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.