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Capitulo 1: La química de la vida

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Capitulo 21

Capitulo 22

Capitulo 23 

Capitulo 24 

Capitulo 25 

Capitulo 26 

Capitulo Ecologia y Energia 

Capitulo Ecologia y Humano

Capitulo Ecología Población y Comunidad  

Capitulo Ecología Hormonas Vegetales 

Capitulo Evolución 

Capitulo Evolución de los Primates

 

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La biología es inseparable de las otras ciencias, entre ellas la química, ya que la célula es inseparable de las moléculas porque de la misma  manera que las células son los bloques con que se edifican los organismos, las moléculas son los bloques de edificación de las células.

 

Las principales macromoléculas de la célula tales como  hidratos de carbono, lípidos, proteínas  y ácidos nucleicos son sintetizadas a partir de pequeñas moléculas.

1.         ÁTOMOS Y  MOLÉCULAS

El átomo se caracteriza porque tiene un núcleo formado por protones, es decir, partículas que poseen carga positiva y neutrones, o sea, que no poseen carga, alrededor del núcleo gira una nube de electrones, que tienen carga negativa.

 

Los electrones se organizan en capas alrededor del núcleo. Los electrones pueden absorber energía, lo cual les permite pasar a capas más alejadas del núcleo, a éste fenómeno se le llama excitación. Al regresar a su nivel de energía original, liberan energía.

 

Los átomos pueden llegar a interactuar entre si mediante enlaces, como por ejemplo:

 

Enlace covalente: Se forma cuando dos átomos comparten uno o más pares de electrones. Este tipo de enlace es importante en los seres vivos porque da estabilidad a las moléculas biológicas.

 

Enlace iónico: éstos se forman por la atracción mutua de partículas de carga eléctrica opuestas; dichas partículas se forman cuando un electrón salta de un átomo a otro, de esta manera los átomos quedan cargados denominándose iones. Los iones de carga positiva se conocen como cationes; y los de carga negativa, como aniones.

 

Enlaces de Hidrógeno o Puentes de Hidrogeno: Un átomo de hidrógeno es compartido por dos átomos, ambos electronegativos, como el O2 y el N2.

 

Las interacciones entre los átomos y moléculas se realizan a través de  reacciones químicas, que simplemente son intercambios de electrones entre átomos o moléculas para formar nuevos productos, a partir de reactantes.

 

 

Son reacciones químicas importantes las oxidaciones y las  reducciones, por esta causa debemos recordar que un átomo o molécula se oxida al perder electrones y se reduce al ganar electrones. De esta forma, para que un átomo o molécula se oxide, otra debe quitarle los electrones, es decir, debe reducirse.

 

Otras reacciones importantes son la hidrólisis que es la ruptura de un enlace covalente  por acción de una  molécula de agua donde se incorporan sus partes (iones H+ y OH-). 

 

Como antagonista de esta historia encontramos a la condensación, en la que se pierde agua.           

 

  

 

Cuando los átomos se asocian para formar moléculas estas se pueden ser de varios tipos, las que a nosotros nos interesan son las Biomoléculas, que son las moléculas que forman la materia viva, estas pueden ser inorgánicas u orgánicas, y de ellas hablaremos ahora

 

 

BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS

Son aquellas moléculas que los organismos no podemos sintetizar y debemos obtener del medio ambiente y que además no presentan carbono en su estructura. Las biomoléculas inorgánicas que debes recordar son:

 

EL AGUA: Esta molécula está formada por un átomo de oxígeno, unido covalentemente a dos átomos de hidrógeno. Cada molécula de agua es polar y se siente fuertemente atraída por otra molécula de agua, fuerza de atracción que es conocida como cohesión.

 

La composición y estructura de las moléculas de agua se manifiesta en las siguientes propiedades:


Alta Tensión Superficial, se presenta debido a la gran cohesión que existe entre las moléculas de agua en una superficie.

 

Alto Calor Específico, es la capacidad del agua de retener altas cantidades de energía calórica. Esto ocurre debido a que los numerosos puentes de hidrógeno que se establecen entre sus moléculas limitan el movimiento de éstas y retardan el incremento de la agitación térmica.

 
Solvente Universal, debido a que el agua es una molécula polar, es capaz de separar un gran número de moléculas cargadas, haciendo que se disuelvan en ella.

 

Tendencia a ionizarse, el agua tiene una leve tendencia a ionizarse, es decir, uno de los átomos de hidrógeno se  separa  de su molécula para combinarse con otra molécula de agua. Sin embargo las concentraciones de protones e hidroxilos, en el agua pura son iguales, por ello se dice que el agua es neutra (ni ácida ni básica).

 

SALES MINERALES: A pesar de constituir una pequeña fracción de la masa de los seres vivos, cumplen  funciones fundamentales, como por ejemplo:

 

Sodio (Na+): participa en la conducción del impulso nervioso y tiene un gran potencial osmótico, esto significa, una gran capacidad para arrastrar agua tras el. Por esto el sodio es importante en la dieta, ya que sin el la información nerviosa no se transmite. Pero su exceso se va al torrente sanguíneo atrayendo mucha agua a los vasos sanguíneos, por lo que aumenta el volumen sanguíneo y con esto inmediatamente aumenta la presión, por eso a los hipertensos se le quita la sal, porque tiene sodio.

 

Calcio (Ca2+): forma parte de la estructura de huesos, la estructura de los dientes, participa en la contracción muscular, participa de la coagulación de la sangre y en la comunicación entre células nerviosas. Obviamente el calcio no puede faltar en la dieta y por eso las leches para adultos vienen enriquecidas con calcio.

 

Hierro (Fe2+): es constituyente de la Hemoglobina, una proteína que se encuentra al interior de los glóbulos rojos y participa en el transporte de oxigeno en la sangre. Si nuestra dieta no contienen hierro suficiente, entonces no se puede sintetizar hemoglobina, y sin esta proteína no se puede hacer globulosa rojos, por eso la falta de hierro en la dieta produce anemia (disminución del número de glóbulos rojos en la sangre).

 

 

BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS

Las biomoléculas orgánicas se caracterizan por poseer un esqueleto molecular de átomos de carbono unidos a átomos de hidrógeno (también se les conoce como hidrocarburos), y son sintetizadas por los organismos vivos.

 

CARBOHIDRATOS, HIDRATOS DE CARBONO O GLÚCIDOS.

Corresponden a macromoléculas formadas principalmente por átomos de carbono, hidrogeno y oxígeno, se clasifican  según el número de azúcares (monómeros) que contienen. De acuerdo a esto tenemos: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.

 

Monosacáridos son azúcares simples cuya  fórmula general es: (CH2O)n, donde n representa el número de átomos de carbono que posee la molécula, tienen color blanco y son solubles en agua.

 

La función más importante de los monosacáridos es energética, como es el caso de las hexosas (azucares de 6 carbonos) glucosa, fructosa y galactosa, pero también pueden tener una función estructural como el caso de las pentosas (azúcares de 5 carbonos), ribosa y desoxiribosa, que forman parte de los nucleótidos del ARN y el ADN respectivamente.

 

Al unirse varios monosacáridos forman moléculas más grandes, como por ejemplo disacáridos y polisacáridos.

 

Los Disacáridos están constituidos por  dos monosacáridos unidos a través de un enlace

covalente, denominado enlace glucosídico. Este se forma a través de un proceso de condensación.

 

Los disacáridos  más importantes son:        

 

i.      Sacarosa: Formada de glucosa y fructosa; es el azúcar de caña o común.

 

ii.     Maltosa: Formada por la unión de dos glucosas; también se conoce como azúcar de malta.

 

iii.    Lactosa: Formada por glucosa y galactosa; es el azúcar de la leche.

 

Los disacáridos tienen función energética, debido a que como producto de su hidrólisis se obtienen monosacáridos que pueden utilizarse para obtener energía.

 

Los Polisacáridos están formados por muchas unidades de monosacáridos. No presentan sabor dulce, son insolubles en agua y no forman cristales.

 

Existen tres polisacáridos de importancia biológica, constituidos por largas cadenas de glucosa, estos son:

 

i. Glucógeno: Es un polisacárido muy ramificado que constituye la  reserva energética en animales. Se almacena  principalmente en el hígado y en los músculos estriados.

 

ii. Almidón: Es la molécula de reserva energética en vegetales. Es muy abundante en las semillas y los tubérculos como por ejemplo, la papa.

 

iii. Celulosa: es un polímero lineal, presente en la pared de las células vegetales. Su función es estructural.

 

 

Lípidos o Grasas

Grupo heterogéneo de moléculas, que comparten la característica de ser hidrofóbicas, es decir, no se disuelven en agua, ya sea en forma parcial o total. Estan compuestos principalmente por carbono, hidrogeno y oxigeno. Biológicamente son importantes:

 

Las grasas neutras o triglicérido que son moléculas formadas por un glicerol (alcohol de tres carbonos) y uno, dos  o tres ácidos grasos (molécula lineal de aproximadamente 20 átomos de carbono), que pueden ser saturados o insaturados, unidos mediante enlaces éster. Según esto, se denominan como monoglicéridos, diglicéridos y triglicéridos, respectivamente.

 

Sus funciones son

i. Constituir reservas energéticas en animales (grasas) y vegetales (aceites). Liberan casi el doble de energía por gramo, comparado con un carbohidrato.

ii. Ser aislantes térmicos.

iv.   Ser aislantes eléctricos.

v.    Ser amortiguador.

 

Los fosfolípidos o fosfoglicéridos, son lípidos formados por una molécula de glicerol, dos ácidos grasos y una molécula de ácido fosfórico. De esta manera, los fosfolípidos son considerados moléculas anfipáticas.

 

Cuando se mezclan con el agua, estas sustancias se agrupan formando pequeñas estructuras esféricas denominadas micelas.

 

Estos lípidos tienen por función formar membranas biológicas.

 

Los Esteroides, tienen una estructura diferente a la de los otros lípidos. Están formados por cuatro anillos de átomos de carbono unidos entre si. Dentro de este grupo de esteroides encontramos  las sales biliares, el colesterol, las hormonas sexuales, las hormonas de la corteza suprarrenal y la vitamina D.

Este lípido tiene una función estructural, muy importante en animales; forma parte de las membranas celulares y además, es el precursor de diferentes  hormonas sexuales, como por ejemplo estrógenos y suprarrenales, como por ejemplo, el cortisol.

 

Proteínas

Las proteínas revisten importancia central en la química de la vida. Constituyen más del 50% del peso seco de la célula. Desde el punto de vista funcional, las proteínas tienen roles cruciales en prácticamente todos los procesos biológicos.

 

Algunas funciones en las que participan las proteínas son:

i.              Transporte: como es el caso de la hemoglobina que transporta O2 y la bomba Na+ - K+ que transporta estos iones.

ii.             Movimiento: la interacción de proteínas como la actina y la miosina, que son parte del citoesqueleto, producen movimiento y contracción muscular.

iii.            Estructural: como las proteínas colágeno y elastina que dan soporte mecánico a las células que forman los tejidos.

 

Las unidades básicas que constituyen a las proteínas son los aminoácidos. Cada aminoácido está formado de un grupo amino (NH2) que es básico y un grupo carboxilo (COOH) de naturaleza ácida. Ambos grupos se unen a un átomo de C central, al cual también se une un grupo radical –R- o cadena lateral. Una proteína es una molécula formada por la unión de diversos aminoácidos, a través de enlaces covalentes, llamados  enlaces peptídicos

 

Pueden distinguirse cuatro niveles de organización en las proteínas: primario, secundario, terciario y cuaternario.

 

i. Estructura Primaria: Corresponde a la secuencia de aminoácidos de una cadena polipeptídica la cual está determinada por la información contenida en el ADN.

 

ii. Estructura Secundaria: Se obtiene como resultado del plegamiento de la cadena sobre sí misma, de modo que la cadena adquiere una estructura tridimencional. Esto esta dado gracias a la formación de puentes de hidrógeno entre  los aminoácidos; como por ejemplo la estructura alfa hélice y lamina plegada beta.

 

iii. Estructura Terciaria: En algunas proteínas la estructura secundaria se pliega de nuevo sobre sí misma, debido a las interacciones entre los grupos R de los aminoácidos, dando lugar a la estructura terciaria.

 

iv. Estructura Cuaternaria: Este nivel de organización depende del ordenamiento o unión de dos o más cadenas polipeptídicas, para formar una gran proteína.

 

Cada cadena tiene su propia estructura primaria, secundaria y terciaria para formar la proteína biológicamente activa.

 

La estructura de las proteínas determina su función o actividad biológica. La conformación está determinada principalmente por la estructura primaria.

 

Ácidos Nucleicos

 Los ácidos nucleicos son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). El ADN contiene la información genética para la síntesis de proteínas y ARN de un organismo. Su unidad de construcción es el nucleótido.

 

Cada nucleótido se compone de

 

Una Bases Nitrogenadas, que es un compuestos formados de carbono, nitrógeno e hidrogeno. Se les clasifica en:

 

Bases pirimídicas: Están formadas por un anillo y son: citosina (C), timina (T) y uracilo (U).

 

Bases púricas: Están formadas por 2 anillos y son adenina (A) y  guanina (G),

En el ADN, las bases nitrogenadas presentes son adenina, timina, citosina y guanina. En el ARN son adenina, citosina, guanina y uracilo (la timina está substituida por uracilo).

 

Una pentosa que es un azúcar de cinco carbonos que en el caso del ADN  es la desoxirribosa, y en el ARN es la ribosa.

 

Un grupo Fosfato (Ácido fosfórico), a través de éste grupo se establece un enlace conocido como fosfodiester.

 

Un  nucleótido importante es el ATP (Adenosin Trifosfato), pues es la fuente energética de todas las células. Los dos grupos fosfato terminales se unen al nucleótido por medio de enlaces inestables, por lo que el desprendimiento sucesivo de estos grupos fosfatos, proporciona energía a los diferentes procesos metabólicos de la célula.

 

El ADN (Ácido Desoxirribonucleico) es un ácido nucleído, que está formado por la unión de nucleótidos mediante enlaces covalentes llamados enlaces fosfodiéster. El ADN se puede encontrar en forma de cadena sencilla (algunos virus) o doble como en el resto de los seres vivos.

 

Se encuentra en todos los seres vivos y constituye nuestro material genético de todos los individuos. Participa en dos procesos imprescindibles para la vida de la célula, como son la replicación y la síntesis de proteínas. En este último caso, además, intervienen los diferentes tipos de ARN

 

El ARN (Ácido Ribonucleico) es una molécula formada por una sola hebra de ribonucleótidos unidos mediante enlaces fosfodiester.

 

Existen tres tipos de ARN tanto en las células eucariontes como en las células procariontes, todos ellos sintetizados a partir del ADN.

 

i. ARN mensajero (ARNm): Transporta la información genética copiada desde el ADN hasta el sitio de síntesis proteica, por lo tanto es el encargado de indicar la secuencia de aminoácidos que integrará la proteína que se está sintetizando (estructura primaria).

 

ii. ARN transferencia (ARNt): Esta formado por una hebra de ARN la cual puede plegarse sobre si misma formando una estructura con forma de hoja de trébol. Su función es el transporte de aminoácidos específicos.

 

iii. ARN ribosomal (ARNr): Junto a  proteínas especiales denominadas ribosomales constituye a los ribosomas, que tiene por función ser el sitio de la síntesis proteica.