La Quimica de La Vida

 

  UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD MULTISCIPLINARIA DE ORIENTE, DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA Y MATEMATICAS BIOLOGIA GENERAL, CICLO ll: AÑO LECTIVO 2019 IMPORTIDA POR: LIC. LUIS EDGARDO ASENSIO GARCIA

LA QUIMICA DE LA VIDA

La vida es un fenómeno químico. Nuestro cuerpo es una mezcla de sustancias químicas disueltas en cuarenta y seis (46) litros de agua. Cuando las cantidades y equilibrio de las sustancias químicas son adecuadas, disfrutamos de buena salud y vitalidad. Cuando ello no es así, nos enfermamos y hasta podemos morir. Las actividades de la vida, son consecuencia de las interacciones entre sustancias químicas en el interior de nuestros cuerpos: ejemplo, la digestión, la contracción muscular (movimiento), sensaciones (como apreciar la música) y pensamientos (comprender la matemática),

Las cosas físicas están hechas de sustancias químicas. Los componentes físicos de la vida, tal como la piel, los huesos, etcétera, se forman de sustancias químicas. Las sustancias químicas, son grupos de átomos unidos entre si. El átomo es la unidad fundamental de un elemento químico. Los elementos son unidades formadas por un mismo tipo de átomo. Los elementos químicos que se encuentran en la materia viva, son conocidos como bioelementos. Los elementos químicos de los seres vivos no son excepcionales; son del mismo tipo de los que se encuentran en las cosas inertes. Además, todos los seres vivos estamos constituidos, por los mismos elementos químicos. De todos los 92 elementos naturales que se hallan en la corteza terrestre, sólo unos 27 son componentes de los seres vivos. O sea que, las moléculas orgánicas se originan de solo 27 elementos, mientras que las moléculas inorgánicas, pueden estar hechas de cualquiera de los 92 elementos existentes sobre la Tierra. Esto confirma la idea de que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos químicos concretos, que poseen propiedades físico-químicas idóneas acordes con los procesos químicos que se desarrollan en los seres vivos. ¿Por qué la vida se basa solo en ciertos tipos de átomos?   Una razón radica en que ellos están disponibles donde los organismos vivos se encuentran: en la litosfera, hidrosfera y en la atmósfera. Estos son pequeños átomos que debido a su poco peso se han acumulado sobre la superficie de la Tierra. •

 

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  Otra razón de que la vida se construya a partir de átomos pequeños es que estos forman los enlaces más fuertes, ya que los grandes tamaños de las moléculas orgánicas requieren enlaces fuertes que las mantengan unidas.

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¿Que distingue entonces a las moléculas orgánicas que forman a los seres vivos de las moléculas inorgánicas que forman las cosas inertes? Una distinción importante radica en el tamaño relativo: las moléculas orgánicas son más grandes que las moléculas inorgánicas. La mayoría de las moléculas orgánicas están formadas por millares de átomos, en cambio, las moléculas inorgánicas poseen menos de una docena de átomos. Los compuestos orgánicos presentes en la materia viva muestran una enorme variedad y la mayor parte de ellos son muy complejos.  Aun las más sencillas sencillas de las las células: células: las bacterias, bacterias, contienen contienen gran número número de distintas moléculas orgánicas, se calcula que la bacteria Escherichia coli tiene alrededor de 5,000 compuestos orgánicos diferentes y si consideramos organismos mayores y más complejos serían mucho más. Una característica de estas moléculas orgánicas, es que cada una de ellas desempeña más de una función en las células, otra característica es que son idénticas en todas las especies conocidas. Por lo que se puede deducir que todos los seres vivos procedemos de un antepasado común. Constituye una contradicción que la inmensa diversidad de moléculas orgánicas de los seres vivos se pueda reducir a una increíble simplicidad. Si bien los organismos son muy diversos, su composición química y sus procesos metabólicos son muy similares. Estas similitudes químicas dan sólido apoyo a una evolución de todos los organismos a partir de un ancestro común. Todas las células están gobernadas por los mismos principios físicos y químicos de los sistemas no vivos. Si bien dentro de las células encontramos moléculas que usualmente no existen en la materia inanimada, en la composición química de los seres vivos encontramos desde sencillos iones inorgánicos, hasta complejas macromoléculas orgánicas siendo todos igualmente importantes para constituir, mantener y perpetuar los sistemas vivos.

 Atendiendo a su abundanc  Atendiendo abundancia, ia, los bioelement bioelementos, os, esenciales esenciales para para la vida, vida, se pueden pueden clasificar en:

 

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BIOELEMENTOS PRIMARIOS   OLIGOELEMENTOS

BIOELEMENTOS SECUNDARIOS

(ELEMENTOS TRAZA) Son los más abundantes en los seres vivos. Aparecen en una proporción media del 96% en la materia viva. CHONPS Aunque se encuentran en menor proporción que los primarios, son también imprescindibles para los seres vivos. Aparecen en una proporción cercana al 3.9%. En medio acuoso, están siempre ionizados (con carga positiva o negativa). Son aquellos que se encuentran en los seres vivos en un porcentaje menor del 0.1%, pero no por ello son menos importantes, pues, su carencia puede acarrear graves trastornos a los organismos. Carbono (C) Hidrogeno (H) Oxigeno (O) Nitrógeno (N) Fósforo (P)  Azufre (S) (S) Calcio (Ca) Sodio (Na) Potasio (K) Magnesio (Mg) Cloro (Cl) Hierro (Fe) INDISPENSABLES VARIABLES Se encuentran en todos los seres vivos. algunos organismos Manganeso (Mn) Cobalto (Co) Cobre (Cu) Zinc (Zn)  Aluminio (Al) (Al) Yodo (I)

Molibdeno (Mo)

Los necesitan solo

 

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Silicio (Si) Boro (B) Flúor (F) Selenio (Se) Cromo (Cr) Litio (Li) Vanadio (V) Estaño (Sn)

Composición química de los seres vivos, sustancias inorgánicas (Minerales y  Agua) MINERALES: Son nutrientes inorgánicos imprescindibles, ingeridos en forma de sales disueltas en los alimentos, en agua (llevados como electrolitos = partículas minerales en solución) o bien como parte de compuestos orgánicos. En ningún caso pueden ser sintetizados por el organismo, es decir, son nutrientes esenciales. La ingestión de elementos químicamente puros seria mortal (Na-Cl). Funciones: Mantienen el normal funcionamiento metabólico ya que son componentes de los tejidos y líquidos corporales. a. Mantienen el equilibrio hídrico del cuerpo: Na, Cl. b. Regulan el metabolismo: Zn, P, S, Cu, Mg, Fe, I, Se, Cr, Mo. c. Componentes estructurales de tejidos como huesos y dientes: Ca, P, F. d. Indispensables para el funcionamiento normal de nervios y músculos: Ca, K, Na, Mg. e. Indispensables en la sangre: Ca, Co (componente de la cobalamina o vitamina B12, participa en la formación de glóbulos rojos y mielina), Fe. f. Componentes de hormonas tiroideas que estimulan el metabolismo: I

 

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 AGUA: Es Es un compuesto compuesto inorgánico inorgánico sencillo formado por por dos átomos átomos de hidrogeno y uno de oxigeno H2O. No proporciona energía a la célula aunque es un componente esencial. Puede presentarse en tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Es incolora, inodora e insípida. El Agua ocupa el 75% de la superficie terrestre, a su vez, el 97% es agua oceánica y el 3% es agua continental y de esta solo el 1% es potable. Es uno de los factores abióticos más importantes que limitan la distribución de seres vivos. Es una sustancia tan común en la Tierra que se menosprecia su naturaleza única. Sus propiedades han permitido a los seres vivos aparecer, sobrevivir y evolucionar en este planeta. El cuerpo humano tiene un 75 % de agua al nacer y cerca del 60 % en la edad adulta. Aproximadamente el 60 % de esta agua se encuentra en el interior de las células (agua intracelular). El resto (agua extracelular) es la que circula en la sangre y baña los tejidos. En las reacciones de combustión de los nutrientes que se dan en el interior de las células para obtener energía, se producen pequeñas cantidades de agua. Esta producción de agua es mayor al oxidar las grasas (1 gr. de agua por cada gr. de grasa) que los almidones (0.6 gr. por gr. de alimento de almidón). El agua producida en la respiración celular se llama agua metabólica y es fundamental para los animales adaptados a condiciones desérticas (los camellos pueden aguantar meses sin beber, porque utilizan el agua producida al quemar la grasa acumulada en sus jorobas. En los seres humanos, la producción de agua metabólica con una dieta normal, no pasa de los 0.3 litros al día. Funciones: En el agua de nuestro cuerpo tienen lugar las reacciones que nos permiten estar vivos. Forma el medio acuoso donde se desarrollan todos los procesos metabólicos que tienen lugar en nuestro organismo. Gracias a la elevada capacidad de evaporación del agua, contribuye a regular la temperatura corporal mediante la evaporación de agua a través de la piel. Posibilita el transporte de nutrientes a las células y de las sustancias de desecho desde las células. El agua es el medio por el que se comunican las células de nuestros órganos y por el que se transporta el oxígeno y los nutrientes a nuestros tejidos. Y el agua es también la encargada de retirar de nuestro cuerpo los residuos y productos de desecho del metabolismo celular. Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando hidroxilos (OH -) o hidrogeniones (H3O+) al medio.

 

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PROPIEDADES DEL AGUA  Acción Disolvente Disolvente El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el solvente universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno. En el caso de las disoluciones iónicas, los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados. La capacidad disolvente es la responsable de que sea el medio donde ocurren las reacciones del metabolismo. Fuerza de Cohesión (se adhiere a si misma) y Adhesión (se adhiere a otras sustancias) La cohesión ocasiona la tensión superficial, lo que permite llenar un vaso con agua un poco encima del borde sin que se derrame, o caminar sobre ella como algunos insectos y reptiles. La adhesión explica la capacidad de ascender por un tubo delgado (capilaridad del agua).  Ambas propiedades propiedades las genera genera la formación formación de de puentes de hidrogeno hidrogeno ya que que mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Gran Calor Específico También esta propiedad está en relación con los puentes de hidrógeno que se forman entre las moléculas de agua. El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los puentes de hidrógeno por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Esto permite que el citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante. Elevado Calor de Vaporización Sirve el mismo razonamiento, también los puentes de hidrógeno son los responsables de esta propiedad. Para evaporar el agua, primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa. Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de 20º C y presión de 1 atmósfera. Punto de Ebullición Elevado Las temperaturas presentes en la corteza terrestre rara vez alcanzan el punto de ebullición.

 

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Calor de Fusión Elevado  Aun cuando cuando el agua agua celular celular realmente se congela congela en los organismos organismos superiores, el calor liberado por el agua al congelarse es uno de los factores que disminuye que esto suceda. Máxima Densidad a 4oc Esto hace que se expanda al solidificarse y por lo tanto, el hielo es menos denso. Si el hielo fuera más pesado que el agua se hundiría al congelarse, haciendo la vida acuática imposible. (La densidad de una sustancia significa el peso en kilogramos por metro cúbico de dicha sustancia. Cuando dos sustancias se mezclan, pero no se disuelven una en la otra, la que tiene menor densidad flota en la otra).