ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE BIOMOLÉCULAS
ORGÁNICAS
(ADN, Carbohidratos, lípidos,
Proteínas)
Las
biomoléculas son otro principio unificador de la vida en el sentido de que
todos los organismos elaboran moléculas especializadas, que les permiten
realizar todas las reacciones químicas relacionadas con la vida.
Estas
biomoléculas, se clasifican en cuatro grupos de acuerdo a su estructura química
y presentan una función específica.
Dichos grupos y sus funciones se
mencionan enseguida:
a)
Carbohidratos:
estructura y energía.
b)
Lípidos:
almacenamiento de energía.
c)
Proteínas:
funcionamiento celular.
d)
Ácidos nucleicos: reproducción y codificación de proteínas. En estas
biomoléculas el carbono forma su “esqueleto” molecular debido a su gran
potencial de variabilidad estructural.
A continuación, se detallará sobre
cada una de estas biomoléculas.
Carbohidratos: Biomoléculas más abundantes en la
naturaleza. También se les denomina, glúcidos, azúcares e hidratos de carbono.
Están constituidos por C, H y O.
Fórmula
química (CH2 O)n. Se clasifican en monosacáridos, oligosacáridos y
polisacáridos.
Principales
funciones de los carbohidratos en los seres vivos:
1.
Son fuente de energía química, por lo que son fundamentales en el metabolismo
energético de los seres vivos.
2.
Intervienen en la formación de estructuras como la membrana y pared celular.
3.
Forman parte de cartílagos, huesos y tendones.
4.
Forman parte de los ácidos nucleicos.
5.
Se originan durante la fotosíntesis.
6.
Son transformados por los organismos en otros productos para que participen en
su metabolismo, aunque también pueden ser convertidos en grasas, y a la
inversa.
Estas
biomoléculas se definen como derivados aldehídicos o cetónicos de alcoholes
polivalentes, según el grupo funcional presente en su estructura molecular.
El nombre que reciben estos
azúcares, según el número de carbonos, se presenta en la siguiente tabla:
|
Número de carbonos
|
Nombre
|
|
3
|
triosas
|
|
4
|
tetrosas
|
|
5
|
penstosas
|
|
6
|
hexosas
|
|
7
|
heptosas
|
|
8
|
octosas
|
|
9
|
nonaosas
|
La estructura lineal de algunos
monosacáridos se muestra en la siguiente figura:
Entre
los monosacáridos más importantes, destacan:
•
Glucosa o dextrosa: es el monosacárido más abundante en los seres vivos. La
producen las plantas durante la fotosíntesis y es la principal fuente de
energía para todos los seres vivos.
• Fructosa:
es el azúcar de las frutas, como naranja, piña y mango. Se encuentra en la miel
y se utiliza como edulcorante de muchos refrescos.
• Galactosa: se encuentra como reserva del tejido nutritivo de las
semillas y en numerosas gomas vegetales.
Por
lo general, los monosacáridos con cinco o más carbonos se encuentran en
solución como estructuras cíclicas en las que el grupo carbonilo no está
“libre”, sino que forma un enlace covalente con un grupo (-OH) de la cadena. El
nuevo enlace genera un hemiacetal, lo que convierte el carbono del carbonilo en
un nuevo centro quiral.
El monosacárido cíclico
existe, como dos estereoisómeros diferentes, llamados anómeros y designados con
las letras (alfa) y ß (beta).
Se ha establecido que los
grupos que están orientados hacia la derecha en la estructura de cadena recta
se dibujen hacia abajo en la estructura cíclica; los que están hacia la
izquierda en la cadena recta, en la cíclica se dibujan hacia arriba.
Por tanto, considerando
como referencia el grupo OH, las estructuras cíclicas formadas se denominarán,
como se muestra en el siguiente esquema;
Por ejemplo, para la glucosa, perteneciente al grupo de
las aldosas, tenemos:
En el caso de la
fructosa, perteneciente al grupo de las cetonas:
Oligosacáridos: son el
resultado de la unión de dos a diez moléculas de monosacáridos. Son energéticos,
componentes de moléculas mayores y fuente de monosacáridos.
Los
oligosacáridos más importantes son los disacáridos,
quienes como su nombre lo dice, se forman a partir de dos moléculas de monosacáridos
unidas a través de un enlace glucosídico. Ejemplo de ellos son la maltosa, sacarosa
y lactosa.El enlace glucosídico, se caracteriza porque un grupo OH de un
carbono anomérico, reacciona con un OH de otro monosacárido, desprendiéndose
una molécula de agua. Se puede decir entonces que en este tipo de reacción
ocurre
una condensación o deshidratación; quedando las moléculas de monosacáridos
unidos por un átomo de oxígeno. Este enlace también permite la formación de moléculas
más complejas como los polisacáridos.
Maltosa:
es el azúcar de malta y grano germinado de cebada que se utiliza en la
elaboración de la cerveza. Se obtiene por hidrólisis de almidón y glucógeno.
Posee dos moléculas de glucosa unidas por enlace tipo (1-4) glucosídico.
Sacarosa: es el azúcar
con la que endulzamos nuestros alimentos; se obtiene a partir de la caña de azúcar
o del betabel. Se encuentra en todas las frutas y vegetales, y es usada por las
abejas para hacer la miel.
Este
disacárido se forma por la unión de una molécula de glucosa y otra de fructosa,
a través de un enlace (1-2) glucosídico, como se muestra a continuación:
Lactosa: se le conoce como azúcar de la
leche ya que está presente en la leche de las hembras de los mamíferos en
una proporción del 4 al 5 por ciento. Este disacárido se forma por la unión de una molécula de
glucosa y otra de galactosa, a través de un enlace ß
(1-4)
glucosídico, como se muestra a
continuación:
Polisacáridos: se forman por la unión de muchos
monosacáridos, principalmente moléculas de glucosas en forma lineal o
ramificada. Este grupo de biomoléculas se caracterizan por presentar peso
molecular elevado, no tener sabor dulce, no poseen poder reductor, pueden ser
insolubles o formar dispersiones coloidales.
Por su composición química, se
clasifican como homopolisacáridos o heteropolisacáridos. Los primeros están formados
por el mismo tipo de monosacáridos, ejemplo de ellos son el almidón, el glucógeno,
la celulosa y la quitina; quienes están constituidos por cientos de moléculas
de glucosa, unidas por enlaces glucosídicos.
Mientras que las moléculas de los
heteropolisacáridos están constituidas por diferentes tipos de monosacáridos,
como el ácido hialurónico, formado por miles de unidades de N-acetil
glucosamina que se alternan con unidades de ácido glucurónico.
A continuación se describen cada
uno de estos polisacáridos.
Almidón: es el principal polisacárido de
reserva de la mayoría de los vegetales; se le encuentra principalmente en
semillas, legumbres, cereales,
patatas y frutos (bellotas y castañas). Se forma por la unión de cientos de moléculas
de glucosa, que forman espirales
compactas. Al disolverse en agua caliente forma una solución coloidal conocida
como “engrudo”.
El almidón está formado por dos
tipos de moléculas: la amilasa (20%), polímero lineal de glucosas unidas por
enlaces
(1- 4)
glucosídicos y la amilopectina (80%), también polímero de glucosa pero ramificada,
con enlaces
(1- 4) glucosídicos en la cadena
lineal y de tipo (1- 6) glucosídico en los puntos de ramificación.
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