Bioelementos, Biomoléculas y su Importancia: Glúcidos, Lípidos y Más

1. Bioelementos y Biomoléculas

Bioelementos

Los bioelementos son aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos. Se clasifican en:

• Bioelementos principales: CHONSP (Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno, Azufre y Fósforo).
• Oligoelementos: Conjunto de elementos que están presentes en pequeñas proporciones, pero son esenciales para la vida.

Agua

El agua está formada por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O), unidos mediante enlaces covalentes. El oxígeno es muy electronegativo y tiene dos pares de electrones no enlazantes que se repelen entre sí, generando una geometría molecular angular. Esta estructura le confiere propiedades únicas:

• Polaridad: La molécula de agua es polar, con una zona de carga parcial negativa (en el oxígeno) y zonas de carga parcial positiva (en los hidrógenos).
• Puentes de hidrógeno: Debido a su polaridad, las moléculas de agua pueden formar puentes de hidrógeno entre sí.
• Estructura tetraédrica: En estado líquido, las moléculas de agua se organizan en una estructura tetraédrica dinámica debido a los puentes de hidrógeno.
• Densidad en estado sólido: El hielo (agua en estado sólido) es menos denso que el agua líquida, lo que permite la vida acuática en climas fríos.
• Regulación de la temperatura: El agua tiene un alto calor específico, lo que le permite absorber y liberar grandes cantidades de calor sin grandes cambios de temperatura, actuando como regulador térmico.
• Capacidad disolvente: El agua es un excelente disolvente de sustancias polares, lo que facilita las reacciones químicas en los seres vivos.
• Cohesión y tensión superficial: La alta cohesión entre las moléculas de agua, debida a los puentes de hidrógeno, genera una alta tensión superficial.

Dispersiones, difusión, diálisis y ósmosis:

• Dispersiones coloidales: Mezclas heterogéneas.
• Difusión: Movimiento de partículas de una zona de mayor a menor concentración.
• Diálisis: Separación de moléculas por tamaño a través de una membrana semipermeable.
• Ósmosis: Paso de disolvente (agua) a través de una membrana semipermeable desde una zona de menor concentración de solutos a una de mayor concentración.

Tipos de disoluciones y sus efectos:

• Hipotónica: Menor concentración de solutos que la célula (la célula se hincha, turgencia).
• Isotónica: Misma concentración de solutos que la célula (no hay cambio neto en el volumen celular).
• Hipertónica: Mayor concentración de solutos que la célula (la célula pierde agua, plasmólisis).

2. Glúcidos

Los glúcidos son biomoléculas orgánicas que pueden definirse químicamente como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas, o compuestos que por hidrólisis los producen. Están compuestos principalmente por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O). Se clasifican en:

• Monosacáridos
• Disacáridos
• Oligosacáridos
• Polisacáridos

Monosacáridos

Los monosacáridos son los glúcidos más sencillos. Tienen función energética, son dulces, solubles en agua y forman cristales. Están formados por cadenas carbonadas de 3 a 7 átomos de carbono. Los más abundantes son las triosas (3 carbonos), pentosas (5 carbonos) y hexosas (6 carbonos). Presentan actividad óptica: desvían el plano de polarización de la luz. Si lo desvían a la derecha son dextrógiros (+), y si lo desvían a la izquierda, levógiros (-).

Disacáridos

Los disacáridos están formados por la unión de dos monosacáridos mediante un enlace O-glicosídico. Conservan las mismas propiedades que los monosacáridos (dulzor, solubilidad, etc.). Pueden hidrolizarse (romperse) en sus monosacáridos constituyentes. Son reductores siempre que un carbono anomérico no intervenga en el enlace O-glicosídico. Ejemplos:

• Sacarosa
• Maltosa
• Lactosa
• Isomaltosa
• Celobiosa

Oligosacáridos

Los oligosacáridos: Son cadenas cortas de monosacáridos (generalmente de 3 a 10). Tienen una gran diversidad y capacidad de almacenar información.

Polisacáridos

Los polisacáridos están formados por la unión de muchos monosacáridos (desde cientos hasta miles). Forman soluciones coloidales. No poseen carácter reductor. Desempeñan funciones energéticas (de reserva) y estructurales. Se clasifican en:

• Homopolisacáridos: Formados por un solo tipo de monosacárido. Ejemplos: almidón, glucógeno.
• Heteropolisacáridos: Formados por diferentes tipos de monosacáridos o derivados de estos. Ejemplos: hemicelulosa, agar-agar.

3. Lípidos

Los lípidos son moléculas orgánicas formadas principalmente por C, H y O, aunque los más complejos también contienen nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). Son un grupo heterogéneo de sustancias que comparten las siguientes características:

• Insolubles en agua.
• Poco densos.
• Solubles en disolventes orgánicos apolares (como el éter o el cloroformo).

Se encuentran en todos los organismos en cantidades muy variables. Desempeñan diversas funciones: Energética, Estructural, Funcional, Aislante Térmico, Informativa, Catalítica y Estabilizadora (EFATICE).

Ácidos Grasos

Los ácidos grasos son componentes de muchos lípidos y rara vez se encuentran libres. Son ácidos carboxílicos de cadena larga; suelen tener un número par de átomos de carbono (entre 12 y 24). Pueden ser:

• Saturados: Solo tienen enlaces simples entre los átomos de carbono.
• Insaturados: Tienen uno o más enlaces dobles entre los átomos de carbono. Estos dobles enlaces forman "codos" en la molécula.

Forman entre sí enlaces débiles de Van der Waals. Sus propiedades dependen de la longitud de las cadenas y del grado de saturación. Las propiedades más importantes son el punto de fusión y la solubilidad.

• Punto de fusión: Aumenta con la longitud de la cadena (más enlaces de Van der Waals). Los ácidos grasos insaturados tienen puntos de fusión más bajos debido a que los dobles enlaces dificultan la formación de interacciones de Van der Waals.
• Solubilidad: Son moléculas bipolares (anfipáticas), con una cabeza polar (el grupo carboxilo) y una cola apolar (la cadena hidrocarbonada).

Triacilglicéridos

Los triacilglicéridos (también llamados triglicéridos) están formados por tres ácidos grasos unidos mediante enlaces éster a una molécula de glicerol (glicerina). Pueden ser simples (con los tres ácidos grasos iguales) o mixtos (con ácidos grasos diferentes). Su función biológica principal es la reserva energética, además de actuar como aislante térmico y físico.

Ceras

Las ceras son ésteres de ácidos grasos de cadena larga con alcoholes también de cadena larga. Son sólidas y totalmente insolubles en agua. Su función biológica principal es el recubrimiento (protección) y, en algunos casos, la reserva energética.

Lípidos de Membrana

Los fosfoglicéridos y esfingolípidos son lípidos de membrana. Forman bicapas lipídicas en las que se enfrentan sus extremos apolares, dejando en contacto los grupos polares con el agua. Su función principal es estructural (forman parte de las membranas celulares).

Lípidos sin Ácidos Grasos

Los esteroides e isoprenoides (terpenos) son lípidos que no contienen ácidos grasos en su estructura. Desempeñan funciones diversas (hormonas, vitaminas, pigmentos, etc.).