La materia viva está formada por una serie de componentes químicos que también están presentes en los materiales inertes de la Tierra, pero en una proporción muy distinta. Los elementos químicos que forman parte de la vida se llaman bioelementos. Éstos, a su vez, forman las biomoléculas o principios inmediatos, que son las unidades químicas de la vida y que pueden ser inorgánicas (agua y sales minerales) y orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y aminoácidos). Estos ladrillos estructurales son idénticos en todos los organismos, una prueba más de la teoría de la evolución y de un origen común para todos los seres vivos.
LOS ENLACES COVALENTES
son las fuerzas que mantienen unidos entre sí los átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -C, O, F, Cl, ...).
Estos átomos tienen muchos electrones en su nivel más externo (electrones de valencia) y tienen tendencia a ganar electrones más que a cederlos, para adquirir la estabilidad de la estructura electrónica de gas noble. Por tanto, los átomos no metálicos no pueden cederse electrones entre sí para formar iones de signo opuesto.
Estos átomos tienen muchos electrones en su nivel más externo (electrones de valencia) y tienen tendencia a ganar electrones más que a cederlos, para adquirir la estabilidad de la estructura electrónica de gas noble. Por tanto, los átomos no metálicos no pueden cederse electrones entre sí para formar iones de signo opuesto.
Los átomos que conforman una molécula se encuentran unidos por medio de enlaces covalentes
La formación entre dos átomos se rige por el principio fundamental
La órbita externa (única) de los átomos de hidrogeno o helio se llena cuando posee dos electrones, De esta manera puede combinarse un átomo de oxigeno con 6 electrones en su capa externa con 2 átomos de hidrogeno y formar una molécula de agua.
Ejemplo: El gas clor está formado por moléculas, Cl2, en las que dos átomos de cloro se hallan unidos por un enlace covalente. En la siguiente simulación interactiva están representados 2 átomos de cloro con solo sus capas externas de electrones.
ENLACES NO COVALENTES
Los enlaces covalentes son uniones muy fuertes establecidas entre los átomos que conforman una molécula. Las interacciones entre las moléculas (o entre partes diferentes de una molécula biológica grande) se establecen por diferentes uniones débiles llamadas enlaces no covalentes. Los enlaces no covalentes no dependen de electrones compartidos, sino de las fuerzas de atracción entre los átomos de cargas opuestas. Los enlaces no covalentes individuales son débiles y por lo tanto se rompen con rapidez y se forman de nueva cuenta.
Como se observa en este libro, esta característica permite que los enlaces no covalentes intervengan en las interacciones dinámicas entre las moléculas de la célula.
MOLÉCULAS POLARES Y NO POLARES
Considérese el caso de una molécula de agua. Los átomos de oxígeno del agua atraen a los electrones con mayor fuerza que los átomos de hidrógeno. Como resultado, se dice que los enlaces O—H de la molécula de agua están polarizados, de manera que uno de los átomos tiene carga parcial negativa y el otro tiene carga parcial positiva.
IONIZACIÓN
Algunos átomos son tan electronegativos que pueden capturar electrones de otros átomos durante una reacción química. Por ejemplo, cuando los elementos como el sodio (un metal plateado) y el cloro (un gas tóxico) se mezclan, el único electrón en la capa más externa de cada átomo de sodio se desplaza a la capa más externa del átomo de cloro deficiente en un electrón. Como consecuencia, estos dos elementos se transforman en átomos cargados, es decir, iones.
La energía de ionización es igual en valor absoluto a la energía con que el núcleo atómico mantiene unido al electrón: es la energía necesaria para ionizar al átomo.
RADICALES LIBRES COMO CAUSA DE ENVEJECIMIENTO
-Los radicales libres son en extremo reactivos y pueden alterar de manera química muchos tipos de moléculas, entre ellas proteínas, lípidos y ácidos nucleídos.
-SOD: una citosólica, otra mitocondrial y una extracelular. Se estima que 1 a 2% del oxígeno que capta la mitocondria humana se puede convertir en peróxido de hidrógeno.
-La importancia de la SOD es muy importante en estudios de mutantes de bacterias y levaduras ya que si no lo poseen son incapaces de sobrevivir más de una semana.
- Los ratones que no tienen la versión mitocondrial de la enzima (SOD2) es decir que son incapaces de sobrevivir más de una semana después del nacimiento.
- Los fibroblastos del ratón que crecen en condiciones de bajos niveles de oxígeno experimentan lesiones tan sólo un tercio más en el DNA
-Estos ratones han arrojado resultados contradictorios, pero existe un consenso general acerca de que los animales alimentados con bajos contenidos calóricos
-Alterar de manera química muchos tipos de moléculas, entre ellas proteínas, lípidos y ácidos nucleídos.
-En vez de eliminar radicales libres, al parecer dicha sustancia actúa estimulando una enzima (Sir2) que tiene una participación importante en promover la longevidad.
ÁCIDOS, BASES Y AMORTIGUADORES
Una molécula capaz de liberar o donar un ion hidrógeno se llama ácido.
Los organismos, y las células que los forman, están protegidos de variaciones de pH por amortiguadores, lo cual estos procesos biológicos son sensibles.
Las posibles reacciones en las cuales participa un protón incluyen las siguientes:
1. Combinación con una molécula de agua para formar un ion hidronio
2. Combinación con un ion hidroxilo (OH–) para formar una molécula de agua.
3. Combinación con un grupo amino (-NH2) en una proteína para formar una amina con carga
Los ácidos y bases existen en pares, o parejas. Cuando el ácido pierde un protón, como cuando el ácido acético dona un ion hidrógeno, se forma una base en este caso, ion acetato y se conoce como base conjugada del ácido. De manera similar, cuando una base acepta un protón, forma un ácido, el cual se denomina ácido conjugado de dicha base. Así, el ácido siempre contiene una carga positiva más que su base conjugada.
LA NATURALEZA DE LAS MOLÉCULAS
Clasificación de las moléculas biológicas de acuerdo con su función
Macromoléculas:
Forman la estructura de las células elementos unitarios para construir macromolécula, el DNA, se sustituye por nuevas macromoléculas.
Intermediarios metabólicos:
Genera productos que no tienen por sí mismos una función
Moléculas de función diversa:
Función primaria es la de coadyuvar a las proteínas
Cada átomo de carbono es capaz de unirse con otros átomos de carbono para construir moléculas.
Las moléculas que poseen carbono sólo estaban presentes en los organismos vivos
Grupos funcionales:
Los hidrocarburos no se encuentran en cantidades significativas dentro de la mayoría de las células vivas (se piensa que constituyen la totalidad de los combustibles fósiles formados a partir de las plantas y animales antiguos).
Muchas moléculas orgánicas que son importantes en la biología contienen cadenas de átomos de carbono semejantes a los hidrocarburos, pero ciertos átomos de hidrógeno se sustituyen por varios grupos funcionales.
Estos últimos son en particular agrupaciones de átomos que se conforman casi siempre como una unidad y confieren a las moléculas orgánicas sus propiedades físicas, reactividad química y solubilidad en solución acuosa.
TIPOS DE MOLÉCULAS BIOLÓGICAS
CARBOHIDRATOS
Los carbohidratos son compuestos orgánicos compuestos de carbono, hidrógeno y oxígeno en una proporción de átomos de carbono de una a dos átomos de hidrógeno a un átomo de oxígeno. El número de átomos de carbono en hidratos de carbono varía. Algunos hidratos de carbono sirven como fuente de energía. Otros hidratos de carbono se utilizan como materiales estructurales. Los hidratos de carbono pueden existir como monosacáridos, disacáridos o polisacáridos. Los monosacáridos más comunes son la glucosa, fructosa y galactosa.
PROTEÍNAS
Las proteínas son compuestos orgánicos compuestos principalmente de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Al igual que la mayoría de las otras macromoléculas biológicas, las proteínas están formadas por la unión de monómeros llamados aminoácidos.
Las proteínas son compuestos orgánicos compuestos principalmente de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Al igual que la mayoría de las otras macromoléculas biológicas, las proteínas están formadas por la unión de monómeros llamados aminoácidos.
LÍPIDOS
Los lípidos son moléculas grandes, orgánicas no polares. No se disuelven en el agua. Los lípidos son diversos e incluyen: triglicéridos, fosfolípidos, esteroides, ceras y pigmentos. Las moléculas de lípido tienen una proporción mayor de átomos de carbono e hidrógeno que los hidratos de carbono.
Los lípidos son moléculas grandes, orgánicas no polares. No se disuelven en el agua. Los lípidos son diversos e incluyen: triglicéridos, fosfolípidos, esteroides, ceras y pigmentos. Las moléculas de lípido tienen una proporción mayor de átomos de carbono e hidrógeno que los hidratos de carbono.
ÁCIDOS NUCLEÍDOS
Los ácidos nucleídos son moléculas orgánicas muy grandes y complejas, que almacenan y transfieren importante información en la célula. Hay dos tipos principales de ácidos nucleídos: el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN).
EL PLEGAMIENTO DE LAS PROTEÍNAS PUEDE TENER CONSECUENCIAS FATALES
Un artículo generó una gran alarma en las poblaciones europeas. Trataba de un estudio de 10 personas afectadas con la enfermedad de CreutzfeldtJakob (CJD), una alteración rara y letal que afecta el cerebro y ocasiona la pérdida de coordinación motora puede presentarse como una enfermedad
Hereditaria o habían recibido órganos y partes orgánicas donadas por una persona con CJD no diagnosticada, otra causa por la cual se adiquiro esta enfermedad fue por el consumo de res contaminada. Los pacientes que habían adquirido CJD por comer carne contaminada de vacas podían distinguirse, con base en diferentes criterios, de aquellos que sufrieron las formas típicas de la enfermedad. Habían contraído una enfermedad letal neurodegenerativa que llamaban “kuru” durante los rituales funerales en los cuales comían el tejido cerebral del pariente fallecido. Cuando los preparados de una biopsia del cerebro de una persona perecida por CJD fueron inyectados en un animal de laboratorio, éste desarrollaba una encefalopatía espongiforme similar a la consecutiva a kuru o CJD.
Otro artículo que sugería que, los virus, carecían de ácidos nucleídos y de hecho estaba compuesto tan sólo de proteínas. Prusiner concedió a la proteína el nombre de prión una proteína única la cual se la llamo escepticismo y codifican una proteína denominada PrPC es una proteína prión celular que reside en la superficie de las células nerviosas.
La aparición de una proteína anormal en el cuerpo, ya sea como un resultado de un mal plegamiento, algo raro en el caso de una enfermedad esporádica, o por la exposición a instrumentos quirúrgicos contaminados, comienza con una reacción en cadena en la cual las moléculas de proteína normal en las células se transforman de modo gradual en la forma anormal de prión.
La enfermedad de Alzheimer los sufren personas de 65 a 80 años de edad generalmente es una enfermedad hereditaria o esporádica aparecen como anomalías.
Las proteínas que ocasionan la enfermedad son diferentes, utilizan agregados de proteínas no relacionadas, las partes del cerebro que están afectadas son distintas y la proteína causante de la AD no actúa como un agente infeccioso.
Esta enfermedad se debe a la aparición de una molécula llamada péptido amiloidea beta, que es parte de una larga proteína denominada proteína precursora amiloidea
Las especies predominantes tienen una longitud de 40 aminoácidos pero también se produce una menor especie con dos residuos hidrófobos (denominados Ab42) esta versión de la molécula es la que en potencia causa la enfermedad de Alzheimer.
Las investigaciones llevaron a diseccionar a un animal del porque no tiene esta enfermedad es decir no muestran evidencia de depósitos amiloideas es donde se dieron cuenta que debían crear una cepa de ratón para crear una cura.
También se consideran otros enfoques para el tratamiento como:
a) implante cerebral de células que secretan NGF, una proteína con probada capacidad de prevenir la neurodegeneración en modelos animales.
b) Compuestos que inhiben la actividad enzimática de las secretasas b o y, los cuales podrían atenuar la producción de Ab42.
c) Compuestos que se unen al péptido Ab soluble e impiden que se agreguen o formen fibrillas.
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