Conceptos Fundamentales de Biomoléculas: Estructura y Función de Lípidos, Proteínas y Carbohidratos

Propiedades Físico-Químicas del Agua

• Gran poder disolvente.
• Elevado calor de vaporización.
• Cohesión y adhesión.
• Elevado calor específico.
• Tensión superficial.
• Alta reactividad química.
• Mayor densidad en estado líquido que en estado sólido (hielo).

Efectos Osmóticos

• Isotónico: Igual concentración. La célula permanece igual.
• Hipertónico: Mayor concentración exterior. El agua sale de la célula, provocando que esta se arrugue (crenación).
• Hipotónico: Menor concentración exterior. El agua entra en la célula, provocando que esta se hinche (turgencia).

Sistemas Amortiguadores (Tampones o Buffers)

Los tampones o buffers son sustancias que neutralizan los cambios de pH de un medio cuando se añaden pequeñas cantidades de un ácido o de una base.

Ejemplo de acción amortiguadora (Tampón Fosfato):

HPO₄^2- + H₃O⁺ $\rightleftharpoons$ H₂PO₄^– + H₂O

Cuando en el medio existe un exceso de iones H⁺ (o H₃O⁺), el tampón actúa como base y los acepta. Cuando se produce un exceso de iones OH^–, el tampón actúa como un ácido liberando protones que lo neutralizan.

Principales Tampones Biológicos

• Tampón Bicarbonato: H₂CO₃ (Ácido Carbónico) / HCO₃^– (Bicarbonato).
• Tampón Fosfato: H₂PO₄^– / HPO₄^2-.

Lípidos: Estructura y Clasificación

Tipos de Ácidos Grasos

• Ácido Graso Saturado: $ ext{COOH}-( ext{CH}_2)_n- ext{CH}_3$ (Fórmula general simplificada).
• Ácido Graso Insaturado: $ ext{COOH}-( ext{CH}_2)_n- ext{CH}= ext{CH}-( ext{CH}_2)_m- ext{CH}_3$ (Contiene dobles enlaces).

Lípidos Complejos

• Triglicérido: Está formado por una molécula de glicerol y tres radicales de ácidos grasos, liberando tres moléculas de agua en su formación.
• Fosfolípidos: Formados por uno o dos ácidos grasos, una molécula de ácido fosfórico y un aminoalcohol.
• Esfingolípidos: Unión de una ceramida a una molécula de ácido fosfórico y un aminoalcohol.
• Esteroides: Son lípidos derivados de un lípido cíclico, el esterano.

Estructuras Lipídicas en Medio Acuoso

Las estructuras lipídicas se organizan en función de la polaridad de sus componentes:

• Monocapas: Una cadena de lípidos con todas las partes polares en contacto con el agua y las apolares en sus antípodas.
• Bicapa: Estructuras formadas por láminas de monocapas lipídicas, en las que los grupos apolares se disponen enfrentados entre sí hacia el interior.
• Micela: Forman una estructura esférica con las zonas polares en contacto con el agua.

Proteínas: Propiedades y Clasificación

Propiedades Fundamentales

• Naturaleza Anfótera: Las proteínas, al igual que los aminoácidos, se pueden comportar como ácidos y como bases según el pH de la disolución en que se sumergen. Como consecuencia, pueden amortiguar las variaciones de pH.
• Especificidad: Las proteínas son propias de una especie o incluso de un organismo individual.

Clasificación por Composición

• Holoproteínas (Proteínas Simples): Están constituidas únicamente por aminoácidos.
• Heteroproteínas: Son aquellas que tienen en su composición, además de aminoácidos, otros compuestos de naturaleza no proteica, que reciben el nombre de grupo prostético.

Funciones Biológicas de las Proteínas

Función Estructural

• Glucoproteínas: Forman las membranas celulares.
• Histonas: Forman parte de los cromosomas.
• Colágeno: Forma parte de estructuras sometidas a gran tensión, como la piel o los tendones.
• Queratina: Forma estructuras protectoras como la piel y las uñas.

Función de Transporte

• Hemoglobina: Transporta el oxígeno en la sangre.
• Citocromos: Transportan los electrones en los procesos metabólicos.
• Lipoproteínas: Transportan lípidos en la sangre.

Función de Reserva

• Ovoalbúmina: Presente en la clara del huevo.
• Caseína: Presente en la leche.

Función Homeostática

Función Defensiva

• Anticuerpos e Inmunoglobulinas: Defienden al individuo de moléculas extrañas.
• Trombina y Fibrinógeno: Intervienen en la coagulación sanguínea.

Función Hormonal

• Insulina: Reduce el nivel de glucosa en sangre.
• Glucagón: Aumenta el nivel de glucosa en sangre.

Función Contráctil

• Actina y Miosina: Intervienen en la contracción muscular.

Función Catalizadora

Glúcidos (Carbohidratos)

Función de Reserva Energética

1. El Almidón: De origen vegetal. Es una de las fuentes primarias de glúcidos en las dietas humanas y el principal elemento de reserva de las plantas, que lo sintetizan en la fotosíntesis. Se acumula en semillas y tubérculos.

2. El Glucógeno: De origen animal. Es el principal elemento de reserva de los animales, del cual obtienen el aporte continuo de la energía que necesitan, degradándolo hasta glucosa. Se encuentra en el hígado y en el tejido muscular.

Función Estructural

1. La Celulosa: Es el componente principal de las paredes celulares de las células vegetales. Posee unidades de glucosa conectadas por enlaces $\beta(1 \rightarrow 4)$. Estas unidades forman cadenas lineales no ramificadas que se unen entre sí por puentes de hidrógeno y constituyen las microfibrillas, las cuales se unen para formar fibras de celulosa. El enlace no es atacado por las enzimas digestivas humanas, por lo que su valor alimenticio es bajo; sin embargo, la celulosa favorece el buen funcionamiento del aparato digestivo. Otros animales, como los rumiantes, sí la degradan gracias a los microorganismos que viven en su interior y que producen celulasas.

2. La Quitina: Está formada por un derivado de la glucosa. Forma parte del exoesqueleto de los artrópodos y de las paredes celulares de los hongos.

Heteropolisacáridos

Son glúcidos que, al ser hidrolizados, dan origen a dos o más tipos distintos de osas (monosacáridos). Entre ellos destacamos:

• Agar-agar: Es un polímero que se encuentra en las algas rojas y se utiliza como espesante en la industria alimentaria y para elaborar medios de cultivo para microorganismos.
• Mucopolisacáridos (Glicosaminoglucanos): Se encuentran en la sustancia intercelular de los tejidos conectivos, donde cumplen diversas funciones. Entre ellos tenemos:
  • Ácido Hialurónico: Forma parte de la sustancia intercelular del tejido conjuntivo, del líquido sinovial y del humor vítreo.
  • Condroitina: Algunos de sus derivados forman los huesos, los cartílagos, la córnea y el tejido conjuntivo.
  • Heparina: Tiene propiedades anticoagulantes. Se encuentra en el pulmón, el hígado y la piel.

Heterósidos (Glucoconjugados)

Están formados por una parte glucídica y una parte no glucídica denominada aglicón. Entre ellos destacan los glucolípidos y las glucoproteínas. Se clasifican en:

• Glucolípidos: Son componentes importantes de las membranas celulares. Un ejemplo son los aglutinógenos A y B de los glóbulos rojos.
• Glucoproteínas:
  • Ejemplos incluyen las glucoproteínas de la leche y las aglutininas.