2. Les molècules de la vida

CONTINGUTS DE LA UNITAT

1. Lògica molecular dels éssers vius

2. L’aigua, la base de vida

3. Les biomolècules orgàniques

3.1 Els glúcids

3.2 Els lípids

3.3 Les proteïnes

3.4 Els àcids nucleics

INTRODUCCIÓ

Hem vist que els éssers vius no presenten diferències significatives amb la matèria inerta quan ens fixem en els elements que els formen.

C, H, O, N, Ca, P, S, Mg… tots aquests bioelements també els trobem fora de la matèria viva. No són exclusius dels éssers vius. Tot i que no podem obviar que l’abundància relativa presenta diferències significatives. Les diferències entre la matèria inerta i la matèria viva, doncs, on són?… Es poden observar a escala molecular? Hi ha molècules exclusives dels éssers vius?

Aquí sí que la vida comença a manifestar que té uns altres requeriments, que és capaç de “fabricar” molècules molt complexes, pròpies dels éssers vius. Són molècules que a més, desenvolupen una tasca determinada. Són biomolècules.

En aquesta unitat estudiem quines són les molècules que formen part dels éssers vius. Per simplificar el seu estudi les classificarem en dos grans grups:

Biomolècules inorgàniques: l’aigua i les sals minerals

Biomolècules orgàniques: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics

1. Lògica molecular dels éssers vius

Quan fem una anàlisi física de la matèria viva fins arribar a obtenir les substàncies que la composen s’obtenen els anomenats principis immediats o biomolècules. Arribem a obtenir aquestes molècules mitjançant tècniques com l’evaporació, la filtració, la destil·lació, la diàlisi, la cristal·lització, l’electroforesi i la centrifugació.

Les biomolècules que s’obtenen són de dos tipus: inorgàniques, com l’aigua i les sals minerals o orgàniques, és a dir constituïdes bàsicament per cadenes de carboni i hidrogen, com els glúcids, els lípids, les proteïnes i els àcids nucleics.

Els éssers vius es caracteritzen per una sèrie d’atributs:

1. L’atribut més destacable dels éssers vius és la seva complexitat i alt grau d’organització, independentment de la seva mida.

2. Cada componentun propòsit o funció específica (a nivell micro i macromolecular, fins i tot les concentracions d’ions).

3. Extreuen, transformen i utilitzen energia del seu entorn, amb un 100% d’eficiència (per edificar i mantenir les seves estructures).

4. S’autorepliquen amb precisió, generant còpies d’ells mateixos exacta. Això ve donat per l’ADN i els mecanismes de replicació.

5. Els éssers vius són autopoètics, això vol dir que tenen la capacitat d’automantenir-se i autorenovar-se gràcies a un metabolisme intern que pot respondre als estímuls. S’aplica específicament a la propietat inherent de les cèl·lules, que les fa diferenciar-se dels sistemes moleculars no vius i dels virus, que no són autopoètics.

Això queda millor explicat en aquest text: Lògica molecular dels éssers vius, del llibre de Bioquímica de Lenhinger.

Si vols fer una explicació més extensa, pots llegir el capítol 1del llibre: La lógica molecular de la vida

2. L’aigua, la molècula de la vida

L’aigua és el compost més abundant de la vida, normalment sol constituir entre el 60-95% de la massa d’un organisme.

Sense aigua, la vida no seria possible. La seva importància per als éssers vius és doble, ja que és alhora un component fonamental de les cèl·lules i, per a molts, el seu hàbitat. Cal sospitar que es tracta d’una substància d’unes característiques especials, sobretot si la comparem amb altres molècules de fórmula semblant.

Les especials propietats de l’aigua deriven de la seva estructura molecular, la qual presenta tres característiques fonamentals: la seva petita mida, la seva polaritat i la capacitat per formar enllaços entre les seves pròpies molècules.

L’aigua té una estructura molecular simple. Està composta per un àtom d’oxigen i dos d’hidrogen. Cada àtom d’hidrogen es troba unit covalentment a l’oxigen per mitjà d’un parell d’electrons d’enllaç. L’oxigen té a més dos parells d’electrons no enllaçants. D’aquesta manera hi ha quatre parells d’electrons envoltant a l’àtom d’oxigen: dos parells formant part dels enllaços covalents amb els àtoms d’hidrogen i dos parells no compartits al costat oposat.

L’oxigen és un àtom electronegatiu o “amant” dels electrons, a diferència de l’hidrogen.
Això provoca que l’aigua sigui una molècula “polar”; és a dir, hi ha en ella una distribució irregular de la densitat electrònica. Per aquesta raó, l’aigua posseeix una càrrega parcial negativa prop de l’àtom d’oxigen i una càrrega parcial positiva prop dels àtoms d’hidrogen.

Extret de https://bachinuria.files.wordpress.com/2016/11/agua.jpg?w=600

Cada molècula d’aigua constitueix, per tant, un dipol. Quan dues molècules d’aigua s’aproximen, es produirà una atracció electroestàtica entre zones de signe oposat, originant un enllaç del tipus pont d’hidrogen. Una atracció electroestàtica entre la càrrega parcial positiva propera als àtoms d’hidrogen i la càrrega parcial negativa propera a l’oxigen dona lloc a un enllaç d’hidrogen (pont d’hidrogen).

Una altra manera d’explicar-te el mateix:

L’electronegativitat és la capacitat d’un àtom per a atreure els electrons compartits en un enllaç covalent.

Com l’oxigen és més electronegatiu que l’hidrogen, és més probable que els electrons, que posseeixen càrrega negativa, estiguin més a prop de l’àtom d’oxigen que del d’hidrogen, la qual cosa provoca que cada àtom d’hidrogen tingui una certa càrrega positiva que s’anomena càrrega parcial positiva, i el d‘oxigen, una càrrega parcial negativa, ja que té els electrons més a prop. Això vol dir que l’aigua és una molècula polar, ja que té una part o pol negativa i una altra positiva, tot i que el conjunt de la molècula és neutre.

D’aquest caràcter polar deriven gairebé totes les seves propietats fisicoquímiques i biològiques.

Quan dues molècules d’aigua estan molt a prop entre si s’estableix una atracció entre l’oxigen d’una de les molècules, que té càrrega parcial negativa, i un dels hidrògens de l’altra molècula, que té càrrega parcial positiva. Una interacció d’aquest tipus s’anomena enllaç o pont d’hidrogen, i les molècules d’aigua s’ordenen de tal manera que cada molècula pot associar-se amb quatre més. Aquesta interacció és la que es dona amb el gel.

Un vídeo sobre l’aigua i la seva polaritat que li permet formar els enllaços o ponts d’hidrogen

L’aigua és capaç de dissoldre un elevat nombre de compostos en el seu si a causa del seu caràcter polar. Així, amb les sals, que són substàncies iòniques, la molècula d’aigua orienta els seus pols en funció de les càrregues dels ions, oposant el pol negatiu als ions positius (cations de la sal) i el pol positiu als ions negatius ( anions de la sal). Amb substàncies covalents polars, com l’etanol, l’aigua actua de manera semblant, oposant un pol enfront del pol de signe contrari de la substància.

La calor específica és la quantitat de calor que cal administrar a un gram d’aigua per elevar 1?°C la seva temperatura, mentre que la calor de vaporització és la quantitat de calor que cal aplicar a un gram de líquid perquè passi a un gram de vapor. L’aigua té elevada calor específica i de vaporització a causa dels ponts d’hidrogen, ja que per elevar la seva temperatura, les molècules d’aigua han d’augmentar la seva vibració i, per això, trencar enllaços d’hidrogen.

L’aigua, per la seva elevada calor específica, permet que la temperatura de l’organisme romangui relativament constant encara que variï la temperatura ambient, mentre que per la seva elevada calor de vaporització permet que els vertebrats tinguin un mitjà eficaç per perdre calor mitjançant l’evaporació de la suor.

A més, l’aigua en dissolució s’ionitza en petita proporció, produint-se el següent equilibri:


Aquest equilibri constituirà la base per a l’escala de pH. Consulta la web d’EcuRed per ampliar els coneixements sobre la ionització de l’aigua.

La idoneïtat de l’entorn aquós per als éssers vius és conseqüència d’aquestes propietats fisicoquímiques. Per exemple, els compostos reaccionen millor com més disgregats estiguin, el que s’afavoreix en medi aquós per a compostos iònics i polars. Gràcies a la seva capacitat dissolvent, a la seva elevada constant dielèctrica i al seu baix grau d’ionització (Kw=10–14) l’aigua és el medi en què es produeixen totes les reaccions del metabolisme, participant en moltes d’elles com a substrat o com a producte. Un exemple són les reaccions de hidròlisi que es produeixen en la digestió o en l’oxidació dels macronutrients (

Aquesta presentació recull les propietats de la molècula de l’aigua:

Recursos per l’estudi de “L’aigua: la molècula de la vida

Tens un article al Naturalsom per ampliar informació: L’aigua i el cos humà

Una explicació amb animacions sobre l’estructura de la molècula de l’aigua i la relació amb el pH

La molècula de l’aigua i els ponts d’hidrogen i una senzilla animació

Tensió superficial i una altra bona explicació de la Tensió superficial

Simplemente, agua. Uns apunts molt ben explicats del  José Carlos Canalda, Doctor en Química del CSIC.

La química del agua

La molècula d’aigua

Les propietats de l’aigua (text)

Propiedades físico-químicas del agua (web)

L’aigua (Acadèmia Khan)

Contingut d’aigua en teixits i espècies (taula)

La distribució de l’aigua animal i el curiós cas del potassi (Cultura Científica)

Propiedades del agua

El agua como disolvente

L’aigua com a dissolvent (anglès)

Animació de l’estructura química de l’aigua

Animació sobre els fonaments de l’aigua i el pH

Animació sobre l’osmosi

Les sals minerals

Les sals minerals es poden trobar de diverses maneres en els éssers vius:

– Com a sals precipitades en estructures sòlides. Proporcionen sosteniment o protecció, externa o interna, a les parts toves de l’organisme (closques dels mol·luscs, ossos dels vertebrats, conquilles dels foraminífers, espícules de les esponges…).

– Com a sals dissoltes en els líquids dels organismes.Quan una sal es dissol, es dissocia en els ions que la constitueixen (positius o cations i negatius o anions). Aquests ions poden actuar en alguns processos fisiològics.

– Formant part de biomolècules (per exemple, I per fabricar hormones tiroïdals, PO43+ dels fosfolípids de les membranes biològiques, Fe2+ de l’hemoglobina,Mg2+ de la clorofil·la…).

Uns apunts breus, amb informació bàsica.

Uns apunts amb informació completa i extensa.

Bons apunts sobre sals minerals

3. Les biomolècules orgàniques

En les següents pàgines del Naturalsom trobaràs més informació

3.1. Els glúcids

3.2. Els lípids

3.3. Les proteïnes

3.4. Els àcids nucleics

Share