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Biomoléculas

Una célula es sobre todo agua, más cuatro grandes familias de compuestos del carbono: proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos. Al triturar un tejido en ácido, las moléculas pequeñas quedan en el filtrado (fracción soluble en ácido) y las grandes (proteínas, polisacáridos y ácidos nucleicos) se quedan atrás (fracción insoluble en ácido). Las proteínas son cadenas de aminoácidos plegadas en cuatro niveles de estructura. Los polisacáridos son cadenas de azúcares; los lípidos son ácidos grasos unidos a glicerol; los ácidos nucleicos son cadenas de nucleótidos. Las enzimas son catalizadores de naturaleza proteica: se unen al sustrato en el sitio activo, bajan la energía de activación y su trabajo cambia con la temperatura, el pH, la cantidad de sustrato y los inhibidores.

🎬 Historia paso a paso

  1. ¿Qué hay dentro de una célula? Las barras muestran una célula típica según su peso: cerca del 70 % es agua y después vienen las proteínas. Al triturar en ácido se separan las moléculas pequeñas de las grandes.
  2. Proteínas: una cadena de cuentas, los aminoácidos. Toca los botones: la cadena se enrolla (secundaria), se hace un ovillo (terciaria) y se une a otras cadenas (cuaternaria).
  3. Carbohidratos: un anillo de azúcar, luego dos, luego cadenas largas: almidón enrollado, celulosa recta y glucógeno ramificado. Cuenta los anillos.
  4. Lípidos y ácidos nucleicos: una grasa es glicerol + 3 ácidos grasos; un nucleótido es base + azúcar + fosfato; el ADN son dos cadenas retorcidas.
  5. Una enzima trabajando: el sustrato encaja en el sitio activo, se convierte en productos y la enzima queda libre otra vez. Añade un inhibidor y se bloquea.
  6. Juego libre: cambia la temperatura y el pH y mira la barra de velocidad de reacción. Con demasiado calor, la enzima pierde su forma.

Consejo: arrastra la escena 3D para girarla. Usa dos dedos para hacer zoom.

🤔 Dudas comunes, resueltas

Los lípidos son moléculas pequeñas, ¿por qué están en la fracción insoluble en ácido?

Al triturar el tejido, las membranas de las células se rompen en vesículas diminutas de lípidos. Son grumos grandes que no pasan por el filtro, así que los lípidos se quedan atrás aunque cada molécula de lípido sea pequeña.

Si el orden de los aminoácidos es correcto, ¿por qué importa la forma?

El orden decide cómo se enrolla y se pliega la cadena. Solo la forma final plegada tiene el hueco o la superficie correctos para hacer el trabajo. Plegado equivocado = no funciona.

El almidón y la celulosa están hechos de glucosa, ¿por qué solo podemos digerir el almidón?

Las unidades de glucosa están unidas de otra manera. El almidón se enrolla y nuestra amilasa puede cortarlo. Las cadenas de celulosa están rectas y en haces fuertes, y los humanos no tenemos una enzima que corte esos enlaces.

¿Cuál es la diferencia entre un nucleósido y un nucleótido?

Nucleósido = base + azúcar. Nucleótido = base + azúcar + fosfato. Si añades un fosfato a un nucleósido, se convierte en nucleótido.

¿Cómo puede una enzima acelerar una reacción sin gastarse?

Solo le da al sustrato un lugar y un camino mejores para reaccionar (baja la energía de activación). Cuando los productos se van, la enzima sigue igual y puede recibir el siguiente sustrato.

¿El frío mata a una enzima?

No. El frío la deja lenta o inactiva por un tiempo; si la calientas de nuevo, vuelve a funcionar. El calor fuerte es distinto: destruye la forma para siempre (desnaturalización).

Composición química de una célula

Un tejido vivo y un puñado de tierra tienen los mismos tipos de elementos (carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno…), pero el tejido vivo tiene mucho más carbono e hidrógeno. Para encontrar los compuestos del carbono hacemos un análisis sencillo:

  1. Tritura el tejido vivo con ácido tricloroacético (Cl₃CCOOH) hasta obtener una papilla.
  2. Cuélala con una tela o algodón.
  3. El líquido que pasa = fracción soluble en ácido (filtrado): moléculas pequeñas como aminoácidos, azúcares y nucleótidos.
  4. Lo que se queda atrás = fracción insoluble en ácido (retenido): proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos y lípidos.

Si quemamos el tejido (calcinación), desaparecen todos los compuestos del carbono; las cenizas contienen elementos inorgánicos (Ca, Mg) y compuestos como sulfatos y fosfatos.

Las micromoléculas tienen una masa molecular de 18–800 Da y están en la fracción soluble. Las macromoléculas (biomacromoléculas) superan los 10 000 Da: proteínas, ácidos nucleicos y polisacáridos. Los lípidos pesan menos de 800 Da, pero aparecen en la fracción insoluble porque, al triturar, las membranas rotas forman vesículas insolubles.

Célula típica según su peso: agua 70–90 %, proteínas 10–15 %, ácidos nucleicos 5–7 %, carbohidratos 3 %, lípidos 2 %, iones 1 %.

Proteínas: cadenas de aminoácidos

Un aminoácido tiene un carbono central (carbono α) con cuatro grupos: hidrógeno, un grupo amino (–NH₂), un grupo carboxilo (–COOH) y un grupo R variable. El grupo R decide qué aminoácido es: R = H es glicina, R = CH₃ es alanina, R = CH₂OH es serina. Según sus grupos amino y carboxilo pueden ser ácidos (ácido glutámico), básicos (lisina) o neutros (valina); algunos son aromáticos (tirosina, fenilalanina, triptófano). En disolución, a cierto pH el aminoácido tiene cargas + y – a la vez: es un zwitterión.

Los aminoácidos se unen mediante enlaces peptídicos (–CO–NH–), soltando agua, y forman polipéptidos. Una proteína es un heteropolímero de hasta 20 tipos de aminoácidos. Los aminoácidos esenciales deben venir de la comida; los no esenciales los fabrica el cuerpo.

Cuatro niveles de estructura

Funciones: colágeno (la proteína más abundante en los animales) y RuBisCO (la proteína más abundante de la biosfera); tripsina (enzima), insulina (hormona), anticuerpos (defensa), GLUT-4 (lleva glucosa al interior de las células), receptores (detectan olores, sabores y hormonas).

Carbohidratos (polisacáridos)

Los azúcares están hechos de C, H y O. La glucosa y la ribosa son monosacáridos. Dos de ellos se unen por un enlace glucosídico y forman un disacárido (sacarosa, lactosa, maltosa). Las cadenas largas son polisacáridos, que están en la fracción insoluble en ácido.

En una cadena de polisacárido, el extremo derecho es el extremo reductor y el izquierdo es el extremo no reductor.

Lípidos

Los lípidos no se disuelven en agua. Un ácido graso es un grupo carboxilo unido a una cadena de carbonos (grupo R); el ácido palmítico tiene 16 carbonos contando el del carboxilo, y el araquidónico, 20. Si no tiene dobles enlaces es saturado; si tiene uno o más, es insaturado. El glicerol (trihidroxipropano) puede llevar hasta tres ácidos grasos: mono-, di- y triglicéridos (grasas y aceites; los aceites se funden a menor temperatura, por ejemplo el aceite de sésamo). Los fosfolípidos, como la lecitina, tienen un grupo fosfato y forman las membranas celulares. El tejido nervioso tiene lípidos más complejos. Los lípidos no son estrictamente macromoléculas ni polímeros.

Ácidos nucleicos

Un nucleótido tiene tres partes: una base nitrogenada, un azúcar de cinco carbonos (pentosa) y un fosfato. Solo base + azúcar = nucleósido (adenosina, guanosina, timidina, uridina, citidina).

En un ácido nucleico, el fosfato une el carbono 3′ de un azúcar con el carbono 5′ del siguiente: es un enlace fosfodiéster. En el modelo de Watson y Crick (ADN-B): las dos cadenas son antiparalelas, una vuelta completa tiene 10 pares de bases, el avance por par de bases es de 0,34 nm y una vuelta mide 3,4 nm.

Enzimas: tipos, propiedades y acción

Las enzimas son catalizadores biológicos: casi todas son proteínas; unos pocos ácidos nucleicos también actúan como enzimas y se llaman ribozimas. Aceleran las reacciones y salen sin cambios.

Cómo actúan

Cada enzima tiene un sitio activo, un hueco donde encaja el sustrato. E + S → ES (complejo enzima–sustrato) → EP → E + P. Toda reacción necesita energía para empezar: la energía de activación. La enzima la baja, y por eso la reacción va mucho más rápido. Ejemplo: la anhidrasa carbónica hace CO₂ + H₂O → H₂CO₃ unos 10 millones de veces más rápido (unas 600 000 moléculas por segundo en vez de unas 200 por hora).

Factores que afectan la actividad enzimática

Seis clases

  1. Oxidorreductasas/deshidrogenasas – mueven H o electrones entre dos sustratos.
  2. Transferasas – mueven un grupo (que no sea H) entre sustratos.
  3. Hidrolasas – rompen enlaces éster, éter, peptídicos, glucosídicos, C–C o P–N usando agua.
  4. Liasas – quitan grupos sin usar agua y dejan dobles enlaces.
  5. Isomerasas – cambian un isómero por otro.
  6. Ligasas – unen dos compuestos (por ejemplo, enlaces C–O, C–S, C–N, P–O).

Cofactores

La parte proteica es la apoenzima. Muchas necesitan un ayudante que no es proteína: un grupo prostético (muy unido, por ejemplo el grupo hemo en la peroxidasa y la catalasa), una coenzima (unida con menos fuerza, a menudo hecha de vitaminas; por ejemplo, NAD y NADP contienen niacina) o un ion metálico (por ejemplo, el zinc en la carboxipeptidasa). Si quitas el cofactor, la enzima deja de funcionar.

Pruébalo: mira una enzima en acción

Mastica un trocito de pan sin sabor o de arroz hervido durante dos minutos sin tragarlo: empieza a saber dulce, porque la amilasa de la saliva rompe el almidón en azúcar. Ahora prueba el efecto del calor: pon una gota de yodo sobre una rodaja de patata cruda (azul-negro = almidón). Después corta una patata cruda y una patata hervida y añade a cada una una gota de agua oxigenada (de la farmacia): la cruda burbujea porque su enzima catalasa funciona; la hervida casi no burbujea porque el calor desnaturalizó la enzima. Relaciónalo con el paso 6 del 3D.

Fórmulas y definiciones clave

Ejemplos resueltos

1. Se tritura tejido de hígado en ácido tricloroacético y se filtra. ¿En qué fracción encontrarás (a) glucosa, (b) ADN, (c) fosfolípidos?

(a) La glucosa es pequeña → filtrado (fracción soluble en ácido). (b) El ADN es una macromolécula → retenido (insoluble en ácido). (c) Los fosfolípidos son pequeños, pero las membranas rotas forman vesículas, así que también quedan en la fracción insoluble en ácido.

2. Un fragmento de ADN tiene 20 pares de bases. ¿Cuántas vueltas completas da la doble hélice y cuánto mide?

Una vuelta = 10 pb, así que 20 ÷ 10 = 2 vueltas. Longitud = 20 × 0.34 nm = 6.8 nm.

3. Una molécula de ADN tiene un 30 % de adenina. Calcula el porcentaje de guanina.

A = T, así que T = 30 %. A + T = 60 %, luego G + C = 40 %. G = C, así que G = 20 %.

4. Nombra el nivel de estructura de la proteína: (a) el orden de los aminoácidos, (b) las 4 cadenas de la hemoglobina, (c) la hélice.

(a) Primaria, (b) cuaternaria, (c) secundaria.

5. Una enzima une dos trozos de ADN formando un enlace P–O. ¿A qué clase pertenece?

Une dos moléculas con un enlace nuevo → ligasa (ADN ligasa).

6. Una enzima tiene Vmax = 100 unidades. ¿Cuál es la velocidad cuando la concentración de sustrato es igual a Km?

Km es la concentración de sustrato a la que la velocidad es la mitad de Vmax: 100 ÷ 2 = 50 unidades.

Errores comunes

Test de práctica

1. ¿Cuál se encuentra en la fracción soluble en ácido?
2. La proteína más abundante de toda la biosfera es:
3. ¿Cuál da un color azul-negro con yodo?
4. Una enzima que rompe un enlace usando agua es una:
5. El grupo hemo de la catalasa es un ejemplo de:

Práctica: responde tú mismo

Escribe o elige tu respuesta y pulsa Comprobar. Usa la pista si te atascas; la solución completa aparece después de responder.

Preguntas frecuentes

¿Qué son las biomoléculas?

Los compuestos del carbono que hay en los seres vivos: sobre todo proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos, además de moléculas pequeñas como los aminoácidos y los azúcares.

¿Qué factores afectan la actividad de las enzimas?

La temperatura, el pH, la concentración de sustrato y la presencia de inhibidores o activadores.

¿Cuál es la diferencia entre una coenzima y un grupo prostético?

Los dos son ayudantes que no son proteínas. El grupo prostético está muy unido (como el grupo hemo); la coenzima está unida con menos fuerza y a menudo se hace a partir de una vitamina (como el NAD).

Dónde se estudia

Canada (Ontario)Grade 12B. Biochemistry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 5ª (esame di Stato)Chemistry and biology
ItalySecondaria di secondo grado – classe 5ª (esame di Stato)Chemistry and biology
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa II. Chemistry of life
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa II. Chemistry of life
RomaniaClasa a IX-aThe cell: structural and functional unit of life
Spain2º BachilleratoBiomolecules
Spain2º BachilleratoBiology for the 21st century
Ukraine9 класChemical composition of the cell
Ukraine9 класOrganic substances
Ukraine10 класMetabolism and energy
CBSE (India)Class 11Cell: Structure and Function
CBSE (India)Class 11Molecules of Life
England (GCSE, A level)Year 123.1 Biological molecules
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 10From molecules to organisms: structures and processes
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Chemistry of Life
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Cellular Energetics
South Korea고등학교 2학년Cell structure and function
South Korea고등학교 2학년Metabolism and energy
South Korea고등학교 3학년Cell characteristics
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 10Metabolism and energy in humans
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 11Food chemistry
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 13Cell metabolism physiology
FrancePremièrePhysics-chemistry for health
FrancePremièreBiochemistry-biology: cross-cutting modules
FrancePremièreBiotechnology (option)
FranceTerminaleChemistry
FranceTerminalePart T: experimental technology
Russia9 классCells and tissues
Russia10 классChemical organisation of the cell
Russia10 классChemical composition and structure of the cell
China高一Comp.1 Ch.2 Molecules of cells
China高一Comp.1 Ch.5 Energy
China高一Ch.7 Organic compounds

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