Bases Químicas de la Vida

INTRODUCCIÓN

2.1 ENLACES COVALENTES

2.2 ENLACES NO COBALENTES

2.3 ´CIDOS, BASES Y AMORTIGUADORES

2.4 LA NATURALEZA DE LAS MOLÉCULAS BIOLÓGICAS

2.5 CUATRO TIPOS DE MOLÉCULAS BIOLÓGICAS

Realizar la lectura de los contenidos del Capítulo 2,  Las Bases Químicas de la Vida, de la Biología Celular y Molecular de Gerald, Karp y escribir un resumen del mismo:

La vida se basa en las propiedades de los átomos y está regulada por los mismos principios de la química y física que todos los demás tipos de materia.

El nivel de organización celular está a sólo un pequeño paso del nivel atómico, la importancia del movimiento de unos cuantos átomos de una molécula durante actividades como la contracción muscular o el transporte de sustancias a través de las membranas celulares.

Es necesario conocer las interacciones entre el ADN y las moléculas de proteínas que hacen que los cromosomas se condensen en paquetes cilíndricos capaces de dividirse en dos células; la construcción molecular de los microtúbulos que contienen proteína y les permite desarmarse en cierto momento y ensamblarse de nuevo al momento siguiente en un punto distinto de la célula, y las propiedades de la molécula de lípidos que hacen que la membrana celular externa sea deformable para que se invagine al centro de la célula y divida en dos.

2.1 ENLACES COVALENTES

Los átomos que conforman una molécula están unidos por enlaces covalentes, en lo que pares de átomos comparten pares de electrones, está regulada por el principio fundamental de que un átomo es mas estable cuando la capa mas externa de electrones está completa. La formación de un enlace covalente se acompaña de la liberación de energía,  que debe reabsorberse en algún momento para romper el enlace. La energía necesaria para dividir los enlaces covalentes es bastante grande, casi siempre entre 80 y 100 kilocalorías por mol (kcal/mol) de moléculas, lo que hace que estos enlaces se mantengan estables en casi todas las condiciones.

MOLÉCULAS POLARES Y NO POLARES:

Las moléculas como el agua, que tienen una distribución asimétrica de la carga (o dipolos) se denominan polares, las de importancia biológica contienen uno o más átomos electronegativos, casi siempre O, N y/o S.

Las moléculas formadas solo por átomos de carbono e hidrógeno, se conocen como no polares.

IONIZACIÓN:

Algunos átomos tienen tanta electronegatividad que pueden capturar electrones de otros átomos durante la reacción química.

2.2 ENLACES NO COVALENTES

Los enlaces no covalentes no dependen de electrones compartidos, sino de fuerzas de atracción entre átomos con carga contraria. Los enlaces no covlentes individuales son débiles y, por lo tanto, son fáciles de romper y deformar.

Aunque los enlaces no covalentes son débiles, cuando muchos de ellos actúan en concierto, como ocurre entre dos cadenas de una molécula de ADN o entre distintas partes de una proteína grande, sus fuerzas de atracción son aditivas.

ENLACES IÓNICOS: ATRACCIONES ENTRE ÁTOMOS CON CARGA

Si un cristal de sal se disuelve en agua, cada uno de los iones individuales se rodea por moléculas de agua, lo que impide que los iones con carga se aproximen entre sí lo suficiente para formar enlaces iónicos.

ENLACES DE HIDRÓGENO

Cuando un átomo de hidrógeno se une en forma covalente con un átomo electronegativo, en particular con un átomo de oxígeno o de nitrógeno, el par único de electrones compartidos se desplaza mucho haci el núcleo del átomo electronegativo, lo que deja al átomo de hidrógeno con una carga positiva parcial.

INTERACCIONES HIDRÓFOBAS Y FUERZAS DE VAN DER WAALS

Por su capacidad de interactuar con el agua, se dice que las moléculas polares como los azúcares y aminoácidos son HIDROFÍLICOS, o “afines al agua”. Las moléculas no polares como los esteroides y grasas, son insolublres en agua porque carecen de las regiones cargadas que las atraerían a los polos de las moléculas de agua. Cuando los compuestos no polares se mezclan con agu, las moléculas HIDRÓFOBAS “repele de agua”.

Esta relación de moléculas no polares se llma INTERACCIÓN HIDRÓFOBA. Ésta es la razón por la que las moléculas de grasa reaparecen pronto en la superficie de una sopa de res o pollo, incluso después de agitar el líquido con una cuchara.

LAS PROPIEDADES DEL AGUA PARA MANTENER LA VIDA

La vida en la Tierra depende por completo del agua y es factible que ésta se esencial para la existencia de vida en cualquier parte del universo, las mas importantes son:

1.- el agua es una molécula muy asimétrica con el átomo de oxígeno en un extremo y los dos de hidrógeno en el otro.

2.- cada uno de los dos enlaces covalentes de la molécula está muy polarizdo.

3.- los tres átomos de la molécula de agua son adeptos a formar enlces de hidrógeno.

Por sus abundantes enlaces de hidrógeno, las moléculas de agua tienen una tendencia inusualmente fuerte a adherirse entre sí. Ésta característica es más evidente en las propiedades térmicas del agua.

2.3 ÁCIDOS, BASES Y AMORTIGUADORES

Los protones no solo se encuentran dentro de los núcleos atómicos, también se liberan al medio cuando un átomo de hidrógeno pierde un electrón compartido. Una molécula capaz de liberar (donar) un ion de hidrógeno se denomina ácido.

Cualquier molécula que sea capaz de aceptar un protón se define como una base. Los ácidos y bases existen en pares, o parejas. Mientras más fácil se pierda el protón, o sea, mientras menos fuerte sea la atrcción de una base conjugada por su protón, es más fuerte el ácido.

2.4 LA NATURALEZA DE LAS MOLÉCULAS BIOLÓGICAS

La mayor parte de un organismo es agua. Si el agua se evapora, casi todo el peso seco restante consisten en moléculas que contienen átomos de carbono, y cuando se descubrió , se pensó que las moléculas con carbono se encontraban solo en los organismos vivos y por lo tanto, se denominan moléculas orgánicas para distinguirlas de las moléculas inorgánicas que se encuentran en los onjetos inanimados. Tanto el tamaño como la estructura del carbono lo hacen una opción única para generar grandes cantidades de moléculas; se conocen varios ciento de miles de ellas.

GRUPOS FUNCIONALES

Muchas de las moléculas orgánicas importantes en la biología contienen átomos de carbono, como los hidrocarburos, pero ciertos átomos de hidrógeno se sustituyen por varios grupos funcionales.

Dos de los enlces mas frecuentes entre los grupos funcionales son los enlaces éster, que se forman entre los ácidos carboxílicos u alcoholes, y los enlaces amida, que se forman entre ácidos carboxílicos y aminas.

UNA CLASIFICACIÓN DE LAS MOLÉCULAS BIOLÓGICAS POR FUNCIÓN

1.- macromoléculas: las moléculas que forman la estructura y realizan las actividades de las células son moléculas enormes, bien organizadas, que contienen entre docenas y millones de átomos de carbono.

2.- los bloques de construcción de las macromoléculas: la mayor parte de las macromoléculas dentro de una célula tienen una vida corta en comparación con la célula misma, salvo por el ADN de la célula.

3.- intermediarios metabólicos (metabolitos): en la célula, cada serie de reacciones químicas se denomina una vía metabólica. Es probable que los compuestos formados en las vías que conducen a los productos terminales no tengan una función propia y se llaman intermediarios metabólicos.

4.- moléculas con reacción diversa: es obvio que ést es una categoría amplia de moléculas, pero no tan grande como podría esperarse; casi todo el peso seco de la célula está conformado por macromoléculas y sus precursores directos.

2.5  CUATRO TIPOS DE MOLÉCULAS BIOLÓGICAS

- carbohidratos: los carbohidratos incluyen azúcares simples y todas las moléculas mas grandes construidas con azúcares como bloques de construcción. La función principal de los carbohidratos es la reserva de energía química y materiales de construcción biológicos duraderos.

En éste tipo de molécula, tenemos clasificación de átomos y actividades que cumplen, por ejemplo:

- estereoisomerismo.

- enlaces glucosídicos

- oligosacáridos

- polisacáridos

- almidón y celulosa.

- lípidos: son un grupo diverso de moléculas biológicas no polares cuyas propiedades comunes son su capacidad de disolverse en solventes orgánicos, como cloroformo o benceno, y su incapacidad para disolverse en agua, una propiedad que explica muchas de sus funciones biológicas diversas. Los lípidos importantes en la función celular incluyen grasas, esteroides y fosfolípidos.

- grasas: consisten en una molécula de glicerol unida con enlaces éster a tres ácidos grasos; la molécula compuesta se denomina triacilglicerol. Se comenzará con la consideración de la estructura d los ácidos grasos, éstos son cadens largas no ramificadas de hidrocarburos con un solo grupo carboxilo en un extremo.

- proteínas: son las macromoléculas que realizan todas las actividades celulares; son las herramientas y máquinas moleculares que hacen que las cosas sucedan. En otras palabras, las proteínas tienen un alto grado de especificiad. Por ejemplo, es posible que una enzima particular que divide al ADN reconozca un segmento del ADN.