La química de la biología

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Todo lo que nos rodea es materia: la playera/blusa que traemos puesta, el trozo de carne que acabamos de comer, el aire que respiramos y todo lo demás. La materia está organizada en átomos (núcleo: protones y neutrones; orbitales: electrones), toda la materia está repleta de ellos; cada átomo corresponde a un elemento químico, al menos existen 118 diferentes elementos diferenciados por el número de protones que presentan en el núcleo, lo que determina el número atómico que poseen. Los átomos se enlazan entre sí para formar compuestos cada vez más grandes que llegan a ser tan complejos como para producir propiedades que permiten el surgimiento de la vida.

Ciertos elementos químicos catalogados como bioelementos son la “columna vertebral” de la composición de los seres vivos, miremos cómo se organiza esto: (1) los bioelementos primarios componen hasta en un 99% a los seres vivos y son la estructura de las proteínas, carbohidratos, ácidos nucleicos, lípidos, agua y demás moléculas esenciales, son conocidas popularmente como CHONPS donde cada letra representa el símbolo de los elementos químicos carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre, respectivamente; (2) los bioelementos secundarios componen en un 0.1% a los seres vivos, sin embargo son pilares para la vida, un ejemplo es el magnesio (Mg), sin él nada se sostendría pues es el motor que permite que la gasolina celular (ATP [fuente de energía para la ocurrencia de los procesos celulares]) funcione y por si fuera poco este elemento es esencial para que se sintetice la clorofila y se dé la fotosíntesis (proceso que permite obtener energía química a partir la luz del sol) en todas las plantas, este proceso simplemente permite la alimentación de todos los seres vivos a través de las redes tróficas; finalmente (3), los oligoelementos componen menos del 0,01% de los seres vivos, no obstante son fundamentales, por ejemplo el hierro (Fe) que se encuentra en la hemoglobina (proteína que otorga el color rojo a la sangre) y permite que se transporte oxígeno (importante para la vida de las células) a todo el cuerpo.

Una vez que los elementos químicos esenciales para la vida se organizan y se unen a través de enlaces comienzan a formar lo que se conoce como biomoléculas: inorgánicas (agua y sales minerales) y orgánicas (aminoácidos, proteínas, enzimas, carbohidratos, lípidos, vitaminas, ácidos nucleicos). Recordemos que lo considerado orgánico es aquello que contiene carbono mientras lo inorgánico es aquello que no lo contiene. Los primeros en la lista de las biomoléculas orgánicas son los aminoácidos y de forma natural es posible producir 20 de ellos, aunque sintéticamente existan centenares. Todos los aminoácidos contienen un carbono central, un átomo de hidrógeno, un grupo funcional carboxílico, un grupo funcional amino y un radical en el cual se encuentra la diferencia entre todos los aminoácidos. Ahora, toma aire, imagina a cada aminoácido como un vagón de tren, el tren completo se denomina proteína, entonces como ves las proteínas son filas de aminoácidos unidos entre sí, el punto de unión entre vagón y vagón se denomina enlace peptídico; las proteínas son una constante en todos los seres vivos y entre sus funciones están: ser componentes estructurales, como la queratina presente en uñas y pelo; permitir el procesamiento metabólico del azúcar, como la insulina que mete la glucosa (carbohidrato) a la célula (en particular en el hígado); la transportación de oxígeno en la hemoglobina para la respiración de muchos seres vivos; la aceleración de las reacciones químicas (función de las enzimas); entre muchas otras funciones biológicas.

Si la gasolina celular es el ATP, el despachador de esta gasolina es la glucosa, el más importante y abundante carbohidrato (o azúcar) en la naturaleza. Los carbohidratos son la principal fuente de obtención de la energía para el trabajo de cada célula y por ende de todo el organismo. Así como en las proteínas la unidad mínima es un aminoácido, en los carbohidratos la unidad mínima es un monosacárido, un azúcar conformado ya sea por tres, cuatro, cinco o seis carbonos y otros tantos hidrógenos y oxígenos. Los vagones de este tren de monosácaridos se unen por enlaces glucosídicos y forman un tren llamado polisacárido (como el glucógeno) que funciona como un almacén de energía.

Al parecer todas las biomoléculas resultan vertebrales para la vida, sin embargo las que han permitido que la información de cada ser vivo se guarde y permanezca de generación en generación desde que apareció la vida son dos moléculas conocidas como ácidos nucleicos: el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). Estas moléculas presentan como unidades básicas a los nucleótidos, los cuales están conformados por un azúcar (desoxirribosa [ADN] o ribosa [ARN]), un grupo fosfato y una base nitrogenada (en el ADN son: adenina, guanina, citosina y timina; mientras que en el ARN la timina cambia por uracilo). En este nuevo tren cada vagón es un nucleótido, cada tres vagones producen un aminoácido, los vagones se unen a través de enlaces fosfodiéster y el tren completo conforma un ácido nucleico. El ARN se visualiza mejor como un tren lineal, mientras que el ADN imagínalo como a una escalera de caracol donde la información de la vida se empaqueta en bolitas y palitos de química.

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