Actividad No.1 Bioquimica

Resumen de los primeros 6 temas de la unidad I

Una célula es la unidad morfológica y funcional de todo ser vivo. Es el elemento de menor tamaño que puede considerarse vivo. Puede clasificarse a los organismos vivos según el número de células que posean: si sólo tienen una, se les denomina unicelulares; si poseen más, se les llama pluricelulares.

Características estructurales

• Individualidad: Todas las células están rodeadas de una envoltura; una membrana externa y otros elementos que definen una pared compleja.
• Contienen un medio interno acuoso, el citosol, que forma la mayor parte del volumen celular y en el que están inmersos los orgánulos celulares.
• Poseen material genético en forma de ADN, el material hereditario de los genes que contiene las instrucciones para el funcionamiento celular, así como ARN, a fin de que el primero se exprese.
• Tienen enzimas y otras proteínas, que sustentan, junto con otras biomoléculas y  un metabolismo activo.

Las células vivas son un sistema bioquímico complejo. Las características que permiten diferenciar las células de los sistemas químicos no vivos son:

• Nutrición.
• Crecimiento y multiplicación.
• Diferenciación.
• Evolución.

Célula procarionta

Las células procariotas son pequeñas y menos complejas que las eucariotas. Contienen ribosomas pero carecen de sistemas de endomembranas. Por ello poseen el material genético en el citosol. 

Células eucariontas

Las células eucariotas presentan una estructura básica relativamente estable caracterizada por la presencia de distintos tipos de orgánulos intracitoplasmáticos especializados, entre los cuales destaca el núcleo, que alberga el material genético. Dicha especialización o diferenciación es tal que, en algunos casos, compromete la propia viabilidad del tipo celular en aislamiento. La estructura de la célula varía dependiendo de la situación taxonómica del ser vivo, así pues las células vegetales difieren de las animales, así como de las de los hongos. 

Dentro de los niveles de organización, la materia viva ocupa los cuatro últimos lugares. La materia viva llamada también materia orgánica, está formada principalmente por carbono, hidrógeno, oxigeno y nitrógeno. Estos elementos, al combinarse, forman sustancias que interactúan entre si dentro de la forma viva más simple que es la célula. La célula es la unidad fundamental por la cual están constituidos todos los seres vivos. Está organizada en siete grados o niveles crecientes de complejidad.

• ·         Nivel subatómico: lo integran partículas más pequeñas de la materia, como son los protones, los neutrones y los electrones.
• ·         Nivel atómico: lo componen los átomos, que son la parte más pequeña de un elemento químico que puede intervenir en una reacción.
• ·         Nivel molecular: está formado por las moléculas, que se definen como unidades materiales formadas por la unión, mediante enlaces químicos, de dos o más átomos
• ·         Nivel celular: comprende las células, que son unidades de materia viva constituidas por una membrana y un citoplasma
• ·         Nivel tejidos: se forman de células del mismo tipo y origen, que efectúan una o más funciones especificas.
• ·         Nivel de Órganos: se componen de dos o más tipos de tejidos que efectúan una o más funciones especificas.
• ·         Aparatos y sistemas: se forman de tejidos y órganos que en conjunto realizan una o más funciones.
• ·         Nivel pluricelular: abarca a aquellos seres vivos que están constituidos por más de una célula.
• ·         Nivel de población: abarca a las poblaciones, que son el conjunto de individuos de la misma especie que viven en una misma zona y en un momento determinado.
• ·         Nivel de ecosistema: se estudia tanto el conjunto de poblaciones de diferentes seres que viven interrelacionados.
• ·         Nivel de biosfera: parte de la tierra en la que existe la vida.

Los seres vivos, animales y plantas, están formados por sustancias, que constituyen lo que denominamos materia viva. El 99 % de la materia viva está formado por cuatro elementos: carbono, hidróge­no, oxígeno y nitrógeno. El carbono es el elemento más importante, pues sirve de base en la constitución de las moléculas de la materia viva al unirse con el hidrógeno, el nitrógeno, el oxígeno, etc. Otros elementos también importantes porque son indispensables para la vida, serían: el hierro, el calcio, el sodio y el yodo, aunque están en una proporción mucho menor. Composición química de los seres vivos: C, H, O, N, S, P

Las plantas, los animales y el hombre, así como todas las cosas materiales que forman parte de nuestro mundo y el universo, están formados de materia. Toda la materia viva está constituida por la composición de elementos. Existen 92 elementos diferentes en la naturaleza, los cuales difieren en la estructura de sus átomos. Los átomos están formados por un núcleo que contiene protones, partículas que no tienen carga y los electrones.

Los compuestos son sustancias que pueden descomponerse en dos o más sustancias puras por medio de métodos químicos, por lo que podemos decir que los compuestos están formados por más de un tipo de átomos unidos entre si por medios de enlaces químicos, los cuales pueden ser iónicos o covalentes y originan compuestos iónicos o moleculares. Cuando dos o mas átomos se unen con enlaces covalentes, el compuesto resultante se conoce como molécula.


El 97.9 por ciento de la materia que forma parte de los seres vivos están compuesta por su mayoría por combinaciones de seis elementos químicos de los 92 que existen en la naturaleza. Estos elementos son: carbono (C), hidrogeno (H), oxigeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). un 2% lo constituyen calcio (Ca), sodio (Na), potasio (K), magnesio (Mg) y cloro (Cl); y un 0.1% cantidades muy pequeñas de manganeso, fierro, cobalto, cobre, zinc, boro, aluminio, vanadio, molibdeno, yodo y silicio, entre otros.

La solubilidad es la capacidad que tiene una sustancia para disolverse en otra, la solubilidad de un soluto es la cantidad de este. La solubilidad de un compuesto en un solvente concreto y a una temperatura y presión dadas se define como la cantidad máxima de ese compuesto que puede ser disuelta en la solución. En la mayoría de las sustancias, la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura del solvente. En el caso de sustancias como los gases o sales, la solubilidad en un líquido aumenta a medida que disminuye la temperatura.

Entre las propiedades fisicas de las soluciones podemos señalar la solidificacion, la cual sucede cuando se añade un soluto a un solvente, se alteran algunas propiedades físicas de este. Al aumentar la cantidad del soluto, sube el punto de ebullición y desciende el punto de solidificación. Pero cuando se añade un soluto se rebaja la presión de vapor del solvente. Otra propiedad  destacable de una solución es su capacidad para ejercer una presión osmótica.

El fenómeno de ósmosis se presenta cuando una solución está separada de su solvente por una membrana semipermeable. La ósmosis es la difusión de solvente a través de la membrana desde la parte de menor a la de mayor concentración. La presión osmótica es la presión que se debe aplicar sobre la solución de mayor concentración para impedir el paso del solvente (ósmosis) a través de la membrana.

La mayoría de los líquidos corporales tiene una presión osmótica que concuerda con la de una solución de cloruro de sodio a 0.9 % y se dice que una solución es isosmótica con los líquidos fisiológicos.

Los soluciones isotónicas con respecto unas de otras ejercen la misma presión osmótica, o sea contienen la misma concentración de partículas osmóticamente activas.

Las soluciones se clasifican de acuerdo a sus características por su estado y concentración:

• Solidas
• Líquidas
• Gaseosas

• Solución no saturada: Es aquella en donde la fase dispersa y la dispersante no están en equilibrio a una temperatura dada; es decir, ellas pueden admitir más soluto hasta alcanzar su grado de saturación.

• Solución saturada: En estas disoluciones hay un equilibrio entre la fase dispersa y el medio dispersante, ya que a la temperatura que se tome en consideración, el solvente no es capaz de disolver más soluto. Ej una disolución acuosa saturada de NaCl es aquella que contiene 37,5 disueltos en 100 g de agua 0°C.

• Solución sobresaturada: Representan un tipo de disolución inestable, ya que presenta disuelto más soluto que el permitido para la temperatura dada. Para preparar este tipo de disoluciones se agrega soluto en exceso, a elevada temperatura y luego se enfría el sistema lentamente. Estas soluciones son inestables, ya que al añadir un cristal muy pequeño del soluto, el exceso existente precipita; de igual manera sucede con un cambio brusco de temperatura.

Por lo general la solubilidad varía con la temperatura. En la mayoría de las sustancias, un incremento de la temperatura causa un aumento de la solubilidad. Los cambios de presión no modifican la solubilidad de un sólido en un líquido. Si un sólido es insoluble agua, no se disolverá aunque se aumente bruscamente la presión ejercida sobre él.

La solubilidad de los gases disueltos en líquidos es diferente de la que poseen los sólidos. La solubilidad de un gas en agua aumenta con la presión del gas sobre el disolvente, si la presión disminuye, la solubilidad disminuye también. Se dice que la solubilidad de los gases es directamente proporcional a la presión.

El agua es la biomolécula más abundante del ser humano, constituye un 65-70 % del peso total del cuerpo. Esta proporción debe mantenerse muy próxima a estos valores para mantener la homeóstasis hídrica, por lo contrario el organismo se ve frente a situaciones patológicas debidas a la deshidratación o la retención de líquidos. La importancia del estudio de la biomolécula agua radica en el hecho de que la totalidad de las reacciones bioquímicas se realizan en el seno del agua, todos los nutrientes se transportan en el seno del agua.

Estructura molecular del agua. Es una molécula tetraédrica, con el átomo de oxigeno en el centro y los dos átomos de hidrógeno en los vértices de dicho tetraedro quedando los otros dos vértices ocupados por los electrones no compartidos del oxígeno.

El agua en los organismos tiene un origen; se incorpora con la ingestión directa de líquidos o con los alimentos, que al ser de origen orgánico la contienen. Una pequeña porción del agua de nuestro interior es “agua metabólica” producida en los procesos de respiración celular o el catabolismo de las grasas.

La estructura de la molécula de agua está dada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno que se mantienen unidos por enlaces covalentes. Es una molécula polar y forma enlaces (llamados puentes de hidrógeno) con otras moléculas. La fuerza total de los enlaces que mantienen a las moléculas juntas es muy grande.

Los puentes de hidrógeno determinan muchas propiedades del agua. Entre ellas están:

·         Cohesión: Capacidad de mantenerse unidas entre si las moléculas.

·         Tensión superficial: Es una propiedad unida a la cohesión, las moléculas al mantenerse unidas generan una alta tensión superficial.

·         Calor específico: Pasa del estado solidó al líquido a una temperatura de 0°C en vaporización y pasa de líquido a gaseoso a los 100°C, este cambio de fase es fusión. Esto se debe a que es muy difícil romper los puente hidrógeno presentes en fase liquida.

·         Capilaridad: Es la adhesión de las moléculas de agua a las superficies.

·         Inhibición: Es el desplazamiento de un fluido viscoso por otro fluido inmiscible con este.

Debido a su polaridad el agua es un buen solvente para iones y moléculas polares. Las moléculas que se disuelven fácilmente en agua se conocen como hidrofílicas. Las moléculas de agua, a raíz de su polaridad, excluyen activamente de la solución a las moléculas no polares. Las moléculas excluidas de la solución acuosa se conocen como hidrofóbicas.

El agua tiene una ligera tendencia a ionizarse, o sea, a separarse en iones H+  y en iones OH-. En el agua pura, el número de iones H+ y el número de iones OH- es igual a 10-7 mol por litro. Una solución que contiene más iones H+ que iones OH- es ácida; una solución que contiene más iones OH- que iones H+ es básica o alcalina. Casi todas las reacciones químicas de los sistemas vivos tienen lugar en un estrecho intervalo de pH alrededor de la neutralidad. Los organismos mantienen este estrecho intervalo de pH por medio de buffers, que son combinaciones de formas de ácidos débiles o bases débiles; dadores y aceptores de H+.

El agua desempeña funciones muy relevantes, derivadas de sus propiedades.

·         Disolvente de sustancias: La polaridad de las moléculas de agua es la responsable de la capacidad solvente del agua. Las moléculas polares de agua tienden a separar sustancias iónicas. Las moléculas de agua se aglomeran alrededor de los iones con carga y los separan unos de otros.

Dada la polaridad de sus moléculas, el agua puede servir como disolvente para sustancias iónicas y moléculas polares.

·         Bioquímica: Es el medio en el que transcurren las reacciones metabólicas. Participa en muchas reacciones, siendo reactivo o producto de las mismas. Se forma como producto en muchas reacciones del metabolismo (respiración) y tiene una importancia fundamental en la fotosíntesis, aportando del hidrógeno necesario para la reducción del CO2. También participa en la digestión de los alimentos en los organismos superiores.

·         Transporte: Consecuencia directa de su capacidad disolvente. por esta función se incorporan los nutrientes y se eliminan los productos de desecho a través de las membranas celulares o se distribuyen en el organismo por medio de la sangre, la linfa o la savia.

·         Estructural: Participa a  nivel molecular hidratando sustancias, macromoléculas, lo que les confiere estabilidad estructura. A escala celular y orgánica el agua llena y da consistencia a las células y a muchos tejidos y órganos o incluso al cuerpo entero de muchos animales y plantas, sobre todo acuáticos. Todo ello es consecuencia de la fuerza de cohesión entre sus moléculas debido a los puentes de hidrógeno.

·         Amortiguadora mecánica: Amortigua los posibles golpes del cráneo en el encéfalo.

·        Termorreguladora: Los líquidos internos como la sangre de los vertebrados tienden a mantener constante el equilibrio de temperaturas en el interior del cuerpo, calentando las partes más frías y enfriando aquellas más calientes.

Enlace por puente de hidrogeno:

Es la atracción experimentada por un átomo electronegativo y un átomo de hidrógeno que están formando parte de distintos enlaces covalentes polares. El átomo con mayor electronegatividad atraerá hacia si los electrones del enlace, formándose un dipolo negativo, mientras que el átomo de hidrógeno, al ceder parcialmente sus electrones, genera un dipolo de carga positiva en su entorno. Estas cargas opuestas se atraen.

El enlace por puente de hidrógeno puede ser intermolecular (en el caso del agua por ejemplo) o puede darse también dentro de una misma molécula, siendo denominado en este caso puente de hidrógeno intramolecular.

Es el responsable de muchas de las cualidades del agua; los puntos de ebullición, fusión y la viscosidad. Esto se debe a la fuerza de los enlaces de hidrógeno.

Además, cada molécula de agua puede estar unida con cuatro moléculas más, mediante puentes de hidrógeno, ya  que cada oxígeno puede formar, mediante su par libre de electrones,  dos puentes de hidrógeno, y además, los dos átomos de hidrógeno de la molécula forman dos puentes más. Esta multitud de enlaces por puente de hidrógeno es lo que brinda cualidades especiales al agua.

Los enlaces de hidrógeno intramoleculares intervienen en la formación de  las estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias de las proteínas y en la estabilidad de los ácidos nucleicos.

La fuerza del puente de hidrógeno es por lo general entre diez y veinte veces menor que la de un enlace covalente promedio. Aún así, este tipo de enlace comparte algunas características con el enlace covalente, por ejemplo, provoca distancias interatómicas menores que la suma de los radios de Van der Waals.

Los átomos que más frecuentemente se encuentran formando puentes de hidrógeno son el nitrógeno, oxígeno, flúor, cloro, entre otros.

Fuerzas Intermoleculares:

Existen varios tipos básicos de interacciones de van der Waals. Éstas mantienen unidas a las moléculas, pero su fortaleza es mucho menor que la de los tres tipos principales de enlace.

·         Fuerzas de orientación o de Keeson (dipolo-dipolo):

Este tipo de interacción aparece solamente entre moléculas polares. Además, son proporcionales a los valores de los momentos dipolares de las moléculas.

Esta interacción se produce por las atracciones electrostáticas que se producen entre la zona cargada negativamente de una molécula y la  positiva de otra, lo que provoca que las moléculas se vayan orientando unas con respecto a otras.

Estas fuerzas de orientación influyen en el alejamiento del comportamiento ideal.

·         Fuerzas de dispersión o de London:

Son fuerzas muy débiles, aunque aumentan con el número de electrones de la molécula.

Todos los gases, incluyendo los gases nobles y las moléculas no polares, son susceptibles de ser licuados. Por ello deben de existir unas fuerzas atractivas entre las moléculas o átomos de estas sustancias, que deben ser muy débiles, puesto que sus puntos de ebullición son muy bajos.

Otras fuerzas también incluidas en las de van der Waals son:

·         Fuerzas de inducción (dipolo-dipolo inducido). Donde una molécula polar induce un dipolo en otra molécula no polar; originándose, de esta forma, la atracción electrostática. Esta fuerza explica la disolución de algunos gases apolares (Cl₂) en disolventes polares.

·         Fuerzas ion-dipolo. En este caso el ion se va rodeando de las moléculas polares. Estas fuerzas son importantes en los procesos de disolución de sales.

·         Fuerzas ion-dipolo inducido. El dipolo es previamente inducido por el campo electrostático del ion.