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
- Unidades químicas básicas
- un azúcar de 5 carbonos - desoxirribosa
- fosfato - uniones entre los azúcares
- bases: purinas = adenina y guanina pirimidinas = timina y citosina
- base + azúcar = nucleótido
- 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 (RNAm): 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 (RNAr): Está presente en los ribosomas, orgánulos intracelulares implicados en la síntesis de proteínas. Su función es leer los RNAm y formar la proteína correspondiente.
- RNA de transferencia (RNAt): Son cadenas cortas de una estructura básica, que pueden unirse específicamente a determinados aminoácidos, y que contienen una secuencia específica.
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