Bioquímica: Biomoléculas Orgánicas

Las biomoléculas orgánicas están formadas principalmente por carbono (C) y tienen funciones muy diversas en los seres vivos: estructurales, energéticas, de control en reacciones metabólicas, etc. La vida, tal y como la conocemos, está basada en el carbono, y este es el único elemento que sirve como esqueleto de las biomoléculas que conforman a todos los organismos. La principal característica que hace que el carbono sea tan relevante es su configuración electrónica que permite que forme cuatro enlaces covalentes simples muy estables, e igualmente podría crear enlaces dobles e incluso triples. De esta forma, los átomos de carbono pueden crear cadenas lineales, ramificadas o cíclicas muy estables sobre las que se van situando otros grupos funcionales, formados en su mayoría por hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N). Lo que permite que el carbono pueda formar los cuatro enlaces tan estables, es que sus cuatro electrones de valencia se disponen en una configuración electrónica especial que da lugar al carbono excitado (C*). Los principales tipos de biomoléculas son: glúcidos, lípidos, prótidos y ácidos nucleicos.

Glúcidos (Carbohidratos o Azúcares)

Los glúcidos también son conocidos con los nombres de hidratos de carbono, carbohidratos o azúcares. Son biomoléculas formadas por C, H y O exclusivamente, químicamente se definen como polialcoholes con un grupo aldehído o cetona. Sus funciones biológicas son fundamentalmente dos: energética y estructural. Los glúcidos pueden ser simples o complejos, los más sencillos son los monosacáridos y los complejos están formados por dos o más monosacáridos (pueden ser miles de ellos). Destacaremos los disacáridos y los polisacáridos.

Clasificación de los Glúcidos

1. Monosacáridos

Son los glúcidos más sencillos que hay, a partir de ellos se constituyen todos los demás glúcidos. Son de color blanco, solubles en agua, de sabor dulce y pueden cristalizar. Su fórmula general es CnH2nOn, variando n entre 3 y 8. Así, distinguimos entre triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, etc.

  • Las triosas y tetrosas, azúcares de 3 o 4 átomos de carbono, la aldotriosa o gliceraldehído, resulta de la degradación de la glucosa, lo forman las plantas de materia mineral por acción de la energía solar fijadas por la clorofila C3H6O3.
  • Entre las pentosas (monosacáridos con 5 átomos de carbono) destacan la ribosa y la desoxirribosa, que forman parte de los ácidos nucleicos ARN y ADN. Sus funciones son, por lo tanto, estructurales.
  • Entre las hexosas (6 carbonos) se encuentra la glucosa C6H12O6, que es el monosacárido más abundante en los seres vivos y cuya función es la energética, sirviendo de auténtico combustible celular. Se encuentra como tal en frutos, otras hexosas son la galactosa, que forma parte del azúcar de la leche y la fructosa, que es propia del azúcar de las frutas.

2. Disacáridos

Son moléculas formadas por la unión de dos monosacáridos, mediante el llamado enlace glucosídico. Este enlace se efectúa entre un grupo alcohol de cada monosacárido con el desprendimiento de una molécula de agua. Los disacáridos también son sólidos cristalizables, solubles en agua y de sabor dulce, por eso también son denominados azúcares. La función de los disacáridos es también energética, aunque para ser utilizados por las células, primeramente, deberán ser descompuestos en sus monosacáridos integrantes. Los principales son:

  • Maltosa o azúcar de malta, que está formada por dos unidades de glucosa (la malta el grano de la cebada germinada; este producto es la base de la fabricación de la cerveza).
  • Lactosa o azúcar de la leche, está formada por la unión de una molécula de glucosa y una de galactosa. (Hay personas con intolerancia a la lactosa).
  • Sacarosa o azúcar de la fruta. Es muy abundante en la remolacha y en la caña de azúcar, de donde se extrae y constituye el azúcar que consumimos habitualmente. Se compone de un monosacárido de glucosa unido a otro de fructosa. Es realmente de sabor más dulce que la glucosa, pero menos que la fructosa.

3. Polisacáridos

Están formados por centenares de monosacáridos, unidos por enlaces glucosídicos. Son, por lo tanto, macromoléculas. No son solubles en agua ni tienen sabor dulce, aunque son sólidos de color blanco. Los más abundantes son:

  • Almidón. Está formado por unidades de glucosa y constituye el polisacárido de reserva energética propio de los vegetales. Se acumula preferentemente en ciertos órganos como tubérculos, raíces, semillas (cereales).
  • Glucógeno. También se compone de cientos de unidades de glucosa y también constituye una reserva de energía, pero en este caso su origen es animal. Los mamíferos contenemos glucógeno en el hígado y en los músculos. Su estructura es muy similar a la del almidón. Los hongos (reino fungí), también acumulan glucógeno.
  • Celulosa. Está formada por unidades de glucosa unidas por un tipo de enlace glucosídico algo diferente. Las moléculas de celulosa, a diferencia de las de los anteriores polisacáridos, no se hallan ramificadas. Es de origen vegetal y su función es estructural, ya que forma parte de la pared celular, que como sabemos, da rigidez y protección a las células vegetales y constituye un auténtico esqueleto. La celulosa es muy resistente y no puede utilizarse como fuente de materia o energía para la mayor parte de los animales.
  • Quitina, que forma el esqueleto de los artrópodos y de las paredes celulares de los hongos (glucosas con un grupo amino).
  • Pectina, que interviene en la formación de las paredes celulares de todas las células vegetales (se emplea como espesante de mermeladas).

Lípidos

Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas siempre por C, H y O, aunque muchos poseen fósforo y nitrógeno, y en menor proporción azufre. Constituyen un grupo muy heterogéneo en cuanto a su composición química y suelen incluirse en este grupo aquellas sustancias que presentan unas características físicas determinadas, que son: ser insolubles en agua (disolvente polar) y solubles en disolventes orgánicos (apolares) como el benceno, el éter, el alcohol, la acetona, la gasolina, etc., suelen ser untuosos al tacto y menos densos que el agua. Sus funciones son también variadas, destacando entre ellas la energética, la estructural, la hormonal y vitamínica.

Clasificación de los Lípidos

1. Lípidos Saponificables

Son aquellos lípidos que pueden descomponerse en ácidos grasos y en alcohol. Se llaman así porque puede hacerse jabón con ellos (reacción de saponificación). En realidad, el jabón se hace a partir de los ácidos grasos.

Ácidos Grasos

Constituyen la base estructural de los lípidos y consisten en cadenas extensas compuestas por átomos de carbono, con un grupo carboxilo (-COOH) en el extremo. La naturaleza de los ácidos grasos puede ser saturada, caracterizada por enlaces sencillos entre los átomos de carbono, o insaturada, en presencia de dobles enlaces entre los carbonos. Además, se clasifican como monoinsaturados si tienen un solo doble enlace, y poliinsaturados sí poseen más de uno. Los ácidos grasos se unen entre sí hasta formar agrupaciones compactas. Las insaturaciones provocan doblamientos en las cadenas por lo que los ácidos grasos insaturados forman agrupaciones menos compactas. Como resultado, los ácidos grasos insaturados exhiben una mayor solubilidad en comparación con los saturados, y presentan un punto de fusión más bajo.

Esto se traduce en que, a temperatura ambiente (25 °C), los ácidos grasos insaturados se encuentren en estado líquido, mientras que los saturados permanecen en estado sólido. Estas moléculas de ácidos grasos poseen una naturaleza anfipática, lo que implica que cuentan con una región hidrófila (afín al agua) y otra hidrófoba (repelente al agua). Esta característica es la responsable de la capacidad de formar micelas o bicapas lipídicas, como la presente en la membrana plasmática.

Acilglicéridos (o Grasas)

Las acilglicéridos son lípidos saponificables formados por la esterificación de una, dos o tres moléculas de ácidos grasos con una molécula de glicerina (propanotriol), liberando una, dos o tres moléculas de agua. También llamados glicéridos o acilgliceroles. El enlace que se produce entre el grupo OH de la glicerina y el grupo COOH del ácido graso se llama éster. Se distinguen tres tipos, según el número de ácidos grasos que constituyen la molécula de los acilglicéridos:

  • Monoacilglicéridos: contienen una molécula de ácido graso.
  • Diacilglicéridos: con dos moléculas de ácidos grasos.
  • Triacilglicéridos: con tres moléculas de ácidos grasos.

Los triglicéridos conformados por ácidos grasos saturados adoptan un estado sólido a temperatura ambiente, denominándose grasas, mientras que aquellos con ácidos grasos insaturados permanecen en estado líquido, denominándose aceites. Debido a su insolubilidad en agua, estos lípidos cumplen una función de reserva energética, similar a la de los ácidos grasos. Aunque los glúcidos son la fuente principal de energía, ya que su oxidación proporciona una vía muy rápida para obtener energía, los lípidos son una reserva significativa debido a que liberan más energía que los glúcidos. Sin embargo, debido a su naturaleza insoluble, su transporte y utilización son más complejos para los seres vivos, por lo que se consideran fuentes secundarias de reserva energética.

Ceras. Son ésteres de alcohol monovalente de larga cadena y una molécula de ácido graso. Son sólidas a temperatura ambiente y su principal característica es que son extremadamente hidrófobas. Las hay de origen animal como la cera que fabrican las abejas para confeccionar sus colmenas o el cerumen que segregan células del conducto auditivo para impermeabilizarlo y para retener partículas. Las ceras de origen vegetal recubren estructuras como hojas, tallos y sobre todo frutos. En estos casos su función es tanto impermeabilizante como anti deshidratante.

Fosfolípidos

Los fosfolípidos son lípidos que incorporan un grupo fosfato en su estructura. Comprenden una molécula de glicerina, dos ácidos grasos y una molécula de ácido fosfórico. Su función principal es de naturaleza estructural, siendo un componente fundamental de la membrana plasmática de las células. Forman una bicapa lipídica en la que las cabezas polares (grupos fosfatos) quedan hacia el medio mientras que las colas apolares (ácidos grasos) quedan hacia el interior.

2. Lípidos Insaponificables

No poseen ácidos grasos (y por ello no se puede obtener jabón). Destacamos dos tipos:

Isoprenoides o Terpenos

Formados por la unión de moléculas de isopreno. Un ejemplo es el β-caroteno que es un pigmento vegetal de color naranja, que interviene en la fotosíntesis y colorea frutos. Los carotenos (hay más) también son precursores de la vitamina A (= prorretinol: lo anuncian como ingrediente de las cremas para la cara, y se extrae de una raíz tan exótica como la zanahoria). Otros terpenos son colorantes de flores y frutos (rojo, azul, amarillo…), son también terpenos los aceites esenciales de los vegetales que al evaporarse dan el aroma u olor a flores y plantas (ejemplo el alcanfor y mentol). El caucho es un polímero de isopreno (unas 1.000 unidades de isopreno por molécula). El caucho o látex es un producto de muchas plantas empleado por ellas como cicatrizante ante heridas y también como sustancia irritante y de mal sabor para defenderse de animales herbívoros.

Esteroides

Moléculas muy complejas y formadas por anillos de carbonos (moléculas cíclicas). Destacaremos el colesterol, cuya función es la de formar parte, junto con los fosfolípidos, de las membranas celulares y por lo tanto son estructurales y fundamentales para las células. También son esteroides la vitamina D, las hormonas sexuales como la testosterona y los estrógenos, así como las hormonas corticoides (fabricadas por las cápsulas suprarrenales). Los ácidos biliares, son esteroides que degradan las grasas.

NOTA: [Las vitaminas A y D son lípidos y se encuentran en una alta proporción en la leche. Por ello se disuelven bien en su grasa. Cuando se le quita la grasa a la leche (la nata), se le están quitando también estas vitaminas. Por eso, cuando los fabricantes de leche “enriquecen” la leche desnatada o descremada con Vit. A y D no hacen sino devolverle lo que tenía originariamente esa leche]. [Esteroides artificiales son los anabolizantes que emplean algunos deportistas para ganar masa muscular; los corticoides empleados contra las inflamaciones; ciertas hormonas prohibidas para el engorde de ganado…].