Bioquímica

ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS.

En la materia viva existen varios grados de complejidad, denominados niveles de organización. Dentro de los mismos se pueden diferenciar niveles abióticos(materia no viva) y niveles bióticos ( materia viva, es decir con las tres funciones propias de los seres vivos). Los diferentes niveles serían:

1.- Nivel subatómico: integrado por las partículas subatómicas que forman los elementos químicos (protones, neutrones, electrones).

2.- Nivel atómico: son los átomos que forman los seres vivos y que denominamos bioelementos. Del total de elementos químicos del sistema periódico, aproximadamente un 70% de los mismos los podemos encontrar en la materia orgánica. Estos bioelementos los podemos agrupar en tres categorías:

Ø Bioelementos primarios: función estructural

Ø Bioelementos secundarios: función estructural y catalítica.

Ø Oligoelementos o elementos vestigiales : función catalítica.

3.- Nivel molecular: En él se incluyen las moléculas, formadas por la agrupación de átomos (bioelementos). A las moléculas orgánicas se les denominaBiomoléculas o Principios inmediatos. Estos Principios Inmediatos los podemos agrupar en dos categorías, inorgánicos (agua, sales minerales, iones, gases) y orgánicos (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos).

En este nivel también debemos agrupar las macromoléculas y los virus. Las primeras resultan de la unión de monómeros (aminoácidos, nucleótidos, etc...) y los segundos son la unión de proteínas con ácidos nucleicos.

4.- Nivel celular: donde nos encontramos a la célula (primer nivel con vida). Dos tipos de organizaciones celulares, Eucariota (células animales y vegetales) y Procariota (la bacteria). Los organismos unicelulares (Ej. Protozoos) viven con perfecta autonomía en el medio, pero en ocasiones nos podemos encontrar agrupaciones de células, las colonias, que no podemos considerar como seres pluricelulares por que a pesar de estar formados por miles de células cada una vive como un ser independiente.

5.- Nivel pluricelular: constituido por aquellos seres formados por más de una célula. Surge de la diferenciación y especialización celular. En él encontramos distintos niveles de complejidad: tejidos, órganos, sistemas y aparatos.

Mientras los tejidos son conjuntos de células de origen y forma parecida que realizan las mismas funciones, los órganos son un conjunto de tejidos diferentes que realizan actos concretos.

Los sistemas son conjuntos de órganos parecidos, al estar constituidos por los mismos tejidos, pero que realizan actos completamente independientes. Losaparatos (Ej. aparato digestivo), formados por órganos que pueden ser muy diferentes entre sí (Ej. dientes, lengua, estómago, etc...), realizan actos coordinados para constituir lo que se llama una función biológica (Ej. nutrición).

6.- Nivel de población: los individuos de la misma especie (aquellos que son capaces de reproducirse entre sí y tener descendencia fértil) se agrupan enpoblaciones ( individuos de la misma especie que coinciden en el tiempo y en el espacio).

7.- Nivel de ecosistema: las poblaciones se asientan en una zona determinada donde se interrelacionan con otras poblaciones (COMUNIDAD O BIOCENOSIS)y con el medio no orgánico (Biotopo). Esta asociación configura el llamado ECOSISTEMA, objeto deestudio de los biólogos. Los ecosistemas son tan grande o tan pequeño como queramos, sin embargo el gran ecosistema terrestre lo forman la Biosfera (biocenosis) y el astro Tierra (biotopo).

EL AGUA

El agua es una biomolécula inorgánica. Se trata de la biomolecular más abundante en los seres vivos. Formas de vidas acuáticas y terrestre presentan gran cantidad de agua en su composición por ejemplo en las medusas, puede alcanzar el 98% del volumen del animal y en la lechuga, el 97% del volumen de la planta. Estructuras como el líquido interno de animales o plantas, embriones o tejidos conjuntivos suelen contener gran cantidad de agua. Otras estructuras, como semillas, huesos, pelo, escamas o dientes poseen poca cantidad de agua en su composición.

PROPIEDADES DEL AGUA

El agua tiene propiedades especiales, derivadas de su singular estructura. Estas propiedades son:

ELEVADO CALOR ESPECÍFICO: para aumentar la temperatura del agua un grado centígrado es necesario comunicarle mucha energía para poder romper los puentes de Hidrógeno que se generan entre las moléculas.

ELEVADO CALOR DE VAPORIZACIÓN: el agua absorbe mucha energía cuando pasa de estado líquido a gaseoso.

ELEVADA TENSIÓN SUPERFICIAL: las moléculas de agua están muy cohesionadas por acción de los puentes de Hidrógeno. Esto produce una película de agua en la zona de contacto del agua con el aire. Como las moléculas de agua están tan juntas el agua es incompresible.

CAPILARIDAD: el agua tiene capacidad de ascender por las paredes de un capilar debido a la elevada cohesión o adhesión molecular.

ALTA CONSTANTE DIELÉCTRICA: la mayor parte de las moléculas de agua forman un dipolo, con un diferencial de carga negativo y un diferencial de carga positivo.

BAJO GRADO DE IONIZACIÓN: la mayor parte de las moléculas de agua no están disociadas. Sólo un reducido número de moléculas sufre disociación, generando iones positivos (H+) e iones negativos (OH-). En el agua pura, a25ºC, sólo una molécula de cada 10.000.000 está disociada, por lo que la concentración de H+ es de 10-7. Por esto, el pH del agua pura es igual a 7.

LA DENSIDAD DEL AGUA: en estado líquido, el agua es más densa que en estado sólido. Por ello, el hielo flota en el agua. Esto es debido a que los puentes de Hidrógeno formados a temperaturas bajo cero unen a las moléculas de agua ocupando mayor volumen.

PROPIEDADES BIOQUÍMICAS DEL AGUA:

Como ya se dijo anteriormente los procesos de la vida requieren que una gran variedad de iones y moléculas se muevan en proximidad, es decir, que sean solubles en un medio común. El agua funciona como disolvente universal en los medios intracelular y extracelular gracias a su destacada capacidad como disolvente.

Por lo tanto esta capacidad disolvente es la responsable de dos funciones importantes para los seres vivos: es el medio en que transcurren las mayorías de las reacciones del metabolismo, y el aporte de nutrientes y la eliminación de desechos metabólicos se realizan a través de sistemas de transporte acuosos. “No existe proceso vital alguno que pueda concebirse independientemente de la participación directa o indirecta del agua”.

IMPORTANCIA DEL AGUA

Las propiedades del agua permiten aprovechar esta molécula para algunas funciones para los seres vivos. Estas funciones son las siguientes:

• Disolvente polar universal: el agua, debido a su elevada constante dieléctrica, es el mejor disolvente para todas aquellas moléculas polares. Sin embargo, moléculas apolares no se disuelven en el agua. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares o con carga iónica (alcoholes, azúcares con grupos R-OH, aminoácidos y proteínas con grupos que presentan cargas + y - , lo que da lugar a disoluciones moleculares También las moléculas de agua pueden disolver a sustancias salinas que se disocian formando disoluciones iónicas.

• Lugar donde se realizan reacciones químicas: debido a ser un buen disolvente, por su elevada constante dieléctrica, y debido a su bajo grado de ionización.

• Función estructural: por su elevada cohesión molecular, el agua confiere estructura, volumen y resistencia.

• Función de transporte: por ser un buen disolvente, debido a su elevada constante dieléctrica, y por poder ascender por las paredes de un capilar, gracias a la elevada cohesión entre sus moléculas, los seres vivos utilizan el agua como medio de transporte por su interior.

• Función amortiguadora: debido a su elevada cohesión molecular, el agua sirve como lubricante entre estructuras que friccionan y evita el rozamiento.

• Función termorreguladora: al tener un alto calor específico y un alto calor de vaporización el agua es un material idóneo para mantener constante la temperatura, absorbiendo el exceso de calor o cediendo energía si es necesario.

CARÁCTER BIPOLAR

El agua es una molécula polar porque presenta polaridad eléctrica, con un exceso de carga negativa junto al oxigeno compensada por otra positiva repartida entre los dos átomos de hidrogeno.

ENLACES INTERMOLECULARES

Al estar el agua en estado sólido, todas las moléculas se encuentran unidas mediante un enlace de hidrogeno, que es un enlace intermolecular y forma una estructura parecida a un panal de abejas, lo que explica que el agua sea menos densa en estado sólido que en estado líquido. La energía cinética de las moléculas es muy baja, es decir, las moléculas están casi inmóviles.

ENLACE POR PUENTES DE HIDROGENO

Un enlace de hidrogeno es la fuerza atractiva entre un átomo electronegativo y un átomo de hidrogeno unido covalentemente a otro átomo electronegativo, resulta de la formación de una fuerza dipolo-dipolo con una átomo de hidrogeno unido a un átomo de nitrógeno, oxigeno o flúor (de ahí el nombre de “enlace de hidrogeno”, que no debe confundirse con un enlace covalente a átomo de hidrogeno).

AMINOACIDOS

Como su nombre lo indica los aminoácidos son compuestos que poseen un grupo amino (-NH2) y un grupo ácido (carboxílico -COOH) en su estructura. Los aminoácidos son los

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