BIOMOLÉCULASBIOMOLÉCULAS

Composición de las BiomoléculasComposición de las Biomoléculas Las biomoléculas son compuestos de Las biomoléculas son compuestos de

Carbono con una diversidad de grupos Carbono con una diversidad de grupos funcionales. El Carbono representa más funcionales. El Carbono representa más de la mitad del peso seco de las células. de la mitad del peso seco de las células. El Carbono puede formar enlaces simples El Carbono puede formar enlaces simples con átomos de Hidrógeno y enlaces con átomos de Hidrógeno y enlaces simples como dobles con átomos de simples como dobles con átomos de Oxígeno y Nitrógeno. Además es de vital Oxígeno y Nitrógeno. Además es de vital importancia biológica la capacidad de los importancia biológica la capacidad de los átomos de Carbono de formar enlaces átomos de Carbono de formar enlaces simples Carbono-Carbono de gran simples Carbono-Carbono de gran estabilidad.estabilidad.

BIOMOLÉCULAS (Componentes químicos de la Célula):BIOMOLÉCULAS (Componentes químicos de la Célula): 1. Agua 2. Carbohidratos 2. Carbohidratos 3. Lípidos 3. Lípidos 4. Proteínas 4. Proteínas 5. Ácidos Nucleicos 5. Ácidos Nucleicos

Una célula viva está constituida básicamente por cuatro elementos Una célula viva está constituida básicamente por cuatro elementos (C, H, O y N) los cuales combinados entre sí, dan origen a un gran (C, H, O y N) los cuales combinados entre sí, dan origen a un gran número de compuestos. La sustancia más abundante en la célula número de compuestos. La sustancia más abundante en la célula viva es el agua y llega a representar más del 70% de su peso. Esta viva es el agua y llega a representar más del 70% de su peso. Esta molécula es de gran importancia pues la mayor parte de las molécula es de gran importancia pues la mayor parte de las reacciones intracelulares se llevan a cabo en ambiente acuoso y reacciones intracelulares se llevan a cabo en ambiente acuoso y todos los organismos se han diseñado alrededor de las todos los organismos se han diseñado alrededor de las propiedades del agua, tales como su carácter polar, su capacidad propiedades del agua, tales como su carácter polar, su capacidad para formar enlaces de hidrógeno y su alta tensión superficial.para formar enlaces de hidrógeno y su alta tensión superficial.

Si se deja de lado el agua, casi todas las moléculas en la célula son Si se deja de lado el agua, casi todas las moléculas en la célula son compuestos carbonados asociados a otros elementos, entre otros compuestos carbonados asociados a otros elementos, entre otros se consideran los carbohidratos, lípidos, proteínas y los ácidos se consideran los carbohidratos, lípidos, proteínas y los ácidos nucleicos.nucleicos.

Los átomos de carbono enlazados Los átomos de carbono enlazados covalentemente en las biomoléculas covalentemente en las biomoléculas pueden formar cadenas lineales, pueden formar cadenas lineales, ramificadas y estructuras circulares. A ramificadas y estructuras circulares. A esos esqueletos de carbono se les esos esqueletos de carbono se les añaden grupos de otros átomos, llamados añaden grupos de otros átomos, llamados grupos funcionales, que confieren grupos funcionales, que confieren propiedades químicas específicas a la propiedades químicas específicas a la molécula.molécula.

El carbono es el elemento químico más El carbono es el elemento químico más versátil, por sus enlaces y grupos versátil, por sus enlaces y grupos funcionales.funcionales.

La mayor parte de las biomoléculas son La mayor parte de las biomoléculas son derivados de los hidrocarburos, con derivados de los hidrocarburos, con átomos de hidrógeno reemplazados por átomos de hidrógeno reemplazados por grupos funcionales para dar lugar a las grupos funcionales para dar lugar a las diferentes familias de compuestos diferentes familias de compuestos orgánicos. Las más comunes son los orgánicos. Las más comunes son los alcoholes, con uno o más grupos hidroxilo, alcoholes, con uno o más grupos hidroxilo, las aminas, con grupos amino, los las aminas, con grupos amino, los aldehidos y las cetonas, con grupos aldehidos y las cetonas, con grupos carbonilo, y los ácidos carboxílicos, con carbonilo, y los ácidos carboxílicos, con grupos carboxilo unidos.grupos carboxilo unidos.

Origen de las BiomoléculasOrigen de las Biomoléculas

Las primeras biomoléculas aparecieron Las primeras biomoléculas aparecieron por evolución química.por evolución química.

En 1922, el bioquímico Aleksandr I. En 1922, el bioquímico Aleksandr I. Oparin propuso una teoría para el origen Oparin propuso una teoría para el origen de la vida en la Tierra, postulando que la de la vida en la Tierra, postulando que la atmósfera en un principio era rica en atmósfera en un principio era rica en metano, amoníaco y agua, prácticamente metano, amoníaco y agua, prácticamente exenta de oxígeno.exenta de oxígeno.

Según la teoría de Oparin, la energía Según la teoría de Oparin, la energía eléctrica de las descargas de los eléctrica de las descargas de los relámpagos o la energía calorífica relámpagos o la energía calorífica desprendida durante la actividad volcánica desprendida durante la actividad volcánica hicieron que el amoníaco, el metano, el hicieron que el amoníaco, el metano, el vapor de agua y otros componentes de la vapor de agua y otros componentes de la atmósfera primigenia reaccionaran, dando atmósfera primigenia reaccionaran, dando lugar a compuestos orgánicos simples. lugar a compuestos orgánicos simples. Estos compuestos se habrían disueltos en Estos compuestos se habrían disueltos en los mares primitivos. los mares primitivos.

En esta disolución caliente (“sopa primordial”) y En esta disolución caliente (“sopa primordial”) y a lo largo de millones de años, éstos a lo largo de millones de años, éstos compuestos llegaron a asociarse compuestos llegaron a asociarse espontáneamente para formar membranas y espontáneamente para formar membranas y catalizadores (enzimas) que se reunieron para catalizadores (enzimas) que se reunieron para dar lugar a los precursores de las primeras dar lugar a los precursores de las primeras células.células.

En 1953 esto fue comprobado por un En 1953 esto fue comprobado por un experimento realizado por Stanley Miller, el cual experimento realizado por Stanley Miller, el cual obtuvo una fase gaseosa que contenía CO y obtuvo una fase gaseosa que contenía CO y CO2 además de los gases iniciales, y una fase CO2 además de los gases iniciales, y una fase acuosa que contenía una mezcla de acuosa que contenía una mezcla de compuestos orgánicos entre los que se incluían compuestos orgánicos entre los que se incluían algunos aminoácidos, hidroxiácidos, aldehidos y algunos aminoácidos, hidroxiácidos, aldehidos y cianuro de hidrógeno.cianuro de hidrógeno.

En otros experimentos se ha obtenido polímeros En otros experimentos se ha obtenido polímeros de RNA.de RNA.

COMPUESTOS ORGÁNICOSCOMPUESTOS ORGÁNICOS La química de la célula está basada en los La química de la célula está basada en los

compuestos de carbono, elemento que ocupa una compuestos de carbono, elemento que ocupa una posición especial entre los demás. En la posición especial entre los demás. En la naturaleza, el carbono forma cerca de medio naturaleza, el carbono forma cerca de medio millón de compuestos orgánicos, los cuales se millón de compuestos orgánicos, los cuales se han analizado y caracterizado y algunos de ellos han analizado y caracterizado y algunos de ellos se han sintetizado de manera exclusiva por los se han sintetizado de manera exclusiva por los organismos vivos. La mayoría de los compuestos organismos vivos. La mayoría de los compuestos orgánicos contribuye a la estructura de las plantas orgánicos contribuye a la estructura de las plantas y de los animales, o se usan en su metabolismo y de los animales, o se usan en su metabolismo ya que todos ellos contienen una reserva de ya que todos ellos contienen una reserva de energía potencial la cual pueden poner a energía potencial la cual pueden poner a disposición en sus reacciones exotérmicas disposición en sus reacciones exotérmicas (exergónicas) y usarlas para perpetuar el trabajo (exergónicas) y usarlas para perpetuar el trabajo en los diferentes sistemas biológicos.en los diferentes sistemas biológicos.

El ciclo de degradación y resíntesis de las El ciclo de degradación y resíntesis de las moléculas, con la liberación o moléculas, con la liberación o almacenamiento de energía, se lleva a almacenamiento de energía, se lleva a cabo de acuerdo con las condiciones del cabo de acuerdo con las condiciones del medio celular. Esto último depende de la medio celular. Esto último depende de la fuente externa para obtención de energía fuente externa para obtención de energía y para el reemplazo de las moléculas que y para el reemplazo de las moléculas que se han desintegrado completamente.se han desintegrado completamente.

Los compuestos del carbono fabricados por los Los compuestos del carbono fabricados por los organismos vivos están divididos en cuatro grandes organismos vivos están divididos en cuatro grandes grupos: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos grupos: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Estos son distintos en sus propiedades físicas nucleicos. Estos son distintos en sus propiedades físicas y químicas, pero los tres primeros son similares y químicas, pero los tres primeros son similares metabólicamente, al menos, en el hecho de que son metabólicamente, al menos, en el hecho de que son fuentes de energía para los organismos. El rompimiento fuentes de energía para los organismos. El rompimiento de las moléculas orgánicas complejas da como de las moléculas orgánicas complejas da como resultado la liberación de energía. Por ejemplo, una resultado la liberación de energía. Por ejemplo, una cadena de seis átomos de carbono puede originar cadena de seis átomos de carbono puede originar residuos de tres átomos de carbono, los cuales a su vez residuos de tres átomos de carbono, los cuales a su vez se pueden utilizar en la síntesis de nuevas moléculas de se pueden utilizar en la síntesis de nuevas moléculas de seis átomos de carbono o aún en moléculas más largas. seis átomos de carbono o aún en moléculas más largas. De esta manera los componentes de las moléculas De esta manera los componentes de las moléculas orgánicas se pueden usar en una gran variedad de orgánicas se pueden usar en una gran variedad de combinaciones en los organismos vivos.combinaciones en los organismos vivos.

CARBOHIDRATOSCARBOHIDRATOS

LÍPIDOSLÍPIDOS

PROTEINASPROTEINAS

ÁCIDOS NUCLEICOSÁCIDOS NUCLEICOS

Interacción entre las Biomoléculas Interacción entre las Biomoléculas y el Agua.y el Agua.

El agua es un disolvente polar. Disuelve El agua es un disolvente polar. Disuelve fácilmente la mayoría de las biomoléculas, fácilmente la mayoría de las biomoléculas, que generalmente son compuestos que generalmente son compuestos cargados o polares; los compuestos que cargados o polares; los compuestos que se disuelven fácilmente en el agua son se disuelven fácilmente en el agua son hidrofílicos y los que no se disuelven son y los que no se disuelven son hidrofóbicos.

EL AGUAEL AGUA

Es el compuesto líquido más importante para los Es el compuesto líquido más importante para los seres vivos. La cantidad de agua varía entre los seres vivos. La cantidad de agua varía entre los diferentes organismos, así por ejemplo en las diferentes organismos, así por ejemplo en las medusas el 95% de su estructura es agua, medusas el 95% de su estructura es agua, mientras que en los tejidos humanos el mientras que en los tejidos humanos el porcentaje de ese compuesto varía desde el porcentaje de ese compuesto varía desde el 20% en los huesos, hasta el 85% en las células 20% en los huesos, hasta el 85% en las células cerebrales. En los seres vivos el agua está en cerebrales. En los seres vivos el agua está en mayor proporción durante el desarrollo mayor proporción durante el desarrollo embrionario y en los estados juveniles; en el embrionario y en los estados juveniles; en el envejecimiento ella disminuye y esto se refleja envejecimiento ella disminuye y esto se refleja en el deterioro de las diferentes actividades en el deterioro de las diferentes actividades metabólicas. metabólicas.

El agua está formada por dos átomos de El agua está formada por dos átomos de hidrógeno débilmente electronegativos unidos a hidrógeno débilmente electronegativos unidos a un átomo de oxígeno fuertemente un átomo de oxígeno fuertemente electronegativo ; por tanto, la molécula de agua electronegativo ; por tanto, la molécula de agua presenta una distribución interna asimétrica de presenta una distribución interna asimétrica de carga que le confiere un carácter polar y carga que le confiere un carácter polar y cohesivo para formar enlaces de hidrógeno con cohesivo para formar enlaces de hidrógeno con otras moléculas polares, así como interactuar otras moléculas polares, así como interactuar con iones cargados positiva o negativamente. con iones cargados positiva o negativamente. Como resultado de estas interacciones, los Como resultado de estas interacciones, los iones y moléculas polares son fácilmente iones y moléculas polares son fácilmente solubles en agua (hidrofílicos). solubles en agua (hidrofílicos).

Las moléculas de agua son fuertemente Las moléculas de agua son fuertemente cohesivas debido a la presencia de puentes de cohesivas debido a la presencia de puentes de hidrógeno entre ellas. Las fuerzas de adhesión hidrógeno entre ellas. Las fuerzas de adhesión explican por qué el agua moja las cosas. explican por qué el agua moja las cosas. Además tiene un alto grado de tensión Además tiene un alto grado de tensión superficial debido a la cohesión de sus superficial debido a la cohesión de sus moléculas. Así las moléculas de agua de la moléculas. Así las moléculas de agua de la superficie libre se agrupan, formando una fuerte superficie libre se agrupan, formando una fuerte capa por la atracción que ejercen sobre ellas capa por la atracción que ejercen sobre ellas otras moléculas de agua situadas por debajo. otras moléculas de agua situadas por debajo. Por otra parte, las fuerzas de adhesión y Por otra parte, las fuerzas de adhesión y cohesión explican la tendencia del agua a cohesión explican la tendencia del agua a ascender por tubos de calibre muy pequeño, ascender por tubos de calibre muy pequeño, fenómeno que recibe el nombre de capilaridad.fenómeno que recibe el nombre de capilaridad.

Figura 1. Molécula de agua Figura 2. Estado sólido y líquido del agua

Dentro de las propiedades del agua, es Dentro de las propiedades del agua, es importante considerar su elevado importante considerar su elevado calor calor específicoespecífico: es decir, la cantidad de energía : es decir, la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura del agua necesaria para elevar la temperatura del agua en un grado centígrado, esta se da como en un grado centígrado, esta se da como resultado de la presencia de puentes de resultado de la presencia de puentes de hidrógeno entre sus moléculas lo cual favorece hidrógeno entre sus moléculas lo cual favorece el hecho de que los océanos, los lagos, las el hecho de que los océanos, los lagos, las plantas y animales terrestres con alto contenido plantas y animales terrestres con alto contenido de agua puedan mantener su temperatura de agua puedan mantener su temperatura relativamente constante.relativamente constante.

Mientras que la mayoría de las sustancias se Mientras que la mayoría de las sustancias se hacen más densas al disminuir su temperatura, el hacen más densas al disminuir su temperatura, el agua tiene una densidad máxima a los 4ºC y agua tiene una densidad máxima a los 4ºC y comienza a expandirse conforme disminuye su comienza a expandirse conforme disminuye su temperatura, esto se debe a que los puentes de temperatura, esto se debe a que los puentes de hidrógeno se vuelven más rígidos y ordenados. hidrógeno se vuelven más rígidos y ordenados. Como consecuencia el agua congelada (hielo) Como consecuencia el agua congelada (hielo) flota sobre el agua fría, que es más densa. Es de flota sobre el agua fría, que es más densa. Es de anotar que la expansión del agua sucede antes del anotar que la expansión del agua sucede antes del congelamiento, razón por la cual las masas de congelamiento, razón por la cual las masas de agua se congelan de arriba hacia abajo y permiten agua se congelan de arriba hacia abajo y permiten continuar la vida a los organismos que habitan en continuar la vida a los organismos que habitan en ella cuando el ambiente se enfría notablemente.ella cuando el ambiente se enfría notablemente.

Como las moléculas de agua se mantienen juntas Como las moléculas de agua se mantienen juntas por puentes de hidrógeno, el agua tiene elevado por puentes de hidrógeno, el agua tiene elevado calor de vaporización, de tal manera que para calor de vaporización, de tal manera que para convertir un gramo de agua en un gramo de convertir un gramo de agua en un gramo de vapor se necesitan más de 500 calorías. Debido vapor se necesitan más de 500 calorías. Debido a que el agua absorbe calor al cambiar de su a que el agua absorbe calor al cambiar de su estado líquido a gas, el cuerpo humano disipa el estado líquido a gas, el cuerpo humano disipa el exceso de calor mediante la evaporación del exceso de calor mediante la evaporación del sudor y las hojas de las plantas se mantienen sudor y las hojas de las plantas se mantienen frescas a los rayos del sol por la evaporación del frescas a los rayos del sol por la evaporación del agua en su superficie. La elevada conductividad agua en su superficie. La elevada conductividad calorífica del agua hace posible la distribución calorífica del agua hace posible la distribución uniforme del calor en todo el cuerpo.uniforme del calor en todo el cuerpo.

El agua disuelve las biomoléculas El agua disuelve las biomoléculas cargadas, compuestos con grupos cargadas, compuestos con grupos funcionales tales como los ácidos funcionales tales como los ácidos carboxílicos ionizados (-COO-), las carboxílicos ionizados (-COO-), las aminas protonadas (-NH3+) y los ésteres aminas protonadas (-NH3+) y los ésteres o anhídridos fosfóricos. El agua disuelve o anhídridos fosfóricos. El agua disuelve fácilmente este tipo de compuestos fácilmente este tipo de compuestos reemplazando puentes de hidrógeno reemplazando puentes de hidrógeno soluto-soluto por puentes de hidrógeno soluto-soluto por puentes de hidrógeno soluto-agua, apantallando así las soluto-agua, apantallando así las interacciones electrostáticas entre interacciones electrostáticas entre moléculas de soluto.moléculas de soluto.

Gracias !Gracias !