Las macromoléculas son moléculas de gran tamaño, esenciales para la vida. Se clasifican en:

• Simples: Como el oxígeno (O₂), aunque no es una macromolécula en el sentido estricto, es una molécula vital.
• Compuestas: Son las biomoléculas que forman la base de los seres vivos. Se dividen en:
  • Principios Inmediatos Inorgánicos: Agua y Sales Minerales.
  • Principios Inmediatos Orgánicos: Glúcidos (Carbohidratos), Lípidos, Proteínas y Ácidos Nucleicos.

El Agua: Molécula Fundamental para la Vida

El agua (H₂O) es imprescindible para el desarrollo de la vida. Cada molécula de agua está compuesta por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O), unidos por enlaces covalentes.

Propiedades del Agua

• Polaridad: El oxígeno tiene una carga parcial negativa (δ-) y los hidrógenos tienen cargas parciales positivas (δ+). Esta angulación de 105 grados entre los átomos de hidrógeno y oxígeno es crucial, ya que permite la formación de puentes de hidrógeno.
• Puentes de Hidrógeno: Son las uniones débiles que se establecen entre moléculas de agua adyacentes, o entre el agua y otras moléculas polares.
• Grupos Hidrofóbicos: Partes de una molécula insolubles en agua.
• Grupos Hidrofílicos: Partes de una molécula solubles en agua.

pH: Medida de Acidez o Basicidad

El pH es una medida de la acidez o basicidad de una disolución. Se define como el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno (H⁺).

• Si el pH es mayor que 7, la disolución es básica.
• Si el pH es menor que 7, la disolución es ácida.
• Si el pH es igual a 7, la disolución es neutra (ej. el agua pura).

Densidad del Agua

El agua es más densa a 4ºC. El hielo es menos denso que el agua líquida, por lo que flota.

Funciones y Características del Agua

• Cohesión: La unión de las moléculas de agua entre sí debido a los puentes de hidrógeno.
• Adhesión: La capacidad del agua de unirse a otro tipo de moléculas, lo que explica la capilaridad (por ejemplo, la humedad en el suelo).
• Alto Calor Específico: Se requiere una caloría para aumentar un grado Celsius un gramo de agua a temperatura ambiente (1 cal·g^-1·ºC^-1). Esto significa que el agua absorbe y libera grandes cantidades de calor con cambios mínimos de temperatura, lo que le permite regular el clima y la temperatura corporal.
• Disolvente Universal: El agua disuelve muchas sustancias polares e iónicas al romper sus enlaces de hidrógeno o al solvatar sus iones.
• Regula el Clima: Gracias a su alto calor específico y calor latente de vaporización.

Principios Inmediatos Orgánicos: La Base de la Vida

Los principios inmediatos orgánicos son vitales para los seres vivos. Su característica principal es que contienen el elemento químico carbono en su estructura.

Grupos Funcionales del Carbono

El carbono forma diversos grupos funcionales que confieren propiedades específicas a las biomoléculas:

• Hidroxilo: -OH (alcoholes)
• Aldehído: -CHO
• Cetona: -CO-
• Carboxilo: -COOH (ácidos carboxílicos)
• Amina: -NH₂

Clasificación de los Principios Inmediatos Orgánicos

• Glúcidos (Azúcares): Principal fuente de energía.
• Lípidos (Grasas): Sirven para proteger, conservar energía (reserva a largo plazo) y como componentes estructurales.
• Proteínas: Fundamentales para la estructura, función y regulación de los seres vivos. Son polímeros de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos.
• Ácidos Nucleicos: Almacenan y transmiten la información genética, siendo esenciales para la vida.

Glúcidos (Carbohidratos): Energía y Estructura

Los glúcidos son biomoléculas orgánicas compuestas por carbono (C), oxígeno (O) e hidrógeno (H). Químicamente, son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas, o sustancias que se hidrolizan para producirlos. La relación de hidrógeno y oxígeno en su composición es similar a la del agua (aproximadamente el doble de hidrógeno que de oxígeno).

Funciones de los Glúcidos

Su función principal es proporcionar energía a las células.

Clasificación de los Glúcidos

Se distinguen tres grandes grupos de glúcidos:

Monosacáridos: Las Unidades Básicas

Son los glúcidos más sencillos. Tienen entre 3 y 7 átomos de carbono. Pueden existir en forma lineal o cíclica (hexágono para 6 carbonos, pentágono para 5 carbonos).

Los más importantes son las pentosas (5 C) y las hexosas (6 C), siendo la glucosa la hexosa más relevante.

Según el número de carbonos, se clasifican en:

• Triosas: Monosacáridos con 3 C.
• Tetrosas: Monosacáridos con 4 C.
• Pentosas: Monosacáridos con 5 C. Son fundamentales en los ácidos nucleicos: Ribosa (en el ARN) y Desoxirribosa (en el ADN).
• Hexosas: Monosacáridos con 6 C.
  • Glucosa: C₆H₁₂O₆. Es el azúcar en la sangre y la principal fuente de energía. Se encuentra en frutas y miel.
  • Fructosa: Presente en la fruta.
  • Galactosa: Presente en la leche.
• Heptosas: Monosacáridos con 7 C.

Según su grupo funcional, se clasifican en:

• Aldosas: Monosacáridos con un grupo aldehído (ej. Aldotetrosa: 4 C y 1 grupo aldehído).
• Cetosas: Monosacáridos con un grupo cetona (ej. Cetopentosa: 5 C y 1 grupo cetona).

Disacáridos: Unión de Dos Monosacáridos

Están formados por la unión de dos monosacáridos mediante un enlace O-glucosídico. En este proceso, se desprende una molécula de agua. Pueden unirse hasta diez monosacáridos para formar oligosacáridos.

Configuración D y L en Monosacáridos

Un carbono es asimétrico si sus cuatro enlaces son diferentes. El primer y el último carbono de una cadena lineal nunca son asimétricos. El carbono más alejado del carbono uno (generalmente el carbono cinco en hexosas) es clave para determinar la configuración D o L.

• Cuando el grupo hidroxilo (-OH) de este carbono está a la derecha, es una D-Glucosa (en la naturaleza, la mayoría son D).
• Cuando el grupo hidroxilo (-OH) está a la izquierda, es una L-Glucosa.

Formación de Disacáridos

Los disacáridos se forman a través del enlace O-glucosídico. Por ejemplo, en la unión de dos glucosas, una aporta el -OH del carbono 1 y la otra aporta el -OH de cualquier otro carbono. La reacción inversa es la hidrólisis, donde se incorporan moléculas de agua para liberar los monosacáridos.

Características y Función de los Disacáridos

• Tienen sabor dulce.
• Son cristalizables.
• Son solubles en agua.
• Aportan energía a las células, ya que su hidrólisis produce monosacáridos que se utilizan para obtener energía.

Ejemplos de Disacáridos

• Sacarosa: Formada por la unión de una molécula de fructosa y una de glucosa (enlace C1-C2). Es el azúcar común de las plantas y frutas.
• Lactosa: Presente en la leche, formada por la unión de glucosa y galactosa.
• Maltosa: Formada por la unión de dos moléculas de glucosa.

Polisacáridos: Grandes Cadenas de Azúcares

Son compuestos formados por la unión de muchos monosacáridos (más de diez) mediante enlaces O-glucosídicos, formando cadenas lineales o ramificadas. Son los glúcidos más abundantes en la naturaleza.

Características de los Polisacáridos

• No son dulces.
• No cristalizan.
• No son solubles en agua.

Funciones de los Polisacáridos

Actúan como reserva de energía y como componentes estructurales, proporcionando consistencia y formando fibras.

Función de Reserva de Energía

Actúan como almacenes de glucosa:

• Almidón: Polisacárido de reserva en los vegetales, presente en semillas y tubérculos. Consta de cadenas de glucosa con ramificaciones cada 24-30 moléculas.
• Glucógeno: Polisacárido de reserva en animales, almacenado principalmente en el hígado y los músculos. Consta de cadenas de glucosa con ramificaciones más frecuentes (cada 8-12 moléculas) que el almidón.

Función Estructural

Forman parte de las estructuras celulares y corporales:

• Celulosa: Forma la pared celular de las células vegetales, proporcionando rigidez.
• Quitina: Componente principal del exoesqueleto de insectos y crustáceos, así como de la pared celular de los hongos. Sus subunidades son moléculas de N-acetilglucosamina.

Lípidos: Grasas y Moléculas Hidrofóbicas

Los lípidos son un grupo diverso de biomoléculas orgánicas formadas principalmente por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O), aunque algunos pueden contener fósforo (P) y azufre (S). Son insolubles en agua, pero solubles en disolventes orgánicos no polares como el éter, el cloroformo o el benceno.

Muchos lípidos se forman por la unión de ácidos grasos con alcoholes, dando lugar a un éster.

Reacciones Clave de los Lípidos

• Esterificación: Proceso de formación de un éster (lípido) a partir de un alcohol y un ácido graso, liberando una molécula de agua.
• Saponificación: Proceso de formación de jabón. Un lípido (éster) reacciona con un hidróxido sódico o potásico, dando lugar a jabón y alcohol.

Tipos de Ácidos Grasos

Los ácidos grasos son cadenas largas de átomos de carbono con un grupo carboxilo en un extremo.

• Saturados: Tienen solo enlaces simples entre los átomos de carbono. Suelen ser sólidos a temperatura ambiente.
• Insaturados: Tienen uno o más enlaces dobles entre los átomos de carbono. Suelen ser líquidos a temperatura ambiente (aceites) y son más digeribles. La presencia de dobles enlaces provoca curvaturas en la cadena, haciéndolas más flexibles y fáciles de romper.

Clasificación de los Lípidos

Lípidos Sencillos (Acilglicéridos y Ceras)

Están compuestos únicamente por carbono, hidrógeno y oxígeno.

• Triacilgliceroles (Grasas y Aceites): Son compuestos en los que una molécula de glicerina se une a tres ácidos grasos mediante enlaces éster, liberando tres moléculas de agua. Actúan como sustancias de reserva energética. Los que son sólidos a temperatura ambiente se denominan grasas, y los líquidos, aceites.
• Ceras: Se forman por la esterificación de ácidos grasos de cadena larga con monoalcoholes de cadena larga. Su función principal es proteger contra la deshidratación.

Lípidos Complejos (con otros componentes)

Contienen ácidos grasos, pero también otros componentes como fósforo, nitrógeno o glúcidos.

• Glicerofosfolípidos: La glicerina está unida a dos ácidos grasos y a una molécula de ácido fosfórico (que es soluble en agua). Son componentes esenciales de la membrana plasmática, donde sus extremos polares se orientan hacia el exterior (hacia el agua).
• Esfingolípidos: Formados por una molécula de esfingosina (un aminoalcohol) en lugar de glicerina, unida a un ácido graso y a otros grupos. Son abundantes en el tejido nervioso y forman parte de las membranas celulares.

Lípidos Derivados o Asociados (sin ácidos grasos)

Son lípidos que no contienen ácidos grasos en su estructura, pero se derivan de ellos o se asocian a ellos.

• Sustancias Aromáticas de Vegetales: Como el mentol, alcanfor o geraniol.
• Vitaminas Liposolubles: Vitaminas A, D, E y K, que regulan diversos procesos metabólicos.
• Hormonas Esteroideas: Hormonas con funciones lipídicas, como los andrógenos y estrógenos.
• Colesterol: Lípido con una estructura de cuatro anillos. Forma parte de las membranas celulares y es precursor de hormonas y vitamina D. Es fabricado en el hígado y también se ingiere. Es necesario para el organismo, pero su acumulación excesiva en la sangre puede ser perjudicial.

Proteínas: Las Máquinas Moleculares de la Vida

Las proteínas son las biomoléculas orgánicas más abundantes y diversas. Son macromoléculas formadas por la unión de unidades más pequeñas llamadas aminoácidos, unidos entre sí por enlaces peptídicos.

Son los compuestos más abundantes de la materia viva y son altamente específicas, con funciones muy concretas. A través de ellas se expresa la información genética.

Contienen principalmente carbono (C), oxígeno (O), hidrógeno (H) y nitrógeno (N). La mayoría también contienen azufre (S), y algunas pueden incluir fósforo (P), hierro (Fe), zinc (Zn) y cobre (Cu).

Composición de las Proteínas: Aminoácidos

Existen 20 aminoácidos diferentes que forman las proteínas. Cada aminoácido consta de un grupo amino (-NH₂), un grupo carboxilo (-COOH), un átomo de hidrógeno (-H) y una cadena lateral (grupo R) específica para cada aminoácido, todos unidos a un carbono central (carbono alfa).

Enlace Peptídico

El enlace peptídico es un enlace covalente que une dos aminoácidos. Se forma entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino de otro, liberando una molécula de agua (reacción de condensación). Las moléculas resultantes se denominan polipéptidos.

El proceso de formación del enlace peptídico sigue este orden:

1. El primer aminoácido aporta su grupo carboxilo (-COOH).
2. El segundo aminoácido aporta su grupo amino (-NH₂).
3. Se unen formando un enlace amida (C=O-N-H).
4. Por cada enlace peptídico formado, se libera una molécula de agua (H₂O) por la unión del -OH del carboxilo con un -H del amino.

Características Generales de las Proteínas

• Forman soluciones coloidales.
• Pueden desnaturalizarse (perder su estructura tridimensional y función) por cambios de pH o temperatura.
• Algunas pueden cristalizar.

Clasificación de las Proteínas

• Simples (Holoproteínas): Formadas únicamente por cadenas de polipéptidos. Su hidrólisis produce solo aminoácidos (ej. albúminas).
• Conjugadas (Heteroproteínas): Formadas por cadenas de polipéptidos unidas a una sustancia no proteica llamada grupo prostético.
  • Si el grupo prostético es un glúcido: Glicoproteína.
  • Si el grupo prostético es un lípido: Lipoproteína.

Estructuras de las Proteínas

Las proteínas adoptan diferentes niveles de organización espacial, que determinan su función:

• Estructura Primaria: Es la secuencia lineal de aminoácidos en la cadena polipeptídica (ej. Ala-Cys-Leu-Val-Lys-Ser). Esta secuencia es fundamental, ya que determina los niveles superiores de estructura y, por ende, la función de la proteína.
• Estructura Secundaria: Se forma cuando la cadena de aminoácidos se pliega sobre sí misma, estableciendo puentes de hidrógeno entre diferentes partes de la cadena. Las estructuras más comunes son:
  • Hélice α (alfa): Una estructura helicoidal que forma estructuras resistentes (ej. queratina en el pelo).
  • Lámina β (beta): Una estructura plana que se pliega y forma filamentos suaves y flexibles (ej. fibroína en la seda).
• Estructura Terciaria: Se da cuando la estructura secundaria se pliega sobre sí misma, adoptando una forma globular tridimensional compacta. Los enlaces que estabilizan esta estructura incluyen puentes de hidrógeno, interacciones iónicas, interacciones hidrofóbicas y puentes disulfuro (entre átomos de azufre de cisteínas) (ej. mioglobina en los músculos de los vertebrados).
• Estructura Cuaternaria: Se forma por la unión de dos o más cadenas polipeptídicas (subunidades) mediante enlaces no covalentes, para formar una proteína funcional compleja (ej. hemoglobina, que contiene iones metálicos y se encuentra en los eritrocitos de la sangre).

Funciones de las Proteínas

• Enzimática (Catalítica): Las enzimas son proteínas que catalizan (aceleran) las reacciones bioquímicas en los organismos.
• Homeostática: Mantienen el equilibrio osmótico del medio celular y extracelular, y regulan el pH.
• De Reserva: Aunque no es su función principal, algunas proteínas almacenan aminoácidos para el desarrollo embrionario (ej. gliadina del trigo) o pueden ser fuente de energía en casos extremos.
• De Transporte: Transportan sustancias (ej. hemoglobina transporta gases como el oxígeno; lipoproteínas transportan lípidos en la sangre). Las permeasas son proteínas de membrana que facilitan el intercambio de moléculas entre la célula y el exterior.
• Estructural: Proporcionan forma, rigidez y cohesión a las células y tejidos. Constituyen membranas celulares, cartílagos y huesos (ej. colágeno, elastina).
• De Movimiento: Responsables de la contracción muscular (ej. actina y miosina) y otros movimientos celulares.
• Hormonal: Algunas hormonas, que regulan procesos vitales, son de naturaleza proteica (ej. insulina, que regula la concentración de glucosa en la sangre).
• Inmunológica (Defensa): Los anticuerpos son proteínas que defienden al organismo contra agentes patógenos.

Clasificación de los Aminoácidos por su Cadena Lateral (Grupo R)

• Aminoácidos No Polares: Su grupo R es hidrofóbico, con largas cadenas hidrocarbonadas y sin cargas eléctricas. Si una proteína tiene muchos de estos, tiende a ser insoluble.
• Aminoácidos Polares No Ionizables: Poseen grupos R con cadenas hidrocarbonadas cortas y funciones polares (ej. -OH, -SH) pero sin carga neta a pH fisiológico. Contribuyen a la solubilidad de la proteína.
• Aminoácidos Polares Ácidos: Tienen un grupo carboxilo adicional en su cadena R. A pH básico o neutro, estos grupos están cargados negativamente.
• Aminoácidos Polares Básicos: Tienen uno o varios grupos amino adicionales en su cadena R. A pH ácido o neutro, estos grupos están cargados positivamente.

Ácidos Nucleicos: El Código de la Vida

Los ácidos nucleicos son moléculas de gran tamaño, polímeros formados por la unión de unidades más pequeñas llamadas nucleótidos. Son fundamentales para almacenar y transmitir la información genética, y para la síntesis de proteínas.

Los nucleótidos se unen entre sí mediante enlaces fosfodiéster.

Composición de los Nucleótidos

Cada nucleótido está formado por tres componentes:

1. Una Base Nitrogenada:

• Purinas (doble anillo: pentágono y hexágono): Adenina (A) y Guanina (G).
• Pirimidinas (anillo simple: hexágono): Citosina (C), Timina (T) y Uracilo (U).

• Ribosa: En el ARN.
• Desoxirribosa: En el ADN.

Clasificación de los Ácidos Nucleicos

Existen dos tipos principales de ácidos nucleicos:

• ADN (Ácido Desoxirribonucleico): Contiene cuatro tipos de desoxirribonucleótidos, con desoxirribosa como azúcar y las bases nitrogenadas Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Timina (T).
  • Tipos de ADN: Puede ser nuclear (dentro del núcleo), mitocondrial (en las mitocondrias) o de cloroplasto (en los cloroplastos de plantas).
• ARN (Ácido Ribonucleico): Contiene cuatro tipos de ribonucleótidos, con ribosa como azúcar y las bases nitrogenadas Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Uracilo (U).
  • Tipos de ARN:
    • ARNr (ribosómico): Forma parte de los ribosomas.
    • ARNm (mensajero): Lleva el mensaje genético del ADN para la síntesis de proteínas.
    • ARNt (de transferencia): Transporta aminoácidos a los ribosomas durante la síntesis de proteínas.
    • ARNn (nuclear): Se encuentra dentro del núcleo, participando en el procesamiento del ARN.

Función de los Ácidos Nucleicos

El ADN forma los cromosomas de los seres vivos y contiene toda la información genética necesaria para sintetizar las proteínas en las células.

En las células eucariotas, el ADN permanece en el núcleo, mientras que la síntesis de proteínas ocurre en el citoplasma. Para ello, se produce una transferencia de información desde el núcleo al citoplasma, en la que interviene el ARN:

• Transcripción: El ARN se sintetiza en el núcleo de la célula, actuando como una pequeña réplica de una sección del ADN, y luego sale al citoplasma.
• Traducción: En el citoplasma, el ARNm se asocia a un ribosoma. En este orgánulo, se produce la unión de los aminoácidos para formar una proteína, interpretando el código genético. Cada triplete de bases del ARNm (codón) determina la incorporación de un aminoácido específico.

Formación de Polinucleótidos

Los nucleótidos se unen entre sí mediante enlaces fosfodiéster, formando cadenas de ácidos nucleicos. La unión siempre se da a través del grupo fosfato, conectando el carbono 5′ de un azúcar con el carbono 3′ del azúcar del siguiente nucleótido. Por ello, las cadenas de polinucleótidos tienen una direccionalidad, con un extremo 5′ y un extremo 3′.