Biomoléculas y la Organización de la Vida

Bioelementos y Biomoléculas Inorgánicas

1.1 Bioelementos o Elementos Biogénicos

Los bioelementos son aquellos que forman las moléculas indispensables para la vida, llamadas biomoléculas. Se clasifican en:

Bioelementos mayoritarios primarios: Constituyen la mayor parte de la materia viva (C, N, H, O, S y P).
Bioelementos mayoritarios secundarios: Importantes para la fisiología celular (Mg, Ca, K, Na, Cl).

El carbono es idóneo para formar la columna vertebral de biomoléculas y compuestos orgánicos debido a su capacidad para formar grupos funcionales y enlaces simples, dobles y triples.

1.2 Biomoléculas

Las biomoléculas son sustancias orgánicas e inorgánicas que constituyen la materia viva del organismo.

1.2.1 Biomoléculas Inorgánicas

1.2.1.1 El Agua

El agua es una molécula polar con puentes de hidrógeno, lo que le permite tener una estructura reticular responsable de sus propiedades y funciones.

Propiedades fisicoquímicas y funciones biológicas:
- Líquida entre 0 y 100°C: Temperatura idónea para la aparición de la vida.
- Acción disolvente: Es el medio en el que transcurren gran parte de las reacciones químicas por su facilidad de transporte.
- Elevada fuerza de cohesión: Permite a determinados animales desplazarse por su superficie, puede actuar como esqueleto hidrostático y aumenta la turgencia en las plantas.
- Elevada fuerza de adhesión: Es responsable de la facilitación del ascenso de la savia bruta.
- Elevado calor específico: Es un amortiguador térmico, evitando cambios bruscos de temperatura.
- Elevado calor latente de vaporización: Su evaporación provoca una refrigeración de las plantas (transpiración) y animales (sudoración).
- Menor densidad del hielo que del agua líquida: Permite la vida debajo del hielo.
- Usos bioquímicos del agua: Se utiliza químicamente el agua en las reacciones de fotosíntesis e hidrólisis.

1.2.1.2 Sales Minerales

Insolubles: Función de protección y sostén, como caparazones o el esqueleto interno de los vertebrados.
Solubles:
- Función catalítica: Son cofactores enzimáticos y necesarias para la actividad de ciertas enzimas (ej. Zn+).
- Función osmótica: Intervienen en la distribución de agua en los compartimentos intra y extracelulares (ej. Na+).
- Función tamponadora: Mantienen el pH constante dentro de unos límites (ej. HCO3-).
- Función nutriente: Los organismos autótrofos las utilizan para la síntesis de componentes orgánicos (ej. NO3-).

1.2.2 Sistemas Amortiguadores o Tampones

Un sistema amortiguador o tampón es un conjunto de sustancias capaces de mantener el pH constante al añadir ácidos o bases, mediante la liberación o captación de H+ y OH- (ej. H2PO4-).

1.2.3 Ósmosis

La ósmosis es el paso de agua líquida a través de una membrana semipermeable desde la solución más diluida a la más concentrada.

Si los líquidos extracelulares se diluyen, se hacen hipotónicos, las células se hinchan y se vuelven turgentes.
Si estos aumentan su concentración se hacen hipertónicos, las células se deshidratan y pueden morir.
Si la concentración de solutos dentro y fuera de la célula son iguales, se denominan isotónicas.

Glúcidos

Los glúcidos son polihidroxialdehídos y polihidroxicetosas, sus derivados simples como aminas y ácidos, y los productos formados por la condensación de estos compuestos, entre sí y con otros, mediante enlaces.

2.1 Enlace O-Glucosídico

El enlace O-glucosídico es el enlace mediante el cual se unen entre sí dos o más monosacáridos formando disacáridos o polisacáridos, respectivamente. Se establece en forma de éster, siendo un átomo de oxígeno el que une cada pareja de monosacáridos.

2.2 Monosacáridos

Son moléculas sencillas de polihidroxialdehídos o polihidroxicetosas que tienen entre 3 y 9 átomos de carbono. La isomería óptica mide la desviación del plano en que, mediante un rayo de luz polarizada, atraviesa la disolución de azúcar, hacia la derecha (dextrógiro) o hacia la izquierda (levógiro).

Aldosas:
- Aldotriosas: Gliceraldehído.
- Aldotetrosas.
- Aldopentosas.
- Aldohexosas: Glucosa.
Cetosas:
- Cetotriosas.
- Cetotetrosas.
- Cetopentosas.
- Cetohexosas: Fructosa.
- Cetoheptosas.

Funciones de los monosacáridos:

Función energética (glucosa, fructosa, galactosa): Son los principales compuestos donde se retiene la energía solar obtenida de la fotosíntesis. Se comportan como combustible metabólico, ya que la célula obtiene energía de sus enlaces mediante la respiración celular.
Función estructural (ribosa, desoxirribosa): Forman parte de la estructura de los nucleótidos y ácidos nucleicos (ARN y ADN).

2.3 Oligosacáridos

Los oligosacáridos están formados por la unión de 2 a 10 monosacáridos.

2.3.1 Disacáridos

Los disacáridos son la formación de dos monosacáridos mediante un enlace O-glucosídico. Sus propiedades son que el primer monosacárido tiene un OH libre y el segundo o está unido con un alcohol o con un OH.

Función energética (sacarosa, lactosa): Sirven como reservas de energía de rápida utilización.

2.4 Polisacáridos

Los polisacáridos son carbohidratos de elevado peso molecular que se forman por la polimerización de los monosacáridos o de sus derivados unidos por enlace O-glucosídico.

Propiedades:

Aunque no se disuelven en agua dado su gran tamaño, retienen agua.
No tienen carácter reductor.

2.4.1 Homopolisacáridos

Funciones:

Función energética (almidón, glucógeno): Son utilizados como reserva y son un sistema perfecto para acumular glucosa dentro de la célula sin aumentar la presión osmótica.
Función estructural (celulosa, quitina): Constituyen la pared de celulosa o membrana de secreción de las células vegetales. Forman el exoesqueleto de artrópodos y la pared celular de los hongos.

2.4.2 Heteropolisacáridos