Química de la Vida: Biomoléculas Esenciales y el Papel Vital del Agua en el Organismo

B. Biomoléculas: Componentes Esenciales de la Vida

Moléculas Inorgánicas

• Agua (H₂O)
• Oxígeno (O₂)
• Monóxido de Carbono (CO)

Moléculas Orgánicas (Macromoléculas)

• Proteínas
• Ácidos Nucleicos
• Carbohidratos (Hidratos de Carbono)
• Lípidos

Estructura y Función de las Macromoléculas Biológicas

Polisacáridos:

Polímeros con función estructural (ej. celulosa) o de almacenamiento de energía (ej. glucógeno).

Ácidos Nucleicos:

Polímeros de 4 nucleótidos con función en el almacenamiento, transmisión y expresión de la información genética.

Proteínas:

Combinación de 20 aminoácidos. Poseen diversas funciones: catalítica, estructural, transporte, hormonal, inmunológica (anticuerpos) y receptora.

Lípidos:

No polimerizan, sino que se asocian. Cumplen funciones estructurales o funcionales.

2. Características Fundamentales de la Materia Viva

Los seres vivos están constituidos por moléculas químicas que interaccionan entre sí en un medio acuoso, adquiriendo nuevas propiedades físico-químicas que dan lugar al fenómeno vital.

• Complejidad y Orden: Los sistemas vivos presentan una alta complejidad y organización.
• Intercambio con el Entorno: Intercambian materia y energía con su ambiente.
• Replicación: La vida tiene la capacidad de autorreproducirse.

El Agua en los Procesos Biológicos

El agua proporciona un entorno fluido que permite la movilidad de las moléculas y su interacción en los procesos metabólicos.

Aspectos Clave del Agua en Biología:

• Estructura y propiedades
• El agua como disolvente
• Ionización
• Soluciones tampón

Acción Disolvente del Agua

El agua es el disolvente universal en los medios intra y extracelulares debido a su naturaleza polar y su tendencia a formar enlaces de hidrógeno.

Moléculas Hidrófobas

Son relativamente insolubles en agua. Incluyen hidrocarburos alifáticos y aromáticos o sus derivados que no pueden formar enlaces de hidrógeno.

Composición Aproximada del Organismo Humano (%)

• Agua: 60%
• Proteínas: 14%
• Lípidos: 20%
• Minerales: 5.5%
• Carbohidratos: 1%
• Ácidos Nucleicos: >1%

Equilibrios Iónicos en Sistemas Biológicos

Prácticamente todas las reacciones químicas que se dan en el organismo tienen lugar en un medio acuoso, en el que el comportamiento de las moléculas depende de su estado de ionización.

Por ello, es importante conocer bien:

• Equilibrios ácido-base
• Ionización del agua
• Importancia de las soluciones tampón

Soluciones Tampón o Amortiguadoras

Mantienen el pH fisiológico. Están formadas por ácidos débiles y sus bases conjugadas.

Ejemplos de Tampones Fisiológicos:

• Tampón Bicarbonato: Mantiene el pH de los líquidos intercelulares en valores próximos a 7.4.
• Fosfato (H₂PO₄^-/HPO₄^2-): (pKa = 6.86) Mantiene el pH intracelular.
• Proteínas: (pKa próximo a 7) Actúan como tampones debido a sus grupos ionizables.
• Amonio (NH₄⁺/NH₃): Tampona la orina.