¿Qué son las macromoléculas?

Las macromoléculas son moléculas de gran tamaño conformadas a partir de la polimerización de varias moléculas más pequeñas, denominadas como monómeros. Las macromoléculas son largas cadenas de muchos átomos y varias moléculas que se encuentran unidas entre sí por puentes de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals o enlaces covalentes e interacciones hidrofóbicas. De tal forma que las macromoléculas usualmente están compuestas por miles de átomos. En su definición más temprana, se definían como macromoléculas aquellas que tenían una masa atómica de 10.000 UMAs (unidad de masa atómica unificada o dalton), aunque en la actualidad se denominan como tal a algunas estructuras de millones de UMAs. Las macromoléculas pueden ser orgánicas, como las arinorgánicas, los ácidos nucleicos, los carbohidratos, las proteínas, los polifenoles, los macrociclos y los lípidos; o inorgánicas, como las fibras sintéticas, los plásticos comunes y los nanotubos de carbono.

El concepto de macromolécula fue acuñado por el profesor y químico alemán Hermann Staudinger (Premio Nobel de Química en 1953) durante la década de 1920 a partir de los vocablos macro (grande) y molécula (estructura de varios átomos). No obstante, en sus primeros estudios Staudinger sólo hacía referencia a estructuras con más de 1000 átomos. Por aquel entonces, concretamente en 1833, el químico sueco Jöns Jacob Berzelius ya había introducido el concepto de polímero, sólo que este no estaba relacionado con el tamaño de las moléculas, sino que era entendido como otra forma de isomería, de moléculas como las del acetileno y el benceno cuyas estructuras podían variar, manteniendo su fórmula original, y dar lugar a sustancias con propiedades químicas diferentes (isómeros).

Más tarde, el concepto de macromoléculas fue ganando popularidad y adquirió definiciones que variaban dependiendo del campo del saber en el que estaba inscrito. Así, por ejemplo, en biología se habla de macromolécula cuando se hace referencia a las cuatro grandes moléculas fundamentales de los seres vivos: los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los nucleótidos; mientras que, en la química, las macromoléculas hacen referencia a los agregados de varias moléculas que se encuentran unidas mediante fuerzas intermoleculares y no por enlaces covalentes, aunque no por ello se pueden separar con facilidad. En el estudio de los polímeros, tal y como señala la definición propuesta por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), el termino macromolécula hace referencia a una única molécula de un polímero y no al polímero en sí, que sería una sustancia compuesta por varias macromoléculas.

Debido al gran tamaño que poseen las macromoléculas, estas no pueden describirse a partir de la estequiometría, es decir, por medio del cálculo cuantitativo de las relaciones entre reactivos y productos durante una reacción química. Así, en las macromoléculas simples, como los homopolímeros, sus estructuras pueden ser analizadas a partir de la masa molecular total y la subunidad monómerica individual. Por otro lado, las biomacromoléculas complicadas necesitan ser analizadas en múltiples facetas de su estructura. Por ejemplo, en el caso de las proteínas, estas son descritas a partir de la jerarquía de estructuras.

¿Cuáles son los tipos de macromoléculas?

Las macromoléculas pueden clasificarse de diversas formas dependiendo de ciertos factores. Según su origen, estas pueden catalogarse en dos grandes grupos:

  • Naturales: cuando las macromoléculas proceden de la naturaleza, como es el caso de las proteínas, los carbohidratos, los lípidos, los ácidos nucleicos (ADN y ARN) y los polisacáridos (glucógeno, quitina, almidón, celulosas, etc.)
  • Artificiales: cuando las macromoléculas han sido sintetizadas por el ser humano, como es el caso del nanotubo de carbono y los polímeros, como el polietileno, el poliuretano, el politetrafluoroetileno y el cloruro de polivilino (más conocido como PVC).

Dependiendo de su estructura molecular, pueden clasificarse en:

  • Macromoléculas lineales: cuando los monómeros se unen a través de dos sitios concretos, denominados usualmente como cabeza y cola.
  • Macromoléculas ramificadas: cuando los monómeros se unen a través de tres o más sitios distintos.

Dependiendo de su composición, las macromoléculas se pueden clasificar en:

  • Homopolímeros: cuando la macromolécula está conformada por un solo monómero que se repite varias veces.
  • Copolímeros: cuando la macromolécula está conformada por dos o varios tipos de monómeros distintos.