El mundo vivo, la célula, membranas biológicas, procesos y reacciones bioquímicas, bioelementos (página 2)

Los procesos bioquímicos se
basan en la degradación de la biomasa por la acción de
microorganismos, y pueden dividirse en dos grandes grupos: los que se producen en
ausencia de aire (anaeróbicos) y los que
se producen en presencia de aire (aeróbicos).

Procesos anaeróbicos: La
fermentación anaeróbica, para la que se utiliza
generalmente residuos animales o vegetales de baja
relación carbono / nitrógeno, se
realiza en un recipiente cerrado llamado “digestor” y
da origen a la producción de un gas combustible denominado
biogas. Adicionalmente, la biomasa degradada que queda como
residuo del proceso de producción del
biogas, constituye un excelente fertilizante para cultivos
agrícolas. Las tecnologías disponibles para su
producción son muy variadas pero todas ellas tienen como
común denominador la simplicidad del diseño y el bajo
costo de los materiales necesarios para su
construcción. El biogas, constituido básicamente por
metano (CH4) y dióxido de
carbono (CO2), es un combustible que puede ser empleado de la
misma forma que el gas natural. También puede comprimirse
para su uso en vehículos de transporte, debiéndose
eliminar primero su contenido de CO2.

Procesos aeróbicos : La
fermentación aeróbica de biomasa de alto contenido de
azúcares o almidones, da origen a la formación de
alcohol (etanol), que,
además de los usos ampliamente conocidos en medicina y licorería, es
un combustible líquido de características similares a
los que se obtienen por medio de la refinación del
petróleo. Las materias primas más comunes utilizadas
para la producción de alcohol son la caña de
azúcar, mandioca, sorgo dulce y maíz. El proceso
incluye una etapa de trituración y molienda para obtener una
pasta homogénea, una etapa de fermentación y una etapa
de destilación y rectificación.

MEMBRANAS
BIOLÓGICAS

Muchas estructuras de la célula
están formadas por membranas. Las membranas biológicas
constituyen fronteras que permiten no sólo separar sino
también poner en comunicación diferentes compartimentos
en el interior de la célula y a la propia célula con el
exterior.

La estructura de todas las
membranas biológicas es muy parecida. Las diferencias se
establecen más bien al nivel de la función particular
que tienen los distintos orgánulos formados por membranas;
función que va a depender de la composición que tengan
sus membranas. Este tipo de membranas se denomina, debido a esto,
unidad de membrana o membrana unitaria. La
membrana plasmática de la célula y la de los
orgánulos celulares está formada por membranas
unitarias.

-ESTRUCTURA DE LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS:
Las membranas biológicas están constituidas por
una doble capa de fosfolípidos con proteínas. Las
proteínas se pueden encontrar adosadas a la membrana pero
sin penetrar en la doble capa lipídica:
proteínas periféricas, o empotradas:
proteínas integrales. Las proteínas
forman así una especie de mosaico (estructura en
mosaico).Las partes hidrófilas de las
proteínas integrales quedan hacia el
interior o hacia el exterior de la capa lipídica y las
partes lipófilas (hidrófobas) se sitúan en su
seno. Las proteínas integrales atraviesan completamente la
membrana.

EL TRANSPORTE DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE LAS
MEMBRANAS

En el caso de sustancias disueltas, según se consuma o no
energía, distinguiremos los siguientes tipos de
transporte:

I) Transporte pasivo. Se trata de un
transporte a favor del gradiente de concentración, por lo
que no requiere un aporte de energía. Puede ser:

a) Transporte pasivo simple o difusión
de moléculas a favor del gradiente.

a) Difusión a través de la bicapa
lipídica. Pasan así sustancias lipídica
como las hormonas esteroideas, los
fármacos liposolubles y los anestésicos, como el
éter. También sustancias apolares como el oxígeno
y el nitrógeno atmosférico y algunas moléculas
polares muy pequeñas como el agua, el CO2, el etanol y
la glicerina.

b) Difusión a través de canales
proteicos. Se realiza a través de
proteínas canal. Proteínas que forman
canales acuosos en la doble capa lipídica. Pasan así
ciertos iones, como el Na+, el K+ y el Ca+ +.

b) Transporte pasivo facilitado (difusión
facilitada). Las moléculas hidrófilas
(glúcidos, aminoácidos…) no pueden atravesar la doble
capa lipídica por difusión a favor del gradiente de
concentración. Determinadas proteínas de la membrana,
llamadas permeasas, actúan como "barcas"
para que estas sustancias puedan salvar el
obstáculo

que supone la doble capa lipídica. Este tipo de
transporte tampoco requiere un consumo de energía, pues
se realiza a favor del gradiente de
concentración.

II) Transporte activo: Cuando el
transporte se realiza en contra de un gradiente químico (de
concentración) o eléctrico. Para este tipo de
transporte se precisan transportadores específicos
instalados en la membrana, siempre proteínas, que, mediante
un gasto de energía en forma de ATP, transportan sustancias
a través de ésta. Con este tipo de transporte pueden
transportarse, además de pequeñas partí culas,
moléculas orgánicas de mayor tamaño, siempre en
contra del gradiente de concentración o
eléctrico.

I) ENDOCITOSIS. Las sustancias entran en la
célula envueltas en vesículas formadas a

partir de la membrana plasmática. Cuando lo que
entra en la célula son partí -culas sólidas o
pequeñas gotitas líquidas el transporte se realiza por
mecanismos especial ese incluso se hace perceptible. Estos
mecanismos implican una deformación de la membrana y la
formación de vacuolas. Este tipo de transporte puede ser de
gran importancia en ciertas células, como por ejemplo, en
los macrófagos y en las amebas. Distinguiremos dos tipos de
endocitosis: la fagocitosis y la pinocitosis

a)Fagocitosis: Es la ingestión de
grandes partículas sólidas (bacterias, restos
celulares)por medio de seudópodos. Los seudópodos son
grandes evaginaciones de la membrana plasmática que
envuelven a la partícula. Ésta pasa al citoplasma de la
célula en forma de vacuola fagocítica. Este tipo de
ingestión la encontramos, por ejemplo, en las amebas o en
los macrófagos.

b) Pinocitosis. Es la ingestión de
sustancias disueltas en forma de pequeñas gotitas
líquidas que atraviesan la membrana al invaginarse
ésta. Se forman así pequeñas vacuolas llamadas
vacuolas pinocíticas que pueden reunirse formando vacuolas
de mayor tamaño.

II) EXOCITOSIS: Consiste en la
secreción o excreción de sustancias por medio de
vacuolas, vesículas de exocitosis, que se fusionan con la
membrana plasmática abriéndose al exterior y expulsando
su contenido. Las vacuolas provienen de los sistemas de membranas o de la
endocitosis. La membrana de la vacuola queda incluida en la
membrana celular, lo que es normal teniendo en cuenta que ambas
membranas poseen la misma estructura. En todos los mecanismos de
endocitosis hay una disminución de la membrana
plasmática al introducirse ésta en el citoplasma. Esta
disminución es compensada por la formación de membranas
por exocitosis. La membrana plasmática está en estas
células en un continuo proceso de renovación. En un
macrófago, por ejemplo, toda su membrana es ingerida en 30
min.

ELEMENTOS
BIOGÉNICOS

Ningún Elemento químico es exclusivo de los
seres vivos y todos se encuentran también en la Naturaleza. Sin embargo, hay
sólo 27 que forman parte permanente de la vida y otros 60
pueden aparecer ocasionalmente. Estos elementos se denominan
elementos biogénicos o biolementos.
Según su importancia y abundancia se clasifican
en:

Elementos plásticos primarios: carbono,
hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.
Representan algo más del 96% del peso de
cualquier organismo. Son elementos imprescindibles para la
creación de materia
orgánica.

Elementos secundarios indispensables:
fósforo, azufre, sodio, potasio, calcio,
magnesio y cloro. Constituyen el 3% en peso
aproximadamente. Son bioelementos necesarios para la vida de la
célula.

Oligoelementos o elementos traza:
Además de los señalados existen otros que son
necesarios para el funcionamiento celular y que en conjunto
representan menos del 1%. No todos forman parte de los seres
vivos. Cabe citar por ejemplo el hierro, cinc, bromo,
yodo y silicio.

Función de los bioelementos primarios y
secundarios: El carbono y el hidrógeno
constituyen la estructura básica de las moléculas
orgánicas y, junto al oxígeno, son los principales
componentes. El nitrógeno participa en la
construcción de proteínas y ácidos nucleicos. El
fósforo forma parte de los ácidos
nucleicos y sus enlaces son utilizados en la obtención de
energía. El azufre constituye parte de la
mayoría de las proteínas. El resto de bioelementos
secundarios se encuentran en el interior de la célula
disociados como iones. El sodio potasio y cloro participan en
mantener el grado de salinidad así como en el impulso
nervioso. El calcio actúa como constitutivo
de estructuras esqueléticas, en el mecanismo de
contracción muscular y en la coagulación entre otros
procesos. El magnesio es imprescindible para la acción
catalítica de muchas enzimas.

Función de los oligoelementos: Son
necesarios para el funcionamiento de la célula y suelen
asociarse a enzimas. El hierro participa en los
procesos redox de la cadena respiratoria y forma parte de la
hemoglobina. El cobre forma parte de
múltiples enzimas de oxidación. El cobalto y el
molibdeno forman parte de coenzimas. El yodo es fundamental para
la hormona del tiroides y el flúor en la formación de
los dientes.

LAS
BIOMOLÉCULAS: Los
átomos de los diferentes bioelementos se combinan para
formar las moléculas constituyentes de la vida que se
dividen en inorgánicas (agua y sales minerales) y
orgánicas (glúcidos, lípidos,
proteínas y ácidos nucleicos). Muchos de estos
compuestos orgánicos son macromoléculas formadas por
otras moléculas más sencillas. La unidad estructural
aislada, se llama monómero y la
macromolécula recibe el nombre de
polímero.

LOS
GLÚCIDOS

Los glúcidos son los aldehídos o cetonas de
alcoholes polivalentes y sus
derivados formados por oxidación, reducción,
sustitución y polimerización. Se encuentran en todos
los seres vivos donde desempeñan una función
energética, si bien algunos tienen
función estructural, sobre todo en
vegetales. Las unidades básicas de los glúcidos son las
osas o monosacáridos, compuestos hidrolizables de tres a
siete átomos de carbono. Los ósidos nos compuestos
formados por la unión de varios monosacáridos con
pérdida de una molécula de agua en cada enlace. Se
subdividen en: Holósidos,
Heterósidos

MONOSACÁRIDOS: Son sustancias no
hidrolizables, cristalizables, blancas, solubles en agua y de
sabor dulce, por lo que se les denomina azúcares.
Químicamente, son compuestos de 3 a 7 átomos de carbono
en el que uno de los átomos está unido por doble enlace
a un átomo de oxígeno y el resto está unido a un
grupo hidroxilo. Según el
número de carbonos pueden ser desde triosas hasta heptosas y
se reúnen en dos grandes grupos según la naturaleza de
su grupo carbonilo: aldosas si es un
aldehído, que ha de localizarse en el primer carbono, y
cetosas si el grupo es una cetona en el segundo
carbono.

Aldosas:
Triosas,D-Gliceraldehido.
Tetrosas: d-Eritrosa
y D-Treosa. Pentosas:
D-ribosa, D-arabinosa,
D-xilosa, D-lixosa.
Hexosas: D-alosa,
D-altrosa, D-glucosa,
D-manosa, D-gulosa,
D-idosa, D-galactosa,
D-talosa.

Cetosas:
Triosas: Dihidroxiacetona.
Tetrosas: D-Eritrulosa.
Pentosas: D-Ribulosa, D-xilulosa.
Hexosas: D-sicosa, D-fructosa, D-sorbosa,
D-tagatosa.

DISACÁRIDOS: Son sustancias
blancas, cristalizables, solubles en agua y de sabor dulce, por
lo que también se llaman azúcares. Químicamente
resultan de la unión de dos monosacáridos, con
liberación de una molécula de agua.

Disacáridos naturales:
Maltosa, Celobiosa, Lactosa, Sacarosa

POLISACÁRIDOS: Los
polisacáridos son sustancias de elevado peso molecular no
cristalizables, insípidas y poco solubles en agua. Se forman
por la unión de n moléculas de monosacárido con
separación de n-1 moléculas de agua siendo n>10. Por
lo tanto, son polímeros hidrolizables y su hidrólisis
origina monosacáridos. Si son del mismo tipo, es un
homopolisacárido y si son de distinto
heteropolisacárido. Según sus funciones biológicas se
clasifican en:

• Polisacáridos de reserva: son
  el almidón, el glucógeno y los
  dextranos.
• Polisacáridos estructurales:
  Son especialmente importantes en los vegetales. Celulosa,
  Quitina

LOS
LÍPIDOS

Son un conjunto de sustancias orgánicas muy
heterogéneas pero todos están formados por largas
cadenas hidrocarburadas que pueden estar sustituidas o no por
diferentes grupos funcionales. Son compuestos ternarios,
contienen C H y O.La característica que los reúne es
que son insolubles en agua pero solubles en disolventes
orgánicos. Es debido a que carecen de polaridad y por tanto
son hidrófobas. Desempeñan dos funciones principales:
depósito de energía a largo plazo y componentes
estructurales de las células. También ejercen funciones
reguladoras, sirven como cubiertas protectoras o de aislante
térmico.

Los ácidos grasos: Uno de los
componentes importantes de muchos lípidos, pero no de todos,
son los ácidos grasos, que son ácidos orgánicos o
carboxílicos con un número par de átomos de
carbono, desde 4 hasta 30. Estructuralmente adoptan forma de
zigzag. Pueden ser de dos tipos, que determinan su
geometría: Saturados: sin dobles enlaces en
la cadena. Insaturados: con uno o más
dobles enlaces.

LIPOPROTEÍNAS: Son asociaciones de
lípidos y proteínas de las cuales existen dos tipos:
los sistemas de membranas, que participan en la constitución
de las membranas celulares, y las lipoproteínas de
transporte del plasma sanguíneo. Un exceso de
lipoproteínas de alta densidad causa una
concentración excesiva de colesterol.

LAS
PROTEÍNAS

Son biomoléculas orgánicas integradas por al
menos cuatro elementos: carbono, hidrógeno, oxigeno y nitrógeno, que
se considera característico de este grupo. Químicamente
son polímeros de moléculas relativamente sencillas
denominadas aminoácidos. Los aa se unen entre sí
originando oligopéptidos o polipéptidos. Cuando el
número de aa supera los 50 o el peso molecular es mayor de
5000, se habla propiamente de proteínas, que se clasifican
en holoproteínas, formadas únicamente
por aminoácidos o heteroproteinas si
contienen componentes no proteicos. Las proteínas son los
compuestos orgánicos más abundantes de la materia viva,
constituyendo alrededor del 50%.

AMINOÁCIDOS: Los aminoácidos
son ácidos orgánicos que tienen un grupo amino en el
carbono C-2, al que se unen un hidrógeno y un grupo radical
distintivo. Todas las proteínas están formadas con tan
sólo 20 aminoácidos.

Propiedades de los aminoácidos:
Son sustancias incoloras, cristalizables, no hidrolizables y de
sabor variado. Suelen disolverse bien en disolventes polares y no
polares. Estereoisomería y actividad
óptica: Poseen al igual que los monosacáridos
actividad óptica, con isómeros dextrógiros y
levógiros. La isomería geométrica depende de la
posición del grupo amino: forma D o L.

PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS

Solubilidad. El grado de solubilidad
depende de diversos factores. En general las proteínas
fibrosas son insolubles en agua mientras que las globulares son
solubles, aunque presentan gran variabilidad. Al ser sustancias
de gran peso molecular dan lugar a coloides, por lo que la
mayoría de las membranas son impermeables a las
proteínas.

Especificidad de las proteínas.
Cada proteína es distinta en cada especie aunque realice la
misma función en todas ellas. Incluso dentro de una misma
especie, cada individuo se diferencia por
las proteínas que poseen.

Capacidad amortiguadora. Las
proteínas tienen carácter anfótero, por ello se
comportan como ácidos o bases liberando o tomando protones
en función del pH que se desee obtener en la
célula.

Desnaturalización. Fácilmente
pueden perder su configuración espacial característica.
No se rompe el enlace peptídico (la estructura primaria)
pero la proteína pierde sus estructuras secundaria y
terciaria. En algunos pasos es posible volver al estado inicial restableciendo
las propiedades iniciales, entonces se produce la
renaturalizacion.

LOS ÁCIDOS
NUCLEICOS

Los ácidos nucleicos son biomoléculas formadas
por C H O N y P. Se trata de moléculas de gran tamaño
formadas por la polimerización de los nucleótidos.
Todos los organismos tienen ADN y ARN excepto los virus que sólo poseen uno.
El ADN es el material genético y cumple las siguientes
funciones: Almacenar la información genética: El ADN
contiene las instrucciones precisas para sintetizar todas las
proteínas. Transmitir la información genética, es
decir, copiarse exactamente en cada generación mediante la
replicación o duplicación. La función del ARN es
expresar la información genética, es decir, ejercer las
órdenes contenidas en el ADN y sintetizar las
proteínas.

NUCLEÓSIDOS Y NUCLEÓTIDOS:
Los nucleótidos contienen tres componentes
característicos: ácido fosfórico, una base
nitrogenada y una pentosa que puede ser ribosa o desoxirribosa.
Las bases nitrogenadas son derivados de la purina y la
pirimidina. Las bases púricas son la Adenina y la Guanina,
presentes en ADN y ARN. Las bases pirimidínicas son Citosina
(presente en ADN y ARN), Timina (presente sólo en ADN) y
Uracilo (presente sólo en el ARN). Una molécula de base
nitrogenada se une a una pentosa originando un nucleósido.
Los nucleótidos son ésteres fosfóricos de los
nucleósidos en los que el ácido fosfórico
esterifica a uno de los grupos hidroxilo libres de la
pentosa.

POLINUCLEÓTIDOS: Son la unión
de los nucleótidos mediante enlaces fosfodiéster. El
ADN es un polinucleótido formado por
desoxirribonucleótidos de adenina guanina, citosina y
timina. El ARN es un polinucleótido formado por
ribonucleótidos de adenina, guanina citosina y
uracilo.

REACCIÓN
BIOQUÍMICA

Es una reacción química que se
lleva a cabo dentro de los organismos vivos. El conjunto de
reacciones bioquímicas de un organismo es su
metabolismo. Hay dos tipos generales de reacciones
bioquímicas:

1. Reacciones anabólicas: Son
reacciones en la que se forman compuestos complejos a partir de
compuestos sencillos. Consumen energía, es decir, son
endergónicas. Ejemplo: A+B=AB.

2. Reacciones catabólicas: Son
reacciones en las que compuestos complejos se transforman en
otros más sencillos. Son generalmente
exergónicas, es decir, liberan
energía. Ejemplo: AB=A+B.

Las reacciones bioquímicas no ocurren
espontáneamente, sino que están
catalizadas por enzimas.

Autor:

Andres Cantos