Introducción a Moléculas Biológicas
Las moléculas biológicas también llamadas biomoléculas o moléculas orgánicas, son compuestos de carbono que se encuentran en las células y participan en funciones muy diversas.
Tenemos cuatro grandes grupos de moléculas biológicas, que son las proteínas, los lípidos, los hidratos de carbono y los ácidos nucleicos.
Todas estas moléculas van a estar formadas por cadenas de átomos de carbono y el átomo de carbono tiene la particularidad que por tener cuatro electrones en su último nivel de energía, va a establecer cuatro uniones con otros átomos, de tal manera de compartir un electrón con cada uno de estos átomos y así quedar completo con ocho electrones en su último nivel de energía.
El átomo de carbono puede unirse a otro carbono o a otros elementos como por ejemplo el oxígeno, el nitrógeno, el azufre y el hidrógeno.
Ningún otro elemento puede formar moléculas estables y tan diversas en cuanto a forma el tamaño como lo hace el carbono mediante las uniones que establece entre los átomos, que son uniones de tipo covalente muy fuertes.
Los hidrocarburos son cadenas de carbono unido únicamente a átomos de hidrógeno.
Son moléculas no polares por la geometría que tiene la molécula que establece que no haya un polo con densidad positiva y un polo con densidad negativa.
Que sean no polares va a significar que van a hacer insolubles en agua debido a que no pueden establecer puentes de hidrógeno con la misma.
Un ejemplo de un hidrocarburo es el propano que está formado por tres átomos de carbono unidos entre sí y a su vez, cada átomo de carbono va a estar unido a átomos de hidrógeno.
En el caso del primer carbono como está unido ya a un carbono va a necesitar establecer tres enlaces más con tres hidrógenos.
En el caso del segundo carbono, como ya está unido a dos carbonos lo va a hacer con dos átomos de hidrógeno y el caso del último carbono va a ser como
el primero.
Esto también se puede simplificar de la siguiente manera.
Las biomoléculas son cadenas de carbono unidos a átomos de hidrógeno en las cuales algunos de estos átomos de hidrógeno pueden ser reemplazados por otros átomos, formando así los llamados grupos funcionales que le van a conferir a la biomolécula distintas propiedades.
Los principales átomos que se unen a estos hidrocarburos en lugar del hidrógeno son el oxígeno, el nitrógeno, el azufre y el fósforo.
Vamos a comenzar con los grupos funcionales que tienen el átomo de oxígeno.
Entre ellos se encuentran los compuestos llamados alcoholes en los cuales el carbono, además de estar unido al resto de la cadena de carbonos y a dos hidrógenos, están unidos a un oxígeno que a su vez está unido a un hidrógeno.
Este grupo funcional que lo representamos con el oxígeno unido al hidrógeno, se conoce con el nombre de hidroxilo.
En cambio, existe otro tipo de compuesto que son los aldehídos, en los cuales el carbono va a estar unido a un solo hidrógeno y al resto de la cadena y va a estar unido al oxígeno mediante un enlace doble.
Entonces este oxígeno ya no va a estar unido a un hidrógeno porque sus dos enlaces van a estar completos y en este caso, cuando el oxígeno está unido de manera doble al resto de la cadena se conoce con el nombre de carbonilo.
En el caso de las cetonas ocurre lo mismo, también el oxígeno está unido mediante un doble enlace al carbono, igual que en el aldehído, es decir, que este grupo funcional también se va a llamar carbonilo, pero la diferencia es que el carbono, en lugar de estar unido a un hidrógeno como pasaba en el aldehído en el caso de la cetona va a estar unido a dos carbonos.
Continuando con los grupos funcionales del oxígeno, tenemos los ácidos carboxílicos que tienen un carbono unido mediante un enlace doble al oxígeno pero además van a estar unidos mediante un enlace simple a otro oxígeno que va a estar unido a su vez a un hidrógeno.
Este grupo funcional que también se puede representar de esta manera se conoce con el nombre de carboxilo, mientras que los ésteres son compuestos formados por un ácido, como el que vimos recién, es decir, un grupo carboxilo con un alcohol, es decir, un grupo funcional hidroxilo.
Y en este caso se forma el éster que va a tener dos cadenas provenientes una del ácido y una del alcohol y uniendo las dos cadenas, esta estructura de un carbono unido a dos oxígenos mediante un enlace doble con uno y un enlace simple con el otro.
En esta reacción además, se va a formar agua.
Los grupos funcionales del nitrógeno son las aminas y las amidas.
Las aminas están formadas por una cadena de carbonos unidas a un nitrógeno, a su vez este nitrógeno va a estar unido a dos hidrógenos.
Las aminas en agua pueden unirse a un hidrógeno más con carga positiva y quedar de la siguiente manera.
Es decir que las aminas pueden tener la conformación con dos hidrógenos o con tres hidrógenos y carga positiva.
Cuando las aminas se unen a un ácido se forma un compuesto que se conoce con el nombre de amida.
Esta reacción también se va a formar agua como resultado.
Los grupos funcionales que contienen azufre están formados por una cadena de carbonos unidas a un azufre que a su vez va a estar unido a un hidrógeno.
Este grupo funcional se conoce con el nombre de sulfhidrilo, mientras que los grupos funcionales del fósforo van a formar un compuesto que se llama fosfato, que consiste en un átomo de fósforo unido a tres oxígenos, de los cuales dos van a tener carga negativa y uno va a tener enlace doble sin carga y a un grupo hidróxido.
Cuando esto fosfatos se unen a los hidróxilos se forman los ésteres de fosfato, mientras que cuando los fosfatos se unen a un carboxilo se forma otro compuesto que se llama ácido anhídrido.
Por último, vamos a ver el concepto de monómeros que son pequeñas moléculas que se utilizan como unidades en la construcción de grandes moléculas, que son las llamadas polímeros.
En este sentido, podemos ver que tenemos distintos monómeros, como los aminoácidos que van a formar las proteínas que son los polímeros, los nucleótidos que formarán los ácidos nucleicos, los ácidos grasos que formarán los lípidos y los azúcares simples, también llamados monosacáridos, que van a formar los hidratos de carbono.
Es decir que las biomoléculas van a estar conformadas por unidades más pequeñas, que son los monómeros.
