La composició química dels àcids nucleics

Amb aquest post comencem l'última unitat dedicada a la bioquímica d'aquest curs. Fins ara hem estudiat els lípids, els glúcids i les proteïnes i ara toca estudiar l'última de les biomolècules: els àcids nucleics.

Els àcids nucleics són polímers de caràcter àcid que es troben en el nucli de les cèl·lules i constitueixen el seu material genètic. Genèricament són monòmers als que anomenem nucleòtids constituïts per un àcid fosfòric, una molècula de caràcter bàsic rica en nitrogen anomenada base nitrogenada i una pentosa. 
Tal i com vam estudiar en la unitat dedicada als glúcids, les pentoses són monòmers que responen a l'estructura genèrica H10C5O5. Vam comentar llavors que hi havia dos molt importants pertanyents a aquest grup: la ribosa i la 2-desoxiribosa. Doncs bé, aquestes dos són les pentoses pròpies dels àcids nucleics. Concretament la Ribosa és la pentosa del RNA i la 2-desoxiribosa és la pentosa del DNA. En aquest últim cas es tracta d'una ribosa a la que li manca un grup hidroxil (-OH). Tal i com us podeu imaginar, no podem trobar en una mateixa cadena d'àcid nucleic les dues pentoses, o hi té presència una o l'altre.
Respecte a les bases nitrogenades en diferenciem cinc: l'adenina (A), la guanina (G), la citosina (C), la timina (T) i l'uracil(U).
L'adenina i la guanina tenen una estructura semblant a una molècula anomenada purina i per això s'anomenen bases púriques. D'altre banda la citosina, la timina i l'uracil tenen una estructura semblant a una molècula anomenada pirimidina, per això també són anomenades bases pirimidíniques. Una altre aspecte a tenir en compte és que tant l'adenina, la guanina i la citosina es presenten d'igual forma tant en el RNA com en el DNA, però el cas de la timina i l'uracil és diferent. La timina és exclusiva del DNA i l'uracil és exclusiu del RNA de manera que alternen la seva presència d'un a l'altre.

Un altre concepte que cal comentar és que per formar-es un nucleòtid cal que primer es formi un nucleòsid. Els nucleòsids són la unió d'una pentosa amb una base nitrogenada mitjançant un enllaç N-glicosídic entre el carboni 1 de la pentosa i el nitrogen 1 de la base nitrogenada si aquesta és pirimidínica, o el nitrogen 9, si aquesta és una base púrica.

Quan les bases nitrogenades s'uneixen a una ribosa el nucleòsid s'anomenarà afegint la terminació -osina al nom de la base nitrogenada: adenosina, guanosina, citidina i uridina.
Si en lloc d'una ribosa és una 2-desoxiribosa, si anteposa el prefix desoxi- als noms anteriors: desoxiadonosina, desoxiguanosina, desoxicitidina i desoxitimidina.

Quan el nucleòsid s'uneix a un àcid fosfòric es forma el nucleòtid. L'enllaç que els uneix s'anomena enllaç fosfoèster i es forma entre el grup hidroxil del cinquè carboni de la pentosa i l'àcid fosfòric. Aquest grup té un caràcter molt àcid ja que en dissolució aquosa, l'àcid fosfòric s'ionitza.
Normalment aquest grup s'anomena afegint al nom del nucleòsid el terme 5'-monofosfat, tot i que a la pràctica se sol utilitzar la inicial de cada base nitrogenada per a referir-nos al nucleòtid.

Així doncs, tal i com hem dit al principi, els àcids nucleics són polímers de nucleòtids que s'uneixen entre sí mitjançant un enllaç fosfodièster entre el radical hidroxil (-OH) del carboni 3' de l'últim nucleòtid i el radical fosfat del carboni 5':

Per últim comentar que aquests polímers, al igual que les proteïnes presenten diferents nivells estructurals. L'estructura primaria és la seqüència de nucleòtids que presenta la cadena, és a dir, la informació biològica o genètica de l'àcid nucleic i que a diferència de les proteïnes, on es una seqüència fixa que es repeteix, aquí la seqüència és tan llarga com llarga sigui la cadena de nucleòtids.
La resta de nivells estructurals depenen en gran mesura de si es tracta de DNA o RNA, per tant en parlarem quan desenvolupem aquests punts.

Respecte a les funcions que poden efectuar els nucleòtids quan es troben lliures a la cèl·lula i no formant part dels àcids nucleics en tenim principalment tres:

• Poden actuar com a coenzims, és a dir, participen activament en determinades reaccions metabòliques, per exemple el coenzim A (CoA) derivat de l'ADP.
• Poden actuar com a donadors d'energia (nucleòtids trifosfats), és a dir, transporten energia química i transfereixen grups fosfats en reaccions metabòliques. Per exemple l'ATP imprescindible en la respiració cel·lular.
• Poden actuar com a mediadors en processos hormonals i controlant la velocitat de nombroses reaccions intracel·lulars. Per exemple l'AMPc (adenosinamonofosfat cíclic) un derivat de l'AMP.

Bé, fins aquí el primer post sobre els àcids nucleics. En el pròxim post parlarem del DNA.

Lípids i àcids grassos

Els lípids són biomolècules orgàniques generalment insolubles en aigua i en altres dissolvents polars però solubles en dissolvents orgànics no polars. Són un grup molt heterogeni de substàncies constituïts bàsicament per carboni i hidrogen que a més presenten oxigen en proporcions molt baixes. Alguns lípids contenen a més, fòsfor, nitrogen i sofre.
No formen polímers i a nivell estructural ocupen poc espai, ja que no contenen grups OH. S'associen entre ells mitjançant enllaços covalents.
Tenen diverses funcions:

• Combustible: Per la seva estructura s'oxiden més i per tant quan són metabolitzats produeixen més energia que no pas els glúcids (9,3 Kcal/g).
• Reserva d'energia: Els lípids es poden acumular en forma de triacilglicèrids en el teixit adipós dels animals i en forma de albumen en les llavors dels vegetals.
• Formen part de la membrana cel·lular com el colesterol i els fosfoglicèrids.
• Actuen com a protectors d'òrgans impermeabilitzant les fulles de les plantes, formant part de les partes cel·lulars de molts bacteris, de l'exosquelet dels insectes, de la pell, del pel i les plomes dels vertebrats, etc. Així mateix també poden actuar com a protecció mecànica de diferents parts del cos.
• Actuen com a aïllants tèrmics, ja que una capa de greix ajuda a disminuir la pèrdua de calor.
• També són reguladors, ja que moltes vitamines importants són estructures lipídiques (vitamina A, E, D i K), les hormones sexuals també ho són i moltes altres substàncies amb funcions diverses com els àcids biliars o les prostaglandines.

Els lípids es classifiquen segons estiguin constituïts per àcids grassos o no.
Aquells que tenen àcids grassos, és a dir, són lípids saponificables es poden diferenciar entre:

• Lípids simples:

• Acilglicèrids
• Cèrids

• Lípids complexos:

• Fosfoglicèrids
• Fosfoesfingolípids
• Glicoesfingolípids

Els lípids que no contenen àcids grassos, és a dir, insaponificables es poden classificar en:

• Terpens
• Esteroides
• Prostaglandines

Àcids grassos:
S'estructuren en cadenes lineals de carboni amb un grup carboxil (-COOH) en un extrem. Aquest fet fa que aquestes molècules siguin amfipàtiques: un cap hidròfil (grup carboxil) i una cua hidròfoba (cadena de carbonis). Es classifiquen segons el número de carbonis i la posició i número d'enllaços dobles entre els carbonis:

• Àcids grassos saturats: Els carbonis de la cadena no presenta enllaços dobles per tant formen una estructura lineal. També s'anomenen greixos trans ja que estructuralment s'organitzen d'aquesta forma. Són sòlids a temperatura ambient ja que les cadenes es situen paral·lelament i tendeixen a unir-se entre sí mitjançant forces de Van der Walls que fan l'estructura estable. Com més llarga sigui la cadena més forces de Van der Walls poden establir i per tant més alt és el seu punt de fusió.Exemple: àcid palmític.
• Àcids grassos monoinsaturats: Presenten un sol enllaç doble entre carbonis que fa que l'estructura formi un colze. Aquesta estructura no lineal fa que establir forces de Van der Walls entre cadenes sigui més complex fet que redueix el seu punt de fusió. Exemple: l'àcid oleic.
• Àcids grassos poliinsaturats: Presenten més d'un enllaç doble entre carbonis al llarg de la cadena. Aquestes estructures presenten múltiples colzes fet que dificulta l'establiment de forces de Van der Walls i per tant el seu punt de fusió és encara més baix. Exemple: àcid linoleic.

 A part del punt de fusió cal comentar diverses propietats importants:

• Esters: es formen a partir d'una reacció d'esterificació en la que un àcid gras simple reacciona amb un alcohol alliberant-se una molècula d'aigua. Quasi tots els àcids grassos es presenten en forma d'esters que durant la digestió s'hidrolitzen donant lloc a àcids grassos que desprès el cos aprofita per a elaborar les seves estructures.
• Són generalment insolubles en aigua: Estructuralment són molècules amfipàtiques que tenen un cap hidròfil i una cua hidròfoba. El cap pot perdre hidrògens en presència d'aigua, però es tant poca la seva capacitat d'ionització que quan es tracta d'àcids grassos amb una cua llarga (més de 8 carbonis), aquesta ionització es poc significativa. En presencia d'aigua, doncs, els àcids grassos són pràcticament insolubles en aigua.
• Saponificació: Els àcids grassos en presència d'una base forta perden l'hidrogen del grup carboxil i incorporen un àtom de sodi o potassi donant lloc a una sal d'àcid gras anomenada sabó. Aquest canvi composicional, fa que aquest àcid gras amb sodi o potassi s'ionitzi amb més facilitat augmentant el caràcter amfipàtic de la molècula. El sabó en presència d'aigua forma una fina pel·lícula superficial que quan es dispersa es disposa en forma de micel·les (dispersions col·loidals). Si aquestes incorporen aigua en el seu interior la micel·la forma una bicapa. Si la micel·la monocapa engloba aire en el seu interior es parla que té un efecte escumós. Per últim si la micel·la monocapa atrapa en el seu interior petites gotetes de lípids es diu que té un efecte emulsionant.

Els glúcids: Disacàrids

La unió de dos monosacàrids dóna lloc a una estructura anomenada disacàrid. El grup aldehid del primer monosacàrid s'uneix a qualsevol radical del segon monosacàrid desprenent una molècula d'aigua i donant lloc a un enllaç o-glicosídic.
De la mateixa manera que els monosacàrids, els disacàrids són sòlids blancs, cristal·lins, solubles en aigua i dolços.
L'enllaç glicosídic pot ser de dos tipus:

• Monocarbonílic quan s'estableix entre el carboni carbonil (aldehid o cetona) del primer monosacàrid amb un carboni no carbonílic de l'altre monosacàrid. Això fa que el grup carbonil no enllaçat pugui reduir el reactiu de Fehling i per tant sigui fàcilment detectable mitjançant aquesta prova. Aquest enllaç es present en la maltosa, la cel·lobiosa i la lactosa.
• Dicarbonílic és l'enllaç que s'estableix entre els dos grups carbonils dels dos monosacàrids de manera que aquest disacàrid no tindrà la capacitat de reduir el reactiu de Fehling. És el present a la sacarosa on s'estableix entre l'hidròxid del primer carboni anomèric del primer monosacàrid amb l'hidròxid del carboni anomèric del segon monosacàrid.

En funció de si el primer monosacàrid es alfa o beta l'enllaç o-glicosídic s'anomenarà alfa-glicosídic o beta-glicosídic.

• Sacarosa

S'estableix entre una molècula D-glucopiranosa i una altra D-fructofuranosa unides per un enllaç alfa(1-2).
Es troba principalment a la canya de sucre i a la remolatxa sucrera i es comercialitza com el sucre de canya. No té la capacitat reductora per actuar sobre el reactiu de Fehling. Així mateix tot i que la sacarosa es dextrogira, si hidrolitza es torna levogira.

• Lactosa

Està formada per una molècula D-galactopiranosa unida a una D-glucopiranosa mitjançant un enllaç beta(1-4).
El fet que l'enllaç sigui monoglicosídic implica que pot reduir el reactiu de Fehling.
Es troba lliure a la llet dels mamífers de manera que es exclusiva dels animals. És la font principal d'alimentació dels nadons que en néixer comencen a fabricar l'enzim lactasa que serveix per hidrolitzar-la. Si desprès de la lactància es deixa de prendre llet durant un temps prolongat el cos deixa de fabricar aquest enzim i per tant el cos deixa de poder hidrolitzar la lactosa. Això fa que en arribar a l'intestí, la lactosa fermenti i doni problemes intestinals. És l'anomenada intolerància a la lactosa.

• Maltosa

Aquest disacàrid està format per dues molècules D-glucopiranosa unides mitjançant un enllaç alfa(1-4)
Es troba lliure en el gra germinat de l'ordi i d'altres cereals. S'obté industrialment a partir de la hidròlisi del midó i del glicogen i s'utilitza per a la fabricació de begudes alcohòliques com la cervesa i el whisky.
És capaç de reduir el reactiu de Fehling perquè l'enllaç es monoglicosídic.

• Cel·lobiosa

Està format per dues molècules de D-glucopiranosa unides per mitjà de l'enllaç beta(1-4).
No es troba lliure a la natura si no que s'obté per la hidròlisi de la cel·lulosa.
És capaç de reduir el reactiu de Fehling perquè l'enllaç es monoglicosídic.

Els glúcids: Monosacàrids

Els glúcids són la família de biomolècules més important ja que constitueixen la major part de la matèria orgànica de la terra. Estan formats bàsicament per Carboni, Hidrogen i Oxigen. Tot i ser un grup a nivell composicional senzill, ja que la proporció d'aquests tres àtoms generalment és de un carboni per cada dos hidrògens i un oxigen (CnH2nOn) gaudeix d'una diversitat estructural molt elevada.
El nom glúcid prové del grec glykys que significa dolç, ja que els primers glúcids que es van descriure eren aquells que tenien un gust dolç, encara que ara se sap que no tots tenen aquest gust. De la mateixa manera també reben el nom d'hidrats de carboni degut a que la seva composició molecular fa pensar en carbonis hidratats tot i que aquest concepte està molt allunyat de la realitat.
Concretament un glúcid està format per una sèrie d'àtoms de carboni enllaçats entre sí per enllaços covalents i a la vegada enllaçats a grups hidroxils (-OH) i radicals hidrògens (-H) en els seus enllaços lliures a raó d'un grup hidroxil i un radical hidrogen per cada carboni. Així mateix per a ser considerat un glúcid ha de contenir un grup carbonil que pot ser un aldheid (-CHO) o un grup cetona (-CO-). Per tant els glúcids poden rebre el nom de polihidroxialdehids o polihidroxicetones.


Les funcions més importants dels glúcids són:

• Combustible: són la reserva energètica més important ja que intervenen en el cicle de l'ATP.
• Reserva energètica: Algunes de les estructures complexes que poden construir com el midó, serveixen de reserva en molts organismes vius.
• Substrat: estructuralment són la base de moltes altres biomolècules ja que són capaços d'incloure en la seva estructura altres grups funcionals que li confereixen altres propietats.
• Formen part dels àcids nucleics i per tant formen part de la informació genètica continguda en els éssers vius.
• Formen estructures cel·lulars: Alguns dels glúcids complexos tenen funcions de tipus estructural i esquelètiques com la quitina continguda en l'exosquelet d'alguns insectes o la cel·lulosa pròpia de les cèl·lules vegetals.

Els glúcids es classifiquen segons la seva composició i el nombre de cadenes polihidroxialheíques i polihidroxicetones que contenen.

• Quan tenim una sola cadena en diem monosacàrids
• Quan tenim més d'una cadena enllaçades entre sí mitjançant l'enllaç o-glicosídic, però la composició es relativament uniforme, és a dir, no variem de CnH2nOn en diem Holòsids.Dintre d'aquest grup tenim:

• Els disacàrids, quan estan formats per dos monosacàrids.
• Els oligosacàrids quan estan formats per més de dos i fins a deu monosacàrids.
• Polisacàrids quan estan formats per més de deu monosacàrids, generalment centenars.

• Quan tenim estructures que inclouen altres grups funcionals tenim els heteròsids que poden ser:

• Glicolípids
• Glicoproteïnes

Monosacàrids:
Es tracta de molècules relativament senzilles no hidrolizables a molècules més petites i constituïdes per una única cadena de carbonis que poden anar de tres a set. A partir de set són inestables. S'anomenen segons el nombre de carbonis (tri, tetra, penta, hexa, hepta) i amb el sufixe -osa al final.
Per tant tenim els grups de les trioses, tetroses, pentoses, hexoses i heptoses (aquest últim amb pocs exemples a la naturalesa).
Entre les seves propietats cal destacar que es tracta de sòlids cristal·lins de color blanc i generalment dolços, a més de ser hidrosolubles gràcies a la polaritat de la molècula. Així mateix els monosacàrids són capaços d'oxidar-se, és a dir, de perdre electrons en front d'altres substàncies que en guanyar-los es redueixen.
D'altra banda, els glúcids poden distribuir els seus grups hidroxils de forma asimètrica segons els carbonis de manera que poden formar isòmers: estructures tridimensionals diferents amb la mateixa fórmula molecular, aspecte que els hi confereix propietats diferents. Si aquestes estructures són imatges especulars d'altres es diu que estem davant de formes enantiomorfes que poden ser Dextrogir o Levogir en funció desviïn la llum polaritzada cap a la dreta o cap a l'esquerra.

 

• Trioses

Estan formades per tres carbonis C3H6O3. Si tenen un grup aldehid a l'extrem parlem de gliceraldehids i si tenen una cetona en el segon carboni parlem de Dihidroxiacetona. El gliceraldehid té el segon carboni asimètric per tant es poden donar dos isomers: D-gliceraldehid i L-gliceraldehid. Aquest monosacàrids són molt abundants ja que són el metabolit intermedi de la degradació de la glucosa.

• Tetroses

Estan formades per quatre carbonis C4H8O4. Hi han dos aldotetroses: l'eritrosa i la treosa i una cetotetrosa: l'eritrulosa.

• Pentoses

Són monosacàrids de cinc carbonis C5H10O5. En dissolució aquosa tenen tendència a ciclar-se ja que es la forma més estable, per tant fan estructures pentagonals anomenades furan: el grup carbonil reacciona amb el grup hidroxil del penúltim carboni i dóna lloc a un nou grup hidroxil el qual pot estar orientat de dues formes diferents formant dos isòmers anomenats alfa i beta.
D'entre els aldehids la més important es la D-ribosa (D-ribofuranosa), ja que forma part de l'àcid ribonucleic (RNA) i la D-2-desoxiribosa (D-2-desoxiribofuranosa) present en l'àcid desoxiribonucleic (DNA). D'entre les cetopentoses la més important és la D-ribulosa que durant la fotosíntesis reacciona amb el CO2, transformant la inorgànica en matèria orgànica.

• Hexoses

Són monosacàrids amb sis carbonis C6H12O6. Tenen tendència a ciclar-se de manera que els grups aldehids formen estructures hexagonals anomenades piran i els grups cetones formen estructures pentagonals anomenades furan.
L'aldohexosa més abundant en la glucosa mentre que la cetohexosa més freqüent en els vegetals és la fructosa.
Glucosa
És el glúcid més important ja que aporta la major part de l'energia de manera que la major part de les cèl·lules del nostre organisme en depenen. En la natura la trobem lliure de forma natural en els fruïts madurs i en el citoplasma de les cèl·lules.
La glucosa es cicla formant un hexàgon gràcies als carbonis 1 i 5 que queden enllaçats per un oxigen. L'estructura rep el nom de D-glucopiranosa. Aquestes estructures s'uneixen entre sí per formar polisacàrids de gran importància biològica com el midó o el glicogen. És tant dextrogira que també rep el nom de dextrosa.
Fructosa
La hexocetosa es cicla en forma pentagonal i rep el nom de D-fructofuranosa. Se sol trobar lliure a la fruita i associada a la glucosa formant la sacarosa. En el fetge es transforma en glucosa i per tant és el sucre que solen utilitzar els diabètics ja que implicaria una absorció molt lenta. És una molècula molt levogira de manera que també se li anomena levulosa.

Biomolècules: Sals minerals

A part de l'aigua, com a principis immediats tenim les sals minerals. Aquestes són compostos inorgànics constituents dels éssers vius que no poden ser produïdes ni degradades per ells. El seu origen és el sòl ja que constitueixen els minerals, formant part de les roques, o es troben dissoltes en aigua en forma d'ions que les plantes, a través de les arrels, incorporen a la cadena alimentaria.
Normalment les sals minerals es poden trobar a la natura en tres formes diferents:

• Precipitades en estructures sòlides: Constitueixen estructures insolubles en aigua i amb funció esquelètica, proporcionant sosteniment i/o protecció de les parts toves. Per exemple el carbonat càlcic es present en closques i conquilles de mol·luscs, el fosfat càlcic als ossos i col·lagen, la sílice als exosquelets de les diatomees, etc.

• Com a sals dissoltes dins dels components líquids de l'organisme. Quan una sal es dissol es dissocia en els seus anions i cations. Aquests poden interferir en el grau de salinitat de l'organisme o en el grau d'acidesa del mateix, afavorint o interferint en les reaccions químiques pròpies de l'ésser viu.

• Formant part de biomolècules, com per exemple els fosfolípids o les fosfoproteïnes.

Alguns dels processos en els que intervenen són:

• Transmissió de l'impuls nerviós, com el potassi o el sodi que generen potencial elèctric a les neurones.
• Contracció muscular: el catió calci (Ca2+) controla les contraccions de les fibres musculars.
• Síntesis de molècules orgàniques com la clorofil·la, l'hemoglobina o la hemocianina.

Quan es tracta de funcions, si revisem on trobem les diferents sals minerals en els éssers vius podem deduir la majoria:

• Funció estructural en closques, exosquelets i esquelets interns.
• Funció reguladora de la salinitat o efecte osmosi. És el pas del dissolvent a través d'una membrana semipermeable situada entre dos compartiments de concentració salina diferent de manera que el dissolvent passa de la dissolució menys saturada cap a la dissolució més saturada amb la finalitat d'igualar les concentracions. El medi més concentrat s'anomenaria hipertònic i el menys concentrat hipotònic.
• Funció amortidora o reguladora de l'acidesa. Alguns ions de les sals minerals poden reaccionar amb els ions o cations de l'aigua de manera que mantenen constant el grau d'acidesa dins l'organisme. Aquesta funció anomenada funció tampó, es vital per a realitzar la majoria de reaccions químiques.
• Necessàries per a algunes activitats enzimàtiques en les que sense la presència d'uns ions determinats no serien possibles.
• Afavoreixen la solubilitat de substàncies insolubles i per tant el seu transport mitjançant l'aigua, com es el cas de les immunoglobulines.

Biomolècules inorgàniques: Aigua

L'aigua és el compost fonamental de la vida ja que aquesta es desenvolupa en aquest medi. Si fem una ullada a la quantitat d'aigua present en els éssers vius, podem arribar a la conclusió que com més activitat fisiològica presenti aquest ésser més quantitat d'aigua contindrà. Així les algues presenten més del 90% d'aigua en la seva estructura mentre que les llavors i espores en presenten menys d'un 10%.
A partir d'això podem esmentar tres arguments que recolzen la seva importància per a la vida:

• És el medi primitiu en la qual es va originar i desenvolupar la vida.
• És el component més abundant de la matèria viva.
• Constitueix l'espai vital intern de tots els éssers vius, ja siguin terrestres o aquàtics.

A nivell estructural, l'aigua està formada per dos àtoms d'hidrogen i un d'oxigen. Tal i com vam comentar en el post anterior, forma dos enllaços covalents que li confereixen gran estabilitat una qualitat única: la dipolaritat. Aquest dipol permanent, fa que les molècules d'aigua s'atreguin entre sí formant els anomenats ponts d'hidrogen o enllaç d'hidrogen. Aquesta és la causa de que tot i ser una molècula amb un pes específic molt baix, l'aigua presenti un estat líquid a temperatura ambient a diferència d'altres molècules amb les mateixes característiques.


D'altra banda, quan la temperatura baixa dels 0ºC i l'aigua es solidifica, les molècules s'ordenen formant hexàgons, que són estructures més grans i presenten més espais entre els àtoms. Aquest fet explica perquè el gel és menys dens i flota sobre l'aigua líquida, un altre característica primordial i que va afavorir el desenvolupament de la vida en el nostre planeta.
A part de les propietats anteriors, la característica estructura molecular de l'aigua també li confereix certes propietats fonamentals:

• Elevada força de cohesió: La integritat estructural de l'aigua deguda als enllaços de pont d'hidrogen en el seu estat líquid, fa que sigui un líquid gairebé incompressible i per tant, perfecte per a donar volum a les cèl·lules i provocar turgència a les plantes. Així mateix, aquest fenomen, també explica la seva elevada tensió superficial. Això fa que la seva superfície oposi una gran resistència a trencar-se i per tant hi hagi certs organismes que viuen associats a aquesta pel·lícula superficial. La capil·laritat es una altre propietat associada a la força de cohesió. Aquesta propietat permet que l'aigua pugui ascendir per conductes estrets, tan sols per la seva capacitat d'adherir-se a les parets.

• Elevada calor específica: La calor específica és la quantitat de calor que es necessita per augmentar un grau centígrad la temperatura d'un cos. El fet que l'aigua líquida estigui formada mitjançant enllaços d'hidrogen, fa que es necessiti molta energia per tal de trencar-los i agitar les molècules (aquesta vibració és la que determina la calor que posseeix la substància). Això la converteix en un fantàstic estabilitzador tèrmic que protegeix l'organisme davant dels canvis bruscos de temperatura.

• Elevada calor de vaporització: El calor de vaporització és la quantitat de calor que s'ha de donar a una substància per tal que s'evapori, és a dir, es doni a terme el canvi d'estat de líquid a gas. En el cas de l'aigua, per tal de fer aquest pas, cal que es trenquin tots els enllaços d'hidrogen, per tant es necessària una gran quantitat d'energia. Això fa que sigui un bon refrigerant mitjançant la transpiració.

• Elevada densitat de l'estat líquid respecte del seu estat sòlid: Tal com hem comentat abans, l'estructura de l'aigua en estat sòlid implica més espais entre els àtoms i per tant quan les molècules d'aigua s'ordenen aquestes ocupen més espai que en estat líquid. Això fa que el gel pesi menys que l'aigua líquida i per tant floti formant una capa termoaïllant que permet la vida a sota. Si el gel fos més dens que l'aigua líquida, aquest s'enfonsaria i acabaria per congelar-se tota l'aigua.

• Elevada constant dielèctrica: El fet d'estar constituïda per molècules dipolars fa que sigui un gran dissolvent de compostos iònics i dels compostos covalents polars. Les molècules d'aigua envolten les molècules polars fins al punt de separar-les en anions i cations. Aquest procés s'anomena solvatació iònica. Aquesta capacitat de dissolució i la seva abundància en el medi natural fa que sigui el medi idoni per al desenvolupament de les reaccions químiques i també com a vehicle de transport de substàncies. Segons la solubilitat en aigua les substàncies es classifiquen en: 
• Hidròfiles: Substàncies polars o iòniques que en aigua es dissolen amb facilitat però en substàncies apolars o dissolvents orgànics no.
• Hidròfobes: Substàncies apolars, insolubles en aigua però solubles en dissolvents orgànics.
• Amfipàtiques: Una part de la molècula es polar i per tant soluble en aigua, mentre que l'altre part és apolar i no soluble en aigua. Això fa que la molècula en entrar en contacte amb l'aigua es disposi en capes o micel·les de manera que la part polar queda envoltada d'aigua i la part apolar queda aïllada de la mateixa. Si aquesta substància entrés en contacte amb dissolvents orgànics, la micel·la es situaria al revés, la part apolar en contacte amb l'hidrocarbur i la part polar aïllada. Aquesta propietat es fonamental en l'estructura de la membrana plasmàtica de les cèl·lules.

 

• Baix grau d'ionització: La ionització és la capacitat que té una molècula per transformar-se en ions. Sols 1 molècula de cada 10.000 es troba ionitzada i això fa que el seu pH sigui de 7. En aquest sentit, la seva capacitat d'ionitzar-se s'utilitza com a referent per a determinar si una substància és àcida, és a dir pH menor de 7 o bàsica, pH major de 7. Així mateix, té la capacitat d'actuar com una base molt dèbil o com un àcid molt dèbil, per tant pot arribar a influir en les reaccions químiques que es donin en el seu medi.

A partir d'aquestes característiques podem determinar una sèrie de funcions de l'aigua en els éssers vius:

• Funció dissolvent i de transport de substàncies.
• Funció bioquímica, ja que l'aigua intervé en nombroses reaccions químiques, com per exemple la hidròlisi (ruptura d'enllaços amb la intervenció de l'aigua).
• Funció estructural: L'aigua dóna volum i turgència a les cèl·lules.
• Funció mecànica amortidora: en els vertebrats, entre les articulacions, hi ha bosses de líquid sinovial que evita el fregament entre els ossos.
• Funció termoreguladora: Deguda a la seva elevada calor específica, molt important en el cas dels animals homeoterms (aquells que poden mantenir la seva temperatura estable).

Biomolècules

En el post anterior vam estar parlant dels bioelements que existeixen en el nostre planeta i quines són les seves funcions principals dins de la matèria viva. Però que passa quan aquests interaccionen entre sí? es formen les biomolècules o Principis immediats.
Aquestes estructures es poden classificar segons sigui la seva complexitat:
Biomolècules simples: fa referència a totes aquells molècules petites i senzilles que són presents a la matèria viva i que estan formades per àtoms del mateix tipus. Com a exemple tenim l'oxigen molecular (O2) o el nitrogen molecular (N2).
Biomolècules compostes: Es refereix a quan s'han format molècules amb més d'un tipus d'àtom i presenten més complexitat. Aquí diferenciem entre les anomenades biomolècules inorgàniques i les biomolècules orgàniques.

• Inorgàniques: Són aquelles que es poden trobar tant a la matèria viva com a la matèria inerta. Com a exemples tenim l'aigua (H2O), el diòxid de carboni (CO2) i les sals minerals com la sal comuna (NaCl) o el carbonat càlcic (CaCO3).

• Orgàniques: Són les molècules exclusives de la matèria viva. Estan formades per polímers de carboni i hidrogen. És en aquest grup on trobem els glúcids, el lípids, les proteïnes i els àcids nucleids.

Biologia: nivells d'organització de la matèria

La biologia es la ciència que estudia els éssers vius. La paraula prové del grec "bios" vol dir vida mentre que "logos" vol dir estudi.
Quan parlem de vida hem de tenir en compte que no sols parlem d'éssers pluricel·lulars com les plantes i els animals. Quan parlem de vida estem parlant de "tota aquella estructura química complexa que es relaciona amb el seu entorn intercanviant matèria i energia per tal de modificar la seva estructura interna i reproduir-se". És a dir, un ésser viu es una estructura química capaç d'executar les tres funcions vitals: relació, nutrició i reproducció.
Si fem una mirada als nivells d'organització de la matèria, des de l'estructura més simple que coneixem, ens adonem que en teoria, la biologia tindria un marc d'estudi relativament limitat:

• Partícules elementals: Són aquelles partícules de les que no es coneixen components i que la unió de les mateixes dóna lloc a les partícules subatòmiques. Alguns exemples són: quarks, leptons, neutrins i bosons.(L'estudi d'aquestes partícules correspon al camp de la física quàntica)
• Nivell subatòmic: Està constituït per les partícules subatòmiques que són aquelles partícules que componen l'àtom i que estan formades per les partícules elementals. Són els neutrons, els protons i els electrons.
• Nivell atòmic: Està format pels àtoms que són una estructura formada per la unió de les partícules subatòmiques en una proporció concreta per tal de donar lloc als anomenats elements químics. Recordem que els elements químics són aquelles substàncies que no es poden descompondre en altres més senzilles ja que deixarien de ser aquella substància. A la Terra s'han trobat un centenar d'àtoms amb diferents característiques i propietats, i per tant un centenar d'elements químics diferents.
• Nivell molecular: Les propietats electròniques de les partícules subatòmiques confereixen als àtoms una sèrie de propietats que els hi permeten establir unions entre ells per tal de formar diferents estructures més o menys complexes anomenades molècules. La força que manté units els àtoms entre sí s'anomena enllaç químic del qual hi ha diferents tipus (iònic, metàl·lic, covalent, forces de van der walls, ...) Depenent de quins siguin els elements que constitueixen aquests enllaços i quina sigui la seva complexitat trobem dos tipus de molècules:
•  Orgàniques: Tota  la matèria orgànica ja siguin éssers vius o no, està constituïda per molècules de tipus orgànic. A la Terra aquestes molècules es basen principalment en estructures complexes i grans formades per la unió d'àtoms de Carboni i Hidrogen amb altres elements. Com a exemple tenim la Glucosa (C6H12O6).
• Inorgàniques: La major part de les molècules que trobem al nostre planeta són d'aquest tipus. Solen ser estructures senzilles que poden incloure de dos a quatre àtoms diferents. alguns exemples són l'aigua (H2O) o la sal comuna (NaCl). Algunes d'aquestes molècules interactuen amb la matèria vida i per tant són també anomenades biomolècules inorgàniques.

• Nivell de macromolècules i complexos supramoleculars: Les molècules orgàniques relativament senzilles, anomenades monòmers, poden unir-se entre sí per tal de formar molècules més complexes, generalment allargades i en forma de cadena anomenades polímers o macromolècules. Per exemple el midó és el polímer resultant de la unió de moltes molècules de glucosa. D'altra banda els complexos supramoleculars són el resultat de la unió de diverses macromolècules.

• Nivell d'orgànuls cel·lulars: Quan diverses macromolècules i complexos supramoleculars s'uneixen entre sí poden arribar a formar estructures anomenats orgànuls cel·lulars. Aquestes estructures són capaces d'executar diverses funcions dins de la cèl·lula que li permeten realitzar les funcions vitals.

• Nivell cèl·lular: Les cèl·lules són les unitats funcionals i estructurals dels éssers vius. A nivell funcional es tracta de la unitat autònoma més petita dels éssers vius, és a dir, capaç d'executar les tres funcions vitals: reproduir-se, nodrir-se i relacionar-se i per tant es considera que és el primer nivell biòtic ja que existeixen éssers vius unicel·lulars. A nivell estructural està formada principalment per una membrana, un citoplasma i un material genètic. Existeixen principalment dos tipus:
• Cèl·lula procariota: Són aquelles que tenen el material genètic escampat per el citoplasma cel·lular. Són les cèl·lules més primitives.
• Cèl·lula eucariota: Són aquelles que tenen el material genètic tancat dintre d'una estructura cel·lular anomenada nucli i diferenciat per una membrana.

• Nivell de teixit: Les agrupacions de cèl·lules del mateix tipus que executen una funció comuna dintre de l'ésser viu pluricel·lular s'anomena Teixit. Exemple el teixit ossi, el teixit nerviós o el teixit muscular.
• Nivell d'òrgan: La unió de diversos teixits per tal de formar una estructura complexa, pròpia dels éssers vius superiors i amb una funció concreta anomenada acte són els òrgans. Exemple: el cor, un múscul o un ull.
• Nivell de sistema: El conjunt d'òrgans semblants formats, generalment, per el mateix tipus de teixit però que poden executar actes diferents s'anomenen sistemes. Exemple: Sistema nerviós o sistema muscular.
• Nivell d'aparell: Reben el nom d'aparell el conjunt d'organs i teixits diferents amb funcions diferents que actuen de forma coordinada per executar una funció concreta.
• Nivell d'organisme pluricel·lular: Són els éssers vius formats per moltes cèl·lules i constituïts per teixits, òrgans i aparells. Solen posseir propietats biològiques complexes que poden implicar, instint, sentits i intel·ligència.
• Nivell de població: S'anomena població al conjunt d'éssers vius de la mateixa especie que viuen en un àrea determinada i en un període concret.
• Nivell de comunitat: Una comunitat es un conjunt de poblacions de diferents tipus que coexisteixen en el mateix medi i interaccionen entre ells.
• Nivell d'ecosistema: Consisteix en la interacció entre diverses comunitats d'individus amb els factors abiòtics del medi.
• Nivell de biosfera: Estudia la relació entre tots els éssers vius que viuen en la superfície de la terra.

Bé, des del punt de vista de la biologia, en teoria només hauria de ser objecte d'estudi des del primer nivell biòtic, és a dir, des del nivell cel·lular, però això limitaria molt el camp d'estudi doncs no tindria en compte les interaccions de matèria i energia amb el medi. Així doncs, sempre que es parla de molècules orgàniques o biomolècules es parla de biologia.
D'altra banda, com la biologia no es immutable en el temps també cal tenir en compte aquest factor.

Per tant, la biologia s'encarrega d'estudiar l'origen i evolució de la vida, a més de la seva estructura química i la seva interacció amb el medi.