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BASE QUÍMICA DE LA VIDA.... UNA BREVE INTRODUCCIÓN...
Hasta que en 1828 Wöhler sintetizó la urea a partir de compuestos inorgánicos no se tuvo la prueba de que los compuestos que forman los seres vivos se pueden sintetizar a partir de sustancias inertes. Antiguamente se creía que la materia viva estaba compuesta por sustancias distintas a las de la materia inerte, y que unas sustancias no se podían transformar en las otras (quizá debido a que la materia viva necesitaba el soplo o espíritu divino para su existencia).
Desde el punto de vista del científico físico, las células pueden considerarse como unos conjuntos complejos de moléculas orgánicas que se autoorganizan y autoreplican, siendo capaces de intercambiar materia y energía con su entorno, gracias a unas reacciones orgánicas consecutivas catalizadas enzimáticamente, y que funcionan a base de una máxima economía de procesos y materiales. Hoy en día se han identificado muchos de los componentes moleculares de las células: se conoce cómo las células obtienen y utilizan la energía y como se replican.
Hoy en día conocemos bastante sobre la composición química de la materia viva y las funciones que los distintos componentes desempeñan, aunque a nivel celular es tal la cantidad de biomoléculas existentes que aún tardaremos bastantes años en tener un conocimiento exhaustivo de la composición celular, intracelular, de sus relaciones y de sus distintas funciones.
La complejidad de todos estos procesos nos lleva a plantearnos preguntas tan fundamentales como las siguientes: ¿Cómo surgieron las biomoléculas? ¿Cómo estas biomoléculas "aprendieron" a interaccionarse entre sí y a organizarse? ¿Cómo surgieron las primeras células o la primera estructura "viva" a partir de moléculas orgánicas? ¿Cómo se desarrollaron las primeras células, para constituir el extraordinario abanico que hoy conocemos?
Entre los grupos de sustancias más importantes que componen los seres vivos merece mención especial el agua, ya que debido a su abundancia y ubicuidad no parece que seamos conscientes de su importancia como componente básico y necesario para cualquier forma de vida.
Componentes inorgánicos y orgánicos
El análisis de la materia viva revela una gran similitud para todos los organismos tanto animales como vegetales. El hombre, el árbol, el protozoo, la bacteria o el virus están químicamente constituidos por una serie de elementos y compuestos químicos de un parecido sorprendente. Lo mismo ocurre en general con las reacciones químicas que se llevan a cabo con tales sustancias.
El análisis químico de la materia viva pone de manifiesto que en su composición se encuentran una serie de cuerpos simples denominados elementos biogénicos. Aunque ninguno de tales elementos es propio y exclusivo de la materia viva, sólo un número relativamente reducido de los que se encuentran en la naturaleza entran a formar parte de la misma.
Los principales elementos biogénicos son cuatro: carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno. Estos elementos entran a formar parte de la materia viva en una proporción muy superior a los restantes, gracias a poseer dos propiedades fundamentales:
a) Tener un peso atómico bajo.
b) Abundar en las capas externas de la Tierra (corteza terrestre, atmósfera e hidrosfera), o sea, las que se hallan en contacto con los seres vivos.
La primera cualidad, esto es, un bajo peso molecular, les permite formar moléculas muy complejas de gran tamaño con una energía de enlace baja, lo que resulta muy favorable para el continuo construir y destruir de materia a que se ven sometidos los seres vivientes por su metabolismo. Además, por tener un peso atómico bajo, son muy solubles en el agua, circunstancia favorable para ser incorporados al ser vivo o eliminados del mismo.
La segunda cualidad es también muy importante: los seres vivos necesitan formarse con elementos simples que puedan conseguir con facilidad, es decir, que abunden en la naturaleza para poder disponer de ellos en cualquier momento.
Las biomoléculas
La composición química de los seres vivos es, cualitativamente, muy diferente a la del entorno físico en que viven. La mayor parte de los componentes químicos de los organismos son compuestos orgánicos de carbono en los que el elemento se halla relativamente reducido o hidrogenado. Muchas biomoléculas orgánicas contienen también nitrógeno.
Los compuestos orgánicos presentes en la materia viva muestran enorme variedad, y la mayor parte de ellos son extraordinariamente complejos. Aun las más sencillas de las células, las bacterias, contienen gran número de distintas moléculas orgánicas. Se calcula que la bacteria Escherichia coli contiene alrededor de 5.000 compuestos orgánicos diferentes, entre ellos unas 3.000 clases diferentes de proteínas y 1.000 tipos distintos de ácidos nucleicos. Además, la mayor parte de la materia orgánica en las células vivas está constituida por macromoléculas, de pesos moleculares muy grandes, que incluyen no solamente a las proteínas y a los ácidos nucleicos sino también a sustancias polímeras tales como el almidón y la celulosa.
Si consideramos ahora organismos mayores y más complejos, como son los animales y las plantas superiores, hallaremos que también contienen proteínas y ácidos nucleicos, en mayor variedad. En el organismo humano puede haber hasta 100.000 clases de proteínas diferentes, en comparación con las 3.000 existentes deEscherichia Coli. Aunque algunas de sus proteínas actúan de modo muy similar al que lo hacen determinadas proteínas de las células humanas, ninguna de las proteínas de dicha bacteria es idéntica a cualquiera de las proteínas encontradas en el hombre. De hecho, cada especie de organismo posee su propio conjunto de moléculas proteicas y de ácidos nucleicos químicamente diferentes. Puesto que es probable que existan alrededor de 1,5 millones de especies de organismos vivientes, puede calcularse que el conjunto de las especies vivientes debe contener un billón de tipos diferentes de moléculas proteicas y diez mil millones de ácidos nucleicos.
Constituye una paradoja, sin embargo, que la inmensa diversidad de moléculas orgánicas de los seres vivos se pueda reducir, en último término, a una casi absurda simplicidad. Sabemos ahora que las macromoléculas de la célula se hallan formadas por muchas moléculas sencillas, pequeñas unidades estructurales que se hallan ligadas constituyendo largas cadenas. El almidón y la celulosa están constituidos por hebras muy largas de moléculas de glucosa unidas covalentemente. Los diferentes tipos de proteínas están formados por largas cadenas de aminoácidos unidos covalentemente. En las proteínas sólo se encuentran 20 tipos diferentes de aminoácidos, pero están ordenados en muchas secuencias distintas, de modo que forman numerosos tipos de proteínas. Análogamente, los ácidos nucleicos de los que existen dos tipos (DNA y RNA), están constituidos a partir de un total de ocho sillares diferentes, los nucleótidos. Además, los 20 aminoácidos distintos constituyentes de las proteínas, y los ocho nucleótidos diferentes que integran los ácidos nucleicos son idénticos en todas las especies vivientes.
El reducido número de moléculas sencillas, sillares estructurales con que están construidas todas las macromoléculas, posee otra sorprendente característica: cada una de ellas desempeña más de una función en las células vivientes, y algunas son tan extremadamente versátiles que realizan un buen número de funciones. Los aminoácidos no sólo actúan como sillares de las proteínas, sino también como precursores de hormonas, alcaloides, las porfirinas, los pigmentos y otras muchas biomoléculas. Diversos mononucleótidos no sólo constituyen las unidades fundamentales de los ácidos nucleicos, sino que actúan también como coenzimas y moléculas transportadoras de energía. Por todo ello, parece probable que las biomoléculas fundamentales de las estructuras complejas fuesen seleccionadas, en el curso de la evolución biológica, por su capacidad de desempeñar diversas funciones. Por lo que sabemos hasta ahora, los organismos vivos no contienen normalmente compuestos sin una función definida, aunque existen algunas biomoléculas cuyas funciones aún no se comprenden.
Ahora se pueden deducir algunos de los axiomas de la lógica molecular de la vida. Ya que los millares de macromoléculas presentes en las células están construidas con sólo unas pocas moléculas sencillas, puede formularse el primer axioma: En la organización molecular de la célula existe una simplicidad fundamental.
Puesto que estas biomoléculas sencillas son idénticas en todas las especies conocidas, podemos deducir que:todos los organismos vivos proceden de un antepasado común.
Debido a que cada organismo posee su propio conjunto distintivo de ácidos nucleicos y de proteínas surge otro axioma: La identidad de cada una de las especies de organismos está preservada por su posesión de un conjunto distintivo de ácidos nucleicos y proteínas.
En la versatilidad funcional de esas biomoléculas básicas podemos percibir, además, la existencia de un principio de economía molecular. Quizá las células vivas sólo contienen las moléculas más sencillas posibles en el mínimo número de tipos diferentes, para dotarlas de vida y de la identidad de especie en las condiciones ambientales en que viven.
Adecuación biológica de los compuestos orgánicos e inorgánicos
Algunos elementos químicos son más adecuados que otros para la construcción de las moléculas de los organismos vivos. Solamente 22 de los 100 elementos químicos hallados en la corteza terrestre son componentes esenciales de los organismos vivos. Los cuatro elementos más abundantes en la corteza terrestre son el oxígeno, el silicio, el aluminio y el hierro. En contraste, los cuatro elementos más abundantes en los organismos vivos son el oxígeno, el carbono, el hidrógeno y el nitrógeno, que constituyen alrededor del 99% de la masa de muchas células. El 1% restante lo constituyen los siguientes elementos: fósforo, azufre, sodio, potasio, magnesio, calcio, cloro, manganeso, hierro, cobalto, cobre, cinc, boro, aluminio, vanadio, molibdeno, iodo, silicio, estaño, níquel, cromo, flúor y selenio.
El carbono, el hidrógeno, el nitrógeno y el oxígeno poseen una propiedad común: forman con facilidad enlaces covalentes mediante reparto de electrones. Para completar sus capas electrónicas externas y formar, de este modo, enlaces covalentes estables, el hidrógeno necesita solamente un electrón, dos el oxígeno, tres el nitrógeno y cuatro el carbono. Los cuatro elementos pueden reaccionar unos con otros para formar un gran número de compuestos covalentes diferentes.
Además, tres de estos elementos (C, N y O) pueden compartir uno o dos pares de electrones para originar enlaces sencillos o dobles, capacidad que les dota de considerable versatilidad para el enlace químico. El carbono, el nitrógeno, el hidrógeno y el oxígeno, se muestran todavía singularmente idóneos en otro aspecto: son los elementos más ligeros capaces de formar enlaces covalentes. Puesto que la estabilidad de un enlace covalente se halla inversamente relacionada con los pesos atómicos de los átomos unidos, estos cuatro elementos son capaces de formar enlaces covalentes muy fuertes.
Particularmente significativa es la capacidad de los átomos de carbono para ejercer interacciones mutuas y formar enlaces covalentes estables carbono-carbono. Puesto que los átomos de carbono pueden aceptar o ceder cuatro electrones para completar el octeto externo, cada átomo de carbono puede formar cuatro enlaces covalentes con otros cuatro átomos de carbono. De este modo los átomos de carbono unidos covalentemente pueden constituir esqueletos lineales o cíclicos para una inmensa variedad de moléculas orgánicas diferentes. Por otra parte, puesto que los átomos de carbono pueden formar enlaces covalentes con el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno, el fósforo y el azufre, se pueden introducir gran número de clases de grupos funcionales en la estructura de las moléculas orgánicas.
Los compuestos orgánicos del carbono poseen todavía otra característica distintiva. A causa de la configuración tetraédrica de los pares electrónicos compartidos alrededor de cada átomo de carbono, se pueden conseguir muchas estructuras tridimensionales diferentes mediante enlaces carbono-carbono. Ningún otro elemento químico puede formar moléculas estables de tamaños y formas tan diferentes, ni con tal variedad de grupos funcionales.
Existe una jerarquía en la organización molecular de las células. Precursores simples obtenidos del entorno tales como el dióxido de carbono, agua y amoniaco, se emplean para formar moléculas sillares como los aminoácidos, los nucleótidos, los azúcares y los ácidos grasos. Estos, a su vez, se unen covalentemente para formar diversas macromoléculas como las proteínas, los ácidos nucleicos, los polisacáridos y los lípidos. Las macromoléculas se unen entre sí no covalentemente en complejos supramoleculares, los cuales en último término se ensamblan para formar orgánulos celulares.
El agua
El agua no solamente constituye del 70 al 90% del peso de la mayor parte de los organismos vivos, sino que representa la fase continua de los mismos. A causa de su abundancia y ubicuidad el agua es considerada con frecuencia un líquido inerte, meramente destinado a llenar espacios en los organismos vivos. Pero, en realidad, el agua es una sustancia de gran reaccionabilidad, con propiedades poco frecuentes, que la diferencian mucho, tanto física como químicamente, de la mayoría de los líquidos corrientes. Sabemos ahora que el agua y los productos de su ionización, los iones hidrógeno e hidróxilo, son los factores importantes en la determinación de la estructura y las propiedades biológicas de las proteínas, de los ácidos nucleicos, así como de las membranas, de los ribosomas y de otros muchos componentes celulares.
El agua tiene unas propiedades químicas y físicas que la hacen única frente a cualquier otro compuesto líquido. A continuación describimos detalladamente estas propiedades.
Propiedades físicas y enlace de hidrógeno en el agua
El agua posee un punto de fusión, un punto de ebullición, el calor de vaporización, el de fusión y la tensión superficial, más elevados que otros hidruros comparables, tales como el amoniaco (NH3) o el ácido sulfídrico (SH2),o para el caso, que la mayor parte de los líquidos corrientes. Todas estas propiedades indican que en el agua las fuerzas de atracción entre las moléculas y, por tanto, su cohesión interna, son relativamente elevadas.
Las potentes fuerzas intermoleculares en el agua líquida están originadas por la distribución específica de los electrones en la molécula de agua, que le confiere asimetría eléctrica. El átomo de oxígeno, más electronegativo, tiende a atraer los electrones no compartidos del átomo de hidrógeno, y deja desnudos los núcleos de hidrógeno. Esto hace que el átomo de oxígeno posea una carga parcial negativa, mientras que los átomos de hidrógeno poseen una carga parcial positiva. Aunque la molécula de agua no posee una carga neta, es un dipolo eléctrico.
Cuando dos moléculas de agua están muy próximas, se establece una atracción electrostática entre los dos dipolos. Ello va acompañado de una redistribución de las cargas electrónicas en ambas moléculas, lo cual las hace más sensibles para interaccionar con las moléculas de su alrededor. Este tipo de unión electrostática es lo que conocemos como enlace por puente de hidrógeno. Esta propiedad es la responsable de la elevada cohesión interna del agua líquida.
Los enlaces por puentes de hidrógeno se forman y se rompen mucho más rápidamente en los sistemas acuosos que la mayor parte de los enlaces covalentes. Este hecho, junto con su especificidad geométrica y su carácter direccional, proporciona a los enlaces de hidrógeno una gran ventaja biológica sobre los enlaces covalentes en los fenómenos biomoleculares que deben producirse a velocidades muy elevadas, tales como el plegamiento de proteínas en sus conformaciones nativas.
Propiedades disolventes del agua
El agua es un disolvente mucho mejor que la mayor parte de los líquidos corrientes. Muchas sales cristalizadas y otros compuestos iónicos se disuelven con facilidad en el agua, mientras son casi insolubles en los líquidos no polares.
Una amplia segunda clase de sustancias, que se disuelven en el agua con facilidad, comprende compuestos no iónicos pero de carácter polar, tales como los azúcares, los alcoholes sencillos, los aldehídos y las cetonas. Su solubilidad se debe a la tendencia de las moléculas de agua a establecer enlaces de hidrógeno con grupos funcionales polares, tales como los grupos hidróxilo de los azúcares, etc.
Idoneidad del entorno acuoso para los organismos vivos
Los organismos vivos se han adaptado efectivamente a su entorno acuoso y han desarrollado métodos para aprovechar las inusitadas propiedades del agua. El elevado calor específico del agua resulta útil para los grandes animales terrestres porque el agua del cuerpo actúa como un tampón térmico y permite que la temperatura del organismo permanezca relativamente constante aunque varíe la temperatura ambiente. Además, el elevado calor de vaporización del agua constituye el medio eficaz por el que los vertebrados pierden calor: por evaporación del sudor. El elevado grado de cohesión interna del agua líquida, a causa de la existencia de enlaces de hidrógeno, es explotado por las plantas superiores para el transporte de los elementos nutritivos en disolución, desde las raíces hasta las hojas. Incluso el hecho de que el hielo tenga una densidad menor que la del agua líquida y por ello flota, posee importantes ventajas biológicas en la ecología de los organismos acuáticos. Pero lo más fundamental para todos los organismos vivos es el hecho de que muchas propiedades biológicas importantes de las macromoléculas celulares, particularmente de las proteínas y de los ácidos nucleicos, derivan de sus interacciones con las moléculas de agua del medio que las rodea.
Las sales minerales
Las sales minerales desempeñan un papel activo en el funcionamiento biológico de los seres vivos. Podemos dividir los elementos inorgánicos en dos grupos. El primero, formado por el sodio, potasio, fosfato, bicarbonato y cloro, lo componen los elementos inorgánicos que se encuentran en disolución en forma de iones. Su principal función es la de regular la presión osmótica de los líquidos extracelulares así como del protoplasma celular. Así mismo, desempeñan otra serie de importantes funciones como: depositarse en órganos esqueléticos para darles consistencia (huesos, dientes, caparazones, etc.); intervenir en los fenómenos de contracción muscular y conducción nerviosa, etc.; en la regulación del equilibrio ácido-básico y en acciones específicas de los cationes tales como la regulación del ritmo cardíaco, etc.
El segundo grupo lo forman aquellos elementos inorgánicos que se encuentran ligados químicamente a estructuras orgánicas complejas en las cuales desempeñan funciones muy importantes; podemos citar varios ejemplos:
El hierro entra a formar parte de la hemoglobina o pigmento rojo de la sangre de los vertebrados; de los citocromos, etc. Como el hierro apenas se elimina del organismo, es utilizado varias veces cuando se destruyen los compuestos de que forma parte y por ello sus necesidades alimentarias son mínimas. No obstante, su escasez o carencia produce anemia.
El cobre entra a formar parte de la llamada hemocianina, pigmento de la sangre de los artrópodos y moluscos que tiene un papel semejante al de la hemoglobina.
El magnesio es básico para que las plantas verdes puedan formar la clorofila. Actúa, también, como catalizador de numerosas reacciones metabólicas.
El yodo es necesario para la formación de la hormona tiroxina cuya deficiencia origina la enfermedad denominada bocio.
Los hidratos de carbono, sacáridos o glúcidos se definen sencillamente como polihidroxialdehídos o polihidroxiacetonas y sus derivados. Muchos poseen la fórmula empírica (CH2O)n, que daba a entender, en su origen, que se trataba de "hidratos" de carbono. Los monosacáridos, también llamados azúcares sencillos, están constituidos por una sola unidad de polihidroxialdehído o polihidroxiacetona. El monosacárido más abundante es la D-glucosa, que tiene seis átomos de carbono; es el monosacárido originario del que se derivan muchos más. La D-glucosa es el combustible principal para la mayoría de los organismos vivos, y es también la unidad estructural básica de los polisacáridos más abundantes, tales como el almidón y la celulosa.
Los oligosacáridos contienen de dos a diez unidades de monosacáridos unidas mediante enlaces glucosídicos. Los polisacáridos contienen muchas unidades de monosacárido enlazadas, formando cadenas lineales o ramificadas. Muchos polisacáridos contienen unidades de monosacáridos que se repiten, bien de una sola clase, o de dos clases que se alternan.
Los polisacáridos desempeñan dos funciones biológicas principales: una como almacenadores de combustible y otra como elementos estructurales. En la biosfera hay, probablemente, más cantidad de glúcidos que de toda la demás materia orgánica junta, lo cual es debido en gran parte a la abundancia en el mundo de las plantas de dos polímeros de la D-glucosa: el almidón y la celulosa. El almidón es la principal forma de almacenamiento de combustible en la mayor parte de los vegetales, mientras que la celulosa es el principal componente extracelular de las paredes celulares rígidas y de los tejidos fibrosos y leñosos de los mismos. El glucógeno, que se parece al almidón en su estructura, es el principal glúcido de reserva de los animales. Otros polisacáridos desempeñan el papel de componentes principales de las paredes celulares de las bacterias y de las cubiertas celulares blandas de los tejidos animales.
Están formados por C,O e H, siendo frecuente que se unan a estos elementos el P, N y S. El carácter químico más generalizado entre los lípidos es contener en su molécula ácidos grasos. Sin embargo, estas características no son suficientes para definir a los lípidos químicamente, debiendo recurrirse a sus propiedades físicas para caracterizarlos. En efecto, todos los lípidos son más o menos untuosos al tacto, insolubles en el agua y solubles en disolventes orgánicos como el cloroformo, éter, etanol, xilol, etc.
Los lípidos desempeñan importantes funciones en los seres vivos, tales como ser componentes estructurales de las membranas, servir como formas de transporte y almacenamiento de combustible catabólico, así como cubierta protectora sobre la superficie de muchos organismos. Son también componentes de la superficie celular relacionados con el reconocimiento de las células, la especificidad de especie y la inmunidad de los tejidos. Además, algunas sustancias clasificadas entre los lípidos poseen una intensa actividad biológica, entre las que se encuentran algunas vitaminas y hormonas.
Los aminoácidos constituyen el alfabeto de la estructura proteica y determinan muchas de las propiedades importantes de las proteínas. Además de los 20 aminoácidos hallados como sillares de las proteínas, otros muchos aminoácidos presentes biológicamente desempeñan otras funciones en las células.
Los aminoácidos se caracterizan por poseer un grupo amino (-NH2) y otro ácido (-COOH), respondiendo a la siguiente fórmula general en la que R es un radical variable:
NH2
R-CH
COOH
El C central se denomina carbono a. Por el hecho de tener una función ácida y otra básica (el grupo amino), los aminoácidos se dice que son anfóteros, es decir, que se pueden comportar como un ácido o como una base, según sea el pH de la solución donde se encuentren. Así:
En medio ácido, los aminoácidos se comportan como bases.
En medio básico o alcalino, los aminoácidos se comportan como ácidos.
En cuanto a sus otras propiedades, destacan el ser solubles en agua, incoloros y cristalizables.
Aminoácidos constituyentes de las proteínas
En la figura 1 se muestra la estructura de los 20 a-aminoácidos hallados corrientemente en las proteínas, llamados también aminoácidos corrientes. Excepto la prolina, todos ellos tienen como denominadores comunes un grupo carboxilo libre y un grupo amino libre no sustituido en el átomo de carbono a. Difieren entre sí en la estructura de sus cadenas laterales distintivas, llamadas grupos R.
Se han propuesto varios métodos para clasificar los aminoácidos sobre la base de los grupos R. El más significativo se funda en la polaridad de los grupos R. Existen cuatro clases principales: 1) grupos R no polares o hidrófobos; 2) polares, pero sin carga; 3) grupos R con carga positiva, y 4) grupos R cargados negativamente (a pH 6,0-7,0, que es la zona del pH intracelular).
Los aminoácidos se suelen designar mediante símbolos de tres letras. Recientemente se ha adoptado también un conjunto de símbolos de una letra para facilitar la comparación de las secuencias aminoácidas de las proteínas homólogas.
Con la única excepción de la glicocola, todos los aminoácidos obtenidos a partir de la hidrólisis de las proteínas en condiciones lo suficientemente suaves muestran una actividad óptica; es decir, pueden hacer girar el plano de la luz polarizada cuando se examinan en un polarímetro.
Todos los aminoácidos que aparecen en la naturaleza y se han hallado en las proteínas pertenecen a la serie estereoquímica L.
Los aminoácidos para formar los péptidos se unen entre sí formando cadenas. Esta unión denominada enlace peptídico (-CO-N-) se lleva a cabo precisamente entre el grupo amino de un aminoácido y el grupo ácido de otro, con desprendimiento de una molécula de agua.
Las proteínas son los constituyentes químicos fundamentales de la materia viva, pues así como los glúcidos y lípidos se encuentran en las células como simples substancias inertes, los prótidos presentan actividad vital.
Químicamente tienen una característica esencial: que además de contener en su molécula C, O e H propios de los otros grupos de principios inmediatos, presentan N, elemento que por tanto las caracteriza. Son también frecuentes en ellas el S y el P, y no son raros el Fe y el Cu. Pero lo verdaderamente transcendental de las moléculas de proteínas es que los elementos químicos antes citados se agrupan para formar unos componentes elementales, los aminoácidos, que pueden considerarse como los ladrillos de los edificios moleculares proteicos.
Otra característica importante de las proteínas es que sus moléculas son de enorme tamaño (macromoléculas) y, por tanto, de elevado peso molecular. Así, lalactoalbúmina tiene un peso molecular del orden de 17.000; la albúmina de huevo, de 38.000; el fibrinógeno de la sangre de 500.000, etc., pero con la extraordinaria particularidad de que tales edificios moleculares se forman y desmoronan con gran facilidad y a ello debe precisamente la materia viva su constante renovación.
Las propiedades más destacadas de las proteínas son las siguientes:
Forman soluciones coloidales, capaces de precipitar con formación de coágulos al ser tratadas con soluciones salinas, ácidos, etc., o calentadas a temperaturas superiores a los 70ºC (recuérdese como la leche forma coágulos; como la clara de huevo se coagula por calor, etc.). Algunas proteínas pueden cristalizar.
Una de las propiedades más características de las proteínas es su especificidad, es decir, que cada especie animal o vegetal fabrica sus propias proteínas distintas de las demás especies, y aún dentro de la misma especie, hay diferencias entre los distintos individuos, lo que no ocurre con los glúcidos y los lípidos, que son comunes a todos los seres vivos. La diferencia entre las proteínas de las distintas especies animales o vegetales e incluso de los distintos individuos, obedece a la forma de sucederse los aminoácidos en sus moléculas. Biológicamente, la especificidad de las proteínas es trascendental, pues cuando una proteína de un organismo se introduce en otro como un cuerpo extraño, como un elemento tóxico, el organismo que la recibe se defiende con intensas reacciones. Todo ello es de gran importancia a la hora de aplicar sueros sanguíneos, realizar trasplantes o injertos, etc.
Las proteínas son los principios inmediatos esencialmente plásticos, es decir, se incorporan a los organismos edificando la propia materia de éstos. Sólo excepcionalmente actúan como fuente de energía.
Cuando una proteína se descompone por hidrólisis, origina unas substancias de molécula más sencilla, denominadas péptidos, y estos a su vez, al descomponerse originan los llamados aminoácidos, que por tanto son, como hemos dicho, los ladrillos o piezas fundamentales que forman los edificios moleculares proteicos.
Durante los últimos años los estudios llevados a cabo especialmente con el análisis por difracción de rayos X y otros métodos físicos complementarios, han permitido conocer cómo se agrupan y disponen en el espacio las cadenas de polipéptidos, para formar las proteínas, es decir, han permitido descubrir su estructura tridimensional. De acuerdo con dichos estudios podemos distinguir en las proteínas cuatro niveles estructurales: primario, secundario, terciario y cuaternario.
La estructura primaria indica la secuencia de los aminoácidos; la estructura secundaria puede ser en lámina plegada o estructura a; la estructura terciaria es la disposición en el espacio de la proteína y la estructura cuaternaria, es la estructura tridimensional formada por varias subunidades de proteína. Los principales tipos de proteínas son las holoproteínas (albúminas, globulinas y proteínas fibrilares) y las heteroproteínas (glucoproteídos, fosfoproteídos, cromoproteídos y nucleoproteídos). La biosíntesis de las proteínas se realiza en los ribosomas como consecuencia de la traducción del ARNm.
Las enzimas son los catalizadores biológicos que permiten que se realicen las reacciones biológicas en condiciones suaves.
Al igual que las enzimas, las vitaminas son otro grupo de biocatalizadores indispensables para el buen funcionamiento de los seres vivos. Desde el punto de vista químico, las vitaminas poseen una composición muy variada. Por ello, el denominador común que las agrupa es su papel fisiológico como sustancias biocatalizadores de los complicados procesos químicos que tienen lugar en el seno de la materia viva.
La falta, o mejor dicho, deficiencia vitamínica en las reacciones acarrea en los organismos serias perturbaciones que se conocen con el nombre de "carencias vitamínicas" o "avitaminosis", aunque es mucho más correcto denominarlas "hipoavitaminosis", ya que en la práctica tales enfermedades obedecen no a la falta total de vitaminas, sino a una notoria disminución en su aporte alimenticio.
Clásicamente, se han establecido dentro de las vitaminas dos grupos: según su capacidad de disolución en el agua o en las grasas. Así, se dividen en liposolubles(solubles en las grasas o en los disolventes de éstas) e hidrosolubles(solubles en el agua).
El ácido desoxirribonucleico (DNA) y el ácido ribonucleico (RNA) son macromoléculas catenarias que actúan en el almacenamiento y en la transferencia de la información genética. Son componentes principales de las células, y constituyen, en conjunto, entre el 5 y el 15 por ciento de su peso seco. Los ácidos nucleicos están también presentes en los virus, complejos de proteína y en ácidos nucleicos infecciosos capaces de dirigir su propia réplica al infectar a una célula huésped específica. Aunque los ácidos nucleicos reciben esta denominación porque el DNA fue aislado por primera vez del núcleo celular, tanto el DNA como el RNA se encuentran también en otras partes de las células.
Al igual que los aminoácidos son los sillares, o unidades monómeras, de los polipéptidos, los nucleótidos son las unidades monómeras de los ácidos nucleicos. La analogía entre las proteínas y los ácidos nucleicos puede llevarse aún más lejos. Así como un tipo de molécula proteica se distingue de otra por la secuencia de las cadenas laterales características, o grupos R, de los aminoácidos monómeros, también cada tipo de ácido nucleico se distingue por la secuencia de las bases heterocíclicas características de sus monómeros nucleotídicos.
Las unidades monómeras del DNA se llaman dexosirribonucleótidos y las del RNA, ribonucleótidos. Cada nucleótido contiene tres componentes característicos: una base nitrogenada heterocíclica, que es un derivado de la purina o de la pirimidina; una pentosa, y una molécula de ácido fosfórico
