Moléculas Orgánicas En Los Seres Vivos:
En los organismos se encuentran cuatro tipos diferentes de moléculas orgánicas en gran cantidad: carbohidratos, lípidos, proteínas y nucleótidos. Todas estas moléculas contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. También contienen nitrógeno y fósforo algunos lípidos y nucleótido y nitrógeno y azufre las proteína.
El carbono es singularmente adecuado para este papel central, por el hecho de que es el átomo más liviano capaz de formar múltiples enlaces covalentes. A raíz de esta capacidad, el carbono puede combinarse con otros átomos de carbono y con átomos distintos para formar una gran variedad de cadenas fuertes y estables y de compuestos con forma de anillo. Las moléculas orgánicas derivan sus configuraciones tridimensionales primordialmente de sus esqueletos de carbono. Sin embargo, muchas de sus propiedades específicas dependen de grupos funcionales, una característica general de todos los compuestos orgánicos es que liberan energía cuando se oxidan. Entre los tipos principales de moléculas orgánicas importantes en los sistemas vivos están los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los nucleótidos. No son moléculas orgánicas los compuestos que contienen
carburos, los
carbonatos y los
óxidos de carbono.
Las
moléculas orgánicas pueden ser de dos tipos:
Moléculas orgánicas naturales: Son las sintetizadas por los
seres vivos, y se llaman
biomoléculas, las cuales son estudiadas por la
bioquímica.
Moléculas orgánicas artificiales: Son sustancias que no existen en la naturaleza y han sido fabricadas por el hombre como los
plásticos.
La línea que divide las moléculas orgánicas de las inorgánicas ha originado polémicas e históricamente ha sido arbitraria, pero generalmente, los compuestos orgánicos tienen carbono con
enlaces de hidrógeno, y los
compuestos inorgánicos, no. Así el
ácido carbónico es inorgánico, mientras que el
ácido fórmico, el primer
ácido graso, es orgánico. El
anhídrido carbónico y el
monóxido de carbono, son compuestos inorgánicos. Por lo tanto, todas las moléculas orgánicas contienen carbono, pero no todas las moléculas que contienen carbono, son moléculas orgánicas.
La
etimología de la palabra «orgánico» significa que procede de
órganos, relacionado con la
vida; en oposición a «inorgánico», que sería el calificativo asignado a todo lo que carece de vida. Se les dio el nombre de orgánicos en el
siglo XIX, por la creencia de que sólo podrían ser sintetizados por organismos vivos. La teoría de que los compuestos orgánicos eran fundamentalmente diferentes de los "inorgánicos", fue refutada con la síntesis de la
urea, un compuesto "orgánico" por definición ya que se encuentra en la orina de organismos vivos, síntesis realizada a partir de cianato de potasio y sulfato de amonio por
Friedrich Wöhler (
síntesis de Wöhler). Los compuestos del carbono que todavía se consideran inorgánicos son los que ya lo eran antes del tiempo de Wöhler; es decir, los que se encontraron a partir de fuentes sin vida, "inorgánicas", tales como minerales.
Enzimas: En
bioquímica, se llaman enzimas a las sustancias de naturaleza
proteica que
catalizan reacciones químicas, siempre que sea
termodinámicamente posible (si bien no pueden hacer que el proceso sea más termodinámicamente favorable). En estas reacciones, las enzimas actúan sobre unas
moléculas denominadas sustratos, las cuales se convierten en diferentes moléculas, los productos. Casi todos los procesos en las
células necesitan enzimas para que ocurran en tasas significativas. A las reacciones mediadas por enzimas se las denomina reacciones enzimáticas.
Debido a que las enzimas son extremadamente selectivas con sus sustratos y su velocidad crece sólo con algunas reacciones de entre otras posibilidades, el conjunto (set) de enzimas sintetizadas en una célula determina el
metabolismo que ocurre en cada célula. A su vez, esta síntesis depende de la regulación de la expresión
génica.
Como todos los
catalizadores, las enzimas funcionan disminuyendo la energía de activación (ΔG‡) de una reacción, de forma que se acelera sustancialmente la tasa de reacción. Las enzimas no alteran el balance energético de las reacciones en que intervienen, ni modifican, por lo tanto, el equilibrio de la reacción, pero consiguen acelerar el proceso incluso millones de veces. Una reacción que se produce bajo el control de una enzima, o de un catalizador en general, alcanza el equilibrio mucho más deprisa que la correspondiente reacción no catalizada.
Al igual que ocurre con otros catalizadores, las enzimas no son consumidas por las reacciones que ellas catalizan, ni alteran su equilibrio químico. Sin embargo, las enzimas difieren de otros catalizadores por ser más específicas. Las enzimas catalizan alrededor de 4.000 reacciones bioquímicas distintas.
[1] No todos los catalizadores bioquímicos son proteínas, pues algunas moléculas de
ARN son capaces de catalizar reacciones (como el fragmento 16S de los
ribosomas en el que reside la actividad
peptidil transferasa).
La actividad de las enzimas puede ser afectada por otras moléculas. Los
inhibidores enzimáticos son moléculas que disminuyen o impiden la actividad de las enzimas, mientras que los activadores son moléculas que incrementan la actividad. Asimismo, gran cantidad de enzimas requieren de
cofactores para su actividad. Muchas
drogas o fármacos son moléculas inhibidoras. Igualmente, la actividad es afectada por la
temperatura, el
pH, la
concentración de la propia enzima y del sustrato y otros factores físico-químicos.
Algunas enzimas son usadas comercialmente, por ejemplo, en la síntesis de
antibióticos y productos domésticos de limpieza. Además, ampliamente utilizadas en variados procesos industriales, como son la fabricación de alimentos, destinción de
jeans o producción de
biocombustibles.
Existe una clasificación normalizada con 6 categorías principales dependiendo de la reacción que catalice la enzima. Cada enzima está clasificada mediante un esquema de clasificación numérica para las
enzimas, basado en las
reacciones químicas que
catalizan.
OxirreductasasCatalizan reacciones de oxidorreducción o
redox. Precisan la colaboración de las
coenzimas de oxidorreducción (
NAD+,
NADP+,
FAD) que aceptan o ceden los
electrones correspondientes; tras la acción catalítica, estas coenzimas quedan modificadas en su grado de oxidación, por lo que deben ser transformadas antes de volver a efectuar la reacción catalítica.
TransferasasTransfieren
grupos activos (obtenidos de la ruptura de ciertas moléculas) a otras sustancias receptoras. Suelen actuar en procesos de interconversión de
monosacáridos,
aminoácidos, etc.
HidrolasasVerifican reacciones de
hidrólisis con la consiguiente obtención de
monómeros a partir de
polímeros. Actúan en la digestión de los alimentos, previamente a otras fases de su degradación. La palabra hidrólisis se deriva de hidro 'agua' y lisis 'disolución'.
IsomerasasActúan sobre determinadas moléculas obteniendo de ellas sus
isómeros de función o de posición, es decir catalizan la racemizacion y cambios de posición de un grupo en determinada molécula obteniendo formas isomericas . Suelen actuar en procesos de interconversión.
LiasasCatalizan reacciones en las que se eliminan grupos (H2O, CO2 y NH3) para formar un doble enlace o añadirse a un doble enlace, capaces de catalizar la reducción en un sustrato. El sustrato es una molécula, la cual, se une al sitio activo de la enzima para la formación del complejo enzima-sustrato. El mismo, por acción de la enzima, es transformado en producto y es liberado del sitio activo, quedando libre para recibir otro sustrato.
LigasasRealizan la degradación o síntesis de los enlaces denominados "fuertes" mediante al acoplamiento a sustancias de alto valor energético (como el
ATP).
Vitaminas: Son compuestos heterogéneos imprescindibles para la vida, que al ingerirlas de forma equilibrada y en dosis esenciales puede ser trascendental para promover el correcto funcionamiento fisiológico. La gran mayoria de las vitaminas esenciales no pueden ser sintetizadas (elaboradas) por el organismo, por lo que éste no puede obtenerlos más que a través de la ingesta equilibrada de vitaminas contenida en los alimentos naturales. Las vitaminas son
nutrientes que junto a otros elementos nutricionales actúan como catalizadoras de todos los procesos fisiologicos (directa e indirectamente).
Las vitaminas son precursoras de
coenzimas, (aunque aquellas no son propiamente coenzimas)
grupos prostéticos de las
enzimas. Esto significa, que la molécula de la vitamina, con un pequeño cambio en su estructura, pasa a ser la molécula activa, sea ésta coenzima o no.
Los requerimientos mínimos diarios de las vitaminas no son muy altos, se necesitan tan solo dosis de miligramos o microgramos contenidas en grandes cantidades (proporcionalmente hablando) de alimentos naturales. Tanto la deficiencia como el exceso de los niveles vitamínicos corporales pueden producir enfermedades que van desde leves a graves e incluso muy graves como la pelagra o la demencia entre otras, e incluso la muerte.
Es incorrecto denominar la deficiencia de vitaminas con la palabra "hipovitaminosis" (lo correcto es decir
avitaminosis cuando se quiera referir a la deficiencia vitamínica), mientras que a los niveles corporales excesivos de vitaminas se le denomina
hipervitaminosis.
Esta demostrado que las vitaminas del grupo "B" (complejo "B") son imprescindibles para el correcto funcionamiento del cerebro y el metabolismo corporal. Las vitaminas del complejo "B" son hidrosolubles (solubles en agua) debido a esto son eliminadas principalmente por la orina, esto hace que sea necesaria la ingesta diaria y constante de todas las vitaminas del complejo "B" (contenidas en los alimentos naturales).
Hidrosolubles:
Vitamina C o ácido ascórbico (antiescorbútica)
Complejo BVitamina B1 o tiamina (antineurítica)
Vitamina B2 o riboflavina
Vitamina B3, vitamina PP o niacina
Vitamina B5 o ácido pantoténico
Vitamina B6 o piridoxina
Vitamina B8, vitamina H o biotina
Vitamina B9, vitamina M o ácido fólico.
Vitamina B12 o cianocobalamina
Vitamina B13*, o factor de suero láctico.
Vitamina B15* o ácido pangámico
PABA o ácido Paraaminobenzoico (elemento del complejo "B" anti-vitiligo, que debe de ingerirse junto a todas las demás vitaminas del complejo "B" contenido en los alimentos naturales, para así poder tener el efecto óptimo anti-vitiligo).
Vitamina B17*, laetril o amigdalina (molécula que ha generado mucha polémica en la comunidad científica, sus defensores postulan que esta molécula actúa destruyendo selectivamente a todas las células cancerosas de cualquier tipo de cáncer, totalmente y en cualquier parte del cuerpo. Pero esta molécula es considerada como altamente tóxica, químicamente contiene cianuro, su ingesta es mortal si es ingerida tan solo en cantidades levemente superiores a las recomendadas por sus defensores, el problema es que el cianuro es uno de los venenos mas tóxicos y peligrosos conocidos por el hombre, actualmente la comunidad científica ortodoxa no la considera una vitamina). Esta polémica molécula natural fue descubierta y defendida nada menos que por el prestigiado científico Krebs en colaboración con su hijo también científico, ambos afirmaban que las partes de cianuro de la molécula únicamente envenena a las células cancerosas eliminándolas, sin atacar a las células sanas, es decir de forma selectiva. (Krebs fue un científico muy reconocido mundialmente por toda la comunidad científica, es el descubridor del importantísimo y muy reconocido ciclo que lleva su nombre: “El ciclo de Krebs”) es por eso que se ha generado mucha polémica en torno a esta molécula.
Liposolubles:
Vitamina A o retinol (antixeroftalmica)
Vitamina D o colecalciferol (antirraquítica)
Vitamina E o tocoferol (antioxidante)
Vitamina K o naftoquinona (antihemorrágica)
Una
mnemónica para recordar las liposolubles A, D, K, E es "Ha de kaer" O "ADEK".
Hormonas: Las hormonas son sustancias segregadas por
células especializadas, localizadas en
glándulas de secreción interna o
glándulas endocrinas (carentes de conductos), o también por
células epiteliales e intersticiales con el fin de afectar la función de otras células. Hay hormonas animales y
hormonas vegetales como las
auxinas,
ácido abscísico,
citoquinina,
giberelina y el
etileno.
Son transportadas por
vía sanguínea o por el
espacio intersticial, solas (biodisponibles) o asociadas a ciertas
proteínas (que extienden su vida media al protegerlas de la degradación) y hacen su efecto en determinados
órganos o
tejidos diana (o blanco) a distancia de donde se
sintetizaron, sobre la misma célula que la sintetiza (
acción autócrina) o sobre células contiguas (
acción parácrina) interviniendo en la
comunicación celular. Existen hormonas naturales y hormonas sintéticas. Unas y otras se emplean como medicamentos en ciertos trastornos, por lo general, aunque no únicamente, cuando es necesario compensar su falta o aumentar sus niveles si son menores de lo normal.
Las hormonas pertenecen al grupo de los
mensajeros químicos, que incluye también a los
neurotransmisores. A veces es difícil clasificar a un mensajero químico como hormona o neurotransmisor. Todos los organismos multicelulares producen hormonas, incluyendo las
plantas (
fitohormona). Las hormonas más estudiadas en animales (y humanos) son las producidas por las glándulas endócrinas, pero también son producidas por casi todos los órganos humanos y animales.
La especialidad
médica que se encarga del estudio de las
enfermedades relacionadas con las hormonas es la
endocrinología.
Según su naturaleza química, se reconocen dos grandes tipos de hormonas:
Hormonas peptídicas. Son derivados de
aminoácidos (como las
hormonas tiroideas), o bien
oligopéptidos (como la
vasopresina) o
polipéptidos (como la
hormona del crecimiento). En general, este tipo de hormonas no pueden atravesar la
membrana plasmática de la célula diana, por lo cual los receptores para estas hormonas se hallan en la superficie celular. Las hormonas tiroideas son una excepción, ya que se unen a receptores específicos que se hallan en el
núcleo.
Hormonas lipídicas. Son
esteroides (como la
testosterona) o
eicosanoides (como las
prostaglandinas). Dado su carácter
lipófilo, atraviesan sin problemas la
bicapa lipídica de las membranas celulares y sus receptores específicos se hallan en el interior de la célula diana.
Mecanismos De Accion Hormonal:
Las hormonas tienen la característica de actuar sobre las células diana, que deben disponer de una serie de receptores específicos. Hay dos tipos de receptores celulares:
Receptores de membrana: los usan las hormonas peptídicas. Las hormonas peptídicas (1er mensajero) se fija a un receptor proteico que hay en la membrana de la célula, y estimula la actividad de otra proteína (unidad catalítica), que hace pasar el
ATP (intracelular) a
AMP (2º mensajero), que junto con el
calcio intracelular, activa la
enzima proteína quinasa (responsable de producir la
fosforilación de las proteínas de la célula, que produce una acción biológica determinada). Esta es la teoría o hipótesis de 2º mensajero o de Sutherland.
Receptores intracelulares: los usan las hormonas esteroideas. La hormona atraviesa la membrana de la célula diana por difusión. Una vez dentro del
citoplasma, penetra incluso en el núcleo, donde se fija el
DNA y hace que se sintetice
ARNm, que induce a la síntesis de nuevas proteínas, que se traducirán en una respuesta fisiológica
Acido Nucleico:
Los ácidos nucleicos son
macromoléculas,
polímeros formados por la repetición de
monómeros llamados
nucleótidos, unidos mediante
enlaces fosfodiéster. Se forman, así, largas cadenas o polinucleótidos, lo que hace que algunas de estas moléculas lleguen a alcanzar tamaños gigantes (de millones de nucleótidos de largo).
El descubrimiento de los ácidos nucleicos se debe a
Friedrich Miescher, quien en la década de 1860 aisló de los
núcleos de las células una sustancia ácida a la que llamó nucleína, nombre que posteriormente se cambió a ácido nucleico.
ADN
El ADN es bicatenario, está constituido por dos cadenas polinucleotídicas unidas entre sí en toda su longitud. Esta doble cadena puede disponerse en forma lineal (ADN del núcleo de las
células eucarióticas) o en forma circular (ADN de las
células procarióticas, así como de las
mitocondrias y
cloroplastos eucarióticos). La molécula de ADN porta la información necesaria para el desarrollo de las características biológicas de un individuo y contiene los mensajes e instrucciones para que las células realicen sus funciones. Dependiendo de la composición del ADN (refiriéndose a composición como la secuencia particular de bases), puede desnaturalizarse o romperse los puentes de hidrógenos entre bases pasando a ADN de cadena simple o ADNsc abreviadamente.
Excepcionalmente, el ADN de algunos
virus es
monocatenario, es decir, está formado por un solo polinucleótido, sin cadena complementaria.
ARN
El ARN difiere del ADN en que la pentosa de los nucleótidos constituyentes, es ribosa en lugar de desoxirribosa, y en que en lugar de las cuatro bases A, G, C, T aparece A, G, C, U (es decir, uracilo en lugar de timina). Las cadenas de ARN son más cortas que las de ADN, aunque dicha característica es debido a consideraciones de carácter biológico, ya que no existe limitación química para formar cadenas de ARN tan largas como de ADN, al ser el enlace fosfodiéster químicamente idéntico. El ARN está constituido casi siempre por una única cadena (es monocatenario), aunque en ciertas situaciones, como en los ARNt y ARNr puede formar estructuras plegadas complejas.
Mientras que el ADN contiene la información, el ARN expresa dicha información, pasando de una secuencia lineal de nucleótidos, a una secuencia lineal de aminoácidos en una proteína.
Ácidos nucleicos artificiales
Existen, aparte de los naturales, algunos ácidos nucleicos no presentes en la naturaleza sintetizados en el laboratorio.
Ácido nucleico peptídico, donde el esqueleto de fosfato-(desoxi)ribosa ha sido sustituido por 2-(N-aminoetil)glicina, unida por un
enlace peptídico clásico. Las bases púricas y pirimidínicas se unen al esqueleto por el carbono carbonílico. Al carecer de un esqueleto cargado (el ión fosfato lleva una carga negativa a pH fisiológico en el ADN/ARN), se une con más fuerza a una cadena complementaria de ADN monocatenario, al no existir repulsión electrostática. La fuerza de interacción crece cuando se forma un ANP bicatenario. Este ácido nucleico, al no ser reconocido por algunos
enzimas debido a su diferente estructura, resiste la acción de
nucleasas y
proteasas.
Morfolino y
ácido nucleico bloqueado (LNA en inglés). El morfolino es un derivado de un ácido nucleico natural, con la diferencia de que usa un anillo de
morfolina en vez del azúcar, conservando el enlace fosfodiéster y la base nitrogenada de los ácidos nucleicos naturales. Se usan con fines de investigación, generalmente en forma de oligómeros de 25 nucleótidos. Se usan para hacer genética inversa, ya que son capaces de unirse complementariamente a pre-ARNm evitando su posterior recorte y procesado. También tienen un uso farmacéutico, pudiendo actuar contra bacterias y virus o para tratar enfermedades genéticas al impedir la traducción de un determinado ARNm.
Ácido nucleico glicólico. Es un ácido nucleico artificial donde se sustituye la ribosa por glicerol, conservando la base y el enlace fosfodiéster. No existe en la naturaleza. Puede unirse complementariamente al ADN y al ARN, y sorprendentemente, lo hace de forma más estable. Es la forma químicamente más simple de un ácido nucleico y se especula con que haya sido el precursor ancestral de los actuales ácidos nucleicos.
Ácido nucleico treósico. Se diferencia de los ácidos nucleicos naturales en el azúcar del esqueleto, que en este caso es una
treosa. Se han sintetizado cadenas híbridas ATN-ADN usando
ADN polimerasas. Se une complementariamente al ARN, y podría haber sido su precursor