La mayor parte de los componentes químicos de los organismos son compuestos orgánicos de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.

Las moléculas de los compuestos orgánicos son muy grandes, pues están formadas por muchos átomos; además, por formar parte de los seres vivos se les conoce como biomoléculas.

Existe una enorme variedad de biomoléculas, la mayor parte de los cuales son muy complejas, como las bacterias y otros microorganismos procariontes (sin núcleo definido).

Por ejemplo, la bacteria Escherichia coli contiene cerca de 5 mil compuestos orgánicos diferentes; entre ellos, unas 3 mil clases diferentes de proteínas y unos mil tipos distintos de combinaciones en las bases de los ácidos nucleicos, que contienen la información genética.

Ejemplos de biomoléculas.

Al comparar las proteínas presentes en esa bacteria con las del ser humano, se encontrará que ninguna de las moléculas de la Escherichia coli se parece a las encontradas en el ser humano; ello se debe a que cada especie de organismos posee su propio conjunto de moléculas.

Sin embargo, todas ellas se encuentran formadas por moléculas más sencillas ligadas entre sí. Por ejemplo, los 20 aminoácidos esenciales que integran las proteínas son idénticos en todas las especies vivientes, pero están ordenados en secuencias diferentes, formando una gran cantidad de proteínas distintas.

Las biomoléculas que se encuentran en la célula tienen una función específica. Los compuestos que contienen los organismos vivos normalmente tienen una función determinada y son indispensables para la vida.

 

LAS PROTEÍNAS: MOLÉCULAS DE USOS MÚLTIPLES

Las proteínas son los compuestos orgánicos más abundantes en los seres vivos y pertenecen, po su gran tamaño, a un grupo de biomoléculas llamadas macromoléculas.

Generalmente, en su estructura química contienen carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, aunque en algunos casos puede haber pequeñas cantidades de azufre, fósforo, hierro, yodo y otros elementos.

Existe una gran variedad de proteínas, por lo que sus funciones dentro de la célula son también muy diversas. Hay proteínas que llevan a cabo funciones estructurales, como la queratina que forma el cuero, pezuñas, plumas, uñas y pelo de los animales. Otras como la albúmina, sirven para controlar la presión de la sangre, es decir, controlar el transporte de sales, lo que permite la distribución normal de agua en los diversos compartimientos corporales.

La hemoglobina es otro ejemplo de proteína; su función es transportar el oxígeno y la mayor parte de CO2 (dióxido de carbono) en los vertebrados.

Las hormonas son proteínas pequeñas que realizan complicadas e importantes tareas, entre las que destacan regular y controlar algunas funciones de nuestro cuerpo.

Los anticuerpos son proteínas llamadas inmunoglobulinas, cuya función es proteger al cuerpo contra las enfermedades. Podemos estimular la producción de anticuerpos mediante la vacunación.

Las enzimas funcionan como catalizadores, acelerando las reacciones químicas en la célula.

Los aminoácidos son las unidades básicas de las proteínas. Hay muchos aminoácidos en la naturaleza. Los fundamentales para formar proteínas son 20, éstos pueden combinarse en diferentes proporciones y disposiciones mediante enlaces, para dar lugar a la gran variedad de moléculas de proteínas que existen.

Todos los aminoácidos comparten la característica de tener un grupo carboxilo y un amino en su estructura. Entre los principales aminoácidos que forman parte de las proteínas están la arginina, ácido aspártico, ácido glutámico, histidina, lisina, metionina, prolina, triptófano, fenilalanina, tirosina, valina, leucina y la isoleucina.

Cuando las proteínas se someten al calor pierden su actividad biológica, a este fenómeno se le denomina coagulación o desnaturalización de las proteínas.

Los alimentos de origen animal son en general vastos en proteínas; por ejemplo, la carne de pescado, res, pollo, cerdo; leche y sus derivados, y huevo, entre otros.

ENZIMAS: ACTIVADORES METABÓLICOS

Las enzimas son moléculas de proteínas muy especializadas. La célula las elabora a partir de aminoácidos sencillos; actúan como catalizadores para aumentar la velocidad de las reacciones químicas específicas dentro de la célula.

Las reacciones químicas que catalizan las enzimas constituyen el metabolismo de las células.

Cada una de las enzimas puede catalizar solamente un tipo de reacción química, por lo que en un organismo vivo se pueden contar más de un millar de enzimas diferentes.

Son capaces de catalizar reacciones químicas muy complejas en milésimas de segundo. Esas reacciones requerirían semanas o meses si se llevaran a cabo en un laboratorio químico.

Las enzimas reciben su nombre dependiendo de la sustancia sobre la que actúan, a cuyo nombre se le añade la terminación asa. Por ejemplo, la ureasa es la enzima que cataliza la reacción de la metabolización de la urea.

Hay algunas enzimas que contienen un componente químico necesario para que funcionen adecuadamente. A este componente se le llama cofactor.

El cofactor de una enzima puede ser un metal, como el fierro (Fe), el magnesio (Mg), el zinc (Zn) o el manganeso (Mn). El cofactor también puede ser otra molécula compleja llamada coenzima, que son porciones no proteicas de las enzimas.

Entre las coenzimas más importantes se encuentran las vitaminas, llamadas así porque colaboran con las enzimas para lograr la modificación química durante las reacciones metabólicas.

LOS LÍPIDOS: ENERGÍA DE RESERVA Y MATERIA PRIMA DE LAS MEMBRANAS

Los lípidos, comúnmente llamados grasas, son sustancias orgánicas que contienen carbono, hidrógeno y, en menor proporción, oxígeno.

Algunos lípidos contienen fósforo y se les llama fosfolípidos. Otros pueden combinarse con proteínas y se les llama lipoproteínas.

Según la estructura y la composición química de los lípidos, será también su función.

Se pueden considerar dos tipos de lípidos:

  • Lípidos de constitución
  • Lípidos de reserva

Los lípidos de constitución están íntimamente ligados a la estructura de las membranas celulares y de los organelos que se encuentran en la célula.

ESTRUCTURA DE ALGUNOS ÁCIDOS GRASOS COMUNES

Estructura

Nombre

CH3 (CH2)10 COOH

Ácido láurico

CH3 (CH2)12 COOH

Ácido mirístico

CH3 (CH2)14 COOH

Ácido palmítico

Los lípidos de reserva se encuentran en los tejidos en forma de gotitas y se usan cuando el organismo requiere energía extra.

Un lípido está formado esencialmente por la unión de un ácido graso y un alcohol, y pueden existir en estado sólido o líquido, según la naturaleza de los ácidos grasos que los constituyan.

Entre los lípidos más importantes están:

Triglicéridos. Localizados en grasas y aceites.

Céridos. Que se encuentran en las ceras, son ejemplos la lanolina obtenida de la lana de las ovejas y la cera que producen las abejas. Se utilizan para elaborar velas y cremas cosméticas.

Fosfoglicéridos. Son lípidos que contienen fósforo además de ácidos grasos y son importantes por encontrarse en las membranas celulares de las células animales.

Lecitinas. Que se encuentran en la yema de huevo.

Cerebrósidos. Que se encuentran en el tejido nervioso.

LOS CARBOHIDRATOS: EL COMBUSTIBLE PRINCIPAL DE LA CÉLULA

Los carbohidratos son también compuestos orgánicos de carbono, hidrógeno y oxígeno. Su fórmula general es: (CH2O)n donde n = 3 o un número mayor.

Los azúcares se clasifican, por su número de moléculas, en tres grupos principales:

  • Monosacáridos
  • Oligosacáridos
  • Polisacáridos

Los monosacáridos son azúcares simples que no pueden descomponerse en partes más pequeñas, por ejemplo: glucosa, fructuosa.

Los oligosacáridos, también llamados azúcares compuestos, están formados por la unión de dos a seis moléculas de monosacáridos. Los más importantes son los disacáridos (con dos moléculas de monosacáridos unidas) entre ellos se encuentran:

Maltosa (glucosa + glucosa)

Sacarosa (glucosa + fructuosa)

Los polisacáridos, también llamados glucanos, son azúcares con cadenas muy largas de monosacáridos. Los polisacáridos más importantes están en el almidón (polisacárido de reserva en las plantas) y en el glucógeno (polisacárido de reserva en animales). Ambos son cadenas de glucosa; se diferencian en la compleja ramificación de las fórmulas.

En general, los azúcares se emplean para producir energía y también se almacenan como sustancias de reserva.

Carbohidratos.

Los azúcares complejos (oligosacáridos y polisacáridos) se fragmentan en el tubo digestivo y dan lugar a moléculas de glucosa, las cuales son llevadas al hígado, donde se almacenan y son cedidas a la circulación general muy lentamente.

Los músculos consumen glucosa, ésta al oxidarse proporciona la energía necesaria para las contracciones musculares y para la regulación de la temperatura del cuerpo.

Los azúcares que no se consumen son transformados en grasas y se almacenan para ser quemados u oxidados cuando se requiera.

ÁCIDOS NUCLEICOS: LAS MOLÉCULAS DE LA INFORMACIÓN

Existen dos tipos de ácidos nucleicos:

Ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN)

Ambos ácidos están formados por la unión de nucleótidos.

Cada nucleótido consta de:

  • Una molécula de ácido fosfórico
  • Azúcar (ribosa en el caso de ARN y desoxirribosa en el caso del ADN)
  • Base nitrogenada
Representación de la molécula de ADN.

Las bases nitrogenadas presentes en el ADN son: adenina, guanina, citosina y timina.

Las bases nitrogenadas del ARN son: adenina, guanina, citosina y uracilo. Esta última es equivalente a la timina del ADN.

A los ácidos nucleicos se les llama también macromoléculas informacionales, debido a que contienen la información biológica o hereditaria, es decir, la información de lo que la célula debe realizar. Esta información está contenida en forma lineal y viene determinada por el orden o secuencia de los nucleótidos.

 

Ácido Desoxirribonucleico (ADN)

El ácido desoxirribonucleico es una molécula muy larga, ella almacena toda la información genética del individuo.

Está compuesta por dos cadenas lineales en donde las bases nitrogenadas se unen específicamente con sus bases nitrogenadas complementarias. Es decir, la adenina se une siempre a la timina, la guanina a la citosina, y viceversa. Dicha unión se efectúa por medio de puentes de hidrógeno y hace que el ADN adopte una estructura de doble hélice.

Ácido Ribonucleico (ARN)

Existen tres tipos:

  • ARN mensajero
  • ARN ribosomal
  • ARN de transferencia

ARN mensajero. Se sintetiza en el núcleo celular; de allí pasa al citoplasma donde actúa como patrón para ordenar la secuencia de aminoácidos durante la síntesis de proteínas. Cada molécula de ARN mensajero contiene el código de una o varias proteínas.

ARN ribosomal. Es el más abundante en la célula; desempeña una función importante en la estructura y función biológica de los ribosomas.

ARN de transferencia. Es una molécula relativamente pequeña; actúa como portador de aminoácidos específicos durante la síntesis de proteínas; esto es, cada aminoácido es transportado por un ARN de transferencia hasta los ribosomas, donde es agregado a la cadena de alguna proteína.

Cómo funciona el ADN

Esquema de la duplicación del ADN.

La información hereditaria o información genética está contenida en la molécula de ADN. Todas las células contienen información genética, por ello, antes de que una célula se divida para dar lugar a dos células hijas, el ADN tiene que duplicarse, de manera que cada célula hija reciba una copia de la información genética que le permitirá realizar las funciones que le corresponden. A este proceso de autoduplicación del material genético celular se le llama duplicación del ADN. El ADN se encuentra en el núcleo de las células. Para llevar la información del ADN a toda la célula se utiliza el ARN.

La copia de la información contenida en el ADN es un ácido ribonucleico conocido como ARN mensajero. Este lleva la información desde el núcleo hasta el citoplasma, concretamente hasta los ribosomas.

Los ribosomas traducen la información que les da el ARN mensajero, dando como resultado la biosíntesis o formación de proteínas.

La proteína que forma el ribosoma es la que ejecutará las órdenes que envió el ADN desde el núcleo.

El paso de la información del ADN al ARN se llama transcripción genética.

Para formar una proteína nueva debe traducirse el lenguaje de las bases nitrogenadas. Este lenguaje es básicamente igual en el ARN y en el ADN, con la sola sustitución de una base, la timina, por otra, el uracilo.

El lenguaje de las bases nitrogenadas deberá traducirse y transformarse en el de aminoácidos, que son los componentes de las proteínas.

La ordenación de los aminoácidos es lo que diferencia a unas proteínas de otras, y el ARN es el responsable de tal ordenación.

Cada tres bases del ARN codifican a un aminoácido, esto constituye el código genético que es universal a todos los seres vivos, y así se traduce el mensaje cifrado en tripletes de bases de ARN a un mensaje cifrado en unidades de aminoácidos, que dará lugar a distintas proteínas.

El paso de información desde el ARN hasta las proteínas se llama traducción genética. Las proteínas se encargan de procesos específicos en las células: sirven de material celular, catalizan reacciones (enzimas), etcétera.

UN CASO ESPECIAL: LOS VIRUS

Se denomina virus, en general, a un extenso grupo de seres que tienen carácter común de ser parásitos obligados; es decir, que sólo pueden reproducirse en el interior de las células que infectan.

Los virus son mucho más pequeños que las bacterias e incluso pueden vivir en ellas, en insectos, peces, plantas y animales, y también en el ser humano.

El virus, al infectar, provoca que la célula infectada fabrique para él las proteínas y ácido nucleico, en vez de sintetizar los constituyentes celulares que necesita la célula para sí misma.

En realidad, los virus son simples moléculas de ácido nucleico rodeados por una cubierta protectora de proteína.

La partícula infecciosa del virus se llama virión y está compuesta de una fibra de ácido nucleico dispuesta en pliegues simétricos, que contiene el material genético del virus, envuelta en una cubierta de unidades de proteínas.

Mecanismo de infección de un bacteriófago.

Algunas características de los virus son:

  • No tienen enzimas para poder efectuar sus propias funciones metabólicas.
  • No reaccionan frente a los estímulos del medio, pues cuando no están dentro de una célula viva y se comportan como cuerpos inertes (sin vida).
  • Se multiplican y proliferan solamente en tejidos vivos.
  • En algunos virus el material genético es ADN y en otros es ARN.
Los virus que infectan a las bacterias se llaman bacteriófagos. El mecanismo mediante el cual los virus infectan a las bacterias es el siguiente.

El virus infecta a las bacterias al inyectar el contenido de su cabeza (ácido nucleico viral) a través de un orificio, que él mismo hace, en la pared celular. El ácido nucleico del virus asume entonces el control del metabolismo de la célula bacteriana, es decir, "ordena" a ésta la síntesis de más ácido nucleico viral y de los demás componentes necesarios para formar partículas de virus completas. Después se rompe la pared celular (lisis), los virus recién formados se desprenden y las partículas quedan libres para infectar a otras bacterias.

Muchas enfermedades del hombre y de algunos animales son causadas por virus. Entre ellas se pueden mencionar la viruela, el resfriado común, el sarampión, las paperas y la varicela.

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