El Carbono: Pilar Fundamental de la Vida

El carbono está presente en las moléculas que forman los seres vivos. Su importancia deriva de su estructura única: posee cuatro electrones desapareados en la capa externa, lo que le permite formar cuatro enlaces covalentes. Estos pueden ser enlaces simples, dobles o triples, uniendo átomos de carbono entre sí o con otros elementos, lo que da lugar a una vasta diversidad de moléculas. Los átomos de carbono constituyen el «esqueleto» de las moléculas orgánicas, al cual se unen grupos de átomos específicos denominados grupos funcionales. Las propiedades físico-químicas de las moléculas dependen directamente de los grupos funcionales que posean.

Biomoléculas: Componentes Esenciales de los Seres Vivos

Las biomoléculas se forman al unirse entre sí los bioelementos mediante enlaces químicos. Se clasifican en dos grandes grupos:

• Biomoléculas inorgánicas: Agua y sales minerales.
• Biomoléculas orgánicas: Glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

El Agua: Molécula Vital

El agua es imprescindible para los seres vivos; de hecho, los primeros seres vivos surgieron en el agua. Está formada por un átomo de oxígeno (O) y dos de hidrógeno (H). El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno, por lo que atrae con mayor fuerza a los electrones del enlace. Esto crea una carga parcial negativa sobre el oxígeno y cargas parciales positivas sobre los hidrógenos. Por esta razón, la molécula de agua es polar y puede formar uniones con otras moléculas mediante puentes de hidrógeno.

Importancia Biológica del Agua

• Excelente disolvente: En los seres vivos, actúa como un buen medio de transporte, permite eliminar desechos y muchas de las sustancias que intervienen en las reacciones químicas celulares se encuentran disueltas en agua.
• Elevado calor específico: Es la cantidad de calor necesaria para que la temperatura del agua suba 1ºC. Esto la convierte en un excelente amortiguador de los cambios de temperatura, manteniendo la homeostasis térmica.
• Máxima densidad a 4ºC: Esta propiedad permite la vida en mares y lagos de zonas frías, ya que el agua más densa se hunde, dejando una capa de agua menos densa (y más fría) en la superficie que puede congelarse, aislando el fondo.

Sales Minerales: Estructura y Regulación

En los seres vivos, las sales minerales se encuentran de dos formas principales:

• Precipitadas: Cumplen una función estructural, como en los huesos y dientes.
• Disueltas: En forma de cationes y aniones.

Funciones de las Sales Minerales

• Amortiguar los cambios de pH en los seres vivos.
• Controlar la entrada y salida de agua en las células (regulación osmótica).
• Participar en funciones específicas, como la contracción muscular o la transmisión del impulso nervioso.

Glúcidos (Carbohidratos): Fuente de Energía y Estructura

Los glúcidos, también conocidos como carbohidratos, son biomoléculas orgánicas compuestas principalmente por hidrógeno (H), carbono (C) y oxígeno (O).

Clasificación de los Glúcidos

1. Monosacáridos:
   • Son las unidades más simples, no hidrolizables.
   • Características: dulces, cristalizables y solubles en agua.
   • Ejemplos: glucosa, ribosa.
2. Disacáridos:
   • Por hidrólisis, dan lugar a dos monosacáridos.
   • Los monosacáridos se unen mediante enlaces glucosídicos.
   • Características: dulces, solubles y cristalizables.
   • Ejemplos: maltosa, sacarosa.
3. Polisacáridos:
   • Glúcidos hidrolizables con más de diez unidades de monosacáridos.
   • Características: no dulces, no solubles y no cristalizables.
   • Ejemplos: en animales, el glucógeno; en plantas, el almidón y la celulosa.

Lípidos: Diversidad y Funciones Vitales

Los lípidos son biomoléculas orgánicas caracterizadas por ser insolubles en agua, pero solubles en disolventes orgánicos como el alcohol. Son poco densos y suelen tener un aspecto graso.

Funciones Principales de los Lípidos

• Reserva energética: Almacenan una gran cantidad de energía.
• Estructural: Forman parte de las membranas celulares.
• Reguladora: Algunas hormonas son de naturaleza lipídica.

Su clasificación es compleja debido a la gran diversidad de sus estructuras moleculares.

Ácidos Grasos

Son moléculas formadas por una cadena hidrocarbonada larga, generalmente con un número par de átomos de carbono, y un grupo carboxilo terminal.

Grasas (Acilglicéridos)

Resultan de la unión de un alcohol (glicerol) con una, dos o tres moléculas de ácidos grasos, mediante enlaces covalentes de tipo éster.

Clasificación de las Grasas

1. Saturadas:
   • Abundan en los animales.
   • Son sólidas a temperatura ambiente.
   • Contienen ácidos grasos saturados (solo enlaces simples entre átomos de carbono).
2. Insaturadas:
   • Abundan en los vegetales.
   • Son líquidas a temperatura ambiente.
   • Contienen ácidos grasos insaturados (con uno o más dobles enlaces entre átomos de carbono).

Su función principal es la reserva energética.

Fosfolípidos

Son triésteres de la glicerina, donde dos grupos hidroxilo están esterificados con ácidos grasos y el tercero con un grupo fosfato (ácido ortofosfórico). Son moléculas con una estructura bipolar, presentando dos extremos:

• Un extremo hidrófilo (afín al agua).
• Un extremo hidrófobo (que repele el agua).

Su función biológica primordial es constituir las membranas biológicas mediante una doble capa lipídica.

Esteroides

Son derivados del hidrocarburo tetracíclico ciclopentanoperhidrofenantreno. Entre ellos, destaca el colesterol, que confiere fluidez a las membranas celulares y es precursor de otras moléculas importantes.

Proteínas: Maquinaria Molecular de la Vida

Las proteínas son los componentes moleculares más abundantes en los seres vivos después del agua. Están formadas por la unión de unidades básicas llamadas aminoácidos. Los aminoácidos se unen entre sí mediante enlaces peptídicos.

Estructura de una Proteína

La función de una proteína está intrínsecamente ligada a la configuración tridimensional que adopta en el espacio. Según la forma en que se pliegan las proteínas, variará su función. Se describen cuatro niveles estructurales:

1. Estructura Primaria: Indica la secuencia específica de aminoácidos que constituye la proteína y el orden en que se encuentran.
2. Estructura Secundaria: Describe la disposición regular de la cadena de aminoácidos en el espacio, formando patrones repetitivos como la hélice alfa o la hoja plegada beta.
3. Estructura Terciaria: Es la disposición tridimensional que adopta la estructura secundaria cuando se pliega sobre sí misma, formando una conformación globular compleja. En este nivel, la proteína adquiere su actividad biológica.
4. Estructura Cuaternaria: Solo está presente en algunas proteínas formadas por la asociación de varias cadenas polipeptídicas (subunidades), como la hemoglobina.

Funciones de las Proteínas

1. Enzimáticas: Aumentan la velocidad a la que se producen las reacciones químicas (catalizadores biológicos).
2. Reguladoras: Muchas hormonas son de tipo proteico (ej. la insulina).
3. Defensivas: Protegen al organismo de microorganismos patógenos (ej. los anticuerpos, producidos por glóbulos blancos).
4. De Transporte: Transportan sustancias (ej. la hemoglobina transporta oxígeno).
5. De Movimiento: Permiten la contracción muscular (ej. actina y miosina).
6. De Reserva: Almacenan aminoácidos (ej. la caseína de la leche).
7. Estructurales: Proporcionan soporte y forma (ej. el colágeno).

Enzimas: Catalizadores Biológicos

Las enzimas son un tipo de proteínas que actúan como catalizadores biológicos, acelerando las reacciones químicas sin consumirse en el proceso.

Características de las Enzimas

• No se consumen ni se alteran durante la reacción.
• Actúan eficientemente a la temperatura y pH del ser vivo.
• Son altamente específicas: cada enzima suele catalizar una reacción o un tipo de reacción particular.
• En su centro activo, se unen específicamente los sustratos, lo que da pie a una reacción muy rápida.

Ácidos Nucleicos: Portadores de la Información Genética

Los ácidos nucleicos son biomoléculas formadas por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N) y fósforo (P). Son polímeros cuyas subunidades se llaman nucleótidos. Existen dos tipos principales: el ADN (Ácido Desoxirribonucleico) y el ARN (Ácido Ribonucleico).

Nucleótidos: Unidades Fundamentales

Los nucleótidos son las unidades básicas que forman los ácidos nucleicos. Cada nucleótido está compuesto por:

• Una pentosa (azúcar de cinco carbonos): ribosa (en el ARN) o desoxirribosa (en el ADN).
• Una base nitrogenada: pueden ser púricas (adenina, guanina) o pirimidínicas (citosina, timina, uracilo).
• Un grupo fosfato (derivado del ácido fosfórico).

Estructura y Función del ADN

El ADN está formado por dos cadenas de polinucleótidos enrolladas alrededor de un eje imaginario, formando una doble hélice. Estas cadenas son antiparalelas. Las bases nitrogenadas se disponen hacia el interior de la doble hélice, unidas por puentes de hidrógeno. Las pentosas y los grupos fosfato se disponen hacia el exterior, formando el «esqueleto» de la molécula. El apareamiento de las bases es específico:

• Adenina (A) siempre se une con Timina (T) (A-T).
• Guanina (G) siempre se une con Citosina (C) (G-C).

Su función principal es ser el portador de la información genética.

Estructura y Función del ARN

El ARN está compuesto por una única cadena de ribonucleótidos. Sus bases nitrogenadas son Adenina (A), Citosina (C), Guanina (G) y Uracilo (U), y su pentosa es la ribosa.

Tipos de ARN y sus Funciones

• ARN Mensajero (ARNm): Copia la información genética del ADN y la transporta a los ribosomas para la síntesis de proteínas.
• ARN Ribosómico (ARNr): Forma parte de la estructura de los ribosomas, donde ocurre la síntesis proteica.
• ARN de Transferencia (ARNt): Transporta los aminoácidos específicos hacia los ribosomas para que se unan y formen la cadena de proteínas.