Conceptos básicos - Composición de las células -
El agua, los iones inorgánicos y las moléculas orgánicas pequeñas constituyen aproximadamente el 75-85% del peso de la materia viva. De todas estas moléculas, el agua es de lejos la más abundante. El resto está compuesto por moléculas más grandes, denominadas “macromoléculas”, que son las proteínas, polisacáridos, lípidos y ácidos nucleicos.
Tabla: Composición aproximada de los componentes de una célula bacteriana.
Las proteínas son las verdaderas obreras de la célula, y también las macromoléculas más abundantes y diversas en estructura y función. Un hepatocito (célula del hígado) tiene unas 10.000 proteínas diferentes, ¡y cada una se encuentra repetida aproximadamente un millón de veces! Hay proteínas estructurales, como las que le dan forma a la célula, otras transportan oxígeno, como la hemoglobina, otras participan en la respuesta inmune contra los agentes patógenos, como los anticuerpos. Pero muchas son enzimas, proteínas que tienen la capacidad de acelerar (catalizar) reacciones químicas que no podrían ocurrir espontáneamente en la célula. Sin las enzimas, los procesos celulares como la reproducción, conversión de alimento en energía, construcción de macromoléculas, excreción de desechos celulares, entre otros, no serían posibles. Las proteínas son polímeros de aminoácidos. Hay 20 aminoácidos diferentes, pero todos ellos tienen una fórmula básica común, constituida por un carbono central al que se le unen un grupo químico carboxilo, uno amino y otro grupo químico que es particular para cada aminoácido y que se conoce como “cadena lateral o R”. Para formar una proteína, los aminoácidos se unen uno tras otro a través de una unión covalente particular, denominada “unión peptídica”, que involucra al grupo carboxilo de un aminoácido y al amino del siguiente.
La sucesión particular de aminoácidos en una proteína determina su “estructura primaria”, donde los aminoácidos se encuentran como cuentas en un collar. Pero las características de los grupos laterales de los aminoácidos hacen que éstos, aunque se encuentren alejados en el collar, puedan acercarse en el espacio. Así, la proteína adopta una conformación tridimensional (estructuras secundaria y terciaria) que es propia de cada proteína, ya que este plegamiento depende de la secuencia de aminoácidos, y cada proteína tiene una secuencia particular. Finalmente, varias cadenas proteicas plegadas pueden unirse entre sí por uniones no covalentes, constituyendo la estructura cuaternaria, como en el caso de la hemoglobina, que está formada por cuatro subunidades iguales. Hay proteínas muy cortas (en realidad se denominan péptidos), de unos pocos aminoácidos, y otras verdaderamente gigantes, como ciertas proteínas musculares, que llegan a tener hasta 100.000 aminoácidos.
Así como las proteínas están compuestas por aminoácidos, los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos. Cada nucleótido está compuesto por una base nitrogenada, un fosfato y un azúcar. Hay dos tipos de ácidos nucleicos: el que tiene nucleótidos formados por el azúcar ribosa, es el ARN (ácido ribonucleico), y contiene las bases nitrogenadas A (adenina), G (guanina), C (citosina) y U (uracilo). En cambio, el que tiene nucleótidos formados por el azúcar desoxirribosa es el ADN (ácido desoxirribonucleico) y contiene las bases nitrogenadas A (adenina), G (guanina), C (citosina) y T (timina, que es parecida a la U). Mientras que el ARN se encuentra en las células como una cadena polinucleotídica única, el ADN está formado por dos cadenas que se entrelazan formando una doble hélice. Podemos imaginar al ADN como una escalera que gira sobre sí misma y donde los lados son cadenas de azúcares y fosfatos, conectadas por “escalones”, que son las bases nitrogenadas. En la doble hélice, siempre una A se enfrenta a una T y una C se enfrenta a una G. Estas bases se unen entre sí a través de uniones no covalentes, conocidas como “puente de hidrógeno”
Las células contienen cuatro tipos principales de moléculas orgánicas pequeñas: azúcares, ácidos grasos, nucleótidos y aminoácidos. Se las puede encontrar libres en el citoplasma o dentro de alguna organela, vesícula o membrana, donde participan de diferentes procesos. Algunas pueden ser transformadas en moléculas más pequeñas aún, con el fin de que la célula obtenga la energía necesaria para sus funciones. Además, la mayor parte de estas moléculas pequeñas son usadas como “ladrillos” (monómeros) para construir enormes macromoléculas (polímeros): las proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y polisacáridos.
Las macromoléculas, y en particular las proteínas y los ácidos nucleicos, son los componentes más interesantes y característicos de los sistemas vivientes.
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