UNIDAD 1.
INTRODUCCIÓN A LA BIOLOGÍA
MOLECULAR
GENERALIDADES DE LAS BASES QUÍMICAS Y
FÍSICAS DE LOS PROCESOS BIOLÓGICOS
Biología Molecular y Genética Biotecnología
ambiental

ÍNDICE
1. Generalidades
2. Bioelementos
Clasificación 1. ddee llooss bbiiooeelleemmeennttooss
3. Biomoléculas
1. El agua
2. Las sales minerales

Generalidades
Seres Vivos están hechos de compuestos químicos y
organizados en células
Los elementos químicos que forman la materia son:
BBiiooeelleemmeennttooss→→ BBiioommoollééccuullaass
Biomoléculas inorgánicas: Agua y Sales Minerales y
gases
Biomoléculas orgánicas: Glucosa, Colesterol, etc…
Todos los compuestos orgánicos están formados por
C y H, y la mayoría contienen además O y N.

Generalidades
El Carbono presenta enlaces covalentes que permiten
infinidad de combinaciones.
Monómeros (100-1000daltons)→ Polímeros o
macromoléculas (alto peso molecular).
Las Moléculas orgánicas se engloban pprriinncciippaallmmeennttee eenn::
Glúcidos, Lípidos, Proteínas y Ác. Nucleicos
Biocatalizadores: Enzimas y Vitaminas
Todos los SV presentan los mismos componentes
moleculares básicos
A lo largo de la evolución las distintas especies se han
provisto de un conjunto particular de proteínas a partir
de sus Genes

BIOELEMENTOS
Son los elementos constituyentes de los seres vivos.
Los seres vivos seleccionamos y tomamos del medio
los elementos que forman parte de nuestra materia,
yy nnoo llooss mmááss aabbuunnddaanntteess..
Elementos
mayoritarios en la
corteza terrestre
Elementos
mayoritarios en
los seres vivos
O C
Si H
Al O
Fe N
P
S

BIOELEMENTOS
Hay 70 bioelementos (25 de los cuales son comunes en
todos los seres vivos)
Los bioelementos se clasifican según la proporción en la
que se encuentran en los seres vivos.
Clasificación:
Bioelementos 1arios o Mayoritarios: C, H, O, N, P, S (97%)
Bioelementos 2arios : Cl, Na, K, Mg y Ca (2%)
Oligoelementos: o elementos traza (Porcentajes menores
del 0,1%)
Fe, Mn, Cu, F, I, Si, Zn, Ni, Co, Li, Al, etc. (1%)

BIOELEMENTOS PRIMARIOS
Son C, H, O, N, P y S
Componentes fundamentales de las biomoléculas.
Se encuentran en todos los seres vivos.
Propiedades ggeenneerraalleess::
Capas electrónicas externas incompletas ⇒ enlaces
covalente ⇒ biomoléculas
Bajo nº atómico ⇒ estabilidad
Electronegatividad del O y N ⇒ solubilidad
­ Accesibilidad (CO2 , H2O, nitratos, etc.)

BIOELEMENTOS PRIMARIOS
Propiedades específicas del carbono
Hibridación sp3 ⇒ valencia 4 ⇒ Estructura tetraédrica

BIOELEMENTOS PRIMARIOS
Enlaces covalentes con otros C u otros elementos.
Variedad de cadenas carbonatadas estables (lineales,
cíclicas, ramificadas) ⇒ ­ variedad de moléculas orgánicas.
Hibridación sp2, sp ⇒ formación de dobles yy ttrriipplleess eennllaacceess
Gran variedad de grupos funcionales (Enlaces covalentes
con O, N, H y S.
Aunque es escaso en la corteza terrestre sus características
hacen que en el se base la química de los SV.
­­ variedad de moléculas orgánicas polifuncionales.

BIOELEMENTOS PRIMARIOS
Los grupos funcionales del C aparecen como
consecuencia de reacciones de oxidación-reducción
Son responsables de la reactividad y propiedades
químicas de los compuestos orgánicos.
Brindan una nomenclatura sistemática poderosa
para denominar a los compuestos orgánicos.
Los grupos funcionales se asocian siempre con
enlaces covalentes al resto de la molécula.

GRUPOS FUNCIONALES

BIOELEMENTOS PRIMARIOS
HIDRÓGENO: Se une al Carbono por enlace covalente formando
largas cadenas hidrocarbonadas. Reacciones de oxidación-reducción
OXÍGENO: Es el más electronegativo (más polar) y el más
abundante. Reacciones ddee ooxxiiddaacciióónn--rreedduucccciióónn..
NITRÓGENO: Forma los grupos amino (-NH2) de los aminoácidos
y por lo tanto está presente en las proteínas, apareciendo
también en las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos.
AZUFRE: Forma el radical sulfhidrilo (-SH) en muchas proteínas.
También está presente en Vitaminas y Enzimas.
FÓSFORO: forma los grupos fosfatos (-PO4)-3 que forma parte
del ATP , fosfolípidos, etc. También está presente en estructuras
esqueléticas y ác. nucleicos.

BIOELEMENTOS SECUNDARIOS
Se encuentran en los seres vivos en una proporción
mayor al 0,1%.
Cl, Na, K, Mg y Ca (2%)
Forman parte de todos los seres vivos.
Son necesarios para la vida de la célula

OLIGOELEMENTOS ó ELM. TRAZA
Se encuentran en proporciones inferiores al 0,1%.
No todos forman parte de los seres vivos.
Son necesarios para el metabolismo celular.
Fe, Mn, Cu, F, I, Si, Zn, NNii,, CCoo,, LLii,, AAll,, eettcc.. ((11%%))

BIOMOLÉCULAS
Formadas por la unión de varios bioelementos.
También se llaman Principios Inmediatos (se pueden
separar por medios físicos sin romper las moléculas)
SSee ccllaassiiffiiccaann eenn::
BIOMOLÉCULAS
Inorgánicas
Agua Sales
Minerales
Orgánicas
Glúcidos Lípidos Proteínas Ácidos
Nucleicos

EL AGUA
El agua es la sustancia más abundante en la corteza
terrestre y en la materia viva, y es imprescindible para
los seres vivos.
PORCENTAJE MEDIO DE AGUA EN ALGUNOS ORGANISMOS
AAllggaass 9933--9988%%
Medusas 95-97%
Planta del tabaco 92%
Hongos 80%
Cangrejo de río 77%
Ser humano 63%
Pino 47%
Semillas de cereales 10%

EL AGUA
La cantidad de agua en los seres vivos depende de
tres factores:
La especie:
Sp. acuáticas Sp. de medios áridos
Medusa (98 %) vs. Semilla (10 %)
La edad del individuo
Organismos jóvenes Organismos de + edad
Feto de 4 meses (94%) vs. 65 años (56%)
El tipo de tejido u órgano
Tejidos con ↑ actividad metabólica tejidos inertes
Plasma sanguíneo (92 %) vs. Dientes (10 %)

EL AGUA
El agua se encuentra en los seres vivos en 3 formas
distintas:
AGUA CIRCULANTE: en la sangre, en la savia, etc.
AGUA INTERSTICIAL: entre las células, fuertemente
adherida a la sustancia intercelular.
AGUA INTRACELULAR: en el citosol y en el interior de
los orgánulos celulares. (mayoritariamente)

EL AGUA: Estructura TETRAÉDRICA
Hibridación sp3 del O ⇒ TETRAEDRO
Electronegatividad del O ⇒ TETRAEDRO IRREGULAR
⇒ ASIMETRÍA ELECTRICA ⇒ CARÁCTER DIPOLAR
Los electrones compartidos se ven
atraídos con más fuerza por los
protones del oxígeno

EL AGUA: Estructura
TETRAÉDRICA IRREGULAR
CARÁCTER DIPOLAR ⇒ Puentes de Hidrógeno
ELECTRONEGATIVIDAD: medida de la fuerza de atracción que ejerce un
átomo sobre los electrones de otro en un enlace covalente.

EL AGUA: Estructura
Entre los dipolos se establecen un tipo de enlaces
denominados enlace o puente de Hidrógeno.

EL AGUA: Estructura
Los puentes de hidrógeno son más débiles que los
enlaces covalentes o los iónicos, pero se rompen y
se forman de manera constante, lo cual confiere a
la molécula de agua uunnaa ggrraann ccoohheessiióónn iinntteerrnnaa..
Estados:
• Gaseoso 0%
• Sólido 100% (4 Puentes de H)
• Líquido 85% (3,4 Puentes de H)

EL AGUA: Propiedades e importancia
biológica
Las propiedades del agua derivan de LA
PRESENCIA DE PUENTES DE H Y ESTOS DE LA
ESTRUCTURA DEL AGUA
1. Cohesividad ⇒ Estado líquido a Tª ambiente ⇒ Transporte y
Estructural
2. Poder disolvente: K = 80 ⇒ “Disolvente universal”
3. ­ calor específico ⇒ función termorreguladora
4. ­ calor de vaporización ⇒ función termorreguladora
5. Disociable en iones H+ y OH-⇒ Reactividad: hidrólisis y
condensación

Cohesividad: Estado líquido del agua a
temperatura ambiente
La elevada fuerza de cohesión entre las moléculas
de agua (Puentes de hidrógeno) permite que el
agua se mantenga líquida a Tª ambiente.
Esto permite al agua aaccttuuaarr ccoommoo vveehhííccuulloo ddee
transporte en el interior de un organismo y como
medio lubricante en las estructuras de movimiento.
Esto permite que sea el agua el componente
principal del citosol y del interior de los orgánulos
celulares.

Cohesividad: Líquido prácticamente
incompresible
Gracias al elevado grado de cohesión entre las
moléculas de agua, el volumen del agua líquida no
disminuye apreciablemente aunque se apliquen
presiones muy altas.
Esto determina las deformaciones citoplasmáticas y
permite que el agua actúe como esqueleto
hidrostático en las células vegetales.

Poder disolvente del agua
Poder disolvente: K = 80 ⇒ “Disolvente
universal”
a) Sustancias polares (hidrofílicas) ⇒
disoluciones verdaderas
b) Sustancias apolares (hidrofóbicas) ⇒
Insolubilidad
c) Sustancias apolares con pequeño grupo polar
(anfipáticas) ⇒ dispersiones Coloidales
(SOL y GEL)
d) Emulsiones estables: disolvente (H2O), soluto
(ej.grasas), emulgente (ej. proteína)

Poder disolvente del agua
Poder disolvente: K = 80 ⇒ “Disolvente universal”
Sustancias polares (hidrofílicas) ⇒ disoluciones verdaderas
http://www.bionova.org.es/animbio/anim/aguadisol.swf

Poder disolvente del agua
Sustancias apolares (hidrofóbicas) ⇒ Insolubilidad
Su disposición dependerá de la densidad la sustancia
considerada
1º Emulsión inestable
2º flota (insoluble)
1º Emulsión inestable
2º precipita (insoluble)

Poder disolvente del agua
DISOLUCIONES COLOIDALES: Sustancias apolares con
pequeño grupo polar (anfipáticas) ⇒ dispersiones Coloidales
Las disoluciones coloidales pueden aparecer en dos
estados distintos;
SSOOLL
GEL
- (H2O)
SOL GEL
+ (H2O)

Poder disolvente del agua
EMULSIONES ESTABLES:
Formadas por dos líquidos inmiscibles: 1de ellos (fase
dispersa) forma pequeñas gotitas dispersas en el otro
(fase dispersante).
Emulsiones biológicas:
Fase dispersa: lípidos insolubles (ej. triglicéridos, colesterol)
Fase dispersante: agua
La estabilidad de las emulsiones se consigue gracias a
otras moléculas que mantienen las gotitas de la fase
dispersa separada (ej. proteínas, fosfolípidos, sales
biliares, jabón)
Ejemplos; leche, mayonesa

Elevado calor específico: Función
termorreguladora
CALOR ESPECÍFICO: cantidad de calor que es
necesario comunicar a 1 gramo de sustancia para
aumentar su temperatura 1ªC.
El agua tiene un calor específico alto, porque para
elevar su temperatura, hay que romper muchos de
los enlaces que hay entre ellas, lo que implica que
hace falta suministrar mucho calor.
Por ello, el agua es un buen estabilizador térmico
del organismo frente a los cambios bruscos de
temperatura del medio.

Elevado calor de vaporización: Función
termorreguladora
Para pasar del estado líquido al gaseoso hace
falta romper todos los puentes de hidrógeno, para
lo cual se necesita mucha energía.
Esto hace que el agua sea uunnaa bbuueennaa ssuussttaanncciiaa
refrigerante en el organismo.
El agua que se evapora en la superficie de un ser
vivo absorbe calor del organismo, actuando como
regulador térmico.
La capacidad refrigerante de sudor y pulmones
está basada en este hecho.

Disociable en iones H+ y OH-⇒ Reactividad
Hidrólisis
Polímero + H2O “n” monómeros
Condensación
“n” monómeros Polímero ++ ((nn--11)) HH22OO
Hidrólisis
A – B A – OH + B – H
Condensación

FUNCIONES DEL AGUA
Función metabólica: Es el medio en el que se producen la mayoría de las
reacciones metabólicas, puesto que las sustancias para que reaccionen tienen
que estar disueltas. Además en muchas de estas reacciones el agua actúa
como reactivo como por ejemplo en las reacciones de hidrólisis que ocurren en
la digestión. Igualmente es la fuente de hidrógenos en la fotosíntesis vegetal.
Función transportadora: El agua actúa como vehículo ttrraannssppoorrttaaddoorr ddee
sustancias por el interior del organismo y entre el exterior y el interior del
mismo, debido a que es líquida y es un excelente disolvente, las sustancias son
transportadas disueltas en ella.
Función estructural: Debido a la elevada fuerza de cohesión da forma a las
células que carecen de membrana rígida regulando los cambios y
deformaciones del citoplasma.
Función termorreguladora: Debido al elevado calor específico y al elevado
calor de vaporización, regula la Tª del organismo amortiguando las
variaciones bruscas de la Tª externa y ayuda a mantener constante la Tª del
cuerpo en los animales homeotermos o endotermos.

EL AGUA: Propiedades
Ionización del agua
El agua pura se comporta como un electrolito débil y se encuentra en parte
disociada en iones H+ y OH- según la siguiente ecuación:
H2O ¾¾¾¾® H+ + OH-
En el agua la disociación es muy débil, esto significa que la mayor parte del
agua se encuentra como H2O sin disociar y solo una pequeña parte está
ddiissoocciiaaddaa..
El producto de las concentraciones de los iones H+ y OH- es constante y se
denomina producto iónico, en el agua a 25ºC es:
[H+].[OH-] = 10-14
En el agua pura por cada H+ que se forma, se forma un OH- lo que hace que
la concentración de ambos iones sea la misma.
[H+] = [OH-] = 10-7
Si aumenta la concentración de uno de los iones disminuye la del otro para
mantener constante el producto.

EL AGUA: Propiedades
Ionización del agua. Concepto de pH
Si aumenta la concentración de uno de los iones disminuye la del otro para
mantener constante el producto.
Hay sustancias que al disolverse en el agua, aumentan la concentración de
hidrogeniones, se denominan ácidos. Otras por el contrario disminuyen la
concentración de hidrogeniones se denominan bases.
La acidez de una disolución viene determinada por la [H+], H ], SSoorreennsseenn iiddeeoo llaa eessccaallaa
de pH para expresar la concentración de hidrogeniones de una disolución y por lo
tanto la acidez.
El pH = - log [H+]. El valor oscila 0 y 14.
Si el pH de una disolución es 7 como ocurre en el agua pura, dicha disolución es neutra. H+ = OH-
Si el pH es 7 ,la disolución es ácida. H+ OH- .
Si el pH es 7, la disolución es básica. H+ OH-.
La escala de pH es logarítmica, es decir que si aumenta o disminuye en una unidad
significa que la concentración de H+ se hará 10 veces menor o mayor.
http://www.youtube.com/watch?v=x8J-Jbu_W6Mfeature=related
http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/propertiesofwater/water.html

SALES MINERALES
Son moléculas inorgánicas que están presentes en la
materia viva en pequeña cantidad.
Se pueden encontrar de varias formas:
Precipitadas: Carbonatos, ffoossffaattooss,, eettcc..
Disueltas
Aniones: Cl- ,CO3
2- ,HCO3
- ,PO4
3- etc
Cationes: K+ ,Na+ ,Ca2+ , Mg+2 etc
Asociadas a moléculas orgánicas: Fe, P, etc.

Funciones de las SALES MINERALES:
Regulación de los procesos osmóticos
o OSMOSIS y presión
osmótica
o Turgescencia y
plasmolisis ⇒⇒
Importancia biológica:
Absorción (raíces)
Adaptaciones (plantas
halófitas)
Homeostasis

SALES MINERALES: Presión osmótica
Presión osmótica (p) sería la presión que habría que hacer para detener
el flujo de agua a través de la membrana semipermeable debido a la
ósmosis.

SALES MINERALES: Presión osmótica
Video resumen ósmosis: http://www.youtube.com/watch?v=oONjIH39uUw

SALES MINERALES: Presión osmótica

DIFUSIÓN, ÓSMOSIS y DIÁLISIS
DIFUSIÓN OSMOSIS DIÁLISIS
Membrana
semipermeable
De la + diluida
De la +
concentrada a la
+ diluida
Membrana
permeable o s/m
De la +
a la +
concentrada
Solo pasa agua
Pasa el agua y
moléculas de
soluto de bajo
peso molecular
concentrada a la
+ diluida
Pasa agua y
solutos

Funciones de las sales minerales
Los fenómenos vitales se producen a un pH próximo
al neutro, cambios bruscos de pH impedirían
algunas reacciones químicas.
RReegguullaacciióónn ddeell ppHH::
Sistemas amortiguadores o Sistemas tampón
H2PO4
- / HPO4
2 – intracelular
H2CO3/ HCO3
- extracelular
Están formados por un ácido débil/una sal del
mismo
El pH afecta a la actividad enzimática

Ejemplo de Sistema Tampón
El pH de la sangre permanece constante a 7,4
Si se acidifica la sangre el tampón carbonato se
desplaza a la derecha y aumenta el CO2
Si aumenta el pH sanguíneo el equilibrio ssee ddeessppllaazzaa
a la izquierda y el CO2 se disuelve en la sangre.
- + H+↔ CO3H2 ↔ CO2+ H2O
H CO3

Generalidades de las bases químicas y Físicas de
los procesos biológicos
TEST DE REPASO

El paso de agua desde una solución menos
concentrada a una más concentrada a través de
una membrana semipermeable se denomina...

La hemolisis (rotura) de los eritrocitos al colocarlos
en agua destilada es un ejemplo de:
A. Difusión
B. Ósmosis
C. Plasmólisis
D. Turgencia

Indica cómo se formará el puente de Hidrógeno
entre las dos moléculas de agua
http://www.educa.madrid.org/portal/c/portal
/layout?p_l_id=2288.193c=an

Los enlaces de H en el agua...
A. Son inestables en el agua en fase sólida
B. se rompen con facilidad aall aauummeennttaarr llaa
temperatura
C. se rompen por debajo de los 0ºC.
D. son estables cuando el agua hierve
E. son muy estables

El paso del agua y no de las partículas disueltas
en ella, sólo se produce en el caso de la...
A. Diálisis
B. en ninguno de los casos anteriores
C. Difusión
D. Ósmosis
E. en todos los casos anteriores

Una de las siguientes funciones NO lo es del
agua
A. esquelética
B. Termorreguladora
C. Aporte de H y O
D. disolvente
E. medio de transporte

El agua tiene carácter de reactivo químico porque
es...
A. capaz de hidrolizar a otras sustancias.
B. el disolvente universal.
C. termorreguladora
D. el medio donde se producen las reacciones
metabólicas.
E. un vehículo de transporte de otras sustancias.

Al introducir un alga marina en agua dulce se
produce...
A.un arrugamiento por exósmosis
B. una inmersión celular.
C. un hinchamiento por exósmosis
D. un proceso de turgencia.
E. su plasmolisis.

Dibuja 5 moléculas de agua unidas
por puentes de hidrógeno.
¿Qué importancia biológica ttiieenneenn llooss ppuueenntteess ddee
hidrógeno?

Comenta brevemente las propiedades físico-químicas
del agua que justifiquen la importancia de esta
molécula en los seres vivos.

Explica el concepto de puente de hidrógeno e indica
mediante un dibujo cómo se forman estos en el caso del agua.
¿Qué repercusiones tienen estos en las propiedades físicas y
químicas del agua? ¿En qué forma afectan estos a los seres
vivos? RRaazzoonnaa llaa rreessppuueessttaa..

¿Qué es un sistema tampón? Pon un ejemplo e
indica cómo actúa

Sabiendo que el principal tampón intracelular es el
tampón fosfato monobásico/dibásico. Explica qué
ocurriría si en el interior de la célula se produjera
una sobreproducción de protones.
Diferencia claramente los procesos de ósmosis,
diálisis y difusión.

DIFUSIÓN, ÓSMOSIS y DIÁLISIS
DIFUSIÓN OSMOSIS DIÁLISIS

Para observar el proceso de ósmosis, tres muestras de
sangre humana son sometidas a una prueba de
laboratorio:
Si se añade agua destilada a una de las muestras, indica que
les sucede a los ggllóóbbuullooss rroojjooss yy ppoorr qquuéé::
Si se añade una solución saturada de sal a otra de las muestras,
indica que aspecto presentan los glóbulos rojos al microscopio,
cómo se denomina este fenómeno y explica cómo se produce:
Si a la tercera muestra se le añade una solución isotónica
explica si se alteraría la forma y función del glóbulo rojo: