Macromoléculas: Polisacáridos, Proteínas y Ácidos Nucleicos

Por Joseph Constance, MAReviewed by Dr. Liji Thomas, MD

El agua, las moléculas orgánicas y los iones inorgánicos son los componentes de las células. El agua constituye la mayor fracción de los tres, representando casi tres cuartas partes de la masa total de una célula. Las interacciones entre los diversos componentes de una célula y su contenido de agua son la clave de la química biológica.

El sodio, el potasio, el magnesio, el calcio, el fosfato y el cloruro se encuentran entre los principales iones inorgánicos de una célula y no representan más del 1% de la masa celular. Pero las moléculas orgánicas son los componentes realmente novedosos de una célula. La mayoría de estos compuestos orgánicos pertenecen a una de las siguientes clases de moléculas:

• Carbohidratos
• Lípidos
• Ácidos nucleicos
• Proteínas

Dentro de las células individuales, existen miles de tipos diferentes de macromoléculas, o compuestos orgánicos. Estos serán diferentes, incluso entre las células de la misma persona. Las variaciones son más extensas entre diferentes personas. Las macromoléculas -proteínas, ácidos nucleicos y polisacáridos- se forman por la polimerización de cientos de sus precursores de bajo peso molecular -aminoácidos, nucleótidos y azúcares simples.

La diversidad entre las macromoléculas evoluciona a partir del vasto potencial para formar diferentes combinaciones de los aproximadamente 50 monómeros comunes que componen una macromolécula. Estas macromoléculas pueden constituir hasta el 90% del peso seco de una célula. Es posible comprender la química básica de la composición de una célula entendiendo las funciones y estructuras de los cuatro tipos principales de compuestos orgánicos, o macromoléculas.

Los carbohidratos

Los carbohidratos son los materiales básicos de construcción y los nutrientes del cuerpo. Los azúcares simples y los polisacáridos componen este grupo. La glucosa es un ejemplo de azúcar simple que es un importante nutriente celular. La descomposición de los azúcares simples por reacción química genera energía celular, además de iniciar la síntesis de otros componentes de una célula. Los polisacáridos, o carbohidratos complejos, representan la forma que adopta el azúcar cuando se almacena. Los polisacáridos son los componentes estructurales de una célula. Además, los polisacáridos y otros azúcares pueden funcionar como marcadores de ciertos procesos de reconocimiento celular, incluyendo el movimiento intracelular de las proteínas.

Lípidos

Los lípidos son moléculas hidrofóbicas. Son una forma muy eficiente de almacenamiento de energía, y son constituyentes principales de la membrana celular. Son importantes en la señalización celular, funcionan como punto de partida de diversos procesos biosintéticos, como la síntesis de estrógenos y testosterona. Algunos lípidos son capaces de transmitir señales desde los receptores de la superficie celular a objetivos en la misma u otras células. Los fosfolípidos contienen dos ácidos grasos unidos a un grupo de cabeza polar. Además de los fosfolípidos, las células tienen glicolípidos y colesterol.

Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos almacenan y transmiten datos hereditarios. El ADN y el ARN representan las moléculas informativas de una célula. El ADN desempeña un papel crucial como material genético de los seres humanos y de muchas otras especies. El ARN participa en diversas actividades celulares. El ARN mensajero (ARNm) transporta la información del ADN a los ribosomas, donde participan en la síntesis de proteínas. Además, el ARN ribosómico y el ARN de transferencia participan en la síntesis de proteínas. Otras moléculas de ARN procesan y mueven tanto las proteínas como el ARN. El ARN también puede catalizar reacciones químicas, como las que implican la síntesis de proteínas y el procesamiento del ARN.

Proteínas

Las proteínas desempeñan un papel importante en la mayoría de las tareas que realiza un organismo. Las proteínas llevan a cabo el trabajo de una célula, dirigido por la información genética que llevan los ácidos nucleicos. Una célula contiene muchos miles de proteínas, que funcionan como elementos estructurales de la célula, almacenan y transportan pequeñas moléculas, transmiten datos entre las células y defienden al organismo contra la aparición de infecciones. Pero las proteínas también funcionan como enzimas que aceleran la mayoría de las reacciones químicas. De este modo, las proteínas guían la mayoría de las actividades celulares.

Estructura y función

Los enlaces covalentes, la polaridad, la temperatura, la estructura y la reactividad química son algunos de los factores químicos que rigen la estructura y la función de las macromoléculas. La estructura de las macromoléculas determina su funcionamiento y la regulación de sus tareas. La estructura tridimensional de las proteínas y los ácidos nucleicos está controlada por enlaces no covalentes y covalentes, lo que les confiere una función. Mientras tanto, es posible cambiar la estructura y la función de las proteínas y los ácidos nucleicos mediante la aplicación de empalmes alternativos, la alteración de la secuencia de nucleótidos o la modificación química. Finalmente, la estructura y la función de las macromoléculas pueden cambiar con el tiempo para crear una actividad biológica diferente.

En términos de función, las macromoléculas aprovechan las interacciones no covalentes cuando interreaccionan con otras moléculas. La mayor parte de la funcionalidad biológica depende de la especificidad y afinidad de dichas interacciones. La estructura de las macromoléculas varía y cambia con el tiempo. Esto es muy importante para la funcionalidad biológica. Es posible que pequeñas moléculas lleguen al interior de una macromolécula. La estructura de las macromoléculas puede influir en el equilibrio estable de los procesos biológicos bioquímicos y moleculares.

Recursos adicionales

• El lanzamiento de la nueva generación de Optima AUC hace avanzar la investigación de proteínas y la caracterización de macromoléculas
• Un nuevo método para manipular macromoléculas
• Investigadores utilizan el modelado informático a granescala para mostrar los efectos del confinamiento en las macromoléculas celulares
• Los científicos utilizan la técnica PCT para comprender los efectos físicos de la compresión en las macromoléculas
• El gel transparente podría convertirse pronto en la primera y mejor opción para sellar incisiones en la córnea

• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9879/
• https://www.asbmb.org/education/teachingstrategies/foundationalconcepts/MacromolecularStructureFunction/
• http://www.course-notes.org/biology/outlines/chapter_5_the_structure_and_function_of_macromolecules

Más lecturas

• Todo el contenido en lípidos
• ¿Qué son los lípidos?
• Funciones biológicas de los lípidos
• Metabolismo de los lípidos
• Salud y nutrición de los lípidos

Escrito por

Joseph Constance

Joseph Constance ha escrito sobre la investigación, el desarrollo y los mercados en el ámbito de la salud y otros campos relacionados. Es autor de varios artículos e informes de análisis empresarial e investigación de mercado en los ámbitos de los dispositivos médicos, los diagnósticos clínicos y los productos farmacéuticos. Joseph tiene un máster en Comunicación por la Universidad de Nueva York. Le gusta pasar tiempo con su esposa, montar en bicicleta, viajar y aprender sobre diferentes culturas.

Citaciones