martes, 29 de julio de 2014
jueves, 24 de julio de 2014
Lípidos: Artículo Científico
Los científicos descubren que los lípidos controlan las proteínas y la curvatura de la membrana celular
Muchos procesos biológicos se basan en ciertas características de las membranas celulares, y muchas enfermedades aprovechan las propiedades específicas de la membrana para distorsionar las paredes celulares. Desde hace tiempo se sabe que las proteínas regulan cómo toman forma las estructuras lipídicas dentro de las membranas, y la investigación sobre el manejo del comportamiento de las membranas – tales como el caso de los medicamentos anti-virales – supuso que ese era el factor principal.
Un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Illinois y del Laboratorio Nacional Argonne han descubierto ahora que la relación es inversa: que los lípidos en realidad afectan la forma de las proteínas dentro de las membranas, afectando también de esa manera, la forma de las membranas en sí. David Gidalevitz, autor principal del estudio publicado en Physical Review Letters , cree que “estos procesos de membrana son esenciales para muchas funciones biológicas básicas. Entenderlas nos ayudará a comprender la biología que subyace a muchas de las enfermedades importantes”.
Más detalles de Argonne:
Gp41 es responsable de unirse las membranas anfitrionas y de crear un poro a través del cual el ARN viral se inserta en la célula para propagar el virus. A nivel molecular, esto significa que la proteína viral debe insertarse en la membrana e inducir la curvatura de la membrana para crear el poro. La medición cuidadosa de la forma en que la proteína penetra la monocapa lipídica le permitió al equipo estudiar cómo los lípidos y las proteínas se afectan entre sí durante el proceso de inserción.
Sorprendentemente, aunque los investigadores esperaban que el Gp41 indujera la curvatura en la monocapa de lípidos para formar el poro, encontraron que los experimentos en los que la monocapa contenía más colesterol, demostraban que los lípidos realmente afectaban la estructura de la proteína. Es decir, a medida que aumentaban las concentraciones de colesterol, se disminuía el área ocupada por la proteína y la proporción de lípidos a proteínas era mayor, lo que sugiere que la proteína se estaba compactando de manera diferente a medida que se insertaba en la monocapa, dependiendo de su composición lipídica.
El fragmento de Gp41 que el equipo utilizó demostró ser capaz de adoptar una de dos estructuras diferentes conocidas como hélice-α u hoja-β. Sus mediciones son consistentes con un cambio estructural de helicoidal α a hoja β, a medida que aumenta la concentración de colesterol, tal como se muestra en la figura.
La composición de la monocapa de lípidos también determina qué tan profundamente ha penetrado la proteína su superficie. En monocapas que carecían por completo de colesterol, la proteína penetró muy superficialmente; sin embargo, al aumentar el colesterol, aumentó la profundidad de inserción de la proteína en la monocapa.
Sorprendentemente, la energía libre superficial requerida para la inserción en la membrana sin colesterol era la misma que para la inserción profunda en la membrana rica en colesterol, sugiriendo que el cambio estructural de la proteína ayudó a superar la mayor rigidez de la membrana rica en colesterol.
“Estos datos sugieren que el colesterol está induciendo un cambio conformacional en la proteína, y creemos que cuando el colesterol está presente, las proteínas de fusión cambian para formar una especie de ancla en la membrana, de manera de mantener al virus en su lugar para la fusión”, dijo Gidalevitz, autor principal del artículo publicado en la revista Physical Review Letters .
A continuación, el grupo espera ampliar estos resultados en los experimentos que adapten su técnica a bicapas lipídicas mas complejas con diferentes composiciones de lípidos, y a proteínas diferentes, incluyendo el islote de amiloide polipéptido formador de amilina vinculado a la diabetes tipo 2. “Estos procesos de membrana son esenciales para muchas funciones biológicas básicas”, dijo Gidalevitz. “Comprenderlos nos ayudará a entender la biología que subyace a muchas enfermedades importantes.”
Lípidos: Metabolismo
1. Absorción
2. Emulsificación de grasas
3. Digestión de las grasas
4. Metabolismo de las grasas
5. Degradación
Absorción de lípidos
Ácidos grasos de cadena corta (hasta 12 carbonos) son absorbidos directamente.
Triglicéridos y grasas en la dieta son insolubles en agua y por lo tanto su absorción es difícil. Para lograr esto, la grasa en la dieta se descompone en partículas pequeñas que aumenta el área expuesta para ataque rápido por las enzimas digestivas.
Emulsificación de grasas
Grasas en la dieta se someten a la emulsificación que conduce a la liberación de ácidos grasos. Esto se produce por simple hidrólisis de los enlaces éster de los triglicéridos.
Las grasas se descomponen en pequeñas partículas por acción detergente y mezclado mecánico. Se realiza la acción detergente por jugos digestivos, pero sobre todo por las grasas parcialmente digeridas (ácidos grasos jabones y monacylglycerols) y por sales biliares.
Las sales biliares como el ácido cólico contienen un lado que es hidrofóbica (repelente al agua) y otro lado de amar o hydrophhillic de agua. Esto les permite disolver en una interfase aceite-agua, con la superficie hidrofóbica en contacto con los lípidos para ser absorbido y la superficie hidrofílica en el medio acuoso. Esto se llama la acción detergente y emulsiona las grasas y produce micelas mixtas.
Micelas mixtas sirven como vehículos de transporte para menos lípidos solubles en agua de los alimentos y también para el colesterol, vitaminas liposolubles A, D, E y K.
Digestión de las grasas
Después de la emulsificación las grasas son hidrolizadas o por las enzimas secretadas por el páncreas. La enzima más importante involucrada es la lipasa pancreática. Lipasa pancreática rompe vínculos éster primario, el 1 o los 3 enlaces éster. Esto convierte los triglicéridos 2-monoglicéridos (2-monoacylglycerols). Menos del 10% de triglicéridos siendo unhydrolyzed en el intestino.
Metabolismo de las grasas
Ácidos grasos de cadena corta entrar directamente en la circulación, pero la mayoría de los ácidos grasos es reesterified con glicerol en los intestinos de los triglicéridos de forma que entren en la sangre como partículas de lipoproteínas llamadas quilomicrones.
Lipasa actúa sobre estos quilomicrones forma los ácidos grasos. Estos pueden ser almacenados como grasa en el tejido adiposo, su utiliza para producir energía en cualquier tejido con mitocondrias utilizando oxígeno y reesterified a los triglicéridos en el hígado y exportados como lipoproteínas llamadas VLDL (lipoproteínas de muy baja densidad).
VLDL tiene un resultado similar como quilomicrones y eventualmente se convierte en LDL (lipoproteínas de baja densidad). Insulina simula lipasa.
Durante la inanición durante largos períodos de tiempo también puede convertir los ácidos grasos a cuerpos cetónicos en el hígado. Estos cuerpos cetónicos puede utilizarse como fuente de energía por la mayoría de las células que tienen mitocondrias.
Degradación
Los ácidos grasos se desglosan por Beta oxidación. Esto ocurre en las mitocondrias o en peroxisomas para generar acetil-CoA. El proceso es el inverso de la síntesis de ácidos grasos: fragmentos de dos emisiones de carbono se quitan del extremo carboxilo del ácido. Esto ocurre después de deshidrogenación, hidratación y oxidación para formar un ácido beta-ceto.
El acetil-CoA, a continuación, se convierte en ATP, CO2y H2O utilizando el ciclo del ácido cítrico y libera energía de 106 ATP. Ácidos grasos insaturados requieren pasos enzimáticos adicionales para la degradación.
Lípidos: Clasificación
~CLASIFICACIÓN DE LOS LÍPIDOS~
Los lípidos se clasifican en dos grupos,
atendiendo a que posean en su composición ácidos grasos (Lípidos
saponificables) o no lo posean ( Lípidos insaponificables ).
1. Lípidos saponificables
A. Simples
·
Acilglicéridos
·
Céridos
B. Complejos
·
Fosfolípidos
·
Glucolípidos
2. Lípidos insaponificables
A. Terpenos
B. Esteroides
C. Prostaglandinas
Los ácidos grasos son moléculas formadas por una larga cadena hidrocarbonada de tipo lineal, y con un número par de átomos de carbono. Tienen en un extremo de la cadena un grupo carboxilo (-COOH).
Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú
superior
Se conocen unos 70 ácidos grasos que se pueden clasificar en dos grupos
:
·
Los ácidos grasos saturados sólo tienen enlaces
simples entre los átomos de carbono. Son ejemplos de este tipo de ácidos el
mirístico (14C);el palmítico (16C) y el esteárico (18C) .
·
Los ácidos grasos insaturados tienen uno o
varios enlaces dobles en su cadena y sus moléculas presentan codos,
con cambios de dirección en
los lugares dónde aparece un doble enlace. Son ejemplos el oléico (18C, un
doble enlace) y el linoleíco (18C y dos dobles enlaces).
Propiedades de los
ácidos grasos
·
Solubilidad. Los ácidos grasos poseen una zona hidrófila,
el grupo carboxilo (-COOH) y una zona lipófila, la cadena hidrocarbonada que
presenta grupos metileno (-CH2-) y grupos metilo (-CH3) terminales.
Por eso las moléculas de los ácidos grasos son anfipáticas, pues
por una parte, la cadena alifática es apolar y por tanto, soluble en
disolventes orgánicos (lipófila), y por otra, el grupo carboxilo
es polar y soluble en agua (hidrófilo).
·
Desde el punto de vista químico, los ácidos grasos
son capaces de formar enlaces éster con los grupos alcohol de
otras moléculas.
Cuando estos enlaces se hidrolizan con un álcali, se
rompen y se obtienen las sales de los ácidos grasos correspondientes,
denominados jabones, mediante un proceso denominado
saponificación.
Son lípidos saponificables en cuya composición
química sólo intervienen carbono, hidrógeno y oxígeno.
Acilglicéridos
Son lípidos simples formados por la esterificación de una,dos o tres
moléculas de ácidos grasos con una molécula de glicerina. También reciben el
nombre de glicéridos o grasas simples
Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del
menú superior
Según el número de ácidos grasos, se distinguen tres tipos de estos
lípidos:
·
los monoglicéridos, que contienen una molécula de
ácido graso
·
los diglicéridos, con dos moléculas de ácidos
grasos
·
los triglicéridos, con tres moléculas de ácidos
grasos.
Los acilglicéridos frente a bases dan lugar a reacciones de
saponificación en la que se producen moléculas de jabón.
Ceras
Las ceras son ésteres de ácidos grasos de cadena larga, con alcoholes también
de cadena larga. En general son sólidas y totalmente insolubles en agua. Todas
las funciones que realizan están relacionadas con su impermeabilidad al
agua y con su consistencia firme. Así las plumas, el pelo , la piel,las
hojas, frutos, están cubiertas de una capa cérea protectora.
Una de las ceras más conocidas es la que segregan las abejas para
confeccionar su panal.
Son lípidos saponificables en cuya estructura molecular además de
carbono, hidrógeno y oxígeno, hay también nitrógeno,fósforo, azufre o un
glúcido.
Son las principales moléculas constitutivas de la doble capa lipídica de
la membrana, por lo que también se llaman lípidos de membrana. Son
tammbién moléculas anfipáticas.
Fosfolípidos
Se caracterizan pr presentar un ácido ortofosfórico en su zona polar.
Son las moléculas más abundantes de la membrana citoplasmática.
Glucolípidos
Son lípidos complejos que se caracterizan por
poseer un glúcido. Se encuentran formando parte de las bicapas lipídicas de las
membranas de todas las células,
especialmente de las neuronas. Se sitúan en la cara externa de la membrana
celular, en donde realizan una función de relación celular, siendo receptores
de moléculas externas que darán lugar a respuestas celulares.
Terpenos
Son moléculas lineales o cíclicas que cumplen
funciones muy variadas, entre los que se pueden citar:
·
Esencias vegetales como el mentol, el geraniol,
limoneno, alcanfor, eucaliptol,vainillina.
·
Vitaminas, como la vit.A, vit. E, vit.K.
·
Pigmentos vegetales, como la carotina y la
xantofila.
Los esteroides son lípidos que derivan del esterano. Comprenden dos
grandes grupos de sustancias:
1. Esteroles: Como el
colesterol y las vitaminas D.
2. Hormonas esteroideas:
Como las hormonas suprarrenales y las hormonas sexuales.
El colesterol forma parte estructural de las membranas a las que
confiere estabilidad. Es la molécula base que sirve para la síntesis de
casi todos los esteroides
HORMONAS SEXUALES
Entre las hormonas sexuales se encuentran la progesterona que prepara
los órganos sexuales femeninos para la gestación y la testosterona responsable
de los caracteres sexuales masculinos.
HORMONAS SUPRARRENALES
Entre las hormonas suprarrenales se encuentra la cortisona, que actúa en
el metabolismo de los glúcidos, regulando
regulando la síntesis de glucógeno.
Prostaglandinas
Las prostaglandinas son lípidos cuya molécula básica
está constituída por 20 átomos de carbono que forman un anillo
ciclopentano y dos cadenas alifáticas.
Las funciones son diversas. Entre ellas destaca
la producción de sustancias que regulan la coagulación de
la sangre y cierre de las heridas; la aparición de
la fiebre como defensa de las infecciones; la reducción de la secreción
de jugos gástricos. Funcionan como hormonas locales.
Lípidos: Introducción y Funciones
Los lípidos son
biomoléculas orgánicas formadas básicamente por carbono e hidrógeno y
generalmente también oxígeno;
pero en porcentajes mucho más bajos. Además pueden contener también
fósforo, nitrógeno y azufre .
Es un grupo de
sustancias muy heterogéneas que sólo tienen en común estas dos características:
1. Son insolubles en
agua
2. Son solubles en
disolventes orgánicos, como éter, cloroformo, benceno, etc.
Una característica básica de los lípidos, y de la que derivan
sus principales propiedades biológicas es la hidrofobicidad. La baja
solubilidad de los lipídos se debe a que su estructura química es
fundamentalmente hidrocarbonada (alifática, alicíclica o aromática), con gran
cantidad de enlaces C-H y C-C (Figura de la izquierda).
La naturaleza de estos enlaces es 100% covalente y su momento dipolar es mínimo. El agua, al ser una molécula muy polar, con gran facilidad para formar puentes de hidrógeno, no es capaz de interaccionar con estas moléculas. En presencia de moléculas lipídicas, el agua adopta en torno a ellas una estructura muy ordenada que maximiza las interacciones entre las propias moléculas de agua, forzando a la molécula hidrofóbica al interior de una estructura en forma de jaula, que también reduce la movilidad del lípido. Todo ello supone una configuración de baja entropía, que resulta energéticamente desfavorable. Esta disminución de entropía es mínima si las moléculas lipídicas se agregan entre sí, e interaccionan mediante fuerzas de corto alcance, como las fuerzas de Van der Waals. Este fenómeno recibe el nombre de efecto hidrofóbico.
Constituyentes importantes de la alimentación (aceites,
manteca, yema de huevo), representan una importante fuente de energía y
de almacenamiento,
funcionan como aislantes térmicos, componentes estructurales de membranas biológicas,
son precursores de hormonas (sexuales,
corticales), ácidos biliares, vitaminas etc.
Los lípidos desempeñan cuatro tipos de funciones:
1. Función de reserva.
Son la principal reserva energética del organismo. Un gramo de grasa
produce 9'4 kilocalorías en las reacciones metabólicas de oxidación, mientras
que proteínas y
glúcidos sólo producen 4'1 kilocaloría/gr.
2. Función estructural.
Forman las bicapas lipídicas de las membranas. Recubren órganos y le
dan consistencia, o protegen mecánicamente como el tejido adiposo de piés y
manos.
3. Función
biocatalizadora. En este papel los lípidos favorecen o facilitan las reacciones
químicas que se producen en los seres vivos. Cumplen esta función las vitaminas
lipídicas, las hormonas esteroideas y las prostaglandinas.
4. Función
transportadora. El tranporte de lípidos desde el intestino hasta su lugar de
destino se raliza mediante su emulsión gracias a los ácidos biliares y a los
proteolípidos.
Biomoléculas: Artículo Científico
Científicos confirman que las pantallas táctiles de los smartphones pueden detectar biomoléculas
De avanzar en sus investigaciones, los científicos hablan de un futuro donde las pantallas táctiles como las de los smartphones podrían llegar a ser capaces de eliminar el tiempo en las salas de espera de los médicos o incluso la posibilidad de detectar tipos de cáncer. La tecnología de las pantallas táctiles se puede utilizar para detectar la materia biomolecular tal y como se hace en las pruebas médicas.
Así lo han confirmado un grupo de investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología en Corea (KAIST). Según Hyung-gyu Park, quién dirigió el estudio:
Todo comenzó a partir de la idea de que las pantallas táctiles trabajan mediante el reconocimiento de las señales electrónicas del toque del dedo, por lo que la presencia de proteínas específicas de ADN también se dan a conocer.
Según los investigadores, las pantallas táctiles de los smartphones, PDAs o tabletas funcionan a través de la detección de cargas electrónicas del cuerpo del usuario en la pantalla. De esta forma, bioquímicos como las proteínas y las moléculas de ADN también tienen estas cargas específicas electrónicas.
Los experimentos llevados a cabo por el equipo mostraron que estas pantallas podían reconocer la existencia y la concentración de moléculas de ADN, hecho que sería el primer paso para que un día fueran capaces de utilizarse para llevar a cabo exámenes médicos.
Hemos confirmado que las pantallas táctiles son capaces de reconocer las moléculas de ADN con casi un 100% de exactitud, casi de la misma forma que lo haría un equipo médico convencional. Esta igualdad creemos que es posible con las proteínas.Hay proteínas conocidas en el mundo médico como aquellas que se utilizan para diagnosticar el cáncer de hígado... podríamos ser capaces de ver el estado del hígado del paciente.
El siguiente paso según cuentan los investigadores es el desarrollo de un tipo de película en los materiales reactivos que pueda identificar sustancias bioquímicas específicas, probabilidad con la esperanza de que esto permita a las pantallas táctiles reconocer diferentes materiales biomoleculares.
Sea como fuere, es un primer paso. Como ellos mismos explican, nadie pondrá sangre u orina sobre una pantalla. Se piensa que las muestras se colocarían en un sistema que luego sería introducido en el teléfono o en un módulo que a su vez iría conectad al teléfono.
... de esta forma, la ubicación y concentración de la muestra se reconocería de la misma manera que se reconoce el toque de los dedos.
Biomoléculas: Funciones en el Organismo
FUNCIONES DE LAS BIOMOLECULAS.
· FUNCIÓN CONTRÁCTIL:
La realizan proteínas como la actina, miosina y la direina.
§ La actina y la miosina constituyen las miofibrillas responsables de la contracción muscular.
§ La direina está relacionada con el movimiento de cilios y flagelos.
· FUNCIÓN DE TRANSPORTE:
La realizan el agua y otras proteínas.
§ El agua permite la circulación de sustancias en el interior de los organismos y en su intercambio con el exterior.
Muchas proteínas transportan sustancias por el torrente circulatorio como:
§ La hemoglobina transporta oxígeno en la sangre de los vertebrados.
§ La hemocianina transporta oxígeno en la sangre de los invertebrados.
§ La mioglobina transporta oxígeno en los músculos.
§ Las lipoproteinas transportan lípidos por la sangre.
§ Los citocromos transportan electrones.
· FUNCIÓN ENERGÉTICA:
La realizan lípidos como los ácidos grasos y triglicéridos y los glúcidos y otros monosacáridos como loshidratos de carbono. además de otras funciones orgánicas que actúan como combustible productores de energía.
§ El glúcido más importante es la glucosa, ya que es el monosacárido más abundante en el medio interno, y puede atravesar la membrana plasmática sin necesidad, para ello, de ser transformado en moléculas más pequeñas. A partir de 1mol de glucosa y mediante sucesivas reacciones se pueden obtener 266Kcal. El almidón, glucógeno y otros se forman del almacenamiento de glucosa.
§ Los triglicéridos son los lípidos más abundantes y constituyen las principales reservas energéticas en las células vegetales y animales
§ Los lípidos o grasas son la principal reserva energética del organismo. Un gramo de grasa produce 9,4 Kcal, en las reacciones de oxidación, mientras que los glúcidos producen 4,1. Los lípidos tienen la tendencia de acumularse en diversas partes del cuerpo cuando los requerimientos de energía son menores, lo que en definitiva causa la obesidad. Las grasas se queman muy lentamente en comparación con los hidratos de carbono, por lo que se dificulta su completa eliminación o que se metabolice adecuadamente. Su alto poder energético viene de la oxidación de ác. Grasos en la mitocondrias.
· FUNCIÓN ENZIMÁTICA:
La realizan las proteínas especializadas llamadas enzimas.
§ Las enzimas actúan como biocatalizadores de las reacciones químicas del metabolismo celular, es decir, son proteínas cuya función es la "catálisis de las reacciones bioquímicas". Algunas de estas reacciones son muy sencillas; otras requieren de la participación de verdaderos complejos multienzimáticos. El poder catalítico de las enzimas es extraordinario: aumentan la velocidad de una reacción, al menos un millón de veces.
· FUNCIÓN ESTRUCTURAL:
La realizan el agua, el colesterol, los esfingolipidos, los fosfolípidos, los oligosacáridos y las proteínas
§ El agua forma parte de la estructura celular, formando lo principal de las células, principalmente la vegetal.
§ Los lípidos presentes en las células, forman bicapas lipídicas de las membranas. Cumplen esta función los fosfolípidos, glucolípidos, colesterol, etc. En los órganos, recubren estructuras y las dan consistencia, como la cera del cabello. Otros tienen función de protección térmica, como los Acilglicéridos, que se almacenan en tejidos adiposos del animal. Finalmente otra función estructural, es la protección mecánica, como los tejidos adiposos que están situados en la planta del pie y en la palma de la mano.
Las proteínas constituyen estructuras celulares:
§ Las glicoproteínas forman parte de las membranas celulares y actúan como receptores o facilitan el transporte de sustancias.
§ Las histonas forman parte de los cromosomas que regulan la expresión de los genes.
Otras proteínas confieren elasticidad y resistencia a órganos y tejidos:
§ El colágeno del tejido conjuntivo fibroso.
§ La elastina del tejido conjuntivo elástico.
§ La queratina de la epidermis.
· FUNCIÓN HOMEOSTÁTICA:
La realiza proteínas como la fibrina
§ La fibrina es una proteína fibrilar que presenta una propiedad coagulante, puede formar agregados con otras moléculas de fibrina formando un coágulo blando. La fibrina mantienen el equilibrio osmótico y actúa junto con otros sistemas amortiguadores para mantener constante el pH del medio interno.
· FUNCIÓN HORMONAL:
La realizan los lípidos, los glúcidos y proteínas (más específicamente, los aminoácidos de dichas proteínas que producen hormonas como la adrenalina, la insulina y glucagón).
§ Hormonas de naturaleza proteica como la insulina y el glucagón (que regulan los niveles de glucosa en sangre) o las hormonas segregadas por la hipófisis como la del crecimiento o la adrenocorticotrópica (que regula la síntesis de corticosteroides) o la calcitonina (que regula el metabolismo del calcio).
§ Hormonas de naturaleza lipídica como los esteroides (testosterona) o eicosanoides (prostaglandinas).
§ Los Glúcidos que producen hormonas ganodotropas
· FUNCIÓN INMUNITARIA:
La realizan las proteínas y algunas vitaminas como la vitamina C
§ La vitamina C estimula la producción de defensa
Entre Las proteínas encargadas de esta función de defensa están:
§ Las inmunoglobulinas actúan como anticuerpos frente a posibles antígenos.
§ La trombina y el fibrinógeno contribuyen a la formación de coágulos sanguíneos para evitar hemorragias.
§ Las mucinas tienen efecto germicida y protegen a las mucosas.
§ Algunas toxinas bacterianas, como la del botulismo, o venenos de serpientes, son proteínas fabricadas con funciones defensivas.
· FUNCIÓN REGULADORA:
La realiza el agua, las proteínas, las vitaminas y algunos lípidos.
§ El agua se evapora en la superficie absorbiendo gran parte de calor del entorno inmediato. Esta propiedad se utiliza como mecanismo de regulación térmica.
§ Algunas proteínas regulan la expresión de ciertos genes y otras regulan la división celular (como la ciclina).
§ Hormonas y Proteínas represoras: son proteínas que participan en la regulación de procesos metabólicos; las proteínas represoras son elementos importantes dentro del proceso de transmisión de la información genética en la bisíntesis de otras moléculas.
§ La vitamina C regula el funcionamiento de las hormonas anti estrés de las glándulas suprarrenales. Es un potente antioxidante (escorbuto su carencia)
§ La vitamina D está formada por un conjunto de esteroles que regulan el metabolismo del calcio y su absorción intestinal.
§ Los lípidos como el colesterol constituyen la bicapa lipídica celular por la tanto, se encargan de regular la fluidez de sustancias, controlando los iones y las moléculas. Cuantos más ácidos grasos saturados existen, mayor será la viscosidad.
martes, 22 de julio de 2014
Biomoléculas Inorgánicas
Los bioelementos se combinan entre sí para formar las moléculas que componen la materia viva. Estas moléculas reciben el nombre de biomoléculas oprincipios inmediatos.
Las biomoléculas se clasifican, atendiendo a su composición: las biomoléculas inorgánicas son las que no están formadas por cadenas de carbono e hidrógeno, como son el agua, las sales minerales o los gases. Las moléculas orgánicas están formadas por cadenas de carbono y se denominan glúcidos, lípidos,proteínas y ácidos nucleicos.
Las biomoléculas orgánicas, atendiendo a la longitud y complejidad de su cadena, se pueden clasificar como monómeros o polímeros. Los monómeros son moléculas pequeñas, unidades moleculares que forman parte de una molécula mayor. Los polímeros son agrupaciones de monómeros, iguales o distintos, que componen una molécula de mayor tamaño.
La vida se apoya en el comportamiento anormal del agua.
El agua es la sustancia más abundante en la biosfera, dónde la encontramos en sus tres estados y es además el componente mayoritario de los seres vivos, pues entre el 65 y el 95% del peso de de la mayor parte de las formas vivas es agua.
En las medusas, puede alcanzar el 98% del volumen del animal y en la lechuga, el 97% del volumen de la planta. Estructuras como el líquido interno de animales o plantas, embriones o tejidos conjuntivos suelen contener gran cantidad de agua. Otras estructuras, como semillas, huesos, pelo, escamas o dientes poseen poca cantidad de agua en su composición.
El agua fue además el soporte donde surgió la vida. Molécula con un extraño comportamiento que la convierten en una sustancia diferente a la mayoría de los líquidos, posee unas extraordinarias propiedades físicas y químicas que son responsables de su importancia biológica.
Durante la evolución de la vida, los organismos se han adaptado al ambiente acuoso y han desarrollado sistemas que les permiten aprovechar las inusitadas propiedades del agua.
1.1. Estructura del agua
La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes. La disposición tetraédrica de los orbitales sp3 del oxígeno determina un ángulo entre los enlaces H-O-H aproximadamente de 104’5º, además el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.
El resultado es que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar, alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa, mientras que los núcleos de hidrógeno quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva. Por eso en la práctica la molécula de agua se comporta como un dipolo (como un imán molecular).
Así se establecen interacciones entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces o puentes de hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes.
Aunque son uniones débiles, son responsables en gran parte de su comportamiento anómalo como líqido y de la peculiaridad de sus propiedades físicoquímicas.
1.2. Propiedades del agua
a) Acción disolvente
El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, muy importante para la vida, se debe a lapolaridad de la molécula de agua y su capacidad para interaccionar con otras sustancias que presenten grupos polares o con carga iónica (alcoholes, azúcares con grupos -OH, aminoácidos y proteínas con grupos que presentan cargas positivas y negativas), lo que da lugar a disoluciones moleculares. También las moléculas de agua pueden disolver sustancias salinas que se disocian formando disoluciones iónicas.
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 dos funciones:
ü Ser el medio donde ocurren las reacciones del metabolismo.
ü Servir como sistema de transporte.
b) Elevada fuerza de cohesión
Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casiincompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos.
c) Elevada fuerza de adhesión
Esta fuerza está también en relación con los puentes de hidrógeno que se establecen entre las moléculas de agua y otras moléculas polares y es responsable, junto con la cohesión del llamado fenómeno de lacapilaridad. Cuando se introduce un capilar (tubo muy delagado) en un recipiente con agua, ésta asciende por el capilar como si trepase agarrándose por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente, donde la presión que ejerce la columna de agua, se equilibra con la presión capilar. A este fenómeno se debe en parte la ascensión de la savia bruta desde las raíces hasta las hojas, a través de los vasos leñosos.
d) Alta tensión superficial
Las moléculas de agua, como se ha visto, están muy cohesionadas por acción de los puentes de hidrógeno. Esto produce una película de agua en la zona de contacto del agua con el aire, que cuesta relativamente de romper.
Esto es utilizado por algunos organismos para desplazarse por la superficie del agua sin hundirse.
e) 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 deprotección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante.
f) 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.
g) La “irregularidad” en la densidad del agua
En estado líquido, el agua es más densa que en estado sólido. Por ello, el hielo flota en el agua. Esto es debido a que los puentes de hidrógeno formados a temperaturas bajo cero unen a las moléculas de agua ocupando mayor volumen.
h) Bajo grado de ionización
La mayor parte de las moléculas de agua no están disociadas. Sólo un reducido número de moléculas sufre disociación, generando iones positivos (H+) e iones negativos (OH-). En el agua pura, a 25ºC, sólo una molécula de cada 10.000.000 está disociada, por lo que la concentración de H+ es de 10-7. Por esto, el pH del agua pura es igual a 7 (neutro).
1.3. Funciones del agua
Las funciones del agua se relacionan íntimamente con las propiedades anteriormente descritas. Se podrían resumir en los siguientes puntos:
- Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas .
- Amortiguador térmico.
- Transporte de sustancias.
- Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos.
- Favorece la circulación y turgencia.
- Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos.
- Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando hidrogeniones o hidroxilos al medio.
1.4. Ionización del agua
Disociación del agua
El agua pura tiene la capacidad de disociarse en iones, por lo que en realidad se puede considerar una mezcla de :
· agua molecular (H2O )
· protones hidratados (H3O+ )
· iones hidroxilo (OH-)
Este producto iónico es constante. Como en el agua pura la concentración de hidrogeniones y de hidroxilos es la misma, significa que la concentración de hidrogeniones es de 1 x 10 -7. Para simplificar los cálculos Sorensen ideó expresar dichas concentraciones utilizando logaritmos, y así definió el pH como el logaritmo cambiado de signo de la concentración de hidrogeniones. Según esto:
· disolución neutra pH = 7
· disolución ácida pH < 7
· disolución básica pH > 7
En general hay que decir que la vida se desarrolla a valores de pH próximos a la neutralidad.
El tampón bicarbonato es común en los líquidos intercelulares, mantiene el pH en valores próximos a 7,4, gracias al equilibrio entre el ión bicarbonato y elácido carbónico, que a su vez se disocia en dióxido de carbono y agua:Los organismos vivos no soportan variaciones del pH mayores de unas décimas de unidad y por eso han desarrollado a lo largo de la evolución sistemas de tampón o buffer, que mantienen el pH constante mediante mecanismos homeostáticos. Los sistemas tampón consisten en un par ácido-base conjugada que actúan como dador y aceptor de protones respectivamente.
Si aumenta la concentración de hidrogeniones en el medio por cualquier proceso químico, el equilibrio se desplaza a la derecha y se elimina al exterior el exceso de CO2 producido. Si por el contrario disminuye la concentración de hidrogeniones del medio, el equilibrio se desplaza a la izquierda, para lo cual se toma CO2del medio exterior.
1.5. Ósmosis
a) Ósmosis y presión osmótica
Si tenemos dos disoluciones acuosas de distinta concentración separadas por una membrana semipermeable (deja pasar el disolvente pero no el soluto), se pruduce el fenómeno de la ósmosis que sería un tipo de difusión pasiva caracterizada por el paso del agua (disolvente) a través de la membrana semipermeable desde la solución más diluida (hipotónica) a la más concentrada (hipertónica), este trasiego continuará hasta que las dos soluciones tengan la misma concentración (isotónicas o isoosmóticas).
Y se entiende por presión osmótica la presión que sería necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable.
La membrana plasmática de la célula puede considerarse como semipermeable, y por ello las células deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos que las bañan.
A continuación vemos los efectos que producen los procesos osmóticos sobre un glóbulo rojo cuando se introduce en diferentes concentraciones salinas:
Cuando las concentraciones de los fluidos extracelulares e intracelulares es igual, ambas disoluciones son isotónicas.
Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos se hacen hipertónicos respecto a la célula, y ésta pierde agua, se deshidrata y mueren(plamólisis).
Y si por el contrario los medios extracelulares se diluyen, se hacen hipotónicos respecto a la célula, el agua tiende a entrar y las células se hinchan, se vuelventurgentes (turgencia), llegando incluso a estallar.
b) Difusión y diálisis
Los líquidos presentes en los organismos son dispersiones de diversas sustancias en el seno del agua. Según el tamaño de las partículas se formarándispersiones moleculares o disoluciones verdaderas como ocurre con las que se forman con las sales minerales o por sustancias orgánicas de moléculas pequeñas, como los azúcares o aminoácidos.
Las partículas dispersas pueden provocar además del movimiento de ósmosis, éstos otros dos fenómenos:
1. La diálisis. En este caso pueden atravesar la membrana además del disolvente, moléculas de bajo peso molecular y éstas pasan atravesando la membrana desde la solución más concentrada a la más diluida. Es el fundamento de la hemodiálisis que intenta sustituir la filtración renal deteriorada. 2. La difusión sería el fenómeno por el cual las moléculas disueltas tienden a distribuirse uniformemente en el seno del agua. Puede ocurrir también a través de una membrana si es lo suficientemente permeable. |
Así se realizan los intercambios de gases y de algunos nutrientes entre la célula y el medio en el que vive.
2. SALES MINERALES
Además del agua existe otras biomoléculas inorgánicas como las sales minerales. En función de su solubilidad en agua se distinguen dos tipos: insolubles ysolubles.
1. Sales insolubles en agua
Forman estructuras sólidas, que suelen tener función de sostén o protectora, como:
- Esqueleto interno de vertebrados, en el que encontramos: fosfatos, cloruros, y carbonatos de calcio.
- Caparazones de carbonato cálcico de crustáceos y moluscos.
- Endurecimiento de células vegetales, como en gramíneas (impregnación con sílice).
- Otolitos del oído interno, formados por cristales de carbonato cálcico (equilibrio).
2. Sales solubles en agua
Se encuentran disociadas en sus iones (cationes y aniones) que son los responsables de su actividad biológica. Desempeñan las siguientes funciones:
- Funciones catalíticas. Algunos iones, como el Cu+, Mn 2+, Mg2+, Zn+,...actúan como cofactores enzimáticos.
- Funciones osmóticas. Intervienen en los procesos relacionados con la distribución de agua entre el interior celular y el medio donde vive esa célula. Los iones de Na, K, Cl y Ca, participan en la generación de gradientes electroquímicos, imprescindibles en el mantenimiento del potencial de membrana y delpotencial de acción y en la sinapsis neuronal.
- Función tamponadora. Se lleva a cabo por los sistemas carbonato-bicarbonato, y también por el monofosfato-bifosfato.
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