Bases químicas para la vida.
(Generalidades y Tipos de Enlaces)
Aun
la vida se basa en las propiedades de los átomos y se regula por los mismos
principios de la química y la física, al igual que otros tipos de materia. El
nivel de organización de la célula sólo es un pequeño paso después del nivel
atómico, como se observa al examinar la importancia de los movimientos de
algunos átomos de las moléculas durante actividades como la contracción
muscular o el transporte de sustancias a través de las membranas celulares.
Las
propiedades de las células y sus organeros derivan de forma directa de las
actividades de sus moléculas. Considérese un proceso como la división celular,
que puede observarse con gran detalle bajo el microscopio óptico convencional.
Para comprender las actividades que ocurren cuando una célula se divide es
necesario conocer, por ejemplo, los aspectos de las interacciones entre las
moléculas proteicas y el DNA (ácido desoxirribonucleico) que hacen posible la
condensación de los cromosomas en estructuras empaquetadas semejantes a un
bastón y su separación en células diferentes; la conformación molecular de
proteínas que contienen microtúbulos permite a éstas desensamblarse en un
momento en la célula y ensamblarse en otra localización diferente; además, hace
posible que las propiedades de los lípidos le confieran a la membrana celular
externa su plasticidad, de manera que pueda desplazarse hasta el centro de la
célula y dividirla en dos partes. Es imposible comenzar a comprender la
fisiología celular sin un conocimiento razonable de la estructura y propiedades
de los tipos principales de moléculas biológicas.
Para
conocer la interacción de las diferentes macromoléculas primero debe conocerse
los tipos de interacciones que hay en cada uno de sus enlaces, este capi título
se dividirá en varios artículos para que no sean extensos de leer y sea más
fácil de llevar por el autor.
Los enlaces covalentes mantienen unidos
los átomos para formar moléculas.
Los
enlaces covalentes son estructuras estables que se forman cuando los átomos
comparten los electrones de su capa externa, de manera que cada uno completa
dicha capa. Los enlaces covalentes pueden ser simples, dobles o triples, según
sea el número de pares de electrones compartidos. Si los electrones que forman
el enlace se comparten de modo desigual, el átomo con mayor fuerza de atracción
(el más electronegativo) posee carga parcial negativa, en tanto que el otro átomo
adquiere carga parcial positiva. Las moléculas sin enlaces polarizados son no
polares o hidrófobas e insolubles en agua. Las moléculas con enlaces
polarizados son polares o hidrófilas y solubles en agua. Las moléculas polares
de importancia biológica contienen uno o más átomos electronegativos, por lo
general O, N, S o P
Las fuerzas de atracción débiles forman
enlaces no covalentes dentro de la misma molécula o entre dos moléculas
cercanas en regiones con cargas positiva y negativa.
Los enlaces no covalentes
tienen una función clave al mantener la estructura de las moléculas biológicas
y mediar sus actividades dinámicas. Los enlaces no covalentes incluyen enlaces
iónicos, puentes de hidrógeno y fuerzas de van der Waals. Los enlaces iónicos
se forman entre grupos cargados de manera positiva y negativa; los puentes de
hidrógeno se crean entre un átomo de hidrógeno unido de modo covalente (el cual
porta una carga parcial positiva) y un átomo de nitrógeno u oxígeno también
unido de forma covalente (que porta una carga parcial negativa); las fuerzas de
van der Waals se ejercen entre dos átomos con carga transitoria debido a una asimetría
momentánea y a la distribución de los electrones que rodean a los átomos. Las
moléculas no polares o segmentos no polares de moléculas más grandes en medio
acuoso tienden a agruparse para establecer interacciones hidrófobas. Ejemplos
de los tipos de interacciones no covalentes incluyen la vinculación del DNA y
proteínas mediante enlaces iónicos, la complementación de las cadenas del DNA a
través de puentes de hidrógeno y la formación del núcleo hidrófobo en las proteínas
solubles como resultado de las interacciones hidrófobas y las fuerzas de van
der Waals
El agua tiene propiedades únicas que
mantienen la vida.
Los enlaces covalentes que
conforman una molécula de agua están muy polarizados. Por lo tanto, el agua es
un excelente solvente capaz de formar puentes de hidrógeno prácticamente con
todas las moléculas polares. El agua también es un determinante principal de la
estructura de las moléculas biológicas y las interacciones en las que participa.
El pH de una solución es una medida de la concentración de iones hidrógeno
(hidronio). La mayor parte de los procesos biológicos es muy sensible al pH porque
los cambios en la concentración del ion hidrógeno alteran el estado iónico de
las moléculas biológicas. Las células están protegidas de las variaciones de pH
por amortiguadores, compuestos que reaccionan con iones hidrógeno o hidroxilo.
Tomado de:
Biología Celular y Molecular Gerald Karp 6° ED. Capítulo 2: Bases químicas
para la vida.
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