Biomoléculas. Moléculas de la vida.
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Los
seres vivos estamos compuestos por átomos y moléculas, que están organizados de
una manera muy específica.
Es así,
como los componentes que conforman la materia viva se clasifican en:
- Inorgánicos: estos son compuestos simples, en
su composición participan la mayoría de los elementos; el carbono raramente hace
parte de la composición de estos, en excepciones como el dióxido
de carbono (CO2). Los compuestos inorgánicos no poseen carbono e hidrógeno al
mismo tiempo. Un compuesto inorgánico esencial es El agua (H2O), su presencia
es vital, ocupa la mayor parte de la superficie terrestre y en los seres vivos
se encuentra entre un 70% o más.
- Orgánicos: son aquellos compuestos que en su
composición participan el carbono y el hidrógeno, unidos por enlaces
covalentes.
Conociendo
esto, las biomoléculas o moléculas biológicas, son moléculas que únicamente se
encuentran en la materia viva, formadas por la unión de bioelementos (carbono,
hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre). Estas son el fundamento de la
vida y se clasifican en Carbohidratos, Lípidos, Proteínas y Ácidos Nucleicos. De
manera general, las biomoléculas se utilizan biológicamente para tres
funciones: estructural (forman estructuras biológicas), energética (liberan o
almacenan energía), y dinámica (intervienen en reacciones biológicas).
1) CARBOHIDRATOS (conocidos también como “glúcidos”
o “hidratos de carbono”)
Son las
biomoléculas más abundantes en la naturaleza, donde la mayoría de estos se
componen de carbono (de 3 a 8), hidrógeno y oxígeno, en algunos casos pueden
tener además, otros elementos químicos como nitrógeno o azufre y hacer parte de
diferentes estructuras celulares; muchos de estos son solubles en agua. Químicamente
se pueden definir como polialcoholes con un grupo carbonilo (aldehído o
cetona). Un ejemplo de estos es la glucosa, primer producto elaborado en la
fotosíntesis y el principal compuesto energético de los seres vivos.
Según su
complejidad se clasifican en:
· Carbohidratos simples.
Monosacáridos: son los carbohidratos más sencillos,
poseen un solo anillo y los más comunes tienen una estructura fundamental de 5
o 6 carbonos. Los monosacáridos tienen como mínimo dos grupos –OH unidos a su organización
de carbono y un aldehído o grupo de cetona.
Ejemplos
de monosacáridos son la glucosa, la fructosa, la galactosa, la ribosa, la desoxirribosa,
entre otros.
· Carbohidratos de cadena corta.
Disacáridos: Se forman a partir de la unión
de dos monosacárido (dos anillos), esto mediante un enlace O- Glucosídico en el
que se libera agua (H2O). Suelen tener función energética, hidrolizándose para
obtener sus monosacáridos constituyentes. Ejemplos de disacáridos:
-
Maltosa
(glucosa + glucosa)
-
Sacarosa
(glucosa + fructuosa)
-
Lactosa
(glucosa + galactosa)
· Carbohidratos complejos.
Polisacáridos: Se forman por la unión de miles
de unidades de monosacáridos (principalmente glucosas), estableciendo enlaces
glucosídicos entre ellos. Los más comunes son el almidón en las células vegetales,
el cual cumple la función de reserva energética; el glucógeno en los animales,
que equivale al almidón en las plantas, es el principal glúcido de reserva
energética (a corto plazo), este se almacena en el hígado y musculo
esquelético, y la celulosa (quitina), esta fortalece el esqueleto externo y
otras partes duras de animales como el cangrejo, insectos, arañas, gusanos de
seda y garrapatas. Además, también fortalece las paredes celulares de los
hongos.
Estructura de los diferentes tipos de carbohidratos.
Imagen creada por autores.
Por
tanto, los carbohidratos cumplen las siguientes funciones:
-
Energética. Son los combustibles de uso inmediato,
como es el caso del glucógeno, el cual en ayunos cortos mantiene normales los
niveles de glucosa en la sangre (80–120 mg/dl) para que el cerebro y otros
órganos importantes trabajen normalmente. Cuando la glucosa esta por arriba de este rango (hiperglicemia), se trata de equilibrar con la insulina; cuando esta por debajo del nivel, el encargado de equilibrarla es el glucagón.
-
Estructural. Como se decía anteriormente, la
quitina forma el exoesqueleto de los insectos, las paredes celulares de las
plantas y hongos.
-
Informativa. En las células, los
carbohidratos se unen a compuestos como lípidos y proteínas localizados en la
superficie externa de la membrana celular, formando glicolípidos (compuestos
que contienen estructuras tanto de lípidos como de carbohidratos) y
glicoproteínas (compuestos que contienen estructuras tano de proteínas como de
carbohidratos), estas sirven como señales de reconocimiento para bacterias,
hormonas, anticuerpos. Los seres humanos se clasifican por grupos sanguíneos,
gracias a ellas.
-
Desintoxicación del organismo.
Elimina compuestos que se producen en el metabolismo celular, como la
bilirrubina y algunas hormonas; y son claves en el metabolismo de algunos
compuestos xenobióticos como los fármacos y aditivos alimentarios.
2) LÍPIDOS.
Son cadenas de carbonos muy largas (lineales),
compuestas por C, H y O. Son moléculas bipolares o anfipáticas (del griego
amphi, doble), esto se debe a que la cabeza de la molécula es polar o iónica y,
por tanto, hidrófila. La cadena carbonada es apolar o hidrófoba, por ende, son insolubles
en agua (hidrófobicos) pero, solubles en solventes orgánicos no polares como el
éter, el benceno o la acetona.
Los
lípidos se clasifican en:
· Ácidos Grasos.
Son
ácidos carboxílicos de cadena larga que poseen una estructura de 36 carbonos
máximo, los cuales pueden tener uno, dos o tres átomos de hidrogeno unidos a
ellos mediante enlaces covalentes.
Dentro de estos, encontramos los ácidos grasos saturados (C-C) y los
insaturados (C=C).
Los
primeros, son de origen animal y se caracterizan por estar unidos solo mediante
enlaces sencillos. Son flexibles y sólidos a temperatura ambiente. Los
segundos, llamados también poliinsaturados, son de origen vegetal y en su cadena
se presentan enlaces dobles (uno o más), por lo que muestran rigidez a nivel
del doble enlace y son líquidos aceitosos.
· Triglicéridos.
Están
constituidos por una molécula de glicerol unida a tres cadenas de ácidos grasos.
Son los lípidos más abundantes y la mejor reserva de energía del cuerpo; cada
gramo produce el doble de energía que los carbohidratos complejos. Cabe resaltar, que todos los vertebrados
almacenan triglicéridos en las células grasas, las cuales constituyen el tejido
adiposo.
· Fosfolípidos.
Tienen una composición semejante a un
triglicérido, pero en estos, uno de los ácidos grasos es sustituido por un
grupo fosfato. Son los compuestos esenciales de la membrana celular, la cual
consta de una bicapa lipídica.
`
Estructura de un ácido graso, triglicérido y fosfolípido. Respectivamente.
Imagen realizada por autores.
http://www.efn.uncor.edu/departamentos/divbioeco/anatocom/Biologia/Celula/Componentes%20quimicos%20celulares/lipidos.htm
· Ceras.
Son
esteres que poseen ácidos grasos de cadena larga unidos a alcoholes igualmente
de cadena larga. Todas presentan una consistencia firme y resisten el agua, por esto, las plantas están dotadas de una cutícula que contiene ceras y
cutin (otro lípido), así la cutícula ayuda a limitar la pérdida del agua
y aleja algunos parásitos. Las ceras también cumplen una función protectora,
pues lubrican e imprimen flexibilidad a la piel y el cabello; las abejas
producen cera, la cual le sirve para construir el panal.
· Colesterol y otros esteroles.
Los
esteroles son lípidos sin ácidos grasos. Todas las membranas de las células
eucariotas contienen esteroles.
El
colesterol, es el lípido más común en los tejidos animales. Hay de dos tipos;
el HDL (High Density Lipid), conocido como colesterol bueno, el cual reparte
lípidos, y el LDL (Low Density Lipid), conocido como colesterol malo y que recoge
lípidos.
Los
esteroides u hormonas sexuales, son esenciales en para la formación de gametos
y el desarrollo de las características sexuales secundarias, por ejemplo: la
cantidad y distribución del pelo en los mamíferos y del color de las plumas en
las aves.
Conociendo
esto, decimos que los lípidos cumplen las siguientes funciones:
-
Energética; mejor que la de los
carbohidratos, la cual es utiliza al realizar ejercicio aeróbico.
-
Estructural;
los fosfolípidos son los compuestos esenciales de la membrana plasmática.
-
Protección; alrededor de los órganos
internos se encuentran lípidos, estos los protegen de los golpes.
-
Aislante; mediante el tejido adiposo,
animales como los pingüinos de la antártica o los leones marinos se abastecen
de calor interno.
-
Informativa; participan en muchos procesos
de señalización celular, ya sea en forma de hormonas esteroideas (los
estrógenos y la testosterona) o como mensajeros moleculares que trasladan
señales desde los receptores de la superficie celular al interior de la célula
y existe un grupo especial de lípidos que se clasifican como vitaminas.
3) PROTEÍNAS.
Son
las biomoléculas más diversas. Contienen siempre C, H, O y N, y están
constituidas por la unión de unas unidades básicas llamadas aminoácidos (Su
unidad estructural).
Los
aminoácidos son compuestos orgánicos que contienen grupos aminos y carboxilo,
un átomo de hidrogeno y uno o más átomos (su grupo R) donde R= residuo, lo que
le da la identidad al aminoácido. En la
naturaleza sólo se encuentran 20 aminoácidos como componentes de muchas
proteínas. Las células construyen las proteínas mediante la unión de
aminoácidos por medio de enlaces peptídicos, los cuales pueden romperse
mediante hidrolisis (descomposición de sustancias orgánicas por acción del
agua).
Las
proteínas son sintetizadas en las células, en los ribosomas, siguiendo las
"órdenes" del ADN, el cual posee las instrucciones para elaborar
todas y cada una de las proteínas que necesita cada célula de cada organismo.
Las
proteínas se organizan en cuatro niveles o estructuras crecientes de
complejidad.
-
Primaria: es la secuencia o cadena de
aminoácidos que determina la proteína.
-
Secundaria: la cadena de aminoácidos se
dobla o pliega adquiriendo una forma de lámina plegada o de hélice.
-
Terciaria: la proteína adquiere una forma
tridimensional, globular o fibrosa.
-
Cuaternaria: está constituida por dos o más
cadenas de aminoácidos replegadas, o dicho de otra forma, la asociación de
glóbulos (hemoglobina)
Estructura de un aminoácido y los niveles de estructuración de las proteínas.
Imagen realizada por autores.
Fuentes: http://www.porquebiotecnologia.com.ar/index.phpaction=cuaderno&opt=5&tip=1¬e=123
Imagen realizada por autores.
Fuentes: http://www.porquebiotecnologia.com.ar/index.phpaction=cuaderno&opt=5&tip=1¬e=123
http://bioquimicabm.blogspot.com.co/2013/09/niveles-de-organizacion-de-las-proteinas.html
Las
proteínas se pueden clasificar en proteínas simples fibrosas, son insolubles
en agua (como el colágeno) y las simples globulares, estas se dispersan en agua (como las inmunoglobulinas).
Las
enzimas, son proteínas globulares que catalizan todas las reacciones
biológicas aumentando la velocidad del metabolismo, en el estómago tenemos las
enzimas tripsina y pepsina.
Las
proteínas participan y se encuentran en casi todos los procesos biológicos, por
tanto entre sus funciones (las cuales dependen de su estructura) están:
-
Estructural. Participan en la regeneración
de tejidos.
-
Defensiva. Por ejemplo la espinas del
puercoespín, el veneno en las serpientes y arañas, en estas dos últimas se
encuentran presentes las toxinas: neurotoxina y miotoxina.
-
Comunicación informativa. Mediante neurotransmisores y
hormonas.
-
Transporte. Interno celular mediante
microtúbulos y microfilamentos, y externo celular mediante albumina sérica y
hemoglobina.
-
Homeostasis. Mantiene el equilibrio del
cuerpo mediante los tampones.
-
Contracción muscular. Mediante las enzimas miosina,
actina, troponina, tropomiosina.
Además
de todas estas funciones, las proteínas son de suma importancia, pues basta con
un solo aminoácido errado para que aparezcan mutaciones como la anemia
drepanocítica.
4) ÁCIDOS
NUCLEICOS (ADN y ARN).
Son
biomoléculas orgánicas que contienen siempre C, H, O, N y P, estructurados en
unidades básicas llamadas nucleótidos.
Los nucleótidos son compuestos orgánicos que
hacen parte del ADN y ARN, los cuales almacenan y recuperan la información hereditaria. Los nucleótidos tienen un carbohidrato (ribosa o desoxirribosa), por lo menos un grupo fosfato
y una base nitrogenada.
El ATP (Trifosfato de adenosina o adenosín trisfostato), es un nucleótido que posee una hilera de tres grupos fosfato unidos a su glucosa.
El ATP (Trifosfato de adenosina o adenosín trisfostato), es un nucleótido que posee una hilera de tres grupos fosfato unidos a su glucosa.
Estructura del ARN y ADN, y los niveles de enrollamiento de este último.
Imagen realizada por autores.
Imagen realizada por autores.
· El ADN (Ácido
Desoxirribo-Nucleico).
Está
integrado por dos cadenas de nucleótidos; el carbohidrato es la desoxirribosa y
las bases nitrogenadas son Adenina, Timina, Citosina y Guanina. Está formado
por dos cadenas que se enlazan por las bases nitrogenadas mediante puentes de
hidrógeno: Adenina se enlaza siempre con Timina mediante dos puentes, y
Citosina con Guanina mediante tres. El ADN es la molécula que contiene la
información genética de cada individuo, y se ubica en el citoplasma de las
células procariotas o en el núcleo de las eucariotas, por lo que las múltiples
diferencias que existen entre los seres vivos están dadas por la cantidad y el
orden de las bases nitrogenadas.
El
ADN se empaqueta asociándose con proteínas (normalmente histonas), en cinco
niveles:
-
Primero. Conocido como “collar de
perlas”. Está constituida por la fibra de ADN (doble hélice) asociada a
histonas, las cuales son proteínas básicas de baja masa molecular.
-
Segundo. Se le conoce como “solenoide”.
Se forma por el enrollamiento sobre sí misma de la fibra de cromatina
condensada.
-
Tercero. Forma una serie de bucles,
denominados dominios estructurales en forma de bucle.
-
Cuarto. Se forman rosetas y rodillos.
-
Quinto. Nivel máximo de enrollamiento
del ADN, se formar los cromosomas. Solo ocurre durante la mitosis y meiosis.
· El ARN (Ácido Ribo-Nucleico).
Está
integrado por una cadena de nucleótidos; el carbohidrato es la ribosa y las
bases nitrogenadas son Adenina, Uracilo, Citosina y Guanina. El ARN es la
molécula que actúa como intermediario entre el ADN y las proteínas: el ARN
"copia" (transcribe) la información del ADN necesaria para la elaboración
de una proteína determinada y la lleva al ribosoma, en donde ocurre la síntesis
de proteínas.
Encontramos
entonces tres tipos de ARN:
-
Mensajero. Lleva el mensaje desde el ADN
para la formación de proteínas.
-
Ribosomal. Se combina con distintas
proteínas para formar los ribosomas, que luego intervendrán en la síntesis de
proteínas.
-
Transferencia. Transporta los aminoácidos a los
ribosomas y los ordena a lo largo de la molécula de ARNm, a la cual se unen por
medio de enlaces peptídicos para formar proteínas durante el proceso de
síntesis proteica.
Diferencias entre
ADN y ARN.
ADN
|
ARN
|
Bicatenario
(2 cadenas)
|
Monocatenario
(una cadena)
|
Nucleótidos:
Adenina, Citosina, Guanina, Timina
|
Nucleótidos:
Adenina, Citosina, Guanina, Uracilo
|
Carbohidrato:
Desoxirribosa
|
Carbohidrato:
Ribosa
|
Referencias.
Starr,
C., Taggart, R., Evers, C., Starr, L. (2009). Biología. La Unidad
y la Diversidad de la Vida,
12a. Edición. Editorial Cengage
Learning.
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Biomoléculas. Recuperado el 23 de abril de 2016 http://liceo6.weebly.com/uploads/7/1/5/4/7154339/ficha_n2_biomoleculas._glucidos._lipidos._proteinas._acidos_nucleicos_copy.pdf
Contreras, R. (2014) ARN
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Recuperado el 23 de abril de 2016 http://www.botanica.cnba.uba.ar/Pakete/3er/LosCompuestosOrganicos/1111/Lipidos.htm
