Composición Molecular de los Organismos 1

M en C Rafael GoveaM en C Rafael Govea
¿Cuál es la composición química¿Cuál es la composición química
de los Seres Vivos?de los Seres Vivos?
M. en C. Rafael Govea VillaseñorM. en C. Rafael Govea Villaseñor
Nivel “Molécula”Nivel “Molécula”
11aa
parteparte
Versión 2.8Versión 2.8

Podemos responder la pregunta a 3 niveles dePodemos responder la pregunta a 3 niveles de
OrganizaciónOrganización
•A nivel “Átomo”A nivel “Átomo”

•A nivel “Molécula”A nivel “Molécula”

•A nivel “Molécula”A nivel “Molécula”
•A nivel “Macromolécula”A nivel “Macromolécula”

Composición a nivel “MOLÉCULA”Composición a nivel “MOLÉCULA”
• Los Seres Vivos estamos hechos de cientosLos Seres Vivos estamos hechos de cientos
de miles de Compuestos Químicos quede miles de Compuestos Químicos que
forman parte estructural y funcional deforman parte estructural y funcional de
nosotros.nosotros.

• Todos los Compuestos químicos sonTodos los Compuestos químicos son
conjuntos del 1 sólo tipo de {Moléculas}conjuntos del 1 sólo tipo de {Moléculas}
((molemole- = masa y -- = masa y -ulasulas = pequeñas)= pequeñas)

• Clasificamos las moléculas de acuerdo aClasificamos las moléculas de acuerdo a
su tamaño en:su tamaño en:
–MicroMicromoléculas cuando su Pesomoléculas cuando su Peso
molecular ≤ 1000molecular ≤ 1000

• Las clasificamos de acuerdo a suLas clasificamos de acuerdo a su
tamaño en:tamaño en:
–MicroMicromoléculas cuando su Pesomoléculas cuando su Peso
–OligoOligomoléculas cuando sumoléculas cuando su
1000 < PM < 50001000 < PM < 5000

tamaño en:tamaño en:
–MicroMicromoléculas cuando su masamoléculas cuando su masa
–OligoOligomoléculas cuando su masamoléculas cuando su masa
1000 < PM < 50001000 < PM < 5000
–MacroMacromoléculas cuando su MM ≥ 5000moléculas cuando su MM ≥ 5000

¿Qué son las Micromoléculas?¿Qué son las Micromoléculas?
• Las Micromoléculas son cientos, casi milLas Micromoléculas son cientos, casi mil
sustancias distintas que constituyensustancias distintas que constituyen
alrededor de ¾ de la masa de unalrededor de ¾ de la masa de un
organismo.organismo.

contenido de átomos decontenido de átomos de C reducidoC reducido ((CC
unido a Hunido a H) en:) en:

• Las clasificamos de acuerdo a su contenido de átomos deLas clasificamos de acuerdo a su contenido de átomos de
C reducidoC reducido ((C unido a HC unido a H) en:) en:
–Pequeñas MoléculasPequeñas Moléculas InInorgánorgánicas. (icas. (inin-- ==
No yNo y organorgan- = carbono reducido).- = carbono reducido).
–Pequeñas Moléculas Orgánicas .Pequeñas Moléculas Orgánicas .
≅≅ 6% de S. V.6% de S. V.
• El resto de los S. V. está conformado por cientos deEl resto de los S. V. está conformado por cientos de
miles de oligo y macromoléculas diferentes.miles de oligo y macromoléculas diferentes.

Las PMI se clasifican enLas PMI se clasifican en
• Sales MineralesSales Minerales
• Agua (HAgua (H22O).O).

• Sales Minerales (= Iones Inorgánicos).Sales Minerales (= Iones Inorgánicos).
– Disueltas en agua, las sales forman ionesDisueltas en agua, las sales forman iones
(cationes [+] y aniones [-])(cationes [+] y aniones [-])
– Conforman el 1% de la masa de los organismosConforman el 1% de la masa de los organismos
–Son apenas unas decenas, por ejemplo:Son apenas unas decenas, por ejemplo:

• Sales Minerales (= Iones Inorgánicos).Sales Minerales (= Iones Inorgánicos).
✔
Los cationes: KLos cationes: K++
, Na, Na++
, NH, NH44
++
,, CaCa2+2+
, Mg, Mg2+2+
,, FeFe33++
,,
……
✔
Los aniones: ClLos aniones: Cl--
, HCO, HCO33
--
,, COCO33
2-2-
, HPO, HPO44
2-2-
, SO, SO44
2-2-
,,
POPO44
3-3-
……

• Agua (HAgua (H22O).O). Sólo 1 tipo = 70% de la masaSólo 1 tipo = 70% de la masa

Composición química de una célula deComposición química de una célula de
Escherichia coliEscherichia coli
Categoría Compuesto # de tipos de
moléculas (%)
PMI Agua (H2O) 1 (70%)
PMI Iónes inorgánicos 20 (1%)
PMO Monosacáridos y precursores 200 (6% todas las
PMO)
PMO Aminoácidos y precursores 100
PMO Nucleótidos y metabolitos 200
PMO Lípidos y precursores 50
PMO Otros compuestos 200

El Agua es una moléculaEl Agua es una molécula
ExtraordinariaExtraordinaria
• Tiene Propiedades fuera de lo común:Tiene Propiedades fuera de lo común:
–Tf = 0º C yTf = 0º C y
–Teb = 100ºCTeb = 100ºC

• Tiene Propiedades fuera de lo común:Tiene Propiedades fuera de lo común:
–DD20ºC20ºC
= 0.99823 g/cm= 0.99823 g/cm33
–DD4ºC4ºC
= 1.00000 g/cm= 1.00000 g/cm33

• Tiene Propiedades fuera deTiene Propiedades fuera de
lo común:lo común:
–DD20ºC20ºC
= 0.99823 g/cm= 0.99823 g/cm33
–DD4ºC4ºC
= 1.00000 g/cm= 1.00000 g/cm33
–DD0ºC0ºC
= 0.99987 g/cm= 0.99987 g/cm33
–DD0ºChielo0ºChielo
= 0.915 g/cm= 0.915 g/cm33

• Tiene Propiedades fuera de loTiene Propiedades fuera de lo
común:común:
–Calor EspecíficoCalor Específico4-25ºC4-25ºC
==
1.018 cal/g ºC1.018 cal/g ºC
–Calor de Evapora-ción =Calor de Evapora-ción =
9,719 cal/mol9,719 cal/mol
–Constante DipolarConstante Dipolarenen
BencenoBenceno
= 1.76= 1.76

Temperatura de ebullición de los HidrurosTemperatura de ebullición de los Hidruros
del Grupo IVAdel Grupo IVA
CH4 SiH4 GeH4 SnH4

-180
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
12.01 28.09 72.59 118.89
Teb
CH4 SiH4 GeH4 SnH4
Peso molecular
Temperaturadeebullición

-180
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
12.01 28.09 72.59 118.89
Teb
CH4 SiH4 GeH4 SnH4
Peso molecular
Conclusión: a mayor PM mayor T de ebulliciónConclusión: a mayor PM mayor T de ebullición

Si Extrapolamos la temperatura deSi Extrapolamos la temperatura de
ebullición de los Hidruros del Grupo delebullición de los Hidruros del Grupo del
OxígenoOxígeno
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
- 32.06 79.9 127.6
Teb
H2O H2S H2Se H2Te
Peso molecular

ebullición de los Hidruros del Grupoebullición de los Hidruros del Grupo
VIA…VIA…
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
- 32.06 79.9 127.6
Teb
H2O H2S H2Se H2Te
Peso molecular

ebullición de los Hidruros del Grupoebullición de los Hidruros del Grupo
VIA…VIA…
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
- 32.06 79.9 127.6
Teb
H2O H2S H2Se H2Te
Peso molecular
Conclusión: El agua debiera hervir a -100 ºCConclusión: El agua debiera hervir a -100 ºC

El agua, todo se lo debe a suEl agua, todo se lo debe a su
EstructuraEstructura

El agua, todo se lo debe a suEl agua, todo se lo debe a su
EstructuraEstructura
Conclusión: El agua es una molécula muy polarConclusión: El agua es una molécula muy polar

Enlaces por Puentes de HidrógenoEnlaces por Puentes de Hidrógeno
Puent e de HidrógenoPuent e de Hidrógeno
Átomo de hidrógenoÁtomo de hidrógeno
unido covalentementeunido covalentemente
a oxígeno, nitrógeno oa oxígeno, nitrógeno o
fluorfluor
Enlace covalenteEnlace covalente

Átomos electro-Átomos electro-
negativosnegativos
como:como:
OxígenoOxígeno
Nitrógeno oNitrógeno o
FluorFluor

Cargas eléctricasCargas eléctricas
Parciales y opuestasParciales y opuestas

Cargas eléctricasCargas eléctricas
Parciales y opuestasParciales y opuestas
La alineación de los 3 átomos forma un enlace intermolecular débil que daLa alineación de los 3 átomos forma un enlace intermolecular débil que da
origen a las propiedades EXTRAORDINARIAS del Aguaorigen a las propiedades EXTRAORDINARIAS del Agua

El Agua es muy importanteEl Agua es muy importante
porque:porque:
• En la Tierra existe en 3En la Tierra existe en 3
estados físicos (Cicloestados físicos (Ciclo
del Hdel H22O)O)

porque:porque:
• El hielo flota sobre elEl hielo flota sobre el
agua líquida.agua líquida. Eso evitaEso evita
la congelación de todala congelación de toda
el agua de losel agua de los
océanos.océanos.

porque:porque:
• Otorga una gran inercia térmica a losOtorga una gran inercia térmica a los
organismosorganismos

porque:porque:
• Regula el sobrecalentamiento por su CalorRegula el sobrecalentamiento por su Calor
de Evaporación.de Evaporación.

porque:porque:
• Es el mejor Disolvente por su granEs el mejor Disolvente por su gran
polaridadpolaridad

porque:porque:
• Permite el auto-ensamble de lípidos enPermite el auto-ensamble de lípidos en
bicapas.bicapas.

porque:porque:
• Estabiliza la estructura Tridimensional deEstabiliza la estructura Tridimensional de
los Biopolímeros por medio delos Biopolímeros por medio de “Puentes“Puentes
de Hidrógeno”.de Hidrógeno”.

porque:porque:
• Tiene una gran fuerzaTiene una gran fuerza
de cohesiónde cohesión
intermolecular que seintermolecular que se
expresa en laexpresa en la
capilaridad.capilaridad.

Las Pequeñas MoléculasLas Pequeñas Moléculas
OrgánicasOrgánicas
• Son varios miles de moléculas queSon varios miles de moléculas que
contienen ≤ 50 C unidos a H por lo que sucontienen ≤ 50 C unidos a H por lo que su
masa molecular ≤ 1000masa molecular ≤ 1000
• La mayoría de las PMO están presentes enLa mayoría de las PMO están presentes en
todas las célulastodas las células

Las Pequeñas MoléculasLas Pequeñas Moléculas
OrgánicasOrgánicas
• Las propiedades Físico-químicas de lasLas propiedades Físico-químicas de las
PMO difieren porque contienen uno oPMO difieren porque contienen uno o
varios grupos funcionales distintos.varios grupos funcionales distintos.
• Las PMO se clasifican en familias deLas PMO se clasifican en familias de
compuestos de acuerdo a los gruposcompuestos de acuerdo a los grupos
químicos funcionales que poseenquímicos funcionales que poseen

Fórmulas Químicas, laFórmulas Químicas, la
representación de las Moléculasrepresentación de las Moléculas
• Como las moléculas son {átomos} en lasComo las moléculas son {átomos} en las
fórmulas se escriben los símbolos de losfórmulas se escriben los símbolos de los
elementos participantes.elementos participantes.

• Las Fórmulas se Clasifican de acuerdo a laLas Fórmulas se Clasifican de acuerdo a la
información que proporcionan acerca de lasinformación que proporcionan acerca de las
moléculas, en:moléculas, en:
–Fórmulas MínimasFórmulas Mínimas
–Fórmulas estructuralesFórmulas estructurales

–Fórmulas Mínimas, cuando sólo dicen elFórmulas Mínimas, cuando sólo dicen el
# de átomos que hay de cada elemento# de átomos que hay de cada elemento
en la molécula .en la molécula .
–Fórmulas estructurales, cuando ademásFórmulas estructurales, cuando además
se indican los enlaces químicos entrese indican los enlaces químicos entre
los átomos de la moléculalos átomos de la molécula

Pros y Contras de las FórmulasPros y Contras de las Fórmulas
MínimasMínimas
• Son fáciles de escribir, pero por ejemplo la fórmula:Son fáciles de escribir, pero por ejemplo la fórmula:
CC22HH66OO

MínimasMínimas
CC22HH66OO
Representa a varios compuestosRepresenta a varios compuestos isóisómermerosos
diferentesdiferentes
y con propiedades distintasy con propiedades distintas

MínimasMínimas
CC22HH66OO
CHCH33-CH-CH22-OH-OH
EtanolEtanol
TTebeb = 78.4 ºC= 78.4 ºC
LíquidoLíquido
Soluble en HSoluble en H22OO
Representa a varios compuestosRepresenta a varios compuestos isóisómermeros diferentesos diferentes

MínimasMínimas
CC22HH66OO
CHCH33-CH-CH22-OH-OH CHCH33-O-CH-O-CH33
EtanolEtanol
TTebeb = 78.4 ºC= 78.4 ºC
LíquidoLíquido
Soluble en HSoluble en H22OO
DimetiléterDimetiléter
TTebeb = -23.6 ºC= -23.6 ºC
gasgas
Poco soluble en aguaPoco soluble en agua
Representa a varios compuestosRepresenta a varios compuestos isóisómermeros diferentesos diferentes

En Biología usamos con frecuenciaEn Biología usamos con frecuencia
Fórmulas MínimasFórmulas Mínimas
CC55HH1212OO
Cuando sabemos a cual compuesto isómero nosCuando sabemos a cual compuesto isómero nos
referimosreferimos

Fórmulas Estructurales CondensadasFórmulas Estructurales Condensadas
CHCH33-CH-CH22-CH-CH22-CH-CH22-CH-CH22-OH-OH
Cuando necesitamos saber qué átomo de carbono estáCuando necesitamos saber qué átomo de carbono está
unido con cual otro.unido con cual otro.

Fórmulas Estructurales SimplificadasFórmulas Estructurales Simplificadas
66
Cuando necesitamos tener un visión general de laCuando necesitamos tener un visión general de la
estructura de la molécula.estructura de la molécula.
OHOH11

• En ellas No se escribe el símbolo de losEn ellas No se escribe el símbolo de los
carbonos ni de los hidrógenos enlazadoscarbonos ni de los hidrógenos enlazados
a estos.a estos.
66
OHOH11

• Sólo se dibujan los enlaces C-C. En cadaSólo se dibujan los enlaces C-C. En cada
vértice y extremo hay un átomo de C.vértice y extremo hay un átomo de C.
66
OHOH11

• En cambio si se escriben los símbolos deEn cambio si se escriben los símbolos de
los demás elementos (incluso del H unidolos demás elementos (incluso del H unido
a ellos). Por ejemplo:a ellos). Por ejemplo:
66
OHOH11
CHCH33-CH-CH22-CH-CH22-CH-CH-CH-CH22-OH-OH
CHCH33
es igual a

FINFIN
8-hidroxiquinolinas unidas por enlaces intermoleculares8-hidroxiquinolinas unidas por enlaces intermoleculares
débiles al microscopio de fuerza atómicadébiles al microscopio de fuerza atómica

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