Descripción y tipos de macromoléculas

El premio Nobel Hermann Staudinger en la década de 1920 pone en manifiesto el término macromolécula, aunque sólo lo mencionaba como combinaciones  de alto peso molecular. Para ese momento el término polímero, fue introducido por Berzelius en 1833, tenía un significado diferente, era otra forma de isomería.

Sin embargo, se puede definir como  la unión de una serie de moléculas biológicas simples que alcanzan pesos moleculares muy elevados, formada por la polimerazion de subunidades más pequeñas.  Este  término sirve para describir moléculas de gran tamaño y varía según las disciplinas.

Por ejemplo, en biología se refieren a macromoléculas como las cuatro grandes moléculas que comprenden los seres vivos, en química, se refiere a los agregados de dos o más moléculas unidas por fuerzas intermoleculares en lugar de enlaces covalentes, pero que no se disocian fácilmente.Macromoléculas

En este sentido, las macromoléculas son utilizadas como sinónimo de polímeros al ser la base de varias de ellas como, por ejemplo, los polímeros de nucleótidos, que forman la base de los ácidos nucleicos: ADN y ARN. Una molécula es la unidad menor de una sustancia que, ya sea compuesta por átomos diferentes o iguales, mantiene sus propiedades químicas.

Lo normal es que una macromolécula esté formada por miles de átomos. Se forman, por síntesis de deshidratación. Lo cual  significa la formación de un enlace covalente para unir 2 monómeros (síntesis) liberando una molécula de agua (deshidratación).

A causa de su tamaño, las macromoléculas no se pueden describir convenientemente solo en términos de estequiometría. La estructura de las macromoléculas simples, tales como los homopolímeros, se puede describir en términos de la subunidad monómerica individual y con la masa molecular total.

Descripción

Al igual que los glucolípidos, forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas y por enlaces covalentes.

Generalmente, se analizan moléculas en el que el número de átomos es muy pequeño,  y que constan de una masa molecular comparativamente pequeña. Existe una gran diversidad  de moléculas que poseen una composición mucho más intrincada, es decir, gran cantidad de átomos y un valor grande en su masa molecular.

Específicamente, una macromolécula tiene una cantidad mínima de 1000 y una masa no menos de 10.000. Los eslabones que unen la molécula no conducen a variación en las propiedades físicas, si estos son adicionados de manera complementaria. Los polímeros son sustancias conformadas por macromoléculas.

Los coloides, por ejemplo, tienen una apariencia gelatinosa adhesiva, con una velocidad de difusión pequeña sin poder atravesar las membranas, contrario a lo que ocurre. Estas sustancias se denominan cristaloides por su buena conformación estructural. Se ha verificado que, los cristaloides podían adquirir un estado coloidal, si se lograba unir sus moléculas en grupos y con una masa relativa baja.

La agregación de las moléculas de los cristaloides que conducen a la aparición de las propiedades coloidales de sus moléculas, es por lo habitual una manifestación de las fuerzas de la valencia secundaria y el enlace de los átomos en las macromoléculas es covalente.

Tipos de macromoléculas

Macromoléculas sintéticas

Atendiendo a su origen, pueden ser:

  • Naturales:
  • Polisacáridos (almidón, glucógeno, celulosas, quitina, etc.)
  • Proteínas
  • Ácidos nucleicos (ADN y ARN)
  • Carbohidratos
  • Lípidos
  • Artificiales:
  • Polímeros (Poliuretano, Polietileno, Cloruro de polivilino (PVC) o Politetrafluoroetileno)
  • Nanotubo de carbono

Según su estructura molecular:

 

  • Lineales: los monómeros se unen por dos sitios (cabeza y cola).
  • Ramificadas: si algún monómero se puede unir por tres o más sitios
  • Según su composición:
  • Homopolímeros: formados por un único monómero que se repite.
  • Copolímeros: formados dos o más monómeros.

Macromoléculas más importantes

Las más importantes  para el ser humano son los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucléicos. Estas cuatro macromoléculas constituyen gran parte del peso seco de la célula y la mayor parte del peso húmedo se debe a moléculas de agua.

Se clasifican como tal por su naturaleza polimérica y por su gran tamaño, no en tanto, presentan características diferentes. Dentro de las cuatro  macromoléculas más importantes, el lípido es el único que generalmente no forma polímeros y son de menor tamaño.

Los carbohidratos

Son compuestos de monómeros de glucosa de diferentes patrones de enlace y ramificación, por ejemplo, el almidón, el glucógeno y la celulosa. Cuando se mastica estos carbohidratos, lo que se hace es romper la macromolécula en estructuras más pequeñas para que sean más fáciles de absorber por el cuerpo.

Las reacciones que rompen los enlaces de las macromoléculas se denomina hidrólisis, donde además de liberar unidades más pequeñas incorpora una molécula de agua.

Los lípidos

A pesar de que no son normalmente polímeros y son más pequeños, se incluye en el grupo de macromoléculas más importantes. Los lípidos simples son compuestos de carbono, hidrógeno y oxígeno unido a una o más cadenas de ácidos grasos en la cual se incluyen: las grasas, los aceites y las ceras.

Dentro de los lípidos complejos se encuentran los fosfolípidos, lípidos especializados que forman la membrana plasmática y los esteroides, como el colesterol y las hormonas sexuales.

Macromoléculas más importantes

Las proteínas

Son compuestos por cadenas de veinte  tipos de monómeros de aminoácidos. La síntesis o traducción de las proteínas se realiza en los ribosomas, con la información genética del ADN que llega gracias al ARN mensajero.

La sucesiva unión de aminoácidos y moléculas hasta formar una proteína es un buen ejemplo de la síntesis de deshidratación, proceso en que se forman los enlaces uniendo moléculas pequeñas hasta convertirlas en macromoléculas.

Los ácidos nucléicos

Están compuestos por monómeros de nucleótidos. Los ácidos nucléicos son las únicas macromoléculas que no se forman por síntesis de deshidratación. Su formación es más compleja e involucra la duplicación de los cromosomas durante la mitosis o división celular.

Dentro de esta tipología, se encuentran los monosacáridos, que son moléculas simples constituidas por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno, caracterizándose  por ser incoloros y disolverse en el agua; entre los monosacáridos más relevantes están la glucosa, la fructosa y la galactosa, su principal función es la de proporcionar nutrientes a las células humanas. En cuanto a la glucosa, se encuentra en alimentos como la miel, las frutas o el azúcar.

Los disacáridos son moléculas que se forman por la unión de dos monosacáridos. Los más destacados son la sacarosa, la lactosa y la maltosa.

Los polisacáridos son moléculas formadas por tres o más monosacáridos y los tres más conocidos son el almidón, el glucógeno (que sería un combustible fundamental del cuerpo humano y que se en el hígado y en los músculos) y la celulosa (que se puede encontrar en el algodón o en la madera).

Macromoléculas sintéticas

Existen macromoléculas artificiales, es decir, aquellas que han sido diseñadas y creadas por el ser humano, como por ejemplo el polietileno, el poliuretano o los nanotubos de carbono. El gran desarrollo de las macromoléculas se dio a partir de la creación del caucho sintético cuando el caucho natural empezó a escasear en la ll Guerra Mundial. A partir de ese hallazgo, las macromoléculas no han dejado de desarrollarse en sectores muy diversos; la industria textil, la farmacéutica, el mundo de la cosmética, equipos químicos, entre otros.

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