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INTRODUCCIN A LA BIOLOGA CELULAR

Cada ser vivo tiene una vida propia, con un inicio, un desarrollo temporal en el que se completa, crece, detecta los cambios en el ambiente y responde a ellos, se reproduce y alcanza su final. Los seres vivos tienen una organizacin peculiar y jerrquica: cada nivel se estructura a partir de los dems niveles inferiores y l mismo es parte estructural de los niveles superiores. Los seres vivos se nutren para obtener la materia y la energa para mantener sus estructuras, desarrollarse y realizar otras funciones.El metabolismo es el conjunto de reacciones bioqumicas y procesos fsico-qumicos que ocurren en una clula y en el organismo. Los seres vivos se reproducen generando individuos capaces de independizarse o de formar parte de un individuo ms complejo. Los seres vivos mantienen su medio interno relativamente constante (homeostasis) aunque vare el ambiente. Los seres vivos se relacionan detectando estmulos y emitiendo respuestas adecuadas. El equilibrio de los seres vivos se logra por su capacidad de crear mecanismos de autorregulacin frente a los cambios de su entorno. Los seres vivos tienen un programa gentico (los cidos nucleicos) que dirigen su propio desarrollo. Los cambios que se producen en su informacin gentica (mutaciones) son el origen de la biodiversidad. Los seres vivos tienen la capacidad de evolucionar a partir de aquellas mutaciones que les permiten sobrevivir y reproducirse mejor en las condiciones cambiantes del medio. Estos cambios a lo largo de muchas generaciones dan lugar a la aparicin de nuevas especies.NIVELES DE ORGANIZACIN DE LOS SERES VIVOS El grado de complejidad estructural permite agrupar la materia que constituye los seres vivos en diferentes niveles de organizacin que van desde el atmico-molecular al supraindividual: Nivel atmico-molecular: todos los seres vivos estn formados por la misma clase de tomos que se agrupan y dan lugar a una serie de molculas inorgnicas y orgnicas que conforman todas sus estructuras. Nivel celular: las clulas son las unidades estructurales y funcionales de los seres vivos. En el caso de los seres unicelulares, la clula constituye tambin el nivel de organismo. Nivel pluricelular: abarca a todos los seres vivos que estn formados por ms de una clula. Dentro de este nivel hay varios subniveles: Organismos sin tejidos (esponjas, algas, hongos) Organismos con tejidos que forman sistemas de tejidos (plantas) y rganos (animales) encargados de funciones especializadas. Varios rganos actuando coordinadamente forman un sistema de rganos o aparato en el cual se lleva a cabo alguna de las funciones bsicas del organismo (respiracin, digestin, coordinacin, reproduccin).

Todos los organismos vivos estn formados por clulas: unidades pequeas rodeadas de una membrana que contiene una solucin acuosa concentrada de sustancias qumicas y dotadas de la extraordinaria capacidad de crear copias de s mismas mediante el crecimiento y la divisin en dos clulas (Fisin). Existen organismos vivos de una clula y organismos superiores, como el hombre que son comunidades de clulas que derivan del crecimiento y la divisin de una clula fundadora nica. Las clulas son por lo tanto, las unidades fundamentales de la vida. Varan considerablemente en su aspecto y funcin. El tamao puede variar de unos pocos micrmetros a milmetros. Algunas clulas presentan membrana plasmtica muy delgada, en otras este revestimiento membranoso es recubierto a su vez por una sustancia viscosa y forma una pared celular. O se rodean con un material mineralizado duro, como el que se encuentra en los huesos. Tambin difieren en sus requerimiento qumicos, algunas necesitan oxgeno para vivir, para otras es mortal. Algunas requieren nada ms que aire, luz solar y agua como materiales bsicos, otras necesitan una mezcla de molculas complejas producidas por otras clulas. Algunas parecen ser fbricas especializadas en la produccin de sustancias particulares, como hormonas, almidn, grasa, ltex o pigmentos. Algunas como el musculo, son mquinas que queman combustible para realizar trabajar mecnico, o bien son generadoras de electricidad, como las clulas musculares modificadas de la anguila elctrica. Las clulas se dividen de acuerdo a sus funciones, en los organismos pluricelulares se dividen las tareas permitiendo que ciertas clulas se especialicen en ciertas funciones sin tener que preocuparse por las dems. Todas las clulas estn compuestas por los mismos tipos de molculas que participan en los mismos tipos de reacciones qumicas. En todos los organismos vivos, las instrucciones genticas -genes- se hallan almacenadas en molculas de ADN, escritas en el mismo cdigo qumico, construida con los mismos ladrillos qumicos, que hacen posible la reproduccin del organismo. Las cadenas de polmeros de ADN estn formadas en todas las clulas por cuatro monmeros, denominados nucletidos, unos en diferentes secuencias. La informacin contenida en el ADN es leda, o trascrita, por un conjunto de molculas qumicamente relacionadas, constituidas por ARN. Esta informacin se usa para la sntesis de variedad de molculas de protenas grandes que dominan el comportamiento de la clula, actan como catalizadores, brindan soporte estructura, etc. En cada organismo vivo se usan 20 aminocidos para forma protenas. Las diferentes secuencias de aminocidos determinan las distintas protenas. La clula se reproduce mediante la duplicacin de su ADN y la posterior divisin en dos clulas, de tal modo que la copia de las instrucciones genticas codificadas en el ADN pasa a cada una de sus clulas hijas. La copia no siempre es perfecta. Las mutaciones -cambios en el ADN que modifican el plan gentico de la generacin anterior- pueden producir una descendencia modificada negativamente (son menos capaces), mejorada (son aptas ms para sobrevivir y reproducirse) o modificada en forma neutra (son diferentes pero viables). Estos principios simples de cambio y seleccin, aplicados repetidamente a travs de miles de millones de generaciones, son la base de la evolucin: el proceso mediante el cual las especies vivas se van modificando y adaptando gradualmente a su ambiente en una forma cada vez ms refinada. El genoma de la clula -es de decir, la biblioteca completa de informacin gentica en su ADN- proporciona un programa gentico que le informa a la clula como funcionar, y en el caso de clulas vegetales y animales, como convertirse en organismos pluricelulares.

LAS CELULAS BAJO EL MICROSCOPIOSe descubrieron en el siglo XVII, antes no se tenan los recursos necesarios para observar las clulas. Los microscopios pticos, que utilizan la luz visible para iluminar las muestras, todava son piezas vitales del equipo en el laboratorio de biologa. Las estructuras de menos 0.2 m -aproximadamente la mitad de la longitud de onda de la luz visible- no pueden distinguirse. Los microscopios electrnicos, inventados en 1930, emplean haces de electrones en lugar de haces de luz como fuente lumnica, que amplan notablemente la capacidad para visualizar los detalles sutiles de las clulas e incluso hacen posible la visualizacin individual de algunas molculas de mayor tamao. Pueden revelar detalles menores a unos pocos nanmetros. El microscopio de fluorescencia es una variacin del microscopio de luz ultravioleta en el que los objetos son iluminados por rayos de una determinada longitud de onda. La imagen observada es el resultado de la radiacin electromagntica emitida por las molculas que han absorbido la excitacin primaria y reemitido una luz con mayor longitud de onda. Se introdujo la idea de que las clulas vivas se forman por divisin de celular, principio denominado teora celular. Si se realiza un corte muy delgado de un tejido y se lo pone en el microscopio ptico, se vern las clulas. Estas pueden estar estrechamente adosadas o separadas por la matriz extracelular, un material denso habitualmente formado por fibras proteicas embebidas en un gel de polisacridos. La clula presenta una anatoma particular. Tiene lmites bien definidos, que indican la existencia de una membrana de envoltura. En el centro se destaca un cuerpo redondeado y grande, el ncleo. Alrededor de este y ocupando el interior de la clula se encuentra el citoplasma, una sustancia transparente atestada de estructuras heterogneas. La membrana externa se denomina membrana plasmtica, mientras que las membranas que rodean a los orgnulos reciben el nombre de membrana interna.

El tipo de microscopio electrnico utilizado para observar cortes finos de tejidos se conoce como microscopio electrnico de trasmisin. En principio es similar al microscopio ptico, solo que trasmite un haz de electrones en lugar de un haz de luz. Otro tipo de microscopio electrnico -microscopio electrnica de barrido- dispersa electrones de la muestra, por lo cual se utiliza para observar con detalle la superficie de las clulas, as como otras estructuras.

LA CELULA PROCARIOTA Las bacterias tienen la estructura ms simple y estn ms cerca de mostrarnos lo esencial de la vida. Los organismos unicelulares no tienen tejidos ni rganos. S componen poblaciones, y las poblaciones de diferentes especies que viven juntas componen comunidades ecolgicas. Tambin carecen de orgnulos y ADN. Las clulas en las cuales tienen ncleo se denomina eucariotas. Los organismos cuyas clulas no tienen un ncleo diferenciado se denominan procariotas. Las bacterias son tpicamente esfricas, bastoniformes o en espiral, y solo de unos pocos micrmetros.

Tienen una pared celular, la cual circunda la membrana plasmtica, que rodea a un compartimiento nico que contiene el citoplasma y el ADN. Se reproducen con rapidez por fisin. En menos de 11 horas, pueden dar lugar a una progenie de 5000 millones. Debido a su velocidad de crecimiento y capacidad para intercambiar material gentico de forma semejante a la sexual, las poblaciones de clulas procariotas pueden evolucionar con rapidez. Las clulas procariotas en su mayor parte viven como organismos unicelulares, aunque algunas se unen y forman cadenas. Algunas son aerobias, utilizan el oxgeno para oxidar molculas de alimentos, otras son estrictamente anaerobias y mueren por la exposicin al oxgeno. Las clulas procariotas vegetales llevan a cabo fotosntesis y obtienen la energa a partir de la reactividad qumica de sustancias inorgnicas en el medio ambiente. Se dividen en dos dominios: eubacterias y archae, se diferencian tanto entre s como de las clulas eucariotas. Las eubacterias se encuentran en suelos o producen enfermedades. Las archaea no solo se encuentran en lugares cotidianos sino tambin en ambientes hostiles.

LA CELULA EUCARIOTA Las clulas eucariotas, en general, son ms grandes y ms complejas que las bacterias y Archaea. Miden aprox. 20 . Algunas llevan vida independiente como organismos unicelulares (levaduras y amebas), otras forman agrupaciones pluricelulares. Por definicin todas las clulas eucariotas tienen ncleo. La presencia de ncleo conlleva a la existencia de una variedad de otros orgnulos, la mayora de las cuales son tambin comunes a todos estos organismos eucariotas.

GENOMA Los genomas pueden intercambiarse entre individuos de diferentes especies. Este mecanismo es conocido como transferencia gnica horizontal, comn entre bacterias. Los genes homlogos -genes que son similares en sus secuencias de nucletidos debido a un antepasado en comn- pueden reconocerse a menudo a travs de enormes distancias filognicas. Mediante el trazado de las relaciones entre los genes se pueden comenzar a definir las relaciones evolutivas entre diferentes especies, situando a cada bacteria, protista, animal, planta y hongo en un nico y vasto rbol genealgico de la vida.

En ocasiones poco frecuentes surgen mutaciones para mejor, a veces provocaran daos. Los cambios debidos a mutaciones de primer tipo tendern a ser perpetuados debido a que el organismo que las hereda tendr mayor probabilidad de reproducirlos. Los cambios debidos a mutaciones del segundo tipo -cambios selectivamente neutrales- pueden o no ser perpetuados. Las mutaciones que provocan serios daos no conducen a ningn lado: el organismo que las hereda muere, sin dejar progenie. Algunas partes del genoma pueden acumular mutaciones con mayor facilidad que otras en el curso de la evolucin. Se producen errores cada vez que nuestro genoma es copiado, es alterado al azar en cada ciclo de divisin celular, y las alteraciones se trasmiten a la siguiente generacin celular, en la que se deslizan ms errores y as sucesivamente. No ms del 2% del genoma humano codifica protenas, con quizs una fraccin similar con importantes funciones en la regulacin gnica. Esto deja el 95% del ADN libre para cambiar sus secuencias sin efectos significativos sobre la viabilidad de las clulas o la salud de la persona que lo hereda. La mayor parte de las mutaciones puntuales que se producen al azar son selectivamente neutrales: no hay presin de seleccin que las elimine. La cantidad de ADN en una clula es de 6 mil millones de pares de nucletidos, cada generacin humana mutar al azar, aproximadamente 100 nuevas diferencias entre hijos y progenitores. Mediante la comparacin de secuencias de los genomas se pueden deducir las relaciones evolutivas de las especies de primates y sus tiempos relativos de divergencia a partir del antepasado comn. Los seres humanos y los chimpancs estn tan estrechamente relacionados que es posible reconstruir las secuencias gnicas del ancestro comn extinguido de las dos especies.

BASES QUMICAS DE LA VIDA La vida se basa en las propiedades de tomos y se regula por los mismos principios de qumica y fsica, al igual que otros tipos de materia. El nivel de organizacin de la clula solo es un pequeo paso despus del nivel atmico, como se observa al examinar la importancia de los movimientos de algunos tomos de las molculas durante actividades como la contraccin muscular o el transporte de sustancias a travs de las membranas.

ENLACE COVALENTE Los tomos que conforman una molcula se encuentran unidos por enlaces covalentes donde dos pares o ms de electrones se comparten entre pares de tomos. La formacin de enlaces sigue el principio de que un tomo es ms estable si su capa electrnica ms externa est completa. Para el helio e hidrgeno est completa con dos, para los tomos del periodo dos requiere ocho.

En la formacin de un enlace covalente se libera energa que luego se debe reabsorber cuando se rompe el enlace. La energa requerida para romper enlaces C-H, o C-O es muy alta, alrededor de 80 a 100 kcal por mol de molculas, y ello da la estabilidad de estos enlaces en la mayora de las condiciones. Si se comparte un par de electrones el enlace es simple, si son dos es doble y si se comparten tres se trata de un enlace triple. Los tomos unidos por enlaces simples son capaces de rotar uno en relacin con el otro, los tomos con dobles y triples enlaces no tienen esta capacidad. Los enlaces dobles puede funcionar como centros de captacin de energa, activados por procesos vitales como la respiracin y la fotosntesis. Cuando dos tomos diferentes se unen de manera covalente, el ncleo de un tomo con carga positiva ejerce mayor fuerza de atraccin sobre los electrones externos del otro. En consecuencia los electrones tienden a deslocalizarse hacia el tomo ms electronegativo.POLARIDAD DE LAS MOLCULAS Cuando se enlazan tomos de diferentes electronegatividades, se produce la polarizacin de los enlaces. Lo que sucede es que un tomo queda con carga parcial negativa y el otro con una carga parcial positiva. Estas molculas se conocen como molculas polares.

Las molculas polares de importancia biolgica, contienen uno o ms tomos electronegativos y enlaces polarizados. Aquellas molculas donde los enlaces no presentan distribucin asimtrica de carga se dicen que son apolares. La presencia de enlaces muy polarizados es de extrema importancia para determinar la reactividad de las molculas. Las molculas no polares grandes, como las ceras y grasas tienden a ser relativamente inertes.

IONIZACIN tomos muy electronegativos pueden capturar los electrones de otros atamos durante una reaccin qumica. Por ejemplo el Cl capta un electrn del Na, para formar el anin Cl- y el catin Na+. Se mantienen unidos por interacciones electrostticas.

Estos iones son relativamente estables porque sus capas de valencia estn completas. Una disposicin diferente de electrones dentro de un tomo puede generar especies muy reactivas conocidas como radicales libres.

FUERZAS INTERMOLECULARES Las interacciones entre molculas se establecen por diferentes uniones dbiles llamadas enlaces no covalentes. Los enlaces no covalentes no dependen de electrones compartidos, sino de las fuerzas de atraccin entre los atamos con cargas opuestas. Son dbiles y por lo tanto se rompen y forman con rapidez. Aunque de manera individual los enlaces no covalentes son dbiles, cuando gran nmero de estos acta en conjunto, como sucede entre las dos cadenas sencillas de ADN o entre las diferentes partes de una protena, sus fuerzas de atraccin son aditivas y proveen gran estabilidad.1. Interacciones inicas: en un cristal de NaCl los tomos se mantienen unidos por interacciones electrostticas entre los iones. Este tipo de atraccin entre componentes completamente cargados se conoce como enlace inico. Los enlaces inicos en un grano de sal pueden ser muy fuertes.Cuando NaCl se disuelve en agua, las molculas de agua rodean a los iones con la parte adecuada del dipolo. Entre molculas biolgicas se producen atracciones inicas, por ejemplo cuando los tomos del fosfato con carga negativa, que son parte de una molcula de ADN, se vinculan de modo estrecho con los grupos de carga positiva de la superficie de una protena, los enlaces inicos entre estos ayudan a mantener articulado el complejo.La fuerza inica dentro de la clula es dbil, debido a la presencia de agua pero dentro de una protena pueden tener gran influencia.

2. Puentes de hidrgeno: cuando un tomo de hidrgeno se une de manera covalente a un tomo muy electronegativo, oxigeno, nitrgeno o flor, el par de electrones compartido es desplazado con gran fuerza por el tomo electronegativo, lo cual deja una carga parcial positiva sobre el tomo de hidrgeno. El ncleo desnudo del tomo de hidrgeno puede aproximarse lo suficiente para establecer una interaccin de atraccin con el par de electrones externos no compartidos de un segundo tomo electronegativo. Esta interaccin reciproca se conoce como enlace o puentes de hidrgeno.Los enlaces de hidrgeno se forman entre molculas con mayor polaridad y son en particular importantes en la determinacin de la estructura y propiedades del agua. Estos puentes tambin se forman entre los grupos polares presentes en las molculas biolgicas grandes, como los que se forman entre las dos cadenas sencillas de la molcula de ADN. Dado que su fuerza es aditiva, el gran nmero de puentes de hidrgeno que se establece en el ADN permite mantener estable su estructura. Como individualmente estas interacciones son dbiles, pueden separarse de manera parcial y permitir el acceso de enzimas a las cadenas sencillas de molculas de DNA.3. Interacciones hidrfobas y fuerzas de van der Waals: A causa de su capacidad para interactuar con el agua, las molculas polares, como los azucares y los aminocidos, se dice que son hidrfilos. Las molculas apolares, como los esteroides y las grasas prcticamente son insolubles en agua debido a que carecen de regiones con cargas atrables hacia los polos de las molculas de agua.Cuando los compuestos no polares se mezclan con agua, las molculas hidrfobas se congregan con fuerza por lo cual minimizan su exposicin al medio polar. Esta asociacin de molculas no polares se conoce como interaccin hidrfoba. Esta es la razn por la cual los grupos apolares se localizan hacia el interior de la mayora de las protenas.

Las molculas polares se vinculan debido que tienen una distribucin asimtrica permanente de carga en su estructura. En las molculas no polares, la distribucin de electrones no siempre es simtrica. La distribucin alrededor de un tomo en un instante definido es un tema estadstico y varia. En un momento particular la densidad electrnica esta deslocalizada por lo que por un instante se forma un dipolo dentro de la molcula. Si dos molculas con dipolos temporales se hallan cerca experimentan fuerzas de van der Waals que las unen.La separacin momentnea de carga en una molcula puede inducir una separacin momentnea de carga en una molcula adyacente esto genera atracciones fuertes adicionales entre molculas no polares.Estas fuerzas son muy dbiles individualmente y dependen de la distancia y del rea superficial de la molcula. Son ms intensas a menor distancia y mayor rea superficial.

PROPIEDADES DEL AGUA La vida en la Tierra depende por completo del agua y este lquido puede ser esencial para la existencia en cualquier parte del universo. Solo contiene tres tomos, una molcula de agua posee una estructura nica que confiere a esta molcula propiedades extraordinarias.1. El agua es una molcula asimtrica con dos tomos de H enlazados a un tomo de oxgeno.2. Los enlaces O-H estn muy polarizados y la molcula puede actuar como aceptora y dadora de enlace de hidrgeno. Debido a la gran cantidad de nmero de enlaces de hidrgeno, las molculas tienden de manera repentina a adherirse entre s. Cuando se calienta agua la mayor parte de la energa se consume para romper puentes de hidrgeno en lugar de contribuir al movimiento de las molculas. La evaporacin desde el estado lquido al gaseoso exige romper los puentes de hidrgeno que mantienen unidas a las molculas de agua con sus vecinas y por esa razn se necesita tanta energa para convertir agua en vapor. El agua es capaz de disolver ms tipos de sustancias que cualquier otro disolvente. Sin embargo el agua es ms que un solvente, determina la estructura de las molculas biolgicas y los tipos de interacciones en las que participa. En la clula existe un pequeo volumen que forma una mezcla muy compleja de sustancias disueltas. El agua es el lquido matriz en el cual se construye la estructura insoluble de la clula. Acta como medio en el cual los materiales se mueven en el interior celular, es un reactivo o producto en muchas reacciones qumicas y protege de muchas formas a las clulas, por ejemplo, del frio, calor excesivo y radiacin perjudicial. El agua es un factor de gran importancia en la clula debido a su capacidad para formar interacciones dbiles con diferentes tipos de grupos qumicos. Forman enlaces de hidrgeno con molculas biolgicas que tienen grupos polares, como aminocidos y azucares. Las molculas polares son solubles dentro de la clula debido a que son capaces de formar enlaces dbiles covalentes en el agua.

ACIDO-BASE Una molcula capaz de liberar un ion hidrgeno se llama cido. El H+ participa en las reacciones de:

Cualquier molcula capaz de aceptar un protn se define como una base. Los cidos y bases existen en pares. Cuando un cido pierde un protn se forma una base conjugada. De manera similar sucede con las bases. El cido siempre tiene una carga positiva ms que su base conjugada. El agua es un ejemplo de molcula anftera, ya que reacciona tanto como cido y como base.

Los cidos varan de manera considerable en cuanto a la facilidad por la cual la molcula llega a donar su protn. Cuanto ms fcil se pierda el protn, es decir, cuanto menor sea la fuerza de atraccin de la base conjugada por el protn, ms fuerte ser el cido. La base conjugada de un cido fuerte es una base dbil.

Se puede considerar el grado de disociacin de un cido como la competencia por protones entre los componentes de una solucin. La acidez de una solucin se mide por la concentracin de iones hidrgeno y se expresa en trminos de pH:

Cuando una molcula de agua se disocia en un ion hidroxilo y un protn, la constante de equilibrio para la reaccin se expresa como:

Debido a que la concentracin de agua pura siempre es constante, se obtiene la expresin del producto inico del agua a 25C

El grado sumamente bajo de disociacin del agua indica que es un cido muy dbil. En presencia de un cido la concentracin de catin hidrgeno aumenta y la de hidroxilo disminuye. La mayor parte de los procesos biolgicos son muy sensibles al pH debido a que los cambios de la concentracin del ion hidrgeno afecta el estado inico de molculas biolgicas.Por ejemplo: conforme aumenta la concentracin de H+, los grupos NH2, de un aminocido se protonan para formar NH3+, que puede alterar la actividad de toda la protena.Incluso cambios ligeros de pH pueden impedir reacciones biolgicas. Las variaciones de pH son controladas por amortiguadores, compuestos que reaccionan con iones hidrgeno o hidroxilos libres y por tanto resisten a cambios de pH.Estn formados por un cido dbil junto con una base conjugada. Por ejemplo:1. La sangre esta amortiguada por cido carbnico e aniones bicarbonato que en condiciones normales mantienen el pH sanguneo en 7.4

2. El pH del lquido intracelular est regulado de manera similar por un sistema amortiguador de fosfato que consiste en H2PO4-/HPO4-2

GRUPOS FUNCIONALES El tomo de carbono posee cuatro electrones en su capa de valencia y por lo tanto puede unirse a otros cuatro tomos. Puede unirse a cuatros tomos de carbono ms y formar largas cadenas hidrocarbonadas hidrfobas.

El tamao y la estructura electrnica del carbono hacen que este tenga caractersticas adecuadas para generar numerosas molculas, de las cuales se conocen varios cientos de miles. En cambio el silicio que se encuentra justo debajo del C en la TP, tambin posee cuatro electrones de valencia pero es as mismo demasiado grande para que la carga positiva de su ncleo atraiga electrones de la capa de valencia de tomos vecinos con la fuerza suficiente. Los grupos funcionales son un conjunto de tomos enlazados que se conforman como una unidad y confieren a las molculas orgnicas sus propiedades fsicas, reactividad qumica y solubilidad en solucin acuosa.

La mayor parte de los grupos posee uno o ms tomos electronegativos y hacen a las molculas orgnicas ms polares, solubles en agua y reactivas.

CLASIFICACIN DE MOLCULAS BIOLGICAS Macromolculas: las molculas que forman la estructura y ejecutan las actividades en las clulas son molculas grandes muy organizadas llamadas macromolculas. Debido a su tamao y las complejas formas que pueden adoptar, algunas de estas molculas gigantes pueden realizar tareas complejas con gran precisin y eficiencia.La presencia de macromolculas ms que ninguna otra cosa confiere a los organismos las propiedades de la vida y los separa en el sentido qumico del mundo inanimado.Se pueden dividir en: protenas, cidos nucleicos, polisacridos y ciertos lpidos. Los primeros tres tipos son polmeros, compuestos con gran nmeros de elementos de bajo peso molecular denominados monmeros. Estas macromolculas se construyen a partir de monmeros mediante un proceso de polimerizacin.

Una macromolcula se puede descomponer en sus monmeros mediante la hidrlisis de los enlaces que los mantienen juntos. La hidrlisis es la ruptura de un enlace por el agua. Enzimas especficas catalizan todas estas reacciones.

Elementos para construir macromolculas: la mayora de las macromolculas dentro de las clulas tiene una vida corta con excepcin del ADN, el resto de las molculas se degrada y se sustituye de forma continua. Todas las macromolculas tienen precursores de bajo peso molecular que de manera efectiva se incorporan a las macromolculas. Estas incluyen azcares, que son precursores de polisacridos, aminocidos, precursores de las protenas, nucletidos, precursores de los cidos nucleicos y cidos grasos, que se incorporan a los lpidos.

Intermediarios metablicos: las molculas en una clula tienen estructuras qumicas complejas y deben sintetizarse en unas secuencias de pasos que comienza con materiales especficos. En la clula, cada serie de reacciones se conoce como via metablica. Los compuestos formados a lo largo de las vas metablicas pueden generar productos que no tienen por si mismos una funcin y a los cuales se les denomina intermediarios metablicos. Molculas de funcin diversa: las molculas de funcin diversa incluyen sustancias como vitaminas, cuya funcin primaria es la de coadyuvar a las protenas, ciertas hormonas esteroides, aminocidos, ATP, molculas reguladoras y productos de desperdicio metablico.

CARBOHIDRATOS Los carbohidratos incluyen azcares simples y todas las molculas grandes construidas a partir de las mismas. Tienen dos funciones principales que son el almacenamiento de energa y brindar soporte estructural. La mayora de los azucares tiene la formula general (CH2O)n. Los azucares importantes en el metabolismo celular poseen valores de n en los lmites de tres a siete. Los azucares que contienen tres carbonos se conocen como triosas, aquellos con cuatro tetrosas, los que tienen cinco pentosas y con seis hexosas. Las nicas biomolculas que forman polmeros ramificados son los glcidos.

ESTRUCTURA DE LOS AZUCARES SIMPLES Cada molcula de azcar se integra con una estructura de tomos de carbono unidos en una disposicin lineal por enlaces nicos. Cada tomo de carbono se une a un grupo hidroxilo, con excepcin de uno que presenta un grupo carbonilo. Si el grupo carbonilo se localiza en una posicin central la azcar es una cetosa. Si el carbono se halla en un extremo del azcar, este forma un grupo aldehdo y la molcula se llama aldosa. Los azucares de ms de cinco carbonos sufren una autorreacin que las convierte en una molcula cclica. El anillo no es una estructura plana sino que existe en conformacin tridimensional semejante a una silla.

ESTEREOISOMERIA Cuando existe un tomo de carbono unido a cuatro sustituyentes diferentes pueden existir dos posibilidades de configuracin que no pueden superponerse. Estas dos molculas llamadas estereoismeros poseen prcticamente la misma reactividad qumica, pero desde el punto de vista estructural son imgenes especulares (no superponibles).

Por ejemplo: la molcula del gliceraldehido, la cual es solo una aldotriosa. El segundo tomo de carbono est unido a cuatro grupos diferentes (H, OH, CHO y CH2OH). Por convencin, la molcula se llama D-gliceraldehido si el grupo hidroxilo del carbono dos se proyecta hacia la derecha y L-gliceraldehido si se proyecta a la izquierda. Debido a que acta como sitio de estereoisomerismo, el carbono dos se denomina carbono asimtrico o quiral. A medida que el esqueleto de las molculas de azcar aumenta su longitud, ocurre lo mismo con el nmero de tomos de carbono asimtricos, y por consiguiente con el nmero de estereoismeros. Las aldotetrosas tienen dos carbonos asimtricos y por lo tanto pueden existir en cuatro configuraciones. La designacin de cada uno de estos azucares como D o L se basa por convencin en la disposicin de los grupos unidos al tomo de carbono asimtrico ms alejado del aldehdo. 1. Si el grupo hidroxilo de este carbono se proyecta a la derecha, la aldosa es un D-azcar.2. Si se proyecta a la izquierda es un L-azcar. Las enzimas presentes en las clulas vivas pueden distinguir entre las formas D y L de un azcar. En condiciones tpicas, las clulas utilizan solo uno de los estereoismeros. Sufren una reaccin de ciclacin, mediante la formacin de un enlace hemiacetlico entre un grupo carbonilo y un grupo hidroxilo. El C1 del anillo presenta cuatro sustituyentes diferentes por lo que se convierte en un centro de simetra. Debido a esto cada tipo de piranosa existe como estereoismeros y .

Por convencin, la molcula es una piranosa cuando el grupo OH del C1 se proyecta hacia abajo del plano del anillo y una beta piranosa cuando el grupo hidroxilo se proyecta hacia arriba.

FORMACIN DE DISACRIDOS Los azucares pueden unirse entre s por medio de enlaces glucosdicos de tipo covalente para formar grandes molculas. Los enlaces glucosricos se forman por una reaccin entre el tomo de carbono C1 de un azcar y el grupo hidroxilo del otro azcar, con el cual se crea el enlace C-O-C entre ambos. Los azucares pueden unirse por variedades de diferentes enlaces glucosdicos.

Las molculas compuestas solo por dos azucares se llaman disacridos. Sirven principalmente para almacenar energa. Los azucares tambin pueden enlazarse juntos para formar pequeas cadenas llamadas oligosacridos. A menudo estas cadenas se unen de manera covalente a los lpidos y a las protenas y estas se convierten un glucolpidos y glucoprotenas. Debido a que los oligosacridos pueden componerse de muchas combinaciones de unidades de azcares, estos carbohidratos pueden tener informacin codificada, pueden servir para distinguir un tipo de clula de otro y ayudan a mediar interacciones especficas de una clula con su ambiente.

POLISACRIDOS Glucgeno y almidn: polisacridos nutricionales: en el tejido heptico se halla un polmero insoluble de glucosa llamado glucgeno. La molcula glucgeno es un tipo de polisacrido, un polmero de unidades de azcar unidas mediante enlaces glucosdicos. El glucgeno es un polisacrido ramificado que contiene solo un tipo de monmero: glucosa. La mayora de las unidades estn unidas por enlaces del tipo (14) glucosdicos. Los puntos de ramificacin contienen un azcar unido a tres unidades vecinas, como en los segmentos no ramificados del polmero. El vecino adicional que forma la ramificacin, est unido por un enlace de tipo glucosdico (16).

El glucgeno sirve como un almacn de energa qumica en la mayora de los animales. El musculo esqueltico contiene suficiente glucgeno como para 30 min de actividad moderada. Tiene un peso tpico que va de uno a cuatro millones de daltones. Cuando se almacena en clulas est muy concentrado, y aparece en las microfotografas electrnicas como grnulos irregulares teidos de oscuro. La mayora de las plantas almacena su excedente de energa qumica en forma de almidn, un polmero de la glucosa igual que el glucgeno. Las papas y cereales contienen almidn. En realidad el almidn es una mezcla de dos polmeros diferentes, amilosa y amilopectina. La amilosa es una molcula helicoidal no ramificada cuyos azucares estn unidos por medio de enlaces tipo (14), en tanto la amilopectina es ramificada. La amilopectina difiere del glucgeno por ser mucho menos ramificada y mostrar ramificaciones irregulares. El almidn se almacena en forma de granos empacados de forma densa, los granos de almidn, estn incluidos en la membrana que rodea a los organelos dentro de la clula de la planta. Aunque los animales no sintetizan almidn, poseen una enzima (amilasa) que hidroliza con rapidez las molculas de almidn.

Celulosa, quitina y glucosaminoglucanos: polisacridos estructurales: algunos polisacridos constituyen almacenes de energa que son digeribles con facilidad, mientras que otros forman materiales estructurales resistentes y durables. El algodn y el lino constan sobre todo de celulosa que constituye el principal componen de la pared celular de clulas vegetales. La celulosa consiste solo en monmeros de glucosas, sus propiedades difieren de manera notoria de los otros polisacridos debido a que las unidades de glucosas estn unidas por enlaces (14). Los animales carecen de enzimas para degradar estos tipos de enlaces. Los que s pueden hacerlo albergan bacterias y protozoarios que sintetizan la enzima necesaria, la celulasa.

La quitina es un polmero no ramificado del azcar N-acetiglucosamina que es similar en estructura a la glucosa pero tiene un grupo aminoacetilo en lugar de uno hidroxilo unido en el segundo carbono del anillo. Es un material estructural muy comn entre los invertebrados, presente en exoesqueleto de insectos, araas y crustceos. Es dura, resistente, pero flexible, y con alta capacidad para recuperarse frente a deformaciones no muy diferente de ciertos plsticos. Los insectos deben gran parte de su xito a este polisacrido muy adaptable.

Otro grupo de polisacridos con estructura compleja es el de los glucosaminoglucanos GAG. A diferencia de otros, poseen estructura ABABAB donde A y B son azucares diferentes. El GAG ms estudiado es la heparina, que secretan algunas clulas en los pulmones y otros tejidos como reaccin a lesin tisular. La heparina inhibe la coagulacin sangunea y previene la formacin de cogulos. La heparina con frecuencia se extrae de los tejidos de cerdo, se ha utilizado por dcadas para impedir la formacin de cogulos en pacientes sometidos, a una intervencin quirrgica mayor. A diferencia de la heparina, los GAG se hallan en espacios que rodean a las clulas. Los polisacridos complejos se encuentran en las paredes de clulas de las plantas.