Tipos de moléculas biológicas

Existen cuatro grupos de moléculas orgánicas o biomoléculas basadas en el carbono: carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos.
Todos los seres vivos comparten los mismos tipos de moléculas y por eso los procesos químicos básicos también son compartidos de forma uniforme.

Elementos químicos presentes en los seres vivos

Básicamente un ser vivo está formado por elementos químicos al igual que la materia inerte. En proporción los elementos químicos que forman la mayor parte de las moléculas fundamentales son:

• Hidrógeno → 63%
• Oxígeno → 25.5 %
• Carbono → 9.5 %
• Nitrógeno → 1.4 %
• Fósforo → 0.2 %
• Azufre → 0.15 %
• En proporción menor pero importante tenemos : hierro, calcio, sodio, potasio, etc.

Elementos químicos más abundantes en el universo ( de más a menos concentración): Hidrógeno, helio, oxígeno, carbono, neon, nitrógeno.

Elementos químicos en la corteza terrestre: Oxígeno, silicio, aluminio, hierro, calcio, sodio.

LAS MOLÉCULAS DE LOS SERES VIVOS

Los mismos tipos de moléculas son fundamentales para todos los seres vivos. Se pueden clasificar en moléculas orgánicas e inorgánicas.

• MOLÉCULAS ORGÁNICAS → Carbohidratos, proteínas, lípidos, ácidos nucleicos.
• MOLÉCULAS INORGÁNICAS → Agua, sales minerales y gases.

MOLÉCULAS INORGÁNICAS:

• AGUA: es la molécula más abundante en los seres vivos. No olvidemos que la vida surgió de los océanos y que todas las reacciones químicas se desarrollan en este medio.
• SALES MINERALES: se encuentran disueltas en el agua
• GASES: oxígeno o dióxido de carbono está bien presentes en el interior de las células.

MOLÉCULAS ORGÁNICAS:
Son las basadas en el carbono. El carbono tiene una estructura química ideal para formar grandes moléculas. Por tamaño existen dos tipos de moléculas:

• MONÓMEROS. Pequeñas moléculas orgánicas. Azúcares sencillos, aminoácidos, ácidos grasos
• POLÍMEROS. Son macro moléculas. Están formadas por muchas moléculas y con estructuras complejas. Un polímero es una cadena de monómeros. Ejemplos:

EJEMPLO DE MONÓMERO → AMINOÁCIDOS                CADENA DE MONÓMEROS → PROTEÍNAS

EJ. DE MONÓMERO → AZÚCARES                         CADENA DE MONÓMEROS → POLISACÁRIDOS

EJEMPLO DE MONÓMERO → UN NUCLEÓTIDO           CADENA DE MONÓMEROS → ÁCIDOS NUCLEICOS

CLASIFICACIÓN DE LAS MOLÉCULAS BIOLÓGICAS

Las moléculas biológicas u orgánicas se clasifican en 4 grandes grupos: Carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

CARBOHIDRATOS (Glúcidos o hidratos de carbono)

Son homogéneos en su estructura con grupos alcohol y grupos aldehído o cetona y sin embargo, heterogéneos en su tamaño ( unos son más grandes que otros, pero con la misma estructura).

MONOSACÁRIDOS

Moléculas sencillas también llamados azúcares simples. La glucosa (C6 H12 O6) es el azúcar simple más común. Está en todas las células vivas. De su degradación obtienen la energía todos los seres vivos. Es la molécula que se sintetiza en la fotosíntesis de las plantas. Según el número de carbonos que forman la molécula tenemos:

• Hexosas…… 6 átomos de carbono (Fructosa, glucosa, galactosa)
• Pentosas…. 5 átomos de carbono ( C5 H10 O5, la ribosa del ácido nucleico)
• Triosas…….. 3 átomos de carbono ( C3 H6 O3, gliceraldeído del metabolismo celular)

Los monosacáridos se combinan entre sí formando largas cadenas llamadas polisacáridos:

• DISACÁRIDOS. Dos monosacáridos. Sacarosa → azúcar común ( glucosa + fructosa)
• POLISACÁRIDOS. Grupos de monosacáridos repetidos. Pueden ser sustancias de reserva o elementos estructurales. Almidón, glucógeno, celulosa.
  • ALMIDÓN. Se crea y almacena en los vegetales. Lo forman largas cadenas de glucosa a veces ramificada. Puede almacenarse dentro de la célula y usarse cuando sea necesario mediante una reacción química. Es un polisacárido de reserva.
  • GLUCÓGENO. Se encuentra únicamente en las células animales. Su estructura es similar al almidón, pero sus moléculas de glucosa están mucho más ramificadas. Fundamentalmente se encuentra en el hígado. Se hidroliza y libera cuando baja el nivel de glucosa en sangre y hay que reponer. Es un polisacárido de reserva.
  • CELULOSA. Tiene una función estructural y está sólo presente en células vegetales. Son cadenas no ramificadas de glucosa. Las uniones entre moléculas son diferentes a las del almidón o glucógeno. Por eso los animales no pueden digerirla y no tienen aporte alimenticio. Forman la estructura de las células vegetales (madera, hojas, algodón, etc).

LÍPIDOS

Moléculas poco solubles en agua (hidrófoba), pero sí solubles en disolventes no polares como acetona, éter, cloroformo, etc.
Por su naturaleza hidrófoba cobra importancia en la composición de la membrana celular y aislamiento de partes dentro de la célula. Los lípidos son moléculas utilizadas como fuente de energía. Ejemplos de lípidos son los ácidos grasos, los fosfolípidos y esteroides y los glicéridos.

 ÁCIDOS GRASOS

Larga cadena de hidrocarbono con un grupo carboxilo en un extremo. Existen los saturados cuyos enlaces son simples y los insaturados cuyos enlaces de carbono son dobles.

• Los saturados son abundantes en las grasas animales (manteca). A temperatura ambiente se encuentran en estado sólido.
• Los insaturados son abundantes en las grasas vegetales (aceite de oliva, girasol, etc). A temperatura ambiente están en forma líquida por su facilidad para fundirse (se funden a bajas temperaturas).

GLICÉRIDOS

Es un lípido complejo compuesto por ácidos grasos. Son las conocidas con el nombre de Grasas. Pueden tener 1, 2, ó 3 moléculas. Las de 3 moléculas son los llamados triglicéridos. Son los más abundantes. Son un depósito concentrado de energía en las células. Rinden 9 kilocalorías por gramo ( casi el doble que el glucógeno o las proteínas).Las grasas se acumulan en los animales en las células adiposas. Suelen ser saturadas y por eso forman estructuras sólidas a temperatura ambiente.
Las grasas insaturadas de los vegetales son más inestables provocando fluidez en las mezclas. El ser humano
las necesita porque hay muchas que no puede sintetizar.

FOSFOLÍPIDOS

Conjunto de ácidos grasos + un alcohol, ácido fosfórico y un compuesto nitrogenado. Forman las membranas celulares.

OTROS LÍPIDOS
Son menos abundantes pero importantes en la actividad biológica. Esteroides como el colesterol, hormonas sexuales, vitaminas como la D y ácidos biliares son un ejemplo.

PROTEÍNAS

Son las encargadas de la estructura celular y de la función celular. Son cadenas de aminoácidos ( monómeros) y por lo tanto son polímeros. Existen 20 aminoácidos diferentes.

Tiene una estructura primaria → según ordenación o secuencia de aminoácidos

Tiene una estructura secundaria → según los aminoácidos que contiene, la proteína puede adquirir diferentes formas, replegarse y tomar un carácter tridimensional. Esto condiciona su función biológica. Decimos que una proteína se ha desnaturalizado cuando pierde precisamente esta estructura tridimensional. Esto ocurre cuando se cambia de temperatura o se mezcla con alcohol por ejemplo.

Las proteínas son las moléculas más versátiles y prácticamente todas las funciones de los seres vivos dependen de ellas. Forman músculos, células transportadoras como la hemoglobina que transporta oxígeno, células de defensa (inmunoglobinas), etc.

Una función primordial de las proteínas es la función enzimática. Acelera las reacciones químicas imprescindibles para la vida.

LAS ENZIMAS (proteínas)

Podemos definir a una enzima como una molécula biológica que favorece el proceso de las reacciones químicas acelerándolas y disminuyendo la energía de activación. Una enzima capaz de hacer esto se llama catalizador Energía de activación. Aporte de energía en las reacciones químicas donde un producto A se transforma en otro B.

¿Cómo actúan las enzimas en una reacción?

1. La enzima se une a lo que se va a transformar ( sustrato)
2. Forma un conjunto llamado complejo enzima-sustrato
3. Después este complejo se separa quedando por un lado un nuevo producto y por el otro la enzima intacta.
   Se puede usar de nuevo.

Una reacción puede unir 2 sustratos para formar 1 producto complejo, o separar un sustrato complejo en otros productos más sencillos.

Las enzimas son específicas para cada tipo de reacción y sustrato. Existe prácticamente una enzima específica
para cada reacción en los seres vivos. Se cumple el modelo llamado “llave-cerradura” ya que es un buen símil entre la complementariedad entre el sustrato y su enzima. La zona de la enzima encargada de la interacción con el sustrato, se llama centro activo. El carácter de tridimensionalidad de la estructura de la enzima es lo que le da el carácter específico para el sustrato.

Cuando una enzima se desnaturaliza, pierde su conformación específica perdiendo toda su efectividad.
En algunas reacciones intervienen elementos que ayudan a las enzimas. Se llaman cofactores y coenzimas.
Muchas vitaminas son cofactores y coenzimas. Por ejemplo las del grupo B ( B1, B2, B6, B12).

ÁCIDOS NUCLÉICOS

Cadena de polímeros formada por nucleótidos. Los nucleótidos están formados por tres moléculas: un azúcar, ácido fosfórico y una base nitrogenada.

El azúcar es una pentosa. Una molécula de 5 átomos de carbono, puede ser: Ribosa o Desoxirribosa (similar
a la ribosa, pero le falta un átomo de oxígeno)

Ácido fosfórico. Aparece en estado ionizado con cargas negativas. Se le llama fosfato. El grupo fosfato es el encargado de enlazar los nucleótidos del ácido nucleico.

Base nitrogenada. Es una molécula bastante compleja, de estructura cíclica con átomos de nitrógeno, capaz de captar hidrógenos. Por eso tiene carácter de base, lo opuesto a un ácido. Hay 5 tipos. Adenina, guanina, citosina, timina y uracilo.

Hay dos tipos de ácido nucleico:

• Ácido desoxirribonucléico que lleva desoxirribosa y se indica DNA
• Ácido ribonucleico. Lleva ribosa. Se indica RNA.

Los ácidos nucleicos son las moléculas que contienen la información genética, el programa de la vida. De su combinación surgen las diferentes informaciones genéticas.

Diferencias entre DNA y RNA

• Tienen diferentes bases nitrogenadas y diferentes estructuras.
• El DNA se forma con dos cadenas de nucleótidos enlazados en espiral y unidas entre sí por las bases que quedan enfrentadas. En cambio, el RNA es una cadena simple de nucleótidos .

Si todavía no has leído la primera parte sobre las moléculas, puedes ver el artículo en el siguiente enlace.