Composicion Quimica De Lso Seres Vivos

COMPOSICION QUIMICA DE LOS SERES VIVOS

Sergio D. Ifrán - Nancy E. Fernández – Silvia Márquez

INTRODUCCIÓN

Como hemos visto los seres vivos están caracterizados, entre otras cosas, por poseer una organización celular, es decir determinadas moléculas se organizan de una forma particular y precisa e interactúan entre sí para establecer la estructura celular. Así como las células son los ladrillos con los que se construyen los tejidos y los organismos, las moléculas son los bloques con que se construyen las células.

Al estudiar químicamente estas moléculas observamos que las mismas están constituidas en un 98% por elementos tales como C, H, O, N, P y S; ( el 2 % restante esta representado por elementos como el Fe, Ca , Na, K, Cu, Mg, I, Cl. Etc.)

La combinación de estos seis elementos puede dar lugar a la formación de millones de moléculas distintas, sin embargo como veremos más adelante, la mayoría de los seres vivos está formado por un número relativamente bajo de tipos de compuestos.

Aquellos compuestos en cuya composición interviene el carbono se los denomina compuestos orgánicos; dentro de este grupo podemos mencionar a los monosacáridos , polisacáridos, aminoácidos, proteínas, lípidos , nucleótidos y ácidos nucleicos ( no son los únicos compuestos orgánicos que existen, pero sí son la mayoría). Estos representan aproximadamente el 30% de la composición química de los seres vivos . El 70% lo constituye el agua. También encontramos algunos iones tales como el Na, Fe, Ca, K, etc. en proporciones muy pequeñas.

ÁTOMOS Y MOLÉCULAS

Toda la materia, incluyendo a los seres vivos, esta compuesta por distintos átomos. Un átomo es la partícula más pequeña de materia que puede existir libre conservando las propiedades fisico-químicas características de ese elemento y que es capaz de intervenir en reacciones químicas.

En la estructura del átomo encontramos una región central muy densa formada por dos tipos de partículas los protones y los neutrones. Ambos le otorgan masa al núcleo, los protones son partículas con carga positiva y los neutrones no están cargados. Los neutrones contribuyen a mantener la estabilidad del núcleo y también impiden que las cargas de los protones se repelan y provoquen la desintegración del núcleo.

En torno a este núcleo encontramos otras partículas cargadas negativamente llamadas electrones. Estos electrones giran alrededor del núcleo en zonas denominadas orbitales; los orbitales son las zonas del espacio cercana al núcleo donde hay mayor probabilidad de encontrar electrones. Los orbitales se organizan en niveles de energía. A medida que nos alejamos del núcleo los niveles de energía aumentan, de manera que los electrones cercanos al núcleo poseen menor nivel de energía que los que se encuentran alejados.

Los electrones de los niveles de energía más externos son los que determinan la capacidad de reaccionar químicamente.

En estado elemental o no-combinado el átomo es eléctricamente neutro, ya que posee igual número de electrones que de protones.

Los átomos de distintos elementos químicos poseen un número característico de protones. El número de protones se denomina NUMERO ATOMICO ( Z)

La suma de protones y neutrones (no se tiene en cuenta a los electrones ya que su masa es despreciable) se conoce como NUMERO MASICO (A).

Fig. 2.1 - Dos maneras de representar un átomo. (a) Modelo de Bohr de un átomo de carbono. Aunque este modelo no es un modo preciso de ilustrar la configuración de electrones, es de uso frecuente por su sencillez y conveniencia. (b) Nube de electrones. Los puntos indican las probabilidades de que un electrón esté en un sitio en un momento dado.

Fig. 2.1 - Dos maneras de representar un átomo. (a) Modelo de Bohr de un átomo de carbono. Aunque este modelo no es un modo preciso de ilustrar la configuración de electrones, es de uso frecuente por su sencillez y conveniencia. (b) Nube de electrones. Los puntos indican las probabilidades de que un electrón esté en un sitio en un momento dado.

Existen átomos que tienen el mismo número de protones pero distinta cantidad de neutrones; si poseen el mismo número de protones y estos son los que les confieren las propiedades químicas, estamos en presencia de átomos del mismo elemento, es decir de ISOTOPOS. ( poseen el mismo Z, pero tienen distinto número másico).

Algunos átomos que raramente reaccionan con otros, se encuentran formando parte del grupo VIII de la tabla periódica y constituyen los llamados gases nobles o raros. Este grupo se caracteriza por la baja reactividad de los átomos. Al estudiarse la configuración electrónica (la distribución de los electrones en los distintos niveles de energía) se observa que dichos elementos poseen en su nivel de energía más alto ( el más alejado o externo) ocho electrones. Es decir que la estabilidad esta dada por esa configuración electrónica (dijimos anteriormente que la capacidad de reaccionar estaba dada por la distribución de los electrones de los niveles más externos). El resto de los átomos no posee esa configuración electrónica por lo tanto son inestables de modo que tienden a reaccionar entre sí. En general los átomos que reaccionan para formar una molécula tienden a adquirir una configuración similar a la del gas noble, es decir tienden a completar ocho electrones en su nivel más externo. Esto es conocido como la REGLA DEL OCTETO, pero como toda regla siempre hay excepciones.

UNIONES QUÍMICAS

Una de las fuerzas impulsoras en la naturaleza es la tendencia de la materia a alcanzar el estado de energía libre más bajo posible, este estado de menor energía implica una mayor estabilidad, en las moléculas los núcleos y los electrones de los átomos interactúan, logrando una mayor estabilidad (ya que tratan de adquirir la configuración electrónica de un gas noble).

Los átomos se mantienen unidos formando moléculas por medio de fuerzas, estas reciben el nombre de ENLACES O UNIONES QUIMICAS. En las reacciones metabólicas se generan y se degradan continuamente moléculas, es decir que se forman y se rompen uniones químicas

UNIÓN IÓNICA

Algunos átomos tienden a ganar o a perder electrones con gran facilidad (debido a su configuración electrónica) formando partículas cargadas que se denominan IONES. Aquellos átomos que ganan con facilidad electrones se dice que son electronegativos, formarán entonces iones con carga negativa que se denominan ANIONES. Si el átomo pierde electrones predominarán las cargas positivas del núcleo y por lo tanto se formarán iones con carga positiva o CATIONES.

En las uniones iónicas los átomos se mantienen unidos debido a las fuerzas de atracción que surgen por tener cargas opuestas (catión – anión).

Los compuestos iónicos se caracterizan por un alto punto de fusión, alto punto de ebullición, en general son solubles en agua, por lo tanto en solución acuosa conducen la corriente eléctrica

Un ejemplo de este tipo de unión lo constituye el cloruro de sodio, el átomo de cloro es mucho más electronegativo (atrae con mucha fuerza a los electrones) que el sodio, de modo que le arranca el electrón del último nivel de energía a éste último. El cloro se transforma entonces en el anión cloruro, y el sodio en un catión, la atracción eléctrica hace que los iones permanezcan unidos.

Fig. 2.2- Unión iónica : cloruro de sodio

Fig. 2.2- Unión iónica : cloruro de sodio

Las uniones iónicas son importantes desde el punto de vista biológico, ya que forman parte de las interacciones entre ácidos nucleicos y proteínas. Sin embargo este tipo de uniones no las encontramos entre los átomos que predominan en la composición química de los seres vivos ( C, H, O, N , S, y P)

UNIÓN COVALENTE

Algunos átomos no tienen tendencia a ganar o perder electrones, sino que los comparten con otros átomos. Cuando la diferencia de electronegatividad no existe o es muy baja, los átomos que intervienen comparten electrones.

El gas hidrógeno está compuesto por moléculas de hidrógeno y no por átomos de hidrógeno separados. Una molécula compuesta por dos átomos se llama diatómica. Cuando un átomo de H se une a otro átomo de H ambos tienen la misma capacidad de atraer electrones, por lo tanto el par compartido se ubicará a igual distancia de ambos núcleos . Los átomos de H comparten sus electrones para adquirir la configuración del gas noble, los electrones compartidos pertenecen a ambos átomos simultáneamente.

Muchos elementos de importancia biológica son diatómicos ( H, O, F, Cl, etc.)

Esquemáticamente cada par de electrones compartidos se simboliza con una línea, dos átomos pueden compartir 1, 2 o 3 pares de electrones.

Fig. 2.3- Ejemplo de unión covalente

Fig. 2.3- Ejemplo de unión covalente

En algunos casos existe una diferencia de electronegatividad entre los átomos que hace que él o los pares de electrones comprar-tidos no se encuentren equidistantes de los núcleos, sino que están más cerca del átomo con mayor electronega-tividad. De esta forma la distribución de los electrones es asimétrica, creándose zonas donde predominan las cargas negativas de los electrones (cerca del elemento más electronegativo) y zonas donde predominan las cargas positivas de

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