composición química de los sistemas biológicos

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS
“...Hay decenas de miles de millones de tipos conocidos de moléculas orgánicas. Sin embargo, en las
actividades esenciales de la vida sólo se utiliza una cincuentena. Las mismas estructuras se utilizan una y otra
vez, de modo conservador e ingenioso, para llevar a cabo funciones diferentes. Y en el núcleo mismo de la vida
en la Tierra (las proteínas que controlan la química de la célula y los ácidos nucleicos que transportan las
instrucciones hereditarias) descubrimos que estas moléculas son esencialmente las mismas en todas las
plantas y animales. Una encina y yo estamos hechos de las mismas sustancias...”
Cosmos, de Carl Sagan
Toda la materia que compone la Tierra, incluida la que forma el cuerpo de los seres vivos y de los objetos sin
vida, está constituida por la combinación de alrededor de 100 elementos químicos diferentes. Sin embargo, no
todos los elementos están presentes en la composición de los seres vivos. El cuerpo humano, por ejemplo,
está formado mayoritariamente por los elementos carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre.
Según las teorías científicas acerca del origen de la vida, éstos se han combinado de forma particular
permitiendo la aparición de moléculas complejas y estables que constituyen la base química de la vida. Estas
moléculas se agruparon y organizaron de manera espontánea, y dieron origen a estructuras más complejas
dotadas de vida: las células.
Es decir que, si bien los seres vivos y los entes inanimados están formados por los mismos componentes
químicos, la diferencia entre ellos radica en el modo en que se organiza la materia que los constituye.
LAS BIOMOLÉCULAS
Las sustancias que integran los seres vivos se pueden dividir en dos grupos:
 Sustancias inorgánicas: agua y sales minerales.
 Sustancias orgánicas: hidratos de carbono, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos.
Las moléculas que forman estas sustancias se llaman biomoléculas o moléculas de importancia biológica
porque desempeñan tres funciones fundamentales en el organismo:
1. Estructural o constructiva: son las moléculas que constituyen los materiales de construcción utilizados
para la formación de nuevas células y para el reemplazo de estructuras dañadas.
2. Energética: moléculas que aportan la energía necesaria para mantener la organización y el funcionamiento
del organismo.
3. Reguladora: moléculas que controlan y regulan diferentes reacciones químicas en las que intervienen.
Las moléculas que forman las sustancias orgánicas se caracterizan por tener un “esqueleto” o estructura
formada por cadenas de átomos de carbono unidos entre sí. Estas cadenas pueden tener un número muy
variable de átomos de carbono y pueden ramificarse, plegarse y adoptar formas diversas. De esta manera se
origina una enorme diversidad de moléculas con tamaños, pesos y formas muy diferentes, que determinan, a
su vez, la gran diversidad de funciones que desempeñan.
Las sustancias orgánicas frecuentemente se presentan en forma de macromoléculas, es decir, moléculas
gigantes, que, en muchos casos, se forman por la unión de moléculas pequeñas encadenadas, cada una de las
cuales se llama monómero (mono = 1; mero = parte). Al unirse muchos monómeros (generalmente más de
100) se forman macromoléculas llamadas polímeros (poli = muchas; mero = partes).
PROTEÍNAS
Existe una gran diversidad de proteínas, con formas, tamaños y funciones muy variadas. En una célula humana
pueden encontrarse 10.000 clases diferentes de proteínas. Son moléculas cuaternarias, pues están formadas
básicamente por 4 elementos químicos: C, H, O, N.
La siguiente tabla resume algunas de las principales funciones biológicas que cumplen las proteínas en los
seres vivos:
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FUNCIÓN
Estructural
EXPLICACIÓN
EJEMPLO
Forman material de construcción de las células y Proteínas de la membrana celular;
estructuras de protección de numerosos organismos. colágeno en la piel y huesos;
queratina en pelos y plumas.
Enzimática
Actúan como catalizadores biólogicos: aceleran Enzimas digestivas que aceleran la
reacciones químicas
degradación del alimento.
De transporte Unen otras moléculas y las transportan en el Hemoglobina de la sangre (transporta
organismo.
oxígeno)
Nutritiva
En condiciones normales, las proteínas no cumplen Albúmina de la clara de huevo;
una función energética para el organismo que las Caseína (proteína de la leche)
fabrica. Sin embargo, algunas proteínas tienen un
valor nutritivo importante para el embrión y la cría
que se origina.
Reguladora
Controlan numerosas funciones del organismo como Hormona insulina (controla el nivel
el crecimiento y la reproducción.
de azúcar en la sangre); hormona de
crecimiento.
Contráctil
Tienen la capacidad de acortarse, lo que permite el Miosina en las células musculares.
movimiento del organismo
De defensa
Intervienen en la defensa del organismo contra Anticuerpos: gamma-globulinas.
agentes extraños
Las proteínas son polímeros de moléculas menores llamadas aminoácidos. Existen 20 tipos de aminoácidos,
que forman todas las proteínas presentes en los seres vivos. Una cadena proteica puede formarse a partir de
un número variable de aminoácidos: desde unos 100 en las más simples, hasta varios centenares en las más
complejas. Es decir que un mismo tipo de aminoácido puede encontrarse muchas veces a lo largo de una
cadena proteica.
Así como las pocas letras de un abecedario se combinan para formar la gran variedad de palabras de un
idioma, a partir de sólo 20 tipos de aminoácidos, es posible formar la enorme variedad de proteínas que
constituyen a los seres vivos.
Las proteínas se fabrican en las células por un proceso de síntesis en el cual un aminoácido se une al otro
mediante un enlace conocido con el nombre de enlace peptídico. La unión de varios aminoácidos forma una
cadena proteica o polipéptido.
Este proceso se lleva a cabo en estructuras especiales de la célula llamadas ribosomas. Cada tipo de proteína
que allí se fabrica se caracteriza por tener una cantidad, y un tipo particular de aminoácidos, ubicados en un
orden particular. Este ordenamiento está determinado por el ADN de la célula.
Esta secuencia particular de aminoácidos determina la forma que adoptará la molécula proteica, sus
propiedades y la función que desempeñará en el organismo. Un cambio en un sólo aminoácido de la cadena
puede provocar un cambio en la forma de la molécula y afectar su función.
GLÚCIDOS, HIDRATOS DE CARBONO O AZÚCARES
Son moléculas ternarias compuestas por 3 elementos: C, H y O. Según su complejidad, se clasifican en:
1. Monosacáridos: son los más simples; constituyen la unidad de los azúcares. Pueden tener de 3 a 7 átomos
de carbono.
2. Disacárido: formados por la unión de 2 monosacáridos.
3. Polisacáridos: son polímeros de monosacáridos.
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Los Monosacáridos tienen sabor dulce, son moléculas pequeñas, solubles en agua, por lo cual pueden ser
transportadas a distintas partes del organismo para actuar como fuente rápida de energía. Cuando es
necesario almacenarlas, se polimerizan al llegar al órgano de reserva.
Algunos de los monosacáridos más importantes son:
Ribosa
Desoxirribosa
(5 átomos de C)
Glucosa
Fructosa
Galactosa
(6 átomos de C)
Estas moléculas pueden disponerse en el espacio en forma lineal o bien cíclica, tal como se las representa de
manera muy simplificada en los esquemas anteriores.
Los Disacáridos se forman por unión de 2 monosacáridos, mediante un enlace glucosídico. También son
solubles en agua y, por lo tanto, fácilmente transportables. Pueden servir como fuente de energía o, a veces,
almacenarse.
O
1 monosacárido
1 monosacárido
unión glucosídica (puente de oxígeno)
1 DISACÁRIDO
Los más frecuentes son:
 MALTOSA o azúcar de malta = GLUCOSA + GLUCOSA
 SACAROSA o azúcar de caña = GLUCOSA + FRUCTOSA
 LACTOSA o azúcar de la leche = GLUCOSA + GALACTOSA
Los Polisacáridos son moléculas enormes, insolubles en agua, por lo cual no pueden ser transportadas, pero
son ideales como reserva nutritiva o para formar estructuras celulares resistentes.
O
O
O
O
POLISACÁRIDO = POLÍMERO DE MONOSACÁRIDOS
De acuerdo a su función, los polisacáridos se clasifican en:
POLISACÁRIDOS DE RESERVA
POLISACÁRIDOS ESTRUCTURALES
Sus moléculas pueden desarmarse abasteciendo de Sus moléculas forman cubiertas rígidas que facilitan
glucosa a la célula cuando ésta lo necesita.
el sostén.
Ej.: almidón ( en células vegetales)
Ej.: celulosa (pared celular de las células vegetales).
Glucógeno ( en células animales)
Quitina ( exoesqueleto de artrópodos)
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LÍPIDOS
Son sustancias ternarias formadas por átomos de C, H y O. Son un grupo de compuestos orgánicos diversos
que cumplen distintas funciones biológicas y que tienen en común ser insolubles en agua.
A temperatura ambiente su consistencia puede ser:
 Semisólida, formando grasas (más frecuente en animales).
 Líquida, formando aceites ( típicos de vegetales)
Los lípidos son moléculas formadas generalmente por la unión de una molécula de alcohol, llamado glicerina y
1, 2 o 3 moléculas de ácidos grasos, clasificándose en mono, di o triglicéridos.
Glicerina
3 moléculas de ácidos grasos
(largas cadenas compuestas
por átomos de C, H y O)
Según su función, se los clasifica de la siguiente manera:
 Estructurales: forman, junto con las proteínas estructurales, parte de las membranas celulares. Ej.:
fosfolípidos y colesterol.
 De reserva: almacenan energía. Ej.: aceites en plantas oleaginosas, grasas en animales.
 Protectoras: forman películas impermeables. Ej.: ceras
 Reguladoras: controlan mecanismos biológicos. Ej.: hormonas sexuales (testosterona, estrógeno y
progesterona) y vitaminas A, D, E y K.
AGUA
Es el componente más abundante de cualquier ser vivo: en promedio, un 70% del peso total de un organismo
es agua. Sus propiedades físicas y químicas hacen de ella una sustancia poco común, de la que dependen las
actividades de todos los seres vivos en la Tierra.
Entre las funciones biológicas se pueden mencionar:
 Es el principal disolvente, especialmente de sales y azúcares (sustancias hidrofílicas).
 Es el principal medio de transporte de nutrientes, desechos y sustancias reguladoras de las reacciones
químicas.
 Aporta un medio acuoso necesario para que se lleven a cabo muchas de las reacciones químicas del
organismo, y participa directamente en algunas de ellas, como en la degradación de otras biomoléculas
(hidrólisis).
 Actúa como termorregulador, contribuyendo al mantenimiento de la temperatura corporal.
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