Texto 2: BiomolculasComponentes qumicos de la clulaUna clula viva est compuesta por un restringido conjunto de elementos, cuatro de los cuales (C, H, N y O) constituyen aproximadamente el 99% de su peso.

La sustancia ms abundante de la clula viva es el agua. Constituye aproximadamente el 70% del peso de las clulas. La mayora de reacciones intracelulares ocurren en un medio acuoso. La vida en este planeta comenz en el mar, y las condiciones que reinaban en aquel ambiente primitivo imprimieron un sello permanente en la qumica de la materia viva. Todos los organismos han sido diseados en base a las propiedades caractersticas del agua, tales como su carcter polar, su habilidad para formar enlaces de hidrgeno y su alta tensin superficial.

Aparte del agua, la gran mayora de las otras molculas de una clula son compuestos de carbono, centro de atencin de la qumica orgnica. El carbono destaca entre todos los elementos de la Tierra por su capacidad de formar grandes molculas; en este aspecto le sigue el Silicio, muy por debajo de l. Debido a su reducido tamao y a los cuatro electornes de la capa externa el tomo de carbono puede formar cuatro enlaces covalentes fuertes con otros tomos. Y, lo que es ms importante, se puede unir a otros tomos de carbono formando cadenas y anillos, generando as molculas grandes y complejas. Los otros tomos abundantes en la clula (H, N y O) tambin son pequeos y capaces de formar enlaces covalentes muy fuertes.

Un enlace covalente tpico de una molcula biolgica tiene una energa de entre 15 y 170 kcal/mol, en funcin de los tomos que estn implicados.

Los cuatro tipos bsicos de molculas pequeas en las clulas

Ciertas combinaciones simples de tomos- tales como los grupos metilo (-CH3), hidroxilo (-OH), carboxilo (-COOH) y amino (-NH2)- se presentan repetidamente en las molculas biolgicas. Cada uno de estos grupos tiene propiedades qumicas y fsicas distintas que influyen sobre el comportamiento de cualquier molcula en que se presente el grupo.

Los pesos atmicos de H, C, N y O son 1, 12, 14 y 16 respectivamente. Las molculas orgnicas pequeas de la clula tienen pesos moleculares que oscilan entre 100 y 1000 y contienen hasta unos 30 tomos de carbono. Normalmente se hallan libres en solucin, donde algunas de ellas forman un acervo de intermediarios a partir de los cuales se construyen largos polmeros (estructura que se forma a partir de la unin de varias molculas pequeas), denominados macromolculas.

A grandes rasgos, podemos decir que las clulas poseen cuatro grandes familias de molculas orgnicas pequeas: los azcares simples, los cidos grasos, los aminocidos y los nucletidos.

AzcaresLos azcares ms sencillos los monosacridos- presentan la frmula general (CH2O)n donde n es un nmero entero comprendido entre 3 y 7. La glucosa, por ejemplo, tiene la frmula (C6H12O6). La unin de dos monosacridos da lugar a un disacrido. La adicin de ms monosacridos da lugar a oligosacridos de longitud creciente (trisacridos, tetrasacridos, etc), hasta llegar a las grandes molculas de polisacridos con miles de unidades de monosacridos. El nmero de estructuras posibles de polisacridos es enormemente elevada.

La glucosa es el principal compuesto alimenticio de muchas clulas. Una serie de reacciones conducen desde esta azcar hasta varios derivados ms pequeos y, finalmente, hasta CO2 y H2O.

Los polisacridos simples, compuestos slo por residuos de glucosa principalmente el glucgeno en las clulas animales y el almidn en las clulas vegetales- son utilizados para almacenar energa que se utilizar en el futuro. Pero los azcares no se utilizan exclusivamente para la produccin y el almacenamiento de energa. Importantes compuestos estructurales extracelulares (tales como la celulosa que forma parte de la pared celular en vegetales) estn formados por polisacridos sencillos, y a menudo secuencias no repetitivas de cadenas de molculas de azcares, ms pequeas pero ms complejas, estn unidas covalentemente a protenas, formando glucoprotenas, o a lpidos, formando glucolpidos, ambos caractersticos de la membrana plasmtica.

cidos grasos

Una molcula de cido graso, como por ejemplo el cido palmtico presenta dos regiones caractersticas: una larga cadena hidrocarbonada hidrofbica (insoluble en agua) y qumicamente no muy reactiva, y un grupo cido carboxlico, ionizado en solucin (COO-), extremadamente hidroflico (soluble en agua).

Casi todas las molculas de cido graso de una clula estn unidas covalentemente a otras molculas de cido graso de una clula estn unidas covalentemente a otras molculas, mediante su grupo cido carboxlico. El gran nmero de cidos grasos distintos que se encuentran en las clulas difieren en caractersticas qumicas tales como la longitud de la cadena hidrocarbonada y en el nmero y la posicin de los dobles enlaces carbono-carbono que contienen.

Los cidos grasos son una importante fuente de alimento ya que pueden ser degradados produciendo por unidad de peso ms del doble de energa til que produce la glucosa. Se almacenan en forma de triacilglicridos (triglicridos), compuestos de tres cadenas de cidos grasos unidos a una molcula de glicerol. Estas molculas constituyen las grasas animales que nos son familiares en nuestra experiencia diaria.

La funcin ms importante de los cidos grasos reside en la construccin de las membranas de la clula. Estas finas capas semipermeables que limitan a todas las clulas y envuelven sus orgnulos internos estn compuestas fundamentalemente de fosfolpidos, pequeas molculas que se parecen a los triacilglicridos en que estn constitudas en su mayor parte a partir de cidos grasos y glicerol. En los fosfolpidos, sin embargo, el glicerol est unido a dos cadenas de cido graso y no a tres. El lugar restante del glicerol est acoplado a un grupo fosfato, que a su vez est unido a otro pequeo compuesto hidroflico (como la etanolamina, la colina o la serina, que diferencia los tipos de fosfolpidos existentes).

Cada molcula de fosfolpido tiene una cola hidrofbica- compuesta por las dos cadenas de cido graso- y una cabeza polar hidroflica en la que se encuentra el fosfato. Si se coloca una pequea cantidad de fosfolpido en agua, se extender sobre la superficie formando una monocapa de molculas de fosfolpido; en esta lmina las colas de las molculas quedan densamente empaquetadas unas con otras y dirigidas hacia el aire y las cabezas se hallan en contacto con el agua. Dos de estas lminas se pueden combinar, cola contra cola, formando un sandwich de fosfolpidos, o bicapa lipdica (o capa bifosfolipdica), una estructura extraordinariamente importante que es la base structural de todas las membranas celulares.

AminocidosLos aminocidos comunes son qumicamente variados, pero todos ellos tienen un grupo de cido carboxlico (grupo carboxilo) y un grupo amino, ambos unidos al mismo tomo de carbono central. Se utilizan como subunidades en la sntesis de protenas, que son largos polmeros (conjunto de subunidades) lineales de aminocidos unidos cabeza-cola mediante un enlace peptdico entre el grupo carboxlico de un aminocido y el grupo amino del aminocido siguiente.

Aunque existen muchos aminocidos posibles, en las protenas slo hay 20 aminocidos comunes, cada uno de ellos con una cadena lateral (grupo radical, R) diferente unida al tomo de carbono.

Las propiedades de las cadenas laterales de los aminocidos determinan las propiedades de las protenas y constituyen la base de las distintas y sofisticadas funciones desempeadas por ellas.Nucletidos

En los nucletidos, uno de los diversos compuestos cclicos que contienen nitrgeno, la base est unido a un azcar de cinco carbonos (ribosa o desoxirribosa) que tambin contiene un grupo fosfato. Existe un claro parecido entre los diferentes anillos nitrogenados de los nucletidos. La citosina (C), la timina (T) y el uracilo (U) reciben el nombre de pirimidinas puesto que todos ellos derivan de un anillo de pirimidina hexagonal; la guanina (G) y la adenina (A) son purinas, compuestas por un segundo anillo pentamrico (5 caras) unido al anillo hexamrico (6 caras).

Cada nucletido se nombra en referencia a la nica base que contiene (A-C-G-T-U).

Los nucletidos pueden actuar como transportadores de energa qumica. Destaca el ster trifosfato de adenina (ATP), que participa en la transferencia de energa en cientos de reacciones celulares distintas. Su fosfato terminal se aade utilizando energa de la degradacin de alimentos, y puede ser fcilmente separado por hidrlisis liberando energa, la cual es utilizada en cualquier lugar de la clula en reacciones biosintticas energticamente desfavorables (que requieren energa).

La importancia especial de los nucletidos estriba en el almacenamiento de la informacin biolgica. Los nucletidos constituyen los elementos de construccin de los cidos nucleicos, largos polmeros en los que las subunidades de nucletidos estn unidas covalentemente gracias a la formacin de enlace entre el grupo fosfato de un nucletido y el grupo hidroxilo de la azcar del nucletido siguiente.

Existen dos tipos principales de cidos nucleicos que se diferencian en el tipo de azcar de su esqueleto polimrico. Los que se basan en el azcar ribosa reciben el nombre de cidos ribonucleicos, o RNA, y contienen las bases A, U, G y C. Los que se basan en la desoxirribosa, se denominan cidos desorirribonucleicos, o DNA y contienen las bases A, T, G y C. La Secuencia de las bases en un polmero de DNA o RNA representa la informacin gentica de la clula viva. La capacidad de las bases de diferentes molculas de cido nucleico para reconocerse unas a otras mediante interacciones no covalentes (denominadas apareamiento de bases) G con C y A con T (en el DNA) o con U (en el RNA)- constituye, la base de toda la herencia.