Biomoléculas (I).

Esta entrada tiene el propósito de introducir los sillares elementales de la vida, las biomoléculas, de una forma comprensible. Es dificil de hacer a palo seco pero trataré de hacerlo lo más facil posible. Aún así, en algunos casos, como principios de física o química que referiré aquí y en otros artículos posteriores, sugiero a los lectores que o bien hagan un acto de fe (y me crean tal cual les cuento) o que se documenten por otras fuentes. Pero ahora pasemos al tema que nos ocupa.

Los principales grupos de biomoléculas son los siguientes:
-Glúcidos.
-Lípidos.
-Proteínas.
-Ácidos Nucleicos.
A estos cuatro grupos hay que sumar el agua y los electrolitos, átomos cargados o iones, de ciertos elementos (sobre todo metales y metaloides) y gases, como el dióxido de carbono y el oxígeno.

Agua y Electrolitos:

El agua, no siendo una biomolécula, es fundamental para la vida, supone el medio en el que ocurren todas las reacciones de la vida y además participa activamente en muchas de ellas como substrato, intermedio de transporte de electrones y protones o como producto. Sin el agua, la vida no ocurriría. Practicamente casi todas las propiedades del agua tienen que ver con las propiedades físicas de la misma molécula. Aquellos que han pasado por la educación primaria normalmente conocen la formula química del agua: dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. La estructura geométrica de esta molécula es clave en las propiedades del agua, fundamentalmente, tiene forma triangular, con el oxígeno en un vértice y los dos átomos de hidrógeno en los otros dos. Esto tiene relación con la electronegatividad de los átomos de oxígeno y de hidrógeno.

En este punto hablaremos de la electronegatividad por su importancia posterior.

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Los átomos de todos los elementos conocidos tienen diferente electronegatividad, una propiedad que deriva del número de electrones en las capas superiores. Normalmente, todos los átomos de un elemento tienen carga eléctrica neutra: los protones y los electrones están compensados (y de hecho el número de protones, el número atómico, es igual al de electrones). Sin embargo, en las últimas capas, los electrones determinan la electronegatividad, una carga aparente, por así decir, que genera efectos de atracción y de repulsión electrostática entre los átomos que componen una molécula.

La diferente electronegatividad viene de la tendencia de unos átomos u otros a retener los electrones en sus orbitales superiores. Sin adentrarnos mucho en la teoría cuántica de la estructura atómica: el número de electrones en la última capa de orbitales de un átomo tiende a una estabilidad en torno a ocho (salvo el Helio, al que le basta con dos), que es el caso de los gases nobles. Los gases nobles no reaccionan en ningún caso porque su última capa de orbitales presenta esos ocho electrones y es estable. Los átomos de otros elementos, precisamente, reaccionan con otros átomos para alcanzar esa estabilidad al introducir electrones del otro átomo en sus propios orbitales o cederlos al otro y así quedar en equilibrio. El motivo por el que no se separan convertidos en un átomo del elemento inmediatamente superior o inferior (el del gas noble más próximo, vaya) es que sus protones no pueden compensar la diferencia de carga tal cual y quedan entrelazados en una molécula, de modo que en realidad los electrones son compartidos.

Por poner ejemplos: al oxígeno le faltan dos electrones en su última capa para tener la configuración electrónica del Neón, mientras que al Sodio le sobra un electrón para tener esa misma configuración electrónica. Lógicamente, un átomo de oxígeno reaccionará con dos átomos de sodio para producir monóxido de sodio, que será electronicamente estable. Las posiciones en la Tabla Periódica de los Elementos señalan esos electrones de más o de menos de la última capa de orbitales (que normalmente son referidas como capa de valencia).

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La estructura geométrica de la molécula de agua, pues, es un producto de esta propiedad de la electronegatividad. El oxígeno es muy electronegativo y el hidrógeno muy electropositivo (de hecho es un solo protón junto a un solo electrón), por lo que el oxígeno tiene a atraer hacia sí los electrones y a dejar los protones más o menos desnudos. Normalmente, si las cargas estuviesen enquilibradas entre los átomos de hidrógeno, el ángulo entre ambos sería de 60º, como en un triángulo equilátero, pero al estar desnudos y presentar carga positiva por ser sólo protones, el ángulo es más abierto porque se repelen entre sí (de unos 109º, si no falla mi memoria). Sin embargo, se produce un fenómeno más importante aún que ése: la molécula de agua es dipolar, posee un polo de carga negativa y dos polos de carga positiva. Esto es esencial para comprender los fenómenos biológicos.

Figura 1. La molécula de agua (delta indica carga relativa en la molécula).

Como consecuencia más directa de la naturaleza dipolar del agua está, aparte de que el agua sea un líquido, el hecho de que las sales en disolución se disponen de forma iónica: por ejemplo, el cloruro de sodio (NaCl), la sal marina que todos empleamos en cocina, al disolverlo en agua se divide en iones de sodio con carga positiva (cationes) y de cloro con carga negativa (aniones). Esta división ocurre porque el agua solvata las moléculas de la sal y la carga eléctrica de cada dipolo equilibra la carga descompensada de cada átomo de la sal por separado (pero cuidado: no se forma un enlace covalente, es decir, no se comparten o intercambian electrones). La enorme importancia de este fenómeno radica en que el agua es un medio en el que se pueden mover cationes y aniones, generando diferencias de potencial eléctrico, compensando cargas y sirviendo de intermediarios de transporte electrónico claves para un gran número de procesos bioquímicos.

Figura 2. Disposición de las moléculas de agua entre sí.

Figura 3. Disposiciones posibles de las moléculas de agua en presencia de cationes sodio y aniones cloro procedentes de la sal marina.

Los electrolitos, los cationes (Calcio, Sodio, Potasio, Magnesio, Manganeso, Hierro, Amonio) y aniones (Cloro, Fosfato, Sulfato, Sulfuro) clave, son, en más de un caso, imprescindibles para la vida y posibilitan las reacciones básicas que hacen que estemos aquí, además de toda una serie de procesos fisiológicos tan importantes como la transmisión nerviosa. Aunque sólo estemos hablando de compuestos y moléculas inorgánicas, su relevancia para los seres vivos es incalculable.

P.S.: las figuras que publicaré a partir de ahora serán manuscritas, así que no me tengáis muy en cuenta el que no sean muy claras o detalladas. Escanearía directamente las buenas de algunos de mis libros de referencia pero tampoco me cuesta mucho y no quiero meterme en líos de derechos de autor y todo eso.



Referencias elementales:

Química Básica para entender la Bioquímica. The Biology Project, Universidad de Arizona.