1.2: Moléculas Biológicas

La vida en la Tierra se compone principalmente de cuatro clases principales de moléculas biológicas, o biomoléculas. Estos incluyen carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

La mayoría de las personas están familiarizadas con los carbohidratos, un tipo de macromolécula, sobre todo cuando se trata de lo que comemos. Los carbohidratos son, de hecho, una parte esencial de nuestra dieta; los granos, frutas y verduras son todas fuentes naturales de carbohidratos. Los carbohidratos aportan energía al cuerpo, particularmente a través de la glucosa, un azúcar simple que es un componente del almidón y un ingrediente en muchos alimentos básicos. Los carbohidratos también tienen otras funciones importantes en humanos, animales y plantas. Los carbohidratos pueden ser representados por la fórmula estequiométrica (CH ₂ O) n, donde n es el número de carbonos en la molécula. En otras palabras, la relación de carbono a hidrógeno a oxígeno es de 1:2:1 en las moléculas de carbohidratos. Esta fórmula también explica el origen del término “carbohidrato”: los componentes son carbono (“carbo”) y los componentes del agua (de ahí, “hidrato”). La fórmula química para la glucosa es C ₆ H ₁₂ O ₆. En los humanos, la glucosa es una fuente importante de energía.

Durante la respiración celular, se libera energía de la glucosa, y esa energía se usa para ayudar a producir trifosfato de adenosina (ATP). Las plantas sintetizan glucosa usando dióxido de carbono y agua, y la glucosa a su vez se usa para los requerimientos energéticos de la planta. El exceso de glucosa a menudo se almacena como almidón que es catabolizado (la descomposición de moléculas más grandes por las células) por humanos y otros animales que se alimentan de plantas. Las plantas son capaces de sintetizar glucosa, y el exceso de glucosa, más allá de las necesidades energéticas inmediatas de la planta, se almacena como almidón en diferentes partes de la planta, incluyendo raíces y semillas. El almidón en las semillas proporciona alimento para el embrión ya que germina y también puede actuar como fuente de alimento para humanos y animales.

Los lípidos incluyen un grupo diverso de compuestos tales como grasas, aceites, ceras, fosfolípidos y esteroides que son en gran parte de naturaleza no polar. Las moléculas no polares son hidrofóbicas (“temerosas del agua”) o insolubles en agua. Estos lípidos tienen papeles importantes en el almacenamiento de energía, así como en la construcción de membranas celulares en todo el cuerpo.

Las proteínas son una de las moléculas orgánicas más abundantes en los sistemas vivos y tienen el rango de funciones más diverso de todas las macromoléculas. Las proteínas pueden ser estructurales, reguladoras, contráctiles o protectoras; pueden servir en el transporte, almacenamiento o membranas; o pueden ser toxinas o enzimas. Cada célula en un sistema vivo puede contener miles de proteínas, cada una con una función única. Sus estructuras, al igual que sus funciones, varían mucho.

Las enzimas, que son producidas por las células vivas, aceleran las reacciones bioquímicas (como la digestión) y suelen ser proteínas complejas. Cada enzima tiene una forma o formación específica basada en su uso. La enzima puede ayudar en las reacciones de descomposición, reorganización o síntesis.

Las proteínas tienen diferentes formas y pesos moleculares. La forma de la proteína es fundamental para su función, y muchos tipos diferentes de enlaces químicos mantienen esta forma. Los cambios en la temperatura, el pH y la exposición a productos químicos pueden hacer que una proteína se desnaturalice. Este es un cambio permanente en la forma de la proteína, lo que lleva a la pérdida de función. Todas las proteínas están compuestas por diferentes arreglos de los mismos 20 tipos de aminoácidos. Estos aminoácidos son las unidades que componen las proteínas. Diez de estos son considerados aminoácidos esenciales en humanos porque el cuerpo humano no puede producirlos y se obtienen de la dieta. La secuencia y el número de aminoácidos determinan finalmente la forma, el tamaño y la función de la proteína.

Los ácidos nucleicos son las macromoléculas más importantes para la continuidad de la vida. Llevan el plano genético de una célula y llevan instrucciones para el funcionamiento de la célula. Los dos tipos principales de ácidos nucleicos son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). El ADN es el material genético que se encuentra en todos los organismos vivos, desde bacterias unicelulares hasta mamíferos multicelulares. El ADN controla todas las actividades celulares activando o apagando los genes. El otro tipo de ácido nucleico, el ARN, está principalmente involucrado en la síntesis de proteínas. El ADN tiene una estructura de doble hélice (Figura\(\PageIndex{1}\))

Figura\(\PageIndex{1}\): El ADN nativo es una doble hélice antiparalela. La cadena principal de fosfato (indicada por las líneas curvas) está en el exterior, y las bases están en el interior. Cada base de una hebra interactúa a través de enlaces de hidrógeno con una base de la hebra opuesta. (crédito: Jerome Walker/Dennis Myts)