Química 5to Año.: Biomoléculas: definición, origen, clasificación e importancia.

Una biomolécula es un compuesto químico que se encuentra en los organismos vivos. Son el fundamento de la vida y cumplen funciones imprescindibles para los organismos vivos. Los átomos que componen las biomoléculas reciben el nombre de bioelementos o elementos biogenésicos, y el criterio empleado para clasificarlos es su abundancia:

- Bioelementos principales o primarios: Carbono (C), hidrógeno (H), Oxígeno (O) y nitrógeno (N). Resultan imprescindibles para formar los principales tipos de moléculas biológicas. El 95% de la materia viva.

- Bioelementos secundarios: azufre (S), fósforo, magnesio, calcio, sodio, potasio y cloro. Se encuentra en solución. Representan cerca del 4,5%.

- Oligoelementos: aunque se han identificado unos 60, sólo 14 de ellos son comunes a todos los organismos: son los denominados esenciales. Funciones catalíticas imprescindibles, se encuentran en proporción inferior al 0,1%. Son hierro, zinc, boro, manganeso flúor, cobre, yodo, cromo, selenio, vanadio, cobalto, molibdeno, silicio y estaño.

Los seis elementos químicos o bioelementos más abundantes en los seres vivos son el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre (C, H, O, N, P, S), con ellos se crean todo tipos de sustancias o biomoléculas (proteínas, aminoácidos, neurotransmisores). Estos seis elementos son los principales componentes de las biomoléculas debido a que:

1- Permiten la formación de enlaces covalentes entre ellos, compartiendo electrones, debido a su pequeña diferencia de electronegatividad. Estos enlaces son muy estables, la fuerza de enlace es directamente proporcional a las masas de los átomos unidos.

2- Permiten a los átomos de carbono la posibilidad de formar esqueletos tridimensionales -C-C-C- para formar compuestos con número variable de carbonos.

3- Permiten la formación de enlaces múltiples (dobles y triples) entre C y C; C y O; C y N. Así como estructuras lineales, ramificadas, cíclicas, heterocíclicas, etc.

4- Permiten la posibilidad de que con pocos elementos se den una enorme variedad de grupos funcionales (alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos, aminas, etc.) con propiedades químicas y físicas diferentes.

Origen

     En 1922, el bioquímico ruso Aleksandr I. Oparin formuló una hipótesis acerca del origen de la vida sobre la Tierra, que incluía una explicación sobre el origen de las primeras biomoléculas. Según esta hipótesis, la primitiva atmósfera de la Tierra era rica en gases como el metano, el amoníaco y el vapor de agua, y estaba prácticamente exenta de oxígeno; era, pues, una atmósfera netamente reductora, muy diferente al entorno oxidante que hoy conocemos. La energía liberada por las descargas eléctricas de las frecuentes tormentas y por la intensa actividad volcánica, habría propiciado que estos gases atmosféricos reaccionasen entre sí para formar compuestos orgánicos sencillos, que a continuación se disolvían en los primitivos océanos. Este proceso duró millones de años, durante los cuales los océanos se fueron enriqueciendo paulatinamente en una gran variedad de compuestos orgánicos; el resultado fue una disolución caliente y concentrada de moléculas orgánicas: la "sopa primigenia". En esta "sopa" algunos de estos compuestos simples reaccionaban con otros para dar lugar a estructuras más complejas, y así fueron apareciendo las distintas biomoléculas. La tendencia de algunas biomoléculas concretas a asociarse en estructuras cada vez más complejas culminó con el paso del tiempo con la aparición de alguna forma primitiva de organización celular, que sería el antepasado común de todos los seres vivos.

   Los puntos de vista de Oparin fueron considerados durante mucho tiempo como una mera especulación, hasta que un experimento, ya clásico, realizado por Stanley Miller en 1953 vino a corroborarlos. Miller sometió mezclas gaseosas de CH4, NH3, vapor de agua y H2 (los gases de la atmósfera primitiva) a descargas eléctricas producidas entre un par de electrodos durante períodos de una semana o superiores. Las descargas eléctricas tenían la finalidad de simular las frecuentes tormentas de la atmósfera primitiva. A continuación analizó el contenido del recipiente de reacción, encontrando que en la fase gaseosa, además de los gases que había introducido inicialmente, se habían formado CO y CO2, mientras que en la fase acuosa obtenida por enfriamiento había aparecido una gran variedad de compuestos orgánicos, entre los que se contaban algunos aminoácidos, aldehídos y ácidos orgánicos. Miller llegó incluso a deducir la secuencia de reacciones que había tenido lugar en el recipiente.

        Experimentos posteriores al de Miller, realizados con dispositivos más avanzados, han corroborado que la síntesis abiótica de biomoléculas es posible en condiciones muy diversas. No sólo las descargas eléctricas, sino también otras fuentes de energía que pudieron estar presentes en la Tierra primitiva, como los rayos X, la radiación UV, la luz visible, la radiación gamma, el calor o los ultrasonidos, pueden inducir el proceso. Además se demostró que no es imprescindible partir de gases tan reducidos como el metano y el amoníaco: mezclas convenientemente irradiadas de CO, CO2, N2 y O2 también dan lugar a gran variedad de compuestos orgánicos.

Clasificación

A grandes rasgos las biomoléculas se dividen en dos tipos: orgánicas e inorgánicas, y es posible caracterizarlas de la siguiente manera:

- Biomoléculas inorgánicas: Son las que no son producidas por los seres vivos, pero que son fundamentales para su subsistencia. En este grupo encontramos el agua, los gases y las sales inorgánicas.

Agua: Cada molécula de agua está formada por dos átomos de H y uno de O unido mediante enlace covalente. El átomo de oxígeno comparte un par de electrones con cada uno de los átomos de H. Esta molécula es eléctricamente neutra, pero, la diferencia de electronegatividad de los átomos de O y de H provoca un desplazamiento de los electrones hacía el núcleo de oxígeno. Como consecuencia, constituye un dipolo eléctrico.

Gases: Están constituidos por átomos de un mismo elemento (O2, N2, O3); o por la participación de átomos de dos elementos diferentes (CO2, H2S, CH4) ácido cianhidrico (HCN) que resultan venenosos ya que, dado su parecido a otras moléculas gaseosas, ocupan productos con la consiguiente interrupción del metabolismo normal.

Sales inorgánicas: La función que desempeñan las sales en un organismo depende del estado físico en que se encuentren: sales precipitadas, que forman parte de los endoesqueletos y exoesqueletos. Estas sales tienen una función estructural y protector; sales disueltas, que son constituyentes de todos los plasmas, tanto intra como intercelulares, estando, en estos casos, disociadas en forma de iones.

- Biomoléculas orgánicas: Son moléculas con una estructura a base de carbono y son sintetizadas sólo por seres vivos. Podemos dividirlas en lípidos, glúcidos, proteínas, ácido nucleico y vitaminas.

Lípidos: Están compuestos por carbono e hidrógeno, y en menor medida por oxígeno. Su característica es que son insolubles en agua. Son lo que coloquialmente se conoce como grasas.

Glúcidos: Son los carbohidratos o hidratos de carbono. Están compuestos por carbono, hidrógeno y oxígeno, y sí son solubles en agua. Constituyen la forma más primitiva de almacenamiento energético.

Proteínas: Están compuestas por cadenas lineales de aminoácidos, y son el tipo de biomolécula más diversa que existe. Tienen varias funciones dependiendo del tipo de proteína del que estemos hablando.

Ácido nucleico: Son el ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido ribonucleico). Son macromoléculas formadas por nucleótidos unidos por enlaces.

Vitaminas: Las vitaminas son precursoras de coenzimas, (aunque no son propiamente enzimas) grupos prostéticos de las enzimas. Esto significa, que la molécula de la vitamina, con un pequeño cambio en su estructura, pasa a ser la molécula activa, sea esta coenzima o no.

Importancia

     Los seres vivos están formados de moléculas especiales llamadas biomoléculas las cuales son los ácidos nucleicos, las proteínas, los carbohidratos y lípidos. Nuestro cuerpo se esta renovando constantemente, crecemos y mantenemos los procesos metabólicos día tras día.

         Los ácidos nucleicos son moléculas largas pero muy pequeñas. Se encuentran dentro de cada núcleo celular de la célula. Contienen la información de quienes somos, desde como nacemos hasta nuestro desarrollo. Así como información que sirve para saber quienes fueron nuestros antepasados. También sirven para identificar nuestro parentesco familiar.

       Las proteínas son macro moléculas y son de vital importancia. Componen nuestros músculos, tendones, uñas, cabello, enzimas para digerir alimentos, anticuerpos para defendernos de las enfermedades y hormonas (como las de crecimiento). De ahí que sean muy importantes para nuestra alimentación. Las podemos adquirir comiendo carnes, proteínas de las leguminosas e insectos (entomofagia).

       En el caso de los carbohidratos, son importantes porque son la fuente principal de energía. En las plantas son parte fundamental de su tejido. Los podemos adquirir en forma de azúcares como la sacarosa, glucosa, lactosa, fructosa, etc. y en los productos como tubérculos, leche y frutas.

       Los lípidos se relacionan generalmente con las grasas, pero también incluyen los aceites. En todo el reino animal juegan un papel como “moléculas de reserva”. Se almacenan en forma de adipocitos. Además tienen la función de proteger los órganos vitales evitando daños traumáticos y manteniendo la temperatura optima del cuerpo. Sin ellos las células se romperían pues no serian flexibles.

        En realidad no es que ciertos productos tengan solo proteínas, carbohidratos o lípidos. Dependen de la dieta del animal o planta que vayamos a comer. Por ejemplo, los animales como las vacas tienen mucha carne (proteínas), pero también lípidos y carbohidratos. Los insectos por ejemplo contienen mayor porcentaje de proteínas por gramo. Un alimento aporta entonces, dependiendo de cual sea, diversos porcentajes de las biomoléculas.

       Las enfermedades relacionadas con la mala alimentación son el resultado de la ingesta excesiva de alguna de estas biomoléculas. Si consumiéramos mucha azúcar (carbohidratos) y no pudiéramos procesarla, si consumiéramos mucha carne (proteínas) y grasas (lípidos), aumentaría nuestro volumen corporal ocasionando problemas de salud. Es por eso reflexionar para tener una alimentación balanceada.