Biomoléculas Orgánicas

Las biomoléculas orgánicas son características de la materia viva. Están formadas por cadenas de átomos de carbono. Las cadenas pueden ser lineales, ramificadas o cíclicas.

Los isómeros son moléculas que tienen la misma composición química, pero distinta configuración espacial.

Las grandes biomoléculas se forman por polimerización de las moléculas orgánicas más sencillas.

A) Glúcidos (Carbohidratos)

Biomoléculas formadas por Carbono (C), Hidrógeno (H) y Oxígeno (O).

A.1. Monosacáridos

Son polialcoholes. Tienen un grupo hidroxilo en cada átomo, excepto en uno que forma parte de un grupo carbonilo. Se dividen en dos grupos:

• Aldosas: Grupo carbonilo en el extremo de la cadena.
• Cetosas: Grupo aldehído en el interior de la cadena.

Dependiendo del número de átomos de carbono, pueden ser tetrosas, pentosas, hexosas, heptosas, etc.

Funciones y Propiedades de los Monosacáridos

• Función: Proporcionan energía a las células.
• Propiedades: Son sustancias cristalinas, solubles en agua y tienen sabor dulce.

Cuando tienen más de 4 átomos de carbono, forman moléculas cíclicas en disoluciones acuosas.

A.2. Disacáridos

Glúcidos formados por la unión de dos moléculas de monosacáridos mediante un enlace O-glucosídico. Entre los más importantes están:

• Maltosa: Es el azúcar de malta, formada por dos moléculas de glucosa.
• Lactosa: Es el azúcar de la leche, formada por una molécula de glucosa y una de galactosa.
• Sacarosa: Abunda en el reino vegetal, formada por una molécula de glucosa y una de fructosa.

A.3. Polisacáridos

Son glúcidos polímeros, formados por largas cadenas de monosacáridos unidos por enlaces O-glucosídicos. Sus funciones son:

Funciones de los Polisacáridos

• De reserva:
  • Almidón: Reserva de energía en las plantas, donde se acumula en semillas y tubérculos.
  • Glucógeno: Reserva de energía en los animales, abundante en células hepáticas y musculares.
• Estructurales:
  • Celulosa: Forma la parte más importante de la pared celular vegetal.
  • Quitina: Semejante a la celulosa. Forma parte del exoesqueleto de los artrópodos.

B) Los Lípidos

Biomoléculas formadas principalmente por C, H y O. Se caracterizan por ser insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos. Se clasifican en:

B.1. Ácidos Grasos

Ácidos orgánicos de cadena larga. Están formados por una cadena lineal de carbono e hidrógeno con un grupo carboxilo en un extremo. Generalmente presentan un número par de átomos de C. Almacenan energía utilizable por las células.

1. Ácidos grasos saturados: Sus átomos de carbono están unidos por enlaces simples. Son sólidos a temperatura ambiente.
2. Ácidos grasos insaturados: Contienen uno o más enlaces dobles (poliinsaturados). Son líquidos a temperatura ambiente.

B.2. Lípidos Saponificables

Contienen uno o más ácidos grasos. El enlace éster se forma por la unión del grupo carboxilo del ácido con un grupo alcohol, con pérdida de una molécula de agua.

1. Acilglicéridos: Formados por una molécula de glicerol unida con uno, dos o tres ácidos grasos. Los más abundantes son los triglicéridos.
2. Ceras: Sustancias sólidas formadas por la unión entre un alcohol de cadena larga y un ácido graso. Debido a sus propiedades, son utilizadas por los organismos como aislamiento frente a la humedad. Ejemplo: cera de abeja.

B.3. Fosfolípidos

Moléculas heteropolares (anfipáticas). Son componentes fundamentales de las membranas celulares. Destacan los fosfoglicéridos.

B.4. Lípidos Insaponificables

1. Lípidos isoprenoides: Derivados del isopreno. Son sustancias muy abundantes en el reino vegetal. Algunos de los más importantes son:
   • Carotenoides y xantofilas.
   • Vitaminas A, E, K.
2. Esteroides: Derivados del esterano. Algunos de los más importantes son:
   • Colesterol: Componente de la bicapa lipídica de las membranas de las células animales.
   • Vitamina D.
   • Hormonas esteroides: Segregadas por la corteza de las glándulas suprarrenales.

C) Las Proteínas

Macromoléculas que son polímeros de unas biomoléculas sencillas llamadas aminoácidos, que se unen por medio de enlaces peptídicos.

C.1. Aminoácidos

Existen 20 aminoácidos proteicos. Nosotros no podemos sintetizar algunos aminoácidos, por lo que deben incluirse en la dieta: los aminoácidos esenciales.

C.2. Enlace Peptídico

Es un enlace de tipo amida que permite formar péptidos y proteínas.

C.3. Péptidos y Proteínas

Moléculas formadas por aminoácidos. Los péptidos contienen entre 2 y 100 aminoácidos. Entre los péptidos están algunas hormonas como la insulina. Una cadena polipeptídica es una proteína si tiene más de 100 aminoácidos. La diferencia principal entre péptidos y proteínas es el tamaño de las moléculas.

C.4. Estructura de las Proteínas

1. Estructura primaria: La información necesaria para elaborar cada proteína sin errores en su secuencia de aminoácidos se encuentra codificada en el ADN.
2. Estructura secundaria: Aparece como consecuencia del plegamiento de la cadena de aminoácidos (ej. hélice alfa, lámina beta).
3. Estructura terciaria: Da lugar a un nuevo nivel de plegamiento debido a la interacción de los grupos R (radicales) de los aminoácidos.
4. Estructura cuaternaria: Asociación de varias cadenas polipeptídicas (subunidades).

C.5. Propiedades de las Proteínas

Las propiedades dependen de los grupos R característicos de sus aminoácidos:

1. Especificidad: Cada proteína tiene una combinación de aminoácidos exclusiva. Cada especie tiene sus propias proteínas.
2. Solubilidad: Las proteínas pueden ser solubles en agua, otras en disoluciones salinas, otras en medios lipídicos y otras son insolubles.
3. Desnaturalización: Pérdida de la estructura espacial (tridimensional) de una proteína, lo que conlleva la pérdida de su función.

C.6. Funciones de las Proteínas

1. Reserva: Las proteínas pueden ser degradadas y liberar energía.
2. Estructural: Participan en la construcción de estructuras como las membranas celulares o componentes de tejidos (ej. colágeno).
3. Transporte: Proteínas que llevan a cabo el transporte de moléculas a través de las membranas celulares; así como las lipoproteínas.
4. Defensa: Los anticuerpos son proteínas elaboradas por el sistema inmunitario cuya función es la defensa del organismo.
5. Regulación: Hormonas con naturaleza proteica, como la hormona del crecimiento.
6. Movimiento: Proteínas contráctiles como la actina y la miosina, que permiten el movimiento de las células musculares.
7. Catálisis: La regulación de reacciones químicas en las células es desempeñada por las enzimas.

D) Las Enzimas

Proteínas con función de regulación catalítica de las reacciones del metabolismo celular.

D.1. Características de las Enzimas

1. Los sustratos se transforman en los productos.
2. La acción de una enzima se lleva a cabo mediante la unión con el sustrato. Esta unión se produce en el centro activo.
3. Las enzimas presentan una especificidad de sustrato y una especificidad de acción.
4. Las enzimas son biocatalizadores, por lo que no se alteran ni se consumen durante las reacciones.

D.2. Vitaminas y Coenzimas

Las vitaminas son sustancias imprescindibles en la dieta. Hay vitaminas liposolubles, que son de naturaleza lipídica, y vitaminas hidrosolubles que forman parte de las coenzimas.

Las coenzimas son moléculas no proteicas que forman parte de algunas enzimas y son responsables de su función catalítica.

E) Ácidos Nucleicos

Grandes moléculas formadas por la polimerización de unidades más sencillas llamadas nucleótidos.

E.1. Nucleótidos

Un nucleótido es la unión de tres moléculas más sencillas:

• Una pentosa (azúcar de 5 carbonos).
• Una base nitrogenada:
  • Bases púricas: Adenina (A) y Guanina (G).
  • Bases pirimidínicas: Citosina (C), Timina (T) y Uracilo (U).
• Una molécula de ácido fosfórico (grupo fosfato).

Los nucleótidos se pueden unir para formar cadenas pequeñas o muy grandes. La unión de los nucleótidos se realiza por medio de un enlace fosfodiéster.

E.2. Ácido Desoxirribonucleico (ADN)

Estructura del ADN

La molécula de ADN está formada por dos cadenas de nucleótidos dispuestas de forma antiparalela. Las dos cadenas tienen secuencias complementarias porque la Guanina (G) y la Citosina (C) se enfrentan y se unen por tres puentes de hidrógeno, y la Adenina (A) y la Timina (T) se unen por dos puentes de hidrógeno. Las dos cadenas del ADN se enrollan y forman una doble hélice en la cual las bases nitrogenadas se sitúan en la parte interior.

Función del ADN

El ADN es la molécula portadora de la información genética en los seres vivos. En su secuencia de nucleótidos se almacena toda la información necesaria para que la célula pueda sintetizar todas sus proteínas sin errores en sus secuencias de aminoácidos.

Un Gen: Región de la molécula de ADN que contiene información para la síntesis de una proteína o de una cadena polipeptídica.

Procesos Fundamentales

1. Replicación: Permite obtener copias idénticas a partir de una molécula de ADN. Participan distintas enzimas, entre las que están las ADN polimerasas.
2. Transcripción: Consiste en la síntesis de moléculas de ácido ribonucleico (ARN) utilizando la información contenida en los genes.

E.3. Ácido Ribonucleico (ARN)

Formado por nucleótidos de ribosa, adenina, guanina, citosina y uracilo. Está formado por una sola cadena de nucleótidos.

Tipos de ARN

1. Ácido ribonucleico mensajero (ARNm): Contiene la información procedente de un gen de ADN, del cual se ha copiado en el proceso de transcripción.
2. Ácido ribonucleico de transferencia (ARNt): Molécula pequeña formada por una cadena que tiene entre 80 y 100 nucleótidos. Presenta una estructura en forma de trébol. Su función es el transporte de aminoácidos al ribosoma.
3. Ácido ribonucleico ribosómico (ARNr): Forma una parte muy importante de la composición de los ribosomas.

El código genético establece la relación entre la secuencia de nucleótidos de los ácidos nucleicos y la secuencia de aminoácidos de las proteínas.