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COMPOSICIÓN QUIMICA DE LOS SERES VIVOS



A primera vista parece difícil aceptar que los seres vivos sean simples sistemas químicos. Por su
increíble variedad de formas, por su comportamiento aparentemente determinado y por su
capacidad para crecer y reproducirse no parecen formar parte del mundo de los sólidos, los
líquidos o los gases descritos por la química. En realidad, hasta el siglo XIX se aceptaba que los
animales tenían una fuerza vital que era responsable de sus características.

Hoy sabemos que en los organismos vivos todo obedece a las leyes de la química y de la física. Sin
embargo, la química de la vida es de un tipo especial. En primer lugar, se basa casi por completo
en los compuestos de carbono. En segundo lugar, depende casi exclusivamente de reacciones
químicas en medios acuosos y en el rango de temperaturas relativamente estrecho que existe en
la Tierra. En tercer lugar, es enormemente compleja, incluso la química de la célula más simple es
mucho más complicada que cualquier sistema químico conocido. En cuarto lugar, está dominada y
coordinada por enormes moléculas poliméricas cuyas propiedades únicas permiten que las células
y los organismos crezcan y se reproduzcan y realicen todas las funciones características de la vida.
Por último, tiene una regulación estricta: las células despliegan una variedad de mecanismos para
garantizar que todas sus reacciones químicas se lleven a efecto en el lugar y tiempo adecuado.

En esencia, la química de los organismos vivos es la química de los compuestos que contienen
carbono o sea, los compuestos orgánicos. El carbono es singularmente adecuado para este papel
central, por el hecho de que es el átomo más liviano capaz de formar múltiples enlaces covalentes.
A raíz de esta capacidad, el carbono puede combinarse con otros átomos de carbono y con átomos
distintos para formar una gran variedad de cadenas fuertes y estables y de compuestos con forma
de anillo. Las moléculas orgánicas derivan sus configuraciones tridimensionales primordialmente
de sus esqueletos de carbono.

Todas las células están gobernadas por los mismos principios físicos y químicos de la materia
inerte. Si bien dentro de las células encontramos moléculas que usualmente no existen en la
materia inanimada, en la composición química de los seres vivos encontramos desde sencillos
iones inorgánicos, hasta complejas macromoléculas orgánicas siendo todos igualmente
importantes para constituir, mantener y perpetuar el estado vivo.

AGUA

La química de la vida ocurre en el agua. De hecho, las células contienen entre un 70 a un 90 % de
agua, y todas las reacciones que ocurren en el citoplasma de una célula tiene lugar en un medio
acuoso. El agua es el solvente biológico ideal. Sin embargo el agua no solo es el medio en el que
se desarrollan las reacciones químicas sino que también en muchos casos participa activamente de
ellas ya sea como reactivo o producto de una reacción. Por todo esto no resulta sorprendente que
las propiedades del agua sean un factor clave para comprender la bioquímica.

La estructura de la molécula de agua está dada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de
oxígeno que se mantienen unidos por enlaces covalentes. Es una molécula polar y, en
consecuencia, forma enlaces -llamados puentes de hidrógeno con otras moléculas. Aunque los
enlaces individuales son débiles -se rompen y se vuelven a formar continuamente- la fuerza total
de los enlaces que mantienen a las moléculas juntas es muy grande.




SALES MINERALES

Son constituyentes de la célula y se encuentran en pequeñas cantidades. Existen en 2 formas, en
disolución o formando estructuras.

Como iones regulan el balance iónico celular afectando la permeabilidad, irritabilidad, la
contractibilidad y la viscosidad celular.

Las sales minerales estructurales son poco o nada solubles y forman parte de los huesos de los
vertebrados, conchas de moluscos y algunas algas calcáreas. En el caso de las plantas tienen
función nutritiva.



BIOMOLÉCULAS

Existen cuatro grandes grupos de biomoléculas:

       Carbohidratos
       Lípidos
       Proteínas
       Ácidos Nucleicos
Carbohidratos

Los carbohidratos son las moléculas fundamentales de almacenamiento de energía en la mayoría
de los seres vivos y forman parte de diversas estructuras de las células vivas. Los carbohidratos -o
glúcidos- pueden ser moléculas pequeñas, (monosacáridos), o moléculas más grandes y complejas.

Hay tres tipos principales de carbohidratos, clasificados de acuerdo con el número de moléculas
de monosacárido que contienen.



                                                       Los monosacáridos como la ribosa, la
                                                       glucosa y la fructosa, contienen sólo una
                                                       molécula de monosacárido. Los disacáridos
                                                       consisten     en   dos     moléculas      de
                                                       monosacárido unidas covalentemente.
                                                       Ejemplos familiares son la sacarosa (azúcar
                                                       de caña), la maltosa (azúcar de malta) y la
                                                       lactosa (azúcar de la leche). Los
                                                       oligosacáridos contienen entre 2 a 10
                                                       moléculas      de    monosacárido.       Los
                                                       polisacáridos como la celulosa y el almidón,
                                                       contienen      muchas      moléculas      de
                                                       monosacárido unidas entre sí.

A diferencia de muchas plantas, como la papa, los animales sólo tienen una capacidad limitada
para almacenar carbohidratos. En los vertebrados, cuando los azúcares que se ingieren
sobrepasan las posibilidades de utilización o de transformación en glucógeno, se convierten en
grasas. De modo inverso, cuando los requisitos energéticos del cuerpo no son satisfechos por la
ingestión inmediata de comida, el glucógeno y la grasa son degradados para llenar estos
requerimientos.

Los carbohidratos están distribuidos ampliamente en vegetales y animales, en los cuales tienen
funciones estructurales y metabólicas. Los animales tienen la capacidad de sintetizar algunos
carbohidratos a partir de las grasas y proteínas, pero el mayor volumen es de origen vegetal. En los
vegetales, la glucosa se obtiene de la fotosíntesis, se almacena como almidón y se convierte en
celulosa de función estructural para los vegetales.
Los carbohidratos son constituyentes importantes de la alimentación animal y de los tejidos
animales. La glucosa es el carbohidrato más importante en la bioquímica de los mamíferos, debido
a que la gran mayoría de los carbohidratos de los alimentos se convierte en glucosa para su
posterior metabolismo.

Lípidos

Los lípidos son un grupo general de sustancias orgánicas insolubles en solventes polares como el
agua, pero que se disuelven fácilmente en solventes orgánicos no polares, tales como el
cloroformo, el éter y el benceno. Típicamente, son moléculas de almacenamiento de energía,
usualmente en forma de grasa o aceite, y cumplen funciones estructurales, como en el caso de los
fosfolípidos, glucolípidos y ceras.

Las grasas almacenan seis veces más energía por gramo que el glucógeno, y éste es
indudablemente el motivo por el cual, en el curso de la evolución, llegaron a desempeñar un papel
fundamental en el almacenamiento de energía. Son componentes importantes en la dieta no solo
por su gran valor energético, sino también por su contenido en vitaminas liposolubles y ácidos
grasos esenciales.




Importancia biomédica de los lípidos.
La grasa se almacena como tejido adiposo y sirve como aislante térmico. Una característica de los
mamíferos es una capa de grasa que se encuentra debajo de la piel y que está particularmente
bien desarrollada en los mamíferos marinos.
Grandes masas de tejido graso rodean a algunos órganos como, por ejemplo, a los riñones de los
mamíferos, y sirven para protegerlos de una conmoción física. Por razones que no se comprenden,
estos depósitos de grasa permanecen intactos, aun en épocas de inanición.

Las ceras también son una forma de lípido. Son producidas, por ejemplo, por las abejas para
construir sus panales. También forman cubiertas protectoras, lubricantes e impermeabilizantes
sobre la piel, el pelaje y las plumas y sobre los exoesqueletos de algunos animales. En las plantas
terrestres se encuentran sobre las hojas y frutos. Las ceras protegen las superficies donde se
depositan de la pérdida de agua y aíslan del frío a los tejidos internos.

La combinación de grasa y proteínas origina las lipoproteínas que son importantes constituyentes
de las membranas celulares.



Proteínas.

Los veinte aminoácidos diferentes que forman parte de las proteínas varían de acuerdo con las
propiedades de sus grupos laterales (R).




                                                      Cada aminoácido contiene un grupo amino
                                                      (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH) unidos
                                                      a un átomo de carbono central. Un átomo
                                                      de hidrógeno y el grupo lateral están
                                                      también unidos al mismo átomo de
                                                      carbono. Esta estructura básica es idéntica
                                                      en todos los aminoácidos.



Las plantas son capaces de elaborar todos los aminoácidos a partir de sustancias simples. En
cambio, el hombre sólo puede elaborar algunos de ellos, los demás llamados aminoácidos
esenciales, los obtiene de las plantas en forma de alimento.
Los aminoácidos se enlazan entre sí, cuando el grupo amino de un aminoácido se une al grupo
carboxilo de otro formando un dipéptido. El enlace que se forma es de tipo covalente y se llama
enlace peptídico. La unión de varios dipéptidos forma un polipéptido, que es una cadena que
contiene entre 6 y 50 aminoácidos. Si la cadena tiene más de 50 (por lo general cientos o miles),
recibe el nombre de proteína.
Importancia biomédica de los péptidos.
Los péptidos son de gran interés biomédico, muchas hormonas importantes son péptidos y
pueden emplearse para corregir estados de deficiencia (insulina).
Algunos péptidos actúan sobre el sistema nervioso como neurotransmisor o neuromodulador.
Ciertos antibióticos son péptidos así como algunos antitumorales.
El aspartame, que es un dipéptido, sirve como edulcorante.
La síntesis química ha facilitado la fabricación de importantes hormonas peptídica, muchas de las
cuales existen en el organismo en concentraciones mínimas, por tanto, son difíciles de aislar en
cantidades suficientes para la terapéutica.
Asimismo, se sintetizan péptidos disponibles en la naturaleza en cantidades pequeñas, para
utilizarlos como vacunas (proteínas virales)

Importancia biomédica de las proteínas.
En el organismo existen miles de proteínas cuyas funciones son muy numerosas. Sirven de
transportadores de vitaminas, oxígeno y dióxido de carbono. Tienen funciones estructurales,
cinéticas, catalíticas y de regulación.

Ácidos Nucleicos.

Todos los sistemas vivos y las células transmiten mensajes específicos de una generación a otra
con gran fidelidad. A principios del siglo XX, se descubrió que la información de la herencia radica
en dos moléculas, los ácidos nucleicos llamados ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido
ribonucleico). El ADN se encuentra en los genes que, a su vez, son segmentos de cromosomas. La
función del ácido desoxirribonucleico, además de ser el material de la herencia, es controlar todas
las actividades celulares.




                                                    Está formado por tres subunidades: un grupo
                                                    fosfato, un monosacárido de cinco carbonos y
                                                    una base nitrogenada; esta última tiene las
                                                    propiedades de una base y, además, contiene
                                                    nitrógeno.




                      Biología-lacienciadelavida
Aunque sus componentes químicos son muy semejantes, el ADN y el ARN desempeñan papeles
biológicos muy diferentes. El ADN es el constituyente primario de los cromosomas de las células y
es el portador del mensaje genético y de las alteraciones hereditarias. La función del ARN es
transcribir el mensaje genético presente en el ADN y traducirlo a proteínas.




ATP (Adenosina Tri Fosfato, o Trifosfato de Adenosina).




                                                                El ATP pertenece al grupo de los
                                                                nucleótidos, por lo tanto está
                                                                compuesto por una base
                                                                nitrogenada      (adenina),     una
                                                                pentosa (ribosa) y un grupo
                                                                fosfato (tres radicales fosfato con
                                                                enlaces de alta energía).




El ATP es una molécula que almacena bastante energía en los enlaces fosfato. Estos enlaces de
fosfato se rompen fácilmente, por lo cual la energía almacenada es bastante disponible para
los procesos bioquímicos. Es importante señalar que este almacenamiento y liberación de energía
mediante ATP es común en todos los sistemas biológicos, desde los procariontes hasta los
organismos más complejos del grupo pluricelular.

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Biomoleculas guía

  • 1. COMPOSICIÓN QUIMICA DE LOS SERES VIVOS A primera vista parece difícil aceptar que los seres vivos sean simples sistemas químicos. Por su increíble variedad de formas, por su comportamiento aparentemente determinado y por su capacidad para crecer y reproducirse no parecen formar parte del mundo de los sólidos, los líquidos o los gases descritos por la química. En realidad, hasta el siglo XIX se aceptaba que los animales tenían una fuerza vital que era responsable de sus características. Hoy sabemos que en los organismos vivos todo obedece a las leyes de la química y de la física. Sin embargo, la química de la vida es de un tipo especial. En primer lugar, se basa casi por completo en los compuestos de carbono. En segundo lugar, depende casi exclusivamente de reacciones químicas en medios acuosos y en el rango de temperaturas relativamente estrecho que existe en la Tierra. En tercer lugar, es enormemente compleja, incluso la química de la célula más simple es mucho más complicada que cualquier sistema químico conocido. En cuarto lugar, está dominada y coordinada por enormes moléculas poliméricas cuyas propiedades únicas permiten que las células y los organismos crezcan y se reproduzcan y realicen todas las funciones características de la vida. Por último, tiene una regulación estricta: las células despliegan una variedad de mecanismos para garantizar que todas sus reacciones químicas se lleven a efecto en el lugar y tiempo adecuado. En esencia, la química de los organismos vivos es la química de los compuestos que contienen carbono o sea, los compuestos orgánicos. El carbono es singularmente adecuado para este papel central, por el hecho de que es el átomo más liviano capaz de formar múltiples enlaces covalentes. A raíz de esta capacidad, el carbono puede combinarse con otros átomos de carbono y con átomos distintos para formar una gran variedad de cadenas fuertes y estables y de compuestos con forma de anillo. Las moléculas orgánicas derivan sus configuraciones tridimensionales primordialmente de sus esqueletos de carbono. Todas las células están gobernadas por los mismos principios físicos y químicos de la materia inerte. Si bien dentro de las células encontramos moléculas que usualmente no existen en la materia inanimada, en la composición química de los seres vivos encontramos desde sencillos iones inorgánicos, hasta complejas macromoléculas orgánicas siendo todos igualmente importantes para constituir, mantener y perpetuar el estado vivo. AGUA La química de la vida ocurre en el agua. De hecho, las células contienen entre un 70 a un 90 % de agua, y todas las reacciones que ocurren en el citoplasma de una célula tiene lugar en un medio acuoso. El agua es el solvente biológico ideal. Sin embargo el agua no solo es el medio en el que se desarrollan las reacciones químicas sino que también en muchos casos participa activamente de
  • 2. ellas ya sea como reactivo o producto de una reacción. Por todo esto no resulta sorprendente que las propiedades del agua sean un factor clave para comprender la bioquímica. La estructura de la molécula de agua está dada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno que se mantienen unidos por enlaces covalentes. Es una molécula polar y, en consecuencia, forma enlaces -llamados puentes de hidrógeno con otras moléculas. Aunque los enlaces individuales son débiles -se rompen y se vuelven a formar continuamente- la fuerza total de los enlaces que mantienen a las moléculas juntas es muy grande. SALES MINERALES Son constituyentes de la célula y se encuentran en pequeñas cantidades. Existen en 2 formas, en disolución o formando estructuras. Como iones regulan el balance iónico celular afectando la permeabilidad, irritabilidad, la contractibilidad y la viscosidad celular. Las sales minerales estructurales son poco o nada solubles y forman parte de los huesos de los vertebrados, conchas de moluscos y algunas algas calcáreas. En el caso de las plantas tienen función nutritiva. BIOMOLÉCULAS Existen cuatro grandes grupos de biomoléculas:  Carbohidratos  Lípidos  Proteínas  Ácidos Nucleicos
  • 3. Carbohidratos Los carbohidratos son las moléculas fundamentales de almacenamiento de energía en la mayoría de los seres vivos y forman parte de diversas estructuras de las células vivas. Los carbohidratos -o glúcidos- pueden ser moléculas pequeñas, (monosacáridos), o moléculas más grandes y complejas. Hay tres tipos principales de carbohidratos, clasificados de acuerdo con el número de moléculas de monosacárido que contienen. Los monosacáridos como la ribosa, la glucosa y la fructosa, contienen sólo una molécula de monosacárido. Los disacáridos consisten en dos moléculas de monosacárido unidas covalentemente. Ejemplos familiares son la sacarosa (azúcar de caña), la maltosa (azúcar de malta) y la lactosa (azúcar de la leche). Los oligosacáridos contienen entre 2 a 10 moléculas de monosacárido. Los polisacáridos como la celulosa y el almidón, contienen muchas moléculas de monosacárido unidas entre sí. A diferencia de muchas plantas, como la papa, los animales sólo tienen una capacidad limitada para almacenar carbohidratos. En los vertebrados, cuando los azúcares que se ingieren sobrepasan las posibilidades de utilización o de transformación en glucógeno, se convierten en grasas. De modo inverso, cuando los requisitos energéticos del cuerpo no son satisfechos por la ingestión inmediata de comida, el glucógeno y la grasa son degradados para llenar estos requerimientos. Los carbohidratos están distribuidos ampliamente en vegetales y animales, en los cuales tienen funciones estructurales y metabólicas. Los animales tienen la capacidad de sintetizar algunos carbohidratos a partir de las grasas y proteínas, pero el mayor volumen es de origen vegetal. En los vegetales, la glucosa se obtiene de la fotosíntesis, se almacena como almidón y se convierte en celulosa de función estructural para los vegetales.
  • 4. Los carbohidratos son constituyentes importantes de la alimentación animal y de los tejidos animales. La glucosa es el carbohidrato más importante en la bioquímica de los mamíferos, debido a que la gran mayoría de los carbohidratos de los alimentos se convierte en glucosa para su posterior metabolismo. Lípidos Los lípidos son un grupo general de sustancias orgánicas insolubles en solventes polares como el agua, pero que se disuelven fácilmente en solventes orgánicos no polares, tales como el cloroformo, el éter y el benceno. Típicamente, son moléculas de almacenamiento de energía, usualmente en forma de grasa o aceite, y cumplen funciones estructurales, como en el caso de los fosfolípidos, glucolípidos y ceras. Las grasas almacenan seis veces más energía por gramo que el glucógeno, y éste es indudablemente el motivo por el cual, en el curso de la evolución, llegaron a desempeñar un papel fundamental en el almacenamiento de energía. Son componentes importantes en la dieta no solo por su gran valor energético, sino también por su contenido en vitaminas liposolubles y ácidos grasos esenciales. Importancia biomédica de los lípidos. La grasa se almacena como tejido adiposo y sirve como aislante térmico. Una característica de los mamíferos es una capa de grasa que se encuentra debajo de la piel y que está particularmente bien desarrollada en los mamíferos marinos.
  • 5. Grandes masas de tejido graso rodean a algunos órganos como, por ejemplo, a los riñones de los mamíferos, y sirven para protegerlos de una conmoción física. Por razones que no se comprenden, estos depósitos de grasa permanecen intactos, aun en épocas de inanición. Las ceras también son una forma de lípido. Son producidas, por ejemplo, por las abejas para construir sus panales. También forman cubiertas protectoras, lubricantes e impermeabilizantes sobre la piel, el pelaje y las plumas y sobre los exoesqueletos de algunos animales. En las plantas terrestres se encuentran sobre las hojas y frutos. Las ceras protegen las superficies donde se depositan de la pérdida de agua y aíslan del frío a los tejidos internos. La combinación de grasa y proteínas origina las lipoproteínas que son importantes constituyentes de las membranas celulares. Proteínas. Los veinte aminoácidos diferentes que forman parte de las proteínas varían de acuerdo con las propiedades de sus grupos laterales (R). Cada aminoácido contiene un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH) unidos a un átomo de carbono central. Un átomo de hidrógeno y el grupo lateral están también unidos al mismo átomo de carbono. Esta estructura básica es idéntica en todos los aminoácidos. Las plantas son capaces de elaborar todos los aminoácidos a partir de sustancias simples. En cambio, el hombre sólo puede elaborar algunos de ellos, los demás llamados aminoácidos esenciales, los obtiene de las plantas en forma de alimento. Los aminoácidos se enlazan entre sí, cuando el grupo amino de un aminoácido se une al grupo carboxilo de otro formando un dipéptido. El enlace que se forma es de tipo covalente y se llama enlace peptídico. La unión de varios dipéptidos forma un polipéptido, que es una cadena que contiene entre 6 y 50 aminoácidos. Si la cadena tiene más de 50 (por lo general cientos o miles), recibe el nombre de proteína.
  • 6. Importancia biomédica de los péptidos. Los péptidos son de gran interés biomédico, muchas hormonas importantes son péptidos y pueden emplearse para corregir estados de deficiencia (insulina). Algunos péptidos actúan sobre el sistema nervioso como neurotransmisor o neuromodulador. Ciertos antibióticos son péptidos así como algunos antitumorales. El aspartame, que es un dipéptido, sirve como edulcorante. La síntesis química ha facilitado la fabricación de importantes hormonas peptídica, muchas de las cuales existen en el organismo en concentraciones mínimas, por tanto, son difíciles de aislar en cantidades suficientes para la terapéutica. Asimismo, se sintetizan péptidos disponibles en la naturaleza en cantidades pequeñas, para utilizarlos como vacunas (proteínas virales) Importancia biomédica de las proteínas. En el organismo existen miles de proteínas cuyas funciones son muy numerosas. Sirven de transportadores de vitaminas, oxígeno y dióxido de carbono. Tienen funciones estructurales, cinéticas, catalíticas y de regulación. Ácidos Nucleicos. Todos los sistemas vivos y las células transmiten mensajes específicos de una generación a otra con gran fidelidad. A principios del siglo XX, se descubrió que la información de la herencia radica en dos moléculas, los ácidos nucleicos llamados ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido ribonucleico). El ADN se encuentra en los genes que, a su vez, son segmentos de cromosomas. La función del ácido desoxirribonucleico, además de ser el material de la herencia, es controlar todas las actividades celulares. Está formado por tres subunidades: un grupo fosfato, un monosacárido de cinco carbonos y una base nitrogenada; esta última tiene las propiedades de una base y, además, contiene nitrógeno. Biología-lacienciadelavida
  • 7. Aunque sus componentes químicos son muy semejantes, el ADN y el ARN desempeñan papeles biológicos muy diferentes. El ADN es el constituyente primario de los cromosomas de las células y es el portador del mensaje genético y de las alteraciones hereditarias. La función del ARN es transcribir el mensaje genético presente en el ADN y traducirlo a proteínas. ATP (Adenosina Tri Fosfato, o Trifosfato de Adenosina). El ATP pertenece al grupo de los nucleótidos, por lo tanto está compuesto por una base nitrogenada (adenina), una pentosa (ribosa) y un grupo fosfato (tres radicales fosfato con enlaces de alta energía). El ATP es una molécula que almacena bastante energía en los enlaces fosfato. Estos enlaces de fosfato se rompen fácilmente, por lo cual la energía almacenada es bastante disponible para los procesos bioquímicos. Es importante señalar que este almacenamiento y liberación de energía mediante ATP es común en todos los sistemas biológicos, desde los procariontes hasta los organismos más complejos del grupo pluricelular.