¿Qué son las biomoléculas? Tipos, funciones y ejemplos.

Hola! Soy Euge de Canal Mitocondria. Hoy vamos a hablar de unos elementos esenciales para la vida: Las biomoléculas. Vamos a ver qué son, su clasificación, cuáles son las características de cada una y las funciones que cumplen. Acompañenme.

 

Una molécula es un conjunto de átomos unidos por enlaces químicos, que tienen una composición definida. Una biomolécula es cualquier molécula implicada en los procesos químicos de los seres vivos. Por lo general están formadas por los elementos: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo. La mayoría de las biomoléculas son compuestos orgánicos, orgánico quiere decir que están formados por una estructura de carbono. Este elemento es uno de los pocos en la naturaleza que puede formar cadenas largas y ramificadas sin límite, lo que hace posible que puedan existir miles de sustancias orgánicas diferentes según se combinen estas cadenas entre sí y con otros elementos. Cuando hablamos de biomoléculas nos referimos principalmente a cuatro grandes grupos: Carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. A veces se consideran también a las vitaminas y algunos compuestos inorgánicos como biomoléculas, pero lo más típico es que se hable de estos cuatro. Vamos a verlos uno por uno, sus semejanzas y diferencias.

Carbohidratos

 

Los carbohidratos también pueden ser llamados hidratos de carbono, azúcares, glúcidos, o sacáridos. Todos estos nombres son sinónimos, para el caso. Son compuestos que van a tener en su estructura molecular, al menos carbono, hidrógeno y oxígeno. (Aunque pueden llegar a tener nitrógeno, fósforo o azufre también). Según su complejidad estructural, los carbohidratos se clasifican en monosacáridos, disacaridos, oligosacáridos y polisacáridos.

Los monosacáridos son la unidad más pequeña, o sea el monómero o unidad estructural de los carbohidratos. Los más comunes son glucosa, galactosa, ribosa y fructosa y están formados por entre 3 y 8 átomos de carbono. 

Si dos monosacáridos se unen entre sí, forman un disacárido. Por ejemplo, la lactosa es un disacárido formado por la unión entre una molécula de glucosa y una de galactosa. El enlace que une a un monosacárido con otro se llama enlace glicosídico o unión glicosídica.

Siguiendo este mismo razonamiento, existen los oligosacáridos, que son uniones de entre 3 a 8 monosacáridos. Y los polisacáridos son moléculas de más de 8 monosacáridos, como el almidón y el glucógeno, ambos son cadenas grandes de distintas formas de glucosa.

La función principal de los carbohidratos es la de almacenar energía, y también hay carbohidratos que tienen función estructural, como la celulosa que constituye la pared celular vegetal. 

 

¿Cómo es eso de almacenar energía? Según las reglas físicas de nuestro Universo, la energía no se puede crear ni destruir, sólo transformarse al pasar de estar contenida de una forma a otra. Como vimos al principio, las moléculas son átomos unidos por enlaces químicos. Estos enlaces requieren energía para formarse, y cuando se rompen, esa energía se libera. En química, romper enlaces de moléculas para liberar energía se llama catabolismo. El proceso contrario, usar energía para formar enlaces se llama anabolismo, y cuando hablamos en general de moléculas y procesos que implican transformar energía hablamos de metabolismo.

 

Entonces los enlaces glicosídicos que unen a los polisacáridos pueden romperse para obtener disacáridos, y estos a su vez romperse en monosacáridos para obtener energía. En los animales, todos los hidratos de carbono que consumimos son catabolizados hasta glucosa, si se necesita se usa para obtener energía dentro de la célula mediante un proceso llamado glucólisis, que también consiste en romper los enlaces de la molécula. 

 

La glucosa que no se aprovecha en el momento, se almacena formando glucógeno (en el hígado) y cuando se necesita, simplemente se rompen los enlaces y se vuelve a tener glucosa libre. Por eso se dice que los hidratos de carbono son una forma de reserva de energía. En las plantas, en vez de glucógeno se almacena almidón, y la glucosa se obtiene a partir de la fotosíntesis en vez de los alimentos, pero el concepto es el mismo.

 

Lípidos

 

Los lípidos son sustancias no solubles en agua (hidrófobas), la gran mayoría compuestas por cadenas largas de ácidos grasos unidas a glicerol. En realidad hay muchos tipos de lípidos (8) pero los más comunes son los ácidos grasos, los triglicéridos y los esteroles.

 

Los ácidos grasos son cadenas largas de carbono, de entre 4 y 24 átomos de longitud. En uno de sus extremos tienen un grupo carboxilo, un oxígeno enlazado doblemente con el carbono y un grupo hidroxilo, el OH. El hidroxilo hace que esa parte de la molécula sea ácida.

 

Si el ácido graso es de cadena muy larga, se considera anfipático. Anfipática es una sustancia que tiene una parte soluble en agua o hidrófila (la parte ácida, con el grupo carboxilo) y una parte hidrófoba, la cadena de carbonos. Esta es la razón por la cual las grasas cuando están en el agua forman micelas, una organización particular de las moléculas en que la parte hidrófila se orienta hacia afuera y las cadenas hidrófobas hacia adentro.

 

Los triglicéridos o tri-acilgliceroles son grupos de tres ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol. Son la forma más abundante de lípidos, y por eso muchas veces cuando se habla de lípidos se dice que su unidad estructural son los ácidos grasos y el glicerol, así como la unidad estructural de un carbohidrato son los monosacáridos. Cuando se rompen los enlaces entre las cadenas de ácidos grasos y el glicerol, se libera energía.

 

Los esteroides no están formados por ácidos grasos y glicerol, pero son otro tipo de lípidos importantes. El colesterol, por ejemplo, está en las membranas celulares y es lo que les da rigidez. El exceso de colesterol produce arteriosclerosis, que es un endurecimiento de las células que forman las paredes de los vasos sanguíneos, afectando al sistema circulatorio y al corazón. Las hormonas esteroideas como la testosterona, estrógenos, y el cortisol (hormona del estrés) también son lípidos.

 

 

Las funciones de los lípidos son de reserva de energía, estructurales y como hormonas.

 

• Reserva de energía: Se acumulan en forma de grasa o aceites. Por ahí se estén preguntando ¿Y para qué queremos usar lípidos para energía si ya teníamos a los carbohidratos? Es que los mamíferos (a diferencia de las plantas) tienen una capacidad limitada de almacenar carbohidratos. Cuando se sobrepasa esta capacidad, se transforman en grasas. Además, las grasas contienen más enlaces para romper y por lo tanto más energía aprovechable. De hecho, un gramo de grasa puede contener 6 veces más energía que un gramo de glucógeno.

 

• Estructurales: Los fosfolípidos son los que forman la membrana celular de todas las células, y se orientan en forma de doble capa, con las partes hidrófilas o polares hacia afuera y las no polares hacia adentro. 

Otra función estructural de las grasas se encuentra en el tejido adiposo: Las capas de este tejido rodean a los órganos importantes protegiéndolos físicamente de los golpes. También actúan como aislante térmico, esto es especialmente visto en mamíferos marinos (orca, foca, lobo marino).

 

• Hormonas: Las hormonas actúan como mensajeros químicos, llevando señales entre las células de diferentes tejidos, para que se produzca determinada reacción. Como vimos hace un rato, las hormonas sexuales y el cortisol son algunos ejemplos.

 

Proteinas

 

Las proteínas son moléculas complejas de gran tamaño, más que los carbohidratos y los lípidos, y muchas de ellas son enzimas, otras influyen en la transcripción de genes y otras forman parte de la estructura del cuerpo del organismo. 

La unidad estructural de las proteínas son los aminoácidos. Los aminoácidos son relativamente simples, una cadena de carbono (como toda biomolécula) que en uno de sus extremos tiene un grupo amino (NH2) y en el otro extremo un grupo carboxilo (COOH). Esta dualidad hace que la parte amino sea alcalina y se pueda unir a la parte ácida o carboxilo de otro aminoácido, y así es como se forman cadenas muy largas de aminoácidos. Este enlace entre un aminoácido y otro se llama enlace peptídico, y una cadena de aminoácidos también se llama cadena polipeptídica o polipéptido (no sé por qué en biología tenemos tantos nombres para llamar a la misma cosa, la verdad). En general un polipéptido no es considerado proteína si tiene menos de 50 aminoácidos.

 

Al ser biomoléculas tan grandes, los aminoácidos de las proteínas interactúan entre sí y hacen que la molécula se pliegue de cierta forma. Entonces cuando hablamos de una proteína tenemos que referirnos a sus distintos niveles de organización, o estructura:

 

• La estructura primaria se refiere a la cadena de aminoácidos que la componen, la secuencia u orden en que esos aminoácidos están unidos dentro de la proteína. Esta secuencia de aminoácidos es la que está escrita en el código genético y es traducida desde el ADN a proteínas en el ribosoma.
• La estructura secundaria es el plegamiento que pueden tener esas cadenas de aminoácidos. Cuando son muchas, interactúan entre sí formando una estructura más bien tridimensional que puede ser una hélice o una hoja plegada. 
• La estructura terciaria es aquella que se forma a su vez por el pliegue de las hélices u hojas, es como un empaquetamiento superior. 
• La estructura cuaternaria se forma cuando hay un ensamble de dos estructuras terciarias, se les suele llamar sub-unidades de una proteína, por ejemplo la hemoglobina tiene cuatro sub-unidades de proteína globina. 

 

No todas las proteínas tienen estructura secundaria, terciaria o cuaternaria, porque va a depender de cuántos aminoácidos tengan y de si pueden formar estos pliegues. Es una cuestión lógica que proteínas más grandes tienden a enrollarse más. Una proteína que tiene 50 aminoácidos no se va a plegar tanto como una que tiene 700.

 

Quiero recalcar que una misma proteína siempre tiene la misma estructura, se pliega siempre igual y es una característica distintiva y muy importante de cada una. ¿Por qué es clave la estructura, la forma de una proteína? Muchas de ellas son enzimas, y las enzimas reconocen a sus sustratos por la forma, son algo así como cerraduras donde encajan llaves. Si una enzima no tiene la estructura adecuada, ya no puede ser reconocida por el sustrato, y pierde su función. Esta pérdida de estructura se llama desnaturalización, y pasa cuando por agentes químicos o temperatura se rompen los enlaces de la estructura terciaria o cuaternaria. Esto es lo que pasa cuando se coagula la clara del huevo con el calor, cuando agregamos limón a la leche para cortarla, o cuando la queratina del pelo se desnaturaliza con el calor de la planchita. 

Las proteínas son el grupo de biomoléculas con más diversidad de funciones, y por eso son tan importantes para los procesos celulares. Algunas de ellas son:

 

• Como enzimas, haciendo que las reacciones químicas del cuerpo ocurran más rápido. 
• Como anticuerpos, reconociendo patógenos para producir una respuesta inmune.
• Proteínas transportadoras en las membranas celulares, haciendo que entren o salgan sustancias
• Proteínas contráctiles, haciendo que los músculos esqueléticos, digestivos y del corazón se muevan
• Proteínas estructurales, formando la parte física de los tejidos, como el colágeno que forma la piel o la miosina de los músculos
• Hormonas proteicas, como la insulina, que dan señales y responden a cambios del cuerpo
• Los receptores de membrana son proteínas, actuan muy parecido a las enzimas reconociendo sustratos, como medicamentos u hormonas
• Y como almacenamiento y transporte, como la hemoglobina que transporta oxígeno.

 

Las proteínas también pueden romperse para obtener energía así como los carbohidratos y lípidos, pero al tener otras funciones prioritarias y esenciales, el cuerpo no consume energía de las proteínas a no ser que se encuentre en un estado muy crítico de inanición y sea el último recurso.

 

Ácidos nucleicos

 

El cuarto y último grupo de biomoléculas que vamos a ver son los ácidos nucleicos, que son dos: El ribonucleico (ARN) y el desoxirribonucleico, (ADN). Su función es la de llevar la información genética necesaria para fabricar las proteínas. La unidad estructural o monómero del que están hechos son los nucleótidos, y una sola cadena de ADN puede estar hecha de cientos de miles de nucleótidos.

 

Un nucleótido es una molécula que tiene tres partes: 

 

• Una base nitrogenada, o sea una estructura cíclica de carbono y nitrógeno
• Un azúcar, más específicamente un monosacárido de 5 carbonos
• Y un grupo fosfato, PO4.

 

 

El grupo fosfato siempre es el mismo tanto para ADN como para ARN, pero el azucar es desoxirribosa en el ADN y ribosa en el ARN. En cuanto a las bases nitrogenadas, tenemos cinco. Adenina, Timina, Citosina y Guanina van a estar en el ADN y Adenina, Uracilo, Citosina y Guanina en el ARN. 

 

Ahora la clave de los ácidos nucleicos es su estructura y cómo se unen. El ADN consta de dos cadenas de nucleótidos, y está enrollado en forma de doble hélice. En esta hélice hay dos tipos de uniones: Las que unen a los nucleótidos de una misma cadena entre sí, son enlaces entre el azucar y el grupo fosfato. Estos enlaces formarían como si fuera la “baranda” de una escalera caracol. 

El otro tipo de unión es el que une a las bases nitrogenadas de una cadena con la otra, y serían como los peldaños de la escalera. Esta unión es por puentes de hidrógeno y es extremadamente fuerte y estable, imagínense que el ADN tiene todos nuestros genes y si alguno se rompe, puede tener consecuencias muy graves.

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Acá hay un dato que es de vital importancia y básicamente es la clave de la vida y es que, por su estructura, las bases nitrogenadas solo pueden unirse así: La citosina con la guanina, y la adenina con la timina o el uracilo. Esto se llama complementariedad de bases, y se dice por ejemplo que la guanina es complementaria de la adenina y así. Entonces una de las cadenas del ADN necesariamente es complementaria de la otra, porque sino no se podrían unir.

En el caso del ARN, este es de cadena simple en vez de doble, pero también se une complementariamente al ADN cuando necesita copiarse en el proceso de transcripción.

 

Además de formar parte de los ácidos nucleicos, existen nucleótidos como el ATP y el GTP que cumplen otros roles en la célula. El ATP es la molécula principal de energía y el GTP también se usa como molécula señalizadora.

 

Ya vimos las cuatro biomoléculas principales, de qué están hechas y su función. Les dejo este cuadrito para que lo tengan a mano mientras hacen sus tareas, y el contenido en formato video por supuesto. Gracias por leer!