Biomoléculas: la química detrás de la vida

Las biomoléculas son moléculas que se encuentran en las células y tienen un papel biológico importante, son muy diversas y abundantes, pueden ser inorgánicas y orgánicas, caracterizándose estas últimas por tener carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre; están presentes en todas las células, siendo los principales constituyentes estructurales, además intervienen en la transmisión de la información hereditaria, participan y regulan las reacciones metabólicas y son fuente de energía indispensable para las células, entre otras funciones.

Las características de las biomoléculas orgánicas se deben a la presencia del elemento carbono, que posee 6 electrones, de los cuales 4 están en la última órbita, por lo que forma 4 enlaces covalentes; comparten electrones con otros átomos formando largas cadenas y un gran número de compuestos muy estables, pudiendo ser lineales, cíclicos o ramificados.

Las características que tienen las cadenas de carbonos están dadas por un grupo de átomos llamados, grupos funcionales, que tienen cualidades químicas y físicas propias e intervienen en la clasificación de los compuestos y determinan su reactividad química, ya que las reacciones entre ellos se basan en las interacciones de sus respectivos grupos funcionales.

Funciones que realizan las Biomoléculas

Entre las funciones que estas biomoléculas realizan en los seres vivos destacan las siguientes:

• Energética, proporcionan energía que permite a la célula realizar todas sus funciones.
• Enzimática, intervienen en la fabricación de las moléculas necesarias para vivir, para esto requiere de las enzimas que son los catalizadores biológicos, que aceleran las reacciones químicas llevadas a cabo en las células.
• Contráctil, las biomoléculas presentes en los músculos, al contraerse, permiten que podamos movernos.
• Estructural, consiste en dar forma y estructura a las células, así como constituir algunas partes de los organismos, como el cabello y las uñas.
• Defensa, actúan en el organismo defendiéndolo de agentes patógenos como bacterias, virus, hongos, etc.
• Reguladora, son biomoléculas que se encargan de dirigir y controlar la síntesis de otras moléculas.
• Precursor, biomolécula que da origen a otra, con funciones y características diferentes.

Biomoleculas orgánicas

En las células se encuentran cuatro grandes grupos de biomoléculas orgánicas, que ellas mismas sintetizan y utilizan, siendo estas:

• Carbohidratos
• Lípidos
• Proteínas
• Ácidos nucleicos

Carbohidratos: Energía y estructura para la célula

Los carbohidratos son las moléculas orgánicas más abundantes en la naturaleza y se encuentran en todas las células realizando una gran variedad de funciones tales como: son la principal fuente de energía y de reserva, son componentes estructurales, desempeñan un papel clave en el reconocimiento inmune de las células, se pueden combinar con diferentes compuestos formando una gran variedad de sustancias indispensables en el funcionamiento celular y constituyen parte de la estructura de los ácidos nucleicos, entre otras funciones.

Además, los carbohidratos contienen carbono, hidrógeno y oxígeno en una proporción de 1:2:1 respectivamente, por lo que la fórmula general es: (CH₂O)_n; el número de carbonos presentes en las cadenas va de entre 3 y 7, a los que se les unen un grupo funcional carbonilo (R-CH=O) en el carbono número 1 o 2, y a los carbonos restantes un grupo hidroxilo (-OH), dando origen a una molécula llamada monómero. La estructura química de los carbohidratos es lo que determina su funcionalidad y sus características.

De acuerdo al número de monómeros que están presentes en la molécula de carbohidratos, se clasifican en: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.

Lípidos: Reserva energética y base de las membranas

Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno, siendo el contenido de oxígeno muy bajo en relación con el carbono y el hidrogeno. Son insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos como el éter y el benceno. Están formados por glicerol (alcohol), ácidos grasos o derivados de ellos, lo que les da la característica de ser compuestos no polares (que no son atraídos por el agua).

Los ácidos grasos están formados por largas cadenas de carbonos (generalmente en número par) saturados con hidrógenos y un grupo funcional carboxilo (-COOH) en un extremo, tienen la característica de ser hidrófobos (sustancias que no se disuelven en agua).

Existen dos tipos de ácidos grasos: los saturados, que son los que poseen ligaduras sencillas en la cadena de carbonos y los insaturados, que tienen por lo menos una doble ligadura en la molécula y reciben el nombre de monoinsaturados o pueden tener dos o más y se llaman poliinsaturados.

Los lípidos se pueden clasificar de acuerdo a su composición química en:

• Simples, los que están formados por un glicerol (alcohol) y tres ácidos grasos exclusivamente, como las grasas y los aceites.

Las grasas que son ricas en ácidos grasos saturados, tienen consistencia sólida o semisólida a temperatura ambiente, algunos ejemplos son la mantequilla y el cebo de res.

Los aceites son ricos en ácidos grasos insaturados, son líquidos y generalmente de origen vegetal, los principales son: el oléico, que se encuentra en el aceite de oliva y el linoléico en el aceite de linaza, girasol y soya.

• Compuestos, son semejantes a los simples, pero además tienen: nitrógeno, fósforo, azufre y otras moléculas. También reciben el nombre de lípidos de la membrana, aquí se encuentran los fosfolípidos, que son los lípidos compuestos más abundantes en las células animales y vegetales, un ejemplo es la lecitina de soya.
• Derivados o esteroides, provienen de alcoholes cíclicos, son un grupo heterogéneo de compuestos, en el que sólo tienen en común la insolubilidad en el agua. Aquí se encuentran el colesterol, las vitaminas A, D, E y K, las hormonas sexuales y las sales biliares.

Las fuentes de obtención de colesterol en el hombre son: exógena, es la que proviene de los alimentos que se ingieren y la endógena, de la capacidad que tiene el hígado para sintetizarlo.

Proteínas: Función, estructura y regulación celular

Las proteínas son biomoléculas orgánicas de alto peso molecular que están formadas por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P), azufre (S), y con cierta frecuencia hierro (Fe) y magnesio (Mg), entre otros. Su nombre viene del griego Proteios, que significa «lo primero», esto nos da una idea del papel que desempeñan en los seres vivos, pues constituyen la mayor parte del peso seco de las células y son el producto final del proceso de síntesis de proteínas, que se lleva a cabo de acuerdo a la información genética que tiene la célula.

Las proteínas son largas cadenas constituidas por un gran número de subunidades llamadas aminoácidos, los cuales están formados por un carbono asimétrico al que se le unen un grupo amino (-NH2), otro carboxilo (-COOH) y un grupo R que le da las características particulares a cada uno de ellos. Existen en la naturaleza un gran número de aminoácidos, pero sólo veinte forman a las proteínas, nueve de estos no pueden ser sintetizados por las células, por lo tanto, tienen que ser ingeridos en los alimentos y se les conoce como aminoácidos esenciales, el resto son los no esenciales, ya que las células pueden elaborarlos.

Para formar las proteínas, los aminoácidos se unen por enlaces covalentes llamados peptídicos, que se forman entre el grupo carboxilo de un aminoácido con el grupo amino del siguiente y con la pérdida de una molécula de agua; a este proceso se le llama síntesis por deshidratación o condensación, dando lugar a las cadenas polipeptídicas.

La importancia que tienen las proteínas radica en que determinan la forma y estructura de las células, dirigen casi todas las reacciones químicas que se llevan a cabo en el interior de estas y confieren las propiedades más características de los organismos, esto se debe a que realizan una gran variedad de funciones que se pueden agrupar en las siguientes:

• Estructurales
• Contráctiles
• Defensa
• Transporte
• Reguladoras
• Enzimáticas

Las proteínas pueden sufrir desnaturalización debido a que factores como el pH, la temperatura, radiaciones y detergentes, entre otros, actúan alterando los enlaces normales de la proteína, causando la pérdida de su forma y por lo tanto, también de su función.

Ácidos nucleicos: Información genética y control celular

Los ácidos nucleicos son un grupo de biomoléculas indispensables para la vida, están presentes en todas las células y determinan nuestras características físicas y funcionales, al controlar todos los procesos que llevan a cabo las células, como la síntesis de proteínas y la reproducción celular, entre otras.

El ADN constituye a los cromosomas, los cuales están formados por genes, que son las unidades funcionales de la herencia, para que éstos se expresen es necesario que los tres tipos de ARN intervengan en la síntesis de proteínas.

Son moléculas muy grandes y complejas, que están formadas por C (carbono), H (hidrogeno), O (oxígeno), N (nitrógeno) y P (fosforo), encontrándose presentes en todos los seres vivos.

Están constituidos por unas subunidades llamadas nucleótidos, que a su vez están formados por:

• Un ácido fosfórico (grupo fosfato)
• Una azucar pentosa
• Una base nitrogenada

Funciones de los ácidos nucleicos

Existen dos tipos de ácidos nucleicos: el desoxirribonucleico (ADN) y el ribonucleico (ARN). A continuación se describen la estructura, funciones y localización de cada uno de ellos.

La información genética característica de cada individuo está contenida en la secuencia de bases nitrogenadas que constituyen el ADN. El ADN está distribuido en los cromosomas que varían el número de acuerdo a la especie de que se trata, y los genes son segmentos de ADN que contiene la información para producir una proteína, por lo tanto son «la unidad funcional de la herencia».

Conclusión

Las biomoléculas constituyen la base química de la vida y explican, desde su estructura y propiedades, el funcionamiento de las células. Comprender sus características, organización y funciones permite establecer el vínculo entre la química y los procesos biológicos, así como entender cómo la estructura molecular determina la función celular. Este conocimiento es fundamental para el estudio de la biología celular y molecular, ya que sustenta fenómenos como el metabolismo, la herencia, la regulación y la organización estructural de los seres vivos.