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- En primer lugar, definiremos las moléculas orgánicas y las distinguiremos de las moléculas inorgánicas.
- Después, hablaremos de los componentes, la estructura y la fórmula de las moléculas orgánicas.
- Por último, citaremos los cuatro grandes grupos de moléculas orgánicas que se encuentran en todos los organismos vivos.
Moléculas orgánicas Biología
En biología, la materia viva está formada en gran parte por moléculas orgánicas.
Las moléculas orgánicas contienen carbono e hidrógeno y tienen al menos un enlace covalente entre el carbono y el hidrógeno o entre dos átomos de carbono.
Recuerda que un enlace covalente es un enlace formado entre dos átomos que comparten un par de electrones de valencia (o cuatro electrones en su capa más externa).
Una mnemotecnia que puedes utilizar para recordar los elementos que se encuentran en las moléculas orgánicas es CHNOPS: carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforoy azufre.
Estructura de las moléculas orgánicas
La estructura del esqueleto de carbono de las moléculas orgánicas puede ser anular,ramificada o recta. Las moléculas orgánicas están formadas por cadenas de átomos de carbono de distintas longitudes, muchas de ellas relativamente largas, lo que permite un gran número y variedad de compuestos.
Las moléculas orgánicas contienen
Las moléculas orgánicas están formadas porátomos de carbono e hidrógeno , y a veces pueden contener átomos de nitrógeno (N), oxígeno (O), fósforo (P) y azufre (S).
Tomemos como ejemplo el etano (C2H6). El etano es una molécula orgánica que contiene carbono e hidrógeno.
Observa que cada uno de los átomos de carbono del etano tiene cuatro enlaces covalentes. El carbono tiene cuatro electrones de valencia, por lo que puede formar hasta cuatro enlaces covalentes con hasta cuatro átomos a la vez. Debido a su tamaño y a sus propiedades de enlace, los átomos de carbono pueden unirse en gran número, lo que les permite producir una cadena o esqueleto de carbono.
Sin embargo, ten en cuenta que, aunque todas las moléculas orgánicas contienen carbono, no todas las moléculas que contienen carbono son orgánicas. Para que una molécula que contiene carbono se considere orgánica, su átomo de carbono debe estar reducido y no totalmente oxidado.
Se dice que un átomo como el carbono o el oxígeno está reducido si forma enlaces covalentes con otro átomo de menor electronegatividad.
Se dice que un átomo está oxidado cuando forma un enlace covalente con un átomo de mayor electronegatividad.
Recuerda que la electronegatividad se refiere a la tendencia de un átomo a atraer electrones hacia sí.
Cuando un átomo se reduce, gana la mayoría de los electrones que forman el enlace covalente, mientras que el átomo oxidado sólo gana una pequeña parte de los electrones.
Por ejemplo, el dióxido de carbono (CO2) se considera una molécula inorgánica porque su átomo de carbono sólo está unido a átomos de oxígeno y, por tanto, está oxidado en lugar de reducido.
Grupos funcionales
Además de carbono, las moléculas orgánicas también pueden contener grupos funcionales. Veamos su definición.
Los grupos funcionales son grupos de átomos de una molécula que se denominan según su composición química y las reacciones químicas en las que participan.
Así pues, cuando está presente en una molécula, ¡un grupo funcional mostrará su comportamiento químico único! Los grupos funcionales tienen nombres específicos que suelen incorporarse a los nombres de los compuestos que los incluyen.
Por ejemplo, el formaldehído (un gas de fuerte olor que se utiliza en muchos materiales de construcción y productos domésticos) contiene el grupo funcional aldehído.
Debes intentar recordar estos grupos funcionales porque suelen determinar cómo reaccionarán las moléculas orgánicas.
Fíjate en que las fórmulas contienen el símbolo R. R significa"residuo", y representa las otras partes de la molécula. En otras palabras, ¡R puede representar un solo átomo de hidrógeno o muchos átomos!
Fíjate también en que algunos grupos funcionales están formados sólo por uno o dos átomos, mientras que otros están formados por estos grupos funcionales más simples.
Por ejemplo, el carbonilo es un grupo funcional simple formado por un átomo de carbono doblemente unido a un átomo de oxígeno (C=O). El carbonilo puede encontrarse en muchos grupos funcionales más grandes, como los ácidos carboxílicos, los aldehídos y las cetonas.
Cuando nos interesa algo que ocurre en un punto concreto de una enorme molécula biológica, denotar el grupo "R" es una forma cómoda de llamar la atención sobre esa parte de la molécula y abreviar el resto de la estructura.
Fórmula de las moléculas orgánicas
Las moléculas orgánicas pueden representarse mediante una fórmula molecular, que indica qué elementos y cuántos átomos de cada elemento están presentes en un compuesto.
El número de átomos se representa mediante un subíndice después del símbolo del elemento, a menos que sólo haya un átomo del elemento presente.
Por ejemplo, el metano puede representarse mediante la fórmula molecular CH4, que nos dice que contiene un átomo de carbono (C) y cuatro átomos de hidrógeno (H).
Las moléculas también pueden representarse mediante su fórmula estructural, que es una ilustración gráfica de la disposición de los átomos dentro de la molécula.
Hay distintos tipos de f órmulas que los químicos pueden utilizar para mostrar la estructura de una molécula orgánica. Aquí veremos cuatro de ellas:
La fórmula de la estructura de Lewis
La fórmula condensada
La fórmula de la línea de enlace
La fórmula discontinua
La estructura de Lewis es un diagrama que muestra cómo están enlazados los átomos de una molécula. En una estructura de Lewis, los electrones de valencia se representan como puntos, mientras que los enlaces se representan mediante dos puntos entre los átomos enlazados o una línea. Los dobles enlaces se representan con dos líneas, mientras que los triples enlaces se representan con tres.
Una fórmula condensada consta de símbolos elementales, y el orden de cada elemento sugiere cómo están conectados. En cambio, las fórmulas de línea de enlace están formadas por enlaces y líneas, pero los átomos de carbono ya no se dibujan, sino que se indican mediante los extremos y las curvas de las líneas.
La estructura de línea discontinua-cuña es similar a la fórmula de línea de enlace, salvo que también se ilustra la estructura de los átomos: las líneas discontinuas muestran los átomos y enlaces que miran hacia el lado opuesto al espectador, mientras que las líneas de cuña representan los enlaces y átomos que miran hacia el espectador.
Concepto de isomería en las moléculas orgánicas
Es importante que la estructura de las moléculas orgánicas esté adecuadamente representada, porque distintos compuestos pueden tener la misma fórmula molecular.
Por ejemplo, los monosacáridos fructosa, galactosa y glucosa tienen todos la misma fórmula molecular, C6H12O6, pero los átomos están unidos entre sí de forma diferente, como se ve en la figura 3 siguiente.
Las sustancias con fórmulas moleculares idénticas, pero disposiciones de enlace de los átomos diferentes, se denominan isómeros. La química da mucha importancia al concepto de isomería porque la estructura de las moléculas orgánicas suele estar estrechamente ligada a sus funciones.
Así, ¡un pequeño cambio en la disposición estructural de los átomos de una molécula puede dar lugar a propiedades muy diferentes!
Ejemplos de moléculas orgánicas grandes
Por último, veamos algunos ejemplos de moléculas orgánicas grandes. Los cuatro tipos principales de moléculas orgánicas que componen las Células y las estructuras celulares son:
Hidratos de carbono
Proteínas
Ácidos nucleicos
Lípidos
Los Hidratos de Carbono, las Proteínas y los Ácidos Nucleicos son polímeros o grandes moléculas complejas formadas por unidades repetitivas más pequeñas e idénticas llamadas Monómeros. Estos Monómeros suelen unirse mediante síntesis de deshidratación, una reacción química en la que los monómeros se unen extremo con extremo, dando lugar a la formación de Moléculas de Agua como subproducto.
Por otra parte, los polímeros pueden descomponerse en monómeros mediante hidrólisis, en la que el agua se divide en -OH y H.
Para simplificar las cosas, ¡examinemos más a fondo cada una de estas moléculas orgánicas!
Carbohidratos
Probablemente hayas encontrado el término hidratos de carbono en el contexto de la alimentación.
En biología, el término hidratos de carbono se utiliza de forma un poco diferente.
Los hidratos decarbono son moléculas orgánicas formadas por monómeros llamados Monosacáridos.
Los monosacáridos son moléculas con la composición [CH2O]n, donde n suele ser de 3 a 6. Por ejemplo, la glucosa es un azúcar de 6 carbonos cuya fórmula química es C6H12O6. Los monosacáridos se unen entre sí mediante enlaces glucosídicos para formar polisacáridos.
Los carbohidratos desempeñan un papel importante en el almacenamiento de energía y en el soporte estructural de las Células.
El almidón, que quizá te resulte familiar, es un hidrato de carbono común. El almidón se encuentra en la pasta, el pan, el arroz y muchos otros alimentos. Las Plantas Verdes lo producen para almacenar energía. Otros ejemplos de hidratos de carbono son la celulosa (que compone las paredes celulares de las plantas) y la quitina (que compone el exoesqueleto de insectos e invertebrados marinos).
Proteínas
Probablemente también te hayas encontrado antes con el término proteína, pero en biología, ¡es mucho más que el material que utilizan los culturistas para aumentar la masa muscular!
Proteínas son moléculas orgánicas compuestas por monómeros de aminoácidos unidos entre sí porenlaces peptídicos .
Un aminoácido contiene un grupo amino (-NH2), un grupo carboxilo (-COOH) y una cadena lateral (llamada grupo R). Los grupos amino y carboxilo están unidos al átomo de carbono central de cada molécula de aminoácido. Existen 20 aminoácidos diferentes, cada uno de los cuales contiene un grupo R distinto.
Las proteínas desempeñan un papel esencial en las actividades enzimáticas, la señalización celular y proporcionan componentes estructurales que ayudan a unir las células en los tejidos.
Algunos ejemplos de proteínas son
- Hemoglobina (un transportador de oxígeno que se encuentra en los glóbulos rojos).
- Insulina (hormona que regula el azúcar en la sangre).
- Miosina (proteína fibrosa que permite la contracción muscular).
Ácidos nucleicos
A continuación, tenemos los ácidos nucleicos.
Los ácidosnucleicos son moléculas orgánicas formadas por monómeros de nucleótidos unidos entre sí por un enlace fosfodiéster.
Los monómerosnucleótidos están formados por un azúcar de 5 carbonos, un grupo fosfato y una base nitrogenada.
Tanto el ácido desoxirribonucleico (ADN) como el ácido ribonucleico (ARN), portadores de la Información Genética de los organismos vivos, son ácidos nucleicos. Los ARN también desempeñan un papel importante en la Síntesis de Proteínas.
Lípidos
Por último, veamos la definición de Lípidos.
Loslípidos son grandes moléculas orgánicas formadas por glicerol yácidos gras os .
Los fosfolípidos, que constituyen la membrana celular, son un ejemplo de lípidos. La bicapa de fosfolípidos crea un entorno hidrófobo que separa el medio acuoso interno del citosol del exterior de la célula. Las grasas y los aceites, que sirven para almacenar energía, también son ejemplos de lípidos.
Para seguir aprendiendo sobre lípidos, ácidos nucleicos, proteínas e hidratos de carbono, ¡consulta"Macromoléculas"!
Moléculas orgánicas - Puntos clave
- Las moléculasorgánicas son las que contienen carbono e hidrógeno y tienen al menos un enlace covalente entre el carbono y el hidrógeno o entre dos átomos de carbono.
- Aunque todas las moléculas orgánicas contienen carbono, no todas las moléculas que contienen carbono son orgánicas.
- El átomo de carbono de una molécula orgánica debe estar reducido.
- Las moléculas orgánicas también pueden contener grupos funcionales.
- Los cuatro tipos principales de moléculas orgánicas que componen las células y las estructuras celulares son los hidratos de carbono, las proteínas, los ácidos nucleicos y los lípidos.
Referencias
- OpenStax, 7.1: Organic Molecules - Biology LibreTexts, 10 de julio de 2016.
- Fórmula Molecular (Fórmula Química), Glosario Ilustrado de Química Orgánica, (s.f.).
- Química general universitaria, Moléculas orgánicas, (s.f.).
- Principios Biológicos, Moléculas Biológicas, (s.f.).
- Choo, Ezen, Estructura de las moléculas orgánicas, LibreTextos de Química, 2 oct. 2013.
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