la logiga molecular de los organismos vivos

Biología
LA LOGICA MOLECULAR DE LOS ORGANISMOS VIVOS
Los seres vivos están integrados por moléculas inanimadas que se ajustan a todas
las leyes físicas y químicas que rigen el comportamiento de la materia inerte.
Los
organismos vivos poseen unos atributos que no se encuentran en la materia inanimada
como son:
ƒ
Complejidad y organización:
Poseen estructuras internas complejas formadas por numerosas moléculas complejas.
ƒ
Cada una de las partes que componen la materia viva cumple un rol específico:
Esto se cumple no sólo para las estructuras intracelulares, sino también para los
compuestos químicos de la célula (lípidos, proteínas y ácidos nucleicos).
ƒ
Son capaces de extraer y transformar la energía de su entorno:
El ser vivo utiliza materias primas sencillas para producir o transformar energía, la
cual es utilizada para edificar y mantener sus propias e intrincadas estructuras.
ƒ
Posee la capacidad de duplicarse:
El ser vivo posee la capacidad de reproducirse, elaborando copias exactas de si mismo,
logrando así la persistencia del ser vivo en nuestro planeta.
BIOQUIMICA DEL ESTADO VITAL
¿A qué se debe que moléculas inanimadas den origen a seres vivos?
Los filósofos medievales hubieran apelado al vitalismo, doctrina supersticiosa sin
basamento científico. La bioquímica actual estudia de que modo el conjunto de materias
inanimadas que constituyen los organismos vivos se influyen mutuamente para mantener y
perpetuar el estado de vida.
Como los seres vivos están constituidos por moléculas que
ejercen entre sí interacciones específicas, debemos considerar el concepto de que la
biología es química. La biología es una superquímica que comprende pero al mismo tiempo
trasciende, los campos tradicionales de la química.
Las moléculas que integran los organismos vivos no solamente se rigen por todos
los principios físicos y químicos familiares que gobiernan el comportamiento de la materia
inanimada, sino que, además ejercen acciones mutuas de acuerdo con otro modo colectivo
como la lógica molecular de la vida.
Existe un conjunto de “Reglas Fundamentales” que gobiernan la naturaleza, la
función y las interacciones de los tipos específicos de las moléculas presentes en los
organismos vivos, y les dotan de la capacidad de organizarse y replicarse por si mismos.
BIOMOLECULAS:
La composición química de los seres vivos es, cualitativamente, muy diferente de la
del entorno físico en que viven.
La mayor parte de los componentes químicos de los organismos son compuestos
orgánicos de carbono en los que el elemento se halla relativamente reducido o
hidrogenado.
Muchas biomoléculas orgánicas contienen también nitrógeno.
Por el
contrario, los elementos nitrógeno y carbono no son abundantes en la materia inerte y se
encuentran en la atmósfera y en la corteza terrestre en formas inorgánicas sencillas, tales
como, dióxido de carbono, nitrógeno molecular, carbonatos y nitratos.
Los compuestos orgánicos presentes en la materia viva muestran enorme variedad
y la mayor parte de ellos son extraordinariamente complejos; las mas sencillas de las
células, las bacterias contienen gran número de distintas moléculas orgánicas.
Las
proteínas y los ácidos nucleicos son moléculas complejas y solamente se conoce la
estructura de unas pocas.
Si consideramos ahora organismos mayores y más complejos como son los
animales y las plantas superiores hallaremos que también contienen proteínas y ácidos
nucleicos y en mucha mayor variedad; cada especie de organismos posee su propio
conjunto de moléculas proteicas y de ácidos nucleicos químicamente diferentes.
Parecería una empresa sin esperanza que los bioquímicos intentaran aislar,
identificar y sintetizar todas las diferentes moléculas orgánicas presentes en la materia
viva.
Constituye una paradoja, sin embargo, que la inmensa diversidad de moléculas
orgánicas de los organismos vivos se puede reducir en último término, a una casi absurda
complicidad.
Sabemos ahora que las macromoléculas de la célula se hallan formadas por muchas
moléculas sencillas, pequeñas unidades estructurales que se hallan ligadas constituyendo
largas cadenas.
En las proteínas sólo se encuentran 20 tipos de aminoácidos diferentes, pero están
ordenados en muchas secuencias distintas, de modo que forman numerosos tipos de
proteínas.
Además, los 20 aminoácidos distintos constituyentes de las proteínas y los cinco
nucleótidos diferentes que integran los ácidos nucleicos son idénticos en todas las especies
vivientes. El reducido número de moléculas sencillas, sillares estructurales con que están
construidas todas las macromoléculas, poseen otra sorprendente característica cada una
de
ellas
desempeña
diversas
funciones
en
las
células
vivientes
y
algunas
son
extremadamente versátiles que realizan buen número de funciones. Los aminoácidos no
sólo actúan como sillares de construcción de las moléculas proteicas, sino también como
precursores de las hormonas, los alcaloides, las porfirinas, los pigmentos y otras muchas
biomoléculas. Las mononucleótidos no sólo constituyen las unidades fundamentales de los
ácidos nucleicos sino que actúan también como coenzimas y moléculas transportadoras de
energía. Podemos ver que en la organización molecular de la célula existe una simplicidad
fundamental: Los millares de macromoléculas diferentes que la forma están construidas
con sólo unas pocas moléculas sencillas, que son las sillares de su estructura. Podemos
ver que la identidad de cada una de las especies de organismos está preservada por su
posesión de un conjunto distintivos de ácidos nucleicos y de proteínas.
TRANSFORMACIONES ENERGETICAS EN LAS CELULAS VIVAS
La complejidad molecular y la ordenación estructural de los organismos vivos, en
contraposición al azar que reina en la materia inerte, tiene unas implicaciones profundas
para el físico científico.
La segunda ley de la termodinámica establece que los procesos
físicos y químicos tienden a aumentar el desorden o el caos, en el mundo es decir su
entropía.
La primera Ley de la Termodinámica establece que la energía no puede crearse ni
destruirse.
Los organismos vivos absorben una forma de energía que le es útil en las
condiciones especiales de temperatura y presión en que viven y entonces devuelven al
ambiente una cantidad equivalente de energía.
La energía útil que toman las células se
denomina energía libre y se define como el tipo de energía capaz de realizar trabajos a
temperatura y presión constante.
Los organismos vivos crean y mantienen su ordenación, esencial a expensas de su
entorno, al que transforman haciéndolo cada vez más desordenado y caótico. Utilizando el
lenguaje termodinámico, los organismos vivos son sistemas abiertos porque intercambian
materia y energía con su entorno. La característica de los sistemas abiertos es que no se
hallan en equilibrio con su entorno.
Los organismos vivos se hallan en estado estacionario que es cuando un sistema
abierto la velocidad de transferencia de materia y energía desde el entorno al sistema se
halla compensado por la velocidad de transferencia de materia y energía hacia el exterior
del sistema.
Las células vivas son muy eficaces en la manipulación de la energía y de la materia.
La maquinaria de transformación de energía de las células vivas está construida
por entero con moléculas orgánicas relativamente frágiles e inestables, incapaces de
resistir temperaturas elevadas, corrientes eléctricas intensas o concentraciones extremas
de ácidos o de bases. La célula viva es por tanto, esencialmente isotérmica, en un instante
determinado todas sus partes tienen prácticamente la misma temperatura. La célula viva
es una máquina química isotérmica.
REACCIONES QUIMICAS EN LAS CELULAS VIVAS
Las células pueden actuar como máquinas químicas, porque poseen enzimas,
catalizadoras capaces de aumentar mucho la velocidad de reacciones químicas específicas.
Las enzimas son moléculas proteicas muy especializadas elaboradas por las células a partir
de aminoácidos sencillos.
Cada enzima solamente puede catalizar un tipo específico de
reacción química. En milésimas de segundo pueden catalizar secuencias de reacciones muy
complejas, las cuales requerirían días, semanas o meses de funcionamiento en el
laboratorio químico.
Las reacciones catalizadas enzimaticamente tienen lugar con un rendimiento del
100% y no hay subproductos.
Los organismos vivos pueden llevar a cabo de modo simultáneo, muchas reacciones
individuales diferentes sin perderse en un mar de subproductos inútiles.
EL PRINCIPIO DE LA COMPLEMENTARIDAD ESTRUCTURAL
Las moléculas enzimáticas tienen que combinarse con sus sustratos durante el ciclo
catalítico, y el centro activo de la molécula de la enzima solamente aceptará como
sustratos aquellas moléculas que se adapten a él, con una complementariedad casi
perfecta.
Los centenares de reacciones químicas, catalizadas enzimaticamente no se
realizan de modo independiente unas de otras sino que están relacionadas entre sí y
constituyen
muchas
secuencias
diferentes
de
reacciones
consecutivas
que
poseen
intermediarios comunes, de modo que el producto de la primera reacción se convierte en el
sustrato o reactante de la segunda y así sucesivamente.
diversas consecuencias biológicas importantes.
Esta ordenación determina
Una de ellas consiste en que tales sistemas de reacciones químicas se canalicen por
rutas específicas; otra es que las reacciones secuenciales hacen posible la transferencia de
energía química en condiciones isotérmicas.
Las células vivas pueden dividirse en dos grandes clases según el tipo de energía
que obtienen de su entorno. Las células fotosintéticas utilizan la luz solar como principal
fuente de energía: la energía radiante es absorbida por el pigmento clorofila y
transformada en energía química. Las células heterotróficas aprovechan la energía de las
moléculas orgánicas muy reducidas, ricas en energía, que obtienen de su entorno, como la
glucosa.
El trifosfato de adenosina o A.T.P.; el cual actúa como el transportador de energía
más importante en las células de todas las especies vivientes.
La función biológica
específica del sistema A.T.P.-A.D.P. como nexo de unión entre dos grandes redes de
reacciones enzimáticas en la célula, es posible gracias a una serie consecutiva de
reacciones químicas.
AUTORREGULACION DE LAS REACCIONES CELULARES
La conexión de reacciones catalizadas por enzimas, en secuencias de reacciones
consecutivas, hace posible canalizar ordenadamente los millones de reacciones químicas
que se suceden en las células, de modo que las biomóleculas específicas necesarias para la
estructura y función celulares tengan lugar en cantidades y velocidades adecuadas para
mantener el estado estacionario normal. La velocidad de una reacción específica en una
porción de la compleja red de reacciones enzimáticas de la célula puede ser controlada o
modulada por las velocidades de las reacciones de otra parte de la red. Algunas enzimas
de la célula, especialmente las que se hallan al comienzo de una secuencia de reacciones o
en un punto de ramificación de la secuencia, actúan como enzimas “reguladores”; son
inhibidas por el producto final de la secuencia reaccional.
Las células vivas poseen, además, la capacidad de regular la síntesis de sus propios
catalizadores.
Tales
propiedades
de
autoajuste
y
autoregulación
son
fundamentales
para
mantener el estado estacionario de la célula viva y son esenciales para su eficacia en la
transformación de la energía.
AUTOREPLICA DE LOS ORGANISMOS VIVOS
La propiedad más notable de las células vivas es su capacidad de reproducirse con
fidelidad casi perfecta, no solamente una o diversas, lo que ya sería bastante notable sino
por centenares y millares de generación.
Los símbolos en que está codificada la
información poseen las dimensiones de partes de simples moléculas de A.D.N.
La notable capacidad de las células vivas para preservar su información genética es
el resultado de la complementariedad estructural.
Una hebra de A.D.N. actúa como patrón par ala réplica enzimática de otra hebra de
A.D.N. estructuralmente complementaria.
La molécula de A.D.N. puede escindirse con frecuencia, pero es reparada con
rapidez y automáticamente. No es frecuente que se produzcan errores o mutaciones.
La
información
unidimensional
del
A.D.N.
es
transferida
a
la
información
tridimensional inherente a los componentes macromoleculares de los organismos, gracias a
la traslación de la estructura del A.D.N. a la estructura proteica. Una célula es un sistema
abierto isotérmico que se ensambla, ajusta y perpetua por si misma.
El sistema está
constituido por muchas reacciones orgánicas consecutivas y ligadas, promovidas por unos
catalizadores orgánicos producidos por la célula; opera según el principio de máxima
economía y procesos.
http://www.loseskakeados.com