aminoácido a través de uniones peptídicas. Dipéptidos – unión de dos aminoácidos Oligopéptidos – cadena de no más de 10 aminoácidos Polipéptidos – uniones de peso molecular menor de 10. Proteínas – uniones de peso molecular mayor a 10.000 (100 a 300 aminoácidos) Niveles de organización de las proteínas
Inmunológicas: actúan como defensas frente a infecciones Anticuerpos e interleucinas Desactivan bacterias y virus, y sustancias extrañas en el cuerpo Ácidos Nucleicos Son polímeros con alta capacidad de información. Son las macromoléculas que almacenan y transmiten la información hereditaria. Ladrillos (subunidades de nucleótido): BASE NITROGENADA (purinas o pirimidinas), AZÚCAR (aldopentosa: desoxirribosa o pentosa) y un GRUPO FOSFATO. Unidad básica molecular (monómeros): NUCLEÓTIDO O NUCLEÓSIDOS (sin el grupo fosfato) Bioelementos que los forman: CHO/NP Función principal: ALMACENAN Y TRANSMITEN INFORMACIÓN (formación de estructura, funcionamiento, desarrollo, etc.) Grupo funcional: GRUPO FOSFATO Bases nitrogenadas: Adenina – Timina (DNA) Uracilo (RNA) Citosina – Guanina Nucleótidos [Transportadores energéticos] AMP = adenosina-monofosfato ADP = adenosina-di-fosfato ATP = adenosina-tri-fosfato NAD = nicotinamida adenina dinucleótido FAD = flavina adenina dinucleótido Polinucleótidos Los nucleótidos pueden unirse entre sí por enlaces covalentes entre el fosfato de uno y la pentosa del siguiente formando grandes polímeros, formados solo por ribonucleótidos o desoxirribonucleótidos Polirribonucleótidos: ácidos ribonucleicos (RNA) Conformados por una cadena simple. Función principal: síntesis intracelular de proteínas RNAr = ARN ribosómico: formación de ribosomas, sitio de la síntesis proteica. RNAm = ARN mensajero: encargado de indicar la secuencia de aminoácidos que integraran la proteína RNAt = ARN de transferencia: transporte específico de aminoácidos. Polidesoxirribonucleótidos: ácido desoxirribonucleico (DNA) Son macromoléculas universales portadoras de información genética. Conformado por dos cadenas lineales, con estructura helicoidal llamada doble hélice, enfrentadas por sus bases nitrogenadas y unidas por puentes de hidrógeno entre las Nucleósidos [Dos componentes] Base nitrogenada – azúcar Nucleótidos [tres componentes] Base nitrogenada – azúcar – grupo fosfato ARN: Base nitrogenada [Adenina, Uracilo, Citosina Guanina] – ribosa – grupo fosfato ADN: Base nitrogenada [Adenina, Timina, Citosina, Guanina] – desoxirribosa – grupo fosfato Adenosín: Adenina y ribosa y tres grupos fosfatos.
mismas. Las uniones entre sí solo se dan entre una base púrica y una pirimídica. Únicos apareamientos: Adenina – Timina = dos puentes de hidrógeno Citosina – Guanina = tres puentes de hidrógeno La célula “La célula es la unidad estructural y funcional fundamental de los seres vivos.” Es la unidad más pequeña y básica de la vida. Teoría celular
Estructura celular En las células eucarióticas existe una variedad de estructuras internas, cada una con una función específicas, pero a la vez interconectada con las demás. También hay que hacer mención del núcleo como algo aparte por su complejidad; y de la membrana citoplasmática como una membrana.
Membrana plasmática Funciones Define los límites de la célula, externos e internos, la define como una entidad individual Brinda contención y forma Regula el tránsito de sustancias que ingresan y que salen Brinda protección contra las diversas “amenazas” de la célula Definen los compartimentos y las organelas Provee superficie para reacciones químicas Composición química Fosfolípidos [40 – 50 %]: debido a que son moléculas anfipáticas, permiten que la membrana rome forma de bicapa fosfolipídica; esta propiedad le otorga a la membrana muchas de sus características funcionales. Proteínas [40 – 50 %]: actúan como canal para transporte de sustancias, pueden ser integrales Carbohidratos [2 – 10 %]: las cadenas de carbohidratos están implicadas en la adhesión de las células entre sí y en el “reconocimiento” de moléculas en la glucocálix. Colesterol: se asocia a las proteínas, proveen estabilidad térmica y mantiene la fluidez [otorga la rigidez justa a la membrana] Componentes, partes de la membrana celular Glucocálix: es la estructura de la parte externa de las membranas de las células animales compuesta por glucoproteínas o glucolípidos y tiene como función la determinación de los grupos sanguíneos, reconocimiento celular y protección de la célula. Proteínas integrales: se encuentran sumergidas en la bicapa, con una porción sobresaliendo hacia el interior o exterior de la membrana Proteínas periféricas: se encuentran adheridas externamente a alguna de las proteínas integrales. Características 1 Bicapa fosfolipídica: los lípidos que la conforman de organizan de acuerdo con sus propiedades químicas: las cabezas hidrofílicas miran hacia el exterior y sus colas hidrofóbicas se alinean hacia el interior. Estructura de mosaico fluido: este modelo describe la membrana celular como un tapiz de varios tipos de moléculas (fosfolípidos, colesteroles, y proteínas) que están en constante movimiento. Este movimiento ayuda a que la membrana celular mantenga su papel de barrera entre el ambiente interior y el exterior de la célula. (^2) Movimiento individual de los fosfolípidos: estos tienen diferentes movimientos que permiten la funcionalidad de la membrana. (^3) Permeabilidad selectiva: la membrana, debido a las características ya mencionadas, tiene la capacidad de “definir” que sustancias entran y salen, y cuáles no. Envoltorio más externo de la célula. Semipermeable. Viva y elástica.
une un grupo fosfato (P) a la proteína, liberándose ATP. Este proceso da como resultado un cambio en la conformación de la proteína que hace que el Na+ sea liberado afuera de la célula. Un ion de K+ en el espacio extracelular se inserta en la proteína de transporte, que ene sata conformación ofrece una mejor acopladura que para el Na+. El grupo fosfato luego se libera de la proteína, induciendo la conversión a la otra forma, y el ion K+ es liberado en el citoplasma. Ahora, la proteína está lista una vez más para transportar Na+ hacia afuera de la célula.
en la degradación de las biomoléculas. conformado por hidrolasas-ácidas). No es funcional para actuar en el proceso digestivo de la célula. Está en proceso de madurez. Se va a romper y cambiará cuando se una a otro lisosoma primario para conformar un secundario. Lisosoma secundario: empieza a ser heterogéneo. Puede tener más enzimas. Empieza a generar capacidad digestiva. especializadas para la digestión). Cada una de ellas sintetizan productos específicos. Vesícula de secreción Descarga en el exterior de la célula, algún producto que viene del empaquetamiento realizado en el complejo de Golgi. Diferencia con los lisosomas: la vesícula de secreción va a llevar algo que no sirve o que tiene que ser trasladado. Los lisosomas llevan enzimas principalmente las hidrolasas-ácidas. Se dirige hasta la membrana plasmática, se pega a ella, esta se abre y el producto se elimina fuera de la célula. Peroxisomas Su función es generar protección contra los productos tóxicos propios del metabolismo. En su interior genera peróxido de hidrógeno (agua oxigenada). No genera un proceso de digestión como los lisosomas, pero tienen cierta capacidad de sintetizar algunos lípidos. Vesículas similares a los lisosomas (micro cuerpos), pero varían en el contenido en su interior. Son estructuras membranosas esféricas que contienen diversos enzimas. Mitocondrias Productores, y consumidores, de energía en forma de ATP, para el funcionamiento de la célula. Es una organela que contiene solamente ADN materno. Membrana externa: es lisa. Espacio intermembranoso: entre las dos membranas. Ocurre la producción de ATP. Membrana interna: replegada o en forma de cresta. Matriz mitocondrial: Espacio en el interior de la membrana interna. Aquí ocurre el ciclo de Krebs. Cresta: forma que le da mayor superficie de contacto necesario para algunos procesos.
Citoesqueleto Encargado de mantener la organización de la célula, le permite moverse, posiciona sus organelas y dirige su tránsito intracelular. Tanto los microtúbulos como los microfilamentos crecen o se acortan de acuerdo con la necesidad de la célula. Microtúbulos Son tubos huecos, largos, organizados a partir de dímeros de proteínas globulares, las tubulinas alfa y beta. Estructuras permanentemente usadas para la locomoción de muchos tipos de células. Consisten en un anillo externo de nueve pares de microtúbulos que rodean a otros dos microtúbulos centrales. Cilios: son característicamente cortos y se presentan en gran cantidad Flagelos: son característicamente largos y son escasos en las células que los presentan Filamentos intermedios son filamentos de soporte estructural; están compuestos por proteínas fibrosas en forma de bastón. Debido a que no pueden ser fácilmente desintegrados una vez constituidos, constituyen la lámina nuclear y predominan en las células que soportan tensión mecánica. Microfilamentos Son delicada hebras de proteínas globulares; cada filamento está constituido por muchas moléculas de actina unidas en una cadena helicoidal. Tienen un desempeño especial en la división y motilidad celular.