MADEMS Juan Carlos Pérez Vertti Rojas

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MOLÉCULAS PRESENTES EN LAS CÉLULAS: FUNCIÓN DE CARBOHIDRATOS, LÍPIDOS, PROTEÍNAS Y

ÁCIDOS NUCLEICOS

Por MADEMS Juan Carlos Pérez Vertti Rojas

Carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos son moléculas relativamente grandes conocidas como macromoléculas, que junto con el agua, sales minerales y vitaminas constituyen los compuestos básicos de los que están formadas todas las células y por ende, todos los seres vivos.

Dentro de los organismos, el agua, las sales minerales y las vitaminas pueden formar moléculas más complejas al unirse a las macromoléculas o pueden permanecer libres. La cantidad de cada tipo de estos compuestos varía de acuerdo al tipo de célula de que se trate e incluso del tipo de organismo. El agua es la molécula más común en todos los seres vivos, mientras que los carbohidratos y las proteínas son las macromoléculas orgánicas más abundantes en los cinco reinos: Monera, Protoctista, Fungi, Plantae y Animalia.

Carbohidratos

Los carbohidratos, también llamados hidratos de carbono, glúcidos o azúcares son macromoléculas formadas casi exclusivamente de carbono,

hidrógeno y oxígeno (CH2O)n en donde el hidrógeno y el oxígeno se

encuentran generalmente en proporción de dos hidrógenos por un oxígeno, como en el agua, de ahí que se les denominara carbohidratos (de

carbo, carbono e hidro, agua) aunque hoy en día se sabe que existen carbohidratos como la desoxirribosa (C5H10O4) en los que el hidrógeno y el

oxígeno no guardan esa proporción. Así mismo, en algunos carbohidratos además de carbono, hidrógeno y oxígeno, también pueden encontrarse presentes elementos como el nitrógeno y el azufre.

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los textos de química y bioquímica.

Los carbohidratos para su estudio se clasifican en tres grupos: monosacáridos (una unidad de azúcar), disacáridos (dos unidades de azúcar) y polisacáridos (muchas unidades de azúcar).

Los monosacáridos son las unidades mínimas que presentan las características de un carbohidrato. La palabra monosacárido viene del griego y significa de sabor dulce. Los monosacáridos o azúcares simples son moléculas que se componen de cadenas formadas de tres a siete átomos de carbono y su principal característica estructural es la presencia de grupos hidroxilo (−OH). Además, contiene un grupo aldehído o bien un grupo cetona, siendo su fórmula general Cn (H2O)n.

Entre los monosacáridos más conocidos se encuentran la glucosa y la fructosa que son los más abundantes en la naturaleza y cuyo origen está en la fotosíntesis de los vegetales; está también la galactosa que enlazada con la glucosa constituye la lactosa o azúcar de la leche y por supuesto los monosacáridos presentes en nuestras estructuras hereditarias o cromosomas, como son la ribosa y la desoxirribosa del RNA y DNA respectivamente.

Los disacáridos son carbohidratos formados por la unión de dos monosacáridos, los enlaces que unen a los dos monosacáridos se llaman enlaces glucosídicos que se forman por el desprendimiento de una molécula de agua de los dos grupos hidroxilo (−OH) contiguos, quedando como puente un oxígeno que se une a los dos carbonos de los monosacáridos vecinos.

Entre los disacáridos más conocidos se encuentra la sacarosa o azúcar de mesa, que se extrae de la caña de azúcar y de la remolacha; otro disacárido común es la lactosa que se encuentra presente en la leche, además de la maltosa que es empleada para la elaboración de cerveza.

Los polisacáridos son largas cadenas formadas por la unión de muchos monosacáridos mediante enlaces glucosídicos y que además pueden

formar ramificaciones de las cadenas, dando origen a moléculas extremadamente grandes y de un elevado peso molecular.

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A los lípidos también se les conoce comúnmente con el nombre de grasas. Los lípidos no son solubles en agua, sino en los llamados solventes orgánicos como el alcohol y la acetona. Constan principalmente de átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno (aunque a diferencia de los carbohidratos, tienen mayor cantidad de átomos de hidrógeno y menor cantidad de oxígeno) por lo que hay mayor cantidad de enlaces C−H que son muy ricos en energía. Por eso las grasas proporcionan más del doble de calorías por gramo que los carbohidratos. Los lípidos o grasas están constituidos por dos componentes fundamentales: glicerol y ácidos grasos.

El glicerol está formado por tres carbonos hidroxilados a manera de los azúcares y los ácidos grasos son cadenas de 16 a 18 átomos de carbono a los que se encuentran unidos los átomos de hidrógeno y en el extremo de la cadena un grupo carboxilo (−COOH). Una molécula de glicerol se combina con tres moléculas de ácidos grasos para formar una grasa (de ahí el término más técnico de triglicéridos o grasas neutras). De ácidos grasos se tienen identificados alrededor de 40.

Los ácidos grasos se clasifican comúnmente como saturados e insaturados, dependiendo del número de hidrógenos que puedan aceptar en una prueba de laboratorio. Los que no aceptan más de un átomo de hidrógeno se denominan saturados (normalmente las grasa animales) y los ácidos grasos que si pueden ser hidrogenados (normalmente las grasa vegetales) se denominan insaturados o poliinsaturados. Generalmente las grasas animales con ácidos grasos de cadenas largas son sólidas (como la manteca) mientras que las grasas vegetales (aceites de semillas) son líquidas a temperatura ambiente.

Hay lípidos que no contienen ácidos grasos como componentes, como son los terpenos y los esteroides, ambos de gran importancia para los organismos animales, incluido el hombre. Los terpenos incluyen ciertas vitaminas liposolubles como las vitaminas A, E y K y algunos carotenoides, que son pigmentos de las células vegetales que participan en la fotosíntesis. Los terpenos son los componentes que determinan los aromas y sabores de las plantas, como el mentol, el eucaliptol, el olor de los limones y de los geranios.

Los esteroides son un grupo especialmente importante de lípidos, ya que tiene propiedades fisiológicas determinantes para los humanos, a este grupo pertenecen la hormona masculina (testosterona), y las hormonas femeninas (estrógeno y progesterona), también la vitamina D y el colesterol, este último a pesar de su mala fama por estar ligado a la acumulación de lípidos en las arterias, lo que constituye la arterioesclerosis, es importante por formar parte de todas las membranas celulares y por ser precursor de la formación de varias hormonas.

Los lípidos en el organismo tienen dos importantes funciones, son parte de la estructura de todas las células formando parte de las membranas celulares (fosfolípidos) y constituyen una fuente de energía y material de reserva que se acumula bajo la piel de los animales y en semillas y frutos de algunos vegetales.

Y hablando de grasita…

Proteínas

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hidrógeno, oxígeno y nitrógeno (CHON) por lo que reciben el nombre de elementos cuaternarios y con frecuencia de azufre y fósforo. Estos elementos se organizan en unidades denominadas aminoácidos, de los cuales existen 20 diferentes. Los aminoácidos varían en cuanto a su tamaño molecular, pero todos contienen uno o más grupos amino (−NH2) y uno o

más grupos carboxilo (−COOH), unidos en una cadena de átomos de carbono mediante enlaces peptídicos que se forman al perderse una molécula de agua entre dos aminoácidos contiguos.

Las proteínas, por lo tanto, son largas cadenas de aminoácidos enlazados, 150 o más, y cada aminoácido ocupa en la cadena un lugar exacto, de acuerdo con la fórmula que cada proteína tiene, un solo cambio en la posición de un aminoácido puede inactivar a la proteína. La secuencia de los aminoácidos en la proteína es la que determina la función de la misma: si es una proteína estructural, una enzima o una hormona.

La principal función de las proteínas en el cuerpo de los animales es de tipo estructural, ya que forman los músculos, el pelo, la piel, las uñas, los cartílagos y los huesos, constituyendo más de la mitad del peso seco de las células. También son fuente de energía pues contienen una cantidad importante de átomos de hidrógeno.

Un grupo muy especial de proteínas son las enzimas, que funcionan como biocatalizadores de las reacciones químicas que se producen en las células. La variedad de enzimas es impresionante ya que cada una de ellas es específica para una determinada reacción y en nuestro organismo se efectúan más de 100,000 reacciones químicas diferentes. Otro grupo de proteínas forma vitaminas, otro más, hormonas y otro grupo constituye los anticuerpos para la defensa del organismo frente a infecciones de virus y bacterias.

Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos presentes en todas las células son dos: el ácido desoxirribonucleico (DNA) que se localiza en el núcleo, las mitocondrias y los cloroplastos y el ácido ribonucleico (RNA) que se encuentra en el

nucleolo, el citoplasma y los ribosomas. Químicamente son largas cadenas de nucleótidos, en donde cada nucleótido está constituido por un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos (pentosa) y una base nitrogenada. Existen dos tipos de nucleótidos, uno, en los que el azúcar es la ribosa y forman el ácido ribonucleico (RNA) y otros en los que el azúcar es la desoxirribosa y forman el ácido desoxirribonucleico (DNA).

La otra estructura diferencial de los nucleótidos son las bases nitrogenadas, que pueden ser de dos tipos: púricas como la adenina y la guanina, y pirimídicas como la timina, la citosina y el uracilo. El DNA contiene la adenina (A), la guanina (G), la citosina (C) y la timina (T); el RNA tiene la adenina, guanina y citosina, pero la timina cambia por el uracilo (U).

La estructura de una molécula de ácido nucleico está formada por la secuencia repetida del grupo fosfato y del azúcar, y es la misma en todas las moléculas. Lo que distingue a una molécula de DNA o de RNA de otra molécula de DNA o RNA es la secuencia específica de las bases nitrogenadas.

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desenrollan las dos cadenas de la doble hélice y se separan. Cada una de las cuatro cadenas así formadas serán los moldes para formar las cadenas hijas complementarias. A los nucleótidos de las cadenas originales del DNA (por medio de las enzimas polimerasas) se les aparean los nucleótidos libres que contienen las bases nitrogenadas complementarias, formando así nuevas cadenas hijas. Cada nueva cadena de DNA formada por una original y su cadena hija complementaria se unen y vuelven a enrollarse en forma de doble hélice, dando como resultado dos dobles hélices nuevas de DNA cada una compuesta de una cadena original y de una cadena hija, que es una copia exacta de la otra cadena original.

El RNA, también es un polímero formado por una cadena de nucleótidos, aunque de una sola hebra, por lo que no forma doble hélice. Se diferencia del DNA en que el azúcar que lo forma y que se une al grupo fosfato es la ribosa y la base nitrogenada que se une a la adenina es el uracilo en vez de la timina.

Existen varios tipos de RNA, siendo los más importantes: el RNA mensajero (RNAm) cuya función es transportar la información genética desde el DNA en el núcleo celular hacia el citoplasma, este RNAm contiene la estructura primaria de las proteínas de la célula. El RNA de transferencia (RNAt) que reconoce a los aminoácidos libres y los lleva hasta los ribosomas para sintetizar la parte complementaria y el RNA ribosomal (RNAr) que forma parte de los ribosomas y participa en la síntesis de las proteínas, es decir: DNA → RNA → proteína.

Los ácidos nucleicos existen en todas las células vivas, por un lado dirigen la síntesis de proteínas y por otro contienen la información genética de los organismos y son los responsables de su transmisión. Todas las células de un mismo organismo contienen la misma cantidad de DNA excepto los gametos, que contienen la mitad. Los diferentes tipos de organismos suelen tener diferentes números cromosómicos por lo que la cantidad de DNA entre una especie y otra es diferente, mientras que es prácticamente la misma entre organismos pertenecientes a una misma especie. La función

del DNA es la de contener la información genética de la célula en tal forma que pueda ser transmitida de una generación a la siguiente.