Biomoléculas

Glúcidos

¿Qué son?

Biomoléculas orgánicas formadas por carbono (entre 3 y 7 unidades), hidrógeno y oxígeno.

Funciones

Actúan como reserva de energía o pueden conferir estructura. Dependiendo de la molécula, pueden servir como:

• Combustible (ATP): Se suelen utilizar los monosacáridos (glucosa y fructosa principalmente).
• Reserva energética: Almidón (plantas) y glucógeno (animales).
• Formadores de estructuras: Celulosa (plantas) y quitina (artrópodos).

Clasificación

Según el grupo funcional:

• Aldosas: Presentan grupo aldehído.
• Cetosas: Presentan grupo cetona.

Según el número de átomos de carbono:

• Monosacáridos
• Ósidos:
  • Oligosacáridos
  • Polisacáridos

Monosacáridos

Sustancias blancas, con sabor dulce, cristalizables y solubles en agua. Su fórmula general es C_nH_2nO_n. El número de carbonos que contienen oscila entre 2 y 9, y según este número se les llama:

• Triosas (D-gliceraldehído)
• Tetrosas (D-eritrosa)
• Pentosas (ribosa)
• Hexosas (glucosa)
• Heptosas (sedoheptulosa)

Propiedades de los monosacáridos

Isomería:

Cuando dos o más compuestos presentan la misma fórmula molecular y distintas fórmulas estructurales, se dice que cada uno de ellos es isómero de los demás. Los isómeros se diferencian por presentar distintas propiedades, ya sean físicas o químicas.

Podemos encontrar isomería de función, isomería espacial e isomería óptica.

• De función: Los isómeros se distinguen por tener distintos grupos funcionales. Las aldosas son isómeros de las cetosas.
• Espacial: Se produce cuando la molécula presenta uno o más carbonos asimétricos (carbono unido a cuatro radicales químicos distintos). Cuantos más carbonos asimétricos tenga la molécula, más tipos de isomería presenta.
• Óptica o CIS/TRANS: Cuando sobre una disolución de monosacáridos incide un rayo de luz polarizada, se observa una desviación. Si se desvía hacia la derecha, es dextrógiro (signo +); si se desvía hacia la izquierda, es levógiro (signo -).

Poder reductor: Se oxidan fácilmente, transformándose en ácidos, por lo que se dice que poseen poder reductor (cuando se oxidan, reducen a otra molécula).

IMPORTANTE: Algunos monosacáridos pueden presentar estructura cíclica. Entre los más relevantes tenemos la glucosa, la ribosa, la fructosa y la desoxirribosa.

Ósidos

Glúcidos formados por varios monosacáridos. La unión se realiza a través de un enlace especial que libera una molécula de agua. Se clasifican en:

• Oligosacáridos: Glúcidos formados por un número pequeño de monosacáridos (de 2 a 10). Se denominan disacáridos (2 monosacáridos), trisacáridos (3 monosacáridos), tetrasacáridos (4 monosacáridos), etc.
• Polisacáridos: Polímeros de monosacáridos. No tienen sabor dulce, no cristalizan y no tienen poder reductor. Pueden servir como reserva energética o conferir estructura. Su función vendrá dada por el tipo de enlace. Los más abundantes son almidón, glucógeno, celulosa y quitina.

Lípidos

¿Qué son?

Biomoléculas orgánicas formadas básicamente por carbono, hidrógeno y generalmente oxígeno. Pueden contener fósforo, nitrógeno y azufre. Son insolubles en agua pero solubles en disolventes orgánicos como éter, cloroformo o benceno.

Funciones

Desempeñan cuatro funciones:

• Reserva: Principal reserva energética del organismo.
• Estructural: Forman bicapas lipídicas en membranas.
• Biocatalizadora: Favorecen las reacciones químicas.
• Transportadora: Mediante emulsión gracias a los ácidos biliares y a los proteolípidos.

Clasificación

Se clasifican en dos grupos, atendiendo a que posean en su composición ácidos grasos (lípidos saponificables) o no los posean (lípidos insaponificables).

1. Lípidos saponificables

A. Simples (solo contienen C, H y O)

• Acilglicéridos: Según el número de ácidos grasos: monoglicéridos, diglicéridos y triglicéridos. Formados por la esterificación de uno, dos o tres ácidos grasos con una molécula de glicerina. Suelen dar lugar a reacciones de saponificación, en la que se produce jabón.
• Céridos: Ésteres de ácidos grasos de cadena larga, con alcoholes también de cadena larga. Sólidos y totalmente insolubles en agua. Todas sus funciones van relacionadas con su impermeabilidad al agua y consistencia firme. Las plumas, el pelo y las hojas están cubiertas de una capa de cera protectora. Ej., la cera que segregan las abejas para el panal.

B. Complejos (además de C, H y O, contienen N, P, S o un glúcido)

• Fosfolípidos: Presentan un ácido ortofosfórico en su zona polar. Son las moléculas más abundantes en la membrana citoplasmática. Ej., fosfoglicérido, esfingolípido o lecitina.
• Glucolípidos: Presentan un glúcido en su estructura. Forman parte de las bicapas lipídicas (especialmente en las neuronas). Realizan la función de relación celular, siendo receptores de moléculas externas.

2. Lípidos insaponificables

A. Terpenos

Moléculas lineales o cíclicas con funciones muy variadas. Tipos:

• Esencias vegetales (mentol, alcanfor, eucaliptol y vainillina)
• Vitaminas (A, E y K)
• Pigmentos vegetales (carotina y xantofila)

B. Esteroides

Lípidos que derivan del esterano. Dos grandes grupos:

• Esteroles (colesterol y vitamina D)
• Hormonas esteroideas (hormonas suprarrenales y sexuales)

C. Prostaglandinas

Lípidos cuya molécula básica está formada por 20 carbonos que forman un anillo ciclopentano y dos cadenas alifáticas. Destacar su función como productoras de sustancias que regulan la coagulación de la sangre y el cierre de heridas.

Reacciones a tener en cuenta

• Saponificación: Típica de los ácidos grasos; reacción con álcalis que da lugar a una sal de ácido graso llamada jabón.
• Esterificación: Un ácido graso se une a un alcohol mediante un enlace covalente, formando un éster. RCOOH + ROH → R-C-OR + H₂O

Proteínas

¿Qué son?

Son biomoléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos, mediante un enlace llamado enlace peptídico (enlace formado entre el grupo carboxilo [-COOH] del primer aminoácido y el grupo amino [-NH₂] del segundo; es rígido). El número de aminoácidos ha de ser mayor de 100; si es menor, se considera péptido (ej., insulina). Dependiendo de los radicales de los aminoácidos, manifestarán unas propiedades u otras, tales como:

• Solubilidad: Los radicales permiten a las proteínas interaccionar con el agua.
• Especificidad: Consecuencia de la estructura tridimensional (de función o de especie).
• Desnaturalización: Si cambian condiciones como el pH y la temperatura, cambia la estructura de la proteína. Esta pérdida se denomina desnaturalización. Si es reversible, renaturalización.

Funciones

Entre todas las funciones que desempeñan, destacar:

• Estructural: Forman estructuras capaces de soportar gran tensión.
• Movimiento y contracción: La actina y la miosina mueven los músculos.
• Transporte: Capacidad para transportar sustancias, como oxígeno.
• Reserva energética: Sirven para acumular y producir energía si se necesita.
• Función homeostática: Regulan las constantes del medio interno (pH o cantidad de agua).
• Función defensiva: Las inmunoglobulinas son proteínas producidas por linfocitos B.
• Función hormonal: Funcionan como mensajeras de señales hormonales.
• Función enzimática: Funcionan como biocatalizadores.

Clasificación

Atendiendo a su composición y complejidad, se dividen en dos grupos:

• Holoproteínas (formadas solo por aminoácidos):
  • Albúminas
  • Globulinas
  • Escleroproteínas
  • Protaminas e histonas
• Heteroproteínas (formadas por aminoácidos y otra sustancia):
  • Glucoproteínas
  • Lipoproteínas
  • Fosfoproteínas
  • Cromoproteínas
  • Nucleoproteínas

Estructura

Se distinguen cuatro niveles:

• Estructura primaria: Aminoácidos que la componen y orden en que se encuentran.
• Estructura secundaria: Ordenamiento espacial de la estructura primaria. Tres tipos:
  • α-hélice
  • β-lámina plegada
  • Hélice del colágeno
  Aquí aún las proteínas no tienen función.
• Estructura terciaria: Disposición espacial de la estructura secundaria. Puede ser globular o fibrosa. La mayoría de las proteínas aquí ya son funcionales.
• Estructura cuaternaria: Varias proteínas se unen entre sí. Cada proteína componente (protómero) conserva su estructura terciaria. La unión se realiza mediante puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas. Algunas proteínas necesitan de este nivel para ser funcionales.

Ácidos Nucleicos

¿Qué son?

Polímeros formados por la unión de nucleótidos. En su composición solo intervienen carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo.

Nucleótido: Molécula formada por tres sustancias:

• Ácido fosfórico (tanto en ADN como en ARN)
• Una pentosa: Ribosa (ARN) o desoxirribosa (ADN). Esto determina las dos clases de ácidos nucleicos existentes: ribonucleico y desoxirribonucleico.
• Base orgánica nitrogenada: Purinas (adenina y guanina) y pirimidinas (citosina, timina [ADN] y uracilo [ARN])

Tipos

Dos tipos:

• ADN (ácido desoxirribonucleico): Sus nucleótidos tienen desoxirribosa como azúcar y no tienen uracilo.
• ARN (ácido ribonucleico): Sus nucleótidos tienen ribosa como azúcar y no tienen timina.

Función

Estos ácidos son las sustancias de mayor importancia biológica, ya que son portadores y ejecutores de la información genética de cada ser vivo.

• ADN: Ejerce la función portadora de la información genética.
• ARN: Ejerce las funciones de transferencia de la información genética y ejecución de las informaciones que contienen.

Estructura

ADN: Cadena bicatenaria (excepto en algunos virus), formando una doble hélice. Ambas cadenas se mantienen unidas entre sí por la formación de enlaces (puentes de hidrógeno) entre las bases nitrogenadas. La estructura de un determinado ADN está definida por la «secuencia» de las bases nitrogenadas. El orden en el que aparecen las cuatro bases en el ADN es, por tanto, crítico para la célula. Este orden es el que constituye las instrucciones del programa genético de los organismos.

ARN: A diferencia del ADN, todos los tipos de ARN son de una sola hebra, la cual se sintetiza a partir de moldes de ADN. Aun así, los ARN tienen estructuras estables.

Cabe destacar que el modelo de la doble hélice de Watson y Crick ha supuesto un hito en la historia de la biología.

Biocatalizadores: Enzimas y Vitaminas

¿Qué son?

Son proteínas que activan, aceleran o retardan las funciones que realizan los seres vivos. Tres tipos:

• Enzimas
• Vitaminas
• Hormonas

Enzimas

Biocatalizadores autógenos (cada organismo elabora las propias) de acción correcta (especificidad para una acción determinada). Dos tipos de especificidad: de sustrato y de función. Necesitan condiciones de calor y pH determinadas, y combinarse con otras sustancias (activadores o inhibidores) para comenzar y cesar su acción. Algunas también necesitan un coenzima (grupo prostético que, por estar débilmente unido al grupo proteico, puede separarse fácilmente de él) para funcionar.

Su acción es la siguiente:

1. La enzima se combina con el sustrato, formando el complejo ES (enzima-sustrato).
2. Provoca la reacción correspondiente en el sustrato, transformándolo en productos.
3. Se separa de los productos, volviendo a su estado natural.

Antiguamente se creía en el modelo de la «llave-cerradura»; ahora se sabe que no es así. El modelo actual es el dinámico, por el cual la enzima cambia de forma para encajar con el sustrato.

Se pueden clasificar según las reacciones que catalizan:

• Hidrolasas: Catalizan reacciones de hidrólisis.
• Carbohidrasas: Rompen enlaces glucosídicos.
• Esterasas: Rompen enlaces éster.
• Amidasas: Rompen enlaces peptídicos.
• Desmolasas: Liberan gran cantidad de energía en las reacciones que provocan.
• Deshidrogenasas: Liberación de electrones, oxidando.
• Oxidasas: Captan electrones de la sustancia y los transfieren al oxígeno.
• Descarboxilasas: Liberan anhídrido carbónico.

Vitaminas

Biocatalizadores que forman parte de las coenzimas. Su falta puede provocar enfermedades carenciales. Se designan con letras mayúsculas.

Dos tipos:

• Liposolubles (se disuelven en ácidos grasos):
  • Vitamina A
  • Vitamina D
  • Vitamina E
  • Vitamina K
• Hidrosolubles (se disuelven en agua):
  • Vitamina B₁
  • Vitamina B₁₂
  • Vitamina PP
  • Vitamina C