Biomoléculas esenciales: Carbohidratos, lípidos y proteínas
Carbohidratos
Los carbohidratos (también conocidos como glúcidos, hidratos de carbono o sacáridos, del griego σάκχαρ, «azúcar») son biomoléculas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno. La glucosa, el glucógeno y la celulosa son las formas biológicas primarias de almacenamiento y consumo de energía; el almidón forma la pared celular de las células vegetales y la quitina es el principal constituyente del exoesqueleto de los artrópodos.
El término «hidrato de carbono» o «carbohidrato» es poco apropiado, ya que estas moléculas no son átomos de carbono hidratados (enlazados a moléculas de agua), sino que constan de átomos de carbono unidos a otros grupos funcionales como carbonilo e hidroxilo.
Los carbohidratos desempeñan dos papeles fundamentales en los seres vivos:
- Moléculas energéticas: de uso inmediato para las células (glucosa) o que se almacenan para su posterior consumo (almidón y glucógeno); 1g proporciona 4 kcal.
- Función estructural: algunos polisacáridos forman parte de la pared celular de los vegetales (celulosa) o de la cutícula de los artrópodos.
Monosacáridos
Los carbohidratos más simples, los monosacáridos, están formados por una sola molécula; no pueden ser hidrolizados a glúcidos más pequeños.
Los monosacáridos se clasifican según tres características:
- Posición del grupo carbonilo: si es un aldehído, el monosacárido es una aldosa; si es una cetona, es una cetosa.
- Número de átomos de carbono: los más pequeños poseen tres átomos de carbono y se llaman triosas.
- Quiralidad.
Los sistemas de clasificación se combinan frecuentemente; por ejemplo, la glucosa es una aldohexosa (un aldehído de seis átomos de carbono).
Los monosacáridos son la principal fuente de combustible para el metabolismo, usados como fuente de energía (la glucosa es la más importante en la naturaleza) y en biosíntesis. Cuando no son necesitados, se convierten rápidamente en otra forma, como los polisacáridos. La ribosa y la desoxirribosa son componentes estructurales de los ácidos nucleicos.
Lípidos
Los lípidos son un conjunto de moléculas orgánicas, la mayoría biomoléculas, compuestas principalmente por carbono e hidrógeno y en menor medida oxígeno, aunque también pueden contener fósforo, azufre y nitrógeno. Su característica principal es ser hidrófobas (insolubles en agua) y solubles en disolventes orgánicos como la bencina, el benceno y el cloroformo. En el uso coloquial, a los lípidos se les llama incorrectamente grasas, ya que las grasas son sólo un tipo de lípidos procedentes de animales. Los lípidos cumplen diversas funciones en los organismos, como:
- Reserva energética (triglicéridos).
- Estructural (fosfolípidos de las bicapas).
- Reguladora (hormonas esteroides).
Los lípidos son un grupo heterogéneo que se clasifica en dos grupos:
- Lípidos saponificables: contienen ácidos grasos.
- Lípidos insaponificables: no contienen ácidos grasos.
Los lípidos se dividen en fosfolípidos y colesterol (esteroides). Los fosfolípidos se dividen en fosfoglicéridos y esfingolípidos.
Lípidos saponificables
Simples
- Acilglicéridos: ésteres de ácidos grasos con glicerol. Sólidos: grasas; líquidos: aceites.
- Céridos (ceras).
Complejos (lípidos de membrana)
Contienen carbono, hidrógeno, oxígeno y otros elementos como nitrógeno, fósforo, azufre u otra biomolécula como un glúcido. Forman las membranas celulares.
Ácidos grasos
Moléculas formadas por una larga cadena hidrocarbonada con un número par de átomos de carbono (12-24) y un grupo carboxilo terminal. Los dobles enlaces reducen el punto de fusión.
- Saturados: sin dobles enlaces (ej. ácido láurico, mirístico, palmítico).
- Insaturados: con dobles enlaces.
Proteínas
Las proteínas son moléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Desempeñan un papel fundamental para la vida y son las biomoléculas más versátiles y diversas. Son imprescindibles para el crecimiento del organismo y realizan diversas funciones:
- Estructural (ej. colágeno).
- Inmunológica (anticuerpos).
- Enzimática (ej. sacarasa y pepsina).
- Contráctil (actina y miosina).
- Homeostática: mantienen el pH.
- Transducción de señales (ej. rodopsina).
- Protectora o defensiva (ej. trombina y fibrinógeno).
Las proteínas están formadas por aminoácidos, unidos por enlaces peptídicos para formar esfingocinas. Las proteínas de todos los seres vivos están determinadas mayoritariamente por su genética (con excepción de algunos péptidos antimicrobianos de síntesis no ribosomal). Las proteínas se sintetizan dependiendo de cómo se encuentren regulados los genes que las codifican.
Existen veinte especies diferentes de aminoácidos. Cientos y miles de estos aminoácidos pueden participar en la formación de la gran molécula polimérica de una proteína. Todas las proteínas tienen carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, y casi todas poseen también azufre.
Más características de las proteínas
- Solubilidad: se mantiene si los enlaces fuertes y débiles están presentes. Se pierde con el aumento de temperatura y pH.
- Capacidad electrolítica: determinada por electroforesis.
- Especificidad: cada proteína tiene una función específica determinada por su estructura primaria.
- Amortiguador de pH (efecto tampón): actúan como amortiguadores debido a su carácter anfótero.
El organismo no almacena proteínas; el exceso se digiere y se convierte en azúcares o ácidos grasos. El hígado retira el nitrógeno de los aminoácidos para que puedan ser usados como combustible, y el nitrógeno se incorpora en la urea, excretada por los riñones. El exceso de proteínas puede causar pérdida de calcio corporal y de masa ósea a largo plazo. Algunos suplementos proteicos vienen suplementados con calcio para contrarrestar este efecto.