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Biomoléculas: La Base de la Supervivencia Celular

La vida, desde una perspectiva zoológica, se refiere al conjunto de parámetros que distinguen a los animales, plantas, hongos, protistas, arqueas y bacterias de otras realidades naturales (Sánchez Amador, 2021). Sin adentrarse en temas metafísicos, es necesario comprender que la generación de la vida, en muchos casos, no está completamente clara. Más allá de conceptos como homeostasis, crecimiento, reproducción y diferenciación, una definición concisa de la vida podría ser simplemente aquello que ocurre entre los estados de nacimiento y muerte. Todos los seres vivos comparten, además de al menos una célula, la composición de cuatro bioelementos esenciales: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Según Sánchez Amador (2021), estos cuatro pilares químicos dan origen a todas las biomoléculas que constituyen cada célula y, por ende, posibilitan la vida en el planeta Tierra.



La Esencia de las Biomoléculas

Se denominan biomoléculas a todas aquellas moléculas que participan en la estructura y en el funcionamiento de los organismos vivos, ya sean moléculas poliméricas o macromoléculas como por ejemplo los polisacáridos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos, o sus monómeros: monosacáridos, ácidos grasos, aminoácidos y nucleótidos, así como sus intermediarios metabólicos (Micocci, 2018). En correspondencia con Micocci (2018), este término abarca una variedad de moléculas diferentes, que se agrupan prácticamente en siete categorías: carbohidratos, proteínas, lípidos, agua, iones, vitaminas y ácidos nucleicos.

Estas moléculas son omnipresentes en todos los seres vivos, con implicaciones evidentes (Sánchez Amador, 2021). Frente a esta realidad, existen dos posibilidades: todos los seres vivos comparten un ancestro común, o de manera alternativa, han surgido de manera independiente distintos tipos de seres vivos con la misma composición química a lo largo de la historia, aunque esta última opción resulta altamente improbable. Aquí entra en juego el principio de la navaja de Ockham, que plantea que, entre dos teorías con igual validez, la más simple probablemente explicará el problema planteado. Así pues, Sánchez Amador (2021) menciona que, la presencia uniforme de biomoléculas en todos los taxones confirma, de la manera más lógica, que todos los seres vivos hemos evolucionado a partir del mismo antecesor.



Bases Químicas de la Vida: Más Allá de la Tabla Periódica

Los bioelementos son elementos químicos presentes en todos los seres vivos, ya sea en forma atómica o como parte de las biomoléculas (Sánchez Amador, 2021). Aunque en los tejidos de los seres vivos se pueden encontrar más de 60 elementos de la tabla periódica, solo 25 son universales e inalienables. Además, el 96% de la masa de casi todos los cuerpos celulares corresponde únicamente a 6 bioelementos: carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S), o CHONPS, según las reglas mnemotécnicas. Estos 6 elementos sirven de base para las biomoléculas debido a propiedades como la capacidad de formar enlaces covalentes entre ellos, lo que permite la creación de enlaces estables. Según Sánchez Amador (2021), los átomos de carbono pueden formar esqueletos tridimensionales, lo que posibilita la variabilidad de compuestos en base a su estructura de carbono.

Los bioelementos facilitan la formación de enlaces dobles y triples entre ellos, así como la síntesis de diversas estructuras, ya sean ramificadas, cíclicas, entre otras (Sánchez Amador, 2021). Con pocos bioelementos combinados, se pueden sintetizar numerosos grupos funcionales con propiedades químicas y físicas distintas. Todas estas premisas son fundamentales desde la bacteria más simple hasta el organismo completo del ser humano. Al final, Sánchez Amador (2021) menciona que, es crucial no perder de vista el siguiente hecho: la complejidad biológica se determina por el número y la organización celular, pero el sustrato basal siempre permanece constante.



Construyendo Vida: Biomoléculas en la Arquitectura Celular

Aminoácidos y Proteínas

Las unidades básicas de todas las proteínas son los aminoácidos, sustancias en las que el grupo amino se encuentra en el átomo de carbono inmediatamente adyacente al grupo ácido carboxílico (Micocci, 2018). Es importante destacar que, en esta configuración, siempre hay al menos un átomo de carbono entre el grupo amino y el grupo carboxílico, proporcionando una estructura definida a estas moléculas (Micocci, 2018). Existen 20 aminoácidos diferentes que pueden ocurrir dentro de una proteína, y el orden en el que se encuentran desempeña un papel crucial en la determinación de la estructura y la función de la proteína (Rogers, 2023). Según Sánchez Amador (2021), un ejemplo notable es el ácido γ - aminobutírico (GABA), un aminoácido que actúa como neurotransmisor en el sistema nervioso.

Las proteínas, consideradas sustancias complejas (macromoléculas), están compuestas por los elementos carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y, en algunos casos, fósforo (Micocci, 2018). Estas también se clasifican como biomoléculas, formando parte de la misma categoría que las biomoléculas que las constituyen (Sánchez Amador, 2021). Las proteínas desempeñan un papel fundamental como elementos estructurales en las células (Rogers, 2023). Según Sánchez Amador (2021), se clasifica como proteína cuando la cadena de aminoácidos unidos supera las 50 - 100 unidades o alcanza una masa de 5000 uma (unidad de masa atómica unificada).

Una de las funciones más relevantes de las proteínas es su contribución como componentes fundamentales de las enzimas, que son los principales catalizadores celulares (Micocci, 2018). Además de formar parte de las estructuras celulares, las proteínas actúan como agentes activos en diversas funciones celulares y del organismo. Conforme con Micocci (2018), ejemplos de estos incluyen el trabajo químico en todas las reacciones celulares, el trabajo mecánico en la contracción muscular, el trabajo osmótico que permite la entrada y salida de metabolitos mediante el transporte activo en la célula viva, y el trabajo eléctrico evidente en la conducción nerviosa y en los fenómenos de percepción y sensibilidad, como por ejemplo el dolor, la temperatura, la luz, el equilibrio corporal y los fenómenos eléctricos del pensamiento.

Finalmente, las proteínas funcionan como hormonas, actuando como mensajeros químicos entre las células (Micocci, 2018). Ejemplos de hormonas de naturaleza proteica incluyen la insulina, el glucagón, la hormona adrenocorticotrófica, y otras hormonas tróficas de la hipófisis como tirotropina, luteinizante, prolactina y hormona del crecimiento. Según Micocci (2018), también participan en los sistemas de defensa del organismo, funcionando como anticuerpos, tales como las inmunoglobulinas G, M, A, D y E, y formando todos los componentes del complemento.

Glúcidos

Los carbohidratos son moléculas conformadas por carbono, hidrógeno y oxígeno e incluyen algunas de las moléculas relevantes en la vida de los organismos, como la glucosa, vital para la obtención de energía metabólica celular, el glucógeno presente en el hígado y músculos como reserva energética accesible y la ribosa y desoxirribosa que forman parte de la estructura química de los ácidos nucleicos (Micocci, 2018). Según Micocci (2018) y Rogers (2023), se elaboran a partir de cuatro categorías de unidades de azúcar: los monosacáridos, que son sustancias cristalinas solubles en agua y de sabor generalmente dulce; los disacáridos, compuestos por dos monosacáridos, como maltosa, sacarosa, lactosa y celobiosa; los oligosacáridos, formados por la unión de unos pocos monosacáridos (entre 2 y 10) de 6 carbonos (hexosas); y los polisacáridos, moléculas grandes formadas por la unión de numerosas moléculas de hexosas a través de enlaces glucosídicos, constituyendo polímeros.

Los glúcidos, ampliamente reconocidos por su importancia en la nutrición, abarcan sustancias como azúcares libres, almidón, glucógeno y otras (Sánchez Amador, 2021). Estas biomoléculas están asociadas a un alto contenido energético, proporcionando 4,5 kcal por gramo, y desempeñan un papel clave en el almacenamiento y quema de energía en diversos organismos. En los seres humanos, la reserva energética a corto plazo se encuentra en el glucógeno, no en el tejido graso. Sánchez Amador (2021) menciona que, la Organización Mundial de la Salud (OMS) estima que aproximadamente el 55% - 60% del aporte calórico total debe basarse en carbohidratos, dada su abundancia en alimentos como el pan, el maíz, las patatas, el arroz, los cereales, las legumbres y los productos lácteos.

Lípidos

Los lípidos representan un grupo heterogéneo de sustancias orgánicas que comparten la característica de ser moléculas no polares, siendo insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos (Micocci, 2018). Estas moléculas están compuestas por carbono, hidrógeno, oxígeno, y ocasionalmente fósforo, nitrógeno y azufre, siendo ésteres reales o potenciales de los ácidos grasos (Micocci, 2018). Según Sánchez Amador (2021), en este grupo diverso se incluyen las grasas o aceites, fosfolípidos y ácidos grasos, que pueden ser saturados, monoinsaturados o poliinsaturados.

Los lípidos, esenciales en las biomoléculas de los organismos vivos, desempeñan diversas funciones, como ser una fuente de energía almacenada y actuar como mensajeros químicos (Rogers, 2023). Además, participan en la formación de membranas celulares que separan las células de su entorno y contribuyen a la creación de orgánulos, como el núcleo y las mitocondrias, en organismos más complejos (Rogers, 2023). Contrario a la creencia común, los alimentos ricos en lípidos deben constituir alrededor del 30% - 35% de la ingesta calórica total, ya que las grasas no son inherentemente perjudiciales (Sánchez Amador, 2021). De conformidad con Sánchez Amador (2021), el tejido graso humano no solo cumple funciones hormonales, sino que también permite el almacenamiento de energía a largo plazo y brinda protección contra daños mecánicos, entre otras funciones fundamentales.

Vitaminas

Las vitaminas son compuestos que difieren significativamente entre sí y son esenciales para la vida (Sánchez Amador, 2021). Estas sustancias son comúnmente conocidas como "micronutrientes", pues, a pesar de requerirse en cantidades mínimas, desempeñan diversas funciones en el organismo que no pueden ser reemplazadas por otros compuestos. Sánchez Amador (2021) menciona que, entre ellas, se destacan la vitamina A, la vitamina C y la vitamina E.

Ácidos Nucléicos

Los ácidos nucleicos son macromoléculas que se forman por la polimerización lineal de nucleótidos, los cuales son monómeros complejos (Micocci, 2018). Dentro de las biomoléculas, los ácidos nucleicos, es decir, el ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico), cumplen la función única de almacenar el código genético de un organismo: la secuencia de nucleótidos que establece la secuencia de aminoácidos de las proteínas, que son fundamentales para la vida (Rogers, 2023). El ADN es la biblioteca de la vida, puesto que contiene toda la información genética necesaria para el metabolismo celular y, por consiguiente, la supervivencia de todas las células, órganos y tejidos de un ser vivo (Sánchez Amador, 2021). Asimismo, en correspondencia con Sánchez Amador (2018), el ADN es la base de la herencia y la evolución, porque a través de él se generan mutaciones y se transmiten caracteres que modifican el genotipo y fenotipo de las especies a lo largo del tiempo.

Biomoléculas Inorgánicas

El término "biomolécula inorgánica" hace referencia a sustancias que, a pesar de no ser de origen orgánico, desempeñan una función fundamental en la estructura y preservación de los organismos (Sánchez Amador, 2021). Según Sánchez Amador (2021), un ejemplo evidente de este tipo de biomolécula es el agua (H2O), la cual representa el 70% del peso total de las células.



Referencias

  1. Micocci, L. (2018). Universidad Nacional del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. https://www.unl.edu.ar/ingreso/cursos/medicina/wp-content/uploads/sites/8/2017/10/Quimica_09.pdf

  2. Rogers, K. (2023). Biomolecule. En Encyclopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/biomolecule

  3. Sánchez Amador, S. A. (2021, marzo 11). Biomoléculas: Qué son, Tipos, Funciones y Características. Psicología y Mente. https://psicologiaymente.com/salud/biomoleculas

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