Macromolécula para niños

Estructura química de un polipéptido, un ejemplo de macromolécula

Una macromolécula es una molécula muy grande. Se forma uniendo muchas unidades más pequeñas, llamadas monómeros, en un proceso llamado polimerización. Estas moléculas suelen tener miles de átomos o incluso más. Pueden ser de tipo orgánico o inorgánico.

En la bioquímica, que estudia la química de los seres vivos, las macromoléculas más comunes son los biopolímeros. Algunos ejemplos son los ácidos nucleicos (como el ADN), las proteínas y los carbohidratos. También hay otras moléculas grandes que no son polímeros, como los lípidos.

Las macromoléculas también se crean de forma artificial. Los plásticos y las fibras sintéticas son ejemplos de macromoléculas hechas por el ser humano. También lo son materiales experimentales como los nanotubos de carbono.

Originalmente, el término macromolécula se usaba para moléculas que pesaban más de 11.000 daltons. Sin embargo, algunas pueden llegar a pesar millones de daltons.

¿Quién inventó el término "macromolécula"?

El científico premio Nobel Hermann Staudinger fue quien propuso el término "macromolécula" en la década de 1920. Al principio, él hablaba de "compuestos de alto peso molecular" para referirse a moléculas con más de 1000 átomos.

En ese tiempo, la palabra "polímero" tenía un significado diferente. Había sido introducida por Berzelius en 1833 y se refería a una forma de isomería, no al tamaño de las moléculas.

El uso de la palabra "macromolécula" puede variar un poco según la ciencia. En biología, se refiere a las cuatro grandes moléculas que forman los seres vivos. En química, a veces puede referirse a grupos de dos o más moléculas unidas por fuerzas intermoleculares (no por enlaces covalentes), pero que no se separan fácilmente.

Según la IUPAC (la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada), una macromolécula es una sola molécula. Por ejemplo, una molécula de un polímero se llama "macromolécula" o "molécula polimérica", mientras que "polímero" se refiere a la sustancia completa hecha de muchas macromoléculas.

Debido a su gran tamaño, las macromoléculas no se pueden describir solo por su estequiometría (la proporción de sus elementos). Las macromoléculas más sencillas, como los homopolímeros, se describen por su unidad más pequeña (monómero) y su masa total. Las biomacromoléculas más complejas, como las proteínas, necesitan una descripción más detallada de su estructura.

¿Cómo se forman las macromoléculas?

Las macromoléculas forman cadenas largas que se unen entre sí. Estas uniones pueden ser por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas o enlaces covalentes.

Normalmente, estudiamos moléculas con pocos átomos, como el agua (H₂O), que tiene solo tres átomos y una masa pequeña. Pero hay muchas moléculas con una composición mucho más compleja, con muchísimos átomos y una masa molecular muy grande. A estas las llamamos macromoléculas.

Una macromolécula tiene al menos 1000 átomos y una masa no menor de 10.000 daltons. Además, si se añaden más unidades a la cadena, las propiedades físicas de la molécula no cambian mucho. Por ejemplo, el polietileno es una macromolécula con una masa de 280.000 daltons y tiene 20.000 unidades de -CH₂-. Otro ejemplo es el ácido ribonucleico (ARN), que tiene unidades de ribonucleótidos que se repiten. Su fórmula química es C₅₇₅H₉₀₁O₁₉₃N₁₇₁S₁₂, y su masa es de 13.682 daltons. Los polímeros son sustancias formadas por macromoléculas.

Hace tiempo, a un grupo de moléculas se les llamaba coloides. Tenían una apariencia gelatinosa y se difundían lentamente, sin poder pasar a través de membranas. En cambio, sustancias como la sal común se difundían muy bien y sí pasaban las membranas, y se les llamaba cristaloides. Más tarde, se descubrió que los cristaloides podían volverse "coloidales" si sus moléculas se unían en grupos. La unión de moléculas en los cristaloides para formar coloides se debe a fuerzas de valencia secundaria, mientras que en las macromoléculas, los átomos se unen por enlaces covalentes.

Biopolímeros lineales: ADN, ARN y proteínas

Todos los seres vivos dependen de tres biopolímeros muy importantes para funcionar: el ADN, el ARN y las proteínas. Cada una de estas moléculas es vital porque cumple un papel único e indispensable en la célula. De forma sencilla, podemos decir que el ADN produce ARN, y luego el ARN produce proteínas.

El ADN, el ARN y las proteínas están formados por unidades que se repiten. En el caso del ADN y el ARN, estas unidades son Nucleótidos. En el caso de las proteínas, son aminoácidos. En general, son polímeros sin ramificaciones, lo que significa que se pueden representar como una cadena. Imagina un collar de cuentas, donde cada cuenta es un monómero (nucleótido o aminoácido) unido por un enlace covalente en una cadena muy larga.

En el ADN y el ARN, los monómeros de la cadena suelen interactuar con otros aminoácidos o nucleótidos. En el ADN y el ARN, esto puede formar pares de bases (como G-C y A-T o A-U), aunque también pueden ocurrir interacciones más complejas.

¿Cómo se estructuran el ADN, ARN y las proteínas?

El ADN tiene dos cadenas, por lo que casi todos sus nucleótidos forman pares de bases entre las dos cadenas complementarias de la doble hélice.

En cambio, el ARN y las proteínas suelen tener una sola cadena. Esto les permite plegarse en formas tridimensionales complejas que dependen de su secuencia. Estas formas son clave para muchas de sus propiedades, como la creación de lugares específicos de unión y la capacidad de acelerar reacciones bioquímicas.

El ADN: un gran almacén de información

El ADN es una macromolécula que guarda información. Contiene todas las instrucciones (el genoma) necesarias para construir, mantener y reproducir cualquier organismo vivo.

Tanto el ADN como el ARN pueden guardar información genética. Existen mecanismos en las células que leen esta información y la usan para crear una proteína específica. Sin embargo, la información en la secuencia de una proteína no se usa para guardar información genética.

El ADN es mucho mejor que el ARN para guardar información genética por tres razones principales. Primero, suele tener dos cadenas, lo que significa que hay al menos dos copias de la información de cada gen en cada célula. Segundo, el ADN es mucho más estable y se descompone menos que el ARN. Esto se debe a que el ADN no tiene un grupo 2'-hidroxilo en cada nucleótido. Tercero, existen sistemas muy avanzados de vigilancia y reparación del ADN que detectan daños y arreglan la secuencia cuando es necesario. No existen sistemas similares para reparar moléculas de ARN dañadas. Por eso, los cromosomas pueden contener miles de millones de átomos, organizados en una estructura química muy específica.

Las proteínas: las trabajadoras de la célula

Las proteínas son macromoléculas que tienen funciones muy importantes. Son responsables de la aceleración de las reacciones bioquímicas que mantienen la vida. Las proteínas realizan todas las funciones de un organismo, como la fotosíntesis, el funcionamiento de las neuronas, la visión y el movimiento.

La naturaleza de cadena sencilla de las proteínas, junto con su composición de 20 o más aminoácidos diferentes, les permite plegarse en muchas formas tridimensionales distintas. Esto les da lugares de unión donde pueden interactuar específicamente con todo tipo de moléculas. Además, la diversidad química de los aminoácidos y los diferentes ambientes químicos en su estructura tridimensional local permiten que muchas proteínas actúen como enzimas. Las enzimas aceleran una gran variedad de transformaciones bioquímicas específicas dentro de las células. Las proteínas también pueden unirse a cofactores y coenzimas, que son moléculas más pequeñas que les dan actividades específicas más allá de lo que la cadena de proteína puede hacer por sí sola.

El ARN: una molécula con muchas tareas

El ARN es una molécula que cumple muchas funciones. Su tarea principal es crear proteínas, siguiendo las instrucciones que están en el ADN de una célula. El ARN también controla y regula muchos aspectos de la creación de proteínas en las células eucariotas.

El ARN guarda información genética que puede ser traducida a la secuencia de aminoácidos de las proteínas. Esto se ve en las moléculas de ARN mensajero en cada célula y en los genomas de ARN de muchos virus. Sin embargo, como el ARN es de cadena sencilla y tiende a descomponerse rápidamente, y no tiene sistemas de reparación, no es tan bueno como el ADN para guardar información genética a largo plazo.

Además, el ARN es un polímero de cadena sencilla que, al igual que las proteínas, puede plegarse en muchas estructuras tridimensionales. Algunas de estas estructuras tienen lugares para unirse a otras moléculas y centros activos que pueden acelerar reacciones químicas específicas. El ARN tiene un número limitado de unidades (4 nucleótidos, frente a más de 20 aminoácidos en las proteínas), y su diversidad química es menor. Por eso, los ARN que actúan como catalizadores (ribozimas) suelen ser menos eficientes que las proteínas para la mayoría de las reacciones biológicas.

Tipos de macromoléculas

Las macromoléculas se pueden clasificar de varias maneras:

• Según su origen:
  • Naturales:
    • Polisacáridos (como el almidón, el glucógeno, la celulosa y la quitina)
    • Proteínas
    • Ácidos nucleicos (ADN y ARN)
    • Carbohidratos
    • Lípidos
  • Artificiales:
    • Polímeros (como el Poliuretano, el Polietileno, el Cloruro de polivinilo (PVC) o el Politetrafluoroetileno)
    • Nanotubo de carbono

• Según su estructura molecular:
  • Lineales: Los monómeros se unen por dos puntos (como cabeza y cola).
  • Ramificadas: Los monómeros se unen por tres o más puntos.

• Según su composición:
  • Homopolímeros: Formados por un solo tipo de monómero que se repite.
  • Copolímeros: Formados por dos o más tipos de monómeros.

• Según su tamaño:

Pueden formar estructuras aún más grandes, como el Nucleolo y la Cromatina.

Véase también

En inglés: Macromolecule Facts for Kids

• Aplicación de la ecuación de Poisson en macromoléculas