LA QUMICA CELULARLAS MOLCULAS DE LOS SERES VIVOS

EL AGUA

El aguaEs la ms abundante de las molculas que conforman los seres vivos.Constituye entre el 50 y el 95% del peso de cualquier sistema vivo.La vida comenz en el agua, y en la actualidad, dondequiera que haya agua lquida, hay vida.

El aguaCubre las tres cuartas partes de la superficie de la Tierra.Pero, el agua no es en absoluto un lquido ordinario, es en realidad, bastante extraordinaria.Si no lo fuera, es improbable que alguna vez pudiese haber evolucionado la vida sobre la Tierra.

La estructura del aguaCada molcula de agua est constituida por dos tomos de hidrgeno (H) y un tomo de oxgeno (O).Cada uno de los tomos de hidrgeno est unido a un tomo de oxgeno por un enlace covalente.El nico electrn de cada tomo de hidrgeno es compartido con el tomo de oxgeno, que tambin contribuye con un electrn a cada enlace.

La estructura del aguaLa molcula de agua, en conjunto, posee carga neutra y tiene igual nmero de electrones y protones.Sin embargo, es una molcula polar.El ncleo de oxgeno arrastra electrones fuera del ncleo de hidrgeno, dejando a estos ncleos con una pequea carga positiva neta.El exceso de densidad de electrones en el tomo de oxgeno crea regiones dbilmente negativas en los otros dos vrtices de un tetraedro imaginario.

La estructura del aguaCuando una regin de carga parcial positiva de una molcula de agua se aproxima a una regin de carga parcial negativa de otra molcula de agua, la fuerza de atraccin forma entre ellas un enlace que se conoce como puente de hidrgeno.Un puente de H puede formarse solamente entre cualquier tomo de H que est unido covalentemente a un tomo que posee fuerte atraccin por los electrones (generalmente el O o el N) y un tomo de O o N de otra molcula.

Puentes de hidrgenoEn el agua, los puentes de hidrgeno se forman entre un vrtice negativo de la molcula de agua con el vrtice positivo de otra.Cada molcula de agua puede establecer puentes de hidrgeno con otras cuatro molculas de agua.Un puente de H es ms dbil que un enlace covalente o uno inico, pero, en conjunto tienen una fuerza considerable y hacen que las molculas se aferren estrechamente.

Tensin superficialEs una consecuencia de la cohesin o la atraccin mutua, de las molculas de agua. Considere el goteo de agua e insectos caminando sobre un estanque.La cohesin es la unin de molculas de la misma sustancia.La adhesin es la unin de molculas de sustancias distintas.

Accin capilar e imbibicinLa accin capilar o capilaridad es la combinacin de la cohesin y la adhesin que hacen que el agua ascienda entre dos lminas, por tubos muy finos, en un papel secante, o que atraviese lentamente los pequeos espacios entre las partculas del suelo.

Accin capilar e imbibicinLa imbibicin o absorcin, es la penetracin capilar de molculas de agua en sustancias tales como la madera o la gelatina que, como resultado de ello, se hinchan (germinacin de semillas).

Resistencia a los cambios de temperaturaLa cantidad de calor que requiere una cantidad dada de sustancia para que se produzca un aumento dado de temperatura, es su calor especfico.Una calora se define como la cantidad de calor que elevar en 1C la temperatura de un gramo (1 mL o 1 cm3) de agua.El calor especfico del agua es aprox. el doble que el del aceite o del alcohol, 4 veces el del aire o del aluminio y diez veces el del acero. Slo el amonaco lquido tiene un calor especfico ms alto.

Resistencia a los cambios de temperaturaEl calor es una forma de energa, la energa cintica, o energa de movimiento, de las molculas.El calor que se mide en caloras, refleja la energa cintica total de un grupo de molculas; incluye tanto la magnitud de los movimientos moleculares como la masa y la cantidad de molculas en movimiento.La temperatura, que se mide en grados, refleja la energa cintica promedio de las molculas.Ej: lago - ave

Resistencia a los cambios de temperaturaEl alto calor especfico del agua es una consecuencia de los puentes de hidrgeno.Estos tienden a restringir el movimiento de las molculas.Para que la energa cintica de las molculas de agua aumente suficientemente como para elevar la temperatura de sta en un grado centgrado, primero es necesario romper cierto nmero de sus puentes de hidrgeno.

Resistencia a los cambios de temperaturaEl alto calor especfico del agua significa que para una tasa dada de ingreso de calor, la temperatura del agua aumentar ms lentamente que la temperatura de casi cualquier otro material. As mismo, la temperatura caer ms lentamente cuando se elimina calor. Esta constancia de la temperatura es crtica, porque las reacciones qumicas biolgicamente importantes tiene lugar slo dentro de un intervalo estrecho de temperatura.

VaporizacinEs el cambio de lquido a gas.El agua tiene un alto calor de vaporizacin.En su punto de ebullicin (100 C 1 atm), se necesitan 540 caloras para convertir un gramo de agua lquida en vapor, casi 60 veces ms que para el ter y casi el doble que para el amonaco.Para que una molcula de agua se evapore, deben romperse los puentes de H. Esto requiere energa trmica.As, la evaporacin tiene un efecto refrigerante y es uno de los principales medios por los cuales los organismos descargan el exceso de calor y estabilizan sus temperaturas.

CongelamientoLa densidad del agua aumenta a medida que la temperatura cae, hasta que se acerca a los 4C. Luego, las molculas de agua se aproximan tanto y se mueven tan lentamente que cada una de ellas puede formar puentes de H simultneamente con otras cuatro molculas.Sin embargo, cuando la temperatura cae por debajo de los 4C, las molculas deben separarse ligeramente para mantener el mximo nmero de puentes de hidrgeno en una estructura estable.

CongelamientoA 0C, el punto de congelacin del agua, se crea un retculo abierto, que es la estructura ms estable de un cristal de hielo.As, el agua en estado slido ocupa ms volumen que el agua en estado lquido.El hielo es menos denso que el agua lquida y, por lo tanto, flota en ella.

Si el agua siguiera contrayndose mientras se congela, el hielo sera ms pesado que el agua lquida.Los lagos y los estanques y otras masas de agua se congelaran desde el fondo hacia la superficie.Una vez que el hielo comenzara a acumularse en el fondo, tendera a no fundirse, estacin tras estacin.Finalmente, toda la masa de agua se solidificara y toda la vida que albergara sera destruida.Congelamiento

CongelamientoPor el contrario, la capa de hielo flotante que se forma realmente tiende a proteger a los organismos acuticos, manteniendo la temperatura del agua en el punto de congelacin o por encima de l.

El punto de fusin del agua es 0C.Para hacer la transicin de slido a lquido, el agua requiere 79,7 caloras por gramo (calor de fusin). A medida que el hielo se funde, extrae esta misma cantidad de calor de sus alrededores, enfriando el medio circundante.A la inversa, a medida que el agua se congela, libera la misma cantidad de calor a sus alrededores.

El agua como solventeDentro de los sistemas vivos, muchas sustancias se encuentran en solucin acuosa.Una solucin es una mezcla uniforme de molculas de dos o ms sustancias (solvente y solutos).La polaridad de las molculas de agua es la responsable de la capacidad solvente del agua.Las molculas polares de agua tienden a separar sustancias inicas, como el ClNa.

El agua como solventeMuchas de las molculas unidas covalentemente que son importantes en sistemas vivos (glucosa), tienen regiones de carga parcial + o -.Las molculas polares que se disuelven rpidamente en agua se llaman hidroflicas.Molculas que carecen de regiones polares (grasas), tienden a ser muy insolubles en agua.Dichas molculas se dice que son hidrofbicas.

EL PAPEL CENTRAL DEL CARBONO

Molculas biolgicas u orgnicasEn qumica el trmino orgnico describe las molculas que tienen un esqueleto de carbono y que adems contienen algunos tomos de hidrgeno.Se deriva de la capacidad de los organismos vivos de sintetizar y usar esas molculas.Entre las molculas inorgnicas estn el dixido de carbono y todas las molculas que no tienen carbono, como el agua.

Por qu es importante el carbono en las molculas biolgicas?Un tomo de carbono tiene 4 electrones en su capa ms externa, en la cual caben 8.Por ello se estabiliza compartiendo 4 electrones con otros tomos para formar hasta 4 enlaces covalentes sencillos o un nmero menor de enlaces covalentes dobles o triples.Las molculas que tienen muchos tomos de carbono pueden asumir formas complejas como cadenas, ramificaciones y anillos, lo cual da pie a una extraordinaria diversidad de molculas.

Grupos funcionalesA la columna vertebral de carbono se unen grupos de tomos, llamados grupos funcionales, que determinan las caractersticas y la reactividad qumica de las molculas:Hidrgeno-HHidroxilo-OHCarboxilo-COOHAmino-NH2Fosfato-H2PO4Metilo-CH3

CarbohidratosNormalmente contienen carbono, oxgeno e hidrgeno y tienen la frmula aproximada (CH2O)n.Monosacridos: azcar simple:Glucosa: importante fuente de energa para las clulas; subunidad con la que se hacen casi todos los polisacridos.Disacridos: dos monosacridos enlazados:Sacarosa: principal azcar transportado dentro del cuerpo de las plantas terrestres.

CarbohidratosPolisacridos: muchos monosacridos (normalmente glucosa) enlazados:Almidn, glucgeno, celulosa: almacn de energa en plantas, animales y material estructural de plantas, respectivamente.

LpidosContienen una proporcin elevada de carbono e hidrgeno, suelen ser no polares e insolubles en agua.Triglicridos: 3 cidos grasos unidos a un glicerol:Aceite, grasa: almacn de energa en animales y algunas plantas.Ceras: nmero variable de cidos grasos unidos a un alcohol de cadena larga.Cubierta impermeable de las hojas y tallos de plantas terrestres.Fosfolpidos: grupo fosfato polar y dos cidos grasos unidos a glicerol:Fosfatidilcolina: componente comn de las membranas celulares.

LpidosEsteroides: cuatro anillos fusionados de tomos de carbono, con grupos funcionales unidos:Colesterol: componente comn de las membranas de las clulas eucariotas; precursor de otros esteroides como testosterona, sales biliares.

ProtenasCadenas de aminocidos; contienen C, H, O, N y S.

Protenas

Estructurales (Queratina en pelo, uas y cuernos).Movimiento (Actina y Miosina en los msculos).Transporte (Hemoglobina de la sangre).Defensa (Anticuerpos en el torrente sanguneo)Almacenamiento (Albmina de la clara de huevo).Seales (Hormona del crecimiento en el torrente sanguneo).Catlisis (Enzimas que catalizan casi todas las reacciones qumicas en las clulas) (Amilasa, ATP sintetasa).Protenas

Protenas

cidos NucleicosFormados por subunidades llamadas nucletidos; pueden ser un solo nucletido o una cadena larga de nucletidos.

cidos NucleicosNucletidos individuales:Trifosfato de adenosina (ATP): principal molcula portadora de energa a corto plazo en las clulas.Monofosfato de adenosina cclico (AMP cclico): mensajero intracelular.

cidos Nucleicoscidos nucleicos de cadena larga:cido desoxirribonucleico (ADN): material gentico de todas las clulas vivas. cido ribonucleico (ARN): material gentico de algunos virus; transfiere la informacin gentica del ADN a las protenas.

***************************************