Biomoléculas orgánicas

Todas las biomoléculas orgánicas son compuestos de carbono. Los enlaces químicos fundamentales se realizan entre átomos de carbono o entre estos y átomos de hidrógeno formando una estructura base hidrocarbonada.

Imagen 7. Fuente Villasephiroth bajo licencia Creative Commons.

Además, los átomos de carbono son capaces de unirse con cierta facilidad al oxígeno, nitrógeno , azufre y fósforo, lo que produce el aumento de la complejidad de las moléculas y la aparición de grupos funcionales, que son grupos de átomos que confieren propiedades físicoquimicas concretas y específicas a las moléculas hidrocarbonadas que las presentan.

Los grupos funcionales más importantes son los siguientes: carboxilo, carbonilo, hidroxilo, éster y amino.

Estos grupos funcionales sirven para clasificar a las biomoléculas orgánicas en alcoholes, cetonas, aminas, ácidos etc.

Imagen 8. Fuente propia.

Actividad

El carbono es un elemento químico que origina una gran diversidad de moléculas complejas y estables presentes en todos los seres vivos.

GLÚCIDOS

Son moléculas orgánicas formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno.

Son las principales moléculas de reserva energética que se localizan en casi todos los seres vivos, aunque ésta no es su única función, ya que algunos presentan función estructural. Son moléculas muy diversas que se forman de la unión de moléculas más pequeñas llamadas azúcares o monosacáridos.

Hay tres tipos principales de glúcidos que se clasifican según el número de unidades de azúcares que constituyen la molécula. Así podemos distinguir tres grupos:

Monosacáridos.
Disacáridos.
Polisacáridos.

MONOSACÁRIDOS

Son los azúcares más sencillos formados por una unidad de azúcar. La proporción carbono, hidrógeno y oxígeno es 1:2:1, y su fórmula química general es C_nH_2nO_n, siendo n un número de átomos de carbono superior a 3 e inferior a 8.
Se les ha denominado clásicamente como hidratos de carbono. Se nombran mediante el sufijo "-osa" y un prefijo que indica el número de átomos de carbono de la molécula (tri, tetra, penta, hexa, etc.). Así un monosacarido de 6 átomos de carbono es una hexosa.
Son solubles en agua y su función biológica está relacionada con la obtención de energía, pues son la principal fuente de energía en los organismos. Los monosacáridos son la unidad estructural de los disacáridos y de los polisacáridos, pudiendo combinarse de formas muy variadas dando lugar a una enorme diversidad de moléculas.

Pre-conocimiento

La glucosa es la forma más corriente de azúcar y la principal fuente de energía de todas las células vivas. De la ruptura de sus enlaces en la respiración se obtiene hasta 686 Kcal por mol que es utilizada en los procesos biológicos.

Su fórmula es C₆H₁₂O₆ y se puede representar de dos formas:


Imagen 8. Fuente propia.	Imagen 9. Fuente propia.

Ambas moléculas tienen 6 átomos de carbono, 12 átomos de hidrógeno y 6 átomos de oxígeno. Ambas representaciones son válidas.

En la naturaleza los azúcares de 5 y de 6 átomos de carbono suelen estar en disolución, de tal forma que el grupo funcional carbonilo de la glucosa reacciona con un grupo alcohólico de la propia molécula, formándose una molécula cíclica hexagonal.

Imagen 10. Fuente propia.

El proceso de ciclación se puede observar en la siguiente animación:

Animación 4. Fuente J.L. Giannini bajo licencia Creative Commons.

Entre los monosacáridos más importantes distinguimos:

Glucosa	Es una hexosa que es la fuente principal de energía de todos los seres vivos.
Fructosa	Es una hexosa común en las células vegetales. Abunda en muchos frutos.
Ribosa y su derivado desoxirribosa	Son pentosas que forman parte de los ácidos nucleicos ARN y ADN respectivamente.

Ejemplo o ejercicio resuelto

¿Es posible en un simple paseo observar la presencia de monosacáridos en nuestro entorno?. Podemos decir que sí y poner una serie de ejemplos. A continuación tienes tres imágenes que representan partes de seres vivos. ¿Los tres ejemplos poseen monosacáridos en abundancia?


Imagen 11. Fuente ISFTIC bajo licencia Creative Commons	Imagen 12. Fuente ISFTIC bajo licencia Creative Commons	Imagen 13. Fuente ISFTIC bajo licencia Creative Commons

DISACÁRIDOS

Son glúcidos que se originan de la unión de dos moléculas de monosacárido iguales o distintos. En el proceso de formación se libera una molécula de agua y se forma un enlace O-glicosídico.

Son moléculas solubles en agua, aunque su solubilidad es algo menor que la de los monosacáridos. Los disacáridos suelen ser moléculas de reserva energética que se utilizan cuando se necesita un aporte rápido de energía.

Los más importantes son:

Lactosa. Es el azúcar de la leche. Está formado por glucosa y galactosa.
Sacarosa. Es el azúcar de mesa obtenido de la remolacha y de la caña de azúcar. Está formado por glucosa y fructosa. También es abundante en la miel.
Maltosa. Se obtiene de la hidrolisis del almidón del trigo y cebada. Está formado por dos unidades de glucosa.

POLISACÁRIDOS

Son los glúcidos más complejos de todos. Estan constituidos por la unión de más de 100 monosacáridos por enlaces glucosídicos. Forman macromoléculas enormes.

Al igual que los disacáridos se nombran por su nombre común.

Son moléculas muy poco solubles en agua o incluso insolubles debido a su enorme tamaño. Sus funciones principales son servir de reserva energética (almidón y glucógeno) y la formación de estructuras celulares fundamentales para algunos seres vivos como los vegetales.

Los más importantes son:

Almidón. Es el polisacárido de reserva en las células vegetales. Se almacena en tubérculos y semillas principalmente.
Glucógeno. Es el polisacárido de reserva en las células animales y de los hongos.
Celulosa. Es un polisacarido estructural que forma la pared celular de las células vegetales.

LÍPIDOS

Son biomoléculas insolubles en agua y otros disolventes polares, que poseen brillo y tacto untuoso. Desde el punto de vista de la estructura química es un grupo muy heterogéneo y diverso. Debido a este hecho presentan múltiples funciones:

Reserva energética.
Estructural.
Reguladora.

Se pueden clasificar en:

Acilglicéridos. Son moléculas que estructuralmente poseen ácidos grasos y glicerina, que se unen por una reacción de esterificación. Son moléculas mucho más energéticas que los azúcares que forman los aceites y sebos o mantecas. Su función es la de reserva energética a largo plazo. Los más importantes son los triglicéridos que resultan de la unión de tres ácidos grasos con la glicerina.

El aceite está formado por trigliceridos insaturados

Imagen 14. Fuente ISFTIC bajo licencia Creative Commons.

Fosfolípidos. Son moléculas que poseen ácidos grasos en su estructura. Tienen función estructural y forman la base de todas las membranas celulares, en las que se organizan formando bicapas.

Imagen 15. Fuente propia

Ceras. Son moléculas con un ácido graso de cadena muy larga que son extremadamente insolubles. Tienen función protectora, ya que impermeabilizan la superficie corporal de muchos seres vivos evitando la pérdida de agua o el deterioro de estructuras en contacto con los agentes meteorológicos.
Colesterol y esteroides. Son moléculas que no poseen ácidos grasos y que se originan de otros hidrocarburos. El colesterol es un componente de las membranas celulares. De su estructura derivan el resto de esteroides como son las hormonas sexuales y la vitamina D que tienen funciones reguladoras.


Imagen 16. Fuente Propia.	Imagen 17. Fuente propia.

Pre-conocimiento

Los jabones son sales de ácidos grasos. Cualquier lípido que posea al menos un ácido graso en su molécula producirá jabón si se calienta junto a una base como la sosa o el hidróxido potásico (KOH). La reacción se conoce con el nombre de saponificación. Todos aquellos lípidos que poseen ácidos grasos son saponificables.

Ejemplo o ejercicio resuelto

En nuestro entorno natural hay cantidad de sustancias formadas por lípidos. ¿Eres capaz de identificar si estas partes de seres vivos tienen lípidos y de qué tipo son?


Imagen 18. Fuente ISFTIC bajo licencia Creative Commons.	Imagen 19. Fuente ISFTIC bajo licencia Creative Commons.	Imagen 20. Fuente ISFTIC bajo licencia Creative Commons.

Recuerda que los lípidos presentan un brillo característico.

AV - Actividad de Espacios en Blanco

Rellena los espacios en blanco del siguiente texto.

Un es un lípido saponificable formado por la de tres moléculas de ácidos grasos con glicerina. Un es la molécula más abundante de la membrana citoplasmática. Es un lípido porque en su estructura existen ácidos grasos, mientras que el que también forma parte de las membranas celulares a las que confiere estabilidad, es la base que sirve para la síntesis de casi todos los que es un tipo de lípido .

PROTEÍNAS

Son las biomoléculas más abundantes en los seres vivos. Estan formadas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.

Son macromoléculas que están formadas por unidades más sencillas llamadas aminoácidos.

Los aminoácidos son moléculas orgánicas que tienen un grupo funcional amino y un grupo funcional carboxilo terminal (ácido), del que deriva su nombre aminoácido. El grupo amino siempre se localiza en el segundo átomo de carbono.

ver animación de los aminoácidos

Una proteína no es más que una o varias secuencias lineales de aminoácidos que se unen entre sí por el para originar un peptído o proteína.

Atendiendo a la estructura distinguimos dos tipos de proteínas:

Globulares. Son solubles en el citoplasma celular y tienen función catalizadora.
Fibrosas. Son muy insolubles y por ello tienen función estructural.

Las funciones de las proteínas son:

Función	Descripción	Ejemplos
Estructural	Forman estructuras celulares básicas en todas las células y organismos que sirven de protección o como soporte para otras biomoléculas y estructuras.	Queratina (epidermis), elastina (tendones), histonas (cromosomas).
Reserva	Algunas sirven para almacenar aminoácidos que sirvan para formar nuevas proteínas durante el desarrollo de un ser vivo	Ovoalbumina (clara de huevo), lactoalbumina (leche), gliadina (semilla de trigo)
Tranportadora	Son capaces de transportar sustancias (oxígeno, lípidos, etc.) de un lugar a otro	Hemoglobina (sangre de vertebrados), hemocianina (sangre de moluscos)
Defensa	Son capaces de defender a un ser vivo neutralizando sustancias extrañas o reparando lesiones	Inmunoglobulinas, trombina (coagulación)
Contractil	Participan en el movimiento de los seres vivos además de formar estructuras diseñadas para poderse mover en organismos unicelulares (cilios y flagelos).	Actina, miosina, tubulina, etc.
Regulado	Algunas son capaces de regular y controlar procesos metabólicos.	Insulina, hormona del crecimiento, etc.
Catalítica	Muchas de ellas controlan la velocidad de las reacciones químicas que se producen en un ser vivo.	Catalasa, lipasa, peptidasas, etc.

Ejemplo o ejercicio resuelto

¿Te atreves ahora con las proteínas? Fíjate en las imágenes e identifica que estructuras están formadas por proteínas.


Imagen 21. Fuente ISFTIC bajo licencia Creative Commons	Imagen 22. Fuente ISFTIC bajo licencia Creative Commons	Imagen 23. Fuente ISFTIC bajo licencia Creative Commons

Indica qué partes o secreciones del animal están formadas por proteínas.

Actividad

Los seres vivos están construidos básicamente por proteínas estructurales y funcionan gracias a las proteínas enzimáticas.

ÁCIDOS NUCLEICOS

Están formadas por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo. Son macromoléculas formadas por la unión mediante enlaces fosfodiéster de unidades más pequeñas llamadas nucleótidos. Son las moléculas más grandes que se conocen.

Los nucleotidos están formados por tres componentes:

Una molécula de ácido fosfórico.
Una pentosa. Que puede ser ribosa o desoxiribosa.
Una base nitrogenada (adenina, guanina, citosina, timina, uracilo).

Imagen 24. Fuente propia

Ver animación de formación de un nucleótido.

Ver animación de formación de un enlace fosfodiester.

Hay dos tipos de ácidos nucleicos atendiendo a la pentosa y las bases nitrogenadas que constituyen los nucleótidos:

Ácido desoxirribonucleico o ADN. Los nucleótidos tienen como pentosa desoxirribosa y como bases nitrogenadas adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). Su estructura está formada por dos cadenas de nucleótidos unidos entre sí, que forman una doble hélice.
Ácido ribonucleico o ARN. Los nucleótidos tienen como pentosa ribosa y como bases nitrogenadas adenina (A), guanina (G), citosina (C) y uracilo (U). La molécula es lineal formada por una sola cadena de nucleótidos.

Ver animación de el proceso de complementariedad de las bases nitrogenadas del ADN.

Enlace a estructura del ADN.

Las funciones de los ácidos nucleicos son:

El ADN es la molécula portadora de la información genética de un individuo. Dirige la síntesis proteíca y por otro lado transmite la información a las generaciones futuras.
El ARN es el transmisor de la información necesaria para la síntesis de proteínas.

Pre-conocimiento

Los ácidos nucléicos no se pueden observar a simple vista a no ser que hagamos una extracción a partir de células. Si tienes curiosidad, puedes hacer una extracción de ADN "casera". Fíjate en el siguiente vídeo y sigue los pasos en tu casa.

Video 4. Fuente jprussman bajo licencia Creative Commons

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	Una pentosa.
	Un disacárido.
	Una hexosa.
	Un polisacárido.

	Dos moléculas de fructosa.
	Una molécula de glucosa y otra de galactosa.
	Una molécula de glucosa y otra de fructosa.
	Una molécula de glucosa y otra de maltosa.

	La celulosa y el glucógeno tienen función estructural.
	El glucógeno es un polisacárido funcionalmente similar al almidón.
	Los polisacáridos son solubles y de sabor dulce.
	La celulosa se almacena en las células vegetales.

	Sólo en animales.
	Sólo en vegetales.
	En animales y vegetales, pero no en los hongos.
	En todos los seres vivos.

	La hexosa más importante de la naturaleza es la lactosa.
	Los polisacáridos tienen las mismas propiedades físicas que los monosacáridos.
	La hidrólisis de la amilosa produce moléculas de maltosa y de glucosa.