Biomolécula para niños

Estructura 3D de la mioglobina, una proteína muscular que ayuda a transportar oxígeno.

Las biomoléculas son las moléculas que forman parte de los seres vivos. Son como los "ladrillos" que construyen todo lo que tiene vida. Los seis elementos químicos más comunes en estas moléculas son el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Sus símbolos químicos son C, H, O, N, P y S.

Estos elementos se unen para formar las biomoléculas más grandes, como los aminoácidos, glúcidos (azúcares), lípidos (grasas), proteínas, vitaminas y ácidos nucleicos.

Las biomoléculas tienen propiedades especiales que les permiten:

• Formar uniones fuertes entre sí, compartiendo electrones.
• Que los átomos de carbono creen estructuras complejas en 3D.
• Formar uniones dobles y triples entre átomos, creando muchas formas diferentes.
• Dar lugar a una gran variedad de grupos químicos con distintas propiedades.

Los seres vivos usan las biomoléculas para muchas cosas. Las transforman o las guardan. Para crearlas, el organismo gasta energía. Sus funciones son muy variadas, desde producir energía hasta formar partes de las células o controlar procesos importantes.

Podemos dividirlas en dos grupos:

• Las sustancias naturales primarias: Son esenciales para la vida y el crecimiento. Incluyen grasas, carbohidratos y proteínas.
• Las sustancias naturales secundarias: Se forman por razones que aún se estudian. Incluyen terpenos y alcaloides.

Descubriendo las Biomoléculas: Un Viaje Histórico

Friedrich Wöhler.

Al principio, los científicos pensaban que las sustancias de los seres vivos solo podían ser creadas por una "fuerza vital". Pero en 1828, un químico llamado Friedrich Wöhler demostró que podía crear urea (una sustancia orgánica) a partir de un compuesto inorgánico. Esto cambió la forma de entender la química.

Con el tiempo, la química de las sustancias naturales se convirtió en una parte importante de la química orgánica. Se dedica a estudiar cómo se aíslan, cómo son, cómo se crean y qué propiedades tienen los compuestos que encontramos en animales, plantas y microorganismos.

Al principio, esta química se enfocaba en las plantas, buscando ingredientes para medicinas. Luego, a mediados del siglo XIX, Justus Liebig incluyó también los compuestos de origen animal. A finales del mismo siglo, Emil Fischer hizo grandes avances en el estudio de los azúcares y las proteínas.

Para la década de 1930, ya se habían descubierto y estudiado las principales clases de biomoléculas. Algunos descubrimientos importantes fueron:

• Los Terpenos, encontrados en aceites esenciales.
• Los Esteroides.
• Los Carotenoides, que dan color a muchas plantas.
• Los colorantes de Porfirina.
• Las Vitaminas.
• Las Hormonas.

En 1940, con el descubrimiento de la penicilina por Alexander Fleming, Ernst Boris Chain y Howard Walter Florey, se vio que los microorganismos también eran una fuente valiosa de estas sustancias.

Después de la Segunda Guerra Mundial, la química de las biomoléculas avanzó mucho gracias a nuevas herramientas. La espectrometría de masas, la cristalografía de rayos X y la espectroscopía de resonancia magnética nuclear permitieron entender las estructuras de las moléculas con mucha precisión. También, técnicas como la cromatografía y la electroforesis hicieron más fácil separar y purificar las sustancias.

La Importancia de las Biomoléculas en la Ciencia

Las biomoléculas son clave en varios campos de la ciencia.

Biomoléculas en la Medicina y Farmacología

Las biomoléculas son una fuente muy importante para crear medicinas. Desde el descubrimiento de la penicilina, se ha visto que muchas sustancias naturales tienen efectos útiles. Por ejemplo, actúan como antibióticos, ayudan al sistema de defensa del cuerpo o combaten enfermedades.

Algunos ejemplos de medicinas que vienen de biomoléculas son ciertos antibióticos y tratamientos contra el cáncer. También se han modificado algunas biomoléculas para crear medicinas antivirales, como la zidovudina para el VIH.

La medicina tradicional, que usa plantas como el ginseng o el Ginkgo, ha guiado a los científicos a investigar sus ingredientes activos.

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  Tejo del Pacífico (Taxus brevifolia)

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  Raíces de ginseng (Panax ginseng)

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  Hojas de gingko (Ginkgo biloba)

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  Nimbo de la India (Azadirachta indica)

Las biomoléculas son muy valiosas en la medicina porque se forman en el cuerpo y suelen tener buenas propiedades para ser medicinas. De hecho, casi la mitad de las medicinas más vendidas hoy en día son biomoléculas o se basan en ellas.

Biomoléculas en la Biología

Para la biología, entender las biomoléculas es fundamental. Nos ayuda a saber cómo funcionan los organismos. Esto incluye cómo se producen (biosíntesis) y qué papel tienen. Pueden ser enzimas (que aceleran reacciones), sustancias que transmiten mensajes (como hormonas o neurotransmisores) o fuentes de energía.

Estudiar cómo se forman las biomoléculas es un gran desafío. Se usan técnicas como:

• Técnica isotópica: Se marcan moléculas con átomos especiales para seguir su camino en el cuerpo.
• Técnicas enzimáticas: Se usan enzimas o células en el laboratorio para ver cómo se producen las biomoléculas.
• Técnicas genéticas: Se modifican bacterias para que acumulen sustancias intermedias y así entender el proceso.

Biomoléculas en la Química Orgánica

La química de las biomoléculas es un gran reto para la química orgánica. Primero, por la dificultad de descubrir sus estructuras complejas. A veces, varios equipos de científicos trabajan años para descifrar cómo es una molécula.

Además, crear estas sustancias en el laboratorio (síntesis total) es muy complicado. Para que una biomolécula se convierta en una medicina, los científicos deben encontrar la forma de producirla en grandes cantidades. Esto es importante para poder probar miles de versiones y mejorar sus propiedades.

Las biomoléculas suelen ser complejas y tienen partes que deben construirse con una forma específica. Los químicos deben elegir las reacciones y los materiales adecuados.

Un ejemplo de lo difícil que es esto es la síntesis de la Vitamina B₁₂, que tomó unos 20 años de trabajo. Para lograrlo, se tuvieron que inventar nuevas reacciones químicas y teorías.

Las biomoléculas también son útiles como "bloques de construcción" para otras síntesis. Muchas, como los azúcares o los aminoácidos, tienen una forma especial que las hace útiles para crear otras moléculas complejas. Por ejemplo, el ácido shikímico, una biomolécula, es el punto de partida para fabricar un medicamento contra la gripe llamado oseltamivir (Tamiflu).

Tipos de Biomoléculas

Las biomoléculas se clasifican según su composición química.

Biomoléculas Inorgánicas

Son moléculas que cumplen funciones vitales en los seres vivos, pero no forman cadenas largas. Por ejemplo, el dióxido de carbono (CO₂) es un desecho de la respiración y también se usa en la fotosíntesis. El agua (H₂O) y el amoniaco (NH₃) también son ejemplos de moléculas inorgánicas esenciales para la vida.

Biomoléculas Orgánicas

Son creadas principalmente por los seres vivos y tienen una estructura basada en el carbono. Además de carbono, hidrógeno y oxígeno, a menudo contienen nitrógeno, fósforo y azufre. También pueden tener pequeñas cantidades de metales como el hierro, cobalto y níquel, llamados oligoelementos, que son necesarios para la vida.

Las biomoléculas orgánicas se dividen en seis grupos principales:

Glúcidos o Carbohidratos

Los carbohidratos son la principal fuente de energía primaria para los seres vivos. La glucosa es un azúcar simple que se usa en un proceso llamado glucólisis para producir energía, presente en casi todos los organismos, desde bacterias hasta vertebrados.

Las plantas y las algas guardan energía en forma de almidón, mientras que los animales la almacenan como glucógeno. Algunos carbohidratos también forman estructuras importantes, como la celulosa en las paredes celulares de las plantas o la quitina en el esqueleto de los artrópodos.

Lípidos

Los lípidos son moléculas que contienen carbono, oxígeno e hidrógeno, y a veces fósforo y nitrógeno. Tienen una parte que se mezcla con el agua y otra que no. Por eso, son insolubles en agua, pero se disuelven en sustancias como el alcohol o el jabón.

Los lípidos son muy importantes para las células. Los fosfolípidos forman la estructura principal de las membranas celulares. Los triglicéridos son la principal forma de almacenar energía en los animales. Otros lípidos, como el colesterol y algunas hormonas, tienen funciones de control en el cuerpo.

Aminoácidos

Los aminoácidos son moléculas orgánicas que tienen un grupo amino y un grupo carboxilo. Los más importantes son los que forman las proteínas, que son esenciales para casi todos los procesos biológicos. Los aminoácidos son los "bloques" con los que se construyen las proteínas.

Proteínas

Las proteínas son las biomoléculas con más funciones en los seres vivos. Casi todos los procesos biológicos dependen de ellas. Por ejemplo:

• Muchas enzimas, que aceleran las reacciones químicas en las células.
• Muchas hormonas, que regulan las actividades celulares.
• La hemoglobina, que transporta oxígeno en la sangre.
• Los anticuerpos, que defienden el cuerpo contra infecciones.
• Los receptores de las células, que reciben señales.
• La actina y la miosina, que permiten la contracción de los músculos.
• El colágeno, que forma parte de tejidos de soporte en el cuerpo.

Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos, el ADN y el ARN, tienen una función vital: guardan las instrucciones necesarias para el desarrollo y funcionamiento de la célula. El ADN puede copiarse a sí mismo, pasando así la información a las nuevas células.

Vitaminas

Las vitaminas son necesarias en pequeñas cantidades, pero son muy importantes para la salud. Se encuentran en los alimentos naturales. Tanto la falta como el exceso de vitaminas pueden causar enfermedades. Algunas vitaminas ayudan a las enzimas a funcionar correctamente.

Metabolitos Secundarios: Funciones Especiales

Las biomoléculas que son fundamentales para los procesos vitales se llaman metabolitos primarios. Estos incluyen la glucosa, los aminoácidos que forman proteínas, y las vitaminas del grupo B.

Además de los metabolitos primarios, existen otros compuestos orgánicos llamados metabolitos secundarios. Estos cumplen funciones complementarias, como la comunicación entre organismos, la defensa contra la radiación, el frío o los ataques de otros seres vivos.

Mapa general de metabolitos secundarios

Algunos de los principales metabolitos secundarios son:

• Los Terpenos.
• Los Alcaloides.
• Los Antibióticos peptídicos.

Galería de imágenes

• 

  Friedrich Wöhler.

• 

  Emil Fischer (1902)

Véase también

En inglés: Biomolecule Facts for Kids