Fundamentos de Biología: Macromoléculas Esenciales y Procesos Energéticos Celulares

1. El Petróleo: Origen, Procesamiento y Usos

El petróleo es un combustible fósil, proveniente de los restos de plantas y animales, que se almacenan en las cuencas de sedimentación. Se caracteriza por su lenta degradación y el escaso nivel de oxígeno en los ambientes donde se forma. Se emplea principalmente para producir energía en el transporte y la calefacción, y un pequeño porcentaje se utiliza en industrias petroquímicas.

En las refinerías, se busca obtener mezclas de diferentes tipos de hidrocarburos a partir del petróleo crudo mediante procesos de destilación. Los productos obtenidos incluyen queroseno, nafta y gasóleo.

2. Combustión, Polaridad y Grupos Funcionales

El uso más importante del petróleo es como combustible para transporte o calefacción, a partir de la combustión. La combustión es un proceso de reacción química entre el combustible y el oxígeno, que genera dióxido de carbono, agua y energía.

Los grupos funcionales confieren propiedades de polaridad a las moléculas. Por ejemplo, la alta electronegatividad del oxígeno provoca una distribución desigual de carga dentro de la molécula. Las moléculas polares son solubles en agua, ya que el principio de solubilidad establece que “lo polar disuelve a lo polar y lo no polar a lo no polar”.

3. Carbohidratos (Glúcidos): Estructura, Clasificación y Funciones

Los carbohidratos, también conocidos como glúcidos o hidratos de carbono, son compuestos polialcohólicos con la fórmula general C_n(H₂O)_n, lo que indica que poseen tantos átomos de carbono como moléculas de agua.

Clasificación de los Carbohidratos:

• Monosacáridos: Son las unidades más simples y no pueden hidrolizarse (romperse con agua), ya que no poseen uniones entre moléculas para ello. El término “sacárido” se refiere a los azúcares, siendo la glucosa un monosacárido fundamental.
• Disacáridos: Formados por la unión de dos monosacáridos.
• Oligosacáridos: Compuestos por la unión de tres a diez monosacáridos.
• Polisacáridos: Formados por la unión de más de diez monosacáridos.

Glúcidos Reductores:

Un glúcido es reductor cuando tiene la capacidad de oxidarse para reducir a otra sustancia. Para que un glúcido sea reductor, debe poseer su carbono anomérico libre (un carbono con sus cuatro valencias unidas a grupos diferentes), lo que le permite actuar como agente reductor.

Funciones de los Polisacáridos:

• Polisacáridos de Reserva: Son polímeros de glucosa que se utilizan como fuente energética. Mediante hidrólisis, liberan numerosos monómeros de glucosa cuando el organismo los necesita. Ejemplos: glucógeno en el hígado humano y almidón en las plantas.
• Polisacáridos Estructurales: Son los encargados de funcionar como sostén e integrar cubiertas esqueléticas en los organismos. Ejemplos: celulosa en las paredes celulares vegetales o quitina en los exoesqueletos de artrópodos y paredes celulares de hongos.

4. Lípidos: Propiedades, Clasificación y Rol Biológico

Los lípidos son macromoléculas insolubles en agua.

Clasificación de los Lípidos:

• Lípidos Saponificables: Reaccionan con un álcali fuerte (proceso de saponificación) para producir alcohol y una sal de ácido graso (jabón). Intervienen como componentes estructurales de las membranas celulares, regulando el paso de sustancias a través de ellas (ej. fosfolípidos).
• Lípidos No Saponificables: No experimentan la reacción de saponificación porque no derivan de ésteres. Son precursores de hormonas y otras moléculas biológicamente activas (ej. colesterol).

Además de sus funciones estructurales y reguladoras, los lípidos también sirven como una importante reserva energética, almacenándose en el tejido adiposo.

5. Proteínas: Estructura, Funciones y Enzimas

Las proteínas son macromoléculas complejas compuestas por unidades más pequeñas llamadas aminoácidos.

Funciones Biológicas de las Proteínas:

Las proteínas desempeñan diversas funciones vitales en los organismos:

• Estructural: Proporcionan soporte y forma (ej. colágeno en tejidos conectivos).
• Contráctil: Permiten el movimiento (ej. actina y miosina en músculos).
• Nutricional: Sirven como reserva de aminoácidos (ej. caseína en la leche).
• Transporte: Mueven sustancias dentro y fuera de las células o por el organismo (ej. hemoglobina transporta oxígeno).
• Enzimática: Actúan como catalizadores biológicos.
• Reguladora: Como hormonas o receptores.
• Defensa: Como anticuerpos.

Para cumplir su función biológica, las proteínas deben mantener su estructura tridimensional intacta. La pérdida de esta estructura, conocida como desnaturalización, conlleva la pérdida de su función biológica.

Las Enzimas: Catalizadores Biológicos

Una enzima es una proteína que actúa como catalizador biológico, acelerando la velocidad de las reacciones químicas sin consumirse en el proceso. Se une a un sustrato específico y facilita la formación del producto. Su importancia radica en que muchas reacciones metabólicas, que serían extremadamente lentas por sí mismas, se aceleran significativamente gracias a la presencia de estos catalizadores.

6. Metabolismo: Catabolismo y Anabolismo

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que ocurren en un organismo para mantener la vida. Se divide en dos procesos principales:

• Catabolismo: Es el proceso de degradación de sustancias complejas para obtener energía.
  • Ejemplo: La respiración celular, donde moléculas orgánicas se oxidan y el oxígeno se reduce a agua, liberando energía.
• Anabolismo: Es la síntesis de sustancias complejas a partir de moléculas más simples, requiriendo un aporte de energía.
  • Ejemplo: La regeneración de tejidos tras un corte o quemadura, o la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos.

Los organismos autótrofos, como las plantas, son capaces de generar su propio alimento a partir de sustancias inorgánicas, principalmente mediante procesos como la fotosíntesis.

7. Procesos Energéticos Celulares: Respiración y Fermentación

La respiración celular es un conjunto de reacciones metabólicas cuyo fin es degradar hidratos de carbono simples (como la glucosa) para obtener moléculas de alta energía, principalmente ATP (Adenosín Trifosfato).

La fermentación es un proceso metabólico que ocurre en ausencia de oxígeno (condiciones anaeróbicas). Dependiendo del organismo y el sustrato, puede producir:

• Ácido láctico (fermentación láctica).
• Etanol (fermentación alcohólica, utilizada en la producción de bebidas alcohólicas).