Objetivo Fundamental:
Caracterizar
los principales componentes orgánicos e inorgánicos de la célula.
Concepto: la química de los organismos vivos es la
química de los compuestos que contienen carbono o sea, los compuestos
orgánicos.
Moléculas orgánicas son todas las moléculas
que contienen C.
Una sola célula bacteriana puede tener más de cinco
mil clases de moléculas. Una célula animal doble Compuestas de C H N O P S.
Se ha dicho que es suficiente reconocer cerca de 28
a 30 moléculas para tener un conocimiento que permita trabajar con la
bioquímica de las células.
·
Dos de esas
moléculas son los azúcares glucosa y ribosa;
·
Un lípido;
·
Veinte, aminoácidos
biológicamente importantes; y
·
Cinco bases
nitrogenadas, moléculas que contienen nitrógeno y son constituyentes claves de
los nucleótidos.
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. Sin embargo,
muchas de sus propiedades específicas dependen de grupos funcionales. Una característica
general de todos los compuestos orgánicos es que liberan energía cuando se
oxidan.
Las moléculas que forman los Seres
vivos pueden clasificarse en:
Inorgánicas: agua, sales minerales y
algunos gases.
Orgánicas: Hidratos de carbono, Lípidos,
Proteínas y Ácidos nucleicos.
Todas estas biomoléculas están
organizadas en unas unidades superiores que son las células. Una célula es un
recipiente, un recinto cerrado en cuyo interior se realizan las secuencias de
reacciones químicas necesarias para la vida.
Una célula es un sistema capaz de
mantener la concentración de algunas sustancias lo suficientemente alta como
para que puedan producirse los procesos químicos que hacen posible que una
célula realice todas sus funciones vitales. Por ello las células están rodeadas
de membranas que retienen, o concentran de forma selectiva algunos compuestos
químicos.
BIOMOLÉCULAS:
EL AGUA:
La vida, tal como la conocemos, tiene
lugar en disolución acuosa. El agua es tan familiar que la consideramos generalmente
como un fluido más bien poco activo de carácter simple. Se trata, sin embargo,
de un líquido activo químicamente con propiedades físicas tan extraordinarias
que si los químicos la hubiesen descubierto en épocas recientes, la habrían
clasificado como una sustancia exótica.
Las propiedades del agua tienen un
significado biológico profundo. Las estructuras de las moléculas en las que se
basa la vida, las proteínas, los ácidos nucleicos, las membranas lipídicas y
los hidratos de carbono complejos, son la consecuencia directa de sus
interacciones con las moléculas de agua.
Átomos: 2 atomos de H, y uno de O
HIDRATOS DE CARBONO o CARBOHIDRATOS
Los carbohidratos o sacáridos
(griego: Sakcharón, azúcar) son componentes esenciales de los organismos vivos
y son, de hecho, la clase más abundante de las moléculas biológicas, además
constituyen las principales moléculas de reserva energética que se encuentran
en casi todos los seres vivos.
Componentes: monosacáridos (azúcar
sencillo) con átomos: C, O, H
Para los sistemas vivos. Los más simples son
Los monosacáridos ("azúcares simples"). (p.ej. glucosa, fructosa, galactosa)
Los monosacáridos pueden combinarse para formar disacáridos
("dos azúcares") como la lactosa componente de la leche. (p.ej. maltosa (glu-glu), sacarosa (glu-fru), lactosa (glu-gal))
Polisacáridos (cadenas de muchos monosacáridos). (p.ej. almidón (amilosa), glicógeno (almidón
animal), celulosa
Funciones:
Productor de energía: como azúcar y
almidón (=reserva)
Estructural: pared de células
vegetales (celulosa)
Reservorio de energía (Hígado y
músculo) de uso rápido en organismos animales, incluyendo al hombre (glicógeno)
Glucosa un monosacárido
celulosa un polisacárido
LÍPIDOS:
Son moléculas hidrofóbicas que, como los
carbohidratos, almacenan energía y son importantes componentes estructurales.
Incluyen las grasas y los aceites, los fosfolípidos, los glucolípidos, las
ceras, y el colesterol y otros esteroides.
Se trata de un grupo de sustancias
que tienen en común el no ser solubles en agua, por lo que forman agregados:
Bicapa en membranas y gotas en el citoplasma pero sí son solubles en
disolventes orgánicos apolares (benceno, acetona...), tienen un tacto untuoso y
manchar el papel de forma característica.
Componentes:
Glicerina (Alcohol terciario)
Ácidos grasos (3 unidades)
Átomos: C, O, H, contienen menos
oxígeno en relación al H y C, comparado con los azúcares.
Se presentan como: Grasas y aceites
Funciones:
Productor de energía y reserva de
energía como grasa y aceite, ( de uso más lento que los carbohidratos)
Estructural: membranas celulares
forman una Bicapa (fosfolípidos) impermeable a sustancias solubles en agua.
Térmica: aislante térmico.
También importante: Algunos ácidos
grasos no pueden ser sintetizados por el cuerpo humano y deben ser ingeridos
con el alimento. (Ácidos grasos esenciales). Ya que algunas vitaminas son
solubles en grasa y solo pueden ser ingeridas con la grasa, no es posible
evitar del todo la ingestión de grasa.
Glicerol
fosfatidilcolina un fosfolípido
PROTEÍNAS:
Son moléculas muy grandes compuestas de cadenas
largas de aminoácidos, conocidas como cadenas polipeptídicas. A partir de sólo
veinte aminoácidos diferentes usados para hacer proteínas se puede sintetizar
una inmensa variedad de diferentes tipos de moléculas proteínicas, cada una de
las cuales cumple una función altamente específica en los sistemas vivos. Son sustancias que componen las estructuras celulares y las herramientas
que hacen posible las reacciones químicas del metabolismo celular.
Componentes: Aminoácidos (20
variedades distintas)
Átomos: C, O, H, N, S
Se presentan como:
Dipéptidos, (conformados por 2
aminoácidos)
Oligopéptidos (más de 10 aminoácidos)
y
Proteínas (más de 100 aminoácidos)
Funciones:
Estructural: por ejemplo en la
musculatura, en el tejido conjuntivo, en las membranas celulares.
Enzimática (biocatalizadores) en
todos los procesos metabólicos.
Defensa: Inmunoglobulinas (por
ejemplo en el combate de infecciones) = anticuerpos.
Hormonal: (sustancias mensajeras).
Receptora: detección de estímulos en
la superficie celular.
Glicina un aminoácido
ubiquitina
una proteína
ÁCIDOS NUCLEICOS:
Una característica esencial de los
seres vivos es su capacidad para reproducirse. Para ello cada individuo debe
contener una descripción completa de sí mismo, que además ha de ser capaz de
transmitir a sus descendientes para que ellos puedan construir otro individuo
con esas características. A nivel celular, una célula ha de disponer de esas
instrucciones para construir una réplica idéntica de sí misma. En una célula,
esa información se encuentra en el ácido desoxirribonucleico (ADN). El ADN
tiene la particularidad de que posee información también para hacer copias de
sí mismo. Para que la información contenida en el ADN se pueda expresar hace falta otra
sustancia que es el ácido ribonucleico (ARN).
Son moléculas complejas formadas por un grupo
fosfato, un azúcar de cinco carbonos y una base nitrogenada. Son los bloques
estructurales de los ácidos desoxirribonucleico (DNA) y ribonucleico (RNA), que
transmiten y traducen la información genética. Los nucleótidos también desempeñan
papeles centrales en los intercambios de energía que acompañan a las reacciones
químicas dentro de los sistemas vivos.
El principal portador de energía en la mayoría de
las reacciones químicas que ocurren dentro de las células es un nucleótido que
lleva tres fosfatos, el ATP.
Constituidos por:
Nucleótidos (compuestos de fosfato,
ribosa o desoxirribosa [azúcar] y base nitrogenada [Base púrica o pirimídica]
Átomos: C, O, N, H, P
Se presentan como:
Ácido desoxirribonucleico, ADN, ADN
con las bases adenina, timina, citosina, guanina, siempre de doble cadena en el
núcleo celular
Ácido ribonucleico ARN, ARN con las
bases adenina, uracilo, citosina y guanina, de cadena sencilla, solo
excepcionalmente de doble cadena; como ARN-mensajero en el núcleo celular y
citoplasma, como ARN-de transferencia en el citoplasma, como ARN-ribosomal en
el citoplasma
Funciones:
Almacenamiento de la información
hereditaria, ADN
Síntesis proteica: ARN- mensajero,
ARN-de transferencia, ARN-ribosomal
Comparación:
ADN: desoxirribosa, timina, doble
cadena
ARN: ribosa, uracilo en lugar de
timina cadena sencilla.
Doble cadena de ADN
PAPEL CENTRAL DEL CARBONO
Puede formar 4 enlaces covalentes con cuatro átomos
diferentes y entre si Una molécula orgánica deriva su configuración final de la
disposición de sus átomos de C, esqueleto. De la configuración depende las
propiedades y función dentro de los sistemas vivos.
Hidrocarburos, compuestos formados solo por C e H,
estructuralmente son el tipo más simple de moléculas orgánicas Derivan de los
restos de organismos que murieron hace millones de años. Son de poca
importancia en organismos vivos, pero de estos sale gasolina, etc.
Grupos funcionales
Determinan las propiedades químicas de las
moléculas orgánicas Unidos al esqueleto de C, reemplazando a uno o más de los H
presentes en el hidrocarburo.
Ejm. Grupo –OH (hidroxilo). Cuando un H y un O se
unen covalentemente, un e exterior del O sobra, queda no apareado, no
compartido, puede entonces ser compartido con un electrón exterior que, de modo
semejante, quedo disponible en una átomo de C, formando así un enlace covalente
con el C.
Conocer los grupos funcionales facilita reconocer
moléculas particulares y predecir sus propiedades.
Ej. Grupo carboxilo –COOH, propiedades de ácido
Alcoholes, con sus grupos hidroxilos polares,
tienden a ser solubles en agua Metilo, grupos funcionales no polares,
insolubles en agua.
Aldehído asociados con olores y sabores acres.
Formaldehido. Mayoría de grupos funcionales son polares y confieren solubilidad
en agua.
ISÓMEROS Y ACTIVIDAD BIOLÓGICA
Isómeros son compuestos cuya fórmula química es
igual, pero diferente en disposición de átomos Isómeros estructurales: igual forma
molecular, pero diferente forma de unión entre átomos.
Estos difieren en sus propiedades químicas.
Isómeros ópticos o enantiómeros: moléculas idénticas excepto en su geometría
tridimensional, “espejo”.
Todos los aa se presentan en dos formas, los dos
isómeros ópticos, llamados forma L y forma D. Solo los aa L se encuentran
comunmente en las proteínas de los seres vivos
EL FACTOR ENERGÉTICO
Los Enlaces covalentes que se encuentran comúnmente
en las moléculas orgánicas, son enlaces fuertes y estables, sus electrones se
mueven alrededor de dos o más núcleos atómicos. Estos enlaces pueden romperse
por fuentes de energía, kilocalorías, y después pueden volver a formar la misma
molécula o una diferente, lo cual depende de varios factores: la temperatura,
la presión y los átomos que estén disponibles.
Dependiendo de las fuerzas relativas de los enlaces
rotos y de los formados se liberará o se obtendrá energía del medio
circundante. Los seres vivos utilizan enzimas para minimizar el uso de energía.
