Las biomoléculas

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Las biomoléculas

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¿Qué son las biomoléculas?

Damos el nombre de biomoléculas a todos aquellos compuestos que son sintetizados por los seres vivos.

Son de tamaño variable, pues abarcan desde moléculas pequeñas (como los metabolitos) hasta moléculas de gran tamaño (como las proteínas).

A las biomoléculas de gran tamaño las denominamos macromoléculas y dentro de este grupo encontramos a las proteínas, los carbohidratos, los lípidos y los ácidos nucleicos.

Por definición, las macromoléculas son "largas secuencias repetitivas de una estructura química elemental, denominada monómero". Otra característica que es común en todas las moléculas de este grupo es que su esqueleto principal consta de una cadena de átomos de carbono, entrelazados.

Por lo tanto, las macromoléculas biológicas son orgánicas. Además, pueden contener hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y otros elementos menores.

Se considera que las biomoléculas son los bloques de construcción fundamentales de los organismos vivos. Por lo tanto, la estructura y el buen funcionamiento de las células depende de su presencia en las concentraciones adecuadas.

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Carbohidratos

Los carbohidratos son largas cadenas de monómeros denominados monosacáridos.

Los carbohidratos están compuestos de carbono, hidrógeno y oxígeno (en una proporción 1:2:1) y tienen una fórmula general que se aproxima a (CH₂O)n, donde 'n' representa el número de átomos de carbono de la cadena.

Estas moléculas son polihidroxi aldehídos o cetonas o forman polihidroxi aldehídos o cetonas cuando se hidrolizan.

Los carbohidratos se clasifican en monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.

Monosacáridos: dependiendo de cuántos carbonos tiene el azúcar, se les reconoce como triosas (si tiene 3 carbonos), pentosas (si tiene 5) o hexosas (si son 6). Pueden existir como cadenas lineales o anillos. Ejemplos: glucosa, galactosa y fructosa.

Disacáridos: se forman cuando dos monosacáridos sufren una reacción de deshidratación, liberando una molécula de agua y se forma un enlace covalente entre los átomos de los dos monosacáridos. Ejemplos: lactosa, maltosa y sacarosa.

Polisacáridos: se forman cuando una cadena larga de monosacáridos están unidos por enlaces covalentes . La cadena puede presentar ramificaciones (o no) y puede presentar distintos tipos de monosacáridos. Ejemplos: el almidón, el glucógeno, la celulosa y la quitina.

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Lípidos

Los lípidos son largas cadenas de monómeros denominados ácidos grasos.

Los lípidos están compuestos sólo o principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno (en una proporción 1:1:1). Los ácidos grasos tienen la fórmula general CH₃(CH₂)nCOOH, donde 'n', el número de carbonos, siempre es un número par que varía entre 2 y 28.

Los lípidos son un grupo diverso de sustancias que comparten la característica de ser hidrofóbicos (insolubles en agua) debido a que son moléculas no polares (no tienen separación de cargas, por lo tanto no forman polos positivos o negativos).

Su carácter no polar se debe a que son hidrocarburos que sólo incluyen enlaces no polares C-C o C-H.

Los lípidos, por su composición química, se dividen en tres categorías: lípidos simples, lípidos compuestos y lípidos derivados:

Lípidos simples: en este grupo se incluye a los ésteres de ácidos grasos y el glicerol. A su vez, los lípidos simples se dividen en los ácidos grasos, los triglicéridos y las ceras.

Lípidos compuestos: también son denominados lípidos complejos, y se caracterizan porque contienen algunas otras moléculas orgánicas además de ácidos grasos y gliceroles. Este conjunto se subdivide en tres grupos: los fosfolípidos, los glicolípidos y las lipoproteínas.

Lípidos derivados: se denomina así a los lípidos que se liberan durante la hidrólisis de lípidos simples y compuestos. Incluyen a los esteroides y algunos ácidos grasos.

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Proteínas

Las proteínas son largas cadenas lineales de monómeros llamados aminoácidos.

Las proteínas tienen funciones muy diversas porque existen 20 aminoácidos distintos y éstos se pueden unir en cualquier orden.

Todos los aminoácidos tienen la misma estructura fundamental: tienen un átomo de carbono central que está unido a un grupo amino (-NH₂), un grupo carboxilo (-COOH), un átomo de hidrógeno y un grupo R (este grupo es un átomo o grupo de átomos variable), el cual es diferente para cada uno de los 20 aminoácidos.

La naturaleza química del grupo R determina la naturaleza química del aminoácido. Es decir, si el a.á. es ácido, básico, polar o no polar.

Dentro de la cadena, cada a.á. está unido con otro por un enlace covalente, conocido como enlace peptídico, que se forma mediante una reacción de deshidratación: el grupo -COOH de un aminoácido y el grupo -NH₂ del otro aminoácido se combinan, liberando una molécula de agua y formando un enlace peptídico.

Las proteínas están compuestas de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. La fórmula general de las proteínas es RCH(NH₂)COOH, donde C es carbono, H es hidrógeno, N es nitrógeno, O es oxígeno y R es un grupo lateral, variable.

Las proteínas pueden clasificarse en proteínas simples, conjugadas o derivadas:

Proteínas simples: en este grupo se colocan a aquellas proteínas que, al hidrolizarse, sólo liberan aminoácidos y ocasionalmente pequeños compuestos de hidratos de carbono. Ejemplos: albúminas, globulinas, entre otros.

Proteínas conjugadas: son proteínas simples que se han combinado con algún material no proteico. Ejemplos: glucoproteínas, fosfoproteínas, hemoglobinas, entre otros.

Proteínas derivadas: en este conjunto se encuentran aquellas proteínas derivadas de proteínas simples o conjugadas, por medios físicos o químicos. Ejemplos: proteínas desnaturalizadas y oligopéptidos.

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Vitaminas

Las vitaminas son compuestos orgánicos de bajo peso molecular, que son necesarios para el crecimiento normal y la salud de la mayoría de los organismos vivos.

Muy pocas sustancias de este grupo son sustancias simples, la mayoría son familias de sustancias químicamente relacionadas (es decir, vitámeros) que comparten cualitativamente su actividad biológica.

Por lo tanto, los vitámeros que comprenden a una familia de vitaminas pueden variar en biopotencia y el nombre común que se da a la vitamina es en realidad un descriptor genérico de todos los vitámeros relevantes del grupo. Por ende, todas las familias de vitaminas son químicamente heterogéneas.

Un punto muy importante acerca de este grupo es que no se sintetizan en el organismo, por lo que deben obtenerse de los alimentos de la dieta o por simbiontes que residen dentro del tracto gastrointestinal.

Las vitaminas pueden dividirse en liposolubles e hidrosolubles. Estos grupos se diferencian por sus propiedades físicas y químicas:

Vitaminas hidrosolubles (A, E, D y K): tienden a tener uno o más grupos polares o ionizables (carboxilo, ceto, hidroxilo, amino o fosfato). Son solubles en solventes polares. Las vitaminas hidrosolubles tienen muy pocas similitudes estructurales en común.

Vitaminas liposolubles (C y B): tienen caracteres predominantemente aromáticos y alifáticos. Son solubles en solventes no polares. Las vitaminas liposolubles tienen algunos rasgos en común, ya que cada una está compuesta enteramente o principalmente de unidades de isoprenoides de 5 carbonos, derivadas inicialmente de la acetil-CoA en aquellas especies vegetales o animales capaces de su biosíntesis.

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Vitaminas liposolubles:

Vitamina A: es el descriptor genérico que se da a los compuestos que tienen actividad biológica igual a la del retinol. Debido a sus similitudes estructurales con el retinol se les da el nombre de retinoides. Función: intervienen en procesos como el desarrollo de los linfocitos B y T helper, la diferenciación celular y la apoptosis, así como en el proceso de la foto-transducción (visión).

Vitamina D: es el descriptor genérico que se da a todos los esteroides que exhiben cualitativamente la actividad biológica del colecalciferol. Función: mantienen la homeostasis del Ca⁺² corporal al favorecer su absorción intestinal, además de ayudar a regular el equilibrio del fosfato.

Vitamina E: es el descriptor genérico de todos los derivados del tocol y el tocotrienol que exhiben cualitativamente la actividad biológica del α-tocoferol. Función: son potentes antioxidantes.

Vitamina K: es el descriptor genérico del 2-metil- 1,4-naftoquinona y sus derivados que exhiben cualitativamente la actividad biológica de la filoquinona. Función: este grupo es importante para la síntesis de varios factores de la cascada de coagulación sanguínea.

Vitaminas hidrosolubles:

Vitamina C: es el descriptor genérico de los compuestos que exhiben cualitativamente la actividad biológica del ácido ascórbico. Función: son potentes agentes reductores implicados en procesos redox, la síntesis de colágeno y catecolaminas, y en la reducción del Fe⁺³ a Fe⁺², lo que facilita su reabsorción intestinal.

Vitamina B: está formada por un grupo de compuestos (complejo vitamínico B), que a varios miembros o familias. Función: todas estas vitaminas forman parte de las coenzimas y participan en las reacciones enzimáticas de diferentes vías metabólicas.

Tiamina (vitamina B₁): es el nombre trivial que se da al compuesto 2-[3-[(4-amino-2-methylpyrimidin-5-yl)methyl]-4-methyl-1,3-thiazol-3-ium-5-yl]ethanol.

Riboflavina (vitamina B₂): es la designación trivial que se al compuesto 7,8-Dimethyl-10-[(2S,3S,4R)-2,3,4,5-tetrahydroxypentyl]benzo[g]pteridine-2,4-dione.

Niacina (vitamina B₃): es el descriptor genérico que se otorga al ácido piridin-3-carboxílico y sus derivados, que exhiben cualitativamente la actividad biológica de la nicotinamida.

Vitamina B₆: es el descriptor genérico que se da a los derivados del 3-hidroxi-2-metilpiridina que exhiben la actividad biológica de la piridoxina. NOTA: El término piridoxina es el nombre trivial que se a un compuesto activo individual de este grupo.

Biotina: es la designación trivial del compuesto Ácido 5-[(3aS,4S,6aR)-2-oxohexahidro-1H-tieno[3,4-d]imidazol-4-yl]pentanoico, anteriormente denominado vitamina H o coenzima R.

Ácido pantoténico (vitamina B₅): es la designación trivial para el compuesto ácido 3-[(2R)-2,4-dihidroxi-3,3-dimetilbutanamido]propanoico.

Folato: es el descriptor genérico para el ácido fólico (ácido pteroilmonoglutámico) y compuestos relacionados que exhiben la actividad biológica del ácido fólico.

Vitamina B₁₂: es el descriptor genérico que se da a las cobalaminas que exhiben la actividad biológica cualitativa de la cianocobalamina.

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EJERCICIO

Las macromoléculas

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Vídeo explicativo

¡MUY BIEN! Para terminar, ve este divertido vídeo donde aprenderás más acerca de las diferencias que existen entre las distintas macromoléculas:

Biological Molecules - You Are What You Eat: Crash Course Biology #3 (Embed)

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Bibliografía

Molnar, C., Gair, J. (2023, april 22). Concepts of Biology - 1st Canadian Edition. BCcampus Open Publishing. https://opentextbc.ca/biology/chapter/2-3-biological-molecules/

Combs, Jr., G. F., McClung, J. P. (2022). The Vitamins: Fundamental Aspects in Nutrition and Health. Países Bajos: Elsevier Science.

McMurry, E. John, Fay, C. Robert (2009). Química general. Editorial Pearson, México.

Chang, R. (2006). Principios esenciales de Química General. Editorial McGraw-Hill, España.