Compuestos de la materia viva.

Llamados de esta forma: "Compuestos de la materia viva"  a los compuestos que forman parte de los seres vivos, se dividen en dos categorías:

Inorgánicos y orgánicos.

Los compuestos inorgánicos carecen de presencia de carbono en su estructura, por ejemplo:

Minerales sólidos: forman estructuras duras, como huesos y dientes, ejemplo: Ca, Mg y P.

Minerales en disolución: participan en funciones como la contracción muscular, fotosíntesis, el mantenimiento del equilibrio osmótico celular, ejemplo: Ca, Cl, K, Mg, Mn y Na.

Gases disueltos: forman parte de los procesos de respiración y fotosíntesis, principalmente son: oxígeno y dióxido de carbono.

Los compuestos orgánicos son todos aquellos en los que el carbono forma su “esqueleto”. Existen cuatro grupos de biomoléculas orgánicas: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

 

Carbohidratos

Conocidos también como glúcidos, azúcares e hidratos de carbono.

Están formados por átomos de carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O) y se dividen en monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.

Monosacáridos.

Son también conocidos como azúcares simples, sus moléculas contienen de 3 a 10 carbonos, siendo los carbohidratos de mayor importancia biológica son los de 5 y 5 carbonos denominados pentosas y hexosas respectivamente.

Las principales pentosas son la ribosa y la desoxirribosa las cuales forman parte de los ácidos nucleicos (ribonucleico y desoxirribosa). En cuanto a las hexosas las más importantes son la glucosa, fructosa y galactosa.

En general, los monosacáridos tienen sabor dulce y son solubles en agua.

Disacáridos:

Compuestos formados de la unión de dos monosacáridos mediante un enlace glucosídico en el cual se desprende una molécula de agua.

Dentro de algunos disacáridos podemos mencionar:

Sacarosa: formada de la unión de los monosacáridos glucosa y fructosa, también es conocida como azúcar de caña.

Lactosa: conocida como azúcar de la leche, está formada de la unión de glucosa con galactosa.

Polisacáridos.

Se forman a partir de la unión de muchos monosacáridos, sobre todos de glucosa. Algunos llegan a tener varios miles de unidades.

Algunos ejemplos que se pueden mencionar son: almidón, glucógeno y celulosa.

Almidón: Cadenas de glucosa, que forman parte de una gran cantidad de alimentos.



Almidón. Alimentos que contienen este polisacárido.





Glucógeno: Cadenas de glucosa, que sirven como reserva energética de los animales.

Glucógeno

Celulosa: Cadenas de glucosa, que forman parte de la estructura de las plantas.

Celulosa

Función de los carbohidratos.

·         Su principal función es como fuente de energía, por lo que son fundamentales en el metabolismo energético de los seres vivos.

·         Como partes estructural de las células (membrana celular, de las plantas en forma de celulosa y de los artrópodos como quitina).

·         Forman parte de otro componentes de gran importancia para las células, como los ácidos nucleicos (ribosa, desoxirribosa).

·         Reserva energética para animales y plantas como lo son el almidón y el glucógeno respectivamente.

·         Los carbohidratos que en su estructura contienen nitrógeno están presentes en cartílagos, huesos y tendones.

 

  Lípidos

Son otro tipo de compuestos orgánicos que de igualo manera que los carbohidratos realizan funciones energéticas y estructurales. Sin embargo este grupo es mucho más diversificado con propiedades físicas y químicas propias y forman gran parte estructural de los seres vivos a diferencias de los glúcidos.

Están formados en su mayor parte por C, H y O y en menor proporción por N, P y S.  Son poco solubles en agua, y solubles en disolventes orgánicos (éter, benceno, cloroformo, acetona, alcohol, etc).

De acuerdo a sus propiedades química se clasificación de acuerdo a criterios de saponificación en simples o complejos.

Clasificación de los lípidos
Ácidos grasos	Saturados Insaturados
Saponificables	Triglicéridos o grasas	Aceites Mantecas Sebos
	Ceras
	Lípidos complejos o de membrana	Glicerolípidos Esfingolípidos
Insaponificables	Terpenos Esteroides Hormonas Eicosanoides

Triglicéridos: Se componen exclusivamente de carbono ( C), hidrógeno (H) y oxígeno (0), es la unión de glicerina con tres ácidos grasos, como es el caso de las ácidos palmítico, esteárico y oleico. Son reserva energética de los seres vivos y forman un “abrigo protector” que los aisla del frío y del calor excesivo.

“Es el grupo de biomoléculas más abundante en los seres vivos”.

Estructura de trigliceridos

Fosfolípidos:  Son los principales componentes de la membrana celular. Su principal característica es su carácter anfifílico, es decir una parte de la moléculas tienen afinidad por el agua (hidrófila) y la otra por las grasas (lipófila).

Izquierda: Estructura de fosfolípidos. Derecha: Membrana celular

Esfingolípidos: Formados por una molécula de ácido graso (esfingosina) y una “cabeza” polar variable. Las más importantes son esfingomielinas, cerebrósidos y gangliósidos, componentes estructurales del tejido nervioso del cerebro y de membranas celulares.

Esteroides y terpenos: Son lípidos no saponificables. Los esteroides existen en cantidades pequeñas no así los esteroles como es el caso del colesterol.

Los terpenos se encuentran en los “aceites esenciales” de vegetales como el del limón, mentol o alcanfor. A partir de estos se sintetizan las vitaminas liposolubles (A, D, E y  K).

Función de los lípidos.

De igual manera que los carbohidratos, los lípidos poseen doble función en los seres vivos: como componentes estructurales y como reserva energética. Además intervienen como componentes funcionales importantes por ejemplo: en las hormonas (cortisona o en las hormonas sexuales).

Proteínas.

Funciones de las proteínas

Son constituyentes químicos fundamentales en la materia viva debido a que llevan a acabo funciones primordiales para los seres vivos como: transporte de nutrientes, de defensa, de reserva, entre otras.

Las proteínas son biopolímeros de elevado peso molécular, constituidas por carbono ( C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N); aunque tambipen pueden contener azufre (S) y fósforo (P), hierro (Fe), cobre (Cu), magnesio (Mg), yodo (Y), entre otros. Estos elementos químicos se agrupan para formar la unidad estructural de las proteínas llamados: Aminoácidos, a los cuales podríamos considerar como los “ladrillos de los edificios moleculares protéicos”.

Entonces, las proteínas son: biopolímeros de aminoácidos y son indispensables para que los seres vivos lleven a cabo múltiples procesos vitales.

El nombre de: aminoácidos es debido a su composición química, la cual está conformada por un grupo amino (-NH₂) y otro carboxilo o ácido (-COOH).

En la naturaleza existen unos 80 aminoácidos diferentes, pero de todos ellos sólo unos 20 forman parte de las proteínas.

Estos se dividen en esenciales y no esenciales; los primeros son aquellos que un organismo no puede sintetizar y los segundos son los que sí puede sintetizar. Para los seres humanos son esenciales ocho aminoácidos: treonina, metionina, lisina, valina, triptófano, leucina, isoleucina y fenilalanina (además puede añadirse la histidina como esencial durante el crecimiento, pero no para el adulto).

20 aminoácidos necesarios para el ser humano

Los aminoácidos esenciales deben obtenerse directamente de los alimentos, debido a que el organismo del ser humano no posee la capacidad metabólica para sintetizarlos y se encuentran básicamente en los alimentos de origen animal, como la leche, huevo, carne y pescado.

Cuando dos aminoácidos se unen (mediante un enlace peptídico) dan origen a dipéptido.

• Dipéptidos: si el n° de aminoácidos es 2.
• Tripéptidos: si el n° de aminoácidos es 3.
• Tetrapéptidos: si el n° de aminoácidos es 4.
• etc.
• Polipéptidos o cadenas polipéptidicas: si el n° de aminoácidos es mayor a 10.
• Proteína: más de 100 aminoácidos.

  

 Proteínas.

La estructura de las proteínas se describe de acuerdo a la organización de su molécula.
Siendo cuatro sus niveles.

Estructura primaria. Está formada por una serie de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos en forma de cadenas.

Estructura primaria de la insulina.

Estructura secundaria: Se forma por una serie de cadenas polipétidicas en forma de hélice o plegadas.

Estructura terciaria de las proteínas.

 Estructura terciaria: Se presentan superplegamientos y enrrollamientos de la estructura secundaria, constituyendo formas tridimensionales geométricas muy complicadas que se mantienen por enlaces fuertes (puentes disulfuro entre dos cisteinas) y otros débiles (puentes de hidrógeno; fuerzas de Van der Waals; interacciones iónicas e interacciones hidrofóbicas).

Estructura terciaria del colágeno

Estructura cuaternaria: Representada por el acoplamiento de varias cadenas polipeptídicas, iguales o diferentes, con estructuras terciarias (protómeros) que quedan autoensambladas por enlaces débiles, no covalentes.

Estructura cuaternaria de la hemoglobina.

Funciones de las proteínas.

Las proteínas poseen varias funciones y se clasifican de acuerdo a cada una:

·         Estructurales: Forman parte de tejidos permanentes como la piel, cartílago, hueso, de estructuras celulares como la membrana o el citoplasma.

·         Protectoras: Como su nombre lo dice su principal función es proteger dentro las que se encuentran: el colágeno o la queratina presente en garras, uñas y pelo.

·         Reguladoras: Forman parte de las hormonas, como es el caso de la insulina la cual regula el metabolismo de los carbohidratos en algunos organismos.

·         Transportadoras: Participan en el transporte de nutritientes o elementos químicos esenciales para los seres vivos. La hemoglobina es una buen ejemplo de este tipo de proteínas, está se encara de transportar el oxígeno, necesario para los procesos de respiración.

·         Contractiles: Participan en procesos de contracción muscular, como la miosina y la actina.

·         Inmunitarias: Estan involucradas en la formación de anticuerpos, los cuales actúan contra agentes que causan daño al organismo, como es el caso de las bacterias.

Ácidos nucleicos.

Son biopolímeros, de elevado peso molécular, formados por subunidades denominadas nucleótidos.

El descubrimiento de los ácidos nucleicos se debe a Meischer (1869), el cual trabajando con leucocitos y espermatozoides de salmón, obtuvo una sustancia rica en carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y un porcentaje elevado de fósforo. A esta sustancia se le llamó en un principio nucleina, por encontrarse en el núcleo. Años más tarde, se fragmentó esta nucleina, y se separó un componente proteico y un grupo prostético, este último, por ser ácido, se le llamó ácido nucleico. En los años 30, Kossel comprobó que tenían una estructura bastante compleja. En 1953, James Watson y Francis Crick, descubrieron la estructura tridimensional de uno de estos ácidos, concretamente del ácido desoxirribonucleico (ADN).

Los acidos nucleicos son el ácido desoxiribonucleico (ADN), y el ácido ribonuclieco (ARN), en ellos radica la clave de la transmisión de las características hereditarias. Son de enorme importancia para la célula y para la vida misma.

De forma semejante a las proteínas, los ácidos nucleicos son largas cadenas de unidades, sólo que en este caso se trata de cuatro nucleótidos distintos, que al unirse forman la cadena de ADN.

Figura de ADN en 3D

Tipos de ácidos nucleicos.

Los ácidos nucleicos están formados, por la polimerización de muchos nucleótidos, los cuales se unen de la siguiente manera: 3´- pentosa - 5´-fosfato - 3´-pentosa - 5´fosfato.

De acuerdo a su estructura y composición existen dos tipos de ácidos nucleicos:

a) Ácido desoxirribonucleico o ADN o DNA

b) Ácido ribonucleico o ARN o RNA

ADN

Es una estructura en doble hélice que almacena la información genética y el mecanismo de duplicación del ADN. Fue postulada por Watson y Crick.

Representación del ADN

ARN

Formado por la unión de muchos ribonucleótidos, los cuales se unen entre ellos mediante enlaces fosfodiester en sentido 5´-3´ ( igual que en el ADN ).

Están formados por una sola cadena, a excepción del ARN.

Estructura primaria del ARN

Se refiere a la secuencia de las bases nitrogenadas que constituyen sus nucleótidos.

Estructura primaria del ARN

Estructura secuandaria del ARN

Cuando se acoplan regiones complementarias capaces de aparearse.

Estructura secundaria del ARN



Estructura terciaria de ARN

Es un plegamiento, sobre la estructura secundaria.

Estructura terciaria del ARN

  

Clasificación de los ARN.

ARN Mensajero (ARN_m).

- Cadenas de largo tamaño con estructura primaria.

- Se le llama mensajero porque transporta la información necesaria para la síntesis proteica.

- Cada ARN_m tiene información para sintetizar una proteína determinada.

- Su vida media es corta.

ARN Ribosómico (ARN_r)

- Cada ARN_r  presenta cadena de diferente tamaño, con estructura secundaria y terciaria.

- Forma parte de las subunidades ribosómicas cuando se une con muchas proteínas.

- Están vinculados con la síntesis de proteínas.

ARN_u

- Son moléculas de pequeño tamaño.

- Se les denomina de esta manera por poseer mucho uracilo en su composición.

- Se asocia a proteínas del núcleo y forma ribonucleoproteínas.

ARN Tranferente (ARN_t)

Sus principales características son.

- Son moléculas de pequeño tamaño.

- Poseen en algunas zonas estructura secundaria, lo que va hacer que en las zonas donde no hay bases complementarias adquieran un aspecto de bucles, como una hoja de trébol.

- Los plegamientos se llegan a hacer tan complejos que adquieren una estructura terciaria.

- Su misión es unir aminoácidos y transportarlos hasta el ARN_m  para sintetizar proteínas.

Esquema de síntesis de proteínas.

 Funciones de los ácidos nucleicos.

- Duplicación del ADN

- Expresión del mensaje genético:

- Transcripción del ADN para formar ARN_m y otros

- Traducción, en los ribosomas, del mensaje contenido en el  ARN_m a proteinas.

Bibliografía:

• Gama, F. M. A. Biología 1, competencias + aprendizaje + vida. 2012. Segunda edición. Editorial Pearson. pp:43 - 66.
• Aula virtual de biología. Disponible en: http://www.um.es/molecula/lipi.htm.