INTRODUCCIÓN

Durante siglos la humanidad padeció de enfermedades que en su tiempo fueron mortales y causaron grandes pérdidas debido a la falta de información o avances científicos que explicaran los fenómenos. En la actualidad algunas de esas dificultades son tema superado para la medicina, puesto que al explicar el mecanismo de la vida, se previenen las enfermedades o se crean medicinas. Seguramente este tiempo es diferente y existen nuevos retos para la ciencia. Una de las ciencias que contribuye al alcance de estos retos es la ingeniería genética. En el presente texto paralelo se exponen los temas a partir de la química de la vida. Como las moléculas de la vida y las reacciones de la vida.

OBJETIVOS Que los estudiantes profundicen su conocimiento de biomoléculas y

reacciones de la vida. Que el estudiante identifique los aspectos principales de los temas

estudiados y los plasme en un resumen individual. Que el estudiante se prepare para las demostraciones de laboratorio que

realizará en clase.

LA QUÍMICA DE LA VIDA.

Cuándo las embarcaciones salían de Europa en el siglo XV para explorar las zonas del mundo, tenían que llevar provisiones que se conservaran durante muchos meses o años que duraba todo lo el recorrido. Los cereales y las carnes curadas y saladas constituían la mayor parte de la dieta de los marineros, porque las frutas y los vegetales se descomponían durante el almacenamiento, ha como pasaba el tiempo los marineros desarrollaban una serie de síntomas, sus encías comenzaban a sangrar, los dientes se aflojaban y se caían, estos síntomas se debían a un padecimiento fatal, (escorbuto). Los que viajaban en esos tiempos morían por los efectos del escorbuto. Los médicos que iban en el barco se dieron cuenta que los síntomas podía prevenirse porque comían frutas frescas, como limones y limas, en 1975 la marina británica exigió que los barcos llevaran limas o limones cuando emprendieran expediciones largas.

LA QUÍMICA A TU ALREDEDOR.

El escorbuto es una enfermedad rara en los países desarrollados porque los especialistas en nutrición saben que la vitamina C es un nutrimento indispensables, las personas son conscientes que los alimentos que contengan biomoléculas, proteínas, carbohidratos y lípidos, vitaminas y minerales son importantes en la vida.

MOLÉCULAS DE LA VIDA.

Las moléculas importantes del cuerpo son los polímeros, las proteínas, los carbohidratos y los asidos nucleídos son moléculas grandes formadas por subunidades de monómeros.

En la dieta se requieren cantidades grandes de proteínas carbohidratos y lípidos; los ácidos nucleícos se necesitan en cantidades menores, el organismo requiere además vitaminas y minerales, todos estos compuestos son necesarios para que las células formen las sustancias estructurales como fuente de energía.

BIOQUÍMICA.

Todos los seres vivos se constituyen por unos cuantos tipos de compuestos químicos, iónicos y moleculares, están distribuidos en materiales que proporcionan soporte, la bioquímica explora sustancias que participan en los procesos vivos. El agua representa el 80% del peso de un organismo, las biomoléculas son orgánicas. En 1800, ninguna biomolécula se había sintetizado fuera de una célula viva. En 1828 Friedrich Wöhler sostuvo que podía hacer urea sin necesidad de un riñón, la molécula orgánica de urea se forma en los riñones u excretada en la orina para eliminar el exceso de nitrógeno, lo químicos pueden tardar meses o años para sintetizar una molécula grande y una célula lo puede hacer en minutos o segundos. El oxígeno, silicio, aluminio y hierro son los átomos abundantes en la corteza terrestre. El 955 de los átomos que se encuentran en el cuerpo son: hidrogeno, oxigeno, carbono y nitrógeno, estos forman las moléculas orgánicas junto con azufre u fosforo, son elementos únicos que forman las proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucléicos.

LAS PROTEÍNAS.

El pollo, frijoles y pescado son nutritivos, porque constituyen proteínas, biomoléculas necesarias para las células vivas. Las proteínas se derivan de la palabra griega proteicas, que significa “primero” o “primario” porque era la esencia química de la vida.

El colágeno y la queratina son proteínas estructurales. La colágeno se encuentra en ligamentos, tendones y cartílagos, proporcionan sostén a las células y tejidos. La queratina se encuentra en el pelaje, los cuernos, la piel y uñas. Las proteínas estructurales se dan soporte al cuerpo. Las proteínas contienen carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre. Los monómeros que forman las proteínas son llamados aminoácidos.

Estructura general de un aminoácido tiene dos grupos funcionales presentes.

H Átomo de hidrógeno

Grupo amino NH2 C CCOOH Grupo carboxilo

R Cadena lateral variable

En el lado izquierdo de la estructura hay un grupo amino ___ NH2, en el lado derecho un grupo carboxilo, ___COOH. Los dos grupos están unidos a un átomo de carbono central, al que también se unen un átomo de hidrógeno y una cadena lateral representada por la letra R, puede constar de varios átomos distintos.

La glicina es el aminoácido más simple, ya que su cadena literal consta de un solo átomo de hidrógeno. La alanina es el aminoácido que le sigue, su cadena lateral es un grupo metilo. La fenilalanina contiene un anillo bencénico como parte de su cadena lateral y la cisteína contiene un grupo ___SH polar.

Las reacciones de polimerización que forman las proteínas son reacciones de condensación, semejantes a las que se utilizan para fabricar algunos de los plásticos.

Los bioquímicos le llaman enlace peptídico al grupo amino cuando este se encuentra en una proteína. Cuando los aminoácidos se unen por medio de un enlace peptídico, la cadena resultante con dos aminoácidos se conoce como dipéptido. Un dipéptido se le puede añadir más animoácidos para forman una cadena larga denominada polipéptido.

ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL DE LAS PROTEÍNAS.

Las proteínas adoptan una estructura tridimensional, porque las cadenas de polipéptidos que las forman se pliegan, la cadena de polipéptidos se unen mediante puentes de hidrógeno, enlaces iónicos y puentes de disulfuro. Se pueden plegar o adoptar estructuras globulares o estructuras prosas largas.

Los aminoácidos de una proteína plegada pueden formar una hélice o laminas plantas por medio de los puentes de hidrógeno que se forman entre los grupos -- N-Hy --c---O de los aminoácidos vecinos. La estructura geométrica de una molécula es importante para determinar la manera en que llevan a cabo las interacciones químicas. Proteínas también se pueden desnaturalizar debido a condiciones extremas de pH, agitación mecánica y tratamientos químicos. Ésta es una de las razones debido a las cuales los organismos sólo pueden vivir en un intervalo estrecho de temperatura y pH.

DESNATURALIZACIÓN DE PRETINAS

La consistencia del merengue de una trata de limones se debe a la desnaturalización de las proteínas de las claras de huevos. Estos enlaces son más fuertes que los puentes de hidrógeno no covalentes, que sostienen a las proteínas de los organismos de climas más moderados.

LA DESCOMPOSICIÓN CATALÍTICA: ESTÁ EN LAS CÉLULAS

Si alguna vez has usado peróxido de hidrógeno H2, O2 como antiséptico para un rasguño o cortada en la piel, habrás notado que parece efervecer y

burbujear cuando entra en contacto con tu piel. La responsable de esta rápida descomposición es la catalasa, una enzima que se encuentra en la célula de tu piel y en la mayoría de las demás células. En este laboratorio de química vas a estudiar la descomposición del peróxido de hidrógeno catalizada por la catalasa de las células de las zanahorias y determinar las temperaturas óptimas en las que funciona esta enzima.

PROBLEMA

Cómo afecta la temperatura la descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno debido a la catalasa de las células de zanahoria

OBJETIVOS

Observar la acción de la catalasa en la descomposición del peróxido de hidrógeno.

Comparar la velocidad de reacción a distintas temperaturas. Hacer y utilizar gráficas para interpretar los resultados.

MEDIDAS DE SEGURIDAD

El peróxido de hidrógeno puede dañar los ojos.

Usa unos lentes de seguridad cuando lo utilices.

ANALICIZA Y CONCLUYE

1. Interpreta los datos Utilizando tus datos para construir una gráfica para cada una de las temperaturas utilizando. Traza la altura de la espuma en el eje vertical y el tiempo en el eje horizontal.

2. Interpreta los datos Construye otra gráfica, trazando la altura de la espuma a los tres minutos en el eje vertical y la temperatura en el eje horizontal.

3. Compara y contesta ¿Cuál de las temperaturas parece ser óptima para la descomposición del peróxido de hidrógeno catalizada por la catalasa? ¿Cómo es esa temperatura con respecto a la del cuerpo humano?

APLICACIÓN Y EVALUACIÓN

1. Los iones peróxido se producen en las plantas y los animales debido a ciertas reacciones celulares.

Dado que estos peróxidos pueden oxidar y dañar las estructuras de la célula,

¿Qué beneficios tienen la catalasa para las células?

2. Sugeriré una forma en la que se pueda analizar el gas de la espuma para comprobar que es oxígeno.

LA FUNCIÓN DE LAS PROTEÍNAS COMO ENZIMAS

Aunque las proteínas son importantes para construir músculos fuertes, ésta es sólo una de sus muchas funciones en los seres vivos. De esta manera, sólo los sustratos que tienen una forma que les permite unirse con el sitio activo pueden tomar parte en una reacción catalizada por una determinada enzima. En la figura 19.5 se ilustra cómo funciona una enzima. Actualmente las enzimas se utilizan en medicina para tratar desórdenes debidos a su deficiencia. Cuando esta enzima falta, la ingestión de productos lácteos provoca acumulación de lactosa en el sistema digestivo, la producción de gases, inflamación del intestino y diarrea.

ACCIÓN ENZIMÁTICA

Los sustratos se aproximan al sitio activo de una enzima, con lo cual disminuye la energía de activación de la reacción y facilita la unión de los sustratos para formar el producto.

USO DE LAS ENZIMAS

Las protesas son un grupo de enzimas que se encuentran en muchos productos domésticos. Estas enzimas hidrolizan las proteínas en aminoácidos libres

LOS CARBOHIDRATOS

Un carbohidrato es una molécula orgánica que contiene los elementos carbono, hidrogeno y oxígeno en una proporción de alrededor de dos átomos de hidrogeno por uno de oxigeno por cada átomo de carbono. Ahora los químicos saben que los carbohidratos no son cadenas de carbono hidratadas, pero el nombre aún persiste.

EL PAPEL DE LOS CARBOHIDRATOS

Cuando los carbohidratos de la pasta y otros alimentos se degradan en el cuerpo, se forman azúcar glucosa. Los animales almacenan glucosa en el hígado y músculos en forma de glucógeno, un polímero de la glucosa.

EN EL TRABAJO

Una emisora especial de servicio público de TV le hizo un homenaje por su trabajo con las enzimas. ¿Pues contarnos algo de este proyecto?

Al principio comencé a trabajar con la enzima, llamada fosfolipasa A, como parte de mi investigación postdoctoral en el Instituto Pasteur de Francia, en 1985. Durante esa época, descubrimos que la fosfolipasa estaba presente en la placenta humana, y éramos uno de los primeros grupos que habían aislado en el laboratorio esta proteína independiente del calcio. Fue una época muy excitante para mí. Conozco a mucha gente que tiene enfermedades relacionadas con esta enzima.

CONEXIÓN CON OTRAS PROFESIONES

Estos campos se relacionan con la bioquímica.

Especialista en tecnología médica Tres años de Universidad además de un programa de un año en tecnología médica.

Técnico de laboratorio clínico Preparatorio más un programa de entrenamiento de dos años.

Técnico en historial médico Preparatorio más un programa de entrenamiento de dos años.

Resumen de bioquímica de la página 680 a la 685

ESTRUCTURAS DE LOS CARBOHIDRATOS

Los carbohidratos son un grupo diverso de moléculas que van desde los azúcares simples hasta las moléculas más grandes formadas por una serie de distintas combinaciones de estos azúcares. Los azúcares más simples contienen de cinco a siete átomos de carbono dispuestos en una estructura de anillo. Un átomo de oxígeno forma una esquina del anillo y los grupos hidroxilo se unen a cada carbono. Los azúcares simples más comunes son glucosa, fructosa y ribosa. Fructosa

Las moléculas de azúcares simples se denominan monosacáridos. Dos monosacáridos se pueden unir en una reacción de condensación y formar un disacárido como la sacarosa, el carbohidrato más común de los pasteles y los dulces. La estructura de la sacarosa, también conocida como azúcar de mesa, se compone de glucosa y un monómero de fructosa

POLISACÁRIDOS

¿Qué sucede cuando tuesta una rebanada de pan? ¿Has notado que tiene un sabor ligeramente dulce? El sabor dulce se debe a la maltosa, un disacárido formado por dos moléculas de glucosa. El pan que no está tostado no tiene ese sabor dulce y no tiene maltosa. ¿De dónde viene la maltosa del pan tostado? Es el producto de una reacción en la que los carbohidratos grandes – almidón y celulosa- se degradan con el calor. El glucógeno es otro polímero común que sólo contiene glucosa y también se le conoce como almidón animal. El

almidón, la celulosa y el glucógeno son ejemplos de polisacáridos. Los polisacáridos pueden contener ciento o incluso miles de moléculas de monosacáridos que se han enlazado. Un polisacárido puede contener un solo tipo o varios tipos de monosacáridos.

El almidón, la celulosa y el glucógeno poseen las mismas unidades repetidas de glucosa que tiene el almidón de una papa o la celulosa de la madera de un lápiz y sin embargo, ¿cómo pueden ser tan distintas las estructura s de estos tres polímeros? Las principales diferencias se deben a la manera en que se enlazan las moléculas de glucosa, al número de unidades de glucosa en el polímero y a la cantidad de ramificaciones.

LÍPIDOS

Es u compuesto biológico que contiene una gran proporción de enlaces de C_H y menos oxígeno que los carbohidratos se denomina lípido. Las grasas, los aceites y las ceras son lípidos. Estos compuestos son insolubles en agua pero solubles en disolventes orgánicos no polares. Por lo general, los lípidos que se derivan de las plantas se denominan aceites.

Muchos aceites y grasas de tu dieta consisten en largas cadenas de ácidos carboxilos, conocidos como ácidos grasos, unidos a una molécula de glicerol. El glicerol es una pequeña cadena de carbonos con tres grupos hidroxilo funcionales. Una molécula de glicerol se combina con tres moléculas de ácido graso en una reacción de condensación y se forma tres moléculas de agua y una molécula lípido con tres funcionales éster. Cada ácido graso contribuye con la parte hidroxilo de su grupo carboxilo (-COOH), y cada grupo hidroxilo del glicerol contribuye con el átomo de hidrógeno para formar las moléculas de agua. El lípido formado se denomina triglicérido.

GRASAS ARTIFICIALES Y GRASAS DISEÑADAS

Las grasas han adquirido una mala reputación porque ocasionan muchos problemas de salud. Al mismo tiempo, los lípidos son compuestos indispensables que nutren y son los que le dan el delicioso sabor y apariencia apetitosa a muchos alimentos. Los científicos especialistas en alimentos. Los científicos especialistas en alimentos que promuevan la salud, y que al mismo tiempo satisfagan al consumidor con el sabor placentero y la apariencia y textura de las grasas.

LOS CARBOHIDRATOS COMO GRASAS ARTIFICIALES: Actualmente se utilizan dos tipos de carbohidratos – almidón y celulosa – para reemplazar las grasas en los alimentos. Debido a las estructuras de estas moléculas que viste en el capítulo, te pondría sorprender que las moléculas de almidón se mezcla con agua, forma un gel cuya textura y consistencia es igual a la de grasa. Los

geles pueden reemplazar a la grasa en algunos alimentos, pero no sirven para hacer frituras.

LAS PROTEINAS PARA LAS GRASAS: para que una proteína pueda simular una grasa, debe cortarse en finas partículas con dimensiones de solo 0. A 3.0 um. El compuesto conocido simplesse es el único sustituto proteínico de grasas en estados unidos. En una versión, la clara de huevo y las proteínas de la leche se someten a calor de presión elevados para que conformen pequeñas partículas esféricas.

GRASAS QUIMICAS MODIFICADAS: para encontrar la grasa perfecta que no libere calorías y que no dañe la salud, los químicos de alimentos han ideado grasas químicamente modificadas. Los investigadores alteran la forma, el tamaño o la estructura de las moléculas de grasa auténtica para el cuerpo humano las digiera y las utilice solo parcialmente en tecnología de alimentos. La grasa modificada olestra tiene seis a ocho ácidos grasos, derivados de aceites vegetales, unidos a la sacarosa.

La alimentación con una dieta rica en grasas saturadas se ha asociado al incremento de trastornos cardiovasculares como las enfermedades cardiacas. No se conoce bien la causa de ello, pero puede deberse en parte a la capacidad del hígado para sinterizar colesterol. Los niveles elevados de colesterol en la sangre se asocian al endurecimiento y engrosamiento de las paredes de las arterias, una condición conocida como arterioesclerosis. Este proceso pude ocasionar aumento de la presión sanguínea y enfermedades cardíacas. Al reducir la cantidad de grasas saturadas y colesterol en la dieta –especialmente las grasas animales que se encuentran en los huevos, el queso y la carne roja- pueden disminuir los niveles de colesterol en la sangre. Sin embargo, cambiar sólo la dieta no funciona para todas las personas, porque los factores genéticos, el ejercicio, el estrés y otros factores también influyen en los niveles de colesterol sanguíneo.

LAS FUNCIONES DE LOS LÍPIDOS

Los lípidos tienen dos funciones bioquímicas principales en el cuerpo. Cuando un organismo ingiere y procesa más alimento del que necesita, se produce un exceso de energía. El organismo almacena este exceso de energía que después utiliza para unir átomos en las moléculas de lípidos. Cuando se necesita energía, las enzimas rompen estos enlaces y liberan la energía utilizada para formarlos. Los carbohidratos también almacenan energía, sin embargo, el proceso no es tan eficiente como en los lípidos. Por consecuencia, el almacenamiento de energía a largo plazo casi siempre es en forma de lípidos.

Los lípidos también forman una buena parte de las células y de las membranas que las rodean. Los lípidos que se encuentran en las membranas incluyen al

colesterol y los fosfolípidos. Los fosfolípidos so moléculas que tienen un grupo fosfato y dos ácidos grasos. En lugar de tres, unidos a los tres átomos de carbono del glicerol.

ARTERIOESCLEROSIS

El colesterol forma parte del material de las placas que ocluyen esta arteria humana. Las personas con altos niveles de colesterol en la sangre tienen mayor riesgo de desarrollar enfermedades cardíacas debido a la alusión de las arterias. Aunque el colesterol contiene una mala reputación, las células lo necesitan para formar membranas, hormonas, esteroides y sales biliares. El cuerpo humano sintetiza alrededor de 1 gramo de colesterol por día.

LABORATORIO 1

ADN: La cadena de la vida

El ADN es una molécula de dos cadenas formada por muchos polímeros de nucleótidos. El ADN actúa como un diseño maestro que determina la actividad de las células porque contiene las instrucciones codificadas para cada proteína formada por las células. Además, el ADN permite que una célula pase estas instrucciones a la siguiente generación porque se duplica antes de que la célula se divida. Las células recién formadas reciben copias exactas del ADN de las células progenitoras.

Procedimiento

1. Utiliza un mortero con pistilo para moler aproximadamente 5 gramos de germen de trigo en 50 ml. De solución para la lisis celular durante un minuto.

2. Filtra la mezcla a través de un trozo de tela de grasa o de un colador de cocina y recibe el filtrado en un vaso de 250 o 400 ml. Descarta el sólido.

3. Añade al líquido 100 ml de isopropanol al 91% y agita brevemente la solución.

ORIGEN DE LA PALABRA

Esteroide:

Steros (griego) sólido, rígido.

Eidos (griego) forma.

Los esteroides son

Noticias de la MATERIA

Muchos aceites vegetales para cocinar se anuncia

que están libres de colesterol. Como el colesterol sólo se

4. Enrolla con cuidado las cadenas de ADN en una varilla de vidrio.5. Extiende una muestra pequeña del ADN en un portaobjetos y añade dos

gotas de colorante azul de metileno. Examina la muestra de ADN bajo un microscopio.

Análisis1. ¿la gran cantidad de ADN que extrajiste sugiere que está empacado en

forma laxa o apretada en las células?2. ¿El aspecto físico del ADN te permite describir su estructura física?

ÁCIDOS NUCLEICOS

El cuarto tipo principal de biomoléculas –los ácidos nucleicos- no se encuentra en la lista de ingredientes de los productos alimenticios, aunque forma parte de cada célula vegetal o animal que los seres humanos consumen como alimento. Un ácido nucleico es un polímero de gran tamaño que contiene carbono, hidrógeno y oxígeno así como nitrógeno y fósforo. Los ácidos nucleicos están presentes en las células sólo en pequeña cantidad y no es indispensable que figuren en la dieta porque el organismo los sintetiza a partir de aminoácidos y de carbohidratos. Los ácidos nucleicos contienen la información genética codificada que las células necesitan para reproducirse. También regulan a las células controlar la síntesis de proteínas que realizan numerosas funciones en las células. El ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico) son los dos tipos de ácidos nucleicos que se encuentran en las células. Los ácidos nucleicos se nombran así porque se descubrieron por primera vez en el núcleo de las células.

ESTRUCTURA DE UN NUCLEÓTIDO

Cada nucleótido está formado por tres moléculas más pequeñas: un grupo fosfato, un azúcar simple y una base nitrogenada. El grupo fosfato consta de átomos de fósforo, oxígeno e hidrógeno entre lazados en la forma que se muestra. Uno de los átomos de oxígeno del fosfato se une con el azúcar.

LA ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

Los ácidos nucleicos son polímeros formados por bloques que a primera vista parecen complejos. Los nucleótidos pueden contener uno de dos azúcares muy parecidos. Los nucleótidos del ARN contienen un azúcar de cinco carbonos llamado ribosa, mientras que los nucleótidos del ADN contienen desoxirribosa, que contiene la misma estructura general de la ribosa pero un átomo de hidrógeno en lugar de uno de los grupos hidroxilo.

En los nucleótidos se encuentran cinco bases nitrogenadas distintas, en consecuencia, existen cinco tipos distintos de nucleótidos. Los nombres de estas bases se abrevian a menudo con una sola letra: A para adenina, C para citosina, G para guanina, T para timina y U para uracilo. El ADN contiene A, C, G, y T pero nunca uracilo. En el ARN, se encuentra U en lugar de T. un polímero de ácido nucleico está formado por cadenas en las que el azúcar de un nucleótido se enlaza con el fosfato de otro nucleótido, la cadena de azúcares y fosfatos alternados se describe a menudo como el esqueleto de un polímero. Cada azúcar se une a su vez con una de las cinco bases nitrogenadas.

LA ESTRUCTURA DEL ADN

Este modelo de una parte de la molécula del ADN muestra claramente su complejidad. Una sola molécula de ADN contiene varios miles de nucleótidos.

EL ADN

En la estructura tridimensional del ADN, las dos cadenas del esqueleto de azúcar y fosfato se unen a través de los puentes de hidrógeno que se forman entre las bases unidas a cada cadena. Cada base contiene una forma específica que le permite formar puentes de hidrógeno con sólo una de las otras bases. En el ADN, la adenina sólo se une con la timina, y la citosina sólo lo hace con la guanina. Cuando las bases de los dos esqueletos del ADN se enlazan entre sí, el ADN adopta una estructura semejante a una escalera. Las bases forman los peldaños y las cadenas del esqueleto constituyen los lados de la escalera. Ahora, imagina esta escalera torcida alrededor de un eje. La escalera del ADN se tuerce en una estructura en espiral conocida como doble hélice.

La secuencia específica de las bases en el ADN es un organismo forma su código genético. Este código maestro controla todas las características del organismo porque contiene las instrucciones para la estructura de cada proteína que forma el organismo. El código pasa de una generación a la siguiente porque la descendencia recibe copias del ADN de sus progenitores. En 1963, Francis Crick y James Watson recibieron el Premio nobel de Química por haber determinado la estructura del ADN. Ellos predijeron correctamente cómo esta estructura permite que el ADN pueda duplicarse rápidamente con las células para que la información genética se transmita a la siguiente generación de células. Este descubrimiento abrió el camino a la ciencia moderna de la genética y sus aplicaciones en ingeniería genética.

EL ARN

El ARN también es un polímero de nucleótidos, pero existen algunas diferencias importantes en su estructura con respecto a la del ADN. Ya se vio

que los azúcares que se encuentran en estos dos ácidos nucleicos son distintos y que la base de uracilo sustituye a la timina que se encuentra en el ADN. El uracilo se une con la adenina de la misma forma que la timina. La estructura tridimensional del ARN también es distinta de la que tiene el ADN. El ARN tiene una sola cadena de nucleótidos, que se tuerce y roma una hélice. Además, funciona en la célula para llevar la información genética desde el ADN hacia el sitio de la síntesis de proteína, donde dirige la secuencia de los aminoácidos en las proteínas.

LAS VITAMINAS

El empaque de la leche indica que se le ha añadido vitamina D. Las células necesitan más de uno de los principales grupos de moléculas. Las vitaminas son moléculas orgánicas que se necesitan en pequeña cantidad en la dieta. La vitamina D ayuda a absorber el calcio y el fósforo a través de las paredes del intestino hacia el torrente sanguíneo. Estos minerales son imprescindibles para la buena formación de los huesos.

A diferencia de las funciones de las proteínas, los carbohidratos y los lípidos, las vitaminas no se utilizan directamente como fuente de energía o como material para formar la estructura del cuerpo. Muchas vitaminas funcionan como coenzimas en las reacciones de las células. Una coenzima es la molécula orgánica que ayuda a las enzimas en las reacciones de catálisis.

REACCIONES DE LA VIDA

El sabor de un plátano dulce viene de los azúcares que se forman del almidón que se degrada cuando el plátano madura. Le reacción que rompe el almidón en azúcares es tan sólo una de las muchas que suceden en las células. Las células vivas son como un estadio dinámico donde las moléculas y los elementos pocas veces están al margen.

METABOLISMO

ORIGEN DE LA PALABRA

Vitamina:

Vita (latín) vita.

Las vitaminas se necesitan en pequeñas cantidades para la

vida.

La vitamina A

Esta vitamina es necesaria para mantener la salud de los ojos, la piel y las membranas mucosas.

Se almacena en las células grasas del cuerpo,

especialmente en el hígado.

Los azucares son bastante pequeños y pueden transportarse hacia el interior de las células que recubren el sistema digestivo. De allí pasan al torrente sanguíneo para entrar a las células. En cuanto se muerde una fruta, las enzimas que hay en la saliva comienzan a hidrolizar el almidón en glucosa. De la misma manera, la gran variedad de grandes y complejas moléculas hay en los alimentos se deben romper para formar unidades más pequeñas que las células puedan absorber. El metabolismo es la suma de todas las reacciones químicas necesarias para la vida de un organismo. Estas numerosas reacciones celulares tienen una compleja intercomunicación, transforman la energía química almacenada en los enlaces de los compuestos nutritivos en otras formas de energía y sintetizan las biomoléculas necesarias para la estructura y realizar las funciones específicas de los seres vivos.

LA FUNCIÓN DE LA HEMOGLOBINA

En 1864, un físico británico descubrió que la hemoglobina, el pigmento de la sangre, se une con el oxígeno y lo libera. Cuando se desprende del oxígeno, su color pasa del rojo al rojo azulado.

En los alveolos pulmonares la hemoglobina se combina con el oxígeno por medio de sus átomos de hierro y lo transporta hacia los tejidos del cuerpo. La forma de la molécula de hemoglobina cambia cuando sale de los pulmones por los vasos sanguíneos y llega a los capilares que irrigan a las células: ese cambio en su forma es lo que provoca que se libere el oxígeno donde se necesita.

ESTRUCTURA Y FUNCION DE LA HEMOGLOBINA

Las propiedades fisiológicas de la hemoglobina se pueden explicar al estudiar su estructura. La molécula de hemoglobina (Hb) consta de dos cadenas de poli péptidos ligeramente distintas, alfa y beta. Cada una de las cuatro cadenas de poli péptidos tiene un grupo hem cerca del centro. Un grupo hem consta de un atomo de hierro asociado con cuatro átomos de nitrógeno, cada uno de los cuales es parte de una estructura anular. Así, la estructura del hem es un circulo de anillos nitrogenados con hierro en su centro.

Cada átomo de hierro de la molécula de hemoglobina se puede unir con una molécula diatomica de oxígeno, que contiene dos átomos de oxígeno. Por lo tanto, cada molécula de hemoglobina puede tener ocho átomos de oxigeno cuando está saturada.

ENVENENAMIENTO CON MONÓXIDO DE CARBONO

Como el gas monóxido de carbono, que es venenoso, tiene un tamaño semejante al del oxígeno, se combina con la hemoglobina case en la misma forma que el oxígeno. Por desgracia, la afinidad del monóxido de carbono por la hemoglobina es de casi 210 veces la del oxígeno. Para empeorar las cosas, el oxígeno y el monóxido de carbono se combinan con la hemoglobina en el

mismo sitio de la molécula. En consecuencia no pueden unirse con la hemoglobina al mismo tiempo. El monóxido de carbono es peligroso, aun a la concentración del 0.1%. Con esta concentración la mitad de la hemoglobina de la sangre se cambia con el monóxido de carbono dejando solo la mitad de hemoglobina para que se pueda combinar con el oxígeno. Cuando la concentración de monóxido de carbono aumenta a casi un 0.2%, la cantidad de hemoglobina que puede transportar oxigeno es demasiado bajo para que pueda sustentar la vida, lo cual ocasiona la muerte.

En palabras más entendibles se puede resumir lo anterior diciendo que cuando una persona está en peligro de envenenamiento por monóxido de carbono se le tiene que administrar oxígeno puro a presión seis veces mayor a la normal.

LA RESPIRACIÓN

Cuando las células necesitan energía, oxidan los combustibles como los carbohidratos y las grasas. Este proceso provoca la formación de dióxido de carbono y agua, los mismos productos que se forman cuando un combustible como la gasolina se quema en un motor. En esta reacción se libera energía.

La mayor parte de energía que utilizan las células proviene de la oxidación de los carbohidratos. En la oxidación, como en la mayoría de las reacciones químicas, inicialmente se necesita energía para romper enlaces. Por lo general, esta energía se suministra en forma de calor. Las moléculas reaccionan por el calor pues es este el que acelera la reacción pero las altas temperaturas matarían a las células vivas.

EL ATP Y EL ALMACENAMIENTO DE ENERGIA

Cuando la gasolina se quema en los cilindros del motor de un automóvil, en una sola reacción explosiva se libera gran cantidad de energía en forma de calor. Si la energía de la oxidación de la glucosa y otros compuestos nutritivos se liberara en la misma forma, las células no podrían utilizarla totalmente. Las reacciones metabólicas necesitan pequeñas cantidades energía. Cuando los compuestos nutritivos se rompen, la energía de los enlaces que se rompen, la energía de los enlaces que se rompen se transfiere a las moléculas que almacenan energía: las moléculas de di fosfato de adenosina, se abrevia como ADP. La estructura del ADP es idéntica a uno de los nucleótidos que sirven como bloques de construcción de los ácidos nucleicos, excepto que el ADP tiene dos grupos fosfato unidos a la molécula de ribosa.

Las células almacenan energía uniendo un tercer grupo fosfato al ADP para formar el trifosfato de adenosina: el ATP. Cuando las células necesitan energía, se rompe el enlace fosfato-fosfato del ATP, se forma ADP y un grupo fosfato y se libera la energía almacenada. La conversión de ADP en ATP y viceversa se produce en las células una y otra vez cuando las reacciones metabólicas liberan y utilizan energía. Muchas de estas reacciones se llevan a cabo durante la respiración celular.

GLUCOLISIS: La primera etapa de la respiración celular

El proceso de la respiración celular consta de muchas reacciones que se pueden agrupar en tres etapas principales. En la primera etapa de la respiración una serie de nueve reacciones degradan la glucosa en un par de compuestos de tres carbonos. Gran parte de la energía proveniente de la ruptura de los enlaces se transfiere al ATP. Durante esta etapa se obtiene un rendimiento neto de dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa. Esta serie de reacciones se denomina glucolisis, que significa “ruptura de glucosa”.

1. Glicolisis: en la primera etapa de la respiración, una molécula de seis carbonos de glucosa se divide en un par de moléculas de tres carbonos. En la glucolisis también se forman iones, hidrogeno y electrones. Estos se combinan con los iones del nucleótido de nicotinamida adenina (NAD+), que son acarreadores de electrones para formar NADH, el NADH es una coenzima que se forma a partir de la vitamina B4, a la que también se le llama niacina. El ATP y el NADH sirven como sitios temporales de almacenamiento de energía y electrones, respectivamente, durante la respiración.

2. Ciclo del ácido carboxílico: el par de moléculas de tres carbonos que se originó a partir de la glucosa se transforma en seis moléculas de dióxido de carbono. Se produce más ATP y NADH junto con una molécula de otra coenzima denominada flavìn adenìn dinuclèotido (FADH2)

3. Cadena de transporte de electrones: La mayor parte de la energía derivada de la glucosa se libera en la etapa final de la respiración, que se describe con el término de cadena de trasporte de electrones. Los electrones se trasladan paso a paso a niveles de energía más bajos, lo cual permite una liberación regulada de la energía. Esto es semejante a la liberación de energía potencial que se produce en cada rebote de una pelota cuando rueda por una escalera. Durante estas etapas, la energía se almacena como ATP, cuando los grupos fosfato se transfieren al ADP. Una reacción redox final transfiere los electrones al oxígeno que respiramos, con lo cual se forma agua. En ausencia de oxígeno, toda la cadena de transporte se detiene porque los electrones no tienen a donde ir.

LA FERMENTACIÓN

Si las células carecen de oxígeno, deben utilizar vías alternativas para extraer la energía de la glucosa para que no mueran. Los procesos metabólicos que se llevan a cabo en ausencia de oxigeno se llaman procesos anaeróbicos. Las células pueden generar energía proveniente de la glucosa por medio de un proceso anaeróbico de fermentación. Existen dos tipos principales de fermentación. En uno se produce etanol y dióxido de carbono; en el otro, ácido láctico.

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA

Se produce en algunas bacterias y en las levaduras. El proceso rinde mucho menos energía que la respiración porque gran parte de la energía de la glucosa se queda en los enlaces del etanol. La fermentación es relativamente poco

eficiente, proporciona suficiente energía para que las células realicen sus funciones fundamentales. Esta se utiliza en las industrias que producen vino y

cerveza, así como elaboración industrial de pan. El dióxido de carbono que se forma en la fermentación alcohólica permite que el pan esponje y las donas queden ligeras y esponjadas. El etanol que se produce en la fermentación se evapora durante el proceso de horneado.

FERMENTACIÓN DEL ACIDO LÁCTICO

Cuando las células se quedan sin oxígeno, la respiración no puede continuar, y en su lugar comienza un tipo de fermentación conocida como fermentación de ácido láctico. Si el estado anaeróbico se prolonga, el ácido láctico se acumula en los músculos, provocando entumecimiento o fatiga muscular. Como una parte de la energía de la glucosa queda atrapada en el ácido láctico y éste no puede degradarse en condiciones anaeróbicas, este tipo de fermentación no libera tanta energía como la respiración.

CONCLUSIONES Las proteínas, los carbohidratos, los lípidos y los ácidos nucleicos son

los cuatro tipos principales de biomoléculas. Los carbohidratos contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. Las

unidades de azúcares simples se combinan para formar polímeros de carbohidratos. Las células utilizan azúcares simples para producir energía y los polímeros para almacenarla.

Los lípidos son moléculas insolubles en agua y solubles en disolventes no polares. Funcionan para almacenar energía y formar las membranas celulares.

La fermentación es un proceso en el que se obtiene energía de las moléculas de combustible en ausencia de oxígeno y se forma etanol.