Macromoléculas: características, tipos, funciones y ejemplos
Las macromoléculas son moléculas de gran tamaño – generalmente más de 1.000 átomos – formadas por la unión de bloques estructurares o monómeros de menor tamaño. En los seres vivos, encontramos cuatro tipos de macromoléculas principales: ácidos nucleicos, lípidos, carbohidratos y proteínas. También existen otras de origen sintético, como los plásticos.
Cada tipo de macromolécula biológica está compuesto por un monómero específico, a saber: los ácidos nucleicos por nucleótidos, los carbohidratos por monosacáridos, las proteínas por aminoácidos y los lípidos por hidrocarburos de longitud variable.
En cuanto a su función, los carbohidratos y los lípidos almacenan energía para que la célula realice sus reacciones químicas, y también son usados como componentes estructurales.
Las proteínas también tienen funciones estructurales, además de ser moléculas con capacidad de catálisis y de transporte. Por último, los ácidos nucleicos almacenan la información genética y participan en la síntesis de proteínas.
Las macromoléculas sintéticas siguen la misma estructura de una biológica: muchos monómeros enlazados para formar un polímero. Ejemplo de ello son el polietileno y el nylon. Los polímeros sintéticos son ampliamente usados en la industria para la fabricación de telas, plásticos, aislantes, etc.
Índice del artículo
- 1 Características
- 2 Macromoléculas biológicas: funciones, estructura y ejemplos
- 3 Transporte
- 4 Macromoléculas sintéticas
- 5 Referencias
Como su nombre lo indica, una de las características distintivas de las macromoléculas es su gran tamaño. Están formadas por al menos 1.000 átomos, unidos mediante enlaces covalentes. En este tipo de enlace, los átomos involucrados en la unión comparten los electrones del último nivel.
Otro término usado para referirse a las macromoléculas es polímero (“muchas partes”), los cuales están formados de unidades repetidas llamadas monómeros (“una parte”). Estas son las unidades estructurales de las macromoléculas y pueden ser iguales o diferentes entre sí, dependiendo del caso.
Podríamos usar la analogía del juego infantil Lego. Cada una de las piezas representa a los monómeros, y cuando las unimos para formar distintas estructuras obtenemos el polímero.
Si los monómeros son iguales, el polímero es un homopolímero; y si son diferentes será un heteropolímero.
También existe una nomenclatura para designar al polímero dependiendo de su longitud. Si la molécula está formada de unas pocas subunidades se denomina oligómero. Por ejemplo, cuando queremos hacer referencia a un ácido nucleico de pequeño tamaño, lo llamamos oligonucleótido.
Dada la increíble diversidad de macromoléculas, es complicado establecer una estructura general. El “esqueleto” de estas moléculas está formado por sus correspondientes monómeros (azúcares, aminoácidos, nucleótidos, etc.), y pueden estar agrupados de manera lineal, ramificada, o bien tomar formas más complejas.
Como veremos más adelante, las macromoléculas pueden ser de origen biológico o sintético. Las primeras tienen infinidades de funciones en los seres vivos, y las segundas son ampliamente usadas por la sociedad – como los plásticos, por ejemplo.
En los seres orgánicos encontramos cuatro tipos básicos de macromoléculas, que llevan a cabo un inmenso número de funciones, permitiendo el desarrollo y sustento de la vida. Estas son proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos. A continuación describiremos sus características más relevantes.
Las proteínas son macromoléculas cuyas unidades estructurales son los aminoácidos. En la naturaleza, encontramos 20 tipos de aminoácidos.
Estructura
Estos monómeros están compuestos por un átomo central de carbono (denominado carbono alfa) unido por medio de enlaces covalentes a cuatro diferentes grupos: un átomo de hidrógeno, un grupo amino (NH2), un grupo carboxilo (COOH) y un grupo R.
Los 20 tipos de aminoácidos difieren entre sí únicamente en la identidad del grupo R. Dicho grupo varia en cuanto a su naturaleza química, pudiendo encontrar aminoácidos básicos, ácidos, neutros, con cadenas largas, cortas, y aromáticas, entre otros.
Los residuos de aminoácidos se mantienen unidos entre sí por medio de enlaces peptídicos. La naturaleza de los aminoácidos determinará la naturaleza y las características de la proteína resultante.
La secuencia de aminoácidos lineal representa la estructura primaria de las proteínas. Luego estas se pliegan y agrupan en distintos patrones, formando las estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias.
Función
Las proteínas cumplen diversas funciones. Algunas sirven como catalizadores biológicos y se denominan enzimas; algunas son proteínas estructurales, como la queratina presente en el pelo, uñas, etc.; y otras desempeñan funciones de transporte, como la hemoglobina dentro de nuestros glóbulos rojos.
El segundo tipo de polímero que forma parte de los seres vivos son los ácidos nucleicos. En este caso, las unidades estructurales no son aminoácidos como en las proteínas, sino que son monómeros denominados nucleótidos.
Estructura
Los nucleótidos estas compuestos por un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos (el componente central de la molécula) y una base nitrogenada.
Existen dos tipos de nucleótidos: los ribonucleótidos y los desoxirribonucleótidos, que varían en términos del azúcar central. Los primeros son los componentes estructurales del ácido ribonucleico o ARN, y los segundos los del ácido desoxirribonucleico o ADN.
En ambas moléculas, los nucleótidos se mantienen unidos entre sí por medio de un enlace fosfodiéster – equivalente al enlace peptídico que mantiene unido a las proteínas.
Los componentes estructurales del ADN y el ARN son similares difieren en cuanto a su estructura, ya que el ARN lo encontramos en forma de una única banda y el ADN en forma doble banda.
Función
El ARN y el ADN son los dos tipos de ácidos nucleicos que encontramos en los seres vivos. El ARN es una molécula multifuncional, dinámica, que aparece en diversas conformaciones estructurales y participa en la síntesis de proteínas y en la regulación de la expresión génica.
El ADN es la macromolécula encargada de almacenar toda la información genética de un organismo, necesaria para su desarrollo. Todas nuestras células (con excepción de los glóbulos rojos maduros) tienen almacenado en su núcleo, de manera muy compacta y organizada, el material genético.
Los carbohidratos, también conocidos como hidratos de carbono o simplemente como azúcares, son macromoléculas formadas por bloques llamados monosacáridos (literalmente “un azúcar”).
Estructura
La fórmula molecular de los carbohidratos es (CH2O)n. El valor de n puede variar desde 3, que el azúcar más simple, hasta miles en los carbohidratos más complejos, siendo bastante variables en términos de longitud.
Estos monómeros tienen la capacidad de polimerizar entre sí por medio de una reacción que involucra dos grupos hidroxilo, lo que resulta en la formación de un enlace covalente denominado enlace glucosídico.
Este enlace mantiene unido a los monómeros de los carbohidratos de la misma manera que los enlaces peptídicos y los enlaces fosfodiéster mantienen unidos a las proteínas y a las ácidos nucleicos, respectivamente.
Sin embargo, los enlaces peptídicos y fosfodiéster ocurren en zonas puntuales de los monómeros que los constituyen, mientras que los enlaces glucosídicos pueden formarse con cualquier grupo hidroxilo.
Como mencionamos en el apartado anterior, las macromoléculas pequeñas son designadas con el prefijo oligo. En el caso de los carbohidratos pequeños se usa el término oligosacáridos, si son solamente dos monómeros enlazados es un disacárido, y si son más grandes, polisacáridos.
Función
Los azúcares son macromoléculas fundamentales para la vida, ya que cumplen funciones energéticas y estructurales. Estas proveen la energía química necesaria para impulsar un importante número de reacciones en el interior de las células y son usadas como “combustible” de los seres vivos.
Otros hidratos de carbono, como el glucógeno, sirven para almacenar energía, de tal forma que la célula pueda recurrir a ella cuando sea necesario.
También tienen funciones estructurales: forman parte de otras moléculas, como los ácidos nucleicos, las paredes celulares de algunos organismos y los exoesqueletos de los insectos.
En las plantas y en algunos protistas, por ejemplo, encontramos un carbohidrato complejo denominado celulosa, formado solo de unidades de glucosa. Esta molécula es increíblemente abundante en la tierra, ya que está presente en las paredes celulares de estos organismos y en otras estructuras de sostén.
“Lípido” es un término usado para englobar un gran número de moléculas apolares o hidrofóbicas (con fobia o repulsión al agua) formadas de cadenas de carbonos. A diferencia de las tres moléculas mencionadas, proteínas, ácidos nucleicos y carbohidratos, no existe un monómero puntual para los lípidos.
Estructura
Desde el punto de vista estructural, un lípido puede presentarse en múltiples maneras. Como están formadas de hidrocarburos (C-H), los enlaces no se encuentran parcialmente cargados, por lo que no son solubles en solventes polares como el agua. Sin embargo, sí pueden ser disueltos en otro tipo de solventes no polares como el benceno.
Un ácido graso está compuesto de las cadenas hidrocarbonadas mencionadas y un grupo carboxilo (COOH) como grupo funcional. Generalmente, un ácido graso contiene de 12 a 20 átomos de carbono.
Las cadenas del ácido graso pueden encontrarse saturadas, cuando todos los carbonos están unidos entre sí por enlaces simples, o insaturadas, cuando hay presente más de un doble enlace en el interior de la estructura. Si contiene múltiples dobles enlaces, es un ácido poliinsaturado.
Tipos de lípidos según su estructura
Existen tres tipos de lípidos en la célula: los esteroides, las grasas y los fosfolípidos. Los esteroides se caracterizan por una estructura abultada de cuatro anillos. El colesterol es el más conocido y es un componente importante de las membranas, ya que controla la fluidez de la misma.
Las grasas están compuestas de tres ácidos grasos unidos por medio de un enlace éster a una molécula llamada glicerol.
Por último, los fosfolípidos están formados por una molécula de glicerol unida a un grupo fosfato y a dos cadenas de ácidos grasos o de isoprenoides.
Función
Al igual que los carbohidratos, los lípidos también funcionan como fuente de energía para la célula y como componentes de algunas estructuras.
Los lípidos tienen una función indispensable para todas las formas vivas: son un constituyente esencial de la membrana plasmática. Estas forman el límite crucial entre lo vivo y lo no vivo, sirviendo como una barrera selectiva que decide lo que entra y lo que no a la célula, gracias a su propiedad semipermeable.
Además de lípidos, las membranas también están formadas por diversas proteínas, que funcionan como transportadores selectivos.
Algunas hormonas (como las sexuales) son de naturaleza lipídica y son indispensables para el desarrollo del organismo.
En los sistemas biológicos, las macromoléculas son transportadas entre el interior y exterior de las células por procesos denominados endo y exocitosis (involucran la formación de vesículas) o por transporte activo.
La endocitosis abarca todos los mecanismos que usa la célula para lograr el ingreso de partículas de gran tamaño y se clasifica en: fagocitosis, cuando el elemento a engullir es una partícula sólida; pinocitosis, cuando ingresa fluido extracelular; y endocitosis, mediada por receptores.
La mayoría de las moléculas que son ingeridas por esta vía terminan su camino en un organelo encargado de la digestión: el lisosoma. Otras terminan en los fagosomas – que tienen propiedades de fusión con los lisosomas y forman una estructura llamada fagolisosomas.
De esta manera, la batería enzimática presente en el lisosoma termina degradando las macromoléculas que ingresaron inicialmente. Los monómeros que las formaban (monosacáridos, nucleótidos, aminoácidos) son transportados nuevamente al citoplasma, donde son aprovechados para la formación de nuevas macromoléculas.
A lo largo del intestino existen células que poseen transportadores específicos para la absorción de cada macromolécula que fue consumida en la dieta. Por ejemplo, los trasportadores PEP1 y PEP2 son usados para las proteínas y el SGLT para glucosa.
En las macromoléculas sintéticas también encontramos el mismo patrón estructural descrito para las macromoléculas de origen biológico: monómeros o subunidades pequeñas que se encuentran unidas mediantes enlaces para formar un polímero.
Existen distintos tipos de polímeros sintéticos, siendo el más simple el polietileno. Este es un plástico inerte de fórmula química CH2-CH2 (unidas por un doble enlace) bastante común en la industria, ya que es económico y de fácil producción.
Como puede notarse, la estructura de este plástico es lineal y no posee ninguna ramificación.
El poliuretano es otro polímero bastante usado en la industria para la fabricación de espumas y aislantes. Seguramente tendremos una esponja de dicho material en nuestras cocinas. Este material se obtiene por la condensación de bases hidroxílicas mezcladas con elementos denominados diisocianatos.
Existen otros polímeros sintéticos de mayor complejidad, como el nylon (o nilón). Dentro de sus características está ser muy resistente, con una elasticidad apreciable. La industria textil aprovecha estas características para la fabricación de tejidos, cerdas, sedales, etc. También es usado por los médicos para la realización de suturas.
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