Composición Química De Los Seres Vivos

Tema 1. Composición química de los seres vivos. El agua como disolvente.

La bioquímica es la base molecular de la vida, en un principio estudiaban el funcionamiento de los seres vivos. Esta ciencia deriva de la fisiología.

La bioquímica ha sufrido un gran auge, cuando se descubrió el ADN como portador de la información, el esclarecimiento de las rutas metabólicas, cuando se vio que la mayoría de estas rutas son iguales en todas las especies, el reconocimiento al darse cuenta que las enfermedades tienen su origen en una alteración molecular, para curar estas enfermedades hay que saber como funcionan las moléculas.

Los seres vivos están compuestos por sustancias inorgánicas y orgánicas:

Inorgánicas: H2O

Iones → Cl-, Na+, K+, Mg2+, Ca2+.

Orgánicas: Glúcidos, aminoácidos, lípidos, nucleótidos. Se asocian dando macromoléculas como es el caso de las proteínas, los hidratos de carbono, los ácidos nucleicos y los lípidos.

Dentro de estas moléculas solo hay unos pocos constituyentes: C, H, N, O, P.

La distinta combinación de estos elementos da lugar a la composición de estas biomoléculas.

La función de estas moléculas depende de su estructura.

El medio donde se producen estos procesos (regulación de la síntesis y la degradación, la comunicación de moléculas entre sí,…) es siempre acuoso.

Estructura y propiedades de la molécula de agua.

Se trata del constituyente mayoritario del organismo entre un 70 y un 90%, junto con sus productos de ionización. Los protones y los electrones van a condicionar el funcionamiento de las macromoléculas.

Es importante conocer la estructura del agua para entender el comportamiento de las macromoléculas. El Oxígeno tiene mayor tendencia a atraer los electrones, es más electronegativo que el Hidrógeno. Se produce dipolos ya que hay una separación de las cargas. La molécula de agua es polar. Tiene una estructura tetraédrica.

Las moléculas de agua se atraen entre sí produciendo puentes de hidrógeno. La parte -de una molécula atrae a la parte + de otra molécula.

Hay fuertes interacciones entre las moléculas de agua, produciendo un donador y un aceptor de puentes de hidrógeno. Estos puentes entre las moléculas de agua hacen que aumente la cohesividad.

Estructura del hielo.

Presenta una estructura regular, cada molécula de agua está rodeada por cuatro moléculas de la misma. Hay un gran número de puentes de hidrógeno muy estables. Forman una estructura abierta y presenta una densidad baja.

Estructura del agua líquida.

Esta estructura no es tan regular, cada molécula forma puentes de hidrógeno con una media de 3,4 moléculas de agua.

Se producen pérdidas de puentes de hidrógeno: hay menos y con dirección no ideal, se rompen continuamente y se forman al azar. RED DINÁMICA DE PUENTES DE HIDRÓGENO.

Los puentes de hidrógeno son interacciones no covalentes. Se producen entre un átomo electronegativo (O, N) y un átomo de H unido covalentemente a otro electronegativo.

Los puentes de hidrógeno son más ventajosos que los enlaces covalentes porque son débiles y tienen mayor facilidad a romperse y formarse de nuevo.

Las interacciones del agua con otras biomoléculas pueden ser iónicas, polares, no polares o anfipáticas.

Interacciones con moléculas iónicas.

Son fuerzas de tipo dipolo- carga. El agua se mete en la red y atrae con sus partes + a las -. El agua disuelve sales cristalinas hidratando sus iones. El Na+ atrae a las partes – del agua, Cl- atrae las partes + del agua, hidratación, produciendo “esferas de hidratación”.

Interacciones con moléculas polares.

Se unen mediante los puentes de hidrógeno. El agua compite con las interacciones intermoleculares y va a formar parte de las proteínas.

Interacciones con moléculas no polares.

El agua no interacciona con moléculas no polares.

El metano (o grasa) cuando se introduce en agua, esta no interacciona con él, forma una estructura de “clatado” o caja de solvatación.

Hay una adaptación del agua al soluto y se produce una reorganización de los puentes de hidrógeno del agua, produciendo un aumento del orden y un descenso de la entropía. Se produce un efecto hidrófobo las sustancias no polares se unen formando una agrupación espontánea, el volumen se reduce, se produce una unión de las capas de solvatación produciendo un aumento de la entropía.

Interacciones con moléculas antipáticas.

Los aminoácidos están ionizados. Presentan dos partes, una polar (cabeza, hidrofílica, con una parte + y otra -) y otra apolar (cola, hidrofóbica).

La parte hidrófoba produce una caja de solvatación, lejos del agua. Las partes hidrofílicas se encuentran en contacto con el agua.

Se produce una hidratación del grupo polar y una exclusión del grupo no polar. Se forman distintas estructuras como lo son la monocapa, la micela, la doble membrana y las vesículas.

Ejemplos.

Los puentes de hidrógeno se dan en muchas moléculas como los polipéptidos. Hay presencia de radicales que hace formar los puentes de hidrógeno y hace que las proteínas se enrollen. La estructura tridimensional se estabiliza por los puentes de hidrógeno. Los radicales hidrófobos se colocan en el interior, repeliendo en agua.

Se producen grupos conformacionales para mantener la estructura tridimensional.

Las cadenas de proteínas se repliegan dando lugar a la hélice α (unión de los puentes de hidrógeno entre los aminoácidos) o a la lámina β (unión entre cadenas). En las proteínas también actúan fuerzas de Van Der Waals.

En un músculo las proteínas son de dos tipos, actina y miosina. La contracción se produce porque hay un desplazamiento de la actina sobre la miosina. La cabeza de la miosina se engancha a la actina y actua de anclaje. Se produce un cambio conformacional, un reconocimiento de la actina y la miosina producidos por los puentes de hidrógeno.

En el ADN, la doble hélice esta estabilizada por el reconocimiento de bases y el apilamiento de estas en el interior por los puentes de hidrógeno.

El desplazamiento de las proteínas es por los puentes de hidrógeno, por el efecto hidrófobo, los enlaces iónicos y las

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