CONSTITUCIÓN BIOQUÍMICA DE LOS

ORGANISMOS VIVOS. Del análisis de la composición de los organismos

vivos observamos que están constituidos por carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y otros elementos en menor proporción, los cuales están organizados en compuestos orgánicos y aso­ciados a otros de carácter inorgánico, formando un todo armónico.

Entre los principales compuestos presentes, se encuentran los orgánicos como: proteínas, glúcidos, ácidos nucleicos y vitaminas, los inorgánicos: minerales y agua.

Las proteínas son sin duda las de mayor complejidad; constituyen la parte especializada de cada célula o tejido y son las responsables de todos los procesos que ocurren en el organismo. Sus funciones se manifiestan en todo lo relacionado con la vida, pues forman parte de las estructuras principales.

Los glúcidos son también compuestos orgánicos de gran importancia formados por carbono, oxígeno e hidrógeno. Constituyen el principal material donde los animales obtienen la energía química necesaria para su funcionamiento. Participan en la formación de estructuras celulares asociados a los lípidos y a las proteínas. Son sintetizados por las plantas a partir del CO2, el H2O y la energía solar, formando las cadenas carbonadas de donde se originan los demás compuestos ,la glucosa es la principal.

Los lípidos son compuestos formados por carbono, oxigeno e hidrógeno principalmente, pudiendo aparecer el fósforo y el nitrógeno en su constitución. Son bastante heterogéneos y los ácidos grasos, constituyen la estructura más común. Sus funciones principales son formar parte de las estructuras celulares asociadas a las proteínas y a los glúcidos y como fuente de energía.

Los ácidos nucleicos están formados por bases de estructuras púricas y pirimidínicas, azúcares y ácido fosfórico. Se encuentran fundamentalmente en el núcleo celular y son los responsables de una función tan importante como es la síntesis proteica y además son portadores de los caracteres hereditarios.

Tabla 1.1 Principales compuestos orgánicos simples presentes en las estructuras moleculares de los organismos vivientes.

Aminoácidos Glúcidos Líquidos y sustancias Bases puricas y asociadas pirimidicas Glicina Glucosa Glicerol Adenina

Alanina Galactosa Acido palmitico Guanina

Valina Manosa Acido estearico CitosinaLeucina Ribosa Acido palmitico y otros TiminaIsoleucina Desoxirribosa acidos grasos UraciloSerina ColinaTreonina EsfingosinaCisteina ColesterolMetioninaAsparagina Ácido Aspártico Glutamina Ácido GlutámicoHistidinaArginina Lisina FenilalaninaTirosina TriptófanoProlina

Los minerales son también componentes de gran importancia de los organismos vivos. Se pueden encontrar en forma de sales, como complejos orgánicos y en forma de iones. En los animales superiores se han aislado varios minerales, los principales son: Ca, P, Mg, S, Na, CI, K, Fe, Zn, Co, Cu, Mn y otros.

Finalmente, el agua es le medio donde se desarrolla la vida. Sus propiedades la hacen imprescindible para que aquella pueda manifestarse, ya que constituye el sistema dispersante donde se encuentran dispersos todos los elementos contenidos en ella, ya sean orgánicos o inorgánicos.

El ciclo del carbono ha quedado desarrollado en la figura 1.1.. En él el CO2 atmosférico es incorporado a la materia orgánica por las plantas en el fenómeno de fotosíntesis y después de pasar a los animales y oxidar la materia orgánica, se libera CO2 producto de esta oxidación. La relación de este ciclo con el oxígeno y el agua es muy manifiesta.

Figura 1.1. Ciclos del Carbono y del Oxígeno.

La importancia del metabolismo vegetal para mantener e incrementar el nivel de O2 en la atmósfera es muy señalada. En las capas superiores este oxígeno es la fuente de ozono (O3) que protege a la tierra y a las formas vivas de éstas de las radiaciones ultravioletas del sol, con lo cual posibilita la existencia de la vida.

Ciclo del NitrógenoCiclo del Nitrógeno

Los animales (heterotróficos) usan a continuación las proteínas y devuelven el nitrógeno al sistema, generalmente en forma de amoníaco. Los microorganismos oxidan el amoníaco a nitritos y nitratos que pueden ser usados de nuevo.

El ciclo es mantenido por una participación activa de los microorganismos. El N2 atmosférico es fijado por bacterias, así como la transformación del NH3, en nitritos y nitratos es realizado por bacterias nitrificantes. Estos productos son utilizados fundamentalmente por las plantas y en parte pasan al N2 atmosférico por acción de las bacterias desnitrificantes.

Origen de la vida. En las capas superiores de la

atmósfera, el nitrógeno en contacto con el hidrógeno originó el amoníaco (NH3). Esta atmósfera contenía grandes cantidades de vapor de agua súper calentada y carecía de O2, pues este surgió posteriormente producto de la actividad de los seres vivos.

Formación de una innumerable cantidad de compuestos, entre los se cuentan alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos orgánicos, aminas, amidas, etc.,que se concentraron en el océano primitivo que se formó a partir del vapor del agua atmosférica al disminuir gradualmente la temperatura de la Tierra.

Formación: aminoácidos, pequeños péptidos, glúcidos, lípidos y otros productos de carácter orgánico.

Estos productos orgánicos formaban soluciones coloidales con el agua creando partículas hidrófilas que fueron aglomerándose y formando los primeros coacervados: sedimentos fluidos ricos en sustancias coloidales.

La formación de péptidos fue sin duda un paso de gran significación, aunque hay que señalar que las propiedades del protoplasma no pueden explicarse por la de un solo compuesto y sí por la interrelación de todos sus componentes, pero sin duda los prótidos son los que dan el sello de complejidad a la vida.

Gráfico sobre el origen de la vida.

El agua. Líquidos corporales

La vida se caracteriza a nivel celular por constituir un sistema coloidal, con una fase dispersa y otra dispersante. La fase dispersa está constituida por las innumerables moléculas presentes, mientras la fase dispersante está representada por el agua.

El agua no debe ser considerada como un elemento inerte; por el contrario, sus excepcionales propiedades son factores determinantes en las posibilidades de expresión de las estructuras de las proteínas, ácidos nucleicos, glúcidos, lípidos etc., así como de las propiedades biológicas de estos compuestos.

No existen cargas positivas y negativas netas, pero sí zonas electronegativas y electropositivas que hacen del agua un perfecto disolvente polar.

Micelas en solución Micelas en solución

acuosaacuosa

Una de las propiedades más interesantes del agua, es su capacidad de disociarse según la ecuación:

El agua, dependiendo de la especie animal y de otros factores, constituye el 70% del peso del organismo vivo en la mayoría de los mamíferos, puede ocupar un porcentaje mayor en los animales acuáticos y anfibios y uno inferior en los insectos, crustáceos y otras especies, la sangre y el sistema nervioso son los más ricos en este elemento:

Sangre 80 (% de agua)Cerebro 78 (% de agua)Hígado 60 - 80Músculo estriado 72 - 78Piel 66Huesos 20 - 25

−+ +↔ OHOHOH2 32

El agua exógena varía considerablemente con la alimentación. El agua contenida en los alimentos, varía también con el tipo de alimento, pues una dieta de concentrado puede tener 10% de agua mientras que una dieta de forraje tierno puede tener 90 a 95% de agua.

El agua endógena o metabólica está representada por la producción a causa de la oxidación de los productos ingeridos, es sintetizada en las células, varía también con el tipo de alimento, por ejemplo, 1 Kg. de proteínas produce 460 ml de agua; 1 kg. de glúcidos produce 600 y 1 Kg. de grasas produce 1 070 ml.

Distribución del agua en el organismo.

Líquido extracelular (LEC) y líquido intracelular (LIC).

El LIC es rico en K, proteínas, Mg2+ , (H2PO4)- glucógeno y otros componentes orgánicos; el LEC contiene mayor cantidad de Na+, CI-, así como otros elementos. En el caso del plasma (LIV), la concentración de proteínas es grande también.

El elemento fundamental para que ocurra el paso del líquido de los vasos al medio intersticial es la presión hidrostática de la sangre.

Esta presión va disminuyendo a medida que avanza el líquido dentro del sistema circulatorio, por lo cual a nivel de los capilares venosos ésta será mayor que la presión hidrostática, lo que determina el paso de los líquidos del medio intersticial a los vasos

La circulación del agua entre el líquido intersticial y el intracelular está regulada fundamentalmente por la presión coloidosmótica. En el líquido intracelular esta presión se mantiene por las proteínas, el K+, el (SO4)2 - y otros iones intracelulares.

El organismo elimina agua activamente por los riñones en primer lugar. También se elimina agua a través de la respiración, en forma de vapor de agua. Esta pérdida representa en los animales que no sudan un gasto sensible. También se elimina agua con las heces fecales, lo que varía por diversos factores.

Todo este proceso metabólico del agua, está regulado por diversos factores, en primer orden del sistema nervioso central y dependiendo de él, el sistema hormonal, los que a su vez están influidos por factores externos y ambientales.

Composición química de los animales y sus alimentos.

Composición corporal de los

animales Las grandes variaciones en el contenido de agua se ha observado que son menores cuando se expresan en forma libre de grasa, así la composición de los animales, descontando el contenido digestivo fue: 72,9% de agua, 21,6% de proteina y 5,3% de ceniza. Cuando los valores se expresan en base a materia seca sin grasa las variaciones son menores, para proteina y ceniza corresponden a 80 y 20% respectivamente.

Los grupos químicos generalmente se ubican en el organismo de acuerdo a sus funciones:

- Proteínas: músculo, piel y otros- Lípidos: tejido adiposo, depósitos grasos- Carbohidratos: hígado, músculos - Minerales:Ca,K,Na,Mg son indispensables

LOS ELEMENTOS DE LA LOS ELEMENTOS DE LA VIDAVIDA

Denominados también elementos de la vida o bioelementos (biogenésicos), están presentes en todos los seres vivos. De todos los elementos de la tabla periódica, solo unos 25 son componentes de los seres vivos.

L

Los bioelementos se agrupan en tres categorías, atendiendo a su abundancia :

Bioelementos primarios o principales: son los elementos mayoritarios de la materia viva; constituyen el 95% de la masa total. Estos son: el carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y el nitrógeno (N).Bioelementos secundarios: son el azufre (S), fósforo (P), magnesio (Mg), calcio (Ca), sodio (Na), potasio (K) y cloro (Cl). Los encontramos formando parte de todos los seres vivos y en una proporción de 4,5%. Oligoelementos: son aquellos elementos químicos que se encuentran presentes en forma residual. Son muy escasos o están en pequeñísimas cantidades. En los seres vivos se han aislado unos 60 oligoelementos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes para casi todos,son: (Fe), (Mn), (Cu), (Zn), (F), (I), (B), (Si), (V), (Cr), (Co), (Se), (Mb) y (Sn).

CLASIFICACION DE LOS CLASIFICACION DE LOS BIOELEMENTOSBIOELEMENTOS

Estructura de los glúcidos o carbohidratos.

Generalmente los glúcidos presentan el carbono y el oxígeno y el hidrógeno en la relación Cn H2n On , son también muy conocidos con el nombre de carbohidratos o hidratos de carbono.

En el reino animal los glúcidos sirven principalmente como fuente de energía, siendo además componentes de muchas sustancias estructurales que se encuentran en las células y los tejidos.

Monosacáridos. Presentan una función cetona o una

función aldehídica y varias funciones alcohólicas.

Los monoglúcidos son en el primer caso cetosas y en el segundo aldosas.

Aldotriosas o cetotriosas; aldotetrosas o cetotetrosas; aldopentosas o cetopentosas, aldohexosas o cetohexosas.

Los glúcidos poseen, al menos, un carbono asimétrico.

La actividad dextrógira o levógira depende de la existencia del carbono asimétrico.

La actividad óptica debe determinarse en el polarímetro.

Por ejemplo, la D-glucosa es dextrógira con una actividad de +52,7 (por ello llamada también dextrosa) mientras la D-fructosa es levógira con una actividad óptica de –92,4 (por ello llamada también levulosa)

Estructura de monoglúcidos (fórmulas de Fisher).

FISCHER (cont...)

Estructuras de Haworth.

Derivados de los

monoglúcidos. Productos de oxidación de la glucosa.

Derivados de los monoglúcidos.

Esteres fosfóricos.

Disacáridos. La maltosa es un diglúcido formado por la unión

de dos alfa glucopiranosa con enlace glucosídico (1–4).

La sacarosa o azúcar de caña es un diglúcido formado por la unión de una molécula de D – alfa glucopiranosa con otra de D – beta fructofuranosa con enlace (1–2).

La lactosa está constituida por la unión de una molécula de D – beta galactopiranosa con otra de D – beta glucopiranosa con enlace (1–4). Se encuentra solo en la leche de los mamíferos. Es un azúcar reductor.

La celobiosa es un disacárido que se obtiene por hidrólisis de la celulosa. Está formado por la unión de la D – beta glucopiranosa con otra de D – beta glucopiranosa con enlace (1–4).

Estructura de los principales diglúcidos.

TRISACARIDOSTRISACARIDOS

El mas conocido la El mas conocido la RAFINOSA, en su RAFINOSA, en su estructura tiene tres estructura tiene tres monómeros:monómeros:GG(1(1αα-4)G(1-4)G(1αα-2-2αα)F )F

Polisacáridos.Almidón: Químicamente el almidón está constituido

por cadenas de D-alfa glucopiranosa. Desde el punto de vista estructural se distinguen dos zonas en el grano de almidón. Una externa llamada amilo pectina que constituye aproximadamente el 85% y otra interna, más densa, llamada amilosa.

La amilosa está constituida por cadenas lineales de D-alfa glucopiranosa unidas con enlace glucosídico(1-4), mientras la amilopectina presenta, además de las cadenas lineales(1-4), ramificaciones (1-6).

Polisacáridos: AMILOSA

Polisacáridos: AMILOPECTINA

Polisacáridos .

Glucógeno: El glucógeno es el poliglúcido de

reserva del reina animal, encontrándose en mayor o menor cantidad en todas las células. El hígado y el sistema muscular se cuentan entre las células que más lo poseen.

Químicamente el glucógeno está constituido por moléculas de D-alfa glucopiranosa con enlace glucosídico

(1-4) y ramificaciones (1-6).

Polisacáridos

Celulosa: La celulosa es el principal poliglúcido

estructural del reino vegetal formando parte del tallo, raíces y hojas de todos los vegetales.

Químicamente la celulosa está formada por largas cadenas de D-beta glucopiranosa con enlace (1-4) sin ramificaciones.

Tipo beta cada molécula de glucosa se invierte. La celulosa no es atacada por enzimas

producidas por animales, sino por una celulasa (beta glucosida) presente en el tubo digestivo a partir de su producción por bacterias, sobre todo en el rumen y el intestino grueso.

Segmento de celulosa.

HOMOPOLISACARIDOSHOMOPOLISACARIDOS

QUITINA. Se forma por la QUITINA. Se forma por la unión de n-unidades de N-unión de n-unidades de N-acetil glucosamina:acetil glucosamina:

[N-acetil glucosamina(1[N-acetil glucosamina(1ββ-4)-4)ββ N-acetil glucosamina] N-acetil glucosamina]