COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA CÉLULA

Transcripción

1 COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA CÉLULA Toda la materia del universo está formada por elementos químicos. Los seres vivos también. Además, nuestros elementos químicos se encuentran también en nuestro planeta y en otros astros. A los elementos que forman parte de los seres vivos, les llamamos bioelementos y a sus combinaciones, biomoléculas. BIOELEMENTOS Son aquellos que forman las moléculas indispensables para la vida, llamadas BIOMOLÉCULAS. Toda la biología, todos los seres y los fenómenos vitales se basan en la combinación de 25 letras de un alfabeto que hace posible el lenguaje de la vida. De esas letras, seis CHONPSdan lugar al 96% de la materia viva. Son los bioelementos. En cualquier ser vivo se pueden encontrar alrededor de setenta elementos químicos, pero no todos son comunes a todos los seres. Atendiendo a su abundancia se pueden clasificar en: a) Bioelementos primarios, que aparecen en una proporción media del 96% en la materia viva, y son carbono, oxigeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Estos elementos reúnen una serie de propiedades que los hacen adecuados para la vida: Forman entre ellos enlaces covalentes muy estables, compartiendo pares de electrones. El carbono, oxígeno y nitrógeno pueden formar enlaces dobles o triples. Son los elementos más ligeros de la naturaleza. b) Bioelementos secundarios, aparecen en una proporción de 3,9%. Son el calcio, sodio, potasio, magnesio y cloro y desempeñan funciones de vital importancia en fisiología celular. c) Oligoelementos, micro constituyentes, o elementos vestigiales, que aparecen en la materia viva en proporción inferior al 0,1% siendo también esenciales para la vida: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, yodo, cobalto. Aún participando en cantidades infinitesimales, no por ello son menos importantes, pues su carencia puede acarrear graves enfermedades. Algunas funciones importantes de los bioelementos son:

2 ORIGEN DE NUESTROS ÁTOMOS Y MOLÉCULAS Teoría de Oparin Alexander I. Oparin en 1924 y el biólogo inglés John B. S. Haldane en 1928, ambos de manera independiente, estudiaron el origen de la vida, llegando a las mismas conclusiones. Su teoría se basa principalmente en las condiciones físicas y químicas que existían en la Tierra primitiva y que permitieron el desarrollo de la vida. Si la tierra se formó hace unos millones de años y Hace unos 3500 millones de años se cree que comenzó la vida, hubo un periodo de 1000 años para preparar los ingredientes en los mares primitivos por un proceso llamamos EVOLUCIÓN QUÍMICA. Toda la materia que nos rodea y también la nuestra, está constituida por átomos y moléculas. Sin embargo, los átomos y moléculas no han existido desde siempre. Antes del Big Bang, no había materia. Toda la materia actual estaba concentrada en un punto de cm y densidad infinita, el huevo cósmico. La presión y temperatura eran tan elevadas que sólo había energía. En un momento dado, "explotó" generando la materia y su expansión en todas las direcciones, creando a la vez, la dimensión espacio-tiempo. El Big Bang ocurrió hace aproximadamente millones de años y constituye el momento en el que la no materia se convierte en materia. La investigación astrofísica ha permitido conocer los procesos que han generado los distintos elementos químicos del universo. En el Big Bang se originaron primero, las primeras partículas materiales (quark, protón, electrón). Son las partículas subatómicas. Trescientos mil años después, los electrones se juntan con los núcleos de hidrógeno y helio para formar el átomo. El primer átomo fue el más sencillo, el hidrógeno. Formación de las primeras estrellas- En las nubes gaseosas formadas por hidrógeno se producen compresiones por gravedad y se alcanza el millón de grados. Para que esto pueda convertirse en estrella, necesita colapsar e incrementar su densidad. Formadas las estrellas, se fueron fabricando nuevos elementos dentro de ellas, por procesos de fusión nuclear. Dos núcleos de hidrógeno se unen para formar helio, dos núcleos de helio se unen para formar berilio etc. Así se formaron el oxígeno, carbono, nitrógeno y otros más pesados. Más adelante, en el proceso de evolución de algunas estrellas, se fabrica hierro. El hierro es el último elemento estable que se forma en una estrella, y tras su formación, la enorme densidad de materia se acumula en el centro de la estrella y se produce una fusión nuclear que genera el resto de elementos. Cuando esto ocurre la estrella sufre una explosión cataclísmica supernova- y lanza al espacio interestelar casi toda la masa de la estrella y sus elementos, pudiendo estos chocar con otros y formar otra estrella. La materia del universo fue concentrándose en distintos puntos por atracción gravitatoria. Estrellas y gases se concentran y forman las galaxias. Con unos mil millones de estrellas, se formó la Vía Láctea, en la cual nos encontramos nosotros.

3 La enorme nebulosa que originó nuestro sistema solar contenía mucho hidrógeno, elementos ligeros y elementos pesados procedentes de la explosión de supernovas anteriores. Estos elementos son los que formaron los planetas. Hace 4750 millones de años, en un brazo de nuestra galaxia espiral, una nube de gas y polvo comenzó a contraerse. Unos pocos millones de años más tarde, esta nebulosa se transformó en una estrella (nuestro Sol) y los planetas. Un sistema solar. Junto con el sistema solar. Diversas partículas y polvo cósmico estaban girando en torno al Sol y por atracción gravitatoria acabaron formando los planetas, entre ellos, la Tierra. Cómo era el planeta Tierra tras su formación? La temperatura de la tierra era muy elevada, por el impacto de meteoritos y porque el planeta todavía se encontraba en formación. Entonces, no era más que una esfera de roca fundida, pero a lo largo del tiempo, la corteza se enfrió y se hizo sólida. LA ATMÓSFERA PRIMITIVA debió contener cantidades importantes de metano (CH4 ), amoniaco (NH3), hidrógeno (H) y vapor de agua (H2O). Carecía de oxigeno libre. Estos gases son ingredientes que ofrecen CARBONO, HIDRÓGENO Y NITRÓGENO. Pero no había oxígeno. De dónde surgió? Se pensó en el agua como fuente de oxígeno. Como la tierra tenía actividad volcánica, esta expulsaba vapor de agua (H2O) y habría generado humedad en la atmosfera. También se cree que el agua pudo ser traía por los cometas. El núcleo de los cometas está formado por hielo. Se piensa que su impacto en la tierra aportó el agua. Sea como fuere, al comienzo, el agua estaba en forma de vapor y cuando se fue enfriando, hubo un momento en que condensó, formando nubes y empezó a llover.

4 LOS MARES PRIMITIVOS Las lluvias arrastraron las moléculas de la atmósfera a la tierra, formando los mares primitivos. Éstos no eran como los de ahora, las aguas eran muy calientes, pues la tierra era una bola de magma donde sólo la corteza se estaba solidificando. Los mares contenían las moléculas mencionadas, moléculas inorgánicas. FORMACIÓN DE LAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS En estas condiciones, en la tierra había una energía tremenda, en la que podían darse reacciones químicas que sería imposible en condiciones normales. 1. La ELEVADA TEMPERATURA del planeta 2. La gran cantidad de RAYOS ULTRAVIOLETA procedentes del sol (ya que no había ozono) 3. Las DESCARGAS ELÉCTRICAS en la atmósfera (relámpagos) debido a las tormentas tremendas que se originaban continuamente en la atmósfera. 4. la energía térmica de los VOLCANES, ya que la tierra era prácticamente una bola de magma que provocaba continuas erupciones. 5. Una atmósfera reductora, SIN OXÍGENO 6. Elevada RADIACTIVIDAD En este ambiente de tanta energía, los compuestos inorgánicos primitivos, reaccionarían entre sí formando compuestos orgánicos. Los carbonos pudieron enlazarse entre ellos C-C-C-C-C-, y junto con H, O y N formando la materia orgánica. La vida surgió en la tierra, a partir de estos elementos que fueron formando las estructuras de los seres, las células. A estos elementos les llamamos bioelementos y a sus combinaciones, biomoléculas, por formar parte de los seres vivos. Esta tierra que sería un verdadero infierno para nosotros, fue el escenario ideal para que se formaran las biomoléculas orgánicas. Éstas formaron con el tiempo, el primer ser vivo: una célula. Al agua de estos mares primitivos se le llama sopa o caldo primigenio por ser rico en componentes orgánicos: los compuestos de CHON. Los elementos que forman la vida son ligeros, como podemos ver en su colocación en la tabla periódica.

5 Experimento de MILLER y Urey Aunque en la actualidad no se sabe con exactitud cuál fue el origen de la vida, Miller y Urey dieron una prueba que apoya la teoría de Oparin. Sus experimentos confirmaron que, simulando en el laboratorio las condiciones antiguas, con descargas eléctricas en un recipiente con los gases de amoníaco, metano etc., se forman moléculas orgánicas: aminoácidos, azúcares etc. Primero tuvo lugar la formación de moléculas orgánicas sencillas tales como azúcares, ác.grasos, aminoácidos y nucleótidos. Estas moléculas orgánicas simples debieron asociarse formando macromoléculas como las conocidas actualmente. Se trata de los carbohidratos, proteínas, grasas y los ácidos nucleicos como el ARN y ADN. Monómeros y polímeros Las pequeñas moléculas orgánicas se denominan, en general, monómeros. Éstos se unieron como vagones en un tren, formando largas cadenas. Estas grandes moléculas se llaman polímeros o macromoléculas. En los glúcidos, los monómeros son los monosacáridos como la glucosa y los polímeros son cientos de glucosas unidas como es el caso del almidón. En las proteínas, los monómeros son los aminoácidos, que se unen cientos, incluso miles, para formar largas cadenas de proteínas. El ADN, LA MOLÉCULA HACE POSIBLE LA VIDA La unión de nucleótidos forma el ADN La formación de esta molécula hizo posible la vida pues el ADN es capaz de reproducirse y de contener instrucciones para formar proteínas y dirigir el funcionamiento celular. Esta molécula inventó la reproducción antes de que se formara el primer ser vivo.

6 Hoy día, la materia orgánica sólo puede formarse dentro de un ser vivo. Nuestros átomos y moléculas proceden de lo que ingerimos, de los alimentos. Estos proceden de plantas y animales. En última instancia, de las plantas, que fabrican el alimentos por medio de la fotosíntesis. Ellas son las grandes fábricas de materia orgánica a partir de inorgánica, que nutren a todos los seres vivos del planeta. BIOMOLÉCULAS O Principios inmediatos Son sustancias orgánicas e inorgánicas, a partir de las cuales se constituye la materia viva. Están formadas por la unión de los bioelementos. Las biomoléculas se clasifican en dos grupos: -Inorgánicas- llamadas así porque también pueden formar materiales inertes (rocas, minerales, agua); también reciben el nombre de materia inorgánica. - Orgánicas- son moléculas que solamente se encuentran y se forman en la materia viva, (aunque algunas pueden sintetizarse en el laboratorio). Todas contienen C H y O y el carbono, forma enlaces C-C-C y/o C-H -Normalmente, son grandes moléculas En este cuadro hay un error Cuál es?

7 LAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS Tienen carbono como elemento fundamental y son moléculas exclusivas de los seres vivos. Una característica de nuestras biomoléculas orgánicas es que muchas son macromoléculas formadas por la unión de unidades llamadas monómeros. Por ello se llaman polímeros. Los monómeros se unen por medio de enlaces que dependen del tipo de molécula. enlace polímero Se han formado 4 enlaces para unir 5 monómeros La formación de cada enlace suelta una molécula de agua. La reacción se llama POLIMERIZACIÓN y puede darse en el otro sentido, de manera que en un polímero se romperían los enlaces con moléculas de agua para soltar sus monómeros. Esta reacción se llama HIDROLISIS Para romper un polímero de n monómeros, se necesitan n-1 moléculas de agua. H 2 O Se forman en los seres vivos (dos excepciones: laboratorio y caldo nutritivo) H 2 O H 2 O