Moléculas de la vida

• Las actividades de las células se derivan directamente de la actividad de las moléculas que las constituyen. Es imposible entender las funciones de las células sin un conocimiento adecuado de la estructura y las propiedades de los principales tipos de moléculas que forman parte de ellas

• Uno de los objetivos de este tema es suministrar la información esencial acerca de los aspectos químicos de la materia para poder comprender las bases de la vida. Una breve exposición de las bases atómicas y moleculares de los seres vivos resulta una necesidad para poder comprender los siguientes niveles de organización de la materia viva. 

• Las bacterias, las levaduras los hongos, los gatos, los perros, los monos, los elefantes, en fin todos los seres vivos tienen una gran similitud en su composición elemental

Biomoléculas• Las biomoléculas son las moléculas orgánicas que

forman parte de los seres vivos, con diversos grados de complejidad, desde muy simples hasta muy complejas. Una característica esencial de las biomoléculas orgánicas es su gran diversidad, a pesar de tener es su composición un número relativamente pequeño de elementos químicos (más frecuentes C, H, 0, N, y otros dos en menor proporción, el P y el S). Estos elementos químicos integran la mayoría de los compuestos orgánicos al unirse entre sí mediante uniones que se estudiarán a continuación.

A) El enlace covalente 

•Los átomos que constituyen una molécula se mantienen unidos por enlaces covalentes. Este tipo de enlace se genera cuando dos pares de átomos que se unen comparten pares de electrones. Las biomoléculas deben su estabilidad a los enlaces covalentes que mantienen los átomos adyacentes unidos. Pero además, muchos de los procesos biológicos que ocurren en la célula viva se producen por ruptura o formación de algunos de estos enlaces covalentes. 

• Como resultado de la formación de enlaces covalentes entre los átomos surgen los grupos funcionales que caracterizan a familias de sustancias. A continuación se estudiarán las agrupaciones atómicas más frecuentes encontradas en las biomoléculas y que se denominan grupos funcionales 

Grupo funcional Represent. Principales propiedades

Hidroxilo -OH

Grupo funcional característico de los alcoholes. En forma abreviada R-OH. Puede aparecer en otras biomoléculas diferentes de los alcoholes.

Carbonilo

.C=O

Si la función carbonilo se encuentra en un carbono primario es un aldehído R-CHO; si en carbono secundario (carbono unido a otros 2 carbonos) el compuesto es una cetona (R-CO-R’).

Carboxilo  

-COOH.

Grupo que caracteriza a los ácidos orgánicos. Este grupo le confiere carácter ácido a las biomoléculas que lo poseen al disociarse. R-COOH <>R-COO-+H+

Amino - NH2

Se comporta este grupo corno una base, aceptando con facilidad H+ del medio. R-NH2 + H+<-> R-NH3+ Amida -CONH2. El grupo hidroxilo de los ácidos carboxílicos es desplazado por un amino.

Sulfhídrilo -SH

Se conoce también como tiol. Dos grupos sulfhidrilo pueden reaccionar entre sí ara formar un enlace disulfuro, frecuente en las proteínas.

• Agrupaciones atómicas derivadas. Los grupos funcionales son capaces de reaccionar entre sí y originar nuevas agrupaciones atómicas, las cuales tienen mayor complejidad. Algunas biomoléculas presentan estos tipos de agrupaciones: 

• HEMIACETALES: En su formación se produce una reorganización de los átomos. A estos pertenecen por ejemplo las formas cíclicas de los monosacáridos

• ACETALES: Se forman al reaccionar el -OH con hemiacetales y con otro -OH. El hidróxido de hemiacetal puede reaccionar con un amino (NH2) y formar un enlace N-acetal que une a las bases nitrógenadas.

• ÉSTERES: Se forman al reaccionar un ácido con un alcohol, perdiendo una molécula

• -Ester carboxílico: formado por un grupo COOH y un OH• -Ester fosfórico: Se forma al reaccionar un ácido fosfórico con un

alcohol. Puede reaccionar con otro OH para formar un enlace fosfodiéster

• TIOESTER: Se forma cuando reacciona un COOH con un SH. Algunas son compuestos importantes del metabolismo celular. Al hidrolizarse libera gran cantidad de energía.

• AMIDAS: Se forman al reaccionar un COOH con un NH2. permite la unión de los AA para formar péptidos y proteínas.

• ANHÍDRIDO DE ÁCIDO: Es una ácido que se forma cuando reaccionan 2 ácidos (iguales o diferentes) con pérdida de una molécula de agua. Participan en la conservación y liberación de la energía química de la célula.

• MULTIFUNCIONALIDAD: Resulta del hecho de que en una misma molécula se pueden encontrar varios grupos funcionales, en ocasiones iguales o diferentes; como en el caso de los monosacáridos, nucleótidos, aminoácidos y ácidos grasos.

• POLARIDAD DEL ENLACE COVALENTE: En las moléculas formadas por átomos iguales unidos a grupos similares los electrones se comparten de manera simétrica; pero en moléculas con átomos iguales unidos a grupos diferentes, el comportamiento del electrón es desigual, por lo que el par electrónico es desigual y un átomo el más electronegativo atrae al par electrónico más que el otro; siendo así primero negativo y luego positivo.

B) Las interacciones débiles.

• Las interacciones débiles o no covalentes que se establecen entre las biomoléculas desempeñan un papel importante en numerosos fenómenos de la materia viva.

• INTERACCION ELECTROSTÁTICA O UNIÓN SALINA: Las sales se obtienen por reacción de los ácidos con los metales, las bases u otras sales, y por reacción de dos sales que intercambian sus iones. (cationes de las bases y los aniones de los ácidos)

• LEY DE COULOMB: La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

• PUENTE DE HIDRÓGENO: Se produce un enlace de hidrógeno o puente de hidrógeno (correctamente llamado enlace por puente de hidrógeno) cuando un átomo de hidrógeno se encuentra entre dos átomos más electronegativos, estableciendo un vínculo entre ellos. El átomo de hidrógeno tiene una carga parcial positiva, por lo que atrae a la densidad electrónica de un átomo cercano en el espacio.

• El enlace de hidrógeno es poco energético frente al enlace covalente corriente, pero su consideración es fundamental para la explicación de procesos como la solventación o el plegamiento de proteínas.

AGUA• …El agua es el componente principal de la materia

viva. Constituye del 50 al 90% de la masa de los organismos vivos.

• …El agua actúa como disolvente transportando, combinando y descomponiendo químicamente esas sustancias.

• …El agua desempeña también un papel importante en la descomposición metabólica de moléculas tan esenciales como las proteínas y los carbohidratos. Este proceso, llamado hidrólisis, se produce continuamente en las células vivas.

• …El agua pura es un líquido inodoro e insípido. Tiene un matiz azul, que sólo puede detectarse en capas de gran profundidad.

• …A la presión atmosférica (760 mm de mercurio), el punto de congelación del agua es de 0 °C y su punto de ebullición de 100 °C.

• …Puesto que todas las sustancias son de alguna manera solubles en agua, se le conoce frecuentemente como el disolvente universal.

LAS MOLÉCULAS: LA BASE DE LA VIDA

• Los seres vivos están compuestos por una inmensa cantidad de moléculas orgánicas, cuya característica principal es que su «esqueleto» está formado por carbono (C). A este elemento se le unen otros, como el hidrógeno (H), el oxígeno (O), el nitrógeno (N), el azufre (S) y el fósforo (P). Con esta enorme cantidad y variedad de moléculas orgánicas, los organismos construyen sus estructuras y de ellas también obtienen la energía para llevar a cabo sus actividades vitales. Existen cuatro tipos de moléculas orgánicas que constituyen los seres vivos: los ácidos nucleicos, los hidratos de carbono, los lípidos y las proteínas.