Las moléculas de la vida

1. Entrando en tema

Transcripción del audio: "Supongamos que estás comiendo una hamburguesa de carne de vaca, pan, tomate, lechuga, queso, junto a papas y una bebida cola (no dietética). Esta hamburguesa proviene de distintos organismos vivos (plantas, animales y hongos) conformados por estructuras químicas muy similares a las de nuestros cuerpos. Por ello, nosotros podemos utilizar y aprovechar los nutrientes aportados por el alimento y usarlos tanto para formar nuestras propias estructuras como para extraer la energía contenida en esos compuestos."

2. Somos lo que comemos y mucho más

A. Las hamburguesas ¿son comida chatarra?

Figura 1: Versiones posibles de una hamburguesa.

Transcripción del audio: "Muchas veces escuchamos decir que las hamburguesas se incluyen dentro la llamada “comida chatarra”, es decir alimentos con altos niveles de grasa, sal, saborizantes y azúcares, y con bajos niveles de nutrientes esenciales como las proteínas o vitaminas. La comida chatarra puede llevar, a la larga, a desequilibrios nutricionales y, finalmente, a enfermedades como la diabetes u otras afecciones. Entonces, ¿Son las hamburguesas comida chatarra? Al igual que otros alimentos, las hamburguesas pueden prepararse de distintas maneras. Podríamos usar ingredientes totalmente procesados, mucha salsa, sal, grasas e incluso azúcar pero también podríamos prepararlas con verduras frescas, tal vez orgánicas, pan de harina integral, carne magra y no agregarle mucha salsa. En conclusión, dependerá de cómo se las prepare."

B. La diversidad de la vida en nuestros platos (y nuestros organismos)

Compartimos los mismos compuestos químicos con el resto de los organismos vivos

Cuando comemos alimentos ingerimos los compuestos o estructuras químicas que fabricaron otros organismos vivos. Tanto la harina del pan, el tomate y la lechuga provienen de plantas. La carne y el queso, de animales. Y por otro lado, la levadura con la que levamos el pan, es un pequeño hongo. Es decir, utilizamos y necesitamos los componentes químicos que nos aportan otros organismos para vivir. Y esto es posible ya que todos los organismos vivos estamos hechos de la misma materia prima.

Figura 2 : Nuestros alimentos provienen de otros organismos vivos como los animales, las plantas o los hongos. Todos los organismos vivos presentan el mismo tipo de biomoléculas constitutivas.

C. ¿De qué estoy hecho/a?

Figura 3: Esquema de los distintos niveles de organización y complejidad de los organismos pluricelulares, como nuestros cuerpos. Lo más complejo y grande: los órganos, formados por tejidos y estos por células. Y las células por macromoléculas, constituidas por moléculas más pequeñas y simples, formadas a su vez por átomos.

Nuestros organismos están constituidos por biomoléculas o moléculas de origen biológico como las proteínas, lípidos, ácidos nucleicos e hidratos de carbono, pero también por compuestos no biológicos (inorgánicos) como el agua, el hierro y el calcio, entre otros. Sin el hierro, nuestra sangre no tendría ese color ni podría distribuir el oxígeno por todo nuestro cuerpo, importantísimo para que estemos vivos. La leche u otros alimentos ricos en calcio son una fuente de ese nutriente indispensable para la formación de los huesos y los dientes. 

Figura 4: Los organismos vivos estamos conformados aproximadamente por un 29% de biomoléculas y un 1% de compuestos inorgánicos. El 70% de nuestros cuerpos está formado por agua y por ello es el medio en el cual se llevarán a cabo las distintas reacciones químicas dentro de los organismos vivos. 

Las biomoléculas se agrupan, según sus características, en 4 grandes grupos: 

• Hidratos de carbono

• Lípidos 

• Ácidos nucleicos 

• Proteínas 

Algunas de ellas, como los hidratos de carbono y los lípidos nos aportan la energía necesaria para nuestros procesos vitales, así como estructuras. Otras como el ADN son portadores de nuestra información genética. Ciertas proteínas, como los anticuerpos, nos defienden frente a agentes patógenos como virus y bacterias y otras proteínas, como el colágeno, nos brindan parte de la estructura de la que están conformados nuestros tejidos y nuestros órganos.

3. Todo se transforma

A. El cambio climático y la quema del Amazonas

Figura 5: Fotos que muestran selvas sin y con incendio.

Transcripción del audio: "La selva tropical del Amazonas tuvo hasta 2022 la capacidad de captar (para crecer y funcionar) unos 2.400 millones de toneladas de dióxido de carbono (CO₂) gaseoso cada año, es decir, una cuarta parte de todo el carbono absorbido por los bosques del mundo. El dióxido de carbono es un importante gas de efecto invernadero, que absorbe la radiación infrarroja (calor) que llega a la Tierra generando temperaturas terrestres compatibles con la vida, pero aumento, el gran aumento de CO₂ en el aire, registrado desde la revolución industrial, ha producido un aumento de la temperatura de la atmósfera, fenómeno conocido como Cambio Climático.

La selva amazónica año tras año atraviesa gravísimos incendios. De 2018 a 2019 se incrementaron en un 83%. Es decir, se están creando condiciones devastadoras en uno de los ecosistemas más importantes del mundo. Esto significa un daño irreversible, por las capacidades y características únicas de esta selva, con un alcance a nivel mundial.

Esta quema no solo implica la destrucción del hábitat de mucha biodiversidad, también modifica los suelos, anula la captación del CO₂ por esas plantas y además la combustión de la quema libera el gas, aumenta más su concentración en la atmósfera, con el consecuente aumento de temperatura ambiental."

B. Todo pasa y todo queda

Los nutrientes que ingerimos son degradados en nuestro cuerpo para aportar energía y materia.

La combustión o quema de los árboles y otros seres vivos de la selva, libera CO₂ y calor, además de otras formas de energía. Del mismo modo, la ruptura de los alimentos en nuestros cuerpos durante su digestión libera también energía. En nuestro caso, a diferencia de la quema de un tronco, este proceso es tan paulatino y regulado por nuestro organismo, que permite aprovechar esta energía y cederla a distintos procesos vitales como la respiración, el movimiento y el pensamiento, entre muchos otros. 

Los alimentos, como la hamburguesa, aportarán la energía y también la materia prima que necesitamos para fabricar, armar o sintetizar nuestros propios componentes químicos. 

Te presentamos una ilustración interactiva que muestra el paso a paso de lo que sucede cuando nos alimentamos. Cliqueá en los botones "+" para leer la información que corresponde a cada etapa.

Figura 6: Procesamiento de los nutrientes en el organismo: las biomoléculas que ingerimos (a) son degradadas hasta lograr biomoléculas más pequeñas (b) que luego serán usadas por el organismo para formar nuestras propias biomoléculas (c). Parte de la imagen fue adaptada de commons/wikimedia/org. 

Cuando ingerimos alimentos provenientes de otros animales, de plantas o de hongos, aprovechamos las biomoléculas de las que están hechos. En nuestros cuerpos degradamos las biomoléculas más grandes y complejas como las proteínas, los lípidos, los hidratos de carbono y los ácidos nucleicos  y obtenemos moléculas más pequeñas. Esas moléculas serán posteriormente usadas como ladrillos para fabricar (sintetizar) nuestras biomoléculas complejas, propias de nuestra especie. En general no podemos usar una proteína o moléculas complejas de otras especies, pero sí podemos usar las partes que las conforman.

C. La unión hace la fuerza (o que la fuerza te acompañe…)

Las biomoléculas, al romperse, liberan la energía química contenida en sus enlaces.

Transcripción del audio: "Volvamos a nuestra hamburguesa, con gaseosa o tal vez con cerveza. Si pudiésemos desmenuzar químicamente esta hamburguesa proveniente de distintos organismos vivos, obtendríamos una mezcla con una clara prevalencia (hasta un 96%) de ciertos elementos químicos como el carbono (C), el hidrógeno (H), el oxígeno (O), el nitrógeno (N), el azufre (S) y el fósforo (P). Estos elementos están formados por átomos que tienen la capacidad de unirse o generar enlaces entre si y con átomos de otros elementos químicos."

Los organismos vivos, y por ende también nuestros alimentos, contienen tanto moléculas pequeñas como moléculas más grandes y complejas, llamadas macromoléculas o polímeros. Estos últimos se forman por la unión de pequeñas moléculas llamadas monómeros.

Figura 7: Los átomos se asocian entre sí formando moléculas. Algunas de éstas llamadas monómeros, a su vez pueden asociarse para lograr moléculas muy grandes llamadas polímeros. Las uniones entre átomos para formar moléculas más pequeñas o más grandes se denominan enlaces covalentes.

Las uniones o enlaces que se establecen entre los distintos componentes de una molécula se llaman enlaces covalentes. Pueden ser uniones entre átomos o entre moléculas. Estos enlaces contienen energía, que al romperse, el organismo podrá aprovechar, como al degradar alimento. Estas uniones covalentes son suficientemente estables para no romperse de manera espontánea, pero a su vez suficientemente débiles para unir o separar los átomos en las reacciones químicas que suceden en los organismos vivos. 

Figura 8: La formación o síntesis de nuevos enlaces entre átomos o entre moléculas necesita del aporte de energía. Esta energía se libera nuevamente al entorno cuando se rompen los enlaces de las moléculas. 

A diferencia de la combustión de un árbol, donde la energía que se genera (calor, luz) se pierde y no es aprovechada, nuestro cuerpo, al captar la energía de las biomoléculas, puede derivarla transitoriamente a una molécula clave para la vida, el Adenosín Trifosfato o ATP.

Figura 9:  El ATP es un intermediario energético que capta la energía química de los nutrientes, la almacena temporalmente en sus uniones y luego la deriva hacia los procesos fisiológicos que requieren energía como la síntesis de nuevos compuestos o el trabajo.

4. Hidratos de carbono y lípidos

A. ¿Por qué en el etiquetado frontal hay que indicar la cantidad de calorías, azúcares, grasas totales, grasas saturadas y sodio? 

Transcripción del audio: "De acuerdo a la Ley de Etiquetado frontal (de octubre del 2021), las etiquetas de los alimentos envasados deberán indicar si contienen un exceso de componentes, como los azúcares simples, las grasas totales o saturadas o un alto nivel de calorías y sodio, que pueden afectar la salud. Esto se debe se comprobó que la diabetes, la hipertensión y también el sobrepeso están relacionados a consumos elevados de estas sustancias."

Figura 10: Algunas de las etiquetas que deberán figurar en los alimentos envasados según la Ley de Etiquetado frontal (octubre 2021).

B. Endúlzame la vida

Los hidratos de carbono

Transcripción del audio: "Tal vez alguien de tu familia o de tus conocidos tenga diabetes. Es un trastorno metabólico que afecta la forma por la cual se aprovecha la energía de los nutrientes. Te contamos por qué. En nuestro cuerpo, muchos de los alimentos que ingerimos son desarmados y obtenemos glucosa, un azúcar o hidrato de carbono simple. La glucosa entra a nuestras células, se va rompiendo en pedacitos y se aprovecha la energía de sus enlaces. La “puerta” por la que ingresa la glucosa a las células es una proteína, cuya llave es la insulina. Si la insulina llegara a fallar, la glucosa no podrá ingresar a las células y aumentarán sus niveles en sangre. No solo las células se quedan sin energía adentro, sino que afuera el aumento de glucosa afectará indirectamente a otros tejidos, como los riñones o los ojos. Por eso las personas con diabetes deben regular la cantidad de hidratos de carbono que ingieren a diario. De ahí la importancia de las etiquetas con la información nutricional, cantidad de azúcar, si tiene restos de maní, mucha sal, etc."

Figura 11: Alimentos ricos en hidratos de carbono.

Volvamos entonces a nuestra hamburguesa con papas y gaseosa no dietética… y tal vez la podríamos acompañar con un helado de postre.

¿Qué componentes tendrán una alta cantidad de hidratos de carbono? La gaseosa, las papas, el pan y el helado. 

Las gaseosas suelen tener altas cantidades de fructosa, un azúcar muy parecido a la glucosa, y el helado probablemente esté endulzado con sacarosa, el azúcar de mesa. La principal función dentro de nuestro organismo tanto de la glucosa, la fructosa y la sacarosa, es ser una rápida fuente de energía para el cuerpo.

Figura 12: Etiquetado frontal relacionado con hidratos de carbono.

Figura 13: La glucosa y la fructosa son monosacáridos. Cuando se unen forman la sacarosa, un disacárido. El almidón y la celulosa en cambio, son polímeros de las plantas, formados por la unión de muchísimas glucosas (monómeros). En los animales también tenemos polímeros de glucosa, con una estructura diferente, el glucógeno.

Las plantas almacenan energía en forma de almidón en distintos órganos o estructuras según la especie, en los frutos (como en la pera), en las semillas o granos (como en los cereales) y en los tubérculos (ej. lo que conocemos como papa). Nosotros y otros animales, al comernos la pera, la papa o el pan (hecho con harina de granos de cereales), ingerimos ese almidón, lo desarmamos mediante reacciones químicas en monómeros de glucosa y obtenemos mucha energía rompiendo los enlaces de la glucosa. Apenas entra a la boca, en la saliva, tenemos una proteína que rompe específicamente almidón, la amilasa. 

¿Qué pasará si comemos un polímero para el cual no tenemos una proteína que lo rompa? Pues no podremos digerirlo, romperlo, absorberlo y aprovechar su energía. Así como entra “sale”, molido y mezclado con otros restos, es cierto, pero sin “alimentarnos”, es lo que llamamos fibra dietética. Un ejemplo es la celulosa, otro polímero de las plantas, la materia prima del papel.  

Si comemos un exceso de hidratos de carbono, los sobrantes se transforman dentro del organismo en glucógeno y se almacena en músculos e hígado. Es un polímero de glucosas, reserva energética, similar al almidón de las plantas, pero de animales.

C. ¿Con el mate? ¡Bizcochitos de grasa!

Figura 14: Alimentos ricos en lípidos: aceites y grasas.

¿Qué funciones cumplen los lípidos? Entre otras, las grasas y los aceites nos aportan energía para distintos procesos vitales. Las grasas incluso pueden “almacenarse” en nuestras células adiposas durante largos periodos. Son moléculas que al romperse aportan mucha energía, más calorías que muchos otros compuestos. Por otro lado, muchas de nuestras hormonas (por ej. las sexuales) son de origen lipídico.

Otra función muy importante de los lípidos es formar las membranas biológicas, que son finas capas hidrofóbicas, lo opuesto a hidrofílicas, que actúan como barreras al separar el interior del exterior de las células y de otros compartimientos y organelas celulares. Tanto los fosfolípidos como el colesterol participan de estas membranas. 

¿Por qué en el etiquetado frontal se deberá indicar si el alimento contiene exceso de grasas totales y saturadas? 

Figura 15: Etiquetado frontal relacionado a lípidos.

El etiquetado frontal apunta a generar conciencia en el consumo y a partir de saber, poder actuar. Es importante la ingesta equilibrada de grasas totales y específicamente cuidar el consumo de las grasas saturadas, presentes frecuentemente en alimentos de origen animal.

5. Ácidos nucleicos: el ADN, el lenguaje que nos conecta a todos los seres vivos

A. ¿Quién será el asesino?

Transcripción del audio: "En muchas series los y las detectives científicos recolectan sangre, esperma, saliva y cualquier muestra biológica para buscar al asesino y culpables de delitos varios. ¿Qué buscan con sus hisopos? En general se rastrean restos de ADN, el material genético que determina nuestra identidad. Como cada organismo tiene un ADN único, es como nuestra huella de identidad genética. Difiere muy poco entre mamíferos, existen sutiles diferencias entre seres humanos (coinciden hasta un 99,9%!!) y hay menos diferencias aún entre hermanos. Así que si en la escena del delito, se encuentra cualquier resto biológico que tenga células, podrán hallar ADN."

Figura 16: Toma de muestras para la búsqueda de restos de material biológico y la obtención de ADN.

¿Dónde podemos encontrar en nuestra hamburguesa ácidos nucleicos, por ejemplo el ADN? Debido a que todos los organismos vivos están formados por células y todas las células presentan ADN en su interior, estará presente tanto en las células de la lechuga, las del tomate, en las células musculares con las que se hizo la carne picada y en las células de las levaduras de cerveza (hongos) con los que se levó el pan. 

En el caso que querramos estudiar y comparar ADN humano lo podremos buscar en muestras de sangre, en muestras óseas, en fluidos como semen o saliva o en muestras de piel entre muchas otras

B. Rearmando nuestra historia con ADN

Transcripción del audio: "En 1983 concluyó en Argentina un período oscuro de nuestra historia. Desde 1976 el gobierno de facto llevó a cabo detenciones ilegales y violaciones sistemáticas contra los derechos humanos. En muchos casos no se volvió a saber de las personas detenidas, y sus familiares no obtuvieron respuestas sobre su paradero, dando lugar al apelativo de "detenido/desaparecido". Luego se sabría que los cuerpos de las víctimas muchas veces eran ocultados. Uno de los organismos no gubernamentales que se encargó de buscar e identificar restos de cuerpos encontrados, fue el Equipo Argentino de Antropología Forense (EAAF) organización sin fines de lucro que utiliza técnicas de la antropología forense. Esta organización con especialidad médico-legal permitió recuperar, analizar e identificar cientos de personas a partir de sus restos óseos y ADN, no sólo en Argentina sino en otros 50 países, para esclarecer la identidad, la causa y el modo en que las personas murieron y poder restituir los restos a sus respectivas familias."

C. ¿Cómo es que el ADN lleva información?

El ADN es una molécula que porta información en su estructura

Los ácidos nucleicos en general y el ADN (Ácido DesoxirRibonucleico) en particular, son macromoléculas clave para la continuidad de la vida. El ADN lleva la información que se trasmite de padres a hijos y proporciona las instrucciones de cómo (y cuándo) sintetizar o armar las proteínas necesarias para construir y mantener en funcionamiento de células, tejidos y organismos. Obviamente es más complejo y existen muchos otros factores que influyen en el funcionamiento del organismo, pero en el ADN están las características básicas del organismo y la especie, heredado de unas generaciones a otras.

Figura 17: Los genes son secuencias de ADN y llevan información para sintetizar las distintas proteínas de la célula

Existen dos tipos de ácidos nucleicos: el ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico). Mientras que el ADN lleva la información genética de la célula, los distintos ARN participan en el transporte y decodificación del mensaje del gen para armar o sintetizar las proteínas.

Figura 18: La molécula de ADN y sus partes. La estructura 1 representa un nucleótido, el monómero que conforma los ácidos nucleicos. Las estructuras 2 y 3  esquematizan distintos modos de representar la molécula de ADN. Mientras que en 2 se observan los distintos nucleótidos de cada una de las cadenas, la estructura 3 es una versión espacial y más simplificada de las anteriores. 

¿Cómo está escrito el mensaje en el ADN? Podemos considerar a los cuatro nucleótidos: Adenina (A), Timina (T), Citosina (C) y Guanina (G) como letras de un abecedario. Y estas nucleótidos representados en letras, de acuerdo a su secuencia sobre las cadenas de ADN, a su vez forman palabras y “mensajes” que indican en dos procesos muy específicos, la transcripción y traducción, como fabricar o sintetizar proteínas. 

Las y los invitamos a mirar el video producido por TEDEd:

6. Proteínas

A. ¿Cómo nos defendemos contra las infecciones? 

Transcripción del audio: "Cuando nos vacunamos, enfrentamos a nuestros cuerpos a una situación similar a una infección por bacterias o virus. Es decir, simulamos una infección y preparamos al sistema inmune para un “ataque real”. ¿Cómo sucede esto? Al ingresar un virus o una bacteria a nuestro organismo, el cuerpo genera un tipo de proteínas específicas llamadas anticuerpos que inmovilizan a estos patógenos. Lo mismo va a suceder cuando nos vacunamos: introducimos en el cuerpo partes del agente patógeno o al patógeno inactivo. Sería algo asi como un “entrenamiento para la batalla”, ya que el cuerpo aprenderá a generar los anticuerpos específicos y cuando agente real ingrese, el cuerpo ya estará preparado y entrenado para dar batalla."

B. Proteínas, divino tesoro

Las proteínas son las biomoléculas más abundantes de los organismos vivos y presentan funciones muy variadas e importantes. Pueden ser enzimas, anticuerpos del sistema inmune, proteínas musculares, cerebrales, hormonas, transportadores y muchas otras cosas. En organismos como los nuestros, las proteínas de otros organismos que ingerimos, sean plantas, hongos, animales o bacterias, son desarmadas y sus componentes son reutilizados para fabricar nuestras propias proteínas. Por ello, una dieta balanceada con proteínas es importante, especialmente durante etapas de desarrollo, para no tener deficiencias en distintos procesos en los que están involucradas las proteínas, como el propio crecimiento y una mayor susceptibilidad frente a infecciones. 

Figura 19: Las proteínas están formadas por secuencias de aminoácidos. La información para sintetizar cada proteína está determinada por los genes ubicados en el ADN. Por la unión de los aminoácidos se forma el polipéptido que luego se pliega en el espacio para lograr la estructura nativa o funcional de la proteína. Cada proteína presenta una función específica dada por esa forma en 3D.

C. Convirtiendo un problema en alimento

Transcripción del audio: "Seguramente habrás oído hablar de la intolerancia a la lactosa. La lactosa, un azúcar, es degradada en el intestino a glucosa y galactosa por una enzima (proteína) llamada lactasa. Esos azúcares son posteriormente absorbidos y utilizados por nuestro cuerpo. Sin embargo, si esa enzima no llegara a funcionar, no solo no podremos aprovechar los monómeros como alimento sino que la lactosa no digerida permanecerá en el intestino llevando a síntomas como la hinchazón y el dolor abdominal, entre otros."

D. ¿Qué es la celiaquía?

Las y los invitamos a ver el video de la clase de la profesora Ingrid Romer de la cátedra de Biología del Programa UBAXXI

Las proteínas suelen ejercer su función específica según su estructura tridimensional. Los plegamientos generan formas y estructuras que determinan con qué se unen y qué transformación se realizará, o qué molécula puede inhibirla, bloquearla o estimularla. Si la proteína se desarma, aunque los aminoácidos queden unidos en una cadena, la función no se llevará a cabo, y sus propiedades seguramente se modifiquen. La forma nativa (plegada) de las proteínas solo es estable y se mantiene, dentro de ciertos rangos de temperatura y acidez. Si estos parámetros se modifican, la proteína puede desnaturalizarse, es decir, “desarmarse”. En ese caso se perderá también, junto con la estructura, su función. Este proceso se utiliza mucho en gastronomía y procesos alimenticios. Al aumentar la temperatura la clara de huevo “se cocina” y pasa de un color transparente a un blanco opaco. O el cuajado de la leche en la fabricación de la ricota o incluso de ciertos quesos. En estos procesos se modifica la acidez del medio con vinagre o limón, se desnaturaliza las proteínas de la leche y como consecuencia, cambiará la textura del alimento.

7. Cuestionario

Te invitamos a resolver el siguiente cuestionario.

8. ¿Qué tal te resultó este bloque?