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Macromolécula

Estructura química de una macromolécula polipeptídica Una macromolécula es una " molécula de alta masa molecular relativa, cuya estructura comprende esencialmente la repetición ...

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Estructura química de una macromolécula polipeptídica

Una macromolécula es una " molécula de alta masa molecular relativa, cuya estructura comprende esencialmente la repetición múltiple de unidades derivadas, real o conceptualmente, de moléculas de baja masa molecular relativa". [ 1 ] Los polímeros , que se utilizan a menudo en muchos bienes de consumo, son ejemplos de macromoléculas. Las macromoléculas comunes son los biopolímeros ( ARN y ADN , proteínas y carbohidratos ), [ 2 ] las poliolefinas ( polietileno ) y las poliamidas ( nylon ).

macromoléculas sintéticas

Tereftalato de polietileno (PET), utilizado para fabricar envases de bebidas.

Muchas macromoléculas son polímeros sintéticos ( plásticos , fibras sintéticas y caucho sintético ). El polietileno se produce a una escala particularmente grande, de modo que los etilenos son el producto principal en la industria química . [ 3 ]

Algunos ejemplos o diferentes tipos de macromoléculas sintéticas son:

Al considerar los materiales organometálicos dentro del alcance, esto también puede incluir los marcos metalorgánicos (MOF). Además, al considerar otros enlaces no covalentes, como los enlaces de hidrógeno o el apilamiento pi, también se incluyen muchos tipos diferentes de redes supramoleculares . [ 4 ]

Macromoléculas en la naturaleza

Biopolímeros lineales

Todos los organismos vivos dependen de tres biopolímeros esenciales para sus funciones biológicas: ADN , ARN y proteínas . [ 5 ] Cada una de estas moléculas es necesaria para la vida, ya que cada una desempeña un papel distinto e indispensable en la célula . [ 6 ] En resumen, el ADN produce ARN, y luego el ARN produce proteínas .

El ADN , el ARN y las proteínas constan de una estructura repetitiva de unidades estructurales relacionadas ( nucleótidos en el caso del ADN y el ARN, y aminoácidos en el caso de las proteínas). En general, son polímeros no ramificados, por lo que pueden representarse como una cadena. De hecho, pueden visualizarse como un collar de cuentas, donde cada cuenta representa un monómero de nucleótido o aminoácido unido mediante enlaces químicos covalentes para formar una cadena muy larga.

En la mayoría de los casos, los monómeros dentro de la cadena tienen una fuerte propensión a interactuar con otros aminoácidos o nucleótidos. En el ADN y el ARN, esto puede adoptar la forma de pares de bases de Watson-Crick ( G - C y A - T o A- U ), aunque pueden ocurrir, y de hecho ocurren, muchas interacciones más complejas.

Características estructurales

Debido a la naturaleza de doble cadena del ADN, prácticamente todos los nucleótidos adoptan la forma de pares de bases de Watson-Crick entre nucleótidos en las dos cadenas complementarias de la doble hélice . [ 7 ]

En cambio, tanto el ARN como las proteínas suelen ser monocatenarios. Por lo tanto, no están sujetos a la geometría regular de la doble hélice del ADN y, en consecuencia, se pliegan en complejas estructuras tridimensionales que dependen de su secuencia. Estas diferentes estructuras son responsables de muchas de las propiedades comunes del ARN y las proteínas, incluyendo la formación de sitios de unión específicos y la capacidad de catalizar reacciones bioquímicas.

El ADN está optimizado para codificar información.

El ADN es una macromolécula de almacenamiento de información que codifica el conjunto completo de instrucciones (el genoma ) necesarias para ensamblar, mantener y reproducir todo organismo vivo. [ 8 ]

Tanto el ADN como el ARN son capaces de codificar información genética, ya que existen mecanismos bioquímicos que leen la información codificada en una secuencia de ADN o ARN y la utilizan para generar una proteína específica. Por otro lado, las células no utilizan la información de secuencia de una molécula de proteína para codificar funcionalmente información genética. [ 2 ] : 5

El ADN posee tres atributos principales que le permiten ser mucho mejor que el ARN en la codificación de información genética. Primero, normalmente es de doble cadena, de modo que existen al menos dos copias de la información que codifica cada gen en cada célula. Segundo, el ADN tiene una estabilidad mucho mayor frente a la degradación que el ARN, un atributo asociado principalmente a la ausencia del grupo 2'-hidroxilo en cada nucleótido del ADN. Tercero, existen sistemas de vigilancia y reparación del ADN altamente sofisticados que monitorean el daño al ADN y reparan la secuencia cuando es necesario. No han evolucionado sistemas análogos para reparar las moléculas de ARN dañadas. En consecuencia, los cromosomas pueden contener miles de millones de átomos, organizados en una estructura química específica.

Las proteínas están optimizadas para la catálisis.

Las proteínas son macromoléculas funcionales responsables de catalizar las reacciones bioquímicas que sustentan la vida. [ 2 ] : 3 Las proteínas llevan a cabo todas las funciones de un organismo, por ejemplo, la fotosíntesis, la función neuronal, la visión y el movimiento. [ 9 ]

La naturaleza monocatenaria de las moléculas de proteína, junto con su composición de 20 o más aminoácidos diferentes, les permite plegarse en una gran variedad de formas tridimensionales, a la vez que proporcionan sitios de unión a través de los cuales pueden interactuar específicamente con todo tipo de moléculas. Además, la diversidad química de los diferentes aminoácidos, junto con los distintos entornos químicos que ofrece la estructura tridimensional local, permite que muchas proteínas actúen como enzimas , catalizando una amplia gama de transformaciones bioquímicas específicas dentro de las células. Asimismo, las proteínas han desarrollado la capacidad de unirse a una amplia gama de cofactores y coenzimas , moléculas más pequeñas que pueden dotar a la proteína de actividades específicas que van más allá de las asociadas únicamente a la cadena polipeptídica.

El ARN es multifuncional.

El ARN es multifuncional, su función principal es codificar proteínas , de acuerdo con las instrucciones dentro del ADN de una célula. [ 2 ] : 5 Controlan y regulan muchos aspectos de la síntesis de proteínas en eucariotas .

El ARN codifica información genética que puede traducirse en la secuencia de aminoácidos de las proteínas, como lo demuestran las moléculas de ARN mensajero presentes en cada célula y los genomas de ARN de numerosos virus. La naturaleza monocatenaria del ARN, junto con su tendencia a degradarse rápidamente y la falta de sistemas de reparación, hace que no sea tan adecuado para el almacenamiento a largo plazo de información genética como el ADN.

Además, el ARN es un polímero monocatenario que, al igual que las proteínas, puede plegarse en una gran variedad de estructuras tridimensionales. Algunas de estas estructuras proporcionan sitios de unión para otras moléculas y centros químicamente activos que pueden catalizar reacciones químicas específicas sobre dichas moléculas. El número limitado de unidades estructurales diferentes del ARN (4 nucleótidos frente a más de 20 aminoácidos en las proteínas), junto con su falta de diversidad química, hace que el ARN catalítico ( ribozimas ) sea, en general, un catalizador menos eficaz que las proteínas para la mayoría de las reacciones biológicas.

Biopolímeros ramificados

Estructura idealizada de la lignina de una madera blanda.

La lignina es una macromolécula natural omnipresente. Constituye aproximadamente un tercio de la masa de los árboles. La lignina se forma por reticulación. Los polifenoles , que consisten en una estructura ramificada de múltiples subunidades fenólicas , están relacionados con la lignina. Pueden desempeñar funciones estructurales (por ejemplo, la lignina) y también funciones como metabolitos secundarios implicados en la señalización , la pigmentación y la defensa .

El elagitanino de frambuesa , un tanino compuesto por un núcleo de unidades de glucosa rodeado de ésteres de ácido gálico y unidades de ácido elágico.

Las macromoléculas de carbohidratos ( polisacáridos ) se forman a partir de polímeros de monosacáridos . [ 2 ] : 11 Debido a que los monosacáridos tienen múltiples grupos funcionales , los polisacáridos pueden formar polímeros lineales (p. ej. , celulosa ) o estructuras ramificadas complejas (p. ej., glucógeno ). Los polisacáridos desempeñan numerosas funciones en los organismos vivos, actuando como reservas de energía (p. ej., almidón ) y como componentes estructurales (p. ej., quitina en artrópodos y hongos). Muchos carbohidratos contienen unidades de monosacáridos modificados a los que se les han reemplazado o eliminado grupos funcionales.

Estructura de un ejemplo de macromolécula dendrímera de polifenileno [ 10 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Macromolécula (molécula de polímero)" . IUPAC Goldbook . doi : 10.1351/goldbook.M03667 .
  2. ^ Stryer L , Berg JM , Tymoczko JL (2002) . Bioquímica (5ª ed.). San Francisco: WH Freeman . ISBN  978-0-7167-4955-4Archivado del original el 10 de diciembre de 2010.
  3. ↑ Whiteley, Kenneth S.; Heggs, T. Geoffrey; Koch, Hartmut; Mawer, Ralph L.; Immel, Wolfgang (2000). "Poliolefinas". Enciclopedia de Química Industrial de Ullmann . doi : 10.1002/14356007.a21_487 . ISBN 3-527-30673-0.
  4. ↑ de Heer Kloots, MHP; Schoustra, SK; Dijksman, JA; Smulders, MMJ (3 de abril de 2023). "Separación de fases en redes adaptables supramoleculares y covalentes" . Materia blanda (19). Real Sociedad de Química: 2857–2877 . doi : 10.1039/d3sm00047h . PMC 10131172 . 
  5. ↑ Berg, Jeremy Mark; Tymoczko, John L.; Stryer, Lubert (2010). Bioquímica, 7.ª ed. (Bioquímica (Berg)) . WH Freeman & Company . ISBN 978-1-4292-2936-4.Quinta edición disponible en línea a través de NCBI Bookshelf: enlace
  6. ↑ Walter, Peter; Alberts, Bruce; Johnson, Alexander S.; Lewis, Julian; Raff, Martin C.; Roberts, Keith (2008). Biología molecular de la célula (5.ª edición, versión ampliada) . Nueva York: Garland Science . ISBN 978-0-8153-4111-6.La cuarta edición está disponible en línea a través de NCBI Bookshelf: enlace
  7. ↑ Watson, James D.; Crick, Francis HC "Estructura molecular de los ácidos nucleicos: una estructura para el ácido desoxirribonucleico" . Nature . doi : 10.1038/171737a0 . Consultado el 29 de diciembre de 2025 .
  8. ↑ Golnick, Larry; Wheelis, Mark. (14 de agosto de 1991). The Cartoon Guide to Genetics . Collins Reference. ISBN 978-0-06-273099-2.
  9. ^ Takemura, Masaharu (2009). La guía manga de biología molecular . Sin prensa de almidón . ISBN 978-1-59327-202-9.
  10. ↑ Roland E. Bauer; Volker Enkelmann; Uwe M. Wiesler; Alejandro J. Berresheim; Klaus Mullen (2002). "Estructuras monocristalinas de dendrímeros de polifenileno". Química: una revista europea . 8 (17): 3858– 3864. doi : 10.1002/1521-3765(20020902)8:17 < 3858::AID-CHEM3858 > 3.0.CO ; 2-5 . PMID 12203280 . 
  • Sinopsis del capítulo 5, Campbell y Reece, 2002
  • Apuntes de clase sobre la estructura y función de las macromoléculas. Archivados el 26 de marzo de 2009 en Wayback Machine.
  • Varios cursos introductorios (gratuitos) sobre macromoléculas disponibles en internet. Archivados el 18 de julio de 2011 en Wayback Machine.
  • ¡Moléculas gigantes! por Ulysses Magee, ISSA Review , invierno de 2002-2003, ISSN 1540-9864 . Versión HTML en caché de un archivo PDF faltante. Recuperado el 10 de marzo de 2010. El artículo se basa en el libro « Inventando la ciencia de los polímeros: Staudinger, Carothers y el surgimiento de la química macromolecular» de Yasu Furukawa.