Base molecular de la vida

Los seres vivos y la materia inerte están formados por el mismo tipo de átomos y moléculas, las moléculas de los seres vivos cumplen con las leyes físicas y químicas observadas en la materia inorgánica, sin embargo la organización de las moléculas y los procesos celulares es lo los hace diferentes.

Todos los constituyentes de la materia están formados por átomos, los átomos son las partículas más pequeñas que conservan las propiedades de la materia y representan las características de un elemento. Los átomos están constituidos por partículas subatómicas de las cuales las más importantes son los protones, neutrones y los electrones. Los protones y neutrones se encuentran en el núcleo central del átomo y los electrones en la nube o envoltura electrónica, cada partícula subatómica se distingue por su carga, localización y masa. Los átomos tienden a unirse para dar lugar a moléculas, que pueden estar constituidas por dos o más átomos iguales o diferentes, cuando dos átomos de una misma clase se unen forman las moléculas llamadas diatómicas, como el oxígeno; también se pueden unir tres átomos iguales formando una molécula triatómica, como el ozono. Cuando las moléculas tienen átomos iguales se forman los elementos, y cuando las moléculas tienen átomos de dos o más elementos diferentes forman los compuestos. Los compuestos a su vez se unen para formar mezclas.

Elementos

Se conocen 92 elementos naturales y 17 elaborados mediante reacciones nucleares. De los elementos naturales, solo 25 son esenciales para los seres vivos, y de éstos los más abundantes son: carbono ( C ), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S), estos son conocidos como elementos biogenésicos, también son llamados CHONPS.

Compuestos.

Existen diversos tipos de compuestos, de acuerdo a la manera en que se unen sus elementos. Los más comunes son: los covalentes, y los iónicos. Los enlaces covalentes son los más fuertes, su formación es endergónica (se requiere energía para formarlos), En los enlaces iónicos un átomo cede un electrón y otro lo acepta, se realiza por la atracción de cargas distintas (ej. Sodio (Na+) y cloro (Cl-), forman cloruro de sodio (NaCl)). En el compuesto covalente, no acepta ni cede electrones; los electrones compartidos están sujetos a la atracción de los núcleos de cada átomo.

Mezclas.

Una mezcla es la unión de dos o más substancias diferentes (compuestos o elementos) que no se combinan químicamente entre sí. Los componentes de una mezcla se pueden separar por medios físicos o mecánicos. Las mezclas pueden ser sólidas (el suelo), líquidas (el petróleo) o gaseosas (el aire).

Las mezclas pueden ser heterogéneas y homogéneas, en las primeras las substancias que las constituyen no están distribuidas de manera uniforme, mientras que en las homogéneas si lo están.

El tipo de mezcla homogénea más común es la solución, y la mezcla heterogénea es la suspensión. Una de las substancias de la solución recibe el nombre de soluto (substancia disuelta) y la otra de solvente o disolvente (substancia en la que se disuelve el soluto). En las soluciones las partículas del soluto no se sedimentan porque su tamaño es generalmente menor de 0.0001 micras.

El solvente en el que se presentan la mayoría de las reacciones químicas de los seres vivos es el agua.

En las suspensiones el tamaño de las partículas es mayor de 0.1 micra, por lo que si presentan sedimentación.

Otro tipo de mezclas son los coloides, en éstas el tamaño de la partícula varía entre 0.1 y 0.0001 micras. En los coloides se distinguen dos fases: fase dispersora que corresponde al medio de la suspensión, y la fase dispersa o soluto. Las partículas reciben el nombre de micelas, y el citoplasma celular es un ejemplo de coloide.

Las reacciones químicas de los seres vivos se llevan a cabo en medios acuosos cuando las condiciones de temperatura y pH (potencial de hidrógeno) son adecuadas. El pH indica el grado de acidez o alcalinidad de una solución, se expresa en una escala de 0 a 14. El agua pura tiene un pH de 7, es decir es neutra y tiene igual número de iones hidrógeno (H) y de iones hidroxilo (OH). Las soluciones con pH menor de 7, son ácidas y tienen mayor concentración de iones hidrógeno, mientras que las que tienen pH mayor de 7, son alcalinas y tienen mayor concentración de iones hidroxilo. Las reacciones químicas intracelulares requieren un pH entre 6 y 7.

Elementos biogenésicos.

Los elementos biogenésicos: carbono ( C ), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S), son elementos químicos presentes en la materia viva, constituyen el 99% del peso seco de los seres vivos, el 1% restante está representado por los elementos sodio (Na), potasio (K), calcio (Ca), magnesio (Mg), zinc (Zn), cloro (Cl), y yodo (I) entre otros. Los elementos biogenésicos cumplen funciones específicas en los organismos, son indispensables en las actividades metabólicas que son propias de los seres vivos.

Las funciones de algunos elementos biogenésicos son:

• Carbono. Constituyente principal de moléculas orgánicas.

• Hidrógeno. Forma parte del agua y de moléculas orgánicas.

• Participa en la respiración y forma parte de moléculas orgánicas.

• Nitrógeno. Forma parte de proteínas, vitaminas y ácidos nucleicos.

• Fósforo. Transferencia de energía, forma parte del tejido óseo.

• Azufre. Forma parte de algunas proteínas.

Los elementos biogenésicos se combinan y dan origen a compuestos inorgánicos y orgánicos. Dentro de los primeros se encuentra el agua y las sales minerales y los segundos se clasifican en moléculas que carecen de nitrógeno (carbohidratos y lípidos) y moléculas que contienen nitrógeno (proteínas, vitaminas ATP y ácidos nucleicos).

Compuestos inorgánicos esenciales para la vida

El agua y las sales minerales son esenciales para la vida.

El agua.

El agua es el compuesto más abundante en los seres vivos, alrededor de tres cuartas partes del peso corporal es agua, las moléculas del agua (H2O) se encuentran unidas entre sí por enlaces llamados puentes de hidrógeno, que se forman por la atracción electrostática entre las cargas positivas y negativas de las dos moléculas (un átomo de hidrógeno (H+) de una molécula, atrae a un átomo de oxígeno (O-) de otra molécula). Estos enlaces se pueden romper con facilidad debido a los cambios de temperatura o pH.

Entre las propiedades del agua tenemos las siguientes:

• Es el disolvente universal, ya que la mayoría de las substancias químicas se pueden disolver en ella.

• Tiene capacidad térmica, protege de cambios bruscos de temperatura.

• Tiene un alto grado de vaporización, por lo que facilita la pérdida del exceso de calor por evaporación del sudor.

• Sirve como lubricante en las articulaciones para facilitar los movimientos de los huesos.

• Permite el transporte de substancias.

• Participa en los procesos metabólicos.

• En las plantas participa en el proceso de fotosíntesis.

El hombre adulto pierde alrededor de dos litros de agua diariamente, por lo que es recomendable tomar esa cantidad para mantener el equilibrio. El agua para ser utilizada debe contener minerales disueltos.

Sales minerales.

Los minerales se presentan en forma de elementos o compuestos llamados sales minerales. La sal mineral es un compuesto entre un ácido y una base.

Las sales minerales desempeñan un papel vital en el metabolismo, se encuentran en el citoplasma de la célula, en la sangre etc., su función es de regulación, por lo que se requieren pequeñas concentraciones. Las sales de sodio mantienen la presión interna de las células. Las sales de fosforo forman parte del ATP, de los fosfolípidos de las membranas celulares y del ADN y ARN.

Las sales en disolución desempeñan diversas funciones en la célula, entre las que se encuentran la homeostasis (equilibrio entre el medio interno y externo de la célula), la regulación del pH y de la presión osmótica. El bicarbonato de sodio actúa como regulador o buffer en los líquidos celulares e intercelulares.

El oxígeno (O2) y el bióxido de carbono (CO2) son otras moléculas inorgánicas indispensables para la vida, ya que intervienen en la respiración de la célula y en la fotosíntesis.

Los minerales necesarios para el organismo se obtienen con una alimentación balanceada.

Compuestos orgánicos esenciales para la vida

Los compuestos orgánicos están formados por largas cadenas de átomos de carbono unidas entre sí, y con otros elementos como hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre entre otros.

El carbono es el elemento más importante de los compuestos orgánicos, forma cuatro enlaces covalentes que permiten que se formen cadenas largas.

La mayoría de los compuestos orgánicos que constituyen a los organismos, reciben el nombre de macromoléculas. Las macromoléculas pueden ser no nitrogenadas (carbohidratos y lípidos) y nitrogenadas (proteínas, vitaminas, ATP y ácidos nucleícos).

Carbohidratos.

También se les conoce como glúcidos, azúcares o hidratos de carbono. La mayoría son sintetizados por los vegetales durante la fotosíntesis. Están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno y son la fuente principal de energía para las funciones de las células.

Los carbohidratos se clasifican en: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.

Los monosacáridos o azúcares simples están formados por una sola cadena abierta o cerrada de átomos de carbono, unidos cada uno a un grupo hidroxilo (OH-) y a un hidrógeno (H+). De acuerdo al número de átomos de carbono, se clasifican en: triosa (tres átomos de carbono), tetrosa (cuatro átomos), pentosa (cinco átomos), hexosa (seis átomos) y heptosa (siete átomos). Los más importantes desde el punto de vista biológico son las pentosas y las hexosas.

Los tipos de azúcares más importantes desde el punto de vista biológico son las pentosas y las hexosas. Dentro de las pentosas se encuentran la ribosa (forma parte del ácido ribonucleíco) y la desoxirribosa (forma parte del ácido desoxirribonucleico). En las hexosas se encuentran la fructuosa, la galactosa y la glucosa. Las hexosas tienen la fórmula general C6H12O6.

La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas, miel y verduras. La glucosa se produce durante la fotosíntesis, proporciona la mayor parte de energía para el metabolismo celular, se encuentra en la sangre en el cuerpo humano.

Los disacáridos están formados por dos monosacáridos unidos a través de un enlace glucosídico y la eliminación de una molécula de agua, su fórmula molecular es C12H22O11, entre éstos se encuentran la sacarosa o azúcar de mesa (glucosa y fructuosa) la maltosa o azúcar de malta (glucosa y glucosa) y la lactosa o azúcar de leche (glucosa y galactosa).

Los polisacáridos están formados por varias unidades de monosacáridos, generalmente son unidades de glucosa. La función que desempeñan algunos polisacáridos es de reserva alimenticia, otros forman parte de la estructura de las células vegetales. Dentro de los polisacáridos de reserva alimenticia están el almidón y el glucógeno, y los que forma parte de estructuras son la celulosa, hemicelulosa y la quitina.

Lípidos. (Grasas)

Están formados por C, H, y O, pero la cantidad proporcional de O2 es menor que en los carbohidratos. Son de consistencia aceitosa y almacenan gran cantidad de energía, se forman a partir de carbohidratos dentro de las células, son insolubles en agua, pero solubles en cloroformo, éter etc.

Los lípidos se clasifican en: grasas neutras o lípidos simples, fosfolípidos o lípidos compuestos y esteroides o lípidos derivados.

Grasas neutras o lípidos simples. También llamados glicéridos, están formados por una molécula de glicerol o glicerina y tres moléculas de ácidos grasos (triacilglicérido o triglicérido).

Los triglicéridos se dividen en: grasas y aceites.

Las grasas son llamados lípidos saturados, tienen enlaces sencillos entre los átomos de carbono, y son sólidos a temperatura ambiente. Ej.: manteca, mantequilla.

Los aceites o lípidos no saturados, se producen en las plantas, tiene enlaces dobles o triples, son líquidos a temperatura ambiente. Ej.: aceite de oliva.

Funciones de las grasas:

• Reserva energética. Cada gramo de grasa aporta más del doble de energía que un gramo de carbohidratos.

• Aislantes térmicos. Los carbohidratos pueden ser transformados en grasas por el organismo para ser almacenados en forma de glóbulos en el tejido adiposo y ayuda a conservar el calor.

• Protección de algunas estructuras del organismo como el corazón y las articulaciones.

• También están presentes en la vaina de mielina que rodea las fibras nerviosas.

Fosfolípidos o lípidos compuestos. Una molécula de fosfolípido está formada por dos moléculas de ácidos grasos y un grupo fosfato unidos a una molécula de glicerina. Están formados por un extremo fosfatado soluble en agua (hidrofílico) y otro extremo hidrocarbonado insoluble en agua (hidrofóbico). Estos compuestos forman parte de membranas de células animales y vegetales y son reguladores de la entrada y salida de substancias. Los más abundantes son las lecitinas y las cefalinas, las primeras se encuentran en la yema de huevo, el tejido nervioso y el hígado. Las cefalinas están presentes en los músculos y en el cerebro.

Esteroides o lípidos derivados. A diferencia de otros lípidos, están integrados por cuatro anillos, tres de ellos de seis átomos de carbono y uno de cinco. Los más importantes son: el colesterol, la testosterona, la progesterona el estradiol y la cortisona. El colesterol es el más abundante en animales, su aumento en la sangre produce endurecimiento de las arterias. La testosterona es la hormona sexual masculina. La progesterona y el estradiol son hormonas sexuales femeninas. La cortisona hormona que interviene en el metabolismo de azúcares y sales minerales.

Proteínas.

Son compuestos a base de C, H, O2, nitrógeno y generalmente azufre y fosforo. Son constituyentes de enzimas, algunas hormonas y diversas estructuras celulares, una proteína muy importante es la hemoglobina.

Las proteínas están formadas por aminoácidos (50 o más), un aminoácido está formado por un átomo de carbono central, unido a un grupo amino (NH2), a un grupo carboxilo (COOH), a un átomo de hidrógeno (H) y a un grupo de átomos llamado radical. Los aminoácidos que forman una proteína se unen a través de un enlace peptidico entre el grupo amino de una molécula y el grupo carboxilo de otra.

En la naturaleza se conocen más de 20 aminoácidos, estos pueden ser producidos por las plantas, el ser humano no puede producir algunos de ellos, por lo que los obtiene de las plantas y son conocidos como aminoácidos esenciales.

De acuerdo a la forma, las proteínas pueden ser fibrosas (su función es estructural, se encuentran el piel, músculos etc.) y globulares (participan en procesos vitales. Ej.: enzimas y anticuerpos).

De acuerdo al nivel de organización la proteína puede tener una estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria. En la estructura primaria se presenta una secuencia sencilla de aminoácidos. En la estructura secundaria se unen varios aminoácidos entre sí y adopta una forma en espiral o aplanada.

La estructura terciaria está formada por el doblamiento de la cadena de péptidos sobre sí misma, para formar proteínas globulares, son ejemplo de éstas las enzimas, esta estructura se pierde por el calentamiento o cambios de pH, con lo que se pierde su actividad biológica, a este proceso se le llama "desnaturalización". Estructura cuaternaria se forma cuando dos o más proteínas globulares se enlazan entre sí. Ej: hemoglobina.

Las proteínas pueden ser simples cuando están formadas sólo por aminoácidos y conjugadas cuando además de aminoácidos tienen otros compuestos como metales, lípidos, azúcares etc. y forman las metaloproteínas, lipoproteínas, glucoproteínas etc.

Las proteínas actúan como:

1. Son el principal componente estructural de las células. Entre estas están el colágeno (tejido conectivo), la elastina (piel) y la queratina (uñas y epidermis). 2. Actúan como catalizadores, enzimas. 3. Reguladoras de funciones: Ej: insulina que regula la glucosa en sangre.4. Protegen contra infecciones: anticuerpos o gammaglobulinas. 5. De transporte. Ej hemoglobina que transporta oxígeno. 6. Proteínas contráctiles: miosina y la actina constituyentes de los músculos. 7. Sirven como reserva alimenticia. 8. Participan en la división celular como las histonas, componentes de los cromosomas.

Las proteínas se obtienen de alimentos como la carne, pescado, huevos, leche, queso, nueces y leguminosas.

Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores aumentando la velocidad de las reacciones químicas de la célula. Se denomina holoenzima a una enzima formada por una proteína y otra fracción no proteica o cofactor. La mayoría de los cofactores son iones metálicos como el hierro (Fe), cobre (Cu) potasio (K) etc. Otros cofactores pueden ser las coenzimas como las vitaminas B1 NAD (Nicotín Adenín Dinucleótido) etc. Cada enzima actúa solo con un tipo de sustrato, y se debe a que cada una tiene configuraciones determinadas que sólo pueden asociarse a un tipo de sustrato. La actividad enzimática se afecta con el aumento de la temperatura y cambios en el pH.

Vitaminas.

Son compuesto orgánicos, que participan en el metabolismo celular, y no aportan energía. Las producen las plantas. El ser humano sintetiza vit. D, y las vitaminas K y B son producto de algunas bacterias del intestino.

De acuerdo a la solubilidad que poseen pueden ser: liposolubles (A, D, E y K) y hidrosolubles (C y complejo B). La falta de vitaminas en la dieta produce Avitaminosis, y el exceso pude causar efectos tóxicos.

Funciones:

• Complejo B. Participan como coenzimas en la respiración celular, y en producción de glóbulos rojos

• Vitamina C. Antioxidante.

• Vit. A. Fortalecimientos del nervio óptico.

• Vit. D. Absorción de calcio.

• Vit. E. Antioxidante.

• Vit. K. Interviene en la coagulación.

Moléculas transportadoras de energía (ATP)

Una de las fuentes de energía más importantes es la molécula de adenosín trifosfato (ATP), es utilizado por todas las células, se conoce como la molécula universal de energía. Cuando se genera energía, esta se transforma en ATP para ser almacena y utilizada posteriormente. Su estructura consta de una base nitrogenada, un azúcar y fosfatos. Cada vez que se rompe un enlace terminal de un fosfato se libera energía.

Ácidos nucléicos.

Son compuestos a base de C,H, O2 , nitrógeno y fosforo, son el ácido ribonucleico o ARN, que contiene ribosa y el ácido desoxirribonucleico o ADN que contiene desoxirribosa. El ADN se encuentra en los cromosomas del núcleo de la célula principalmente. El ARN se encuentra en el nucléolo y en los ribosomas principalmente. Los ácidos nucléicos llevan a cabo dos funciones vitales: determinan que proteínas debe sintetizar cada célula, regulando el metabolismo y transmiten la información genética.

Los ácidos nucleicos están formados por nucleótidos, éstos están constituidos por una base nitrogenada, un azúcar de cinco carbonos y ácido fosfórico. Las bases nitrogenadas son las purinas (adenina y guanina) y las pirimidinas (citocina y uracilo).

El ARN contiene adenina y guanina, citocina y uracilo, ribosa y ácido fosfórico. El ADN contiene adenina y guanina, citocina y la pirimidina timina, dosoxirribosa y ácido fosfórico. Watson y Crick describieron la estructura del ADN como una doble hélice, las dos cadenas se unen por puentes de hidrógeno de manera que una base de una cadena queda enfrente de otra base complementaria. Siempre se unirán adenina con timina y citocina con guanina.

El ARN se produce a partir del ADN, tiene una sola cadena de nucleótidos, se localiza principalmente en el citoplasma y ribosomas en células procariontes y en el citoplasma, ribosomas y en el nucléolo en células eucariontes. En el ARN se encuentran cuatro tipos de nucleótidos, adenina, uracilo, guanina y citocina.

El ARN se presenta en tres formas: ARN mensajero (ARNm), lleva el mensaje genético desde el núcleo hasta el sitio donde se forman las proteínas en el citoplasma. El ARN de transporte (ARNt), transporta los aminoácidos desde el citoplasma hasta el sitio donde se forma las proteínas. ARN ribosomal (ARNr) tiene como función interactuar con los otros ARN para lograr la síntesis de proteínas.

Cuestionario

Señale la respuesta correcta en los siguientes ítems.

• 1. Es un compuesto orgánico indispensable para la vida.

• a) Oxígeno

• b) Agua

• c) Minerales

• d) Carbohidratos

• 2. Es compuesto orgánico insoluble en agua, soluble en éter, su aumento en la sangre produce daño a las arterias.

• a) Proteína

• b) Colesterol

• c) Fosfolípido

• d) carbohidrato

• 3. Los aminoácidos al unirse y formar cadenas dan origen a:

• a) Lípidos

• b) Carbohidratos

• c) Proteínas

• d) Ácidos nucleicos

Autor:

Foxy Herrera