Biomoléculas orgánicas – Biología 1

Las principales moléculas orgánicas de los seres vivos son:

Estas moléculas suelen estar formadas por subunidades que se ensamblan entre sí, podríamos compáralos con los ladrillos que conforman una enorme construcción. A estos los ladrillos se les llama monómeros, y a la construcción o edificio en donde se han unido muchos ladrillos, se le llama polímero.

Los polímeros, en el caso de las proteínas y el ADN, tienen características muy especiales, ya que están formados por subunidades distintas, digamos, por ladrillos de distintos materiales o colores; a eso deben su gran diversidad.

Carbohidratos

Los carbohidratos son las moléculas biológicas más abundantes, también se les conoce con el nombre de azúcares y están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno en proporción 1:2:1, su nombre proviene de la idea que se tenía en el pasado de que se formaban por la unión de una molécula de agua con un átomo de carbono, ya que su fórmula general es C_n(H₂O)_n, siendo n el número de carbonos que tenga.

Los carbohidratos o azúcares se pueden encontrar en distintas formas:

Monosacáridos

Esos son la unidad más pequeña de los azúcares, se pueden consumir al momento de comer alguna fruta, dulce o miel, estos dan energía para realizar las actividades diarias.

Los monosacáridos están formados por una cadena de tres a siete átomos de carbono, Dependiendo del número de carbonos que contenga se les llama:

-Triosa (3 carbonos)

-Tetrosa (4 carbonos)

-Pentosa (5 carbonos) y así sucesivamente.

Hay que considerar que la glucosa, está formada por 6 carbonos, es una hexosa, lo mismo que la fructosa o azúcar de las frutas.

La diferencia entre la glucosa y la fructosa, que poseen el mismo número de carbonos, es el grupo funcional que contienen: aldehído o cetona.

Debido al grupo funcional que contiene, se dice que la glucosa es una aldosa y al fructuosa es una cetosa, esta es otra manera de clasificar a los monosacáridos.

La glucosa no se encuentra en la naturaleza en forma lineal, sino que tiende a formar un anillo, por lo que la forma más correcta de representarla es como en el diagrama de la fórmula de la glucosa

Algunos ejemplos de monosacáridos son:

Ribosa

-Es una pentosa que forma parte del ARN o ácido ribonucleico

-Participa en procesos de elaboración de proteínas

Desoxirribosa

-Es una pentosa y forma parte del ADN, la molécula de la herencia

Fructosa

-Es el azúcar de las frutas, como naranja, piña o mango

-Se encuentra en la miel y se utiliza como edulcorante de muchos refrescos

Glucosa

-Es el monosacárido más abundante en los seres vivos

-Se produce por la fotosíntesis de las plantas

-Circula en nuestra sangre y la encontramos en muchos productos dulces

Galactosa

-Es una hexosa que forma parte del azúcar de la leche

Oligosacáridos

Los oligosacáridos son dulces y proporcionan energía, todos los se consume sacarosa, ya que es el azúcar en grano que se le pone al café o al agua de limón, la sacarosa se obtiene a partir de la caña de azúcar o del betabel, estos carbohidratos están formados por la unión de dos a diez unidades de azúcar.

Los disacáridos son un tipo de oligosacáridos que están formados por dos monosacáridos unidos por medio de un enlace glucosídico.

Al unirse dos moléculas de azúcar, se pierde una molécula de agua. En la sacarosa, se unen una molécula de glucosa y una de fructosa.

Otro disacárido común es la lactosa, que es el azúcar de la leche, la cual está formada por la unión de una molécula de glucosa y una de galactosa

La maltosa es el disacárido que se produce cuando se rompen polisacáridos formados por muchas unidades de glucosa, está formado por la unión de dos moléculas de glucosa y aparece en el tubo digestivo cuando se inicia la digestión de aquellos alimentos que contienen polisacáridos.

Actualmente han surgido sustitutos del azúcar que no proporcionan energía al organismo y que son utilizados como productos dietéticos; sin embargo, quienes los consumen tienden a ingerir también otros alimentos y bebidas ricos en calorías, de manera que no resuelven sus problemas de obesidad.

Polisacáridos

Los polisacáridos son largas cadenas formadas por varias unidades de azúcar, incluso cientos de ellas, son polímeros formados por la unión de muchos monosacáridos:

Algunos de los polisacáridos funcionan como reservas energéticas, tanto en plantas como en animales, mientras que otros cumplen funciones estructurales, es decir, dan forma y firmeza a ciertos organismos, podemos mencionar como ejemplo:

Almidón

-Es el polisacárido de reserva de las plantas

-Está formado por la unión de cientos de unidades de glucosa que forman espirales compactas, de manera que se puedan almacenar adecuadamente.

-El enlace que se forma entre estas unidades de glucosa se conoce como alfa-glucosídico

-Cuando las células de las hojas producen activamente azúcares mediante la fotosíntesis, almacenan una parte de ellos como almidón y otra la envían a las raíces y a las semillas

– En el caso de las semillas, esta reserva les proporciona la energía que necesitan cuando germinan y empiezan a crecer

-Cuando se consumen productos como papas, trigo o maíz, se aprovecha esa reserva energética de las plantas y la convertimos en glucosa por medio de nuestros procesos digestivos

Glucógeno.

-Se le conoce también como “almidón animal”

-Está formado por la unión de moléculas de glucosa formando una estructura muy ramificada, es decir, con muchas cadenas laterales que se desprenden de la cadena principal, esta ramificación permite que se pueda romper la cadena en varios puntos cuando es necesario liberar la energía que contiene

Los enlaces que se forman son alfa-glucosiclicos

-Ejemplo de cómo el organismo mantiene el equilibrio (homeostasis), para lo cual necesita de la participación de algunas hormonas, una de ellas es la insulina:

Celulosa

-Contiene moléculas de glucosa enlazadas de manera distinta a como se une con el almidón y el glucógeno

-En este caso, los enlaces son beta-glucosídicos

-La orientación de los enlaces entre las moléculas de glucosa en la celulosa hace que ésta sea fibrosa y por ello cumpla una función estructural

-Los polímeros de glucosa, en este caso, se unen y forman microfibrillas y éstas, a su vez, forman fibrillas que dan forma a los tallos y hojas de las plantas

-La celulosa se encuentra en las paredes de las células vegetales

-Se utiliza en las prendas de algodón, en los muebles de madera, incluso forma parte de las hojas de libros o libretas

-Debido al tipo de enlace entre las unidades de glucosa en la celulosa, ésta no es digerible para los seres humanos, así que si comemos la cáscara de frutas, las hojas de plantas y en general la fibra vegetal, no la podemos digerir, sin embargo, se aconseja incluir fibra en la alimentación porque  ayuda a eliminar mejor los desechos, como un vehículo que permite mantener la regularidad en las evacuaciones intestinales.

-En el caso de algunos animales, como las vacas, contienen asociados en su aparato digestivo microorganismos que les ayudan a digerir el pasto que consumen

Quitina.

-Este polisacárido se encuentra en el exoesqueleto de cangrejos, langostas e insectos

-Forma parte de la pared celular de los hongos

-Cuando por accidente es pisado un insecto, se siente y escucha cómo truena su cubierta externa, este también es un polisacárido estructural y en este caso cada unidad de glucosa contiene además un grupo amino (-NH₂).

-Los enlaces entre las moléculas de quitina son como los de la celulosa, de modo que el ser humano tampoco puede digerirla

-Se ha descubierto que la quitina se puede utilizar para elaborar un tipo especial de hilo que se usa como material de sutura

Lípidos

También se les conoce como grasas, y forman parte de un grupo amplio de sustancias diversas, cuya característica principal es ser insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos no polares como:

-Éter

-Cloroformo

-Benceno

Están formados por carbono, hidrógeno y oxigeno

Los seres humanos cuentan con reservas, en las llamadas “llantitas”, aquí es donde se acumulan los excesos de nutrientes consumimos.

Los lípidos también aíslan del frio al formar una capa aislante que se ubica debajo de la piel de muchos animales, con esto, las ballenas y los mamíferos marinos tienen una capa importante de grasa debajo de la piel

Los lípidos se clasifican en tres grupos principales:

Lípidos simples

Estos sólo contienen:

-Carbono

-Hidrogeno

-Oxigeno.

Así mismo en este grupo se clasifican los aceites, las grasas y las ceras, su función principal de los aceites y grasas, es de ser reservas energéticas.

Muchas de las grasas naturales se forman mediante la unión de una molécula de glicerol con desde ácido graso, de esto surge el que se les llame triglicérido

Cada ácido graso que forma parte de un triglicérido consiste en una larga cadena de hidrocarburo con un grupo ácido o carboxilo (-COOH) en un extremo.

Muchos de los ácidos grasos contienen de 16 a 18 átomos de carbono por molécula, esto es:

Los ácidos grasos pueden ser saturados, si todos los enlaces entre los átomos de carbono de su larga cadena son sencillos, o insaturados si existe algún doble enlace entre ellos, se esta hablando de los ácidos grasos omega-3, estos son beneficiosos para la salud, ya que estos son ácidos grasos poli-insaturados, es decir, con muchos dobles enlaces, y son esenciales, ya que el organismo humano no los produce, pero los necesita para funcionar adecuadamente.

Existen tres tipos de ácidos grasos omega-3:

-Ácido alfa-linolénico (ALA)

-Ácido eicosapentaenolco (EPA)

-Ácido docosahexaenoico (DHA)

Entre más enlaces dobles existan en los ácidos grasos de un triglicérido, existe una mayor libertad de movimiento de la molécula; los enlaces dobles hacen que el ácido graso sea menos rígido y que se convierta más fácilmente de sólido a líquido.

Se debe considerar que los triglicéridos que contienen ácidos grasos saturados son sólidos a temperatura ambiente, tal es el caso de la grasa animal, la manteca, el sebo, el tocino.

Sin embargo, los aceites son líquidos a temperatura ambiente debido a que están formados por ácidos grasos insaturados.

Esta diferencia es muy útil para los seres vivos, ya que por ejemplo, los animales que viven en zonas polares generalmente contienen triglicéridos poliinsaturados, de manera que resistan a la congelación, así mismo, los peces de aguas frías como el salmón contienen altas cantidades de ácidos grasos poliinsaturados.

Para el caso de las ceras, éstas forman cubiertas aislantes que protegen piel, pelaje, plumaje, hojas y frutos, esto se puede observar al dejar caer agua en la hoja de una planta, se puede observar que se queda sobre la superficie.

Cabe mencionar qe los lipidos evitan la entrada o salida de agua en exceso de los organismos, como ejemplo podemos mencionar a un pato, al salir del agua se puede notar que sólo necesita sacudirse un poco para quedar completamente seco, esto se debe a las ceras que protegen sus plumas, otro ejemplo son las abejas, estas producen cera a través de glándulas ubicadas en la parte inferior de su abdomen y la utilizan al armar sus panales donde guardan la miel.

Lípidos complejos

Tenemos que los lípidos complejos son:

Fosfolípidos

Estas son algunas de sus características:

-Los fosfolípidos, además de carbono, hidrógeno y oxígeno, contienen otros elementos como fósforo y nitrógeno.

-Los fosfolípidos contienen un grupo fosfato asociado a un lípido.

-Se forman de la misma manera que un triglicérido, sólo que en este caso se coloca un grupo fosfato en lugar del tercer ácido graso.

-Este grupo se convierte entonces en la cabeza polar (es decir, con carga eléctrica) de la molécula, que va a ser hidrofílica (es decir que “ama” al agua), y las dos cadenas de ácidos grasos se convierten en las colas hidrofóbicas (es decir que le  “temen” al Igual), esto se pude ejemplificar con el siguiente esquema:

Esta propiedad hace que los fosfolípidos al contacto con el agua se sitúen formando dos capas en las que las cabezas miran hacia el agua y las colas se esconden en medio, es así como se forma una membrana celular, los fosfolípidos son los componentes de las membranas celulares y por lo tanto forman parte de todos los seres vivos, observemos el siguiente esquema:

Esteroides

-Son estructuralmente diferentes a todos los demás lípidos

-Se componen da cuatro anillos de carbono fusionados, unidos a distintos grupos funcionales

-Como ejemplo:

Colesterol, es un componente vital de las membranas de las células animales y también participa en la síntesis de otros esteroides, como las hormonas sexuales femeninas y masculinas, o la aldosterona, hormona que controla los niveles de sal.

Proteínas

Considera que los lípidos y carbohidratos son reservas energéticas importantes de los seres vivos, pero los elementos fundamentales de un organismo son las proteínas, ejemplo:

Funciones de las proteínas

En el cuadro siguiente hay algunos ejemplos de las funciones de las proteínas:

Se debe considerar que las proteínas son biomoléculas muy grandes, formadas por la unión de monómeros llamados aminoácidos, un aminoácido contiene un carbono central al que se unen un grupo amino, un grupo carboxilo, un hidrogeno y algún sustituyente al que se llama grupo R, la formula general de un aminoácido es:

Existen 20 aminoácidos diferentes que forman parte de los seres vivos y la diferencia entre ellos está exclusivamente en el grupo R, por ejemplo:

En muy importante saber que con esos veinte aminoácidos se forman todas las proteínas que hay en la naturaleza, como ejemplo podemos mencionar:

-Existen muchas palabras que se pueden escribir con las letras del alfabeto, sin embargo la diferencia entre una palabra y otra está dada simplemente por la diferencia en la secuencia, es decir, el orden en el que se acomodan las letras, es decir, palabras que contienen las mismas letras, pero en distinto orden.

-Con las proteínas, cada una es diferente por la forma en que se encuentran acomodados los distintos aminoácidos que la forman.

-Cada organismo produce varios cientos de proteínas diferentes, características de su especie.

-Por ejemplo, las proteínas humanas, son diferentes a las de un gato o a las de un árbol.

-Todas están formadas de aminoácidos, pero acomodados en una distinta secuencia.

-En una proteína, los aminoácidos se encuentran unidos por medio de enlaces peptídicos, que se forman por la unión del grupo amino de un aminoácido con el grupo carboxilo del otro

Es importante saber que la unión de dos aminoácidos da lugar a un dipéptido, sin embargo, cuando se han unido menos de 50 aminoácidos, se dice que se ha formado un polipéptido

Una proteína puede tener desde 50 hasta miles de aminoácidos en su cadena y se compone de hasta cuatro niveles estructurales, ejemplo:

Estructura primaria

-Esta estructura se refiere a la secuencia de aminoácidos que la forma.

-Cada proteína es distinta a otra por su secuencia de aminoácidos, la cual está determinada por el ADN

Estructura secundarla

-Los distintos grupos R de cada aminoácido de una proteína tienden a interactuar entre si

-Los que tienen ligeras cargas positivas y negativas forman puentes de hidrogeno, de manera q se acercan o alejan entre si y dan forma a la cadena de aminoácido

-Se puede formar entonces una estructura enrollada parecida a un resorte, llamada alfa hélice.

-Este tipo de estructura se presenta en la proteína del cabello, queratina

-En otras proteínas, como la de la seda, se forma una estructura llamada lámina beta plegada, que semeja una lámina de asbesto ondulada.

Estructura terciarla

-Las proteínas adoptan una forma tridimensional a la que se llama estructura terciaria

-Se forma debido a que algunos aminoácidos de la proteína, situados en puntos distantes pueden unirse fuertemente, tal es el caso de los aminoácidos cisteína, los cuales forman un puente disulfuro (S-S) y modifican la forma de la proteína

-Dependiendo de si sus cargas son o no polares o de su tamaño, algunos aminoácidos se ubican hacia dentro o hacia fuera de la proteína cuando ésta se encuentra en el agua y así le dan su forma característica

-De acuerdo a su forma tridimensional, las proteínas pueden clasificarse en globulares, de forma aproximadamente esférica y fibrosa de forma alargada

Estructura cuaternaria

-Sólo se presenta en las proteínas que están formadas por dos o más cadenas polipeptídicas; por ejemplo, la hemoglobina, que contiene cuatro cadenas unidas entre sí por puentes de hidrógeno.

-La forma de las proteínas es el factor determinante para que funcionen adecuadamente.

-Cuando un solo aminoácido que falle en la secuencia de una proteína puede determinar que esa proteína deje de ser funcional, por ejemplo, la enfermedad conocida como anemia falciforme, en la cual un solo aminoácido, que ha sido cambiado en la cadena de hemoglobina debido a una falla genética, hace que la persona, desde que nace, tenga problemas en el transporte del oxígeno en su sangre; sus glóbulos rojos o eritrocitos toman una forma distinta a la normal y se aglutinan bloqueando el paso en los vasos más pequeño, esta enfermedad es grave y puede causar la muerte.

-Las proteínas también pueden perder su funcionalidad si son sometidas a calor excesivo o a un pH extremo, esto es, se rompen los enlaces débiles como los puentes de hidrógeno, con esto se dice que la proteína se ha desnaturalizado.

-Una proteína desnaturalizada pierde su forma y si lo hace de manera irreversible muere el tejido afectado, por ejemplo, la clara de huevo es rica en albúmina, al calentar el huevo, la albúmina se desnaturaliza y por eso cambia su forma y color, este cambio no significa que sea menos nutritiva, pero si que ya no es una proteína funcional para el pollo que se iba a formar dentro del cascarón.

-Algunas proteínas están formadas sólo por aminoácidos y se conocen como proteínas simples, pero existen otras que se asocian a moléculas no proteicas, o grupos prostéticos

-Éstas se llaman proteínas conjugadas, por ejemplo la hemoglobina, en la que la cadena de aminoácidos se asocia al grupo hemo.