¿Cuáles son las cuatro macromoléculas de la vida?

La biología, o informalmente, la vida misma, se caracteriza por elegantes macromoléculas que han evolucionado durante cientos de millones de años para cumplir una variedad de funciones críticas. A menudo, estos se clasifican en cuatro tipos básicos: carbohidratos (o polisacáridos), lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Si tiene experiencia en nutrición, reconocerá los tres primeros como los tres macronutrientes estándar (o "macros", en lenguaje dietético) que se enumeran en las etiquetas de información nutricional. El cuarto pertenece a dos moléculas estrechamente relacionadas que sirven como base para el almacenamiento y traducción de la información genética en todos los seres vivos.

Cada una de estas cuatro macromoléculas de la vida, o biomoléculas, realiza una variedad de funciones; como era de esperar, sus diferentes roles están exquisitamente relacionados con sus diversos componentes físicos y arreglos.

A macromolécula es una molécula muy grande, que generalmente consta de subunidades repetidas llamadas

Un punto importante sobre las macromoléculas biológicas es que, con la excepción de los lípidos, su Las unidades de monómero son polares, lo que significa que tienen una carga eléctrica que no se distribuye. simétricamente. Esquemáticamente, tienen "cabezas" y "colas" con diferentes propiedades físicas y químicas. Debido a que los monómeros se unen de la cabeza a la cola entre sí, las macromoléculas en sí también son polares.

Además, todas las biomoléculas tienen altas cantidades del elemento carbono. Es posible que haya escuchado el tipo de vida en la Tierra (en otras palabras, el único tipo de vida que sabemos con certeza existe en cualquier lugar) a la que se hace referencia como "vida basada en el carbono", y con razón. Pero el nitrógeno, el oxígeno, el hidrógeno y el fósforo también son indispensables para los seres vivos, y una gran cantidad de otros elementos se encuentran en la mezcla en menor grado.

Es casi seguro que cuando ve o escucha la palabra "carbohidrato", lo primero que piensa es "comida" y, quizás más específicamente, "algo en la comida que muchas personas buscan "Lo-carb" y "no-carb" se convirtieron en palabras de moda para la pérdida de peso en la primera parte del siglo XXI, y el término "carga de carbohidratos" ha estado en la comunidad de deportes de resistencia desde la 1970. Pero, de hecho, los carbohidratos son mucho más que una fuente de energía para los seres vivos.

Todas las moléculas de carbohidratos tienen la fórmula (CH₂O)_norte, donde n es el número de átomos de carbono presentes. Esto significa que la relación C: H: O es 1: 2: 1. Por ejemplo, los azúcares simples glucosa, fructosa y galactosa tienen la fórmula C₆H₁₂O₆ (los átomos de estas tres moléculas, por supuesto, están dispuestos de manera diferente).

Los carbohidratos se clasifican en monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Un monosacárido es la unidad monomérica de los carbohidratos, pero algunos carbohidratos constan de un solo monómero, como glucosa, fructosa y galactosa. Por lo general, estos monosacáridos son más estables en forma de anillo, que se representa esquemáticamente como un hexágono.

Los disacáridos son azúcares con dos unidades monoméricas o un par de monosacáridos. Estas subunidades pueden ser las mismas (como en la maltosa, que consta de dos moléculas de glucosa unidas) o diferente (como en sacarosa o azúcar de mesa, que consta de una molécula de glucosa y una fructosa molécula. Los enlaces entre los monosacáridos se denominan enlaces glicosídicos.

Los polisacáridos contienen tres o más monosacáridos. Cuanto más largas sean estas cadenas, es más probable que tengan ramificaciones, es decir, que no sean simplemente una línea de monosacáridos de un extremo a otro. Los ejemplos de polisacáridos incluyen almidón, glucógeno, celulosa y quitina.

El almidón tiende a formarse en forma de hélice o espiral; esto es común en biomoléculas de alto peso molecular en general. La celulosa, por el contrario, es lineal y consta de una cadena larga de monómeros de glucosa con enlaces de hidrógeno intercalados entre átomos de carbono a intervalos regulares. La celulosa es un componente de las células vegetales y les da rigidez. Los seres humanos no pueden digerir la celulosa y, en la dieta, generalmente se la denomina "fibra". La quitina es Otro carbohidrato estructural, que se encuentra en los cuerpos externos de los artrópodos como insectos, arañas y cangrejos. La quitina es un carbohidrato modificado, ya que está "adulterado" con abundantes átomos de nitrógeno. El glucógeno es la forma de almacenamiento de carbohidratos del cuerpo; Los depósitos de glucógeno se encuentran tanto en el hígado como en el tejido muscular. Gracias a las adaptaciones enzimáticas en estos tejidos, los atletas entrenados pueden almacenar más glucógeno que las personas sedentarias como resultado de sus altas necesidades energéticas y prácticas nutricionales.

Al igual que los carbohidratos, las proteínas son parte del vocabulario cotidiano de la mayoría de las personas debido a que sirven como los llamados macronutrientes. Pero las proteínas son increíblemente versátiles, mucho más que los carbohidratos. De hecho, sin proteínas, no habría carbohidratos ni lípidos porque las enzimas necesarias para sintetizar (así como digerir) estas moléculas son proteínas en sí mismas.

Los monómeros de las proteínas son aminoácidos. Estos incluyen un grupo de ácido carboxílico (-COOH) y un grupo amino (-NH₂) grupo. Cuando los aminoácidos se unen entre sí, es a través de un enlace de hidrógeno entre el grupo ácido carboxílico de uno de los aminoácidos y el grupo amino del otro, con una molécula de agua (H₂O) liberado en el proceso. Una cadena de aminoácidos en crecimiento es un polipéptido, y cuando es lo suficientemente larga y asume su forma tridimensional, es una proteína en toda regla. A diferencia de los carbohidratos, las proteínas nunca muestran ramas; son solo una cadena de grupos carboxilo unidos a grupos amino. Debido a que esta cadena debe tener un principio y un final, un extremo tiene un grupo amino libre y se llama N-terminal, mientras que el otro tiene un grupo amino libre y se llama C-terminal. Debido a que hay 20 aminoácidos, y estos pueden organizarse en cualquier orden, la composición de las proteínas es extremadamente variada aunque no se produzcan ramificaciones.

Las proteínas tienen lo que se llama estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria. La estructura primaria se refiere a la secuencia de aminoácidos en la proteína y está determinada genéticamente. La estructura secundaria se refiere a doblarse o retorcerse en la cadena, generalmente de manera repetitiva. Algunas conformaciones incluyen una hélice alfa y una hoja plegada beta, y son el resultado de enlaces de hidrógeno débiles entre las cadenas laterales de diferentes aminoácidos. La estructura terciaria es la torsión y rizado de la proteína en un espacio tridimensional y puede involucrar enlaces disulfuro (azufre a azufre) y enlaces de hidrógeno, entre otros. Finalmente, la estructura cuaternaria se refiere a más de una cadena polipeptídica en la misma macromolécula. Esto ocurre en el colágeno, que consiste en tres cadenas retorcidas y enrolladas como una cuerda.

Las proteínas pueden actuar como enzimas que catalizan reacciones bioquímicas en el cuerpo; como hormonas, como la insulina y la hormona del crecimiento; como elementos estructurales; y como componentes de la membrana celular.

Los lípidos son un conjunto diverso de macromoléculas, pero todos comparten el rasgo de ser hidrófobos; es decir, no se disuelven en agua. Esto se debe a que los lípidos son eléctricamente neutros y, por lo tanto, no polares, mientras que el agua es una molécula polar. Los lípidos incluyen triglicéridos (grasas y aceites), fosfolípidos, carotenoides, esteroides y ceras. Participan principalmente en la formación y estabilidad de la membrana celular, forman porciones de hormonas y se utilizan como combustible almacenado. Las grasas, un tipo de lípido, son el tercer tipo de macronutrientes, con los carbohidratos y las proteínas discutidos anteriormente. A través de la oxidación de sus llamados ácidos grasos, aportan 9 calorías por gramo en contraposición a las 4 calorías por gramo que aportan tanto los carbohidratos como las grasas.

Los lípidos no son polímeros, por lo que vienen en una variedad de formas. Al igual que los carbohidratos, están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno. Los triglicéridos consisten en tres ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol, un alcohol de tres carbonos. Estas cadenas laterales de ácidos grasos son hidrocarburos largos y simples. Estas cadenas pueden tener dobles enlaces, y si los tienen, eso hace que el ácido graso insaturado. Si solo hay uno de esos dobles enlaces, el ácido graso es monoinsaturado. Si hay dos o más, es poliinsaturado. Estos diferentes tipos de ácidos grasos tienen diferentes implicaciones para la salud de diferentes personas debido a sus efectos en las paredes de los vasos sanguíneos. Las grasas saturadas, que no tienen dobles enlaces, son sólidas a temperatura ambiente y suelen ser grasas animales; estos tienden a causar placas arteriales y pueden contribuir a la enfermedad cardíaca. Los ácidos grasos se pueden manipular químicamente y las grasas insaturadas, como los aceites vegetales, se pueden saturar para que sean sólidas y cómodas de usar a temperatura ambiente, como la margarina.

Los fosfolípidos, que tienen un lípido hidrófobo en un extremo y un fosfato hidrófilo en el otro, son un componente importante de las membranas celulares. Estas membranas constan de una bicapa de fosfolípidos. Las dos porciones de lípidos, que son hidrófobas, miran hacia el exterior y el interior de la célula, mientras que las colas hidrófilas de fosfato se encuentran en el centro de la bicapa.

Otros lípidos incluyen los esteroides, que actúan como hormonas y precursores de hormonas (p. Ej., Colesterol) y contienen una serie de estructuras de anillo distintivas; y ceras, que incluyen cera de abejas y lanolina.

Los ácidos nucleicos incluyen ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN). Estos son muy similares estructuralmente ya que ambos son polímeros en los que las unidades monoméricas son nucleótidos. Los nucleótidos constan de un grupo de azúcar pentosa, un grupo de fosfato y un grupo de base nitrogenada. Tanto en el ADN como en el ARN, estas bases pueden ser de cuatro tipos; de lo contrario, todos los nucleótidos del ADN son idénticos, al igual que los del ARN.

El ADN y el ARN se diferencian principalmente de tres formas. Una es que en el ADN, el azúcar pentosa es desoxirribosa y en el ARN es ribosa. Estos azúcares se diferencian exactamente en un átomo de oxígeno. La segunda diferencia es que el ADN suele ser de doble hebra, formando la doble hélice descubierta en la década de 1950 por Watson y el equipo de Crick, pero el ARN es de hebra sencilla. La tercera es que el ADN contiene las bases nitrogenadas adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T), pero el ARN tiene uracilo (U) sustituido por timina.

El ADN almacena información hereditaria. Las longitudes de los nucleótidos forman genes, que contienen la información, a través de las secuencias de bases nitrogenadas, para fabricar proteínas específicas. Muchos genes forman cromosomas, y la suma total de los cromosomas de un organismo (los humanos tenemos 23 pares) es su genoma. El ADN se utiliza en el proceso de transcripción para producir una forma de ARN llamada ARN mensajero (ARNm). Esto almacena la información codificada de una manera ligeramente diferente y la mueve fuera del núcleo celular donde está el ADN y dentro del citoplasma celular o matriz. Aquí, otros tipos de ARN inician el proceso de traducción, en el que las proteínas se producen y se envían por toda la célula.