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El carbono
El carbono (C) tiene un papel protagonista en las moléculas que conforman los seres vivos. Si el agua es la molécula más abundante en los organismos, casi todo el resto de su masa está formado por moléculas orgánicas donde los átomos de carbono se unen covalentemente a otros átomos de carbono, y con hidrógeno, oxígeno o nitrógeno. Las especiales propiedades de enlace del carbono permiten la formación de una gran variedad de moléculas. Pero en los seres vivos esa amplia variedad de moléculas orgánicas se pueden agrupar en cuatro clases diferentes: glúcidos o hidratos de carbono (compuestos de azúcares), los lípidos (moléculas apolares, gran parte de ellas contienen ácidos grasos), proteínas (compuestos de aminoácidos) y ácidos nucleicos (formados de nucleótidos).
Un átomo de carbono tiene cuatro electrones en su periferia y puede formar enlaces covalentes estables con otros carbonos mediante enlaces simples (C-C) dobles (C=C) o triples y con otros elementos (-H, =O, -OH, -NH2, -SH, etc.). Esto posibilita una gran variabilidad de estructuras en cadena, ramificadas y en anillos, lo cual da pie a una extraordinaria diversidad de moléculas.
En general las moléculas orgánicas encontradas en los seres vivos están constituidas por una “la columna vertebral” de carbono a la que se unen grupos de átomos, llamados grupos funcionales, que determinan las características y la reactividad química de las moléculas. Estos grupos funcionales son mucho menos estables que el esqueleto de carbono y participan en las numerosas reacciones químicas que tienen lugar en los seres vivos.
Por otro lado, los cuatro enlaces covalentes formados están dirigidos en el espacio hacia los cuatro vértices de un tetraedro imaginario, esto permite la formación de estructuras tridimensionales, que constituyen al unirse unas con otras muchas estructuras supramoleculares como las membranas, los ribosomas, centríolos, etc., todas ellas componentes de las células. Las grandes macromoléculas que forma el carbono permiten incluso que una sola molécula (el ADN) pueda contener toda la información necesaria sobre como producir el resto de las moléculas del organismo, replicarse y transmitir dicha información a los descendientes.
Los grupos hidroxilo están formados por un hidrógeno apareado con un átomo de oxígeno (simbolizado como –OH). Los grupos hidroxilo no son altamente reactivos, pero ellos fácilmente forman puentes de hidrógeno y contribuyen para hacer a las moléculas solubles en el agua. Los alcoholes y los azúcares contienen numerosos grupos hidroxilo.
Los grupos carbonilo tienen un átomo de oxígeno unido con un doble enlace a un átomo de carbono (simbolizado como C=O). Como los grupos hidroxilo, los grupos carbonilo contribuyen para hacer a las moléculas solubles en el agua. Todas las moléculas de azúcar tienen un grupo carbonilo, además de grupos hidroxilo en los demás átomos de carbono.
Los grupos carbonilo tienen dos formas: grupo aldehído, donde el grupo C=O está al final de una molécula orgánica y un átomo de hidrógeno se ubica también sobre el mismo átomo de carbono y grupo cetona, donde el grupo C=O se ubica dentro de una molécula orgánica. Todos los azúcares tienen o un grupo cetona o un grupo aldehído.
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