«No hay azúcar en el suelo, el aire o en el agua de lluvia, pero el tallo de la caña de azúcar tiene un 10% a 20% de azúcar. ¿Cómo obtuvo la planta ese azúcar? Una respuesta posible: ella misma lo ha fabricado dentro de sus células».
Pensando en este pasaje, podemos empezar a construir una línea de razonamiento con respecto a la constitución de las biomoléculas y su trayectoria en el metabolismo celular.
Las biomoléculas, como su nombre señala, son las moléculas de la vida, que poseen como esqueleto principal átomos de carbono, formando parte de esta forma de los componentes orgánicos de la célula. Esas moléculas, los carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos son fundamentales en nuestro cuerpo, pues desarrollan funciones importantes para el mantenimiento de la vida, que veremos a continuación.
Muchas de estas moléculas son grandes, formadas por elementos llamados monómeros, que pueden unirse entre sí y dar origen a moléculas mayores denominadas polímeros. Un ejemplo de conexión de los monómeros es el caso de la glucosa y la fructosa que se juntan formando la sacarosa, el azúcar común.
Los carbohidratos son las moléculas más comunes en la naturaleza. Se consideran la principal fuente de energía para los organismos vivos, pero sus funciones no terminan ahí: pueden ser reservas de energía, tales como el almidón de las plantas y el glucógeno de los animales; sirven como estructura, como el caso de la celulosa (polisacárido complejo), que está presente en las paredes celulares de los vegetales garantizando sustentación, o incluso pueden componer la estructura de otras moléculas, tales como el glicocálix, presente en la membrana de célula animal, responsable, entre otras funciones, del reconocimiento y de la adhesión celular.
Estas moléculas formadas por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno, organizadas entre sí forman polihidroxialdehídos (por ejemplo, glucosa) y polihidroxicetonas (por ejemplo, fructosa). Un compuesto «polihidroxi» es formado por un esqueleto de carbono que contiene grupos hidroxilos (OH). Estos grupos hidroxilos son parte de los compuestos orgánicos conocidos como alcoholes.
Ya el grupo cetona, agrupación presente en polihidroxicetonas, está formado por un átomo de oxígeno unidos por un doble enlace a un carbono (C=O). Finalmente, el conjunto aldehído, presente en polihidroxialdehídos, está formado por un oxígeno ligado a un carbono a través de enlaces dobles y un hidrógeno enlazado al mismo carbono a través de enlaces simples.
Estos monómeros de los carbohidratos son llamados azúcares simples o monosacáridos. A través de enlaces covalentes, llamados enlaces glucosídicos, dos de estos monosacáridos pueden unirse y formar los disacáridos, de entre ellos la sacarosa, que es formada por la unión de una glucosa y una fructosa; la lactosa, formada por glucosa unida a galactosa; y la maltosa, formada por la unión de dos glucosas. O bien, pueden ser polisacáridos, tales como el almidón y el glucógeno. Presentes en los alimentos, estas moléculas, después de pasar por el proceso de digestión, se absorben y distribuyen a todas las células, donde puede realizar sus funciones, siendo la principal la producción de energía. Al entrar en la célula se activa una cascada de reacciones de vías metabólicas, llamadas catabolismo, que tiene como objetivo la producción de ATP (molécula de energía de la célula) y lo deja disponible para la célula. Algunas vías accionadas están destinadas inicialmente a la descomposición de la glucosa, como la glucólisis; otras apuntan a la producción de energía anaeróbica, como la glucólisis anaeróbica o fermentación láctica, o la producción de energía aeróbica, accionando el Ciclo de Krebs y la Cadena de Transporteede Electrones (cadena respiratoria y fosforilación oxidativa).
Los lípidos y carbohidratos, también juegan un papel importante tales como: fuente de energía secundaria, reserva de energía, aislamiento térmico, protección y estructura, pues forman parte de la estructura de las membranas biológicas de las células. Son moléculas anfipáticas, que tienen una parte que gusta del agua (polar/hidrofílica) y una porción mayor que no gusta del agua (apolar/hidrofóbica). Presentan en su estructura química básica una cantidad menor de átomos de oxígeno que las de los carbohidratos, y son constituidos principalmente de ácidos grasos.
Los ácidos grasos se componen de un ácido carboxílico unido a un hidrocarburo de cadena larga. Un ácido carboxílico tiene un átomo de oxígeno unido por un doble enlace a un átomo de carbono y un grupo hidroxilo – OH – conectado al mismo átomo de carbono. Esta es la parte polar de la molécula. La porción apolar está formada por un hidrocarburo de cadena larga que contiene sólo átomos de carbono unidos a átomos de hidrógeno.
Los ácidos grasos son considerados como como los monómeros de los lípidos, pueden o no formar parte de una estructura más compleja de lípidos, tales como los triglicéridos. Estas moléculas son importantes porque son abundantes en la dieta humana y están en la forma de almacenamiento de energía en el tejido adiposo. Estas moléculas se forman por la unión de tres ácidos grasos con una molécula de glicerol (un alcohol con tres carbonos). Por lo tanto, los triglicéridos son un tipo de éster.
También cabe mencionar el colesterol, un lípido que carece de ácidos grasos en su estructura, formados por cadenas largas y carbones cíclicos, hidrógenos y oxígenos que llevan funciones altamente dinámicos en el cuerpo como un precursor de las hormonas esteroideas y determinante del grado de fluidez en las membranas biológica.
Las proteínas son moléculas que tienen como monómeros 20 aminoácidos diferentes que se pueden clasificar como esenciales o no esenciales, y que se combinan entre sí a través de la Traducción o Síntesis Proteica para formar diversos tipos de proteínas. Durante este proceso de unión entre los aminoácidos, comienzan a organizarse en una disposición espacial enredada, que inicialmente se caracteriza por una cadena lineal de aminoácidos –la estructura primaria de la proteína. Después del doblamiento alcanzan una estructura secundaria por fin, completando el mayor grado de plegado de una proteína, la estructura terciaria, estructura que está asociada a su forma, y en consecuencia a su función biológica.
Los aminoácidos, a diferencia de los hidratos de carbono y lípidos, tienen en su estructura química, además carbonos, hidrógenos y oxígenos, que constituyen su esqueleto carbónico, el nitrógeno que forma el grupo amino.
Debido a la multiplicidad de posibles combinaciones de aminoácidos, es difícil cuantificar la cantidad de proteína que el cuerpo puede producir, pero sabemos que este número es bastante alto, y por lo tanto permite que las proteínas ejerzan una gran variedad de funciones tales como la defensa, actividad enzimática (enzimas), estructura y transporte, entre otros.
Las proteínas no se almacenan en el cuerpo precisamente debido a que contiene nitrógeno, que es una sustancia tóxica. Por lo tanto, cuando los aminoácidos son absorbidos, se utilizan en la síntesis de nuevas proteínas y el excedente activará reacciones importantes a fin de eliminar el grupo amino de la molécula y excretarlo a través del Ciclo de la urea, y producir energía a partir del esqueleto dióxido restante.
Ya los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos. Los nucleótidos son moléculas complejas, formadas por vincular una pentosa (un monosacárido de cinco carbonos), una base nitrogenada y uno o más grupos fosfato (PO4-3).
Hay dos tipos de pentosas presentes en la formación de nucleótidos: la desoxirribosa y ribosa. Existen, a su vez, cinco tipos de bases nitrogenadas: adenina, timina, uracilo, guanina y citosina.
El ácido desoxirribonucleico, también conocido como ADN, está formado por los nucleótidos que contiene desoxirribosa, mientras que el ácido ribonucleico o ARN comprende los nucleótidos que contienen ribosa.
Los desoxirribonucleótidos o nucleótidos que contienen desoxirribosa pueden incluir como bases nitrogenadas la adenina, la timina, la guanina y la citosina; en cuanto a los ribonucleotidos, que contienen ribosa, pueden incluir adenina, uracilo, guanina y citosina. Esto significa que la base uracilo es un nitrógeno presente sólo en el ARN, mientras que la timina es única para el ADN.
Además, la organización espacial de las moléculas de ADN y el ARN es diferente. El ADN consta de dos cintas, cada una constituida por una serie de nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster. Estas tiras, a su vez, interactúan entre sí a través de enlaces de hidrógeno formados entre las bases nitrogenadas que forman sus desoxirribonucleotidos. Siempre habrá formación de enlaces de hidrógeno entre una adenina de una cinta y la timina de otra, y la citosina de una cinta con la guanina de la otra.
Ya el ARN está formado por una sola hebra, donde los ribonucleotidos también interactúan a través de enlaces fosfodiéster, y puede ser de tres tipos diferentes: ARN mensajero, ARN ribosómico y ARNt.
La secuencia de bases que forman el ADN es un código que se «transfiere» al ARN mensajero y, a continuación, con la participación de todos los tipos de ARN, se determinará la estructura primaria de las proteínas que una célula produce. Este código se conoce como código genético y determina la forma en que el núcleo controla el metabolismo celular, así como la información que se transmitirá a las células hijas a través de los procesos de división celular.
