Bimoléculas

BIOMOLÉCULAS (Componentes químicos de la Célula)

Una célula viva está constituida básicamente por cuatro elementos (C, H, O y N) los cuales combinados entre sí, dan origen a un gran número de compuestos. La sustancia más abundante en la célula viva es el agua y llega a representar más del 70% de su peso. Esta molécula es de gran importancia pues la mayor parte de las reacciones intracelulares se llevan a cabo en ambiente acuoso y todos los organismos se han diseñado alrededor de las propiedades del agua, tales como su carácter polar, su capacidad para formar enlaces de hidrógeno y su alta tensión superficial.

Si se deja de lado el agua, casi todas las moléculas en la célula son compuestos carbonados asociados a otros elementos, entre otros se consideran los carbohidratos, lípidos, proteínas y los ácidos nucleicos.

BIOMOLECULAS INORGANICAS

EL AGUA

Es el compuesto líquido más importante para los seres vivos. La cantidad de agua varía entre los diferentes organismos, así por ejemplo en las medusas el 95% de su estructura es agua, mientras que en los tejidos humanos el porcentaje de ese compuesto varía desde el 20% en los huesos, hasta el 85% en las células cerebrales. En los seres vivos el agua está en mayor proporción durante el desarrollo embrionario y en los estados juveniles; en el envejecimiento ella disminuye y esto se refleja en el deterioro de las diferentes actividades metabólicas.

El agua está formada por dos átomos de hidrógeno débilmente electronegativos unidos a un átomo de oxígeno fuertemente electronegativo (Figura 1); por tanto, la molécula de agua presenta una distribución interna asimétrica de carga que le confiere un carácter polar y cohesivo para formar enlaces de hidrógeno con otras moléculas polares, así como interactuar con iones cargados positiva o negativamente. Como resultado de estas interacciones, los iones y moléculas polares son fácilmente solubles en agua (hidrofílicos). Las moléculas de agua son fuertemente cohesivas debido a la presencia de puentes de hidrógeno entre ellas. Las fuerzas de adhesión explican por qué el agua moja las cosas. Además tiene un alto grado de tensión superficial debido a la cohesión de sus moléculas. Así las moléculas de agua de la superficie libre se agrupan, formando una fuerte capa por la atracción que ejercen sobre ellas otras moléculas de agua situadas por debajo. Por otra parte, las fuerzas de adhesión y cohesión explican la tendencia del agua a ascender por tubos de calibre muy pequeño, fenómeno que recibe el nombre de capilaridad.

SALES MINERALES

Las sales minerales son elementos químicos inorgánicos indispensables para la vida. Participan en procesos fundamentales para el funcionamiento y desarrollo del organismo.

Están presentes en diversos alimentos de consumo general, de manera natural o añadidos, como el yodo en la sal yodada y el flúor en el agua potable, que se incorporan para prevenir bocio y caries respectivamente.

Algunos de los minerales esenciales que una dieta balanceada debe proveer son: calcio (mayoritariamente en los productos lácteos), potasio (en frutas como el plátano y la palta, verduras, nueces y legumbres), hierro(presente en carnes rojas, huevo, pescado, legumbres y harinas fortificadas), magnesio (en vegetales de hoja verde y frutos secos) y fósforo (en productos de origen animal y cereales).

En el caso del sodio, el consumo actual supera toda recomendación: se aconseja reducir el consumo de sal, cuyo exceso se asocia a hipertensión y aumento del riesgo cardiovascular.

GAS

estado de agregación de la materia en el cual, bajo ciertas condiciones de temperatura y presión, sus moléculas intereaccionan solo débilmente entre sí, sin formar enlaces moleculares, adoptando la forma y el volumen del recipiente que las contiene y tendiendo a separarse, esto es, expandirse, todo lo posible por su alta energía cinética. Los gases son fluidos altamente compresibles, que experimentan grandes cambios de densidad con la presión y la temperatura. Las moléculas que constituyen un gas casi no son atraídas unas por otras, por lo que se mueven en el vacío a gran velocidad y muy separadas unas de otras, explicando así las propiedades:

• Las moléculas de un gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos. Las fuerzas gravitatorias y de atracción entre las moléculas son despreciables, en comparación con la velocidad a que se mueven sus moléculas.
• Los gases ocupan completamente el volumen del recipiente que los contiene.
• Los gases no tienen forma definida, adoptando la de los recipientes que las contiene.
• Pueden comprimirse fácilmente, debido a que existen enormes espacios vacíos entre unas moléculas y otras.

A temperatura y presión ambientales los gases pueden ser elementos como el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno, el cloro, el flúor y los gases nobles, compuestos como el dióxido de carbono o el propano, o mezclas como el aire.

Los vapores y el plasma comparten propiedades con los gases y pueden formar mezclas homogéneas, por ejemplo vapor de agua y aire, en conjunto son conocidos como cuerpos gaseosos, estado gaseoso o fase gaseosa.

BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS

CARBOHIDRATOS

Son compuestos orgánicos que contienen carbono, hidrógeno y oxígeno, y muchos de ellos contienen estos elementos en la relación de C_n(H₂O)n. Químicamente se definen como aldehídos o cetonas, dentro de ellos se clasifican los azúcares simples o monosacáridos en donde n es un número entero de 3 a 7. Si se unen dos monosacáridos forman un disacárido; si se unen de 3-20 monosacáridos resulta un oligosacárido y cuando se unen numerosas unidades de monosacáridos, constituyen un polisacárido como por ejemplo los almidones, celulosas, pectinas, quitinas, etc.

Los carbohidratos como los azúcares y los almidones generalmente se utilizan por los organismos como fuentes de energía; mientras que los otros como las celulosas, pectinas y quitinas tienen función estructural en células individuales y aún en organismos completos como hongos, plantas, bacterias artrópodos, etc. Además, algunos polisacáridos y polímeros más cortos de azucares actúan como marcadores para una variedad de procesos de reconocimiento en las células, incluyendo la adhesión de ellas con sus vecinas y el transporte de proteínas a los destinos intracelulares apropiados y otros hacen parte de sustancias celulares importantes como son los ácidos nucleicos y como cofactores que contienen vitaminas.

En cuanto a sus propiedades fisicoquímicas, los carbohidratos de peso molecular bajo son solubles en agua y tienen poder edulcorante (endulzante) alto, características que son opuestas en los carbohidratos de peso molecular alto en los cuales la solubilidad se reduce notablemente.

ESTRUCTURA DE LOS MONOSACÁRIDOS

Son los azúcares más simples, en su nombre incluyen la terminación osa. Si en su molécula contienen la función carbonilo ( - C=O ) en un carbón primario se denominan aldosas y si esa función está en un carbono secundario, se denominan cetosas.

No. CARBONOS FUNCIÓN	3 CARBONOS	4 CARBONOS	5 CARBONOS	6 CARBONOS
ALDOSA	Aldotriosa	Aldotetrosa	Aldopentosa	Aldohexosa
CETOSA	Cetotriosa	Cetotetrosa	Cetopentosa	Cetohexosa

DISACÁRIDOS

Los monosacáridos, en especial la glucosa y sus derivados, tienen un lapso de vida muy corto dentro de la célula ya que la mayoría de ellos se degradan por hidrólisis para liberar su energía química utilizada en las diferentes reacciones celulares, o se unen mediante enlaces glucosídicos (C-O-C) por síntesis de deshidratación para formar disacáridos y polisacáridos. El enlace glucosídico se forma entre el hidroxilo ( este aporta un -H ) del carbono 1 del primer monosacárido con el -OH del carbono 2, 3 o 4 del segundo monosacárido formando una molécula de agua; los enlaces resultantes serán alfa (a ) o beta ( ß ) según la posición del -OH en el primer azúcar.

POLISACÁRIDOS

Son los carbohidratos más abundantes, son el resultado de la unión de más de 10 unidades de azúcares sencillos (generalmente la glucosa) mediante enlaces glucosídicos. entre otros se pueden citar el almidón y la celulosa (en plantas) y el glucógeno (en animales).

MUCOPOLISACÁRIDOS O GLUCOSAMINOGLUCANOS

Son polímeros de monosacáridos que poseen unidades de azúcares modificados como aminoazúcares, azúcares sulfatados, azúcares ácidos y N- acetil derivados. Las cadenas de carbohidratos de los glucosaminoglucanos existen como repeticiones de disacáridos en los cuales uno de los dos azúcares es siempre la N-acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina. Todos los glucosaminoglucanos con excepción del ácido hialurónico tienen azúcares sulfatados, y la presencia de grandes cantidades de grupos carboxilo y sulfato hacen de estos polímeros moléculas fuertemente ácidas. La mayoría de estos compuestos se encuentran combinados con proteínas para formar proteoglucanos en la matriz extracelular, especialmente el heparan sulfato que está en estrecha asociación con el límite externo de la membrana plasmática.

Los glucosaminoglucanos son de aspecto amorfo, tan viscosos como las secreciones mucosas, entre los más comunes se pueden citar: el ácido hialurónico, el condroitín sulfato A, laheparina, el keratosulfato y el dermatán sulfato.

El ácido hialurónico es un mucopolisacárido ácido formado por la repetición de un disacárido formado por el ácido glucurónico y la N- acetil glucosamina, unidos entre sí por enlaces glucosídicos ß(1--› 3) y los disacáridos mediante enlaces ß(1--› 4). El ácido hialurónico se encuentra como componente principal de la sustancia fundamental del tejido conectivo, constituyendo el humor acuoso del ojo, el líquido sinovial y la gelatina de Wharton del cordón umbilical. Se hidrata fácilmente y de él dependen los cambios en la viscosidad y la permeabilidad de la sustancia fundamental del tejido conectivo, y por ello tiene influencia importante en el intercambio de material entre las células de los tejidos y el plasma sanguíneo. La enzima que hidroliza los enlaces del ácido hialurónico es la hialuronidasa presente en los espermatozoides para facilitar la entrada al óvulo y en los estafilococos para invadir el tejido conectivo. Ella reduce la viscosidad y con ello aumenta la permeabilidad del tejido.

LÍPIDOS

Los lípidos son un grupo amplio y heterogéneo de compuestos insolubles en agua, pero solubles en solventes orgánicos no polares como el éter, el cloroformo o el benceno. En su molécula ellos contienen carbono, hidrógeno y oxígeno, pero este último en menor proporción respecto al carbono y al hidrógeno que en los carbohidratos. En los organismos vivos cumplen diversas funciones como las que se citan a continuación:

• son reservas energéticas y se utilizan como combustibles biológicos importantes, ya que pueden suministrar cerca de 9.3 Calorías por gramo ( una caloría con C mayúscula equivale a 1000 calorías; el termino Caloría se usa para medir el contenido energético de los alimentos), comparada con 4.1 Calorías de azúcares y proteínas
• forman cubiertas aislantes en la superficie de plantas y de animales para evitar infecciones y mantener el equilibrio hídrico en ellos.
• sirven como componentes estructurales de las membranas biológicas en donde contribuyen a la formación de compartimentos con respuestas bioquímicas específicas.
• Constituyen sistemas aislantes contra choques térmicos, eléctricos y químicos a nivel de la hipodermis o en cubiertas de órganos internos.
• otros pueden ser hormonas que participan en el control de procesos metabólicos
• además sirven como precursores de otros compuestos complejos como lipoproteínas, glicoproteínas, vitaminas liposolubles etc.

Los lípidos se clasifican en tres grupos principales:

1. LÍPIDOS SIMPLES que incluyen Grasas verdaderas saturadas (sólidas), aceites insaturados (líquidos) y ceras los cuales tienen estructura similar y en su molécula solamente poseen carbono, hidrógeno y oxígeno.
2. LÍPIDOS COMPLEJOS comprenden los fosfolípidos o fosfoglicéridos, de estructura similar a las grasas pero además contienen fósforo y nitrógeno; los esfingolípidos(ceramidas, esfingomielinas, cerebrósidos y gangliósidos). A los cerebrosidos y gangliósidos también se les conoce como glicolípidos.
3. LÍPIDOS DERIVADOS, incluyen los lípidos que no se clasifican en los anteriores grupos como la familia de los esteroides, carotenoides, las prostaglandinas y las vitaminas liposolubles.

ÁCIDOS NUCLEICOS

Los ácidos nucleicos, ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido desoxirribonucleico) son polímeros especializados en almacenar, transmitir y expresar la información genética en secuencias de aminoácidos, las cuales luego de algunos procesos conforman las proteínas de una célula.

El ADN fue descubierto como el principal constituyente químico del núcleo de células eucarióticas, en tiempos en los cuales Mendel y Darwin publicaron sus trabajos alrededor de la mitad del siglo XIX. Sin embargo, durante los años 1900s, las proteínas se consideraron como las mejores candidatas para almacenar la información hereditaria.
Friederick Miescher en 1869 en trabajos con glóbulos blancos obtenidos a partir de vendajes de pacientes con heridas infecciosas, realizó la primera extracción de los ácidos nucleicos. Su técnica se basó principalmente en lavar los vendajes que tenían secreciones producto de la infeccion con una solución salina, luego adicionó a este material que contenía principalmente un buen número de linfocitos, una solución alcalina que permitió que esas células se lisaran y el núcleo se precipitara en ella. La sustancia química que se encontró en estos núcleos, después de ciertos análisis la denominó nucleína y comprobó su presencia en otras células diferentes.