Macromolécula
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Las macromoléculas son moléculas de enorme tamaño, es decir, que están compuestas por miles o cientos de miles de átomos. Pueden ser de naturaleza biológica, resultado de los procesos que ocurren en los organismos vivientes, o bien sintéticas, producidas por el ser humano en laboratorios químicos o biológicos.
Sumario
Origen
El término macromoléculas fue acuñado en 1920 por Hermann Staudinger, Premio Nobel en Química. En ese entonces se refería a las macromoléculas como moléculas que pesaban más de 10000 dalton de masa atómica, aunque pueden pesar mucho más.
Las macromoléculas que están compuestas por unidades de moléculas más pequeñas (llamadas monómeros) que se repiten conformando toda su estructura se llaman polímeros. Los polímeros también pueden ser naturales o sintéticos, por ejemplo, las proteínas, los ácidos nucleicos y los carbohidratos son polímeros naturales, mientras que los plásticos y las fibras sintéticas son polímeros sintéticos.
Es importante entender la diferencia entre macromolécula y polímero, porque si bien ambos tienen gran tamaño, no son exactamente lo mismo. Existen macromoléculas que no son polímeros, porque no están formadas por una unidad molecular que se repite (monómero), aunque siguen siendo de gran tamaño. Por ejemplo, las grasas y los macrociclos son macromoléculas, pero no son polímeros. Por otro lado, existen algunos polímeros medianos, es decir, que su tamaño no es tan grande como el de una macromolécula.
Funciones de las macromoléculas
Las macromoléculas pueden tener funciones muy diversas, dependiendo de cuál estemos hablando. Por ejemplo, las macromoléculas de la glucosa son una fuente energética para los organismos vivientes.
Un ejemplo muy distinto es la macromolécula de ADN, que es básicamente un dispositivo de memoria celular empleado a la hora de sintetizar proteínas o a la hora de la replicación celular.
Por otra parte, las proteínas cumplen funciones estructurales, de transporte y también pueden actuar como catalizadores.
La macromoléculas sintéticas, como los polímeros polietileno y nylon, son muy usados en la industria química para fabricar plásticos o como aislantes.
Las macromoléculas, de forma general, están compuestas por unidades moleculares más pequeñas que están unidas por enlaces covalentes, por puentes de hidrógeno, por fuerzas de Van der Waals o por interacciones hidrofóbicas. En todos los casos, componen grandes estructuras moleculares que contienen miles de átomos ordenados en secuencias fijas, y resultan en compuestos de un altísimo peso molecular.
Además, dependiendo de su estructura, las macromoléculas pueden ser:
• Lineales. Cuando conforman largas cadenas que repiten algún orden de monómeros, unidos entre sí por cabeza y cola.
• Ramificadas. Cuando cada monómero puede unirse a otras cadenas, formando ramas (como los árboles) de diverso tamaño a una distancia determinada de la cadena principal.
Por otro lado, las macromoléculas se pueden clasificar según su composición en:
• Homopolímeros. Están formadas por un único tipo de monómero que se repite a través de toda su estructura molecular.
• Copolímeros. Están formadas por más de un tipo de monómero.
Importancia de las macromoléculas
Las macromoléculas se distinguen del resto de las moléculas naturales y sintéticas en que poseen un enorme volumen y peso molecular. Como consecuencia, sus propiedades son más complejas y útiles que las de otras moléculas. Por ejemplo, los polímeros producidos por el hombre permiten la creación de materiales novedosos con aplicaciones imprevistas. Por otro lado, ciertas macromoléculas biológicas desempeñan tareas complejas, ya sea como aportante de material y/o de energía para otros procesos, o bien como mecanismos de acción bioquímica, como ocurre con la insulina, la hormona de regulación del azúcar en el cuerpo humano, compuesta por 51 aminoácidos.
Macromoléculas naturales
Las macromoléculas naturales suelen ser compuestos muy específicos que cumplen funciones vitales. En algunos casos funcionan como insumo metabólico (como los carbohidratos) y en otros son moléculas estructurales (como los lípidos).
También son actores fundamentales de procesos sumamente complicados, como son el ADN y el ARN, que participan de la replicación celular o mitosis. Algunos ejemplos simples de macromoléculas naturales son el almidón, la celulosa, el glucógeno, la fructosa, la glucosa o la lignina presente en la madera.
Macromoléculas sintéticas
Las moléculas sintéticas son, como su nombre indica, aquellas sintetizadas artificialmente por el ser humano mediante diversos procesos químicos en los que se controla, potencia o acelera la unión de los monómeros.
Son particularmente importantes en la industria petroquímica y de los derivados del petróleo, de la cual obtenemos importantes materiales orgánicos de tipo polimérico, como la mayoría de los plásticos (polietileno, PCV), las fibras sintéticas (poliéster, nylon) o los materiales de avanzada tecnología (como los nanotubos de carbono).
Biomoléculas
Te explicamos qué son las biomoléculas y cómo son las biomoléculas orgánicas e inorgánicas. Cuáles son sus funciones e importancia.
¿Qué son las biomoléculas?
Las biomoléculas o moléculas biológicas son todas aquellas moléculas propias de los seres vivos, ya sea como producto de sus funciones biológicas o como constituyente de sus cuerpos. Se presentan en un enorme y variado rango de tamaños, formas y funciones. Las principales biomoléculas son los carbohidratos, las proteínas, los lípidos, los aminoácidos, las vitaminas y los ácidos nucleicos.
El cuerpo de los seres vivos está conformado principalmente por combinaciones complejas de seis elementos primordiales: el carbono (C), el hidrógeno (H), el oxígeno (O), el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el azufre (S). Esto se debe a que estos elementos permiten:
• La formación de enlaces covalentes (que comparten electrones) sumamente estables (simples, dobles o triples).
• La formación de esqueletos tridimensionales de carbono.
• La construcción de múltiples grupos funcionales con características sumamente distintas y particulares.
Por esta razón, las biomoléculas suelen estar constituidas por este tipo de elementos químicos. Las biomoléculas comparten una relación fundamental entre estructura y funciones, en la que interviene también el entorno en el que se encuentran. Por ejemplo, los lípidos poseen una parte hidrófoba, o sea, que repele el agua, por lo que suelen organizarse en presencia de ella de modo tal que los extremos hidrófilos (atraídos por el agua) queden en contacto con el entorno y los hidrófobos queden a su resguardo. Este tipo de funciones son fundamentales para la comprensión del funcionamiento bioquímico de los organismos vivientes.
Según su naturaleza química, las biomoléculas pueden clasificarse en orgánicas e inorgánicas.
Funciones de las biomoléculas
Las biomoléculas pueden tener diversas funciones, tales como:
• Funciones estructurales. Las proteínas y los lípidos sirven como materia de sostén de las células, manteniendo la estructura de membranas y tejidos. Los lípidos también constituyen la reserva de energía en los animales y las plantas.
• Funciones de transporte. Algunas biomoléculas sirven para movilizar nutrientes y otras sustancias a lo largo del cuerpo, dentro y fuera de las células, uniéndose a ellas mediante enlaces específicos que luego pueden romperse. Un ejemplo de este tipo de biomolécula es el agua.
• Funciones de catálisis. Las enzimas son biomoléculas capaces de catalizar (acelerar) la velocidad de determinadas reacciones químicas sin formar parte de la reacción, por tanto, no constituyen ni un reactivo, ni un producto. Estos tipos de biomoléculas regulan un numeroso grupo de procesos químicos y biológicos que ocurren en el cuerpo humano, de los animales y las plantas. También existen los inhibidores, que son moléculas que disminuyen la velocidad de determinadas reacciones químicas y, por tanto, también intervienen en la regulación de los procesos químicos y biológicos. Ejemplos de enzimas son la amilasa, que se produce en la boca y permite descomponer moléculas de almidón, y la pepsina, que se produce en el estómago y permite descomponer proteínas en aminoácidos.
• Funciones energéticas. La nutrición de los organismos vivos puede ser autótrofa, cuando son capaces de sintetizar los compuestos fundamentales para su metabolismo a expensas de moléculas inorgánicas (sin depender de otro ser vivo), o heterótrofa, cuando obtienen la materia orgánica necesaria para su metabolismo a partir de la materia orgánica sintetizada por otros organismos autótrofos o heterótrofos (dependiendo de otro ser vivo). En ambos casos, la energía necesaria para sostener la vida en los organismos vivos se obtiene mediante un proceso denominado oxidación, que consiste en degradar la glucosa a formas más simples para obtener energía. Los lípidos también son una fuente esencial de energía.
• Funciones genéticas. El ADN (ácido desoxirribonucleico ) es un ácido nucleico que contiene toda la información genética necesaria para el desarrollo y funcionamiento de todos los seres vivos. Además, es responsable de transmitir la información hereditaria. Por otra parte, el ARN (ribonucleico) es un ácido ribonucleico que interviene en la síntesis de proteínas necesarias para el desarrollo y funcionamiento de las células. El ADN y el ARN no actúan solos, el ADN se vale del ARN para transmitir información genética durante la síntesis de proteínas. Estas dos biomoléculas constituyen la base del genoma (todo el material genético que contiene un organismo particular), por tanto, determinan lo que es una especie o un individuo específico.
Importancia de las biomoléculas
Las biomoléculas son indispensables para el nacimiento, desarrollo y funcionamiento de todas las células que conforman a los organismos vivos. Cumplen funciones vitales de sostén, de regulación de procesos y de transporte de sustancias en cada una de las células que forman los tejidos, órganos y sistemas de órganos.
La falta de determinada biomolécula en algún organismo vivo puede provocar deficiencias y desequilibrios en su funcionamiento, provocando su deterioro o la muerte.
Bioelementos y biomoléculas
Se denomina bioelementos a los elementos químicos a partir de los cuales se componen las biomoléculas, por tanto, son los elementos presentes en los seres vivos.
Los bioelementos pueden ser clasificados como:
• Bioelementos primarios. Componen el 99 % de la materia viviente de todos los seres vivos conocidos. Son: carbono (C), oxígeno (O), hidrógeno (H), nitrógeno (N), azufre (S) y fósforo (P).
• Bioelementos secundarios. Son aquellos que, si bien son indispensables para la vida y para el correcto desempeño del cuerpo, se requieren en cantidades moderadas y con fines específicos. Son: sodio (Na), calcio (Ca), magnesio (Mg), potasio (K), cloro (Cl) y flúor (F).
Además, existen los oligoelementos que son necesarios para la vida, pero en cantidades muy bajas (0,1 % de los bioelementos del cuerpo). Algunos ejemplos son: hierro (Fe), yodo (I), cromo (Cr), cobre (Cu), Zinc (Zn) y Boro (B).
Fuentes
1-.Atkins, P.; de Paula, J. Química Física, 8ª edición, Editorial Médica Panamericana, Buenos Aires, 2008.
2-.Bertrán Rusca, J.; Núñez Delgado, J. (coords). Química Física, vol II, Editorial Ariel, Barcelona, 2002.
3-.Katime, I.; Cesteros, C. Química Física Macromolecular. II. Disoluciones y estado sólido, Editorial de la Universidad del País Vasco, Bilbao.
4-.Castellan, G. W. Fisicoquímica, 2ª edición, Addison-Wesley Iberoamericana, 1987.
5-.Díaz Peña, M.; Roig Muntaner, A. Química Física, vol 2, Editorial Alhambra, 1980.
6-.Horta, A. Macromoléculas, UNED, Madrid, 198
