BIOMOLÈCULES: CLASSIFICACIÓ I FUNCIONS PRINCIPALS - BIOLOGIA - 2025

Les biomolècules són molècules que es generen en els éssers vius. El prefix "bio" significa vida; per tant, una biomolècula és un molècula produïda per un ésser viu. Els éssers vius estan formats per diferents tipus de molècules que duen a terme diverses funcions necessàries per a la vida.

A la natura hi ha sistemes biòtics (vius) i abiòtics (no vius) els quals interactuen i, en alguns casos, intercanvien elements. Una característica que tenen en comú tots els éssers vius és que són orgànics, la qual cosa vol dir que les seves molècules constituents estan formades per àtoms de carboni.

Les biomolècules també tenen en comú altres àtoms a més de l'carboni. Aquests àtoms inclouen l'hidrogen, l'oxigen, el nitrogen, el fòsfor i el sofre, principalment. A aquests elements també se'ls anomena bioelements perquè són el component principal de les molècules biològiques.

No obstant això, hi ha altres àtoms que també són presents en algunes biomolècules, encara que en menor quantitat. Aquests són generalment ions metàl·lics com el potassi, el sodi, el ferro i el magnesi, entre altres. Per tant, les biomolècules poden ser de dos tipus: orgàniques o inorgàniques.

Així, els organismes estan formats per molts tipus de molècules a base de carboni, per exemple: sucres, greixos, proteïnes i els àcids nucleics. No obstant això, hi ha altres compostos que també són a força de carboni i que no formen part de les biomolècules.

Aquestes molècules que contenen carboni però que no es troben en sistemes biològics es poden trobar en l'escorça terrestre, en llacs, mars i oceans, i en l'atmosfera. El moviment d'aquests elements en la naturalesa està descrit en el que es coneix com cicles biogeoquímics.

Es pensa que aquestes molècules orgàniques simples que es troben en la naturalesa van ser les que van donar lloc a les biomolècules més complexes que formen part de l'estructura fonamental per a la vida: la cèl·lula. L'anterior és el que es coneix com la teoria de la síntesi abiòtica.

Classificació i funcions de les biomolècules

Les biomolècules són diverses en grandària i estructura, el que els confereix característiques úniques per a l'exercici de les diferents funcions necessàries per a la vida. Així, les biomolècules actuen com a emmagatzematge d'informació, font d'energia, suport, metabolisme cel·lular, entre d'altres.

Les biomolècules es poden classificar en dos grans grups, basant-se en la presència o absència d'àtoms de carboni.

biomolècules inorgàniques

Són totes aquelles molècules que estan presents en els éssers vius i que no contenen carboni en la seva estructura molecular. Les molècules inorgàniques també poden trobar-se en altres sistemes (no vius) de la natura.

Els tipus de biomolècules inorgàniques són els següents:

aigua

És el component principal i fonamental dels éssers vius, és una molècula formada per un àtom d'oxigen unit a dos àtoms d'hidrogen. L'aigua és essencial per a l'existència de la vida i és la biomolècula més comuna.

Entre el 50 i el 95% de l'pes de qualsevol ésser viu és aigua, ja que és necessària per dur a terme diverses funcions importants, com la regulació tèrmica i el transport de substàncies.

sals minerals

Són molècules simples formades per àtoms amb càrrega oposada que se separen completament en l'aigua. Per exemple: el clorur de sodi, format per un àtom de clor (carregat negativament) i un àtom de sodi (carregat positivament).

Les sals minerals participen en la formació d'estructures rígides, com els ossos dels vertebrats o l'exosquelet dels invertebrats. Aquestes biomolècules inorgàniques també són necessàries per dur a terme moltes funcions cel·lulars importants.

gasos

Són molècules que es troben en forma de gas. Són fonamentals per a la respiració dels animals i la fotosíntesi en les plantes.

Exemples d'aquests gasos són: l'oxigen molecular, format per dos àtoms d'oxigen units entre si; i el diòxid de carboni, format per un àtom de carboni unit a dos àtoms d'oxigen. Les dues biomolècules participen en l'intercanvi gasós que realitzen els éssers vius amb el seu ambient.

biomolècules orgàniques

Les biomolècules orgàniques són aquelles molècules que contenen àtoms de carboni en la seva estructura. Les molècules orgàniques també es poden trobar distribuïdes en la naturalesa formant part de sistemes no vius, i constitueixen el que es coneix com a biomassa.

Els tipus de biomolècules orgàniques són els següents:

carbohidrats

Els carbohidrats són probablement les substàncies orgàniques més abundants i esteses en la naturalesa, i són components essencials de tots els éssers vius.

Els carbohidrats són produïts per les plantes verdes a partir de l'diòxid de carboni i l'aigua durant el procés de fotosíntesi.

Aquestes biomolècules estan formats fonamentalment per àtoms de carboni, hidrogen i oxigen. També se'ls coneix com hidrats de carboni o sacàrids, i funcionen com a fonts d'energia i com a components estructurals dels organismes.

- Monosacàrids

Els monosacàrids són els carbohidrats més simples i sovint es diuen sucres simples. Són els blocs de construcció elementals a partir dels quals es formen tots els carbohidrats més grans.

Els monosacàrids tenen la fórmula molecular general (CH2O) n, on n pot ser 3, 5 o 6. Així, els monosacàrids es poden classificar segons el nombre d'àtoms de carboni presents en la molècula:

Si n = 3, la molècules és una triosa. Per exemple: el gliceraldehid.

Si n = 5, la molècula és una pentosa. Per exemple: la ribosa i la desoxiribosa.

Si n = 6, la molècula és una hexosa. Per exemple: la fructosa, la glucosa i la galactosa.

Les pentoses i les hexoses poden existir en dues formes: cícliques i no cícliques. En la forma no cíclica seus estructurals moleculars mostren dos grups funcionals: un grup aldehid o un grup cetona.

Els monosacàrids que contenen el grup aldehid s'anomenen aldoses, i els que tenen un grup cetona s'anomenen cetoses. Les aldoses són sucres reductors, mentre que les cetosas són sucres no reductors.

No obstant això, en l'aigua les pentoses i les hexoses existeixen principalment en forma cíclica, i és en aquesta forma en la qual es combinen per formar molècules de sacàrids més grans.

- Disacàrids

La majoria dels sucres que es troben en la naturalesa són disacàrids. Aquests es formen mitjançant la formació d'un enllaç glicosídic entre dos monosacàrids, a través d'una reacció de condensació que allibera aigua. Aquest procés de formació de l'enllaç requereix energia per mantenir juntes les dues unitats de monosacàrids.

Els tres disacàrids més importants són la sacarosa, la lactosa i la maltosa. Es formen a partir de la condensació dels monosacàrids apropiats. La sacarosa és un sucre no reductor, mentre que la lactosa i la maltosa són sucres reductors.

Els disacàrids són solubles en aigua, però són biomolècules molt grans per travessar la membrana cel·lular per difusió. Per aquesta raó, es descomponen a l'intestí prim durant la digestió perquè els seus components fonamentals (és a dir, els monosacàrids) passin a la sang ia les altres cèl·lules.

Els monosacàrids es fan servir molt ràpidament per les cèl·lules. No obstant això, si una cèl·lula no necessita l'energia immediatament pot emmagatzemar-la en forma de polímers més complexos. Així, els monosacàrids es converteixen en disacàrids mitjançant reaccions de condensació que tenen lloc en la cèl·lula.

- Oligosacàrids

Els oligosacàrids són molècules intermèdies formades per tres a nou unitats de sucres simples (monosacàrids). Es formen descomponent parcialment carbohidrats més complexos (polisacàrids).

La majoria dels oligosacàrids naturals es troben en les plantes i, a excepció de la maltotriosa, són indigeribles pels éssers humans perquè el cos humà no té enzims necessàries en l'intestí prim per descompondre'ls.

A l'intestí gros, els bacteris beneficioses poden descompondre els oligosacàrids mitjançant fermentació; així es transformen en nutrients absorbibles que proporcionen una mica d'energia. Certs productes de degradació dels oligosacàrids poden tenir un efecte beneficiós en el revestiment de l'intestí gros.

Exemples d'oligosacàrids inclouen la rafinosa, 1 trisacárido de les lleguminoses i alguns cereals compostos per glucosa, fructosa i galactosa. La maltotriosa, 1 trisacárido de glucosa, es produeix en algunes plantes i en la sang de certs artròpodes.

- Polisacàrids

Els monosacàrids poden patir una sèrie de reaccions de condensació, afegint una unitat després d'una altra a la cadena fins que es formen molècules molt grans. Aquests són els polisacàrids.

Les propietats dels polisacàrids depenen de diversos factors de la seva estructura molecular: longitud, ramificacions laterals, plegaments i si la cadena és "recta" o "enrrollada". Hi ha diversos exemples de polisacàrids en la naturalesa.

El midó sovint es produeix en les plantes com una forma d'emmagatzemar energia, i està compost per polímers de α-glucosa. Si el polímer és ramificat se l'anomena amilopectina, i si no és ramificat se l'anomena amilosa.

El glucogen és el polisacàrid de reserva energètica en els animals i està format per amilopectinas. Així, el midó de les plantes es degrada en el cos per produir glucosa, la qual entra a la cèl·lula i s'usa en el metabolisme. La glucosa que no és utilitzada polimeritza i forma glicogen, el dipòsit d'energia.

lípids

Els lípids són un altre tipus de biomolècules orgàniques que destaca per que són hidrofòbiques (repel·leixen l'aigua) i, en conseqüència, són insolubles en aigua. Depenent de la seva estructura, els lípids poden classificar en 4 grups principals:

- Triglicèrids

Els triglicèrids estan formats per una molècula de glicerol unida a tres cadenes d'àcids grassos. Un àcid gras és una molècula lineal que conté en un extrem un àcid carboxílic, seguit per una cadena hidrocarbonada i un grup metil en l'altre extrem.

Depenent seva estructura els àcids grassos poden ser saturats o insaturats. Si la cadena hidrocarbonada conté només enllaços simples, es tracta d'un àcid gras saturat. Contràriament, si aquesta cadena hidrocarbonada posseeix un o més enllaços dobles, l'àcid gras és insaturat.

Dins d'aquesta categoria hi ha els olis i greixos. Els primers són la reserva energètica de les plantes, posseeixen insaturacions i són líquids a temperatura ambient. En contrast, els greixos són les reserves d'energia dels animals, són molècules saturades i sòlides a temperatura ambient.

fosfolípids

Els fosfolípids són similars als triglicèrids en el fet que posseeixen una molècula de glicerol unida a dos àcids grassos. La diferència està en que els fosfolípids posseeixen un grup fosfat en el tercer carboni de l'glicerol, en comptes d'una altra molècula d'àcid gras.

Aquests lípids són molt importants a causa de la forma en què poden interactuar amb l'aigua. A l'tenir un grup fosfat en un extrem, la molècula es torna hidrofílica (atreu l'aigua) en aquesta regió. No obstant això, segueix sent hidrofòbica en la resta de la molècula.

Per la seva estructura, els fosfolípids tendeixen a organitzar-se de tal manera que els grups fosfat quedin disponibles per interactuar amb el medi aquós, mentre que les cadenes hidrofòbiques que organitzen a l'interior estan lluny de l'aigua. Així, els fosfolípids formen part de totes les membranes biològiques.

- Esteroides

Els esteroides estan formats per quatre anells de carboni fusionats, als quals se'ls uneixen diferents grups funcionals. Un dels més importants és el colesterol, ja que és imprescindible per als éssers vius. És el precursor d'algunes hormones importants com el estrogen, la testosterona i la cortisona, entre d'altres.

- Ceres

Les ceres són un petit grup de lípids que posseeixen funció protectora. Es troben en les fulles dels arbres, en les plomes de les aus, a l'orella d'alguns mamífers i en llocs que necessiten ser aïllats o protegits de l'ambient extern.

àcids nucleics

Els àcids nucleics són les principals molècules transportadores d'informació genètica en els éssers vius. La seva funció principal és dirigir el procés de síntesi de proteïnes, les quals determinen les característiques heretades de cada ésser viu. Estan compostos per àtoms de carboni, hidrogen, oxigen, nitrogen i fòsfor.

Els àcids nucleics són polímers formats per repeticions de monòmers, anomenats nucleòtids. Cada nucleòtid consisteix en una base aromàtica que conté nitrogen unida a un sucre pentosa (cinc carbonis), que al seu torn està unida a un grup fosfat.

Les dues classes principals d'àcids nucleics són l'àcid desoxiribonucleic (ADN) i l'àcid ribonucleic (ARN). L'ADN és la molècula que conté tota la informació d'una espècie, per la qual cosa està present en tots els éssers vius i en la majoria dels virus.

L'ARN és el material genètic de certs virus, però també es troba en totes les cèl·lules vives. Allà exerceix funcions importants en certs processos, com la fabricació de proteïnes.

Cada àcid nucleic conté quatre de cinc bases possibles que contenen nitrogen: adenina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T) i uracil (U). L'ADN posseeix les bases adenina, guanina, citosina i timina, mentre que l'ARN posseeix les mateixes excepte la timina, la qual és substituïda per l'uracil en l'ARN.

- Àcid desoxiribonucleic (ADN)

La molècula d'ADN està formada per dues cadenes de nucleòtids units per uns enllaços anomenats enllaços fosfodiéster. Cada cadena té una estructura en forma d'hèlix. Les dues hèlixs s'entrellacen per donar una doble hèlix. Les bases estan a l'interior de l'hèlix i els grups de fosfat estan a l'exterior.

L'ADN es compon d'una cadena principal de sucre desoxiribosa unida a un fosfat i de les quatre bases nitrogenades: adenina, guanina, citosina i timina. En l'ADN de doble cadena es formen parells de bases: l'adenina sempre s'uneix a la timina (AT) i la guanina a la citosina (GC).

Les dues hèlixs es mantenen juntes aparellant les bases dels nucleòtids mitjançant enllaços d'hidrogen. L'estructura de vegades es descriu com una escala on les cadenes de sucre i fosfat són els costats i els enllaços base-base són els esglaons.

Aquesta estructura, juntament amb l'estabilitat química de la molècula, fa que l'ADN sigui el material ideal per a transmetre d'informació genètica. Quan una cèl·lula es divideix, el seu ADN es copia i passa d'una generació de cèl·lules a la següent generació.

- Àcid ribonucleic (ARN)

L'ARN és un polímer d'àcid nucleic l'estructura està formada per una sola cadena de nucleòtids: adenina, citosina, guanina i uracil. A l'igual que en l'ADN, la citosina sempre s'uneix a la guanina (CG) però l'adenina s'uneix a l'uracil (AU).

És el primer intermediari en la transferència de la informació genètica en les cèl·lules. L'ARN és essencial per a la síntesi de proteïnes, ja que la informació continguda en el codi genètic generalment es transmet des de l'ADN a l'ARN, i d'aquest a les proteïnes.

Alguns ARN també compleixen funcions directes en el metabolisme cel·lular. L'ARN s'obté copiant la seqüència de bases d'un segment d'ADN anomenada gen, en una porció d'àcid nucleic monocatenari. Aquest procés, anomenat transcripció, és catalitzat per un enzim anomenat ARN polimerasa.

Hi ha diversos tipus diferents d'ARN, principalment són 3. El primer és l'ARN missatger, que és el que es copia directament des de l'ADN mitjançant la transcripció. El segon tipus és l'ARN de transferència, que és el que transfereix els aminoàcids correctes per a la síntesi de proteïnes.

Finalment, l'altra classe d'ARN és l'ARN ribosòmic que, juntament amb algunes proteïnes, forma els ribosomes, organulos cel·lulars encarregats de sintetitzar totes les proteïnes de la cèl·lula.

proteïnes

Les proteïnes són molècules grans i complexes que exerceixen moltes funcions importants i fan la major part de la feina a les cèl·lules. Són necessàries per a l'estructura, funció i regulació dels éssers vius. Es componen d'àtoms de carboni, hidrogen, oxigen i nitrogen.

Les proteïnes estan formades per unitats més petites anomenades aminoàcids, unides entre si mitjançant enllaços peptídics i formant llargues cadenes. Els aminoàcids són petites molècules orgàniques amb propietats fisicoquímiques molt particulars, hi ha 20 tipus diferents.

La seqüència d'aminoàcids determina l'estructura tridimensional única de cada proteïna i la seva funció específica. De fet, les funcions de les proteïnes individuals són tan variades com les seves seqüències úniques d'aminoàcids, les quals determinen les interaccions que generen estructures tridimensionals complexes.

funcions variades

Les proteïnes poden ser components estructurals i de moviment per la cèl·lula, com ara l'actina. Altres funcionen accelerant les reaccions bioquímiques dins de la cèl·lula, com l'ADN polimerasa, que és l'enzim que sintetitza l'ADN.

Hi ha altres proteïnes la funció és transmetre un missatge important per a l'organisme. Per exemple, alguns tipus d'hormones com la de l'creixement transmeten senyals per coordinar processos biològics entre diferents cèl·lules, teixits i òrgans.

Algunes proteïnes s'uneixen i transporten àtoms (o molècules petites) dins de les cèl·lules; tal és el cas de la ferritina, que s'encarrega d'emmagatzemar ferro en alguns organismes. Un altre grup de proteïnes importants són els anticossos, que pertanyen a el sistema immune i s'encarreguen de detectar toxines i patògens.

Així, les proteïnes són els productes finals de l'procés de descodificació de la informació genètica que comença amb l'ADN cel·lular. Aquesta increïble varietat de funcions es deriva d'un codi sorprenentment simple que és capaç d'especificar un conjunt enormement divers d'estructures.

referències

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molecular Biology of the Cell (6th ed.). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Bioquímica (8th ed.). WH Freeman and Company.
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biology (2nd ed.) Pearson Education.
4. Lodish et, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molecular Cell Biology (8th ed.). WH Freeman and Company.
5. Solomon, I., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biology (7th ed.) Cengage Learning.
6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level (5th ed.). Wiley.