Biomoléculas y Enlaces Químicos: Fundamentos de la Materia Viva

Biomoléculas: Componentes Esenciales de la Vida

Las biomoléculas son sustancias orgánicas e inorgánicas a partir de las cuales se constituye la materia viva. Están formadas por la combinación entre sí de los diferentes bioelementos unidos mediante enlaces químicos.

Tipos de Biomoléculas:

• Inorgánicas: Sales inorgánicas, agua y moléculas gaseosas como O₂, CO₂ y N₂.
• Orgánicas: Hidratos de carbono (glúcidos), lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Algunas moléculas orgánicas no son muy grandes, pero otras, denominadas macromoléculas (como los polisacáridos, las proteínas y los ácidos nucleicos), alcanzan tamaños considerables.

Fuerzas y Enlaces Químicos en Biomoléculas

Fuerzas Intramoleculares: Uniendo Átomos

Las fuerzas intramoleculares son las que unen los átomos dentro de una molécula.

• Enlace Covalente: Se establece al mantener unidos entre sí átomos de elementos no metálicos que tienen electronegatividades iguales o muy parecidas, compartiendo sus electrones. En un enlace covalente sencillo, se comparten dos electrones (uno de cada átomo).
• Enlace Iónico: Se forma por la transferencia de electrones entre elementos con electronegatividades muy diferentes (uno muy electronegativo y otro muy electropositivo). Esto crea iones de carga opuesta (cationes y aniones) que se atraen electrostáticamente. Esta unión da lugar a compuestos iónicos, como las sales inorgánicas o minerales, que forman redes cristalinas y suelen ser sólidos a temperatura ambiente.

Interacciones Intermoleculares (Fuerzas Débiles)

Las interacciones débiles o fuerzas intermoleculares se pueden crear y romper con facilidad. Resultan de las interacciones entre moléculas o entre moléculas e iones. Aunque individualmente son débiles, su efecto acumulado puede ser muy significativo, influyendo en propiedades físicas como el estado de agregación. Estas fuerzas participan en:

• La adhesión (entre moléculas diferentes).
• La cohesión (entre moléculas idénticas).
• La estructura tridimensional de biopolímeros (proteínas, ácidos nucleicos).
• La funcionalidad biológica de las macromoléculas.

Tipos de Interacciones Débiles:

• Interacciones Electrostáticas (o Iónicas Intermoleculares): Se establecen entre grupos con carga eléctrica neta. Pueden ocurrir entre iones, entre moléculas polares cargadas, o entre regiones cargadas de macromoléculas (ej., grupos carboxilo COO⁻ y amino NH₃⁺). Pueden ser de atracción (cargas opuestas) o de repulsión (cargas iguales).
• Fuerzas de Van der Waals: Son interacciones débiles y transitorias que se establecen entre todas las moléculas, incluso las apolares, debido a fluctuaciones temporales en la distribución de electrones que crean dipolos instantáneos e inducidos. Incluyen:
  • Fuerzas dipolo-dipolo (entre moléculas polares).
  • Fuerzas dipolo-dipolo inducido (entre una molécula polar y una apolar).
  • Fuerzas de dispersión de London (entre moléculas apolares, debidas a dipolos instantáneos).
• Enlaces o Puentes de Hidrógeno: Es un tipo especial de interacción dipolo-dipolo, particularmente fuerte. Ocurre cuando un átomo de hidrógeno está unido covalentemente a un átomo muy electronegativo (como O, N o F) y es atraído electrostáticamente por otro átomo electronegativo cercano en otra molécula o en la misma molécula.
• Interacciones Hidrofóbicas: No son un enlace en sí, sino el efecto que ocurre cuando moléculas no polares (hidrofóbicas) se encuentran en un medio acuoso. Estas moléculas tienden a agruparse entre sí para minimizar su contacto con el agua, lo que maximiza las interacciones favorables (puentes de hidrógeno) entre las moléculas de agua circundantes. El agua forma estructuras ordenadas (tipo "jaula") alrededor de las moléculas no polares disueltas individualmente, pero al agruparse las moléculas no polares, se reduce la superficie de contacto y parte de esta agua ordenada se libera, aumentando la entropía del sistema.

El Carbono y la Base de la Química Orgánica

Las moléculas de los compuestos orgánicos poseen un esqueleto carbonado, constituido por la unión de átomos de carbono (C) mediante enlaces covalentes. Estos enlaces forman cadenas que pueden ser lineales, ramificadas o cíclicas. A su vez, los átomos de carbono están unidos a otros átomos o grupos de átomos, dando lugar a distintos grupos funcionales que determinan las propiedades químicas de la molécula.

El carbono (C) posee número atómico 6. Su capacidad para formar cuatro enlaces covalentes estables (tetravalencia) con otros átomos de carbono y con una variedad de otros elementos (H, O, N, S, P, etc.) es fundamental para la diversidad de las moléculas orgánicas y, por tanto, de la vida.