QUÍMICA PARA COMPRENDER LA VIDA

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1 CIENCIAS BIOLÓGICAS 2 - UNIDAD 1 Prof. María Paula García 1 QUÍMICA PARA COMPRENDER LA VIDA Todo lo que nos rodea está constituido por materia. La materia es todo lo que existe, ocupa un lugar en el espacio, tiene masa y duración en el tiempo. Puede presentarse en estado sólido, líquido o gaseoso. Y una de las afirmaciones más importantes de la ciencia es que la materia está formada a su vez por estructuras microscópicas llamadas átomos. Los átomos son las unidades estructurales de la materia: la unidad más pequeña. Sin embargo, los átomos en sí se componen de: Un núcleo atómico central (a menudo llamado simplemente núcleo), el cual contiene dos tipos de partículas subatómicas con igual peso: los protones, que tienen carga positiva, y los neutrones, que no tienen carga. Otras partículas subatómicas llamadas electrones giran alrededor del núcleo atómico. Los electrones son partículas más ligeras con carga negativa. Un átomo tiene el mismo número de electrones y protones; por lo tanto, es eléctricamente neutro. En la naturaleza hay 92 tipos de átomos, cada uno de los cuales forma la unidad estructural de un elemento químico diferente. Un elemento químico es una sustancia que no puede descomponerse ni convertirse en otras sustancias mediante procesos químicos ordinarios. Todos los elementos químicos tienen la misma estructura y se diferencian en la cantidad de partículas subatómicas que tienen. Cada elemento químico está representado por un nombre y un símbolo químico. El número de protones que hay en el núcleo es lo que caracteriza a cada átomo. Por ejemplo, cualquier átomo de hidrógeno tiene un protón en su núcleo; cualquier átomo de carbono, seis protones, y cualquier átomo de oxígeno, ocho. Cada elemento posee propiedades químicas exclusivas basadas en el número y la configuración de sus partículas subatómicas. Algunos, como el oxígeno y el hidrógeno, son gases a temperatura ambiente, mientras que otros, como el plomo, son sólidos extremadamente densos. La mayoría de los elementos son muy escasos y relativamente pocos de ellos resultan indispensables para la vida en la Tierra. Algunos ejemplos de elementos químicos: Nombre del elemento Símbolo químico Número de protones Hidrógeno H 1 Helio He 2 Carbono C 6 Nitrógeno N 7 Oxígeno O 8 Calcio Ca 20 Hierro Fe 26 La materia viva tiene una composición química particular, que la diferencia de la materia inerte o sin vida. Por ejemplo, la composición química de la corteza terrestre es:

2 En cambio, la composición química de los seres vivos es: CIENCIAS BIOLÓGICAS 2 - UNIDAD 1 Prof. María Paula García 2 En la naturaleza, no es común encontrar a los átomos solos o independientes. En general, los átomos se mantienen unidos a otros y forman estructuras más complejas, llamadas moléculas. Una molécula es una estructura formada por la unión de dos o más átomos. Las moléculas están representadas por una fórmula molecular y pueden estar formadas por átomos iguales o diferentes. Cuando están formadas por el mismo tipo de átomo se llaman moléculas simples y cuando están formadas por átomos diferentes se llaman moléculas compuestas. Algunos ejemplos de moléculas son: Nombre de la molécula Fórmula Tipo de molécula Composición química dióxido de carbono CO 2 compuesta 1 átomo de C + 2 átomos de O agua H 2 O 2 compuesta 2 átomos de H + 2 átomos de O oxígeno O 2 simple 2 átomos de O ozono O 3 simple 3 átomos de O glucosa (azúcar) C 6 H 12 O 6 compuesta 6 átomos de C + 12 átomos de H + 6 átomos de O cloruro de sodio (sal) NaCl compuesta 1 átomo de sodio (Na) + 1 átomo de cloro (Cl) etanol (alcohol común) C 2 H 6 compuesta 2 átomos de C + 6 átomos de H Las moléculas, además de tener estar representadas por una fórmula química, también pueden ser representadas por la forma que adoptan en el espacio:

3 CIENCIAS BIOLÓGICAS 2 - UNIDAD 1 Prof. María Paula García 3 Según su composición química, las moléculas se pueden dividir en dos tipos: - MOLÉCULAS INORGÁNICAS: las cuales no están formadas por un esqueleto de carbono. Ejemplo: agua (H 2 O) y dióxido de carbono (CO 2 ); - MOLÉCULAS ORGÁNICAS: las cuales están formadas por un esqueleto más o menos largo y complejo de átomos de carbono, al cual pueden unirse otros tipos de átomos. LA VIDA ES CARBONO: la vida en la Tierra está basada en el carbono, hasta tal punto que no conocemos ningún compuesto relacionado con la vida en el que no esté presente (la única excepción podría ser el agua). El carbono presenta unas propiedades químicas muy interesantes, que explican su posición de privilegio, en primer lugar su capacidad para unirse entre sí y formar una gran variedad de compuestos, desde lineales, cíclicos, ramificados, etc. Dentro de las moléculas orgánicas compuestas por esqueletos de carbono, hay algunas que sólo se encuentran en los seres vivos y tienen mucha importancia, por lo que se las llama: BIOMOLÉCULAS, HIDRATOS DE CARBONO LÍPIDOS PROTEINAS ÁCIDOS NUCLEICOS Las biomoléculas son moléculas biológicas muy complejas, que se forman por la unión de moléculas más pequeñas, así como los trenes se forman acoplando diversos vagones. De esta manera, las moléculas orgánicas más pequeñas se emplean como subunidades que se combinan para formar moléculas más largas, igual que el ejemplo de los vagones de un tren. Las subunidades individuales se conocen con el nombre de MONÓMEROS (del griego una parte ) Las cadenas de monómeros se conocen como POLÍMEROS (del griego muchas partes ) HIDRATOS DE CARBONO Los hidratos de carbono, también conocidos como carbohidratos o glúcidos, son moléculas formadas por carbono, oxígeno e hidrógeno. Todos los carbohidratos son azúcares pequeños solubles en agua o bien largos polímeros formados por la unión de esos azúcares pequeños. De esta manera, se los puede clasificar: - MONOSACÁRIDOS (= un azúcar): el más común es la glucosa, cuya fórmula es C 6 H 12 O 6 y adopta la siguiente conformación: Hay otros monosacáridos conocidos, como la fructosa (azúcar de la fruta) y la galactosa. GLUCOSA - DISACÁRIDOS (= dos azúcares) uno de los más comunes es la sacarosa (azúcar común), formado por la unión de una glucosa y una fructosa.

4 CIENCIAS BIOLÓGICAS 2 - UNIDAD 1 Prof. María Paula García 4 - POLISACÁRIDOS (= muchos azúcares), los más comunes son el almidón, el glucógeno y la celulosa. Las principales funciones que cumplen los hidratos de carbono en los seres vivos son: ENERGÉTICA: los hidratos de carbono son la principal fuente de energía de las células. La glucosa es la sustancia de la cual la mayoría de los seres vivos obtienen energía en forma inmediata a través de su degradación en el llamado proceso de respiración celular. Al degradarse la molécula de glucosa, la energía química contenida en las uniones entre los átomos de carbono se libera y puede ser utilizada por la célula para cumplir con sus funciones. Algunos hidratos de carbono, como el almidón en las plantas y el glucógeno en animales, se almacenan en las células y el organismo puede recurrir a ellos para usarlos como fuente de energía. De esta manera, estos polisacáridos se degradan en unidades de glucosa y ésta puede así usarse en las células que la necesitan. ESTRUCTURAL: algunos polisacáridos tienen una función importante como material de construcción y de sostén de las células. Un ejemplo es la celulosa, un polisacárido que es el principal componente de la pared que rodea a las células vegetales y de las partes fibrosas y leñosas de las plantas (la madera por ejemplo, está constituida en más de un 50% por celulosa).

5 CIENCIAS BIOLÓGICAS 2 - UNIDAD 1 Prof. María Paula García 5 LÍPIDOS Bajo el nombre de lípidos se agrupa a un conjunto muy variado de sustancias entre las que se encuentran las grasas (sólidas a temperatura ambiente), los aceites (líquidas a temperatura ambiente), las ceras y el colesterol. Todas tienen una propiedad común: son insolubles en agua. Las moléculas que constituyen a los lípidos son muy variadas y están formadas por átomos de carbono (C), oxígeno (O) e hidrógeno (H), aunque en algunos casos también fósforo (P) y azufre (S). Los lípidos llamados triglicéridos se forman a partir de una unidad llamada glicerol (un alcohol) y tres unidades de ácidos grasos. Existen diferentes tipos de ácidos grasos, desde algunos con muy pocos átomos hasta otros que forman largas cadenas de carbono, hidrógeno y oxígeno. Los lípidos tienen una función estructural importante: forman las membranas que rodean a todas las células; las grasas forman una gruesa capa debajo de la piel de los animales que viven en zonas muy frías (aislante térmico); la grasa también forma una capa alrededor de algunos órganos internos y los protege de los golpes; algunas ceras forman cubiertas alrededor de las semillas y los frutos de los vegetales y de la piel, pelos y plumas de algunos animales, lo cual les brinda protección y evita la pérdida de agua. Reserva energética: los lípidos, fundamentalmente los triglicéridos, se almacenan como tejido adiposo o graso de muchos animales, semillas y frutos de algunos vegetales. Son utilizados para la obtención de energía en aquellos casos en que hay poca disponibilidad de hidratos de carbono. Función reguladora: algunos lípidos cumplen en el organismo de muchos seres vivos la función de regular importantes procesos. El colesterol, algunas vitaminas y algunas hormonas son lípidos que regulan procesos fundamentales para el buen funcionamiento de nuestro organismo. PROTEINAS Las proteínas están formadas por átomos de carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N) principalmente, aunque en varias ocasiones pueden tener también azufre (S) u otros átomos como el hierro (Fe). Las proteínas se forman a partir de la unión de unidades simples llamadas aminoácidos. Existen 20 tipos de aminoácidos diferentes y la gran variedad de proteínas que existen se diferencian entre sí por la cantidad, el tipo y el orden en que se ubican los aminoácidos que las forman. Sólo para dar un ejemplo, una célula humana puede contener hasta proteínas diferentes. La acción de este tipo de moléculas biológicas depende de la secuencia de aminoácidos que las conforman y de la estructura en el espacio que luego adopta esa secuencia en cadena. Las proteínas no son utilizadas normalmente como fuente de energía por los seres vivos. Sus funciones principales son: Función estructural: forman material de construcción de las células y estructuras de sostén y protección de numerosos organismos. Por ejemplo: Colágeno y elastina son dos proteínas que dan tonicidad y elasticidad a la piel; Actina y miosina son proteínas que conforman los músculos y tienen la propiedad de contraerse; La queratina es una proteína presente en la estructura de pelos y plumas.

6 CIENCIAS BIOLÓGICAS 2 - UNIDAD 1 Prof. María Paula García 6 Función reguladora: las proteínas son moléculas que controlan y permiten que se produzcan infinidad de procesos dentro de los organismos vivos: Son enzimas: proteínas que aceleran las reacciones químicas, como la digestión de los alimentos por ejemplo; Transportan oxígeno en sangre, como la hemoglobina; Son hormonas: proteínas que actúan como mensajeras entre diferentes células del organismo; Son anticuerpos: proteínas que intervienen en la defensa del organismo contra agentes extraños. LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos tienen que ver con la herencia y a transmisión de las características de los seres vivos. Existen dos tipos de ácidos nucleicos: el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). El ADN es el material genético, una molécula enorme que se transmite de una generación a otra. Algunos fragmentos de esta enorme molécula son los genes, que no son ni más ni menos que instrucciones que determinan las características de un organismo. El ARN, en cambio, es también una enorme molécula que actúa como intermediaria y ayuda a traducir las instrucciones escritas en los genes. El ADN es una molécula muy larga que se forma a partir de la unión de unidades sencillas llamadas nucleótidos. Cada nucleótido, a su vez, está formado por un azúcar, un grupo fosfato y una base nitrogenada (sustancias que tienen en su estructura átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo). Al unirse, los nucleótidos forman una escalera en espiral compuesta de dos hebras. La estructura del ADN es conocida como doble hélice.