Biomoléculas

BIOELEMENTOS

De los 92 elementos químicos conocidos, 25 de ellos forman parte de los seres vivos. Estos últimos reciben el nombre de elementos biogenésicos y se clasifican en bioelementos primarios y secundarios, entre éstos se tienen:

B I O E L E M E N T O S
Primarios	Características	Secundarios	Características
Carbono (C)	Principal componente de moléculas orgánicas	Calcio (Ca)	Constituyente de huesos, dientes, caparazones. Regula la función nerviosa y muscular.
Hidrógeno (H)	Componente de la molécula del agua y orgánicas	Sodio (Na)	Participa en la transmisión del impulso nervioso. Regula el volumen plasmático y la presión arterial
Oxigeno (O)	Componente de moléculas orgánicas y de la respiración	Cloro (Cl)	Forma parte del jugo gástrico y participa en el equilibrio de líquidos de la célula.
Nitrógeno (N)	Participa en la formación de proteínas, vitaminas y ácidos nucleicos	Potasio (K)	Transmisión de impulsos nerviosos y de movimiento muscular.
Fósforo (P)	Participa en la transferencia de energía	Magnesio (MG)	Componente de la clorofila.
Azufre (S)	Participa en la formación de proteínas	Flúor (F)	Incrementa la dureza de huesos y dientes.

COMPUESTOS ORGÁNICOS

Moléculas que tienen un esqueleto de carbono a las cuales se le unen grupos de átomos de C, H, O y otros grupos funcionales. Entre estos:

1.- Carbohidratos (glúcidos o azucares).- Son moléculas formadas por C, H y O, azucares pequeños solubles en agua, son la fuente más importantes de energía para los seres vivos, además constituyen sustancias esenciales de la estructura celular. Se clasifican en:

a.- Monosacáridos o azucares simples.- Son moléculas que no pueden ser hidrolizadas en moléculas más simples. Se clasifican de acuerdo con la longitud de las cadenas de carbono, las cuales tienen desde tres carbonos (triosas), tales como el gliceraldehído; azucares con cuatro carbonos (tetrosas), azucares con cinco carbonos (pentosas), azucares con seis carbonos (hexosas), etc. Entre los monosacáridos más conocidos están la glucosa (C₆H₁₂O₆), la fructuosa y la galactosa. Los monosacáridos pueden contener en su estructura grupos funcionales como aldehídos CHO (aldosas) o cetonas -co (cetosas).

b.- Disacáridos u oligosacáridos.- Están formados por dos monosacáridos unidos por un enlace glucosídico. Al unirse dos moléculas de azúcar, se pierde una molécula de agua. La sacarosa (azúcar común) está ampliamente distribuida en la naturaleza y se usa en la alimentación. Otro disacárido familiar es la lactosa que se encuentra presente en la leche de los mamíferos (incluyendo al hombre). La maltosa es el disacárido que está formado por la unión de dos moléculas de glucosa y aparece en nuestro tubo digestivo cuando iniciamos la digestión de los alimentos.

c.- Polisacáridos.- Polímeros formados por la unión de muchos monosacáridos. Funcionan como reservas energéticas tanto en plantas como en animales, mientras que otros actúan como funciones estructurales, es decir, dan forma y firmeza a ciertos organismos. Entre los polisacáridos representativos se encuentran:

1. Almidón: Polisacárido de reserva de las plantas, formado por la unión de cientos de unidades de glucosa. Cuando las células de las hojas producen azúcares mediante la fotosíntesis, almacenan una parte de ellos como almidón y otra la envían a las raíces y las semillas.

2. Glucógeno: Se almacena como fuente de energía en el hígado y los músculos de animales, entre ellos los seres humanos.

3. Celulosa: Funciona como elemento estructural en la célula vegetal al formar parte de la pared celular, brindándole sostén y protección. También es importante como materia prima para la fabricación de papel.

4. Quitina: Es resistente y ligeramente flexible, proporciona soporte a los cuerpos, por lo demás blandos, de los artrópodos (insectos, arañas, etc.) y los hongos.

2.- Lípidos (ácidos grasos).- Compuestos solubles en solventes orgánicos como el cloroformo, la gasolina etc., por su importancia biológica tienen funciones como moléculas estructurales de las células, sirven como medio de reserva energética, son aislantes térmicos al formar una capa ubicada debajo de la piel de muchos animales. Se clasifican en tres grupos:

a.- Triglicéridos.- Se almacenan como gotas en el citoplasma celular y sirven como fuente de energía; conformados por tres ácidos grasos y glicerol u otro alcohol. En la célula existen tres tipos de triglicéridos tales como los aceites, ceras y grasas. Los primeros son lípidos insaturados, líquidos a temperatura ambiente; las ceras, en lugar de glicerol contienen alcoholes de cadena larga y a temperatura ambiente son sólidas. Las grasas son lípidos saturados y a temperatura ambiente son sólidos.

b.- Fosfolípidos.- Son similares a los triglicéridos; constituyen el componente principal de las membranas celulares.

c.- Esteroides.- Constan de cuatro anillos de carbono unidos a diferentes grupos funcionales. Forman estructuras de soporte y actúan como hormonas, por ejemplo el colesterol, la testosterona y la progesterona.

3.- Aminoácidos y proteínas.- Los aminoácidos son biomoléculas conformadas por C, H, O, N y ocasionalmente S. Todos los aminoácidos tienen dos grupos funcionales unidos al mismo átomo de carbono: un grupo ácido (-COOH) y un grupo amina (-NH₂). Forman cadenas muy largas dando origen a las proteínas, las cuales son biomoléculas de las que dependen la estructura y muchas funciones celulares. Por ejemplo, forman la membrana celular, junto con los fosfolípidos, y son los catalizadores de las reacciones químicas celulares llamados enzimas. Existen 20 aminoácidos que forman parte de los seres vivos entre estos:

Aminoácido	Símbolo	Aminoácido	Símbolo
Alanina	A	Metionina	M
Cisteína	C	Asparadina	N
Ácido aspártico	D	Prolina	P
Ácido glutámico	E	Glutamina	Q
Fenilalanina	F	Arginina	R
Glicina	G	Serina	S
Histidina	H	Treonina	T
Isoleucina	I	Valina	V
Licina	K	Triptofano	W
Leucina	L	Tirosina	Y

FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS

Proteínas	Función
Colágeno en la piel; queratina en pelo, uñas y cuernos	Estructural
Actina y miosina en los músculos	Movimiento o contráctil
Anticuerpos	Defensa
Albúmina en el huevo; Zeatina en granos de maíz	Almacenamiento
Hormona del crecimiento; insulina, que regula el azúcar en la sangre	Hormonas
Enzimas, cientos diferentes en cada organismo	Catalizadora
Hemoglobina y mioglobina que transportan oxigeno	Transportadora

4.- Ácidos nucleicos.- Hay dos tipos de ácidos nucleicos (AN): el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN), y están presentes en todas las células. Su función biológica no quedó plenamente demostrada hasta que Avery y sus colaboradores demostraron en 1944 que el ADN era la molécula portadora de la información genética. Los ácidos nucleicos son polímeros lineales de un monómero llamado nucleótido (siguiente figura), cada nucleótido está formado, mediante un enlace éster, por un ácido fosfórico y un nucleósido (zona sombreada de la figura), este último se constituye por la unión de  una pentosa (la D-ribosa o la 2-desoxi-D-ribosa), y una base nitrogenada (purina o pirimidina). Las bases nitrogenadas pueden ser purinas: ADENINA y GUANINA, las bases pirimidínicas son: CITOSINA, TIMINA y URACILO. La timina sólo puede formar ADN y el uracilo sólo está presente en el ARN.

Estructura del DNA.- La estructura primaria del ADN está determinada por esta secuencia de bases ordenadas sobre la "columna" formada por los nucleótidos: azúcar + fosfato. Este orden es en realidad lo que se transmite de generación en generación (herencia)

Estructura secundaria.- Es el modelo postulado por Watson y Crick: la doble hélice, las dos hebras de ADN se mantienen unidas por los puentes hidrógenos entre las bases. Los pares de bases están formados siempre por una purina y una pirimidina, de forma que ambas cadenas están siempre equidistantes, a unos 11 Å una de la otra. Los pares de bases adoptan una disposición helicoidal en el núcleo central de la molécula, ya que presentan una rotación de 36º con respecto al par adyacente, de forma que hay 10 pares de bases  por cada vuelta de la hélice.

La adenina (A) se empareja siempre con la timina (T) mediante dos puentes de hidrógeno, mientras que la citosina (C) se empareja siempre con la guanina (G) por medio de 3 puentes de hidrógeno.

En cada extremo de una doble hélice lineal de ADN, el extremo 3'-OH de una de las hebras es adyacente al extremo 5'-P (fosfato) de la otra. En otras palabras, las dos hebras son antiparalelas (Figura anterior), es decir, tienen una orientación diferente. Por convención, la secuencia de bases de una hebra sencilla se escribe con el extremo 5'-P a la izquierda.

Resumen de datos básicos del ADN

1. Unidades químicas básicas
   1. un azúcar de 5 carbonos - desoxirribosa
   2. fosfato - uniones entre los azúcares
   3. bases: purinas = adenina y guanina pirimidinas = timina y citosina
   4. base + azúcar = nucleótido
   5. base + azúcar + fosfato = nucleótido

RNA.- Una célula típica contiene 10 veces más ARN que ADN. El azúcar presente en el ARN es la ribosa. Esto indica que en la posición 2' del anillo del azúcar hay un grupo hidroxilo (OH) libre, por este motivo, el ARN es químicamente inestable, de forma que en una disolución acuosa se hidroliza fácilmente. En el ARN la base que se aparea con la A es el uracilo (U), a diferencia del ADN, en el cual la A se aparea con T. 

Se distinguen tres tipos de RNA en función de sus pesos moleculares:

• RNA Mensajero (RNA_m): Se sintetiza sobre un molde de ADN por el proceso de transcripción por el cual se copia el ARN a partir del molde del ADN, pasa al citoplasma y sirve de pauta para la síntesis de proteínas (traducción)

• RNA Ribosómico (RNA_r): Está presente en los ribosomas, orgánulos intracelulares implicados en la síntesis de proteínas. Su función es leer los RNA_m y formar la proteína correspondiente.

• RNA de transferencia (RNA_t): Son cadenas cortas de una estructura básica, que pueden unirse específicamente a determinados aminoácidos, y que contienen una secuencia específica.