Elementos principales en moléculas biológicas: proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos y lípidos

Las principales macromoléculas

Hoy vamos a hacer una disección, pero no necesitas tu bisturí porque no haremos la clásica disección de rana. En cambio, diseccionaremos una célula bacteriana. Echemos un vistazo a nuestro microscopio para encontrar una célula bacteriana. Aquí puede ver una celda en forma de varilla. Ahora imagine que podríamos tomar esta celda y abrirla para ver el interior. Si observa de cerca, comenzará a distinguir algunas estructuras celulares importantes, tal vez un flagelo, una pared celular, una membrana celular, algo de ADN e incluso algunos ribosomas. Acérquese un poco más y comenzará a ver proteínas individuales flotando dentro de la célula que catalizan reacciones químicas.

Muchos de estos componentes de la célula están formados por macromoléculas , lo que simplemente significa moléculas grandes formadas uniendo moléculas pequeñas. Las principales macromoléculas dentro de la célula incluyen proteínas, ácidos nucleicos como ADN y ARN, carbohidratos y lípidos. En esta lección, discutiremos la estructura de estas macromoléculas y las dividiremos en sus unidades individuales, hasta llegar a los átomos individuales. Para realizar un seguimiento de los bloques de construcción elementales de nuestras macromoléculas, utilizaremos esta práctica tabla y la completaremos a medida que avanzamos.

Proteinas

Las proteínas juegan un papel importante dentro de una célula. Algunos forman la estructura de los componentes celulares, como un flagelo o un pilus, y muchos desempeñan el papel de enzimas para catalizar las reacciones necesarias para la vida.

Echemos un vistazo a una proteína. Como puede ver, son estructuras complicadas que pueden estar formadas por cientos o miles de unidades individuales, llamadas aminoácidos, todas enlazadas en una cadena y luego dobladas como origami en formas complicadas.

La estructura puede parecer compleja, pero todas las proteínas en realidad están formadas por alrededor de 21 aminoácidos diferentes, solo en muchas combinaciones diferentes. Cada aminoácido tiene la estructura básica que se muestra aquí que consta de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Esto podría llamarse la columna vertebral del aminoácido. Agreguemos esta información a nuestra tabla. Para la fila de proteínas, agregaremos carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.

Pero cada uno de estos aminoácidos tiene un grupo molecular diferente que cuelga de un lado. La mayoría de los grupos laterales especiales contienen el carbono, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno ya mencionados. Para ayudarlo, solo señalaré las cosas raras: estos tres aminoácidos tienen azufre y selenio. Así que agreguemos esos a nuestra tabla.

Ácidos nucleicos

Estoy seguro de que ya está familiarizado con los ácidos nucleicos, esos compuestos increíblemente importantes que incluyen tanto el ADN como el ARN. Pero echemos un vistazo más de cerca y descompongamos estas macromoléculas en su composición elemental básica.

Comencemos con la imagen clásica de una doble hélice de ADN. Si analizamos esa macromolécula, vemos que hay cuatro bloques de construcción básicos que componen la estructura: adenina, guanina, citosina y timina. Estos son parte de los nucleótidos del ADN.

Al igual que el ADN, el ARN también está formado por nucleótidos. Tiene la misma A, G y C, pero en lugar de timina, el ARN contiene uracilo. Así que agreguemos la estructura del uracilo a nuestra discusión. No olvide que estos nucleótidos de ADN y ARN también incluyen un azúcar ribosa, ya sea desoxirribosa para el ADN o ribosa para el ARN, así como una molécula de fosfato.

Analicemos estas estructuras y agreguemos los elementos que encontremos a nuestra tabla. Como podemos ver, los componentes básicos del ácido nucleico del ADN y el ARN están formados por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo.

Carbohidratos

Los polisacáridos, ‘poli-‘ que significa múltiple y ‘-sacárido’ que significa azúcar, son cadenas de moléculas de azúcar . Estas macromoléculas desempeñan una variedad de funciones dentro de la célula, desde formar componentes de la pared celular bacteriana hasta almacenar carbono para obtener energía, actuar directamente como fuentes de alimentos y formar parte de la columna vertebral del ADN y el ARN. Uno de los azúcares más conocidos que se utiliza dentro de la célula es la glucosa, pero existen muchas estructuras y combinaciones posibles diferentes.

Formalmente, los azúcares se llaman carbohidratos, pero analicemos el término ‘carbohidrato’ porque, aunque no se dé cuenta, el nombre lo dice todo. ‘Carbo-‘ significa ‘carbono’ y ‘-hidrato’ significa ‘agua’, que sabemos que contiene hidrógeno y oxígeno. Entonces, los carbohidratos son átomos de carbono que están hidratados, o en otras palabras, unidos con átomos de oxígeno e hidrógeno. Entonces, los elementos que se encuentran en los carbohidratos son el carbono, el oxígeno y el hidrógeno.

¡Nuestra mesa se ve realmente bien ahora! Tenemos los elementos de tres clases principales de macromoléculas.

Lípidos

Nuestro último grupo importante de macromoléculas en diseccionar son los lípidos. Los lípidos son moléculas orgánicas hidrófobas que constituyen la mayor parte de la membrana citoplasmática y la membrana externa de las bacterias gramnegativas. La mayoría de los lípidos de la célula están compuestos de ácidos grasos , que tienen propiedades tanto hidrófobas como hidrófilas. La porción hidrófoba está compuesta por largas cadenas de átomos de carbono unidos a átomos de hidrógeno.

La porción hidrófila generalmente contiene algunos átomos de carbono, oxígeno e hidrógeno. Los ácidos grasos se pueden combinar en lípidos complejos que también pueden incluir átomos y moléculas adicionales unidos, pero no tenemos que preocuparnos por ellos aquí.

Bien, completemos nuestra tabla agregando carbono, hidrógeno y oxígeno a nuestra fila de lípidos.

Resumen de la lección

Ahora podemos usar la tabla que construimos para sacar algunas conclusiones sobre los elementos que se encuentran en las principales macromoléculas de organismos vivos como las bacterias.

En primer lugar, es bastante fácil ver que las proteínas, los ácidos nucleicos, los carbohidratos y los lípidos tienen algunos elementos comunes que se combinan de diferentes maneras. Los ingredientes elementales comunes son carbono, hidrógeno y oxígeno. No es casualidad que se haga referencia a la vida en la Tierra como basada en el carbono, ya que el carbono forma la estructura básica de la gran mayoría de los componentes celulares.

Los ácidos nucleicos también contienen típicamente fósforo y el nitrógeno juega un papel estructural importante en los ácidos nucleicos y las proteínas. Las proteínas, formadas por un conjunto diverso de aminoácidos, tienen, además de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, los elementos azufre y selenio.

Es increíble la compleja matriz de macromoléculas que se pueden construir a partir de estos simples elementos.

Los resultados del aprendizaje

Cuando haya terminado esta lección, debería poder identificar los cinco elementos de las moléculas biológicas (proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos y lípidos), así como su organización molecular individual.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador