moléculas biológicas

¿Qué tipo de moléculas son las moléculas biológicas?

Las moléculas biológicas son moléculas orgánicas. Esto significa que contienen carbono e hidrógeno. Pueden contener otros elementos como oxígeno, nitrógeno, fósforo o azufre.

Puede que los encuentres denominados compuestos orgánicos. Esto se debe a que contienen carbono como columna vertebral.

Al servir de columna vertebral, el carbono es el elemento más importante de las moléculas biológicas. Puede que hayas oído que el carbono es el fundamento de la vida, o que toda la vida en la Tierra se basa en el carbono. Esto se debe a la función del carbono como componente esencial de los compuestos orgánicos.

Observa la Figura 1, que muestra una molécula de glucosa. La glucosa está compuesta por átomos de carbono, oxígeno e hidrógeno.

Observa que el carbono está en el centro (más exactamente cinco átomos de carbono y uno de oxígeno), formando la base de la molécula.

Fig. 1 - La glucosa está compuesta por átomos de carbono , oxígeno, e hidrógeno. El carbono sirve de columna vertebral de la molécula. Los átomos de carbono se omiten para simplificar

Todas las moléculas biológicas contienen carbono excepto una: el agua.

El agua contiene hidrógeno, pero no contiene carbono (recuerda su fórmula química _H2O). Esto hace que el agua sea una molécula inorgánica.

Enlaces químicos en las moléculas biológicas

Hay tres enlaces químicos importantes en las moléculas biológicas: los enlaces covalentes, los enlaces de hidrógeno y los enlaces iónicos.

Antes de explicar cada uno de ellos, es importante recordar la estructura de los átomos que son los bloques de construcción de las moléculas.

Fig. 2 - Estructura atómica del carbono

La figura 2 muestra la estructura atómica del carbono. Puedes ver el núcleo (una masa de neutrones y protones). Los neutrones no tienen carga eléctrica, mientras que los protones tienen carga positiva. Por tanto, en general un núcleo tendrá carga positiva.

Los electrones (azules en esta imagen) orbitan alrededor del núcleo y tienen carga negativa.

¿Por qué es importante? Es útil saber que los electrones tienen carga negativa y orbitan alrededor del núcleo para comprender cómo se unen las distintas moléculas a nivel atómico.

Enlaces covalentes

El enlace covalente es el enlace más frecuente en las moléculas biológicas.

Durante el enlace covalente, los átomos comparten electrones con otros átomos, formando enlaces simples, dobles o triples. El tipo de enlace depende de cuántos pares de electrones se compartan. Por ejemplo, un enlace sencillo significa que se comparte un solo par de electrones, etc.

Fig. 3 - Ejemplos de enlaces simples, dobles y triples

El enlace simple es el más débil de los tres, mientras que el triple es el más fuerte.

Cuando aprendas sobre macromoléculas biológicas, te encontrarás con moléculas polares y no polares , que tienen enlaces covalentes polares y no polares, respectivamente. En las moléculas polares, los electrones no están distribuidos uniformemente, por ejemplo en una molécula de agua. En las moléculas no polares, los electrones están distribuidos uniformemente.

La mayoría de las moléculas orgánicas son apolares. Sin embargo, no todas las moléculas biológicas son apolares. El agua y los azúcares (hidratos de carbono simples) son polares, así como ciertas partes de otras macromoléculas, como la columna vertebral del ADN y el ARN, que está compuesta por azúcares desoxirribosa o ribosa.

¿Te interesa la parte química de esto? Para más detalles sobre los enlaces covalentes, explora el artículo sobre Enlace covalente en el centro de química.

La importancia del enlace del carbono

El carbono puede formar no sólo uno, sino cuatro enlaces covalentes con los átomos. Esta fantástica capacidad permite la formación de grandes cadenas de compuestos de carbono, que son muy estables, ya que los enlaces covalentes son los más fuertes. También pueden formarse estructuras ramificadas, y algunas moléculas forman anillos que pueden unirse entre sí.

Esto es muy importante, ya que las distintas funciones de las moléculas biológicas dependen de su estructura.

Gracias al carbono, las grandes moléculas (macromoléculas) que son estables (debido a los enlaces covalentes) son capaces de construir células, facilitar distintos procesos y, en general, constituir toda la materia viva.

Fig. 4 - Ejemplos de enlaces del carbono en moléculas con estructuras en anillo y en cadena

Enlaces iónicos

Los enlaces iónicos se forman cuando se transfieren electrones entre átomos. Si lo comparas con el enlace covalente, en éste los electrones se comparten entre los dos átomos enlazados, mientras que en el enlace iónico se transfieren de un átomo a otro.

Te encontrarás con enlaces iónicos al estudiar las proteínas, ya que son importantes en su estructura.

Para saber más sobre los enlaces iónicos, consulta el centro de química y este artículo: Enlace iónico.

Enlaces de hidrógeno

Los enlaces de hidrógeno se forman entre una parte cargada positivamente de una molécula y una parte cargada negativamente de otra.

Tomemos como ejemplo las moléculas de agua. Después de que el oxígeno y el hidrógeno hayan compartido sus electrones y se hayan unido covalentemente para formar una molécula de agua, el oxígeno tiende a "robar" más electrones (el oxígeno es más electronegativo), lo que deja al hidrógeno con carga positiva. Esta distribución desigual de electrones convierte al agua en una molécula polar. El hidrógeno (+) es atraído por los átomos de oxígeno cargados negativamente de otra molécula de agua (-).

Los enlaces de hidrógeno individuales son débiles, de hecho, son más débiles que los enlaces covalentes e iónicos, pero fuertes en grandes cantidades. Encontrarás enlaces de hidrógeno entre bases nucleotídicas en la estructura de doble hélice del ADN. Por tanto, los enlaces de hidrógeno son importantes en las moléculas de agua.

Fig. 5 - Enlaces de hidrógeno entre moléculas de agua

Cuatro tipos de macromoléculas biológicas

Los cuatro tipos de macromoléculas biológicas son los hidratos de carbono, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos (ADN y ARN).

Los cuatro tipos comparten similitudes en estructura y función, pero tienen diferencias individuales que son cruciales para el funcionamiento normal de los organismos vivos.

Una de las mayores similitudes es que su estructura afecta a su función. Aprenderás que los lípidos pueden formar bicapas en las membranas celulares gracias a su polaridad y que, debido a su estructura helicoidal flexible, una cadena muy larga de ADN puede encajar perfectamente en el diminuto núcleo de una célula.

1. Los hidratos de carbono

Los hidratos de carbono son macromoléculas biológicas que se utilizan como fuente de energía. Son especialmente importantes para el funcionamiento normal del cerebro y en la respiración celular.

Hay tres tipos de hidratos de carbono: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.

• Los monosacáridos están compuestos por una molécula de azúcar (mono- significa 'uno'), como la glucosa.

• Los disacáridos están compuestos por dos moléculas de azúcar (di- significa 'dos'), como la sacarosa (azúcar de la fruta), que está compuesta por glucosa y fructosa (zumo de fruta).

• Los polisacáridos (poli- significa 'muchos') están compuestos por muchas moléculas más pequeñas (monómeros) de glucosa, es decir, monosacáridos individuales. Tres polisacáridos muy importantes son el almidón, el glucógeno y la celulosa.

Los enlaces químicos en los hidratos de carbono son enlaces covalentes llamados enlaces glucosídicos, que se forman entre los monosacáridos. Aquí también encontrarás enlaces de hidrógeno, que son importantes en la estructura de los polisacáridos.

2. Lípidos

Los lípidos son macromoléculas biológicas que sirven para almacenar energía, construir células y proporcionar aislamiento y protección.

Hay dos tipos principales: los triglicéridos y los fosfolípidos.

• Los triglicéridos están formados por tres ácidos grasos y un alcohol, el glicerol. Los ácidos grasos de los triglicéridos pueden ser saturados o insaturados.

• Los fosfolípidos están compuestos por dos ácidos grasos, un grupo fosfato y glicerol.

Los enlaces químicos en los lípidos son enlaces covalentes llamados enlaces éster, que se forman entre los ácidos grasos y el glicerol.

3. Proteínas

Las proteínas son macromoléculas biológicas con diversas funciones. Son los bloques de construcción de muchas estructuras celulares y actúan como enzimas, mensajeros y hormonas, llevando a cabo funciones metabólicas.

Los monómeros de las proteínas son los aminoácidos. Las proteínas tienen cuatro estructuras diferentes:

• Estructura proteica primaria

• Estructura proteica secundaria

• Estructura proteica terciaria

• Estructura proteica cuaternaria

Los enlaces químicos primarios en las proteínas son enlaces covalentes llamados enlaces peptídicos, que se forman entre los aminoácidos. También encontrarás otros tres enlaces: enlaces de hidrógeno, enlaces iónicos y puentes disulfuro. Son importantes en la estructura terciaria de las proteínas.

4. Los ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos son macromoléculas biológicas que transportan la información genética en todos los seres vivos y virus. Dirigen la síntesis de proteínas.

Hay dos tipos de ácidos nucleicos: El ADN y el ARN.

• El ADN y el ARN están formados por unidades más pequeñas (monómeros) llamadas nucleótidos. Un nucleótido está formado por tres partes: un azúcar, una base nitrogenada y un grupo fosfato.

• El ADN y el ARN están perfectamente empaquetados dentro del núcleo de una célula.

Los enlaces químicos primarios en los ácidos nucleicos son enlaces covalentes llamados enlaces fosfodiéster, que se forman entre los nucleótidos. También encontrarás enlaces de hidrógeno, que se forman entre las cadenas de ADN.