LA MATERIA VIVA
La
materia está formada por átomos. Los seres vivos, como materia que somos,
estamos también formados por átomos, llamados Bioelementos, que se
combinan formando moléculas, llamadas Biomoléculas.
Los
átomos que componen a los seres vivos se encuentran por todo el Universo, pero
en la materia inerte se hallan en distinta proporción que en la
materia viva.
Es
indudable que la Vida es algo más que simple materia, pero es importante
conocer de qué materia se compone la Vida, para poder comprenderla mejor.
En
este tema podrás comprobar cómo se forman las moléculas que nos componen y
entender sus funciones biológicas.
LOS BIOELEMENTOS
La materia viva presenta unas características y
propiedades distintas a las de la materia inerte. Estas características y
propiedades encuentran su origen en los átomos que conforman la materia viva.
Los átomos que componen la materia viva se llaman bioelementos.
De los 92
átomos naturales, nada más que 27 son bioelementos. Estos átomos se separan en
grupos, atendiendo a la proporción en la que se presentan en los seres vivos.
Bioelementos % en la materia viva:
Átomos Primarios 96% C, H, O, N, P, S
Secundarios 3,9% Ca, Na, K, Cl, I, Mg, Fe
Oligoelementos 0,1% Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Ni, Si...
Bioelementos primarios:
Son los elementos más
abundantes en los seres vivos.
La mayor parte de las
moléculas que componen los seres vivos tienen una base de carbono. Este
elemento presenta una serie de propiedades que hacen que sea el idóneo para
formar estas moléculas. Estas propiedades son las siguientes:
Forma enlaces covalentes,
que son estables y acumulan mucha energía.
Puede formar enlaces, hasta
con cuatro elementos distintos, lo que da variabilidad molecular.
Puede formar enlaces
sencillos, dobles o triples.
Se puede unir a otros
carbonos, formando largas cadenas.
Los compuestos, siendo
estables, a la vez, pueden ser transformados por reacciones químicas.
El carbono unido al oxígeno
forma compuestos gaseosos.
Todas estas propiedades
derivan de su pequeño radio atómico y a la presencia de 4 electrones en su
última capa.
El Hidrógeno, el Oxígeno y
el Nitrógeno también son capaces de unirse mediante enlaces covalentes
estables. Forman parte de las cadenas de carbono que componen las moléculas de
los seres vivos.
BIOELEMENTOS SECUNDARIOS: Son elementos que se encuentran en menor proporción en los seres vivos.
Se presentan en forma iónica.
El Calcio puede encontrarse
formando parte de los huesos, conchas, caparazones, o como elemento
indispensable para la contracción muscular o la formación del tubo polínico.
El Sodio y el Potasio son
esenciales para la transmisión del impulso nervioso. Junto con el Cloro y el
Iodo, contribuyen al mantenimiento de la cantidad de agua en los seres vivos.
El Magnesio forma parte de
la estructura de la molécula de la clorofila y el Hierro forma parte de la
estructura de proteínas transportadoras.
OLIGOELEMENTOS: También se
denominan elementos traza, puesto que aparecen en muy baja proporción la
materia viva (trazas). Alguno de estos elementos no se manifiesta en ciertos
seres. Sin embargo, como el caso del Silicio, puede ser muy abundante en
determinados seres vivos, como diatomeas, Gramíneas o Equisetos.
LAS BIOMOLÉCULAS
Los bioelementos se combinan
entre sí para formar las moléculas que componen la materia viva. Estas
moléculas reciben el nombre de Biomoléculas o Principios Inmediatos.
Las biomoléculas, para poder
ser estudiadas, deben ser extraídas de los seres vivos mediante procedimientos
físicos, nunca químicos, ya que si así fuera, su estructura molecular se
alteraría. Los procedimientos físicos son la filtración, la diálisis, la
cristalización, la centrifugación, la cromatografía y la electroforesis.
Las biomoléculas se
clasifican atendiendo a su composición. Las biomoléculas inorgánicas son las
que no están formadas por cadenas de carbono, como son el agua, las sales
minerales o los gases. Las moléculas orgánicas están formadas por cadenas de
carbono y se denominan Glúcidos, Lípidos, Prótidos y Ácidos nucleícos.
Las biomoléculas orgánicas,
atendiendo a la longitud y complejidad de su cadena, se pueden clasificar como
monómeros o polímeros. Los monómeros son moléculas pequeñas, unidades
moleculares que forman parte de una molécula mayor. Los polímeros son
agrupaciones de monómeros, iguales o distintos, que componen una molécula de
mayor tamaño.
EL AGUA
El agua es una biomolécula
inorgánica. Se trata de la biomolécula más abundante en los seres vivos. En las
medusas, puede alcanzar el 98% del volumen del animal y en la lechuga, el 97%
del volumen de la planta. Estructuras como el líquido interno de animales o
plantas, embriones o tejidos conjuntivos suelen contener gran cantidad de agua.
Otras estructuras, como semillas, huesos, pelo, escamas o dientes poseen poca
cantidad de agua en su composición.
Estructura
El
agua es una molécula formada por dos átomos de Hidrógeno y uno de Oxígeno
La unión de esos elementos
con diferente electronegatividad proporciona unas características poco
frecuentes. Estas características son:
La molécula de agua forma un
ángulo de 104,5º. La molécula de agua es neutra.
La molécula de agua, aun
siendo neutra, forma un dipolo, aparece una zona con un diferencial de carga
positivo en la región de los Hidrógenos, y una zona con diferencial de carga
negativo, en la región del Oxígeno.
El dipolo facilita la unión
entre moléculas, formando puentes de hidrógeno, que unen la parte
electropositiva de una molécula con la electronegativa de otra.
PROPIEDADES DEL AGUA
El agua tiene propiedades
especiales, derivadas de su singular estructura. Estas propiedades son: Alto
calor específico: para aumentar la temperatura del agua un grado centígrado
es necesario comunicarle mucha energía para poder romper los puentes de
Hidrógeno que se generan entre las moléculas.
Alto calor de vaporización: el agua absorbe mucha energía cuando pasa de estado líquido a gaseoso.
Alta tensión superficial: las moléculas de agua están muy cohesionadas por acción de los puentes
de Hidrógeno. Esto produce una película de agua en la zona de contacto del agua
con el aire. Como las moléculas de agua están tan juntas el agua es
incompresible.
Capilaridad: el agua tiene
capacidad de ascender por las paredes de un capilar debido a la elevada
cohesión molecular.
Alta constante dieléctrica: la mayor parte de las moléculas de agua forman un dipolo, con un
diferencial de carga negativo y un diferencial de carga positivo.
Bajo grado de ionización: la mayor parte de las moléculas de agua no están disociadas. Sólo un
reducido número de moléculas sufre disociación, generando iones positivos (H+)
e iones negativos (OH-). En el agua pura, a 25ºC, sólo una molécula de cada
10.000.000 está disociada, por lo que la concentración de H+ es de 10-7. Por
esto, el pH del agua pura es igual a 7.
La densidad del agua: en estado líquido, el agua es más densa que en estado sólido. Por ello,
el hielo flota en el agua. Esto es debido a que los puentes de Hidrógeno
formados a temperaturas bajo cero unen a las moléculas de agua ocupando mayor
volumen.
IMPORTANCIA BIOLÓGICA DEL AGUA
Las propiedades del agua
permiten aprovechar esta molécula para algunas funciones para los seres vivos.
Estas funciones son las siguientes:
Disolvente polar universal: el agua, debido a su elevada constante dieléctrica, es el mejor
disolvente para todas aquellas moléculas polares. Sin embargo, moléculas
apolares no se disuelven en el agua.
Lugar donde se realizan reacciones
químicas: debido a ser un buen disolvente, por su elevada
constante dieléctrica, y debido a su bajo grado de ionización.
Función estructural: por su elevada cohesión molecular, el agua confiere estructura, volumen y
resistencia.
Función de transporte: por ser un buen disolvente, debido a su elevada constante dieléctrica, y
por poder ascender por las paredes de un capilar, gracias a la elevada cohesión
entre sus moléculas, los seres vivos utilizan el agua como medio de transporte
por su interior.
Función amortiguadora: debido a su elevada cohesión molecular, el agua sirve como lubricante
entre estructuras que friccionan y evita el rozamiento.
Función termorreguladora: al tener un alto calor específico y un alto calor de vaporización el agua
es un material idóneo para mantener constante la temperatura, absorbiendo el
exceso de calor o cediendo energía si es necesario.
LAS SALES MINERALES
Las sales minerales son biomoléculas inorgánicas
que aparecen en los seres vivos de forma precipitada, disuelta en forma de iones
o asociada a otras moléculas.
PRECIPITADAS
DISUELTAS
Las sales disueltas en agua manifiestan cargas
positivas o negativas.
Los cationes más abundantes en la composición
de los seres vivos son Na+, K+, Ca2+, Mg2+...
Los aniones más representativos en la
composición de los seres vivos son Cl-, PO43-,
CO32-...
Las sales disueltas en agua pueden realizar funciones
tales como:
*Mantener el
grado de grado de salinidad.
*Amortiguar
cambios de pH, mediante el efecto tampón.
*Controlar
la contracción muscular
*Producir
gradientes electroquímicos
ASOCIADAS A OTRAS MOLÉCULAS
Los iones
pueden asociarse a moléculas, permitiendo realizar funciones que, por sí solos
no podrían, y que tampoco realizaría la molécula a la que se asocia, si no
tuviera el ión. La hemoglobina es capaz de transportar oxígeno por la sangre porque está unida a un ión Fe++. Los citocromos
actúan como transportadores de
electrones porque poseen un ión
Fe+++. La clorofila captura energía luminosa en el proceso de fotosíntesis por contener un ión Mg++ en su estructura.
Reciben también el nombre de azúcares,
carbohidratos o hidratos de carbono.
La importancia biológica principal de este tipo
de moléculas es que actúan como reserva de energía o pueden conferir
estructura, tanto a nivel molecular (forman nucleótidos), como a nivel celular
(pared vegetal) o tisular (tejidos vegetales de sostén, con celulosa).
Dependiendo de la molécula que se trate, los
Glúcidos pueden servir como:
Combustible: los monosacáridos se pueden oxidar totalmente,
obteniendo unas 4 KCal/g
Reserva energética: el almidón y el glucógeno son polisacáridos que
acumulan gran cantidad de energía en su
estructura, por lo que sirven para guardar energía excedente y utilizarla en
momentos de necesidad.
Formadores de estructuras: la celulosa o la quitina son ejemplos de
polisacáridos que otorgan estructura resistente al organismo que las posee.
CLASIFICACIÓN DE LOS GLÚCIDOS
LOS MONOSACÁRIDOS
Los monosacáridos son
sustancias blancas, con sabores dulces, cristalizables y solubles en agua. Se
oxidan fácilmente, transformándose en ácidos, por lo que se dice que poseen
poder reductor (cuando ellos se oxidan, reducen a otra molécula).
Los
monosacáridos son moléculas sencillas que responden a la fórmula general (CH2O) n. Están
formados por 3, 4, 5, 6 ó 7 átomos de carbono. Químicamente son polialcoholes,
es decir, cadenas de carbono con un grupo -OH cada carbono, en los que un
carbono forma un grupo aldehído o un grupo cetona. Se clasifican atendiendo al
grupo funcional (aldehído o cetona) en aldosas, con grupo aldehído, y cetosas,
con grupo cetónico. Cuando aparecen carbonos asimétricos, presentan distintos
tipos de isomería.
Los monosacáridos se nombran atendiendo
al número de carbonos que presenta la molécula:
Ejemplos de monosacáridos relevantes en
el metabolismo son la glucosa, la fructosa, la ribosa o la desoxirribosa, entre
otros muchos.
GLUCOSA (C6H12O6).- Es una aldohexosa conocida también conocida con el nombre de dextrosa. Es
el azúcar más importante. Es conocida como “el azúcar de la sangre”, ya que es
el más abundante, además de ser transportada por el torrente sanguíneo a todas
las células de nuestro organismo.
Se encuentra en frutas dulces, principalmente la
uva además en la miel, el jarabe de maíz y las verduras.
La reserva más importante de glucosa en el
organismo se encuentra en el hígado y los músculos. La concentración normal de
glucosa en la sangres es de70 a 90 mg por 100 ml. El exceso de glucosa se
elimina través de la orina.
GALACTOSA (C6H12O6).- Esta pequeña diferencia que podría parecer sin importancia, hace de estas
dos moléculas compuestos de la misma familia,
pero con características físicas
y químicas diferentes. Igualmente su función bioquímica no es la misma. A diferencia de la glucosa, la galactosa no
se encuentra libre sino que forma parte de la lactosa de la leche. Precisamente
es en las glándulas mamarias donde este compuesto se sintetiza para formar
parte de la leche materna.
Existe una enfermedad conocida como galactosemia,
que es la incapacidad del bebé para metabolizar la galactosa. Este problema se
resuelva eliminando la galactosa de la dieta del bebé, pero si la enfermedad no
es detectada oportunamente el bebe puede morir.
FRUCTOSA.- Es una cetohexosa de fórmula C6H12O6.
Es también un isómero de la glucosa y la galactosa. La fructosa es un isómero
funcional porque tiene un grupo oxo, mientras que la glucosa y la galactosa
tienen un grupo formilo.
La fructosa también se conoce como azúcar de
frutas o levulosa. Este es el más dulce de los carbohidratos. Tiene casi el
doble dulzor que el azúcar de mesa (sacarosa).
Está presente en la miel y en los jugos de
frutas. Cuando se ingiere la fructosa está se convierte en glucosa en el
hígado.
Son glúcidos formados por 2 moléculas
de monosacáridos con pérdida de una molécula de agua.
LOS DISACÁRIDOS: Son los azucares propiamente dicho en el sentido vulgar de la
palabra.
Son glúcidos formados por 2 moléculas
de monosacáridos con pérdida de una molécula de agua.
En cuanto a sus propiedades físicas son
cristalizables, blancos, solubles en el agua, de sabor dulce.
Los más importantes son:
SACAROSA: Es el azúcar que se
usa para endulzar, está formado por la glucosa más la fructuosa.
C6H12O6 + C6H12O6 ----------------
C12H22O11 + H2O
GLUCOSA +
FRUCTUOSA SACAROSA
MALTOSA: Es el azúcar de malta (cebada germinada),
su importancia es la de ser un producto intermedio de la degradación
fermentativa del glucógeno y del almidón está formado por dos glucosa.
C6H12O6
+
C6H12O6 ------------------- C12H22O11 + H2O
GLUCOSA
+
GLUCOSA
MALTOSA
LACTOSA: Es el azúcar de leche que es producto
elaborado por la glándula mamaria. Está constituida por una molécula de glucosa
más una molécula de galactosa.
C6H12O6 + C6H12O6 ------------- C12H22O11 + H2O
GLUCOSA
+
GALACTOSA
LACTOSA
POLISACÁRIDOS: Son sustancias orgánicas amorfas
de peso molecular muy elevadas aunque no bien definidos y que por hidrólisis
originan disacáridos cuya fórmula es:
n(C6 H12 O6) -------------------------- (C6 H10 O5)n + n(H2 O) Ejemplo: n= 50
50(C6 H12 O6) -------------------------- (C6
H10 O5)50 + 50(H2 O)
C300H600 O300 -------------------------- C300H500 O250+ 50H2 O
ALMIDÓN (C6 H10 O5): Es un polisacárido de origen vegetal. Es un homopolísacárido con función
de reserva energética, formado por dos moléculas, que son polímeros de glucosa,
la amilosa y la amilopectina. La amilosa adquiere una estructura helicoidal y
la amilopectina recubre a la amilosa. Para saber de la presencia del almidón se
le agrega yodo, la sustancia toma el color azul oscuro debido a la formación
del yoduro de almidón. Es insoluble en el agua fría, pero en agua caliente
forma el engrudo de almidón.
GLUCÓGENO:
Es un homopolísacárido con función de reserva energética que aparece en
animales y hongos. Se acumula en el tejido muscular esquelético y en el hígado.
CELULOSA: Es un homopolísacárido formado por glucosas. Es típico de paredes
celulares vegetales, aunque también la pueden tener otros seres, incluso
animales.
QUITINA: Se encuentra en exoesqueletos de artrópodos y otros seres, ya que ofrece
gran resistencia y dureza.
LOS LÍPIDOS
Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas por Carbono, Hidrógeno y
Oxígeno, que pueden aparecer en algunos compuestos el Fósforo y el Nitrógeno.
Constituyen un grupo de moléculas con composición, estructura y funciones muy
diversas, pero todos ellos tienen en común varias características:
No se disuelven en agua, formando estructuras denominadas micelas.
Se disuelven en disolventes orgánicos, tales como cloroformo, benceno,
aguarrás o acetona.
Son menos densos que el agua, por lo que flotan sobre ella.
Son untosos al tacto.
LAS GRASAS: Al igual que los glúcidos está formado por el CHO, la glicerina o
glicerol y los ácidos grasos.
C15H31-COO H CH2 OH C15H31-COO-CH2
C15H31-COO
H + CH2 OH
-------------------------- C15H31-COO-CH2 +
3H2O
ácido palmítico glicerina
Las grasas naturales son mezclas de distintos triglicéridos en
proporciones variables. En general las grasas de origen vegetal son los aceites
y la de origen animal son sólidos o
semisólidos (cebos y mantecas).
Los ácidos grasos son:
CH3 – (CH2)14 – COOH -------------------------- C15 H31 –
COOH --------- ácido palmítico
CH3 – (CH2)16 – COOH-------------------------- C17 H35 – COOH ---------
ácido esteárico
CH3 – (CH2)7 – CH =
CH – (CH2)7 – COOH C17 H33 –
COOH ----- ácido oleíco
LIPOIDES: Sus propiedades físicas son semejantes de las
grasas, pero su composición química es muy variada en ella puede entrar CHO, el
fosforo y el nitrógeno, los lipoides más importantes son:
Glicéridos: Sustancias resultante de la combinación de un
acido con el glicerol.
Céridos: Son lípidos que se obtiene por esterificación de
un ácido graso con un alcohol monovalente la cadena larga. La unión de moléculas de céridos origina láminas
impermeables que protegen los tejidos y formaciones dérmicas de animales y
vegetales.
Esteróides:
Son
lípidos que tienen cuatro anillos o ciclos de carbono unidos a varios grupos
funcionales, como alcoholes, ácidos carboxílicos y cetonas, por lo que constituyen
una amplia variedad de sustancias, entre lo que están el colesterol, la
vitamina, los ácidos biliares, las hormonas y otras.
Fosfolípidos: Son lípidos compuestos, son los componentes
fundamentales de las membranas celulares, son responsables de sus propiedades.
Los fosfolipidos son moléculas que
tienen una parte polar relacionado con el agua (hidrófila), y una parte no
polar que rechaza el agua (hidrófila).
Cerobrócidos: Caracterizados por la presencia de galactosa y/o
glucosa.
PROPIEDADES DE LOS LÍPIDOS
a.-
Intervienen en el proceso metabólico como material energético.
b.-
Constituyen parte del material estructural de los organismos vivos.
c.- Dan protección a los organismos, ya que
forma una capa aislante bajo la piel que lo protege de cambios de temperatura y
de golpes.
LOS AMINOÁCIDOS: Son unidades sobre los cuales constituyen las
proteínas. Estos compuestos son ácidos orgánicos en las que se sustituye uno o
más átomos de hidrógenos por el grupo amina (NH2) y el grupo carboxílico
(COOH).
Los aminoácidos son sustancias incoloras o blanquecinas, solidas,
cristalizables y generalmente solubles en el agua a excepción de la cistina, la
tirosina, la leucina.
ENLACE PEPTÍDICO: Se establece entre dos aminoácidos
del grupo carboxílico de uno y el grupo amina del otro y con la perdida de una molécula de
agua.
NH2 – CH – COOH + N – CH –
COOH NH2 – CH – COHN –
CH – COOH + H2O
*La unión de dos
aminoácidos da un dipéptido.
*La unión de tres aminoácidos da un tripéptido.
*La unión de varios
aminoácidos da un polipéptido.
LAS PROTEÍNAS: Constituyen el principio inmediato más importante y complejo no solo de
la estructura celular, sino también de las funciones vitales de
la célula, contienen básicamente del CHON, algunos contienen además el fosforo y el
azufre, se clasifican en:
1.- HALOPROTEÍNAS O PROTEÍNAS
SIMPLE: Son compuestos naturales que por hidrólisis liberan únicamente aminoácidos
o sus derivados inmediato y simple. Se clasifican en:
a.- ALBUMINAS: Son solubles en agua pura y coagulables por el calor, lo más conocidos
son: Seroalbumina que se encuentran en el plasma sanguíneo y en la linfa,
ovoalbúmina en la clara del huevo, lactoalbúmina en la leche, mioalbúmina en el
musculo.
b.-
GLOBULINAS: De peso molecular mayor que
las albumina son insolubles en agua, pero solubles en soluciones alcalinas, las
principales son: Seroglobulinas, miosina, lactoglobulina, zeina (maiz),
legumina (habas).
2.- HETEROPROTEINAS: Son aquellas que están formada por una fracción
compuesta por aminoácidos y una fracción integrada por sustancias de naturaleza
química muy diversas denominadas grupo prostético, lo más importante son:
A.-
FOSFOPROTEÍNAS: Por hidrólisis liberan ácido
fosfórico como grupo prostético. El más importante conocido son la caseína de
la leche y la vitelina de la yema del huevo.
B.- GLUCOPROTEÍNAS: Liberan sustancias semejantes al azúcar como grupo prostéticos. Las
glucoproteínas más importantes son las mucinas (saliva, mucus intestinal).
C.- CROMOPROTEÍNAS:
El grupo prostético es una sustancia coloreada
por lo que el conjunto es un pigmento. Poseen un anillo característico en cuya
estructura se incrusta un átomo metálico ejemplo: La hemoglobina de la sangre
humana, la hemocianina de la sangre de los invertebrados.
PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS:
*
Es solida, incoloras, termolábiles y algo cristalizables.
*
Son hidrófilas, es decir absorben agua y al hacerlo su consistencia se forma
viscosa, de naturaleza coloidal como la clara del huevo, etc.
LOS
ÁCIDOS NUCLEICOS
Los ácidos nucleícos son
grandes moléculas constituidas por la unión de monómeros, llamados nucleótidos.
Los ácidos nucleicos son el ADN y el ARN.
Nucleótidos
Los nucleótidos son
moléculas que se pueden presentar libres en la Naturaleza o polimerizadas,
formando ácidos nucleicos. También pueden formar parte de otras moléculas que
no son ácidos nucleicos, como moléculas portadoras de energía o coenzimas.
EL
ADN
El ADN es el Ácido
DesoxirriboNucleico. Es el tipo de molécula más compleja que se conoce. Su
secuencia de nucleótidos contiene la información necesaria para poder controlar
el metabolismo un ser vivo. El ADN es el lugar donde reside la información
genética de un ser vivo.
El estudio de su
estructura se puede hacer a varios niveles, apareciendo estructuras, primaria,
secundaria, terciaria, cuaternaria y niveles de empaquetamiento superiores.
EL
ARN
El Ácido RiboNucleico
está constituido por la unión de nucleótidos formados por una pentosa, la
Ribosa, un bases nitrogenadas, que son Adenina, Guanina, Citosina y Uracilo. No
aparece la Timina.
Los nucleótidos se unen
formando una cadena con una ordenación en la que el primer nucleótido tiene
libre el carbono 5’ de la pentosa. El último nucleótido tiene libre el carbono
3’. Por ello, se dice que la ordenación de la secuencia de nucleótidos va desde
5’ a 3’ (5’ ® 3’).
En la célula aparecen
cuatro tipos de ARN, con distintas funciones, que son el ARN mensajero, el ARN
ribosómico, el ARN transferente y el ARN
heteronuclear.
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