Clase digital 1. Las bases químicas de la vida

Las bases químicas de la vida.

Introducción

¡Hola! 

Es un gusto saludarte y darte la bienvenida a esta primera clase del curso Los Organismos y el Ambiente. Espero que te mantengas con mucho ánimo y disfrutes este curso preparado para ti. En esta clase describirás y reconocerás las diferentes Biomoléculas que forman parte de la célula y de tu organismo en general.

El conocimiento del organismo vivo y de la Biología es un área tan apasionante ya que es la vida misma, aquí podrás reconocer los diferentes elementos que conforman a la célula y qué le permiten realizar todas las actividades que realiza. En esta materia iremos de la mano caminando para conocer cómo es que surge la vida. 

¡Pues no esperemos más y demos inicio a este viaje! ¡Éxito!

Desarrollo del tema

Compuestos orgánicos e inorgánicos (biomoléculas)

La composición química celular tiene como base principal a las biomoléculas, siendo éstas definidas como todas aquellas moléculas que intervienen en las reacciones metabólicas de la célula (recordando que pueden ser referidas al crecimiento, mantenimiento, desarrollo, reparación y reproducción de esta). Dentro de las biomoléculas se deben considerar:

• Agua
• Minerales
• Biomoléculas orgánicas
• Lípidos
• Proteínas
• Ácidos nucleicos

Estos compuestos, se clasifican en dos grupos:

• Compuestos Orgánicos

Son aquellos que contienen estructuras hidrocarbonadas, es decir átomos tanto de carbono como de hidrógeno.

• Compuestos Inorgánicos

Aquellos compuestos que carecen de átomos de carbono en su estructura, a excepción de las sales de carbono.

Compuestos inorgánicos

Agua: Es considerado el componente químico fundamental del organismo, debido a que se encuentra presente en casi todas las estructuras del cuerpo, con unas pocas excepciones como es el caso de los huesos y dientes. Esta biomolécula es considerada fundamental, ya que todos los procesos bioquímicos fisiológicos se llevan a cabo en un medio acuoso.

En el organismo, el 95% del agua está en forma libre, es decir, no se encuentra de manera estructural unida a otro compuesto. De ese porcentaje, puede encontrarse localizada en las siguientes zonas. 

• De forma Intracelular (formando parte del citoplasma) representa un 85% del peso celular.
• De forma Extracelular (fuera de la célula):

• Intersticial (entre célula y célula) con un 10%.
• Intravascular (en los flujos que forman parte del resto del organismo, como la sangre que corre en los vasos sanguíneos) representando un 5%.

En adultos representa, aproximadamente, el 60% de su peso corporal, mientras que en lactantes es el 80%. Los seres humanos perdemos unos 2.500 ml de agua diariamente, de los cuales 1500 ml se emplean en la formación de la orina y su eliminación; cerca de 850 ml a través de la transpiración y respiración; y aproximadamente 150 ml forman parte en la composición química de las heces fecales. El organismo siempre se encuentra en el proceso homeostático (homeostasis), por lo que puede recuperar cantidades significativas de agua de varias maneras, como en la ingesta diaria de agua líquida y del agua que se encuentra formando parte de la composición de varios alimentos, como las frutas.

Sales: Este tipo de compuestos químicos son de suma importancia, ya que de ellos se pueden obtener químicamente algunos iones. Antes de explicar su función es importante mencionar que la concentración de iones es distinta en el interior de la célula y el medio que la rodea. La célula tiene una elevada concentración de cationes K+ y Mg2+ en su interior; mientras que la concentración de iones de Na+ y Cl- están localizados principalmente en el líquido extracelular. Algunos iones (como el Mg2+) son indispensables como cofactores en las reacciones, es decir, que actúan como iniciadores para que una reacción química pueda llevarse a cabo. Otros iones forman parte de distintas moléculas, el fosfato, por ejemplo, se encuentra formando parte de la estructura de los fosfolípidos y en los nucleótidos.

Compuestos orgánicos

Ácidos Nucleicos: Son largas cadenas de nucleótidos. Un nucleótido está formado por la unión de un azúcar de cinco carbonos conocidos como pentosas, una base nitrogenada y uno o varios grupos fosfato. Su importancia radica en que son la unidad básica de los ácidos nucleicos. Dependiendo de la pentosa y de la base nitrogenada es el ácido que se formará. En los azúcares de cinco carbonos (conocidos como pentosas).

Para los ácidos nucleicos existen únicamente dos pentosas: Ribosa que forma parte del ARN (ácido ribonucleico) y la Desoxirribosa que se encuentra en el ADN (ácido desoxirribonucleico).

Referente a las bases nitrogenadas, existen cinco que pueden encontrarse en los ácidos nucleicos:
Las derivadas de la purina se llaman bases púricas (que contienen 9 átomos de carbonos), y las bases derivadas de la pirimidina reciben el nombre de bases pirimídicas (de 6 átomos de carbonos).

• De las bases púricas hay de 2 tipos: Adenina y Guanina.
• De las bases pirimídicas existen 3: Uracilo, Citosina y Timina.

En la siguiente tabla se resumen las principales características de los ácidos nucleicos y las diferencias entre ellos:

Hidratos de carbono: Reciben también el nombre de Carbohidratos. Como se mencionó con anterioridad, son compuestos formados en su estructura por carbono, hidrógeno y oxígeno. Su importancia radica en que representan la principal fuente de energía para la célula y son constituyentes estructurales importantes de las membranas celulares.

Los carbohidratos son aldehídos o cetonas con múltiples grupos hidroxilos, sirven como almacén de energía, combustible y metabolitos intermediarios, forman parte de los azúcares ribosa y desoxirribosa del armazón estructural del RNA y DNA, forman los polisacáridos que son los elementos estructurales de las paredes celulares de bacterias y plantas, y están enlazados a muchas proteínas y lípidos, donde ejercen funciones en las interacciones entre las células y otros componentes celulares. Un punto importante para recordar es que la formación de carbohidratos se da durante el proceso conocido como Fotosíntesis.

De acuerdo con el número de monómeros (molécula de azúcar) que contienen, se clasifican en:

• Monosacáridos: Son azúcares simples, las cuales se clasifican sobre el número de átomos de carbono que contienen de la siguiente forma: Triosas (con tres átomos de carbono en su estructura), Tetrosas (con cuatro carbonos), Pentosas (de cinco carbonos, encontrando a la ribosa y desoxirribosa) y Hexosas (de seis carbonos, encontrando a la glucosa, galactosa y fructosa). Son los más simples, ya que solo están formados por una sola molécula. Esto los convierte en la principal fuente de combustible para el organismo y hace posible que sean usados como fuente de energía y también en biosíntesis o anabolismo, el conjunto de procesos del metabolismo destinados a formar los componentes celulares. 
• Disacáridos: Son otro tipo de hidratos de carbono que, como indica su nombre, están formados por dos moléculas de monosacáridos. Estos pueden hidrolizarse y dar lugar a dos monosacáridos libres. Son azúcares formados por la combinación de dos monómeros de hexosas. Por ejemplo, la sacarosa (el más abundante, que constituye la principal forma de transporte de los glúcidos en las plantas y organismos vegetales la lactosa o azúcar de la leche (formada por una glucosa y una galactosa). La maltosa (que proviene de la hidrólisis del almidón) y la Celobiosa (obtenida de la hidrólisis de la celulosa)
• Oligosacáridos: No se encuentran de forma libre en el organismo, sino unidos a lípidos y proteínas, de modo que forman glucolípidos y glucoproteínas.
• Polisacáridos: Resultan de la combinación de muchos monómeros de hexosas, por ejemplo, están el almidón y el glucógeno. Muchos de estos compuestos representan las sustancias de reserva alimenticia de las células vegetales y animales, respectivamente. Otro polisacárido característico es la celulosa, siendo el elemento estructural más importante de la pared de la célula vegetal. Estos 3 polisacáridos son polímeros de glucosa, pero difieren porque presentan distintos tipos de uniones entre sus monómeros.

SU FUNCIÓN: aunque su función principal es energética, también hay ciertos hidratos de carbono cuya función está relacionada con la estructura de las células o aparatos del organismo, sobre todo en el caso de los polisacáridos. Estos pueden dar lugar a estructuras esqueléticas muy resistentes y también pueden formar parte de la estructura propia de otras biomoléculas como proteínas, grasas y ácidos nucleicos. Gracias a su resistencia, es posible sintetizarlos en el exterior del cuerpo y utilizarlos para fabricar diversos tejidos, plásticos y otros productos artificiales.

En la nutrición, es posible distinguir entre hidratos de carbono simples y complejos, teniendo en cuenta tanto su estructura como la rapidez y el proceso a través del cual el azúcar se digiere y se absorbe por el organismo.

Lípidos: Son un grupo de moléculas, caracterizadas por ser insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos, propiedades que tienen porque poseen largas cadenas hidrocarbonadas alifáticas, es decir, que son estructuras no polares o hidrofóbicas. Los lípidos más comunes que podemos encontrar en las células son: los triglicéridos, los fosfolípidos, los esteroides y el dolicol.

• Ácido graso: Tienen un grupo ácido o llamado carboxilo (COOH) unidos a una cadena de 4 a 6 carbonos.
• Triglicéridos o triacilgliceroles: Son triésteres de ácidos grasos y glicerol. Actúan como reserva de energía. Sus ácidos grasos liberan gran cantidad de energía cuando son oxidados, incluso más del doble de la que liberan los hidratos de carbono.
• Fosfolípidos: Presentan dos largas cadenas hidrofóbicas no polares (dos ácidos grasos) y una cadena hidrofílica polar, que comprende el glicerol, el fosfato y un alcohol. Por lo tanto, son moléculas anfipáticas. Son los principales componentes de las membranas celulares.
• Esteroides: Uno de los más difundidos es el colesterol, el cual es un constituyente importante de las membranas celulares. Se constituyen por 4 anillos de carbono y carecen de ácidos grasos.
• Dolicol: Es un lípido que se encuentra en la membrana del retículo endoplásmico.

Proteínas: 

Son macromoléculas formadas por C, H, O y N. Pueden tener S y P. Están constituidos por moléculas más pequeñas llamadas aminoácidos, los cuales se encuentran unidos por enlaces peptídicos. Es por eso por lo que las proteínas son consideradas como cadenas de más de 50 aminoácidos unidos por uniones peptídicas, y dependiendo el número de aminoácidos presentes se clasifican de la siguiente forma:

• 2 aminoácidos unidos = dipéptido
• 3 a 9 aminoácidos unidos = oligopéptidos
• Más de 10 aminoácidos unidos = polipéptidos

La estructura general de un aminoácido es la siguiente:

Las proteínas poseen diversos niveles de organización estructural, llamados estructuras primaria, secundaria y terciaria. De estos niveles depende que las proteínas tengan una forma tridimensional específica y diferente para cada una, de esa forma tridimensional depende la función de esta. Dentro de las funciones se pueden definir, de manera general, las siguientes:

• Transporte
• Forman estructuras
• Actúan como enzimas, es decir, aceleran la velocidad de las reacciones químicas

Conclusión

En resumen:

• En esta clase revisamos la gran importancia que toman los compuestos químicos, conocidos como biomoléculas, gracias a la acción que ejercen a nivel metabólico en las células para que puedan funcionar, es decir, para mantenerlas con vida.
• Las biomoléculas pueden ejercer una acción dentro de los procesos celulares, pero también se observó que forman parte estructural de algunos organelos celulares y que sin ellos éstos no podrían realizar su labor.
• Separamos estos elementos en inorgánicos donde abordamos brevemente el agua y las sales o minerales. Así como los elementos orgánicos integrados por carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. 

Iniciamos este viaje del conocimiento de la vida a través de estas biomoléculas que forman parte implícita de la misma. ¿Cómo te sentiste? Esperemos que todo vaya muy bien, te invito a leer la información proporcionada para que amplíes tu conocimiento sobre estas biomoléculas. No olvides realizar la tarea y mandarla como corresponde. Nos encontramos en la próxima sesión.

Fuentes de información

• Solomon, E. P.,  Berg, L. R., & Martin, D. W. (2013). BIOLOGÍA. (9^a ed.). México: CENGAGE learning.