Biología, la vida en la tierra con fisiología Tomo 01-páginas-12

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M o l é c u l a s b io ló g i c a s 41
fo rm ad o p o r glucosa m ás fructosa, m o lécu la q ue guarda energía 
en la caña y e l b e ta b e l) y agregaste ta m b ié n crem a, q ue contiene 
la c to s a (d isacárid o fo rm ad o p o r g lucosa m ás galactosa ). E l disa- 
cá rido m a lto sa (g lucosa m ás g lucosa ) es ra ro e n la naturaleza, 
pero se fo rm a a ra n d o las enz im as del ap ara to digestivo h id ro lizan 
e l a lm id ó n (c o m o e l d e l pan to s tad o ). A co n tin uac ión , o tras enzi­
m as d igestivas h id ro liz a n la m altosa e n d o s m o lécu las d e glucosa 
que las célu las pueden absorber y d egradar para liberar energía.
S i estás a d ieta, es posib le q ue hayas añ ad id o a tu café un 
sustituto de azúcar. Estas interesantes m oléculas aparecen descritas 
en e l ap artad o 'En lace s con la v id a d iaria : A lim entos sintéticos*.
Los pol¡sac¿rídos son cadenas de m onosacáridos
H a z la p rueba d e m asticar u n a galleta m u ch o tiem p o . ¿Sabe cada 
vez m ás d u lce ? A s i debería se r p o rq u e co n el tiem po, las enzim as 
d e la s a liv a p roducen la h id ró lis is d e l a lm id ó n (u n polisarári- 
d o ) de las galletas q ue está fo rm ado p o r m o lécu las d e glucosa 
(m o n o sacá r íd o ), q ue t ien e n sabo r dulce. Las p lan tas ap rovechan 
el a lm id ó n (F IG U R A 3-8) co m o m o lécu la d e a lm acenam ien to de 
energ ía y los an im a les a lm acenan g lu có g e n o , un po lisacárido s i­
m ila r. Los dos consisten e n p o lím eros d e m o lécu las de glucosa. 
El a lm id ó n se fo rm a e n las raíces y sem illas; un a galleta contiene 
a lm id ó n d e los g ranos de trigo. El a lm id ó n está fo rm ad o p o r ca­
denas ram ificadas d e hasta m e d io m illó n d e un idades d e glucosa.
Enlaces con la vida diaria 
Alimentos sintéticos
En las sociedades bendecidas por una superabundancia de 
com ida, la obesidad e s un prob lem a d e salud grave. Una meta 
d e los especialistas en ingeniería a lim entaria es m odificar 
las m oléculas b io lóg icas para que no tengan ca lo rías; los 
principales cand idatos son el azúcar (a 4 Cal/gram o) y las 
grasas (a 9 Cal/gram o). Varios endulzantes artificiales, com o 
c l aspartam c (Nutraswect“ * )y la sucralosa (Splonda ** ) dan 
un sabor dulce a los a lim entos con pocas o n inguna caloría. El 
aceite artificial llam ado olestra no es d igerib le en absoluto; asi. 
las papas fritas co n o lestra no tienen ca lorías d e grasa y mucho 
menos ca lorías to ta le s que la s norm ales ( f i g u r a E3-1). ¿Cóm o 
se hacen estas m oléculas no biológicas?
0 aspartam c es una com binación de dos am inoácidos: 
ácido aspártico y fenlla lan lna (figura 3-18b). Por causas 
desconocidas, e l aspartam e e s mucho m ás e ficaz que el azúcar 
para estim ular los receptores d e l sabor dulce d e la lengua, 
la sucralosa e s una m olécula d e sacarosa m odificada en la 
que átom os d e clo ro reem plazan a tres grupos h idroxilos. La 
sucralosa ac tiva nuestros receptores de lo d u lce 6 0 0 ve ces más 
q ue la sacarosa, pero nuestras enzim as no la d ig ieren , asi que 
no proporciona calorías.
Rsra entender la constitución d e l aceite o lestra . observa 
en la figura 3-13b que los aceites contienen un esqueleto 
de glicerol cu yos tres á to m o s de carbono están enlazados 
a u n ácido graso. En el o lestra . la molécula del g licero l está 
sustitu ida por una d e sacarosa con seis a ocho ác id os grasos 
unidos a sus átom os d e carbono, ta cadena de ácidos grasos, 
q ue se extiende desde los an illo s d e la m o lécu la d e sacarosa
V ____________________
E l g lucógeno, que se a lm acena e n e l h ígado y m úscu los d e los 
an im a le s (in c lu yén do n os a nosotros), es tam b ién un a cadena de 
un idad es d e g lucosa, p ero está m u ch o m ás ram ificado q ue el al­
m idó n .
M u ch o s organism os usan p o lisacáridos co m o m ateriales 
estructurales. U n o d e los polisacáridos estructurales m ás im p o r­
tantes es la c e lu lo s a , d e la que están hechos la m ayo r parte de 
las paredes celulares vegetales, las suaves m otas d e a lgodón del 
a lgod onero y casi la m ita d d e l tronco d e un árb o l (F IG U R A 3-9). 
Los ecologistas ca lcu lan que, ap roxim adam ente, ca d a a ñ o lo s or­
gan ism os sin te tizan u n b illó n d e toneladas d e celu losa, d e m o d o 
q ue es la m o lécu la o rgán ica m ás abundante e n el p laneta.
La celu losa, co m o el a lm idón , es un p o lím e ro de glucosa, 
p ero e n la ce lu lo sa ( a d iferencia d e l a lm id ó n ) cada tercera glucosa 
está 'd e cabeza ' (com para la figura 3-8c con la fig u ra 3-9d). A un­
q ue la m ayo ría d e los an im a les d ig ieren fác ilm en te el a lm id ó n , 
n in g ú n vertebrado tien e enzim as para d ig e rir la celu losa. C o m o 
se estudiará e n el cap ítu lo 6, las enz im as d eb en caber exactam en­
te e n las m o lé a ila s q u e degradan, y la fo rm a d e l e n la ce d e la ce­
lu lo sa im p id e q u e la a taq uen enz im as d e u n an im a l vertebrado. 
A lgunos an im a les , co m o las vacas, tienen e n e l aparato d igestivo 
co lo n ias d e m icro b io s que d ig ieren la ce lu lo sa y ap ro vech an las 
un idad es d e glucosa q ue se liberan. En e l hu m an o , las fib ras de 
ce lu lo sa pasan intactas p o r el aparato digestivo, p e ro ap o rtan la 
f ib ra q ue evita e l estreñ im ien to .
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A F IG U R A E3-1 A lim e n to s a r t if ic ia le s la sucralosa de 
Splenda “ * y el olestra d e las papas fritas sin grasa son versiones 
sintéticas no digeribles del azúcar y el aceite, respectivamente. 
Fueron diseñados para ayudar a la gente a controlar su peso.
como los brazos d e un pulpo. Im pide que la s enzim as 
d igestivas degraden la molécula en fragm entos absorblbles. 
Aunque no se d igiere, el o lestra aporta a los a lim entos la 
m isma sensación y sabor que el aceite.
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4 2 L i vk Ij d e la lélula
(b) M o lécu la d e almidón fe) D e ta lle d e una m o lécu la d e alm idón
A F IG U R A 3-8 E l a lm id ó n e s u n p o l is a c ir íd o v e g e ta l h e c h o d e u n id a d e s d e g lu c o s a q ue 
a lm a c e n a e n e rg ía <a) Gránutos d e alm idón e n células d e papa, (b ) Corte pequerto de una molécula de 
almidón, compuesta de cadenas ramificadas de hasta medio m illón de unidades d e glucosa, (c ) Estructura 
precisa d e la porción circulada d e la molécula de almidón e n (b). Compara los vínculos entre las unidades de 
glucosa con la celulosa (figura 3-9).
(a) La m adera e s principalm ente ce lu losa f } ) C é lu la veg e ta l c o n pared
fd) D eta lle d e la m olécula d e ce lu lo sa
A F IG U R A 3-9 E s t r u c tu r a y fu n d ó n d e la c e lu lo s a (a ) La madera d e este pino de Colorado de 3,000 artos 
de antigüedad e s principalmente celulosa, (b ) La celulosa forma la pared que rodea todas las células d e l árbol.
(c )L a s paredes celulares están formadas por fibras de celulosa en capas dispuestas en ángulo, que resisten 
el rasgado e n ambas direcciones, (d ) l a celulosa está compuesta por subunldadcs de glucosa. Compara esta 
estructura con la figura 3-8c y observa que cada tercera molécula de glucosa en la celulosa es tá *de cabeza*.
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M o l é c u l a s b io ló g i c a s 4 3
¿Te has preguntado...
cómo las termitas digieren la madera?
La respuesta es que. aunque las term itas comen madera, no 
pueden digerirla e lla s mismas. Com o las vacas, las term itas 
albergan e n el intestino diversas poblaciones de bacterias y 
protístas que digieren la celulosa. En esta relación de beneficios 
mutuos, las term itas ofrecen refugio y los microbios paganla renta digiriendo la celulosa e n sus unidades d e glucosa, 
que comparten con las term itas. Diferentes especies de 
term itas tienen grupos peculiares d e microbios que digieren 
la celulosa. Algunas protístas que viven en las term itas son 
u n dependientes de la celulosa que mueren si las term itas 
se alimentan con almidón.
y
E l recu b rim ien to externo de soporte (exoesque le to ) de 
insectos, escarabajos y arañas está h e d ió d e q u it in a , u n polisa- 
cá rido cuyas un idades d e glucosa co n tien en u n grupo fu n d o n a l 
n itrog enad o (F IG U R A 3-10). La q u itin a tam b ién endurece las pa­
redes celulares de m u d io s hongos, in d u y e n d o los cham p iñones.
Los carboh id ratos tam b ién pueden fo rm ar parte d e estruc­
turas celulares com p le jas; p o r e jem p lo , la m em brana p lasm ática 
q u e rodea las célu las está repleta d e proteínas u n id as a ca rboh i­
dratos. Ix » ád d o s nucleicos, que ve tem os m ás adelante, tam b ién 
co n tien en m o lécu las de azúcar.
3 .4 ¿Q U É SO N LO S L ÍP ID O S ?
Ix » l íp id o s so n u n grupo variado d e m o lécu las q ue contienen 
regiones compuestas casi com pletam ente por h id rógeno y carbono, 
con enlaces n o polares carbono-carbono y carbono-hidrógeno. Es­
tas regiones n o polares hacen a los líp idos h id ró fob o s e insolub les 
e n agua. A lg u no s líp id o s guardan energ ía, m ientras otros fo rm an 
los recubrim ientos im perm eab les d e p lantas y an im a les , otros 
m ás so n com ponentes esendales de la m em brana celu lar, o son 
horm onas.
Los líp idos se clas ifican e n tres grupos p rindpales: (1 ) acei­
t o , grasas y ceras, q ue tienen un a estructura p aread a y só lo con­
tienen carbono, h id rógeno y oxigeno; ( 2 ) fosfo líp idos, que son 
estructuralm ente sem ejantes a los aceites, pero q ue tam b ién con­
tienen fósforo y nitrógeno, y (3 ) la fam ilia co n 'a n illo s fusiona­
d o s ' d e los esteroides, q ue están com puestos d e carbono, hidró- 
^ n o y oxígeno.
A ceites, grasas y ceras son lípidos que contienen 
sólo carbono, hidrógeno y oxígeno
Aceites, grasas y ceras se re lad o n an de tres maneras. En p rim er lu- 
g ir, con tienen só lo carbono, h id ró gen o y oxígeno. En segundo, 
contienen u n o o m ás á c id o s grasos, q ue son largas cadenas de 
carbono e h id ró gen o con un grupo d e á d d o cu b o x ílico ( — C O O H ) 
en un extrem o. Po r últim o, casi n in g u n o tiene estructuras an illadas.
la s g ra sa s y los a c e ite s se usan p r in r ip á lm e n te co m o m o­
léculas d e a lm acenam ien to de energía. C o n tie n e n m ás del d o ­
b le de ca lorías p o r g ram o q u e los ca rboh id ratos y las proteínas 
(grasas: 9 Cal/gram o; carboh id ratos y proteínas: 4 C a l/g ram o ). 
EJ oso d e la F IG U R A 3-1 l a acu m u ló su fir ie n te grasa para to d a su 
h ib e rn ad ó n . Para n o acum u la r dem asiadas grasas, algunas perso­
nas prefieren p roductos e laborados co n sustitutos co m o e l oles- 
tra, según se describe e n e l ap artad o 'E n la ce s con la v id a d iaria : 
A lim en to s sintéticos*.
C rasas y aceites se fo rm an m ed ian te reaed on es d e síntesis 
p o r d esh id ra tad ó n e n la q ue se unen tres un idades d e ád d o s gra­
sos a un a m o lé cu la d e g jic c ro l, una m o lécu la de tres carbonos 
(F IG U R A 3-12). Esta estructura d a a grasas y aceites su nom bre 
q u ím ico : t r ig l lc é r ld o s .
Ix » an im a les p roducen grasas (c o m o la m an te q u illa y la 
m an teca ), m ien tras q u e los aceites (c o m o los de m aíz , cañ ó la y 
so ya ) se encuen tran p rin c ipa lm en te e n las sem illas de plantas. 
La d iferencia en tre un a grasa, que es un só lid o a tem peratura 
am b ien te y un aceite, que es líq u id o , estriba e n la estructura de 
sus ád d o s grasos. En las grasas, los ca rb o n os d e los á d d o s grasos 
están un ido s p o r en laces ún icos, co n á to m o s d e h id ró gen o en 
todos los dem ás sitios de en lace. Estos ác id os grasos se d e sa ib e n 
co m o sa tu ra d o s p o rq u e co n tien en todos los á to m o s d e h id ró ­
g eno que pueden con tener. Cx>mo les fa ltan los en laces dobles
H \ N - HC H ¿ )H
A F IG U R A 3*10 Q u it in a , u n p o lis a c á r id o ú n ic o La quitina tiene la misma configuración de enlace 
de las moléculas d e glucosa que la celulosa, pero las unidades de glucosa tienen un grupo funcional 
nitrogenado <en verde) en lugar d e l grupo hidroxilo. La quitina, que e s dura y flexible, d a sostén al cuerpo 
blando de los artrópodos (insectos, arañas y otros), a s i como a la m ayor parte de los hongos, como este 
hongo en estante.
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4 4 H ] ; i H 7 J » « U v K l a d e la c é lu la
(a) G t o m
A R G U R A 3-11 L íp id o s e n la n a tu ra le z a (a )U n gordo oso gris, listo para Nbernar. S I este oso guardara 
la misma cantidad de energía en carbohidratos en lugar d e grasas, probablemente no podría cam inar, (b ) l a 
cera es un lípido muy saturado que se mantiene m uy firme a las temperaturas exteriores normales. G racias a 
su rigidez, forma hexágonos fuertes y de paredes delgadas en este panal.
— Ñ-------- r
l l - C - O M e
H - C - O H
■i-
*E
E
O
glicerol ác id os grasos
A
t í *
trígbcórido
▲ R G U R A 3-12 S ín te s is d e u n tr ig lic é r id o En la reacción de 
síntesis por deshldrataclón se unen un a molécula de glicerol y tres 
ácidos grasos para formar un trlgHcérldo y tres moléculas d e agua. 
PREGUNTA Pronostica qué reacción ocurriría si una enzima que 
digiera grasas degrada esta molécula.
en tre los carbonos, estas cadenas de ácidos grasos saturados son 
rectas y pueden agruparse m u y estrecham ente, co n lo q u e fo rm an 
grum os só lidos a tem peratura am b ien te (F IG U R A 3-13a).
S i h a y en laces dobles en tre a lgunos ca rbonos y, p o r con­
siguiente, m enos h id rógenos, e l ác id o graso es in s a tu ra d o . Ix » 
en laces dob les d e los ácidos grasos insa tu rados e n los aceites pro­
d ucen flexiones (cu rvas) e n las cadenas d e ácidos grasos (F IG U R A 
3-13 b ). Los aceites son líq u id os a tem pera tu ra am b ien te porque
estas flexiones im p id en q ue sus m oléculas se com p arten . F J p ro­
ceso com ercia l d e h id rogenación (p o r el que se rom pen algunos 
d e los en laces dobles y se agregan h id rógenos a los ca rbo n os) 
p uede co n ve rt ir los aceites líqu idos e n só lid os , p ero co n algunas 
consecuencias para la sa lud ( véase el ap añ ado , ‘ G uard ián d e la 
sa lud : C o lcstero l, grasas trans y e l co razó n *, página 46 ).
A u n q u e las ce ra s so n quím icam ente sem ejantes a las grasas, 
e l h u m an o y casi todos los o tros an im ales carecen d e las enzim as 
necesarias para degradarlas. Las ceras están m u y saturadas y , por 
tanto, so n só lidas a tem peraturas exteriores norm ales. Las ceras 
fo rm an u n recubrim iento im perm eab le sobre ho jas y ta llo s de 
p lantas terrestres. Ix » an im a les s intetizan ceras co m o im perm eab i­
lizante para el pelaje d e los m am íferos y e l exoesqueleio d e los 
insectos. Las abejas m elíferas construyen con cera e laborados p a ­
nales donde guardan la m ie l y ponen sus huevos (R G U R A 3-11 b).
Los fbsfolíp idos tienen “ cabeza" soluble 
en agua y “ cola” ¡nsoluble en agua
l a m em brana p lasm ática q ue rodea a las célu las con tiene varios 
tipos d e fb s fo líp id o s . U n fosfo lip ido es parecido a u n aceite, sal­
vo q ue en lugar d e u n o d e los tres ácidos grasos q ue form an la 
‘co la ’ , h a y u n grupo fosfato un id o a un g rup o funciona l polar va­
riab le, q ue no rm a lm en te con tiene nitrógeno (F IG U R A 3-14). U n 
fosfolip id o tiene dos extrem os diferentes. En u n extrem o h a y dos 
‘co las* d e ácidos grasos n o polares, que son inso lub les e n agua, y 
en e l o tro se encuentra un a ‘ cabeza* de nitrógeno y fosfato q ue es 
p o la r y so lub le e n agua. C o m o se estudiará e n e l cap ítu lo 5, estas 
prop iedades d e los fosfo líp idos so n cruciales para L i estructura y 
func io nam ien to de las m em branas celulares.
Los estero id es constan de cuatro anillos 
de carbono fusionados
A d iferencia de grasas y aceites, q ue n o tienen an illos, todos los 
e s te rn id e s están com puestos d e cuatro a n illo s d e á to m o s de 
ca rb o n o un idos, d e los q ue sobresalen varios grupos func io ­
na les (F IG U R A 3-15). U n t ip o de estero ide es e l co lestero l. Éste
f>) C era
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