BIOMOLÈCULES ORGÀNIQUES: CARACTERÍSTIQUES, FUNCIONS I EXEMPLES - BIOLOGIA - 2025

Les biomolècules orgàniques es troben en tots els éssers vius i es caracteritzen per tenir una estructura basada en l'àtom de carboni. Si les comparem amb les molècules inorgàniques, les orgàniques són molt més complexes en termes de la seva estructura. A més, són molt més variades.

Es classifiquen en proteïnes, carbohidrats, lípids i àcids nucleics. Les seves funcions són extremadament variades. Les proteïnes participen com a elements estructurals, funcionals i catalítics. Els carbohidrats també tenen funcions estructurals i són la principal font d'energia dels éssers orgànics.

Font: pixabay.com

Els lípids són importants components de les membranes biològiques i altres substàncies, com hormones. També funcionen com a elements d'emmagatzematge energètic. Finalment, els àcids nucleics - l'ADN i l'ARN - contenen tota la informació necessària el desenvolupament i manteniment dels éssers vius.

Característiques generals

Una de les característiques més rellevants de les biomolècules orgàniques és la seva versatilitat a l'hora de formar les estructures. Aquesta enorme diversitat de variants orgàniques que poden existir es deu a la situació privilegiada que aporta l'àtom de carboni, al centre de el segon període.

L'àtom de carboni posseeix quatre electrons en l'últim nivell d'energia. Gràcies a la seva electronegativitat mitjana, és capaç de formar enllaços amb altres àtoms de carboni, formant cadenes de diferent forma i longitud, obertes o tancades, amb enllaços senzills, dobles o triples al seu interior.

De la mateixa manera, l'electronegativitat mitjana de l'àtom de carboni permet formar enllaços amb altres àtoms diferents a l'carboni, com electropositius (hidrogen) o electronegatius (oxigen, nitrogen, sofre, entre d'altres).

Aquesta propietat d'enllaç permet establir una classificació per als carbonis en primari, secundari, terciari o quaternari, depenent de el nombre de carboni amb el qual es trobi enllaçat. Aquest sistema de classificació és independent de l'nombre de valències involucrades en l'enllaç.

Classificació i funcions

Les molècules orgàniques es classifiquen en quatre grans grups: les proteïnes, els carbohidrats, els lípids i els àcids nucleics. A continuació els descriurem amb detall:

-proteïnes

Les proteïnes constitueixen el grup de molècules orgàniques millor definides i caracteritzades pels biòlegs. Aquest ampli coneixement es deu, principalment, a la facilitat intrínseca que existeix per ser aïllades i caracteritzada - comparada amb la resta de les tres molècules orgàniques.

Les proteïnes exerceixen una sèrie de papers biològics extremadament amplis. Poden servir com a molècules transportadores, estructurals i fins catalítiques. Aquest últim grup està compost amb els enzims.

Blocs estructurals: els aminoàcids

Els blocs estructurals de les proteïnes són els aminoàcids. A la natura, trobem 20 tipus d'aminoàcids, cadascun amb les seves propietats fisicoquímiques ben definides.

Aquestes molècules es classifiquen com a alfa-aminoàcids, perquè posseeixen un grup amino primari i un grup àcid carboxílic com substituent en el mateix àtom de carboni. L'única excepció a aquesta regla és l'aminoàcid prolina, el qual és catalogat com un alfa-iminoàcid per la presència d'un grup amino secundari.

Per formar les proteïnes, cal que aquests "blocs" polimericen, i ho fan formant un enllaç peptídic. La formació d'una cadena de proteïnes involucra l'eliminació d'una molècula d'aigua per cada enllaç peptídic. Aquest enllaç es representa com CO-NH.

A més de formar part de les proteïnes, alguns aminoàcids són considerats metabòlits energètics i molts d'ells són elements nutritius essencials.

Propietats dels aminoàcids

Cada aminoàcid té la massa i la mitjana d'aparició particular en les proteïnes. A més, cada un té un valor de pK dels grups de l'àcid alfa-carboxílic, alfa-amino i de el grup lateral.

Els valors de pK dels grups de l'àcid carboxílic es troben situats al voltant de 2,2; mentre que els grups alfa-amino presenten valors de pK a prop de l'9,4. Aquesta característica comporta a una característica estructural típica dels aminoàcids: a el pH fisiològic tots dos grups es troben en forma de ió.

Quan una molècula porta grups carregats de polaritats oposades s'anomenen ions dipolars o zwitterions. Per això, un aminoàcid pot actuar com un àcid o com una base.

La major part dels alfa-aminoàcids presenten punts de fusió propers als 300 ° C. Es dissolen amb més facilitat en ambients polars, comparat amb la seva solubilitat en solvents no polar. La majoria són bastant solubles en aigua.

Estructura de les proteïnes

Per poder puntualitzar la funció d'una proteïna en particular, és menester determinar la seva estructura, és a dir, la relació tridimensional que hi ha entre els àtoms que formen la proteïna en qüestió. Per a les proteïnes s'han determinat quatre nivells d'organització de la seva estructura:

Estructura primària: fa referència a la seqüència d'aminoàcid que formen a la proteïna, excloent qualsevol conformació que puguin prendre les seves cadenes laterals.

Estructura secundària: està formada per la disposició espacial local dels àtoms de l'esquelet. Una altra vegada, no es tenen en compte la conformació de les cadenes laterals.

Estructura terciària: fa referència a l'estructura tridimensional de tota la proteïna. Encara que pogués ser difícil establir una divisió clara entre l'estructura terciària i secundària, s'usen conformacions definides (com la presència d'hèlixs, fulles plegades i girs) per designar exclusivament les estructures secundàries.

Estructura quaternària: s'aplica a aquelles proteïnes que estan formades per diverses subunitats. És a dir, per dos o més cadenes polipeptídiques individuals. Aquestes unitats poden interaccionar per mitjà de forces covalents, o bé per enllaços disulfur. La disposició espacial de les subunitats determina l'estructura quaternària.

-Carbohidratos

Els carbohidrats, hidrats de carboni o sacàrids (de les arrels gregues sakcharón, que significa sucre) són la classe de molècules orgàniques més abundants a tot el planeta terra.

La seva estructura pot inferir del seu nom "hidrats de carboni", ja que són molècules amb fórmula (CH ₂ O) _n, on la n és major a 3.

Les funcions dels carbohidrats són variades. Una de les principals és de l'tipus estructural, particularment en les plantes. En el regne vegetal, la cel·lulosa és el seu material estructural principal, el qual correspon a un 80% de l'pes sec de l'organisme.

Una altra funció rellevant és el seu paper energètic. Els polisacàrids, com el midó i el glucogen, representen fonts importants de reserves nutritives.

classificació

Les unitats bàsiques dels carbohidrats són els monosacàrids o sucres senzills. Aquests són derivats de aldehids o cetones de cadena lineal i alcohols polihidroxílicos.

Es classifiquen d'acord a la naturalesa química del seu grup carbonil en aldoses i cetoses. També es classifiquen en funció de nombre de carbonis.

Els monosacàrids s'agrupen per formar els oligosacàrids, que freqüentment es troben en associació amb un altre tipus de molècules orgàniques com les proteïnes i els lípids. Aquests es classifiquen en Homopolisacàrids o heteropolisacàrids, depenent si estan compostos pels mateixos monosacàrids (el primer cas) o són diferents.

A més, també es classifiquen d'acord a la naturalesa de l'monosacàrid que els compon. Els polímers de glucosa s'anomenen glucans, els formats per galactosa es denominen galactanos, i així successivament.

Els polisacàrids tenen la peculiaritat de formar cadenes lineals i ramificades, ja que els enllaços glicosídics poden formar-se amb qualsevol dels grups hidroxil que es troben en el monosacàrid.

Quan s'associen un major nombre d'unitats de monosacàrids, parlem de polisacàrids.

-Lípidos

Els lípids (de el grec lipos, que significa greix) són molècules orgàniques insolubles en aigua i solubles en dissolvents inorgànics, com el cloroform. Aquests constitueixen els greixos, olis, vitamines, hormones i les membranes biològiques.

classificació

Àcids grassos: són àcids carboxílics amb cadenes formats per hidrocarburs d'una longitud considerable. Fisiològicament, és rar trobar-los lliures, ja que en la majoria dels casos es troben esterificats.

En els animals i en les plantes els trobem freqüentment en la seva forma insaturat (formant dobles enllaços entre els carbonis), i poliinsaurados (amb dos o més dobles enllaços).

Triacilglicerols: també anomenats triglicèrids o grassos neutres, constitueixen la majoria de greixos i olis presentin en animals i plantes. La seva funció principal és emmagatzemar energia en els animals. Aquests compten amb cèl·lules especialitzades per al seu emmagatzematge.

Es classifiquen segons la identitat i posició de les restes d'àcids grassos. Generalment, els olis vegetals són líquids a temperatura ambient i són més rics en restes d'àcids grassos amb enllaços dobles i triples entre els seus carbonis.

En contrast, els greixos animals són sòlides a temperatura ambient i no el nombre de carbonis insaturats és baix.

Glicerofosfolípids: també coneguts com fosfoglicèrids, són els components principals de les membranes lipídiques.

Els glicerofosfolípids presenten una "cua" amb característiques apolars o hidrofòbiques, i una "cap" polar o hidrofílica. Aquestes estructures s'agrupen en una bicapa, amb les cues apuntant a l'interior, per formar les membranes. En aquestes, s'incrusten una sèrie de proteïnes.

Esfingolípids: són lípids que es troben en quantitats molt baixes. També formen part de les membranes i són derivats de l'esfingosina, dihidroesfingosina i els seus homòlegs.

Colesterol: en els animals és un component predominant de les membranes, que modifica les seves propietats, com la fluïdesa de la mateixa. També es localitza en les membranes dels orgànuls cel·lulars. És un important precursor de les hormones esteroidees, relacionades amb el desenvolupament sexual.

-Àcids nucleics

Els àcids nucleics són l'ADN i els diferents tipus d'ARN que existeixen. L'ADN és el responsable de l'emmagatzematge de tota la informació genètica, que permet el desenvolupament, creixement i manteniment dels organismes vius.

L'ARN, per la seva banda, participa al pas de la informació genètica codificada en l'ADN a molècules de proteïnes. Clàssicament, es distingeixen tres tipus d'ARN: missatger, de transferència i ribosomal. No obstant això, hi ha una sèrie de petits ARN que posseeixen funcionin reguladores.

Blocs estructurals: els nucleòtids

Els blocs estructurals dels àcids nucleics, ADN i ARN, són els nucleòtids. Químicament, són èsters fosfat de pentoses, en què una base nitrogenada s'uneix a la primera carboni. Podem distingir entre ribonucleòtids i desoxiribonucleòtids.

Aquestes molècules són planes, aromàtiques i heterocícliques. Quan el grup fosfat està absent, el nucleòtid passa a denominar-nucleòsid.

A més del seu paper de monòmers en els àcids nucleics, aquestes molècules són biològicament ubiqües i participen en un nombre significatiu de processos.

Els nucleòsid trifosfat són productes rics en energia, com l'ATP i són usats com a moneda energètica de les reaccions cel·lulars. Són un component important de les coenzims NAD ⁺, NADP ⁺, FMN, FAD i coenzim A. Finalment, són elements reguladors de diferents vies metabòliques.

exemples

Existeixen una infinitat d'exemples de molècules orgàniques. A continuació es discutiran les més destacades i estudiades pels bioquímics:

l'hemoglobina

L'hemoglobina, el pigment vermell de la sang, és un dels exemples clàssics de proteïnes. Gràcies a la seva àmplia difusió i fàcil aïllament ha estat una proteïna estudiada des de l'antiguitat.

És una proteïna formada per quatre subunitats, per la qual cosa entra en la classificació de tetramérica, amb dues unitats alfa i dues beta. Les subunitats de l'hemoglobina estan relacionades amb una proteïna petita encarregada de la captació d'oxigen en el múscul: la mioglobina.

El grup hemo és un derivat de la porfirina. Aquest caracteritza a l'hemoglobina i és el mateix grup que es troba en els citocroms. El grup hemo és el responsable de la color vermell característic de la sang i és la regió física on cada monòmer de globina s'uneix amb l'oxigen.

La funció principal d'aquesta proteïna és el transport d'oxigen des de l'òrgan encarregat de l'intercanvi gasós - tant si es diu pulmons, ganyes o pell - fins als capil·lars, per a ser usat en la respiració.

celulosa

La cel·lulosa és un polímer lineal conformat per subunitats de D-glucosa, unides mitjançant enllaços de el tipus beta 1,4. Com la majoria dels polisacàrids, no posseeixen una grandària màxima limitat. No obstant això, de mitjana presenten uns 15.000 restes de glucosa.

És el component de les parets cel·lulars de les plantes. Gràcies a la cel·lulosa, aquestes són rígides i permeten suportar l'estrès osmòtic. De la mateixa manera, en les plantes més grans, com els arbres, la cel·lulosa dóna suport i estabilitat.

Tot i que es relaciona predominant amb vegetals, alguns animals anomenats tunicats presenten cel·lulosa en la seva estructura.

S'estima que una mitjana de 10 ¹⁵ quilograms de cel·lulosa són sintetitzats - i degradats - per any.

membranes biològiques

Les membranes biològiques estan compostes principalment per dos biomolècules, els lípids i les proteïnes. La conformació espacial dels lípids és en forma de bicapa, amb les cues hidrofòbiques apuntant a l'interior, i els caps hidrofíliques a l'exterior.

La membrana és un ens dinàmic i els seus components experimenten moviments freqüents.

referències

1. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, & Pérez, RS (2011). Fonaments de bioquímica. Universitat de València.
2. Battaner Arias, I. (2014). Compendi de enzimologia. Edicions Universitat de Salamanca.
3. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Bioquímica. Reverté.
4. Devlin, TM (2004). Bioquímica: llibre de text amb aplicacions clíniques. Reverté.
5. Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Bioquímica. Editorial Limusa.
6. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Bioquímica humana: curs bàsic. Reverté.
7. Müller-Esterl, W. (2008). Bioquímica. Fonaments per a medicina i ciències de la vida. Reverté.
8. Teijón, JM (2006). Fonaments de bioquímica estructural. Editorial Tébar.