LA LOGIGA MOLECULAR DE LOS ORGANISMOS VIVOS

LA LOGIGA MOLECULAR DE LOS ORGANISMOS VIVOS
Los seres vivos están integrados por moléculas inanimadas que se
ajustan a todas las leyes físicas y químicas que rigen el comportamiento de la
materia inerte.
Los organismos vivos poseen unos atributos que no se
encuentran en la materia inanimada como son:

Complejidad y organización:
Poseen
estructuras
internas
complejas
formadas
por
numerosas
moléculas complejas.

Cada una de las partes que componen la materia viva cumple un rol
específico:
Esto se cumple no sólo para las estructuras intracelulares, sino también
para los compuestos químicos de la célula (lípidos, proteínas y ácidos
nucleicos).

Son capaces de extraer y transformar la energía de su entorno:
El ser vivo utiliza materias primas sencillas para producir o transformar
energía, la cual es utilizada para edificar y mantener sus propias e
intrincadas estructuras.

Posee la capacidad de duplicarse:
El ser vivo posee la capacidad de reproducirse, elaborando copias exactas
de si mismo, logrando así la persistencia del ser vivo en nuestro planeta.
BIOQUIMICA DEL ESTADO VITAL
¿A qué se debe que moléculas inanimadas den origen a seres vivos?
Los filósofos medievales hubieran apelado al vitalismo, doctrina
superticiosa sin basamento científico. La bioquímica actual estudia de que
modo el conjunto de materias inanimadas que constituyen los organismos
vivos se influyen mutuamente para mantener y perpetuar el estado de vida.
Como los seres vivos están constituidos por moléculas que ejercen entre sí
interacciones específicas, debemos considerar el concepto de que la biología
es química. La biología es una superquímica que comprende pero al mismo
tiempo trasciende, los campos tradicionales de la química.
Las moléculas que integran los organismos vivos no solamente se
rigen por todos los principios físicos y químicos familiares que gobiernan el
comportamiento de la materia inanimada, sino que, además ejercen acciones
mutuas de acuerdo con otro modo colectivo como la lógica molecular de la
vida.
Existe un conjunto de “Reglas Fundamentales” que gobiernan la
naturaleza, la función y las interacciones de los tipos específicos de las
moléculas presentes en los organismos vivos, y les dotan de la capacidad de
organizarse y replicarse por si mismos.
BIOMOLECULAS:
La composición química de los seres vivos es, cualitativamente, muy
diferente de 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.
contienen también nitrógeno.
Muchas biomoléculas orgánicas
Por el contrario, los elementos nitrógeno y
carbono no son abundantes en la materia inerte y se encuentran en la
atmósfera y en la corteza terrestre en formas inorgánicas sencillas, tales
como, dióxido de carbono, nitrógeno molecular, carbonatos y nitratos.
Los compuestos orgánicos presentes en la materia viva muestran
enorme variedad y la mayor parte de ellos son extraordinariamente
complejos; las mas sencillas de las células, las bacterias contienen gran
número de distintas moléculas orgánicas. Las proteínas y los ácidos nucleicos
son moléculas complejas y solamente se conoce la estructura de unas pocas.
Si consideramos ahora organismos mayores y más complejos como
son los animales y las plantas superiores hallaremos que también contienen
proteínas y ácidos nucleicos y en mucha mayor variedad; cada especie de
organismos posee su propio conjunto de moléculas proteicas y de ácidos
nucleicos químicamente diferentes.
Parecería una empresa sin esperanza que los bioquímicos intentaran
aislar, identificar y sintetizar todas las diferentes moléculas orgánicas
presentes en la materia viva. Constituye una paradoja, sin embargo, que la
inmensa diversidad de moléculas orgánicas de los organismos vivos se puede
reducir en último término, a una casi absurda complicidad.
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.
En las proteínas sólo se encuentran 20 tipos de aminoácidos
diferentes, pero están ordenados en muchas secuencias distintas, de modo
que forman numerosos tipos de proteínas.
Además, los 20 aminoácidos distintos constituyentes de las proteínas y
los cinco nucleotidos 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, poseen otra sorprendente característica cada una de ellas
desempeña diversas funciones en las células vivientes y algunas son
extremadamente versátiles que realizan buen número de funciones.
Los
aminoácidos no sólo actúan como sillares de construcción de las moléculas
proteicas, sino también como precursores de las hormonas, los alcaloides, las
porfirinas, los pigmentos y otras muchas biomoléculas. Las mononucleotidos
no sólo constituyen las unidades fundamentales de los ácidos nucleicos sino
que actúan también como coenzimas y moléculas transportadoras de energía.
Podemos ver que en la organización molecular de la célula existe una
simplicidad fundamental: Los millares de macromoléculas diferentes que la
forma están construidas con sólo unas pocas moléculas sencillas, que son las
sillares de su estructura. Podemos ver que la identidad de cada una de las
especies de organismos está preservada por su posesión de un conjunto
distintivos de ácidos nucleicos y de proteínas.
TRANSFORMACIONES ENERGETICAS EN LAS CELULAS VIVAS
La complejidad molecular y la ordenación estructural de los
organismos vivos, en contraposición al azar que reina en la materia inerte,
tiene unas implicaciones profundas para el físico científico. La segunda ley de
la termodinámica establece que los procesos físicos y químicos tienden a
aumentar el desorden o el caos, en el mundo es decir su entropía.
La primera Ley de la Termodinámica establece que la energía no
puede crearse ni destruirse. Los organismos vivos absorben una forma de
energía que le es útil en las condiciones especiales de temperatura y presión
en que viven y entonces devuelven al ambiente una cantidad equivalente de
energía. La energía útil que toman las células se denomina energía libre y se
define como el tipo de energía capaz de realizar trabajos a temperatura y
presión constante.
Los organismos vivos crean y mantienen su ordenación, esencial a
expensas de su entorno, al que transforman haciéndolo cada vez más
desordenado y caótico. Utilizando el lenguaje termodinámico, los organismos
vivos son sistemas abiertos porque intercambian materia y energía con su
entorno. La característica de los sistemas abiertos es que no se hallan en
equilibrio con su entorno.
Los organismos vivos se hallan en estado estacionario que es cuando
un sistema abierto la velocidad de transferencia de materia y energía desde
el entorno al sistema se halla compensado por la velocidad de transferencia
de materia y energía hacia el exterior del sistema.
Las células vivas son muy eficaces en la manipulación de la energía y
de la materia.
La maquinaria de transformación de energía de las células vivas está
construida
por entero con moléculas orgánicas relativamente frágiles e
inestables, incapaces de resistir temperaturas elevadas, corrientes eléctricas
intensas o concentraciones extremas de ácidos o de bases. La célula viva es
por tanto, esencialmente isotérmica, en un instante determinado todas sus
partes tienen prácticamente la misma temperatura. La célula viva es una
máquina química isotérmica.
REACCIONES QUIMICAS EN LAS CELULAS VIVAS
Las células pueden actuar como máquinas químicas, porque poseen
enzimas, catalizadoras capaces de aumentar mucho la velocidad de
reacciones químicas específicas. Las enzimas son moléculas proteicas muy
especializadas elaboradas por las células a partir de aminoácidos sencillos.
Cada enzima solamente puede catalizar un tipo específico de reacción
química. En milésimas de segundo pueden catalizar secuencias de reacciones
muy complejas, las cuales requerirían días, semanas o meses de
funcionamiento en el laboratorio químico.
Las reacciones catalizadas enzimaticamente tienen lugar con un
rendimiento del 100% y no hay subproductos.
Los organismos vivos pueden llevar a cabo de modo simultáneo,
muchas reacciones individuales diferentes sin perderse en un mar de
subproductos inútiles.
EL PRINCIPIO DE LA COMPLEMENTARIDAD ESTRUCTURAL
Las moléculas enzimáticas tienen que combinarse con sus sustratos
durante el ciclo catalítico, y el centro activo de la molécula de la enzima
solamente aceptará como sustratos aquellas moléculas que se adapten a él,
con una complementariedad casi perfecta.
Los centenares de reacciones
químicas, catalizadas enzimaticamente no se realizan de modo independiente
unas de otras sino que están relacionadas entre sí y constituyen muchas
secuencias diferentes de reacciones consecutivas que poseen intermediarios
comunes, de modo que el producto de la primera reacción se convierte en el
sustrato o reactante de la segunda y así sucesivamente. Esta ordenación
determina diversas consecuencias biológicas importantes.
Una de ellas consiste en que tales sistemas de reacciones químicas se
canalicen por rutas específicas; otra es que las reacciones secuenciales hacen
posible la transferencia de energía química en condiciones isotérmicas.
Las células vivas pueden dividirse en dos grandes clases según el tipo
de energía que obtienen de su entorno. Las células fotosintéticas utilizan la
luz solar como principal fuente de energía: la energía radiante es absorbida
por el pigmento clorofila y transformada en energía química.
Las células
heterotróficas aprovechan la energía de las moléculas orgánicas muy
reducidas, ricas en energía, que obtienen de su entorno, como la glucosa.
El trifosfato de adenosina o A.T.P.; el cual actúa como el transportador
de energía más importante en las células de todas las especies vivientes. La
función biológica específica del sistema A.T.P.-A.D.P. como nexo de unión
entre dos grandes redes de reacciones enzimáticas en la célula, es posible
gracias a una serie consecutiva de reacciones químicas.
AUTORREGULACION DE LAS REACCIONES CELULARES
La conexión de reacciones catalizadas por enzimas, en secuencias de
reacciones consecutivas, hace posible canalizar ordenadamente los millones
de reacciones químicas que se suceden en las células, de modo que las
biomóleculas específicas necesarias para la estructura y función celulares
tengan lugar en cantidades y velocidades adecuadas para mantener el estado
estacionario normal. La velocidad de una reacción específica en una porción
de la compleja red de reacciones enzimáticas de la célula puede ser
controlada o modulada por las velocidades de las reacciones de otra parte de
la red.
Algunas enzimas de la célula, especialmente las que se hallan al
comienzo de una secuencia de reacciones o en un punto de ramificación de la
secuencia, actúan como enzimas “reguladores”; son inhibidas por el producto
final de la secuencia reaccional.
Las células vivas poseen, además, la capacidad de regular la síntesis
de sus propios catalizadores.
Tales propiedades de autoajuste y autoregulación son fundamentales
para mantener el estado estacionario de la célula viva y son esenciales para
su eficacia en la transformación de la energía.
AUTOREPLICA DE LOS ORGANISMOS VIVOS
La propiedad más notable de las células vivas es su capacidad de
reproducirse con fidelidad casi perfecta, no solamente una o diversas, lo que
ya sería bastante notable sino por centenares y millares de generación. Los
símbolos en que está codificada la información poseen las dimensiones de
partes de simples moléculas de A.D.N.
La notable capacidad de las células vivas para preservar su
información genética es el resultado de la complementariedad estructural.
Una hebra de A.D.N. actúa como patrón par ala réplica enzimática de
otra hebra de A.D.N. estructuralmente complementaria.
La molécula de A.D.N. puede escindirse con frecuencia, pero es
reparada con rapidez y automáticamente. No es frecuente que se produzcan
errores o mutaciones.
La información unidimensional del A.D.N. es transferida a la
información tridimensional inherente a los componentes macromoleculares de
los organismos, gracias a la traslación de la estructura del A.D.N. a la
estructura proteica.
Una célula es un sistema abierto isotérmico que se
ensambla, ajusta y perpetua por si misma. El sistema está constituido por
muchas reacciones orgánicas consecutivas y ligadas, promovidas por unos
catalizadores orgánicos producidos por la célula; opera según el principio de
máxima economía y procesos.