domingo, 24 de febrero de 2008
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BIOELEMENTOS
El análisis químico de la materia viva revela que los seres vivos están formados por una serie de elementos y compuestos químicos.Los elementos químicos que forman parte de la materia viva se denominan bioelementos, que, en los seres vivos, forman biomoléculas, que podemos clasificar en:
· Inorgánicas
o Agua
o Sales minerales
o Algunos gases: O2, CO2, N2, ...
· Orgánicas
o Glúcidos
o Lípidos
o Proteínas
o Ácidos Nucleicos
En cualquier ser vivo se pueden encontrar alrededor de setenta elementos químicos, pero no todos son indispensables ni comunes a todos los seres. Según su abundancia se pueden clasificar en:
Bioelementos primarios, que aparecen en una proporción media de 95 a 96% en la materia viva, y son carbono, oxigeno, hidrógeno, nitrógeno. Estos elementos reúnen una serie de propiedades que los hacen adecuados para la vida:
· Forman entre ellos enlaces covalentes muy estables, compartiendo pares de electrones. El carbono, oxígeno y nitrógeno pueden formar enlaces dobles o triples.
· El Carbono, Nitrógeno y Oxigeno, pueden compartir mas de un par de electrones, formando enlaces dobles simples y triples, lo cual les dota de una gran versatilidad para el enlaces son muy estables.
· Son los elementos mas ligeros con capacidad de formar enlaces covalentes, por lo que dichos enlaces son muy estables.
· A causa configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes.
Esta conformación espacial es responsable de la actividad biológica.
· Facilitan la adaptación de los seres vivos al campo gravitatorio terrestre, ya que son los elementos más ligeros de la naturaleza.
· Las combinaciones del carbono con otros elementos, como el oxigeno, el hidrogeno, el nitrógeno, etc.
· Permiten la aparición de una gran variedad de grupos funcionales que dan lugar a las diferentes familias de sustancias orgánicas.
· Los enlaces entre los átomos de carbono pueden ser simples ( C – C ), doble
· C = C ) o triples. Lo que permite que puedan formarse cadenas más o menos largas, lineales ramificadas y anillos.
Grupos funcionales hidrófilos
Grupos funcionales hidrofagos
CARBOXILICO - COOH
RADICAL ALQUILICO - CH2 – R
HIDROXILO - OH
RADICAL ETILENICO - CH = R
CARBONILO > C = O
RADICAL - C6 H5
AMINO - NH2
LOS GRUPOS FUNCIONALES
IMINO > NH
POLARES SON SOLUBLES EN
SULFHIDRILO - SH
EN AGUA
b) Bioelementos secundarios, aparecen en una proporción próxima de 3,3% a 4.5 %. Estos son: S, P, Mg, Ca, Na, K, Cl. desempeñando funciones de vital importancia en fisiología celular.
Azufre
Se encuentra en dos aminoácidos (cisterna y metionina), presentes en todas las proteínas. En las coenzimas A.
Fósforo
Forma parte de los nucleótidos, de las coenzimas, fosfolipidos sustancias fundamentales de las membranas celulares. También forman parte de los fosfatos, sales minerales.
Magnesio
Forma parte de la clorofila en forma iónica actúa como catalizador
Calcio
Forma parte de carbonato de calcio de estructuras esqueléticas. N forma iónica interviene en la concentración muscular, coagulación sanguínea y transmisión de impulso nervioso.
sodio
Cation abundante en el medio extracelular, necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular.
Potasio
Cation más abundante en el interior de las células. Conducción nerviosa, y contracción muscular.
Cloro
Anion mas frecuente, necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluido intersticial
c) Oligoelementos, microconstituyentes, o elementos vestigiales, que aparecen en la materia viva en proporción inferior entre 0,5 a 0,1% siendo también esenciales para la vida: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, yodo, boro, silicio, vanadio, cobalto, selenio, molibdeno y estaño. Aún participando en cantidades infinitesimales, no por ello son menos importantes, pues su carencia puede acarrear graves trastornos para los organismos.
Hierro
Participa en la síntesis de clorofila, catalizador en reacciones químicas y formado parte de citocromos, que intervienen en la respiración celular y en la hemoglobina, en transporte de oxigeno.
Manganeso
Interviene en la fotolisis del agua, en el proceso de fotosíntesis.
Iodo
Síntesis de tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo.
Fluor
Forma parte del esmalte dentario y de los huesos.
Cobalto
Forma parte de la vitamina B12, necesaria para síntesis de hemoglobina.
Silicio
Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, endurece al tejido vegetal como en las gramíneas.
Cromo
Regula a la glucosa en la sangre junto con la insulina
Zinc
Catalizador en muchas reacciones del organismo
Litio
Actúa sobre neurotransmisores y la permeabilidad celular. Puede prevenir estados de depresiones.
Molibdeno
Forma parte de las enzimas vegetales actúa en la reducción de los nitratos por parte de las plantas.
EL AGUA
El agua es la molécula más abundante en los seres vivos, y representa entre el 70 y 90 % del peso de la mayor parte de los organismos. El contenido varia de una especie a otra; también es función de la edad del individuo (su % disminuye al aumentar la edad) y el tipo de tejido.
Este contenido se mantiene constante por el equilibrio entre ingresos y pérdidas. Los ingresos diarios en un hombre con dieta mixta, actividad física moderada y que habite en clima templado sonde 2,6 litros. De ellos: l,31 de la bebida, 1 litro de alimentos, y 0,3 de agua metabólica. Las pérdidas son otros 2,6 litros, de los cuales: 1,4 de la orina, 1 lt, por la evaporación por piel y pulmón y 0,2 de pérdida fecal.
1.- El papel primordial del agua en el metabolismo de los seres vivos se debe sus propiedades físicas y químicas, derivadas de la estructura molecular. A temperatura ambiente es líquida, al contrario de lo que cabría esperar, ya que otras moléculas de parecido peso molecular (SO2, CO2, SO2, H2S, etc) son gases. Este comportamiento se debe a que los dos electrones de los dos hidrógenos están desplazados hacia el átomo de oxigeno, por lo que en la molécula aparece un polo negativo, donde está el oxígeno, debido a la mayor densidad electrónica, y dos polos positivos, donde están los dos hidrógenos, debido a la menor densidad electrónica. La molécula de agua son dipolos.
Entre los dipolos del agua se establecen fuerzas de atracción llamados puentes de hidrógeno, formándose grupos de 3-9 moléculas. Con ello se consiguen pesos moleculares elevados y el agua se comporta como un líquido. Los enlaces por puentes de hidrógeno son, aproximadamente, 1/20 más débiles que los enlaces covalentes, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras moléculas unidas por puentes de hidrógeno, permite que se forme en el seno del agua una estructura ordenada de tipo reticular, responsable en gran parte del comportamiento anómalo y de sus propiedades físicas y químicas.
El agua se presenta en tres estados: Sólida líquida o gaseosa como podemos observar en la siguiente figura:
2. Propiedades físico-químicas del agua
El agua presenta las siguientes propiedades físico-químicas:
a) Acción disolvente. El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal), esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, ya que estas se disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua.La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones importantes para los seres vivos: es el medio en que transcurren las mayorías de las reacciones del metabolismo, y el aporte de nutrientes y la eliminación de desechos se realizan a través de sistemas de transporte acuosos.
b) Fuerza de cohesión entre sus moléculas. Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible.
c) Elevada fuerza de adhesión. De nuevo los puentes de hidrógeno del agua son los responsables, al establecerse entre estos y otras moléculas polares, y es responsable, junto con la cohesión de la capilaridad, al cual se debe, en parte, la ascensión de la sabia bruta desde las raíces hasta las hojas.
d) Gran calor específico. El agua absorbe grandes cantidades de calor que utiliza en romper los puentes de hidrógeno. Su temperatura desciende más lentamente que la de otros líquidos a medida que va liberando energía al enfriarse. Esta propiedad permite al citoplasma acuoso servir de protección para las moléculas orgánicas en los cambios bruscos de temperatura.
e) Elevado calor de vaporización. A 20ºC se precisan 540 calorías para evaporar un gramo de agua, lo que da idea de la energía necesaria para romper los puentes de hidrógeno establecidos entre las moléculas del agua líquida y, posteriormente, para dotar a estas moléculas de la energía cinética suficiente para abandonar la fase líquida y pasar al estado de vapor.
f) Elevada constante dieléctrica.
Por tener moléculas bipolares, el agua es un gran medio disolvente de compuestos iónicos, como las sales minerales, y de compuestos covalentes polares como los glúcidos.
Las moléculas de agua, al ser polares, se disponen alrededor de los grupos polares del soluto, llegando a desdoblar los compuestos iónicos en aniones y cationes, que quedan así rodeados por moléculas de agua. Este fenómeno se llama solvatación iónica.
g) Bajo grado de ionización. De cada 107 de moléculas de agua, sólo una se encuentra ionizada.
H2O H3O+ + OH-
Esto explica que la concentración de iones hidronio (H3O+) y de los iones hidroxilo (OH-) sea muy baja. Dado los bajos niveles de H3O+ y de OH-, si al agua se le añade un ácido o una base, aunque sea en poca cantidad, estos niveles varían bruscamente.
3. Propiedades Bioquímicas del agua
Los seres vivos se han adaptado para utilizar químicamente el agua en dos tipos de reacciones:
a) En la fotosíntesis en la que los enzimas utilizan el agua como fuente de átomos de hidrógeno.
b) En las reacciones de hidrólisis, en que los enzimas hidrolíticos han explotado la capacidad del agua para romper determinados enlaces hasta degradar los compuestos orgánicos en otros más simples, durante los procesos digestivos.
4. Ionización del agua y escala de pH
Si observas la figura siguiente, comprobarás que dos moléculas polares de agua pueden ionizarse debido a las fuerzas de atracción por puentes de hidrogeno que se establecen entre ellas.
Un Ion hidrogeno se disocia de su átomo de oxigeno de la molécula (unidos por enlace covalente), y pasa a unirse con el átomo de oxígeno de la otra molécula, con el que ya mantenía relaciones mediante el enlace de hidrógeno.
Como vemos, el agua no es un líquido químicamente puro, ya que se trata de una solución iónica que siempre contiene algunos iones H3O+ y OH- . (Se utiliza el símbolo H+, en lugar de H3O+).El producto [H+]·[OH-]= 10-14, se denomina producto iónico del agua, y constituye la base para establecer la escala de pH, que mide la acidez o alcalinidad de una disolución acuosa , es decir, su concentración de iones [H+] o [OH-] respectivamente. Definimos el pH como:
pH=-log[H+]
El pH del agua es 7 y lo consideramos neutro. Valores mayores serán básicos o alcalinos y valores menores ácidos.
5. Sistemas tampón o buffer
Los organismos vivos soportan muy mal las variaciones del pH, aunque tan solo se trate de unas décimas de unidad, y por ello han desarrollado en la historia de la evolución sistemas tampón o buffer que mantienen el pH constante, mediante mecanismos homeostáticos. Las variaciones de pH, afectan a la estabilidad de las proteínas y, en concreto, en la actividad catalítica de los enzimas, pues en función del pH, pueden generar cargas eléctricas que modifiquen su actividad biológica.Los sistemas tampón que tienden a impedir la variación del pH cuando se añaden pequeñas cantidades de iones H+ o OH- consisten en un par ácido-base conjugada que actúan como dador y aceptor de de protones, respectivamente. Podemos citar otros tampones biológicos, como son el par carbonato-bicarbonato y el par monofosfato-bifosfáto. El pH normal de los fluidos corporales suele oscilar alrededor de 7, Plasma sanguíneo7,4 ; Saliva:6,35-6,95 ; Orina 5,8; jugo gástrico:2,1 etc.
6. Osmosis y presión osmótica
Se define ósmosis como una difusión pasiva, caracterizada por el paso del agua, disolvente, a través de la membrana semipermeable, desde la solución más diluida a la más concentrada.
Y entendemos por presión osmótica, a aquella que seria necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable. Al considerar como semipermeable a la membrana plasmática, las células de los organismos pluricelulares deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos tisulares que los bañan..Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos, se haría hipertónica respecto a las células, como consecuencia se originan pérdida de agua y deshidratación (plasmólisis)De igual forma, si los líquidos extracelulares se diluyen, se hacen hipotónicos respecto a las células. El agua tiende a pasar al protoplasma y las células se hinchan y se vuelven turgentes, pudiendo estallar (en el caso de células vegetales la pared de celulosa lo impediría), por un proceso de turgescencia.
En el caso de los eritrocitos sanguíneos la plasmólisis se denomina crenación y la turgescencia el de hemólisis.
DISOLUCIONES ACUOSAS
Una dispersión es una mezcla homogénea de moléculas distintas. En ella aparecen una fase dispersante o disolvente y moléculas dispersas o solutos. En las dispersiones acuosas el agua constituye la fase dispersante, mientras que la fase dispersa presenta amplias variaciones: desde pequeñas moléculas como cloruro de sodio, hasta grandes proteínas como las albúminas.Las dispersiones cuya fase dispersa posee moléculas de baja masa molecular se denominan dispersiones coloidales. En el supuesto de que las moléculas de la fase dispersa posean masas moleculares elevadas (más de 10.000 u.m.a.) O tengan un tamaño comprendido entre 1 milimicra y 0,2 micras, se denominan dispersiones coloidales.Las dispersiones coloidales pueden presentarse en forma fluida (sol) o con aspecto gelatinoso (gel).El paso de sol a gel siempre es posible, mientras que el paso inverso no lo es siempre.
Las dispersiones colidales hidrófilas, presentan afinidad por el agua de una capa de ésta, lo que les confiere una gran estabilidad, dado que al estar sus radicales protegidos, no pueden reaccionar con otras moléculas.Las dispersiones coloidales hidrófobas están formadas por partículas que repelen el agua, por lo que son inestables.
Propiedades de las dispersiones.La adsorción es un proceso por el cual las partículas de una sustancia son atraídas hacia la superficie de un sólido o de una partícula coloidal en suspensión. No debes confundir la adsorción con la absorción, que se refiere a la entrada de una sustancia al interior de otra.La diálisis, es un proceso que permite separar las partículas coloidales de las no coloidales. Este efecto se logra gracias a una membrana cuya permeabilidad únicamente permite el paso de las partículas no coloidales.
7. Sales Minerales
En función de su solubilidad se pueden distinguir:
a) Sales inorgánicas insolubles en agua.Su función es de tipo plástico, formando estructuras de protección y sostén, como por ejemplo:
· Caparazones de crustáceos y moluscos (CaCO3) y caparazones silíceos de radiolarios y diatomeas.
·
· Esqueleto interno en vertebrados (fosfato, cloruro,fluoruro y carbonato de calcio) y los dientes.
· Determinadas células incorporan sales minerales, como las que se pueden encontrar en la pared de celulosa de los vegetales, o como forma de producto residual del metabolismo (cristales de oxalato cálcico, que puede contribuir al desarrollo de cálculos renales o biliares)
· El carbonato de calcio también se puede encontrar en el oído interno, formando los otolitos que intervienen en el mantenimiento del equilibrio interno o partículas de magnetita que, al parecer, pueden utilizar algunos animales con función de brújula para orientarse en sus desplazamientos.
b) Sales inorgánicas solubles en agua.La actividad biológica que proporcionan se debe a sus iones y desempeñan, fundamentalmente, las siguientes funciones:
Funciones catalítica. Algunos iones como Mn+2, Cu+2, Mg+2, Zn+2, etc. actúan como cofactores enzimáticos siendo necesarios para el desarrollo de la actividad catalítica de ciertas enzimas . El ion ferroso-férrico forma parte del grupo hemo de la hemoglobina y mioglobina, proteínas encargadas del transporte de oxígeno.
· También el Ion Mg+2 forma parte de las clorofilas y participa en los procesos de la fotosíntesis.
· El Ca+2, interviene en la contracción muscular y en los procesos relacionados con la coagulación de la sangre.
· Funciones osmóticas. Intervienen en la distribución del agua intra y extra celulares. Los iones Na+, K+, Cl-, Ca+2, participan en la generación de gradientes electroquímicos, que son imprescindibles en el potencial de membrana y del potencial de acción en los procesos de la sinapsis neuronal, transmisión del impulso nervioso y contracción muscular.
· Función tamponadora. Se lleva a cabo por los sistemas carbonato-bicarbonato y monofosfato-bifosfáto
HIDRATOS DE CARBONO – GLUCIDOS-CARBOHIDRATOS.
Se llama Hidratos de Carbono al Grupo de compuestos que contienen hidrógeno y oxígeno, en las proporciones del agua, y carbono. También se les conoce como glucidos, estos nombres son pocos apropiados ya que no se tratan de átomos de carbono hidratados, es decir enlazados a moléculas de agua, si no átomos de carbono unidos a grupos alcohólicos ( - 0H) llamados también hidroxilos, y a radicales hidrógenos (- H) además siempre hay un grupo ce tónico ( - CO -), o un grupo aldehído ( -CHO), que desarrollado es asi O
- C
H
Los glucidos son compuestos químicos formados por
La formula de la mayoría de estos compuestos puede expresarse como: Cm(H2O)n.
Sin embargo, estructuralmente estos compuestos no pueden considerarse como carbono hidratado, como la fórmula parece indicar.
Los Hidratos de Carbono, son los compuestos orgánicos más abundantes en la naturaleza. Las plantas verdes y las bacterias los producen en el proceso conocido como: Fotosíntesis, durante el cual absorben el dióxido de carbono del aire por acción de la energía solar, y producen hidratos de carbono y otros productos químicos necesarios para que los organismos sobrevivan y crezcan.
Los glucidos se pueden definirse como polihidroxicetona o polihidroxialdehido.
La principal función de los glúcidos es aportar energía al organismo. De todos los nutrientes que se puedan emplear para obtener energía, los glúcidos son los que producen una combustión más limpia en nuestras células y dejan menos residuos en el organismo. De hecho el cerebro y el sistema nervioso solamente utilizan glucosa para obtener energía. De esta manera se evita la presencia de residuos tóxicos (como el amoníaco, que resulta de quemar las proteínas) en contacto con las delicadas células del tejido nervioso.
CLASIFICACIÓN DE LOS GLUCIDOS SEGÚN SU ESTRUCTURA
TRIOSAS: 3 ATOMOS DE CARBONO
ALDOSAS TETROSAS 4 ATOMOS DE CARBONO
OSAS O Y PENTOSA 5 ATOMOS DE CARBONO
MONOSACARIDOS CETOSAS HEXOSAS 6 ATOMOS DE CATRBONO HEPTOSAS 7 ATOMOS DE CARBONO
OCTOSAS 8 ATOMOS DE CARBONO
DISACARIDOS
OLIGOSACARIDOS
TRISACARIDOS
HOLOSIDCOS
HOMOPOLISACARIDOS
POLISACARIDOS
HETROPOLISACARIDOS
OSIDOS
GLUCOLIPIDOS
HETEROSIDOS GLUCOLIPIDOS
GLUCIDOS DE LOS ACIDOS NUCCLEICOS
LOS CARBOHIDRATOS SEGÚN SU COMPLEJIDAD, SE CLASIFICAN EN:
· En azúcares simples, también llamados monosacáridos u ósidos, constituidos por unidades sencillas que no son susceptibles de descomposición en azúcares más pequeños.
· En disacáridos o diholósidos, compuestos por dos unidades monosacáridos.
· En oligosacáridos, u oligoósidos, integrados por cadenas cortas cuyo número de unidades oscila entre tres y siete monosacáridos unidos.
· Y en polisacáridos o poliósidos, prolongadas cadenas formadas por la unión de numerosas unidades de un mismo monosacárido (homopolisacárido u homopoliósido), o de varias clases de ellos (heteropolisacárido o heterósido). Estos últimos presentan también fracciones no glucídicas.
Entre los azúcares de cadena larga se diferencian estructuras simples y ramificadas.
· Monosacáridos.
Los monosacáridos contienen un número de átomos de carbono, que oscila entre tres y nueve, aunque los más frecuentes son los de cinco y los de seis.
Se denominan, atendiendo a ese número triosas (tres átomos), tetrosas (cuatro), pentosas (cinco), hexosas (seis), etc.
El monosacárido de tres átomos de carbono (triosa) es el más sencillo y se llama gliceraldehído.
0 H
C1 H -- C1 -- OH
H
H -- C2 -- OH C2 = O
H -- C3 -- OH H C3 OH
H H
GLICERALDEHIDO. DIHIDROXIACETONA
El gliceraldehido tiene un átomo de carbono asimétrico, es decir, tiene sus cuatro valencias saturadas por radicales diferentes. Se trata del carbono 2 , se puede decir que se pueden distinguir dos isomeros especiales espaciales o esterioisomeros el D - Gliceraldehido cuando el - OH, esta a la derecha y el L –gliceraldehido, cuando el - OH esta a la izquierda.
Los monosacárido más importantes son las pentosas y las hexosas, que son los azúcares de cinco y seis átomos de carbono respectivamente.
Los monosacáridos en cuanto a su estructura química, se distinguen:
· Los polihidroxialdehídos, de fórmula:
HO - CH2—(CHOH)n—CHO.
En este caso, el conjunto de átomos del que dependen las reacciones es el grupo aldehído, por lo que se habla, por ejemplo, de aldohexosas (como la glucosa) o aldopentosas. En esta fórmula estructural, las líneas únicas representan enlaces simples, mientras que las compuestas por dos segmentos corresponden a enlaces dobles.
· Y las polihidroxiacetonas, de fórmula:
HO -CH2 -CO—(CHOH)n—CH2OH.
En este caso es denominado grupo ceto, aquel que rige la unión del carbohidratos a otros compuestos. Así se habla de cetopentosas y cetohexosas.
La ligazón de unidades simples para dar lugar a disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos se denomina polimerización, consiste en la reacción de dos grupos hidroxilo (-OH), uno de cada monosacárido implicado, con la eliminación de una molécula de agua. La hidrólisis, por el contrario, es el proceso en que disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos se descomponen para proporcionar monosacáridos y agua.
Propiedades estructurales de los monosacáridos.
Los monosacáridos se caracterizan por presentar estereoisomería. El fenómeno consiste en que compuestos de análoga fórmula química molecular muestran propiedades distintas debido a que los átomos que componen sus moléculas se distribuyen espacialmente de forma distinta. Por ejemplo, el más sencillo de los monosacáridos, el trigliceraldehído, de fórmula, presenta dos isómeros que son como una imagen real y su reflejo especular -invertido o de espejo-. Este tipo de compuestos se denomina enantiómeros, o isómeros ópticos, y han de poseer al menos un átomo asimétrico en torno al cual oscilan los demás agregados atómicos.
En el caso anterior, el centro asimétrico es el carbono, que en la fórmula aparece en posición media. Dos enantiómeros difieren en la forma en que desvían el plano de polarización de la luz, es decir, aquel en el que vibran las ondas lumínicas. Uno, llamado forma D (+), o dextrógira, lo hace hacia la derecha; el otro, forma L, (-), o levógira, lo hace hacia la izquierda.
Una propiedad de los monosacáridos con más de cinco átomos de carbono es la presencia de mutarrotación, fenómeno que consiste en una variación óptica de la luz que se registra en las disoluciones de azúcares recién preparados hasta que estas se estabilizan. Ello se debe a que los monosacáridos mencionados no se encuentran en forma de cadena, sino cíclica, lo que hace que puedan existir dos isómeros diferentes denominados a y b. Al proceder a la disolución sólo existe una de las formas (en el caso de la glucosa, una hexosa, la forma a), que paulatinamente se va transformando en la otra, hasta que se alcanza un equilibrio en el que ambas coexisten.
La presencia de carbono asimétrico da a estas moléculas la propiedad de la actividad Óptica. Al incidir un rayo de luz polarizada se produce una desviación en el plano de polarizacion si lo desvían hacia la derecha se llaman Dextrógira y se simboliza con el signo ( + ) si lo desvían hacia la Izquierda se denomina Levógiras y se simboliza con el signo (-)
En todos los carbohidratos se explican mejor sus propiedades si se acepta una fórmula cíclica. Los monosacáridos más importantes son:
Tetrosas.- formadas por 4 átomos de carbono existen dos Aldotetrosas: la Treosas y la eritrolusa. Una cetotetrosas, la eritrulosa. La terminación ulosa es común en las cetotetrosas y en la cetopentosas. Como tienen más de un carbono asimétrico la configuración D o L se determina tomando como referencia el carbono asimétrico mas alejado del grupo carbonilo. Se llama grupo carbonilo a un carbono unido a un oxigeno mediante un doble enlace. Tanto los aldehidos como las cetonas poseen un grupo carbonilo.
C1HO C1HO
H - C2 - OH HO - C2 - H
H - C3 - OH OH - C3 - H
C4H2OH C4H2OH
D –ERITROSA L – ERITROSA
Son estereoisomeros enantiomorfas
C1HO C1HO
HO -C2 - H H - C2 - OH
H - C3 - OH OH - C3 - H
C4H2OH C4H2OH
D- TREOSA L- TREOSA
PENTOSAS.
Son glucidos con cinco átomos. En las aldopentosas, como hay tres carbonos asimétricos, aparecen ocho posibles estructuras moleculares. en la naturaleza se encuentran cuatro:La D- Ribosa en los ácidos nucleicos y como unidad constitutiva de las pentosanas.
D-2 desoxirribosa en los ácidos desoxirribanucleico, La D Xilosa formando el homopolisacarido Xilana, que se encuentra en la madera, y la L-Arabinosa, formando la Arabanosa que es uno de los componentes de la goma Arabiga o goma Vegetal. La L
HEXOSAS.
La Glucosa.
La glucosa se encuentra libre en la naturaleza de uva: Es el glucido más abundante. En sangre se halla en glucido mas abundante la sangre se halla en concentraciones de un gramo por litro. Polimerizada da lugar a homopolisacaridos con función energética como el almidón en los vegetales o el glucogeno en los animales, o con función estructural, como la celulosa de las plantas. En la naturaleza se encuentra la D (+) glucosa, llamada dextrosa (glucido dextrogiro), La D (+) glucosa pueden presentarse en dos formas isomeras: la a-D (+ ) Glucosa y la B- D (+ ) – glucosa..
Para explicar la existencia de ese nuevo carbono asimétrico se postulo que la glucosa no se encontraba en forma lineal, sino en estructura cíclica. Se trata de un ciclo. Se trata de un ciclo hexagonal como el del pirano, por lo que se denomina glucopiranosa. En la disolución siempre hay un equilibrio entre la forma cíclica y la estructura lineal o aldehídica nunca llega el 5 % del total.
La ciclacion puede adoptar también la estructura pentagonal del furano, como sucede, por ejemplo, en la fructuosa, que se denomina por ello fructofuranosa.
El estudio de la ciclacion fue realizado por W.N. HAWORTH. Y se conoce con el nombre de proyección de Haworth, en el caso de D- glucosa, tiene lugar la siguiente forma.
1.- todos los carbonos se sitúan en un mismo plano horizontal.
2.- La estructura lineal o aldehídica se repliega sobre si misma, aproximándose los carbonos extremos y se produce un giro de los radicales del carbono 5.
3.- de esta forma quedan enfrentandos el grupo alcohólico del carbono 5 con el grupo aldehídico del carbono 5
4.- finalmente el anillo de estructura hexagonal se cierra mediante un puente de oxigeno entre el carbono 5, apareciendo una estructura llamada hemiacetal. El grupo = OH que ahora tiene el carbono 1 se denomina hidroxilo hemiacetalico
GALACTOSA. se halla en la orina en forma d- galactosa, junto con la D – glucosa forma la LACTOSA, glucido propio de la leche, se encuentra también como elemento constitutivo de muchos polisacáridos ( gomas, pectina, mucílago) asociados a los lípidos forman los cerebrosidos
Fructuosa.
Es una cetohexosa que se encuentra en la miel y da sabor dulce a muchas frutas, la fructosa es muy levógira, por lo cual también recibe el nombre de LEVULOSA.
En el organismo la transformación de fructosa en glucosa tiene lugar en el hígado. La fructosa es el azúcar que tiene mayor edulcorante.
· Disacáridos.
Son hidratos de carbono que por hidrólisis dan dos monosacáridos. Su formula general es: C12H22O11.
Los dos monosacáridos que forman el disacárido están unidos mediante un puente de oxigeno.
El enlace esta determinado por la unión de un grupo OH del grupo carbonilo y el grupo OH perteneciente al alcohol de la otra molécula, mediante la eliminación de una molécula de agua. Los disacáridos más importantes son:
La Sacarosa.
Se obtiene de la caña de azúcar o de la remolacha, por lo que también se le llama “azúcar de caña”, y se utiliza
Cotidianamente químicamente puro.
Es un disacárido formado por glucosa y fructuosa, que es una cetohexosa.
En la hidrólisis de la sacarosa con los ácidos diluidos, se origina glucosa y fructuosa, y el producto de esta reacción se llama azúcar invertido; un azúcar invertido natural es la miel.
La Maltosa.
Llamada también “azúcar de malta” se obtiene por hidrólisis ácida parcial del almidón.
Se obtiene por la acción del enzima diastasa que se encuentra en el grano germinado de la cebada sobre el almidón. Este mismo efecto produce el enzima ptialina que se encuentra en la saliva.
La hidrólisis ácida de la maltosa da dos moléculas de glucosa. También podemos obtenerlas mediante el enzima maltasa actuando sobre la maltosa (esta se encuentra en la levadura de cerveza).
La Lactosa.
Esta formada por una molécula de galactosa y una de glucosa. También se llama “azúcar de leche” porque se encuentra en la leche de los animales, es un componente ideal, ya que es más difícil de fermentar que los otros azucares.
· Oligosacáridos.
Están formados por la unión de unos pocos monosacáridos, mediante enlaces glucosídicos. Los nombres genéricos indican el numero de monosacáridos que intervienen, como los siguientes disacáridos:
· Maltosa: Formada por glucosa, llamada también azúcar de malta; es un producto intermedio de la degradación del almidón.
· Sacarosa: Formada por glucosa-fructosa; es el azúcar de caña o azúcar común.
- Lactosa: Formada por glucosa-galactosa; es el azúcar de la leche.
· Polisacáridos.
Los polisacáridos son enormes moléculas formadas por uno o varios tipos de unidades monosacáridas. Por hidrólisis podemos obtener hexosas, pentosas, o ambas.
Cuando solo se tiene hexosas, el polímero se llama hexosano, si obtenemos pentosas pentosanos.
Cuando tenemos mezclas de ambos se llama polisacáridos mixtos.
Pentosanos.
Tienen la formula (C5H8O4) X H2O
Se encuentran en la naturaleza formando parte de algunos vegetales como el maíz y la avena. Son importantes la arabana y la xilana.
La arabana por hidrólisis da solamente arabinosa y se encuentra en jugos de frutas, en la goma arábiga, etc.
La xilana por hidrólisis da xilosa, y se encuentra en la paja, madera y en la cascara de algunas semillas.
En el organismo se sintetizan las pentosas que son necesarias para la degradación de hexosas.
Hexosanos.
Tienen formula (C6H10O5) X H2O. Dos Hexosanos importantes en la naturaleza don los almidones que almacena energía en los seres vivos y la celulosa que se encuentra en muchas plantas.
La Celulosa.
· Es un polímero lineal, con función estructural, principalmente en paredes celulares vegetales.
· Se encuentra en muchas plantas y esta formada por la glucosa.
· Es insoluble en agua, ácidos diluidos y álcalis.
· Se hidroliza con ácidos concentrados.
· Es muy abundante en la naturaleza, siendo el hidrato de carbono más importante industrialmente.
· Para obtener alcohol industrialmente se utiliza celulosa hidrolizada.
· Desde el punto de vista industrial los derivados más importantes son la seda artificial, las nitrocelulosas y el papel.
El Almidón.
· Se encuentran en las semillas, tubérculos y raíces de muchos materiales, constituyendo el material de reserva alimenticia.
· Es un polímero de glucosa formado por varias cadenas laterales de unas 30 unidades de glucosa cada una, obteniéndose compuestos de pares moleculares muy elevados.
· Podemos obtener glucosa mediante sucesivas hidrólisis del almidón mediante distintas enzimas.
· La obtención del almidón tiene lugar a partir de las semillas o tubérculos, remojándolos en agua y triturándose, posteriormente esta masa se filtra a través de tejidos tupidos y al dejar sedimentar este sedimentado se obtiene el almidón.
· Se emplea en la industria alimentaría, textil, farmacéutica, etc.
Principales carbohidratos
Las pentosas más importantes son la ribosa y la desoxiribosa (cuando en un azúcar tenemos en vez de un grupo OH un H), le nombramos como desoxiazúcar.
Entre los monosacáridos y dentro de las pentosas destacan la D-xilosa y la L-arabinosa, presentes en la materia vegetal.
Dentro de las hexosas se incluyen la D-glucosa, la D-galactosa y la D-fructosa. La primera es el más común de los monosacáridos; se encuentra en las frutas, la miel y la sangre de los animales, de los que constituye uno de sus principales elementos nutritivos.
A partir de ella se forman numerosos polisacáridos. La D-galactosa se encuentra formando parte de moléculas llamadas glicolípidos, presentes en el sistema nervioso de los animales superiores. Y la D-fructosa se encuentra en la miel y las frutas, que el hígado transforma en glucosa.
En el conjunto de los disacáridos, la sacarosa o azúcar común es un disacárido formado por una molécula de a-D-glucosa y otra de b-D-fructosa. Se encuentra en muchos vegetales y se obtiene industrialmente a partir de la caña de azúcar y de la remolacha azucarera. También presenta interés biológico la lactosa, que se encuentra en la leche de los mamíferos y está compuesta por una molécula de b-D-galactosa y otra de a-D-glucosa.
Entre los polisacáridos, la celulosa es uno de los principales constituyentes estructurales de las paredes celulares de las plantas. Por su parte, el almidón es un polisacárido vegetal, utilizado como materia de reserva, y almacenado principalmente en semillas y tubérculos.
También destaca el glucógeno, una sustancia de reserva animal, almacenada en el hígado.
Metabolismo de los carbohidratos
El origen de los carbohidratos radica en su totalidad en el proceso de fotosíntesis realizado por los vegetales, en el cual se forman azúcares a partir del dióxido de carbono atmosférico. Tanto en las plantas como en los animales se registra la síntesis de nuevos carbohidratos a partir de los primarios, con lo que se diferencian distintas pautas fisiológicas para cada uno de ellos.
Desde el punto de vista metabólico, la principal misión de los carbohidratos en organismos vegetales y animales es el aporte energético. A este respecto se han analizado los métodos según los cuales se desarrolla la transformación de estas sustancias en energía y se han distinguido tres procedimientos básicos: la glucólisis, en la que los carbohidratos se generan a partir de una sustancia denominada ácido pirúvico; la síntesis según la vía de los pentafosfatos, que es la de menor entidad biológica; y la glucogénesis, proceso inverso al citado en primer lugar.
Los carbohidratos son polialcoholes con una función aldehído o cetona, las moléculas. Derivadas de estos, y polímeros de ambos.
El grupo de los hidratos de carbono esta formado por azúcar, almidón, dextrina, celulosa y glucógeno, sustancias que constituyen una parte importante de la dieta de los humanos y de muchos animales. Los carbohidratos glúcidos, o hidratos de carbono, constituyen un conjunto de compuestos químicos de naturaleza orgánica implicados, por consiguiente, en los procesos vitales - cuyas moléculas están integradas por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno.
Los más sencillos son los azúcares simples o monosacáridos, que contienen un grupo aldehído o cetona; el más importante es la glucosa. Dos moléculas monosacáridas unidas por un átomo de oxígeno, con la eliminación de una molécula de agua, producen un disacárido, siendo los más importantes: la sacarosa, la lactosa y la maltosa.
Los polisacáridos son enormes moléculas formadas por uno o varios tipos de unidades monosacáridos (10 en el glucógeno, 25 en el almidón y de 100 a 200 en la celulosa.)
Sustancias de fundamental interés biológico, tales como los azúcares o la celulosa, forman parte de la gran categoría bioquímica de los carbohidratos, que constituye uno de los componentes fundamentales, tanto de la nutrición animal como de la humana.
Considerados globalmente, forman una categoría de notable interés, tanto desde el punto de vista puramente químico como desde el de su aplicación práctica, ya que son carbohidratos los azúcares, los almidones y las celulosas, principios muy activos en el metabolismo de los seres vivos.
LIPIDOS
Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas básicamente por carbono e hidrógeno y generalmente también oxígeno; pero en porcentajes mucho más bajos. Además pueden contener también fósforo, nitrógeno y azufre.
Es un grupo de sustancias muy heterogéneas que sólo tienen en común estas dos características:
1. Son insolubles en agua
2. Son solubles en disolventes orgánicos, como éter, cloroformo, benceno, etc. Clasificación de los lípidos
Los lípidos se clasifican en dos grupos, atendiendo a que posean en su composición ácidos grasos (Lípidos saponificables) o no lo posean (Lípidos insaponificables).
CLASIFICACION DE LOS LIPIDOS.
Ácidos grasos
Lípidos simples acilgliceridos
U Hololipidos ceridos.
Fosfolipidos
LIPIDOS Fosfoaminolipidos
Saponificable Esfingolipidos
Lípidos Compuestos Glucilipidos
O Heterolipidos Proteolipidos
Esteroides
Insaponoficables soprenoides
1. Lípidos saponificables
A.
1. Acilglicéridos
2. Céridos
B. Complejos
1. Fosfolípidos
2. Glucolípidos
2. Lípidos insaponificables
A. Terpenos
B. Esteroides
C. Prostaglandinas
Ácidos grasos
Los ácidos grasos son moléculas formadas por una larga cadena hidrocarbonada de tipo lineal, y con un número par de átomos de carbono. Tienen en un extremo de la cadena un grupo carboxilo (-COOH).
Se conocen unos 70 ácidos grasos que se pueden clasificar en dos grupos:
· Los ácidos grasos saturados sólo tienen enlaces simples entre los átomos de carbono. Son ejemplos de este tipo de ácidos el mirístico (14C); el palmítico (16C) y el esteárico (18C) .
· Los ácidos grasos insaturados tienen uno o varios enlaces dobles en su cadena y sus moléculas presentan codos, con cambios de dirección en los lugares dónde aparece un doble enlace. Son ejemplos el oléico (18C, un doble enlace) y el linoleíco (18C y dos dobles enlaces).
·
·
Propiedades de los ácidos grasos
Pueden realizar dos funciones
Solubilidad. Los ácidos grasos poseen una zona hidrófila, el grupo carboxilo (-COOH) y una zona lipófila, la cadena hidrocarbonada que presenta grupos metileno (-CH2-) y grupos metilo (-CH3) terminales. Por eso las moléculas de los ácidos grasos son anfipáticas, pues por una parte, la cadena alifática es apolar y por tanto, soluble en disolventes orgánicos (lipófila), y por otra, el grupo carboxilo es polar y soluble en agua (hidrófilo).
Desde el punto de vista químico, los ácidos grasos son capaces de formar enlaces éster con los grupos alcohol de otras moléculas.
Cuando estos enlaces se hidrolizan con un álcali, se rompen y se obtienen las sales de los ácidos grasos correspondientes, denominados jabones, mediante un proceso denominado saponificación. Reacción de Saponificación. Es una reacción típica de los ácidos grasos, en la cual reaccionan con álcalis y dan lugar a una sal de ácido graso, que se denomina jabón. Las moléculas de jabón presentan simultáneamente una zona lipófila o hidrófoba, que rehuye el contacto con el agua, y una zona hidrófila o polar, que se orienta hacia ella, lo que se denomina comportamiento anfipático.
Acido + Base Saponificacion Base + Agua
O O
CH3-(CCH2)14- C + Na(OH) CH3-(CH2)14-C + H2O
OH ONa
Acido Palmitito Hidroxido de Na Palmitato Sodico Agua
Reacción de Esterificación
Un ácido graso se une a un alcohol mediante un enlace covalente, formando un éster y liberándose una molécula de agua
Acido graso + ALCOHOL ESTERIFICACION ESTER + AGUA
0
CH3- (CH2)14 – C +HO-CH2 –CH2 – CH2 – CH3 CH3- (CH2)14-C - -CH2-CH3 + H20
0- H
0
ACIDO PALMITICO PROPANOL PALMITATO DE HIDROGENO AGUA
Lípidos simples
Son lípidos saponificables en cuya composición química sólo intervienen carbono, hidrógeno y oxígeno.
Acilglicéridos
Son lípidos simples formados por la esterificación de una, dos o tres moléculas de ácidos grasos con una molécula de glicerina. También reciben el nombre de glicéridos, grasas simples, grasas neutras.
Si el acido graso que componen un acilgliceridos son insaturados, esta molécula será liquida y recibe el nombre de ACEITE, si los ácidos grasos son saturados, las moléculas, las moléculas es sólidas y se denomina sebo. Los ácidos grasos insaturados del aceite pierden su doble enlaces y se saturan pasando al estado sólido. Esta propiedad es aprovechada en la industria para fabricar mantequilla a partir de aceites.
Según el número de ácidos grasos, se distinguen tres tipos de estos lípidos:
· Los monoglicéridos, que contienen una molécula de ácido graso
· Los diglicéridos, con dos moléculas de ácidos grasos
· Los triacilglicéridos, con tres moléculas de ácidos grasos.
Si los ácidos grasos que componen un acilgliceridos son insaturados, esta molécula será liquida y recibe el nombre de aceite. Si los ácidos grasos son saturados, la molécula es sólida y se le denomina SEBO En los animales de sangre fría hay aceites y en animales de sangre caliente Sebos esta propiedad es aprovechada en la Industria para fabricar mantequillas a partir de aceites..
CERIDOS. Son moléculas que se obtienen por esterificaciones de un acido graso con un alcohol monovalente lineal. Ejemplo la cera de abeja.las moléculas de ceras origina laminas impermeables que aparecen como recubrimientos protectores de aspectos céreos o brillante sobre muchos tejidos y formaciones dermicas de animales (pelos, plumas, piel, exoesqueleto de insectos, etc y en los vegetales ( hojas, tallos jóvenes, frutas, etc.
Ceras
Las ceras son ésteres de ácidos grasos de cadena larga, con alcoholes también de cadena larga. En general son sólidas y totalmente insolubles en agua. Todas las funciones que realizan están relacionadas con su impermeabilidad al agua y con su consistencia firme. Así las plumas, el pelo , la piel, las hojas, frutos, están cubiertas de una capa cérea protectora.
Una de las ceras más conocidas es la que segregan las abejas para confeccionar su panal.
LÍPIDOS COMPLEJOS O HETEROLIPIDOS
Son lípidos saponificables en cuya estructura molecular además de carbono, hidrógeno y oxígeno, hay también nitrógeno, fósforo, azufre o un glúcido.
Son las principales moléculas constitutivas de la doble capa lipídica de la membrana, por lo que también se llaman lípidos de membrana. Son también moléculas antipáticas
Fosfolípidos
Se caracterizan por presentar un ácido ortofosfórico en su zona polar. Son las moléculas más abundantes de la membrana citoplasmática.
Algunos ejemplos de fosfolípidos mas conocidos son: el fosfatidilinositol, que contiene inositol
FOSFOAMINOLIPIDOS. Son lípidos que aparecen en las membranas de las células de Los vegetales y de los animales, en estos últimos se hallan en el tejido nervioso la mas conocido son la fosfatidiletanolamina o cefalina o etanolamina que se encuentran en el cerebro, la fosfotidilcolina o lecitina, con la colina que abunda en la yema de los huevos y la fosfatilserina cuya o aminoalcohol es la serina que esta presente en el cerebro.
Esfingolipidos.-aparecen en membranas de células vegetales y animales encontrándose en gran cantidad de tejidos nerviosos el representante mas conocido de este grupo es la esfinfomielina, compuesto esencial de la vaina de mielina.
Glucolípidos
Son lípidos complejos que se caracterizan por poseer un glúcido. Se encuentran formando parte de las bicapas lipídicas de las membranas de todas las células, especialmente de las neuronas. Se sitúan en la cara externa de la membrana celular, en donde realizan una función de relación celular, siendo receptores de moléculas externas que darán lugar a respuestas celulares. Se dividen en cerebrosidos, gangliosidos y glucosildiacilgliceridos.
Cerebrosidos.- aparecen en membranas de neuronas cerebrales (en la llamada sustancias blancas) y en las vainas mielinicas que rodean a los axones si tienen galactosa suelen proceder del cerebro y si tiene glucosa, de neuronas del resto del sistema nervioso.
Los Gangliosidos.- se encuentran en la membrana de la sinapsis de las neuronas (en la sustancia gris del cerebro) y en los glóbulos rojos.
Los Glucosildiacilgliceridos. Aparecen en vegetales superiores y bacterias.
PROEOLIPIDOS. Son asociaciones de lipidos con carga polar y proteinas mediante enlace de tipo debil su funcion es trasportar grasas por la linfa y el torrente sanguineo.
HETEROLIPIDOS INSAPONIFICABLES
ESTEROIDES
Son lípidos complejos derivados del esterano o ciclopentano perhidrofenantreno. Su hidrólisis no da ácidos grasos, por lo que no son saponificables.
Este grupo tiene gran importancia en el metabolismo. Entre ellas están las hormonas suprarenales, derivados estereoies con las estructuras siguientes:
LAS ALDOSTERONAS
Regulan el funcionamiento del riñón (disminuye la cantidad de Na+ excretado) y el cortisol actúa en el metabolismo de los glucidos regulando la síntesis del glucogeno.
LAS HORMONAS SEXUALES.
PROGESTERONA.- hormona que prepara los órganos reproductores para el proceso de gestación, y la testosterona, responsables de los caracteres sexuales masculinos.
Los esteroles.- Los principales son el colesterol que aparece formando parte estructural de las membranas y cubiertas mielinicas y es una sustancia muy abundante en el organismo (casi todos los esteroides derivan de esta molécula).
Ácidos biliares.- moléculas encargadas de la emulsión y posterior absorción de lípidos en el intestino además de activar a la lipasa. Se producen en el hígado por transformación del colesterol, en donde se unen a un aminoácido (glicina o taurina, derivado de la cisterna). De esta forma pasan al intestino en donde, tras perder el aminoácido, pueden actuar. Generalmente son reabsorbidos y vuelven de nuevo al hígado para reiniciar el ciclo.
La vitamina D.- es una vitamina liposoluble que se pueden obtener a partir del colesterol (D) o del esterol de origen vegetal
Isoprenoides o Terpenos.-
Son moléculas lineales o cíclicas que cumplen funciones muy variadas, entre los que se pueden citar:
Monoterpenos .- Que aparecen en las esencias vegetales como el mentol, el geraniol limoneno, alcanfor, eucaliptol, vainillina.
Sesquiterpenos.- El mas conocido es el Farnesol que interviene en la síntesis de escualeno que posteriormente originara el colesterol.
Los diterpenos están representados por el fitol, alcohol que es parte constituyente de la clorofila y precursor en la síntesis de la vitamina A.
De los triterpenos son conocidos el escualeno y el lanosterol, moléculas precursoras en la síntesis del colesterol.
TETRATERPENOS.- Son los carotenoide, pigmentos que actúan en la fotosíntesis y que son precursores de la vitamina A. se dividen en carotinas de color rojo, y xantofilas de color amarillo.
Politerpenos.- es el caucho formado por miles de moléculas.
Funciones de los lípidos
Los lípidos desempeñan cuatro tipos de funciones:
1. Función de reserva. Son la principal reserva energética del organismo. Un gramo de grasa produce 9'4 kilocalorías en las reacciones metabólicas de oxidación, mientras que proteínas y glúcidos sólo producen 4'1 kilocaloría/gr.
2. Función estructural. Forman las bicapas lipídicas de las membranas. Recubren órganos y le dan consistencia, o protegen mecánicamente como el tejido adiposo de pies y manos.
3. Función biocatalizadora. En este papel los lípidos favorecen o facilitan las reacciones químicas que se producen en los seres vivos. Cumplen esta función las vitaminas lipídicas, las hormonas esteroides y las prostaglandinas.
4. Función transportadora. El transporte de lípidos desde el intestino hasta su lugar de destino se realiza mediante su emulsión gracias a los ácidos biliares y a los proteolípidos.
LAS PROTEÍNAS
Las proteínas o prótidos son los compuestos orgánicos más comunes e indispensables para la estructura y el funcionamiento de las células. Están formadas por C, H, O, N, ocasionalmente S y P otros Fe, Cu, Mg, I, etc. El termino proteína fue propuesto por Jonss Berzelius en 1938. Las proteínas son macromoléculas formadas por miles de unidades llamadas aminoácidos.
Aminoácidos: la función particular de las proteínas esta determinada por la secuencia u orden de los aminoácidos en la molécula proteica.
Los aminoácidos: son moléculas nitrogenadas que contienen el grupo amino (- NH2 ) y el grupo carboxilo (-COOH) y un R. la diferencia los aminoácidos está en el grupo R.
Los aminoácidos se combinan para formar dipéptido; los dipéptido se combinan para formar polipéptidos y estos al combinarse forman una proteína).
CLASIFICACION
Los aminoácidos se pueden clasificar en tres grupos generales, dependiendo del radical
Aminoácidos Alifáticos.- El radical R es una cadena abierta y lineal derivada de la unión de grupos. CH2 – CH3.
Se subdividen en tres grupos.
a).- NEUTROS.- Son aminoácidos con igual numero de grupos aminos y grupos carboxilos.
B).. ACIDOS.- Son aminoácidos con mayor numero de grupos carboxilos que de grupos aminos.
C):- BASICOS.- Son aminoácidos con mayor numero de grupos amino que de grupos carboxilos.
PEPTIDOS.
COMPOSICION QUIMICA.
Los peptidos están formados por la unión de aminoácidos mediante un enlace peptídico.
Asi la unión de los aminoácidos nos da un dipéptido, de tres un tripeptido, de cuatro un tetrapeptido. Cuando el numero de aminoácidos no es mayor de diez, se dice que es un oligopeptido y si es superior se llama polipéptido.
Cuando un polipéptido esta constituido por mas de 100 aminoácidos o si el valor de su peso molecular excede de 5000, se considera que ya es un proteido. Cuando un proteido esta constituido exclusivamente por aminoácidos se denomina Holoproteido o proteínas. Cuando esta constuido por aminoácidos y otras moléculas se llama heteroproteido.
ENLACES PEPTIDICO.- Es un enlace de tipo covalente que se establece entre un grupo amino de un aminoácido y un grupo carboxilo de otro aminoácido, dando lugar al desprendimiento de una molécula de H20.
R H
C N H COOH
H H C
N H C O O H
H R
HOLOPRPTEIDOS O PROTEINAS
Características de las proteínas:
§ Termino propuesto por Jhon Berzelius (1938) (Yo primero)
§ Son macromoléculas de naturaleza orgánica que se encuentran en todos los fluidos
del cuerpo excepto en la orina y bilis.
§ Son sustancias cuaternarias formadas de carbono (53%), hidrógeno (6%), oxígeno (23%), y nitrógeno (16%), siendo este último el elemento característico. frecuentemente contienen otros elementos químicos como azufre, hierro, fósforo, zinc, cobre, etc.
§ Químicamente son polímeros de a - aminoácidos unidos mediante peptídico.
§ Pueden considerarse polímeros de unas pequeñas moléculas que reciben el nombre de aminoácidos y serían por lo tanto las monómeras unidades. Los aminoácidos están unidos mediante enlaces peptídico.
Estructura de las proteínas:
La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos (aas),. De la proteína. Nos indica qué las. Componen la cadena polipeptídica y el orden en que dichos aas. Se encuentran. La función de una proteína depende de su secuencia y de la forma que ésta adopte La estructura secundaria; La estructura secundaria es la disposición de la secuencia de aminoácidos en el espacio. Los aminoácidos., a medida que van siendo enlazados durante la síntesis de proteínas y gracias a la capacidad de giro de sus enlaces, adquieren una disposición espacial estable, la estructura secundaria.
Existen dos tipos de estructura secundaria:
la a(alfa)-hélice
la conformación beta
Esta estructura se forma al enrollarse helicoidalmente sobre sí misma la estructura primaria. Se debe a la formación de enlaces de hidrógeno entre el -C=O de un aminoácido y el -NH- del cuarto aminoácido que le sigue.
en esta disposición los aminoácidos. no forman una hélice sino una cadena en forma de zigzag, denominada disposición en lámina plegada.
Presentan esta estructura secundaria la queratina de la seda o fibroína
La estructura terciaria; Se refiere a las relaciones espaciales e s decir la forma de proteínas, pueden ser globulares, estrelladas fibrosas, es un patrón de doblado.
Estructura Cuaternaria; Se refiere a la unión o empaque de unidades polipeptídicas en patrones específicos que otorgan actividad biológica. Por ejemplo: La hemoglobina tiene 4 cadenas enroscadas en disposición casi tetraédrica con el grupo Hemo, asociado a la proteína globulina. Esta proteína de fórmula C H O Fe de peso molecular 3032 816 780 4 64 450 es la molécula que transporta el oxígeno en los glóbulos rojo
Clasificación de las proteínas:
A.- Según su función estructural
a) Proteínas globulares.- Son solubles en agua, en soluciones ácidas o salinas. Son reguladoras de los procesos metabólicos vitales.
1.- PROTAMINAS.-No precipitan en coágulos por efecto del calor, se encuentran asociadas a los ácidos nucleicos en los espermatozoides de peces, ejm: la Salmina del Salmon.
2.- HISTONAS.- Se localizan en el núcleo celular asociados a los ácidos nucleicos.
3.- PROLAMINAS.- Se encuentran en semillas de vegetales. Zeina en el maiz, glandina en el trigo
4.- GLUTEINAS.- Son insolubles en agua pero solubles en ácidos o bases diluidas pertenecen a este grupo la gluteina del trigo y la orizanina del arroz.
5.- ALBUMINAS.- pertenecen a este grupo la seroalbumina de la sangre cuya función es la de transportar sustancias químicas diversas, la ovo albúmina del huevo, la lacto albúmina de la leche y globina que forma parte de la hemoglobina.
6.- GLOBULINAS.- se encuentran la ovoglobulinas del huevo, lactoglobulinas de la leche, el fibrinogeno de la sangre, la seroglobulina de la sangre de las alfa globulinas , que se asocian a la hemoglobina, las beta globulinas como la transferían (transporta hierro) y las gamma globulinas o inmunoglobulinas que constituyen los anticuerpos.
Insulina; formado por 51 aminoácidos, es segregada por ciertas células del páncreas. Su actividad permite que la glucosa penetre a las células para ser utilizada.
b.- Proteínas fibrosas o Filamentosas.- Son solubles en agua. Constituyen materiales estructurales de tejido humano y animal, son:
§ Queratina; existe en la epidermis, en la piel, lana, cuernos, pelos y en las uñas.
§ Colágeno; se encuentra en tendones, cartílagos y huesos
§ Miosina; proteína contráctil de los músculos.
§ Elastina; principal componente del tejido elástico (ligamentos, vasos sanguíneos).
§ Fibroina; base estructural de seda.
B.- Por su origen
§ Proteínas simples; todas aquellas que dan como único producto de hidrólisis aminoácidos
§ Proteínas conjugadas; aquellas que hidrólisis producen dos porciones:
- El grupo prostético, de naturaleza no proteica.
- Péptido o aminoácidos producto de la escisión del resto proteico.
§ Nucleoproteínas; el grupo protético es un ácido nucleótido y la proteína es una
histona. Virus.
§ Fosfoproteínas; son ésteres del ácido fosfórico y una proteína sencilla. Ejemplo, la caseína de la leche.
§ Cromoproteinas; están formadas por Histonas o globulinas con un grupo Prostético coloreado. Ejemplo, hemoglobina.
§ Lipoproteínas; son compuesto de las proteínas de la grasa, lipoproteínas del suero
Sanguíneo, cuando se presentan en niveles muy elevados indican arteriosclerosis, (la lecitovelina de la yema del huevo).
§ Metaloproteinas; proteínas combinadas con metales. Ejemplo: ceruloplasmina, Proteína del suero que contiene cobre azul, esta proteína regula la distribución del cobre en el organismo.
HETEROPROTEIDOS
Son proteidos constituidos por dos grupos diferentes de moléculas grupo proteico (proteínas) y grupo prostético (moléculas proteicas).
Se clasifican en :
1.- CROMOPROTEIDOS.- El grupo prostético de este tipo de moléculas es una sustancia coloreada debido a ello se denominan pigmentos. Estos se dividen en dos clases.
Pigmentos porfirinicos.- poseen un anillo tetrapirrolico o porfirina, en cuyo centro aparece un cation metálico si es el Ion ferroso se llama grupo Hemo, por ejemplo en la hemoglobina, que se encarga de trasportar el oxigeno en la sangre y en la mioglobina que transporta el oxigeno a nivel de los músculos.. si es el ion ferrico se llama Grupo Hemino, por ejemplo en las enzimas peroxidasas y en la Catalasa.
Pigmentos no porfirinicos.- aquí se encuentran Hemocianina, pigmento respiratorio que contiene Cu y que parecen en crustáceos y moluscos . la Hemeritrina, pigmento respiratorio que contiene Fe y que encuentra en gusanos marinos y en Braquiópodos, los pigmentos biliares que proceden de la degradación del grupo hemo de la hemoglobina que tienen lugar en el hígado y bazo y medula ósea, como la Biliverdina ( de color Verde) y la bilirrubina (de color amarillo marrón) que son expulsado por el conducto biliar al intestino, en donde ayudan a emulsionar las grasas y mas tarde dan color a las heces fecales.
GLUCOPROTEIDCOS.-poseen un grupo de prostético formado por moléculas de glucidos como glucosa, galactosa, arabinosa, manosa, xilosas,etc.
Pertenecen a este grupo algunas hormonas estimulante del folículo ( FSH), las hormonas luteizantes (LH) y las hormonas estimulantes de la tiroides ( TSH), las inmunoglobulinas.
LIPOPROTEIDOS. Constituidos por ácidos grasos. Aparecen en las membranas del citoplasma, de las mitocondrias y del retículo endoplasmatico.
FOSFOPROTEIDOS.- Los representantes de este grupo son la caseína, que aparecen en la leche y la vitelina, que se encuentran en la yema del huevo.
NUCLEOPROTEIDOS.- designa la asociación de histonas o protaminas con los ácidos nucleicos.
Propiedades de las proteínas:
§ Elevado peso molecular
§ Difunden lentamente, debido a su elevado peso molecular
§ Solubles en solventes polares como el agua y el etanol; forma soluciones coloidales
§ No dializan a través de membranas semipermeables.
§ Tienen alto grado de especificad
§ Por acción de calor, alcohol, variación de PH otras sustancias pueden
§ Desnaturalizarse
Funciones de las proteínas:
Muchas proteínas sirven como enzimas catalizadoras de reacciones químicas. Ejemplo pepsina.
§ Función estructural. constituyen las membranas, los microtubulos, los cilios los flagelos. uñas, etc.
§ Función de transporte. Las permeasas regulan el paso de las moléculas a través de las membranas, Ejemplo hemoglobina, citocromos, transferrina
§ Función Inmunológica.- las inmunoglobulinas constituyen los anticuerpos. Estos se sintetizan cuando en el organismo aparecen sustancias extrañas (antigenos). Los anticuerpos se asocian a los antigenos aglutinándolos y precipitándose. de defensa. Ejemplo: anticuerpos
§ Función hormonal.- como la insulina, STH ( hormonas del crecimiento), oxitocina, prolactina
§ Función contráctil como la actina, miosina, troponina, tropomiosina Controlan la actividad de los genes e intervienen en el mecanismo de transmisión de los caracteres hereditarios (Histonas)
§ Son amortiguadores o sustancias buffers. Ejemplo: proteinato de Na
§ Son fuentes de energía: la oxidación de 1g. de proteínas libera 4.1 cal.
§ Intervienen en la formación, mantenimiento y reparación de los tejidos Corporales (función más principal) .
Las enzimas:
Definición: son proteínas altamente especializadas, son catalizadores biológicos producidos por células, se localizan en el citoplasma, las mitocondrias y ribosomas y en los lípidos orgánicos, cuya función es de regular la velocidad de todas la reacciones químicas intracelulares, como la respiración, digestión, crecimiento, conducción nerviosa, fotosíntesis, fijación de nitrógeno, etc.
Las enzimas actúan sobre la urea, descomponiéndola en amoniaco y bióxido de carbono o la enzima lipasa actúa sobre un lípido y lo descompone en glicerol y agua. En estos ejemplos la urea y el lípido representa los SUSTRATOS y el amoniaco, bióxido de carbono, glicerol y el agua los productos finales.
Para dar nombre a las enzimas se toma el nombre del sustrato y se le hace terminar en ASA.
Estructuralmente, una ENZIMA está formada por dos partes. Una llamada APOEZIMA, es una proteína, la otra llamada COENZIA, en una molécula pequeña no proteica o un factor particular de determinada enzima. Esta puede transportarse temporalmente de una enzima a otra o aceptar al grupo que lo remueve. La mayoría de las coenzimas son derivados del nucleótidos y en muchas el grupo base nitrogenado es reemplazado por otra molécula.
La acción de las enzimas se explica con la analogía de la cerradura y llave. El sustrato debe embonar en una porción de la enzima llamado “sitio activo” con gran precisión alterando los enlaces internos desdoblando el sustrato en productos. Se pueden utilizar “inhibidores” para frenar la acción catalítica de las enzimas +2 +2 +2 +2
Algunas enzimas contienen iones (Z , Fe ; Mg ; Cu ) llamados cofactores. Si el cofactor es orgánico se denomina “COENZIMA”. La produce al unirse la coenzima y la apoenzima.
Propiedades de las enzimas:
Aceleran o regulan las reacciones químicas, porque sin ellas se producen muy lentamente o rápidamente.
Las enzimas como catalizadores no intervienen en la reacción.
Las enzimas actúan en pequeñas cantidades. Pero actúan sobre cantidades muy grandes de sustrato.
En las reacciones donde se establece el equilibrio, las enzimas como catalizadores, aceleran la reacción hasta llegar al equilibrio, pero no la modifican.
Son específicas y sólo actúan sobre un determinado sustrato.
Las enzimas producen reacciones en cadena, el producto de una reacción sirve como sustrato para otra enzima.
ACIDOS NUCLEICOS
La información necesaria para dictar la estructura de la enorme diversidad molecular de las proteínas, se halla codificada o planificada en los seres vivos en unas moléculas llamadas ácidos nucleicos.
Los ácidos nucleicos están formados por largas cadenas de moléculas llamadas nucleótidos. Estos nucleótidos pueden actuar como nucleótidos energéticos, como el ATP – conocido como la moneda energética de los seres vivos, o nucleótidos informativos, cuando se unen con otros nucleótidos para formar el ADN o el ARN.
Los nucleótidos están formados por carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y fósforo. Ácidos Nucleicos
Definición.- Los ácidos nucleicos son compuestos químicos de alto peso molecular que siempre están presentes en las células animales y vegetales. Se encuentran unidos mediante enlaces covalentes de tipo fosfoduster.
La unión entre una pentosa y una base nitrogenada da lugar a lo que se denomina un nucleosidos.
Un nucleótido se forman uniéndose una molécula de acido ortofosforico con un nucleosido a través de un acido ortofosforico
Funciones vitales:
§ Reproducción celular
§ Síntesis o fabricación de proteínas
§ Transmisión de los caracteres hereditarios de generación a generación
§ Los ácidos nucleicos son 2
§ ADN = Ácido desoxirribonucleico
§ ARN = Ácido ribonucleico
Historia
§ Los ácidos nucleicos fueron descubiertos por Musher en 1869; además fueron aislados por primera vez en el año de 1871.
Cuál es la unidad de los ácidos nucleicos
La unidad de los ácidos nucleicos es el NUCLEOTIDO el cual esta formado químicamente de: Grupo fosfato: Es el componente estructural más sencillo, un derivado del ácido fosfórico H PO que enlaza los nucleótidos y da carácter a la molécula.
Azúcar simple (pentosa): Es un monosacárido de cinco átomos de carbono, que pueden ser la desoxirribosa y la ribosa. Por esta razón los nucleótidos del ADN se llaman desoxirribonucleicos y los ARN, ribonucleicos.
Bases nitrogenadas: son moléculas orgánicas cíclicas que tienen en su estructura átomos de nitrógeno. se reconocen dos tipos de bases nitrogenadas:
Púricas (adenina y guanina), con dos estructuras cíclicas y
Pirimidinicas (uracilo, citosina y timina) con una estructura cíclica.
Enlaces Atómicos
Ahora observa la unión de los componentes de un nucleótido
Estas macromoléculas están compuestas por C, H, O, N y P están presentes en todos los seres vivos desde los unicelulares hasta lo pluricelulares.
Tipos
El ADN
Es una sustancia de elevado peso molecular, el ADN constituye el sistema de información que la célula guarda en forma codificada y que el organismo necesita para producir un individuo.
Historia de la identificación del ADN
Durante mucho tiempo se pensó que el material hereditario estaba en las proteínas. Esa idea se mantuvo hasta los años 40, cuando se demuestra científicamente que el material hereditario era el ADN.
Los hechos más saltantes podemos resumirlos en este cuadro
1869
F. Miescher encuentra una sustancia ácida que llamó NUCLEINA Ó ÁCIDO NUCLEICO, a partir de glóbulos blancos de la pus.
1914
Felguen descubre la afinidad del ácido nucleico con el colorante fucsina, de allí deduce que esta presente en todas las células.
1928
T. Griffith descubre el llamado factor transformante, mediante el cual una bacteria virulenta puede transformar esta propiedad a otras que no lo son.
1943
Avery, Mc. Leod y Mc Carty demostraron que el factor transformante en el ADN
1950
E. Chargaff descubre la relación en cuanto a posición de las bases nitrogenadas citosina – Guanina y timina – Adenina. Además de su proporción varia entre las especias
1953
J. Watson y F. Crick, proponen el modelo de doble hélice para reprsentar la estructura del ADN, a partir de la primera radiografía del ADN obtenida por Wilkins.
COMPOSICIÓN DE LOS ÁCIDOS DESOXIRRIBONUCLEICOS
§ En la composición del ADN, la pentosa que interviene es siempre la desoxirribosa. En lo que se refiere a las bases nitrogenadas, el ADN contiene adenina, guanina, citosina y timina pero nunca uracilo.
§ Actualmente se sabe que el ADN esta formado por dos cadenas polinucleótidas, una especie de escalera de mano en las que las barras laterales son las cadenas del fosfato y desoxirribosa y los travesaños las bases nitrogenadas; adenina - timina (A – T) o guanina citosina (G – C)
Funciones
§ Controla la actividad de la célula mediante instrucciones impartidas al RNA.
§ Son unidades básicas de formación genética de la célula madre a la célula hija. Mediante los genes.
§ Tienen la propiedad de multiplicarse formando dos moléculas idénticas durante la división celular
§ La duplicación se explica con el modelo ideado por Watson Crick, aceptando que la doble cadena del DNA se abre por un extremo “mecanismo de cremallera”. durante la división celular quedan dos mitades exactamente iguales, y cada mitad complementa la parte que le falta mediante la incorporación nucleótidos formándose así dos cadenas idénticas, y así de una molécula resultan dos.
Dónde se encuentran
ADN se encentra en los cromosomas contenidos en el núcleo de las células animales y vegetales. En las bacterias como material disperso en el citoplasma. Y en los virus, formando el núcleo viral.
ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN)
Está formado por cadena ribonucleótidos de adenina, guanina, citosina, y uracilo, es monocatenario, es decir esta formado por una sola cadena de ácidos ribonucleicos, lo que determina que puede adaptar diversas formas
COMPOSICIÓN
Su composición química difiere la del ADN en que la pentosa es siempre la ribosa y en que nunca existe timina, reemplazada por el uracilo que esta formado por una sola cadena simple polinucleótida. Existe varios tipos de ARN: ARN mensajero (ARN-m). ARN ribosómico (ARN-r) y ARN de transferencia (ARN-t)
CLASES DE ARN
1) ARN Mensajero (ARNm).- Es aquel que se forma a partir del ADN, teniendo en cuenta la regla de complementariedad; donde esta la G en la cadena de ADN le corresponde una C, donde está la C le corresponde la G, donde está la T le corresponde la A, y donde está la A le corresponde la U (uracilo).
FUNCIÓN PRINCIPAL
Es el que copia la información contenida en el ADN y la lleva al lugar adecuado del citoplasma.
El ARN-r.- Se llama ribosómico porque forma gran parte de los ribosomas, orgánulo encargados de leer el mensaje que les lleva el ARN – m.
El ARN-t.- Toma parte muy activa en la traducción del mensaje, que consiste en la síntesis de proteínas. El ARN-t es el encargado de llevar los aminoácidos y situarlos en el lugar adecuado (según el mensaje del ARN-m) para la síntesis de una cadena polipeptidica determinada.
ARN
Se encuentra en el núcleo; en el citoplasma como ARNM , ARNT y ARNR . También
Citoplasma de bacterias y dentro de los virus (Retrovirus).
Semejanzas
ADN
ARN
Sinónimos
Ácido desoxirribonucleico ADN
Ácido RNA
Unidad química básica
Nucleótidos
Nucleótidos
Azúcar
Desoxirribosa
Ribosa
forma
Filamentos
Gránulos esféricos
Distribución en la naturaleza
Presente en todos los seres vivos, excepto algunos virus bacteriófagos
Presente en todos los seres vivos, excepto en algunos virus
Ubicación celular
Núcleo: cromosomas 99%
Citoplasma: ribosomas 90%
Cantidad
Constante para cada especie
Variable, según la síntesis de las proteínas
Origen
De otra molécula de ADN
(autoduplicable)
Proviene del ADN
Importancia
Responsable químicos de la herencia
Viaje Actual
biologia tercera unidad
Datos personales
- jmonjec
- 1 450 000, Piura, Peru
- licenciado en ciencias biologicas. maestria en salud publica mencion en epidemiologia doctorado en educacion
segunda unidad
BIOELEMENTOS
El análisis químico de la materia viva revela que los seres vivos están formados por una serie de elementos y compuestos químicos.Los elementos químicos que forman parte de la materia viva se denominan bioelementos, que, en los seres vivos, forman biomoléculas, que podemos clasificar en:
· Inorgánicas
o Agua
o Sales minerales
o Algunos gases: O2, CO2, N2, ...
· Orgánicas
o Glúcidos
o Lípidos
o Proteínas
o Ácidos Nucleicos
En cualquier ser vivo se pueden encontrar alrededor de setenta elementos químicos, pero no todos son indispensables ni comunes a todos los seres. Según su abundancia se pueden clasificar en:
Bioelementos primarios, que aparecen en una proporción media de 95 a 96% en la materia viva, y son carbono, oxigeno, hidrógeno, nitrógeno. Estos elementos reúnen una serie de propiedades que los hacen adecuados para la vida:
· Forman entre ellos enlaces covalentes muy estables, compartiendo pares de electrones. El carbono, oxígeno y nitrógeno pueden formar enlaces dobles o triples.
· El Carbono, Nitrógeno y Oxigeno, pueden compartir mas de un par de electrones, formando enlaces dobles simples y triples, lo cual les dota de una gran versatilidad para el enlaces son muy estables.
· Son los elementos mas ligeros con capacidad de formar enlaces covalentes, por lo que dichos enlaces son muy estables.
· A causa configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes.
Esta conformación espacial es responsable de la actividad biológica.
· Facilitan la adaptación de los seres vivos al campo gravitatorio terrestre, ya que son los elementos más ligeros de la naturaleza.
· Las combinaciones del carbono con otros elementos, como el oxigeno, el hidrogeno, el nitrógeno, etc.
· Permiten la aparición de una gran variedad de grupos funcionales que dan lugar a las diferentes familias de sustancias orgánicas.
· Los enlaces entre los átomos de carbono pueden ser simples ( C – C ), doble
· C = C ) o triples. Lo que permite que puedan formarse cadenas más o menos largas, lineales ramificadas y anillos.
Grupos funcionales hidrófilos
Grupos funcionales hidrofagos
CARBOXILICO - COOH
RADICAL ALQUILICO - CH2 – R
HIDROXILO - OH
RADICAL ETILENICO - CH = R
CARBONILO > C = O
RADICAL - C6 H5
AMINO - NH2
LOS GRUPOS FUNCIONALES
IMINO > NH
POLARES SON SOLUBLES EN
SULFHIDRILO - SH
EN AGUA
b) Bioelementos secundarios, aparecen en una proporción próxima de 3,3% a 4.5 %. Estos son: S, P, Mg, Ca, Na, K, Cl. desempeñando funciones de vital importancia en fisiología celular.
Azufre
Se encuentra en dos aminoácidos (cisterna y metionina), presentes en todas las proteínas. En las coenzimas A.
Fósforo
Forma parte de los nucleótidos, de las coenzimas, fosfolipidos sustancias fundamentales de las membranas celulares. También forman parte de los fosfatos, sales minerales.
Magnesio
Forma parte de la clorofila en forma iónica actúa como catalizador
Calcio
Forma parte de carbonato de calcio de estructuras esqueléticas. N forma iónica interviene en la concentración muscular, coagulación sanguínea y transmisión de impulso nervioso.
sodio
Cation abundante en el medio extracelular, necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular.
Potasio
Cation más abundante en el interior de las células. Conducción nerviosa, y contracción muscular.
Cloro
Anion mas frecuente, necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluido intersticial
c) Oligoelementos, microconstituyentes, o elementos vestigiales, que aparecen en la materia viva en proporción inferior entre 0,5 a 0,1% siendo también esenciales para la vida: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, yodo, boro, silicio, vanadio, cobalto, selenio, molibdeno y estaño. Aún participando en cantidades infinitesimales, no por ello son menos importantes, pues su carencia puede acarrear graves trastornos para los organismos.
Hierro
Participa en la síntesis de clorofila, catalizador en reacciones químicas y formado parte de citocromos, que intervienen en la respiración celular y en la hemoglobina, en transporte de oxigeno.
Manganeso
Interviene en la fotolisis del agua, en el proceso de fotosíntesis.
Iodo
Síntesis de tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo.
Fluor
Forma parte del esmalte dentario y de los huesos.
Cobalto
Forma parte de la vitamina B12, necesaria para síntesis de hemoglobina.
Silicio
Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, endurece al tejido vegetal como en las gramíneas.
Cromo
Regula a la glucosa en la sangre junto con la insulina
Zinc
Catalizador en muchas reacciones del organismo
Litio
Actúa sobre neurotransmisores y la permeabilidad celular. Puede prevenir estados de depresiones.
Molibdeno
Forma parte de las enzimas vegetales actúa en la reducción de los nitratos por parte de las plantas.
EL AGUA
El agua es la molécula más abundante en los seres vivos, y representa entre el 70 y 90 % del peso de la mayor parte de los organismos. El contenido varia de una especie a otra; también es función de la edad del individuo (su % disminuye al aumentar la edad) y el tipo de tejido.
Este contenido se mantiene constante por el equilibrio entre ingresos y pérdidas. Los ingresos diarios en un hombre con dieta mixta, actividad física moderada y que habite en clima templado sonde 2,6 litros. De ellos: l,31 de la bebida, 1 litro de alimentos, y 0,3 de agua metabólica. Las pérdidas son otros 2,6 litros, de los cuales: 1,4 de la orina, 1 lt, por la evaporación por piel y pulmón y 0,2 de pérdida fecal.
1.- El papel primordial del agua en el metabolismo de los seres vivos se debe sus propiedades físicas y químicas, derivadas de la estructura molecular. A temperatura ambiente es líquida, al contrario de lo que cabría esperar, ya que otras moléculas de parecido peso molecular (SO2, CO2, SO2, H2S, etc) son gases. Este comportamiento se debe a que los dos electrones de los dos hidrógenos están desplazados hacia el átomo de oxigeno, por lo que en la molécula aparece un polo negativo, donde está el oxígeno, debido a la mayor densidad electrónica, y dos polos positivos, donde están los dos hidrógenos, debido a la menor densidad electrónica. La molécula de agua son dipolos.
Entre los dipolos del agua se establecen fuerzas de atracción llamados puentes de hidrógeno, formándose grupos de 3-9 moléculas. Con ello se consiguen pesos moleculares elevados y el agua se comporta como un líquido. Los enlaces por puentes de hidrógeno son, aproximadamente, 1/20 más débiles que los enlaces covalentes, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras moléculas unidas por puentes de hidrógeno, permite que se forme en el seno del agua una estructura ordenada de tipo reticular, responsable en gran parte del comportamiento anómalo y de sus propiedades físicas y químicas.
El agua se presenta en tres estados: Sólida líquida o gaseosa como podemos observar en la siguiente figura:
2. Propiedades físico-químicas del agua
El agua presenta las siguientes propiedades físico-químicas:
a) Acción disolvente. El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal), esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, ya que estas se disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua.La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones importantes para los seres vivos: es el medio en que transcurren las mayorías de las reacciones del metabolismo, y el aporte de nutrientes y la eliminación de desechos se realizan a través de sistemas de transporte acuosos.
b) Fuerza de cohesión entre sus moléculas. Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible.
c) Elevada fuerza de adhesión. De nuevo los puentes de hidrógeno del agua son los responsables, al establecerse entre estos y otras moléculas polares, y es responsable, junto con la cohesión de la capilaridad, al cual se debe, en parte, la ascensión de la sabia bruta desde las raíces hasta las hojas.
d) Gran calor específico. El agua absorbe grandes cantidades de calor que utiliza en romper los puentes de hidrógeno. Su temperatura desciende más lentamente que la de otros líquidos a medida que va liberando energía al enfriarse. Esta propiedad permite al citoplasma acuoso servir de protección para las moléculas orgánicas en los cambios bruscos de temperatura.
e) Elevado calor de vaporización. A 20ºC se precisan 540 calorías para evaporar un gramo de agua, lo que da idea de la energía necesaria para romper los puentes de hidrógeno establecidos entre las moléculas del agua líquida y, posteriormente, para dotar a estas moléculas de la energía cinética suficiente para abandonar la fase líquida y pasar al estado de vapor.
f) Elevada constante dieléctrica.
Por tener moléculas bipolares, el agua es un gran medio disolvente de compuestos iónicos, como las sales minerales, y de compuestos covalentes polares como los glúcidos.
Las moléculas de agua, al ser polares, se disponen alrededor de los grupos polares del soluto, llegando a desdoblar los compuestos iónicos en aniones y cationes, que quedan así rodeados por moléculas de agua. Este fenómeno se llama solvatación iónica.
g) Bajo grado de ionización. De cada 107 de moléculas de agua, sólo una se encuentra ionizada.
H2O H3O+ + OH-
Esto explica que la concentración de iones hidronio (H3O+) y de los iones hidroxilo (OH-) sea muy baja. Dado los bajos niveles de H3O+ y de OH-, si al agua se le añade un ácido o una base, aunque sea en poca cantidad, estos niveles varían bruscamente.
3. Propiedades Bioquímicas del agua
Los seres vivos se han adaptado para utilizar químicamente el agua en dos tipos de reacciones:
a) En la fotosíntesis en la que los enzimas utilizan el agua como fuente de átomos de hidrógeno.
b) En las reacciones de hidrólisis, en que los enzimas hidrolíticos han explotado la capacidad del agua para romper determinados enlaces hasta degradar los compuestos orgánicos en otros más simples, durante los procesos digestivos.
4. Ionización del agua y escala de pH
Si observas la figura siguiente, comprobarás que dos moléculas polares de agua pueden ionizarse debido a las fuerzas de atracción por puentes de hidrogeno que se establecen entre ellas.
Un Ion hidrogeno se disocia de su átomo de oxigeno de la molécula (unidos por enlace covalente), y pasa a unirse con el átomo de oxígeno de la otra molécula, con el que ya mantenía relaciones mediante el enlace de hidrógeno.
Como vemos, el agua no es un líquido químicamente puro, ya que se trata de una solución iónica que siempre contiene algunos iones H3O+ y OH- . (Se utiliza el símbolo H+, en lugar de H3O+).El producto [H+]·[OH-]= 10-14, se denomina producto iónico del agua, y constituye la base para establecer la escala de pH, que mide la acidez o alcalinidad de una disolución acuosa , es decir, su concentración de iones [H+] o [OH-] respectivamente. Definimos el pH como:
pH=-log[H+]
El pH del agua es 7 y lo consideramos neutro. Valores mayores serán básicos o alcalinos y valores menores ácidos.
5. Sistemas tampón o buffer
Los organismos vivos soportan muy mal las variaciones del pH, aunque tan solo se trate de unas décimas de unidad, y por ello han desarrollado en la historia de la evolución sistemas tampón o buffer que mantienen el pH constante, mediante mecanismos homeostáticos. Las variaciones de pH, afectan a la estabilidad de las proteínas y, en concreto, en la actividad catalítica de los enzimas, pues en función del pH, pueden generar cargas eléctricas que modifiquen su actividad biológica.Los sistemas tampón que tienden a impedir la variación del pH cuando se añaden pequeñas cantidades de iones H+ o OH- consisten en un par ácido-base conjugada que actúan como dador y aceptor de de protones, respectivamente. Podemos citar otros tampones biológicos, como son el par carbonato-bicarbonato y el par monofosfato-bifosfáto. El pH normal de los fluidos corporales suele oscilar alrededor de 7, Plasma sanguíneo7,4 ; Saliva:6,35-6,95 ; Orina 5,8; jugo gástrico:2,1 etc.
6. Osmosis y presión osmótica
Se define ósmosis como una difusión pasiva, caracterizada por el paso del agua, disolvente, a través de la membrana semipermeable, desde la solución más diluida a la más concentrada.
Y entendemos por presión osmótica, a aquella que seria necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable. Al considerar como semipermeable a la membrana plasmática, las células de los organismos pluricelulares deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos tisulares que los bañan..Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos, se haría hipertónica respecto a las células, como consecuencia se originan pérdida de agua y deshidratación (plasmólisis)De igual forma, si los líquidos extracelulares se diluyen, se hacen hipotónicos respecto a las células. El agua tiende a pasar al protoplasma y las células se hinchan y se vuelven turgentes, pudiendo estallar (en el caso de células vegetales la pared de celulosa lo impediría), por un proceso de turgescencia.
En el caso de los eritrocitos sanguíneos la plasmólisis se denomina crenación y la turgescencia el de hemólisis.
DISOLUCIONES ACUOSAS
Una dispersión es una mezcla homogénea de moléculas distintas. En ella aparecen una fase dispersante o disolvente y moléculas dispersas o solutos. En las dispersiones acuosas el agua constituye la fase dispersante, mientras que la fase dispersa presenta amplias variaciones: desde pequeñas moléculas como cloruro de sodio, hasta grandes proteínas como las albúminas.Las dispersiones cuya fase dispersa posee moléculas de baja masa molecular se denominan dispersiones coloidales. En el supuesto de que las moléculas de la fase dispersa posean masas moleculares elevadas (más de 10.000 u.m.a.) O tengan un tamaño comprendido entre 1 milimicra y 0,2 micras, se denominan dispersiones coloidales.Las dispersiones coloidales pueden presentarse en forma fluida (sol) o con aspecto gelatinoso (gel).El paso de sol a gel siempre es posible, mientras que el paso inverso no lo es siempre.
Las dispersiones colidales hidrófilas, presentan afinidad por el agua de una capa de ésta, lo que les confiere una gran estabilidad, dado que al estar sus radicales protegidos, no pueden reaccionar con otras moléculas.Las dispersiones coloidales hidrófobas están formadas por partículas que repelen el agua, por lo que son inestables.
Propiedades de las dispersiones.La adsorción es un proceso por el cual las partículas de una sustancia son atraídas hacia la superficie de un sólido o de una partícula coloidal en suspensión. No debes confundir la adsorción con la absorción, que se refiere a la entrada de una sustancia al interior de otra.La diálisis, es un proceso que permite separar las partículas coloidales de las no coloidales. Este efecto se logra gracias a una membrana cuya permeabilidad únicamente permite el paso de las partículas no coloidales.
7. Sales Minerales
En función de su solubilidad se pueden distinguir:
a) Sales inorgánicas insolubles en agua.Su función es de tipo plástico, formando estructuras de protección y sostén, como por ejemplo:
· Caparazones de crustáceos y moluscos (CaCO3) y caparazones silíceos de radiolarios y diatomeas.
·
· Esqueleto interno en vertebrados (fosfato, cloruro,fluoruro y carbonato de calcio) y los dientes.
· Determinadas células incorporan sales minerales, como las que se pueden encontrar en la pared de celulosa de los vegetales, o como forma de producto residual del metabolismo (cristales de oxalato cálcico, que puede contribuir al desarrollo de cálculos renales o biliares)
· El carbonato de calcio también se puede encontrar en el oído interno, formando los otolitos que intervienen en el mantenimiento del equilibrio interno o partículas de magnetita que, al parecer, pueden utilizar algunos animales con función de brújula para orientarse en sus desplazamientos.
b) Sales inorgánicas solubles en agua.La actividad biológica que proporcionan se debe a sus iones y desempeñan, fundamentalmente, las siguientes funciones:
Funciones catalítica. Algunos iones como Mn+2, Cu+2, Mg+2, Zn+2, etc. actúan como cofactores enzimáticos siendo necesarios para el desarrollo de la actividad catalítica de ciertas enzimas . El ion ferroso-férrico forma parte del grupo hemo de la hemoglobina y mioglobina, proteínas encargadas del transporte de oxígeno.
· También el Ion Mg+2 forma parte de las clorofilas y participa en los procesos de la fotosíntesis.
· El Ca+2, interviene en la contracción muscular y en los procesos relacionados con la coagulación de la sangre.
· Funciones osmóticas. Intervienen en la distribución del agua intra y extra celulares. Los iones Na+, K+, Cl-, Ca+2, participan en la generación de gradientes electroquímicos, que son imprescindibles en el potencial de membrana y del potencial de acción en los procesos de la sinapsis neuronal, transmisión del impulso nervioso y contracción muscular.
· Función tamponadora. Se lleva a cabo por los sistemas carbonato-bicarbonato y monofosfato-bifosfáto
HIDRATOS DE CARBONO – GLUCIDOS-CARBOHIDRATOS.
Se llama Hidratos de Carbono al Grupo de compuestos que contienen hidrógeno y oxígeno, en las proporciones del agua, y carbono. También se les conoce como glucidos, estos nombres son pocos apropiados ya que no se tratan de átomos de carbono hidratados, es decir enlazados a moléculas de agua, si no átomos de carbono unidos a grupos alcohólicos ( - 0H) llamados también hidroxilos, y a radicales hidrógenos (- H) además siempre hay un grupo ce tónico ( - CO -), o un grupo aldehído ( -CHO), que desarrollado es asi O
- C
H
Los glucidos son compuestos químicos formados por
La formula de la mayoría de estos compuestos puede expresarse como: Cm(H2O)n.
Sin embargo, estructuralmente estos compuestos no pueden considerarse como carbono hidratado, como la fórmula parece indicar.
Los Hidratos de Carbono, son los compuestos orgánicos más abundantes en la naturaleza. Las plantas verdes y las bacterias los producen en el proceso conocido como: Fotosíntesis, durante el cual absorben el dióxido de carbono del aire por acción de la energía solar, y producen hidratos de carbono y otros productos químicos necesarios para que los organismos sobrevivan y crezcan.
Los glucidos se pueden definirse como polihidroxicetona o polihidroxialdehido.
La principal función de los glúcidos es aportar energía al organismo. De todos los nutrientes que se puedan emplear para obtener energía, los glúcidos son los que producen una combustión más limpia en nuestras células y dejan menos residuos en el organismo. De hecho el cerebro y el sistema nervioso solamente utilizan glucosa para obtener energía. De esta manera se evita la presencia de residuos tóxicos (como el amoníaco, que resulta de quemar las proteínas) en contacto con las delicadas células del tejido nervioso.
CLASIFICACIÓN DE LOS GLUCIDOS SEGÚN SU ESTRUCTURA
TRIOSAS: 3 ATOMOS DE CARBONO
ALDOSAS TETROSAS 4 ATOMOS DE CARBONO
OSAS O Y PENTOSA 5 ATOMOS DE CARBONO
MONOSACARIDOS CETOSAS HEXOSAS 6 ATOMOS DE CATRBONO HEPTOSAS 7 ATOMOS DE CARBONO
OCTOSAS 8 ATOMOS DE CARBONO
DISACARIDOS
OLIGOSACARIDOS
TRISACARIDOS
HOLOSIDCOS
HOMOPOLISACARIDOS
POLISACARIDOS
HETROPOLISACARIDOS
OSIDOS
GLUCOLIPIDOS
HETEROSIDOS GLUCOLIPIDOS
GLUCIDOS DE LOS ACIDOS NUCCLEICOS
LOS CARBOHIDRATOS SEGÚN SU COMPLEJIDAD, SE CLASIFICAN EN:
· En azúcares simples, también llamados monosacáridos u ósidos, constituidos por unidades sencillas que no son susceptibles de descomposición en azúcares más pequeños.
· En disacáridos o diholósidos, compuestos por dos unidades monosacáridos.
· En oligosacáridos, u oligoósidos, integrados por cadenas cortas cuyo número de unidades oscila entre tres y siete monosacáridos unidos.
· Y en polisacáridos o poliósidos, prolongadas cadenas formadas por la unión de numerosas unidades de un mismo monosacárido (homopolisacárido u homopoliósido), o de varias clases de ellos (heteropolisacárido o heterósido). Estos últimos presentan también fracciones no glucídicas.
Entre los azúcares de cadena larga se diferencian estructuras simples y ramificadas.
· Monosacáridos.
Los monosacáridos contienen un número de átomos de carbono, que oscila entre tres y nueve, aunque los más frecuentes son los de cinco y los de seis.
Se denominan, atendiendo a ese número triosas (tres átomos), tetrosas (cuatro), pentosas (cinco), hexosas (seis), etc.
El monosacárido de tres átomos de carbono (triosa) es el más sencillo y se llama gliceraldehído.
0 H
C1 H -- C1 -- OH
H
H -- C2 -- OH C2 = O
H -- C3 -- OH H C3 OH
H H
GLICERALDEHIDO. DIHIDROXIACETONA
El gliceraldehido tiene un átomo de carbono asimétrico, es decir, tiene sus cuatro valencias saturadas por radicales diferentes. Se trata del carbono 2 , se puede decir que se pueden distinguir dos isomeros especiales espaciales o esterioisomeros el D - Gliceraldehido cuando el - OH, esta a la derecha y el L –gliceraldehido, cuando el - OH esta a la izquierda.
Los monosacárido más importantes son las pentosas y las hexosas, que son los azúcares de cinco y seis átomos de carbono respectivamente.
Los monosacáridos en cuanto a su estructura química, se distinguen:
· Los polihidroxialdehídos, de fórmula:
HO - CH2—(CHOH)n—CHO.
En este caso, el conjunto de átomos del que dependen las reacciones es el grupo aldehído, por lo que se habla, por ejemplo, de aldohexosas (como la glucosa) o aldopentosas. En esta fórmula estructural, las líneas únicas representan enlaces simples, mientras que las compuestas por dos segmentos corresponden a enlaces dobles.
· Y las polihidroxiacetonas, de fórmula:
HO -CH2 -CO—(CHOH)n—CH2OH.
En este caso es denominado grupo ceto, aquel que rige la unión del carbohidratos a otros compuestos. Así se habla de cetopentosas y cetohexosas.
La ligazón de unidades simples para dar lugar a disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos se denomina polimerización, consiste en la reacción de dos grupos hidroxilo (-OH), uno de cada monosacárido implicado, con la eliminación de una molécula de agua. La hidrólisis, por el contrario, es el proceso en que disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos se descomponen para proporcionar monosacáridos y agua.
Propiedades estructurales de los monosacáridos.
Los monosacáridos se caracterizan por presentar estereoisomería. El fenómeno consiste en que compuestos de análoga fórmula química molecular muestran propiedades distintas debido a que los átomos que componen sus moléculas se distribuyen espacialmente de forma distinta. Por ejemplo, el más sencillo de los monosacáridos, el trigliceraldehído, de fórmula, presenta dos isómeros que son como una imagen real y su reflejo especular -invertido o de espejo-. Este tipo de compuestos se denomina enantiómeros, o isómeros ópticos, y han de poseer al menos un átomo asimétrico en torno al cual oscilan los demás agregados atómicos.
En el caso anterior, el centro asimétrico es el carbono, que en la fórmula aparece en posición media. Dos enantiómeros difieren en la forma en que desvían el plano de polarización de la luz, es decir, aquel en el que vibran las ondas lumínicas. Uno, llamado forma D (+), o dextrógira, lo hace hacia la derecha; el otro, forma L, (-), o levógira, lo hace hacia la izquierda.
Una propiedad de los monosacáridos con más de cinco átomos de carbono es la presencia de mutarrotación, fenómeno que consiste en una variación óptica de la luz que se registra en las disoluciones de azúcares recién preparados hasta que estas se estabilizan. Ello se debe a que los monosacáridos mencionados no se encuentran en forma de cadena, sino cíclica, lo que hace que puedan existir dos isómeros diferentes denominados a y b. Al proceder a la disolución sólo existe una de las formas (en el caso de la glucosa, una hexosa, la forma a), que paulatinamente se va transformando en la otra, hasta que se alcanza un equilibrio en el que ambas coexisten.
La presencia de carbono asimétrico da a estas moléculas la propiedad de la actividad Óptica. Al incidir un rayo de luz polarizada se produce una desviación en el plano de polarizacion si lo desvían hacia la derecha se llaman Dextrógira y se simboliza con el signo ( + ) si lo desvían hacia la Izquierda se denomina Levógiras y se simboliza con el signo (-)
En todos los carbohidratos se explican mejor sus propiedades si se acepta una fórmula cíclica. Los monosacáridos más importantes son:
Tetrosas.- formadas por 4 átomos de carbono existen dos Aldotetrosas: la Treosas y la eritrolusa. Una cetotetrosas, la eritrulosa. La terminación ulosa es común en las cetotetrosas y en la cetopentosas. Como tienen más de un carbono asimétrico la configuración D o L se determina tomando como referencia el carbono asimétrico mas alejado del grupo carbonilo. Se llama grupo carbonilo a un carbono unido a un oxigeno mediante un doble enlace. Tanto los aldehidos como las cetonas poseen un grupo carbonilo.
C1HO C1HO
H - C2 - OH HO - C2 - H
H - C3 - OH OH - C3 - H
C4H2OH C4H2OH
D –ERITROSA L – ERITROSA
Son estereoisomeros enantiomorfas
C1HO C1HO
HO -C2 - H H - C2 - OH
H - C3 - OH OH - C3 - H
C4H2OH C4H2OH
D- TREOSA L- TREOSA
PENTOSAS.
Son glucidos con cinco átomos. En las aldopentosas, como hay tres carbonos asimétricos, aparecen ocho posibles estructuras moleculares. en la naturaleza se encuentran cuatro:La D- Ribosa en los ácidos nucleicos y como unidad constitutiva de las pentosanas.
D-2 desoxirribosa en los ácidos desoxirribanucleico, La D Xilosa formando el homopolisacarido Xilana, que se encuentra en la madera, y la L-Arabinosa, formando la Arabanosa que es uno de los componentes de la goma Arabiga o goma Vegetal. La L
HEXOSAS.
La Glucosa.
La glucosa se encuentra libre en la naturaleza de uva: Es el glucido más abundante. En sangre se halla en glucido mas abundante la sangre se halla en concentraciones de un gramo por litro. Polimerizada da lugar a homopolisacaridos con función energética como el almidón en los vegetales o el glucogeno en los animales, o con función estructural, como la celulosa de las plantas. En la naturaleza se encuentra la D (+) glucosa, llamada dextrosa (glucido dextrogiro), La D (+) glucosa pueden presentarse en dos formas isomeras: la a-D (+ ) Glucosa y la B- D (+ ) – glucosa..
Para explicar la existencia de ese nuevo carbono asimétrico se postulo que la glucosa no se encontraba en forma lineal, sino en estructura cíclica. Se trata de un ciclo. Se trata de un ciclo hexagonal como el del pirano, por lo que se denomina glucopiranosa. En la disolución siempre hay un equilibrio entre la forma cíclica y la estructura lineal o aldehídica nunca llega el 5 % del total.
La ciclacion puede adoptar también la estructura pentagonal del furano, como sucede, por ejemplo, en la fructuosa, que se denomina por ello fructofuranosa.
El estudio de la ciclacion fue realizado por W.N. HAWORTH. Y se conoce con el nombre de proyección de Haworth, en el caso de D- glucosa, tiene lugar la siguiente forma.
1.- todos los carbonos se sitúan en un mismo plano horizontal.
2.- La estructura lineal o aldehídica se repliega sobre si misma, aproximándose los carbonos extremos y se produce un giro de los radicales del carbono 5.
3.- de esta forma quedan enfrentandos el grupo alcohólico del carbono 5 con el grupo aldehídico del carbono 5
4.- finalmente el anillo de estructura hexagonal se cierra mediante un puente de oxigeno entre el carbono 5, apareciendo una estructura llamada hemiacetal. El grupo = OH que ahora tiene el carbono 1 se denomina hidroxilo hemiacetalico
GALACTOSA. se halla en la orina en forma d- galactosa, junto con la D – glucosa forma la LACTOSA, glucido propio de la leche, se encuentra también como elemento constitutivo de muchos polisacáridos ( gomas, pectina, mucílago) asociados a los lípidos forman los cerebrosidos
Fructuosa.
Es una cetohexosa que se encuentra en la miel y da sabor dulce a muchas frutas, la fructosa es muy levógira, por lo cual también recibe el nombre de LEVULOSA.
En el organismo la transformación de fructosa en glucosa tiene lugar en el hígado. La fructosa es el azúcar que tiene mayor edulcorante.
· Disacáridos.
Son hidratos de carbono que por hidrólisis dan dos monosacáridos. Su formula general es: C12H22O11.
Los dos monosacáridos que forman el disacárido están unidos mediante un puente de oxigeno.
El enlace esta determinado por la unión de un grupo OH del grupo carbonilo y el grupo OH perteneciente al alcohol de la otra molécula, mediante la eliminación de una molécula de agua. Los disacáridos más importantes son:
La Sacarosa.
Se obtiene de la caña de azúcar o de la remolacha, por lo que también se le llama “azúcar de caña”, y se utiliza
Cotidianamente químicamente puro.
Es un disacárido formado por glucosa y fructuosa, que es una cetohexosa.
En la hidrólisis de la sacarosa con los ácidos diluidos, se origina glucosa y fructuosa, y el producto de esta reacción se llama azúcar invertido; un azúcar invertido natural es la miel.
La Maltosa.
Llamada también “azúcar de malta” se obtiene por hidrólisis ácida parcial del almidón.
Se obtiene por la acción del enzima diastasa que se encuentra en el grano germinado de la cebada sobre el almidón. Este mismo efecto produce el enzima ptialina que se encuentra en la saliva.
La hidrólisis ácida de la maltosa da dos moléculas de glucosa. También podemos obtenerlas mediante el enzima maltasa actuando sobre la maltosa (esta se encuentra en la levadura de cerveza).
La Lactosa.
Esta formada por una molécula de galactosa y una de glucosa. También se llama “azúcar de leche” porque se encuentra en la leche de los animales, es un componente ideal, ya que es más difícil de fermentar que los otros azucares.
· Oligosacáridos.
Están formados por la unión de unos pocos monosacáridos, mediante enlaces glucosídicos. Los nombres genéricos indican el numero de monosacáridos que intervienen, como los siguientes disacáridos:
· Maltosa: Formada por glucosa, llamada también azúcar de malta; es un producto intermedio de la degradación del almidón.
· Sacarosa: Formada por glucosa-fructosa; es el azúcar de caña o azúcar común.
- Lactosa: Formada por glucosa-galactosa; es el azúcar de la leche.
· Polisacáridos.
Los polisacáridos son enormes moléculas formadas por uno o varios tipos de unidades monosacáridas. Por hidrólisis podemos obtener hexosas, pentosas, o ambas.
Cuando solo se tiene hexosas, el polímero se llama hexosano, si obtenemos pentosas pentosanos.
Cuando tenemos mezclas de ambos se llama polisacáridos mixtos.
Pentosanos.
Tienen la formula (C5H8O4) X H2O
Se encuentran en la naturaleza formando parte de algunos vegetales como el maíz y la avena. Son importantes la arabana y la xilana.
La arabana por hidrólisis da solamente arabinosa y se encuentra en jugos de frutas, en la goma arábiga, etc.
La xilana por hidrólisis da xilosa, y se encuentra en la paja, madera y en la cascara de algunas semillas.
En el organismo se sintetizan las pentosas que son necesarias para la degradación de hexosas.
Hexosanos.
Tienen formula (C6H10O5) X H2O. Dos Hexosanos importantes en la naturaleza don los almidones que almacena energía en los seres vivos y la celulosa que se encuentra en muchas plantas.
La Celulosa.
· Es un polímero lineal, con función estructural, principalmente en paredes celulares vegetales.
· Se encuentra en muchas plantas y esta formada por la glucosa.
· Es insoluble en agua, ácidos diluidos y álcalis.
· Se hidroliza con ácidos concentrados.
· Es muy abundante en la naturaleza, siendo el hidrato de carbono más importante industrialmente.
· Para obtener alcohol industrialmente se utiliza celulosa hidrolizada.
· Desde el punto de vista industrial los derivados más importantes son la seda artificial, las nitrocelulosas y el papel.
El Almidón.
· Se encuentran en las semillas, tubérculos y raíces de muchos materiales, constituyendo el material de reserva alimenticia.
· Es un polímero de glucosa formado por varias cadenas laterales de unas 30 unidades de glucosa cada una, obteniéndose compuestos de pares moleculares muy elevados.
· Podemos obtener glucosa mediante sucesivas hidrólisis del almidón mediante distintas enzimas.
· La obtención del almidón tiene lugar a partir de las semillas o tubérculos, remojándolos en agua y triturándose, posteriormente esta masa se filtra a través de tejidos tupidos y al dejar sedimentar este sedimentado se obtiene el almidón.
· Se emplea en la industria alimentaría, textil, farmacéutica, etc.
Principales carbohidratos
Las pentosas más importantes son la ribosa y la desoxiribosa (cuando en un azúcar tenemos en vez de un grupo OH un H), le nombramos como desoxiazúcar.
Entre los monosacáridos y dentro de las pentosas destacan la D-xilosa y la L-arabinosa, presentes en la materia vegetal.
Dentro de las hexosas se incluyen la D-glucosa, la D-galactosa y la D-fructosa. La primera es el más común de los monosacáridos; se encuentra en las frutas, la miel y la sangre de los animales, de los que constituye uno de sus principales elementos nutritivos.
A partir de ella se forman numerosos polisacáridos. La D-galactosa se encuentra formando parte de moléculas llamadas glicolípidos, presentes en el sistema nervioso de los animales superiores. Y la D-fructosa se encuentra en la miel y las frutas, que el hígado transforma en glucosa.
En el conjunto de los disacáridos, la sacarosa o azúcar común es un disacárido formado por una molécula de a-D-glucosa y otra de b-D-fructosa. Se encuentra en muchos vegetales y se obtiene industrialmente a partir de la caña de azúcar y de la remolacha azucarera. También presenta interés biológico la lactosa, que se encuentra en la leche de los mamíferos y está compuesta por una molécula de b-D-galactosa y otra de a-D-glucosa.
Entre los polisacáridos, la celulosa es uno de los principales constituyentes estructurales de las paredes celulares de las plantas. Por su parte, el almidón es un polisacárido vegetal, utilizado como materia de reserva, y almacenado principalmente en semillas y tubérculos.
También destaca el glucógeno, una sustancia de reserva animal, almacenada en el hígado.
Metabolismo de los carbohidratos
El origen de los carbohidratos radica en su totalidad en el proceso de fotosíntesis realizado por los vegetales, en el cual se forman azúcares a partir del dióxido de carbono atmosférico. Tanto en las plantas como en los animales se registra la síntesis de nuevos carbohidratos a partir de los primarios, con lo que se diferencian distintas pautas fisiológicas para cada uno de ellos.
Desde el punto de vista metabólico, la principal misión de los carbohidratos en organismos vegetales y animales es el aporte energético. A este respecto se han analizado los métodos según los cuales se desarrolla la transformación de estas sustancias en energía y se han distinguido tres procedimientos básicos: la glucólisis, en la que los carbohidratos se generan a partir de una sustancia denominada ácido pirúvico; la síntesis según la vía de los pentafosfatos, que es la de menor entidad biológica; y la glucogénesis, proceso inverso al citado en primer lugar.
Los carbohidratos son polialcoholes con una función aldehído o cetona, las moléculas. Derivadas de estos, y polímeros de ambos.
El grupo de los hidratos de carbono esta formado por azúcar, almidón, dextrina, celulosa y glucógeno, sustancias que constituyen una parte importante de la dieta de los humanos y de muchos animales. Los carbohidratos glúcidos, o hidratos de carbono, constituyen un conjunto de compuestos químicos de naturaleza orgánica implicados, por consiguiente, en los procesos vitales - cuyas moléculas están integradas por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno.
Los más sencillos son los azúcares simples o monosacáridos, que contienen un grupo aldehído o cetona; el más importante es la glucosa. Dos moléculas monosacáridas unidas por un átomo de oxígeno, con la eliminación de una molécula de agua, producen un disacárido, siendo los más importantes: la sacarosa, la lactosa y la maltosa.
Los polisacáridos son enormes moléculas formadas por uno o varios tipos de unidades monosacáridos (10 en el glucógeno, 25 en el almidón y de 100 a 200 en la celulosa.)
Sustancias de fundamental interés biológico, tales como los azúcares o la celulosa, forman parte de la gran categoría bioquímica de los carbohidratos, que constituye uno de los componentes fundamentales, tanto de la nutrición animal como de la humana.
Considerados globalmente, forman una categoría de notable interés, tanto desde el punto de vista puramente químico como desde el de su aplicación práctica, ya que son carbohidratos los azúcares, los almidones y las celulosas, principios muy activos en el metabolismo de los seres vivos.
LIPIDOS
Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas básicamente por carbono e hidrógeno y generalmente también oxígeno; pero en porcentajes mucho más bajos. Además pueden contener también fósforo, nitrógeno y azufre.
Es un grupo de sustancias muy heterogéneas que sólo tienen en común estas dos características:
1. Son insolubles en agua
2. Son solubles en disolventes orgánicos, como éter, cloroformo, benceno, etc. Clasificación de los lípidos
Los lípidos se clasifican en dos grupos, atendiendo a que posean en su composición ácidos grasos (Lípidos saponificables) o no lo posean (Lípidos insaponificables).
CLASIFICACION DE LOS LIPIDOS.
Ácidos grasos
Lípidos simples acilgliceridos
U Hololipidos ceridos.
Fosfolipidos
LIPIDOS Fosfoaminolipidos
Saponificable Esfingolipidos
Lípidos Compuestos Glucilipidos
O Heterolipidos Proteolipidos
Esteroides
Insaponoficables soprenoides
1. Lípidos saponificables
A.
1. Acilglicéridos
2. Céridos
B. Complejos
1. Fosfolípidos
2. Glucolípidos
2. Lípidos insaponificables
A. Terpenos
B. Esteroides
C. Prostaglandinas
Ácidos grasos
Los ácidos grasos son moléculas formadas por una larga cadena hidrocarbonada de tipo lineal, y con un número par de átomos de carbono. Tienen en un extremo de la cadena un grupo carboxilo (-COOH).
Se conocen unos 70 ácidos grasos que se pueden clasificar en dos grupos:
· Los ácidos grasos saturados sólo tienen enlaces simples entre los átomos de carbono. Son ejemplos de este tipo de ácidos el mirístico (14C); el palmítico (16C) y el esteárico (18C) .
· Los ácidos grasos insaturados tienen uno o varios enlaces dobles en su cadena y sus moléculas presentan codos, con cambios de dirección en los lugares dónde aparece un doble enlace. Son ejemplos el oléico (18C, un doble enlace) y el linoleíco (18C y dos dobles enlaces).
·
·
Propiedades de los ácidos grasos
Pueden realizar dos funciones
Solubilidad. Los ácidos grasos poseen una zona hidrófila, el grupo carboxilo (-COOH) y una zona lipófila, la cadena hidrocarbonada que presenta grupos metileno (-CH2-) y grupos metilo (-CH3) terminales. Por eso las moléculas de los ácidos grasos son anfipáticas, pues por una parte, la cadena alifática es apolar y por tanto, soluble en disolventes orgánicos (lipófila), y por otra, el grupo carboxilo es polar y soluble en agua (hidrófilo).
Desde el punto de vista químico, los ácidos grasos son capaces de formar enlaces éster con los grupos alcohol de otras moléculas.
Cuando estos enlaces se hidrolizan con un álcali, se rompen y se obtienen las sales de los ácidos grasos correspondientes, denominados jabones, mediante un proceso denominado saponificación. Reacción de Saponificación. Es una reacción típica de los ácidos grasos, en la cual reaccionan con álcalis y dan lugar a una sal de ácido graso, que se denomina jabón. Las moléculas de jabón presentan simultáneamente una zona lipófila o hidrófoba, que rehuye el contacto con el agua, y una zona hidrófila o polar, que se orienta hacia ella, lo que se denomina comportamiento anfipático.
Acido + Base Saponificacion Base + Agua
O O
CH3-(CCH2)14- C + Na(OH) CH3-(CH2)14-C + H2O
OH ONa
Acido Palmitito Hidroxido de Na Palmitato Sodico Agua
Reacción de Esterificación
Un ácido graso se une a un alcohol mediante un enlace covalente, formando un éster y liberándose una molécula de agua
Acido graso + ALCOHOL ESTERIFICACION ESTER + AGUA
0
CH3- (CH2)14 – C +HO-CH2 –CH2 – CH2 – CH3 CH3- (CH2)14-C - -CH2-CH3 + H20
0- H
0
ACIDO PALMITICO PROPANOL PALMITATO DE HIDROGENO AGUA
Lípidos simples
Son lípidos saponificables en cuya composición química sólo intervienen carbono, hidrógeno y oxígeno.
Acilglicéridos
Son lípidos simples formados por la esterificación de una, dos o tres moléculas de ácidos grasos con una molécula de glicerina. También reciben el nombre de glicéridos, grasas simples, grasas neutras.
Si el acido graso que componen un acilgliceridos son insaturados, esta molécula será liquida y recibe el nombre de ACEITE, si los ácidos grasos son saturados, las moléculas, las moléculas es sólidas y se denomina sebo. Los ácidos grasos insaturados del aceite pierden su doble enlaces y se saturan pasando al estado sólido. Esta propiedad es aprovechada en la industria para fabricar mantequilla a partir de aceites.
Según el número de ácidos grasos, se distinguen tres tipos de estos lípidos:
· Los monoglicéridos, que contienen una molécula de ácido graso
· Los diglicéridos, con dos moléculas de ácidos grasos
· Los triacilglicéridos, con tres moléculas de ácidos grasos.
Si los ácidos grasos que componen un acilgliceridos son insaturados, esta molécula será liquida y recibe el nombre de aceite. Si los ácidos grasos son saturados, la molécula es sólida y se le denomina SEBO En los animales de sangre fría hay aceites y en animales de sangre caliente Sebos esta propiedad es aprovechada en la Industria para fabricar mantequillas a partir de aceites..
CERIDOS. Son moléculas que se obtienen por esterificaciones de un acido graso con un alcohol monovalente lineal. Ejemplo la cera de abeja.las moléculas de ceras origina laminas impermeables que aparecen como recubrimientos protectores de aspectos céreos o brillante sobre muchos tejidos y formaciones dermicas de animales (pelos, plumas, piel, exoesqueleto de insectos, etc y en los vegetales ( hojas, tallos jóvenes, frutas, etc.
Ceras
Las ceras son ésteres de ácidos grasos de cadena larga, con alcoholes también de cadena larga. En general son sólidas y totalmente insolubles en agua. Todas las funciones que realizan están relacionadas con su impermeabilidad al agua y con su consistencia firme. Así las plumas, el pelo , la piel, las hojas, frutos, están cubiertas de una capa cérea protectora.
Una de las ceras más conocidas es la que segregan las abejas para confeccionar su panal.
LÍPIDOS COMPLEJOS O HETEROLIPIDOS
Son lípidos saponificables en cuya estructura molecular además de carbono, hidrógeno y oxígeno, hay también nitrógeno, fósforo, azufre o un glúcido.
Son las principales moléculas constitutivas de la doble capa lipídica de la membrana, por lo que también se llaman lípidos de membrana. Son también moléculas antipáticas
Fosfolípidos
Se caracterizan por presentar un ácido ortofosfórico en su zona polar. Son las moléculas más abundantes de la membrana citoplasmática.
Algunos ejemplos de fosfolípidos mas conocidos son: el fosfatidilinositol, que contiene inositol
FOSFOAMINOLIPIDOS. Son lípidos que aparecen en las membranas de las células de Los vegetales y de los animales, en estos últimos se hallan en el tejido nervioso la mas conocido son la fosfatidiletanolamina o cefalina o etanolamina que se encuentran en el cerebro, la fosfotidilcolina o lecitina, con la colina que abunda en la yema de los huevos y la fosfatilserina cuya o aminoalcohol es la serina que esta presente en el cerebro.
Esfingolipidos.-aparecen en membranas de células vegetales y animales encontrándose en gran cantidad de tejidos nerviosos el representante mas conocido de este grupo es la esfinfomielina, compuesto esencial de la vaina de mielina.
Glucolípidos
Son lípidos complejos que se caracterizan por poseer un glúcido. Se encuentran formando parte de las bicapas lipídicas de las membranas de todas las células, especialmente de las neuronas. Se sitúan en la cara externa de la membrana celular, en donde realizan una función de relación celular, siendo receptores de moléculas externas que darán lugar a respuestas celulares. Se dividen en cerebrosidos, gangliosidos y glucosildiacilgliceridos.
Cerebrosidos.- aparecen en membranas de neuronas cerebrales (en la llamada sustancias blancas) y en las vainas mielinicas que rodean a los axones si tienen galactosa suelen proceder del cerebro y si tiene glucosa, de neuronas del resto del sistema nervioso.
Los Gangliosidos.- se encuentran en la membrana de la sinapsis de las neuronas (en la sustancia gris del cerebro) y en los glóbulos rojos.
Los Glucosildiacilgliceridos. Aparecen en vegetales superiores y bacterias.
PROEOLIPIDOS. Son asociaciones de lipidos con carga polar y proteinas mediante enlace de tipo debil su funcion es trasportar grasas por la linfa y el torrente sanguineo.
HETEROLIPIDOS INSAPONIFICABLES
ESTEROIDES
Son lípidos complejos derivados del esterano o ciclopentano perhidrofenantreno. Su hidrólisis no da ácidos grasos, por lo que no son saponificables.
Este grupo tiene gran importancia en el metabolismo. Entre ellas están las hormonas suprarenales, derivados estereoies con las estructuras siguientes:
LAS ALDOSTERONAS
Regulan el funcionamiento del riñón (disminuye la cantidad de Na+ excretado) y el cortisol actúa en el metabolismo de los glucidos regulando la síntesis del glucogeno.
LAS HORMONAS SEXUALES.
PROGESTERONA.- hormona que prepara los órganos reproductores para el proceso de gestación, y la testosterona, responsables de los caracteres sexuales masculinos.
Los esteroles.- Los principales son el colesterol que aparece formando parte estructural de las membranas y cubiertas mielinicas y es una sustancia muy abundante en el organismo (casi todos los esteroides derivan de esta molécula).
Ácidos biliares.- moléculas encargadas de la emulsión y posterior absorción de lípidos en el intestino además de activar a la lipasa. Se producen en el hígado por transformación del colesterol, en donde se unen a un aminoácido (glicina o taurina, derivado de la cisterna). De esta forma pasan al intestino en donde, tras perder el aminoácido, pueden actuar. Generalmente son reabsorbidos y vuelven de nuevo al hígado para reiniciar el ciclo.
La vitamina D.- es una vitamina liposoluble que se pueden obtener a partir del colesterol (D) o del esterol de origen vegetal
Isoprenoides o Terpenos.-
Son moléculas lineales o cíclicas que cumplen funciones muy variadas, entre los que se pueden citar:
Monoterpenos .- Que aparecen en las esencias vegetales como el mentol, el geraniol limoneno, alcanfor, eucaliptol, vainillina.
Sesquiterpenos.- El mas conocido es el Farnesol que interviene en la síntesis de escualeno que posteriormente originara el colesterol.
Los diterpenos están representados por el fitol, alcohol que es parte constituyente de la clorofila y precursor en la síntesis de la vitamina A.
De los triterpenos son conocidos el escualeno y el lanosterol, moléculas precursoras en la síntesis del colesterol.
TETRATERPENOS.- Son los carotenoide, pigmentos que actúan en la fotosíntesis y que son precursores de la vitamina A. se dividen en carotinas de color rojo, y xantofilas de color amarillo.
Politerpenos.- es el caucho formado por miles de moléculas.
Funciones de los lípidos
Los lípidos desempeñan cuatro tipos de funciones:
1. Función de reserva. Son la principal reserva energética del organismo. Un gramo de grasa produce 9'4 kilocalorías en las reacciones metabólicas de oxidación, mientras que proteínas y glúcidos sólo producen 4'1 kilocaloría/gr.
2. Función estructural. Forman las bicapas lipídicas de las membranas. Recubren órganos y le dan consistencia, o protegen mecánicamente como el tejido adiposo de pies y manos.
3. Función biocatalizadora. En este papel los lípidos favorecen o facilitan las reacciones químicas que se producen en los seres vivos. Cumplen esta función las vitaminas lipídicas, las hormonas esteroides y las prostaglandinas.
4. Función transportadora. El transporte de lípidos desde el intestino hasta su lugar de destino se realiza mediante su emulsión gracias a los ácidos biliares y a los proteolípidos.
LAS PROTEÍNAS
Las proteínas o prótidos son los compuestos orgánicos más comunes e indispensables para la estructura y el funcionamiento de las células. Están formadas por C, H, O, N, ocasionalmente S y P otros Fe, Cu, Mg, I, etc. El termino proteína fue propuesto por Jonss Berzelius en 1938. Las proteínas son macromoléculas formadas por miles de unidades llamadas aminoácidos.
Aminoácidos: la función particular de las proteínas esta determinada por la secuencia u orden de los aminoácidos en la molécula proteica.
Los aminoácidos: son moléculas nitrogenadas que contienen el grupo amino (- NH2 ) y el grupo carboxilo (-COOH) y un R. la diferencia los aminoácidos está en el grupo R.
Los aminoácidos se combinan para formar dipéptido; los dipéptido se combinan para formar polipéptidos y estos al combinarse forman una proteína).
CLASIFICACION
Los aminoácidos se pueden clasificar en tres grupos generales, dependiendo del radical
Aminoácidos Alifáticos.- El radical R es una cadena abierta y lineal derivada de la unión de grupos. CH2 – CH3.
Se subdividen en tres grupos.
a).- NEUTROS.- Son aminoácidos con igual numero de grupos aminos y grupos carboxilos.
B).. ACIDOS.- Son aminoácidos con mayor numero de grupos carboxilos que de grupos aminos.
C):- BASICOS.- Son aminoácidos con mayor numero de grupos amino que de grupos carboxilos.
PEPTIDOS.
COMPOSICION QUIMICA.
Los peptidos están formados por la unión de aminoácidos mediante un enlace peptídico.
Asi la unión de los aminoácidos nos da un dipéptido, de tres un tripeptido, de cuatro un tetrapeptido. Cuando el numero de aminoácidos no es mayor de diez, se dice que es un oligopeptido y si es superior se llama polipéptido.
Cuando un polipéptido esta constituido por mas de 100 aminoácidos o si el valor de su peso molecular excede de 5000, se considera que ya es un proteido. Cuando un proteido esta constituido exclusivamente por aminoácidos se denomina Holoproteido o proteínas. Cuando esta constuido por aminoácidos y otras moléculas se llama heteroproteido.
ENLACES PEPTIDICO.- Es un enlace de tipo covalente que se establece entre un grupo amino de un aminoácido y un grupo carboxilo de otro aminoácido, dando lugar al desprendimiento de una molécula de H20.
R H
C N H COOH
H H C
N H C O O H
H R
HOLOPRPTEIDOS O PROTEINAS
Características de las proteínas:
§ Termino propuesto por Jhon Berzelius (1938) (Yo primero)
§ Son macromoléculas de naturaleza orgánica que se encuentran en todos los fluidos
del cuerpo excepto en la orina y bilis.
§ Son sustancias cuaternarias formadas de carbono (53%), hidrógeno (6%), oxígeno (23%), y nitrógeno (16%), siendo este último el elemento característico. frecuentemente contienen otros elementos químicos como azufre, hierro, fósforo, zinc, cobre, etc.
§ Químicamente son polímeros de a - aminoácidos unidos mediante peptídico.
§ Pueden considerarse polímeros de unas pequeñas moléculas que reciben el nombre de aminoácidos y serían por lo tanto las monómeras unidades. Los aminoácidos están unidos mediante enlaces peptídico.
Estructura de las proteínas:
La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos (aas),. De la proteína. Nos indica qué las. Componen la cadena polipeptídica y el orden en que dichos aas. Se encuentran. La función de una proteína depende de su secuencia y de la forma que ésta adopte La estructura secundaria; La estructura secundaria es la disposición de la secuencia de aminoácidos en el espacio. Los aminoácidos., a medida que van siendo enlazados durante la síntesis de proteínas y gracias a la capacidad de giro de sus enlaces, adquieren una disposición espacial estable, la estructura secundaria.
Existen dos tipos de estructura secundaria:
la a(alfa)-hélice
la conformación beta
Esta estructura se forma al enrollarse helicoidalmente sobre sí misma la estructura primaria. Se debe a la formación de enlaces de hidrógeno entre el -C=O de un aminoácido y el -NH- del cuarto aminoácido que le sigue.
en esta disposición los aminoácidos. no forman una hélice sino una cadena en forma de zigzag, denominada disposición en lámina plegada.
Presentan esta estructura secundaria la queratina de la seda o fibroína
La estructura terciaria; Se refiere a las relaciones espaciales e s decir la forma de proteínas, pueden ser globulares, estrelladas fibrosas, es un patrón de doblado.
Estructura Cuaternaria; Se refiere a la unión o empaque de unidades polipeptídicas en patrones específicos que otorgan actividad biológica. Por ejemplo: La hemoglobina tiene 4 cadenas enroscadas en disposición casi tetraédrica con el grupo Hemo, asociado a la proteína globulina. Esta proteína de fórmula C H O Fe de peso molecular 3032 816 780 4 64 450 es la molécula que transporta el oxígeno en los glóbulos rojo
Clasificación de las proteínas:
A.- Según su función estructural
a) Proteínas globulares.- Son solubles en agua, en soluciones ácidas o salinas. Son reguladoras de los procesos metabólicos vitales.
1.- PROTAMINAS.-No precipitan en coágulos por efecto del calor, se encuentran asociadas a los ácidos nucleicos en los espermatozoides de peces, ejm: la Salmina del Salmon.
2.- HISTONAS.- Se localizan en el núcleo celular asociados a los ácidos nucleicos.
3.- PROLAMINAS.- Se encuentran en semillas de vegetales. Zeina en el maiz, glandina en el trigo
4.- GLUTEINAS.- Son insolubles en agua pero solubles en ácidos o bases diluidas pertenecen a este grupo la gluteina del trigo y la orizanina del arroz.
5.- ALBUMINAS.- pertenecen a este grupo la seroalbumina de la sangre cuya función es la de transportar sustancias químicas diversas, la ovo albúmina del huevo, la lacto albúmina de la leche y globina que forma parte de la hemoglobina.
6.- GLOBULINAS.- se encuentran la ovoglobulinas del huevo, lactoglobulinas de la leche, el fibrinogeno de la sangre, la seroglobulina de la sangre de las alfa globulinas , que se asocian a la hemoglobina, las beta globulinas como la transferían (transporta hierro) y las gamma globulinas o inmunoglobulinas que constituyen los anticuerpos.
Insulina; formado por 51 aminoácidos, es segregada por ciertas células del páncreas. Su actividad permite que la glucosa penetre a las células para ser utilizada.
b.- Proteínas fibrosas o Filamentosas.- Son solubles en agua. Constituyen materiales estructurales de tejido humano y animal, son:
§ Queratina; existe en la epidermis, en la piel, lana, cuernos, pelos y en las uñas.
§ Colágeno; se encuentra en tendones, cartílagos y huesos
§ Miosina; proteína contráctil de los músculos.
§ Elastina; principal componente del tejido elástico (ligamentos, vasos sanguíneos).
§ Fibroina; base estructural de seda.
B.- Por su origen
§ Proteínas simples; todas aquellas que dan como único producto de hidrólisis aminoácidos
§ Proteínas conjugadas; aquellas que hidrólisis producen dos porciones:
- El grupo prostético, de naturaleza no proteica.
- Péptido o aminoácidos producto de la escisión del resto proteico.
§ Nucleoproteínas; el grupo protético es un ácido nucleótido y la proteína es una
histona. Virus.
§ Fosfoproteínas; son ésteres del ácido fosfórico y una proteína sencilla. Ejemplo, la caseína de la leche.
§ Cromoproteinas; están formadas por Histonas o globulinas con un grupo Prostético coloreado. Ejemplo, hemoglobina.
§ Lipoproteínas; son compuesto de las proteínas de la grasa, lipoproteínas del suero
Sanguíneo, cuando se presentan en niveles muy elevados indican arteriosclerosis, (la lecitovelina de la yema del huevo).
§ Metaloproteinas; proteínas combinadas con metales. Ejemplo: ceruloplasmina, Proteína del suero que contiene cobre azul, esta proteína regula la distribución del cobre en el organismo.
HETEROPROTEIDOS
Son proteidos constituidos por dos grupos diferentes de moléculas grupo proteico (proteínas) y grupo prostético (moléculas proteicas).
Se clasifican en :
1.- CROMOPROTEIDOS.- El grupo prostético de este tipo de moléculas es una sustancia coloreada debido a ello se denominan pigmentos. Estos se dividen en dos clases.
Pigmentos porfirinicos.- poseen un anillo tetrapirrolico o porfirina, en cuyo centro aparece un cation metálico si es el Ion ferroso se llama grupo Hemo, por ejemplo en la hemoglobina, que se encarga de trasportar el oxigeno en la sangre y en la mioglobina que transporta el oxigeno a nivel de los músculos.. si es el ion ferrico se llama Grupo Hemino, por ejemplo en las enzimas peroxidasas y en la Catalasa.
Pigmentos no porfirinicos.- aquí se encuentran Hemocianina, pigmento respiratorio que contiene Cu y que parecen en crustáceos y moluscos . la Hemeritrina, pigmento respiratorio que contiene Fe y que encuentra en gusanos marinos y en Braquiópodos, los pigmentos biliares que proceden de la degradación del grupo hemo de la hemoglobina que tienen lugar en el hígado y bazo y medula ósea, como la Biliverdina ( de color Verde) y la bilirrubina (de color amarillo marrón) que son expulsado por el conducto biliar al intestino, en donde ayudan a emulsionar las grasas y mas tarde dan color a las heces fecales.
GLUCOPROTEIDCOS.-poseen un grupo de prostético formado por moléculas de glucidos como glucosa, galactosa, arabinosa, manosa, xilosas,etc.
Pertenecen a este grupo algunas hormonas estimulante del folículo ( FSH), las hormonas luteizantes (LH) y las hormonas estimulantes de la tiroides ( TSH), las inmunoglobulinas.
LIPOPROTEIDOS. Constituidos por ácidos grasos. Aparecen en las membranas del citoplasma, de las mitocondrias y del retículo endoplasmatico.
FOSFOPROTEIDOS.- Los representantes de este grupo son la caseína, que aparecen en la leche y la vitelina, que se encuentran en la yema del huevo.
NUCLEOPROTEIDOS.- designa la asociación de histonas o protaminas con los ácidos nucleicos.
Propiedades de las proteínas:
§ Elevado peso molecular
§ Difunden lentamente, debido a su elevado peso molecular
§ Solubles en solventes polares como el agua y el etanol; forma soluciones coloidales
§ No dializan a través de membranas semipermeables.
§ Tienen alto grado de especificad
§ Por acción de calor, alcohol, variación de PH otras sustancias pueden
§ Desnaturalizarse
Funciones de las proteínas:
Muchas proteínas sirven como enzimas catalizadoras de reacciones químicas. Ejemplo pepsina.
§ Función estructural. constituyen las membranas, los microtubulos, los cilios los flagelos. uñas, etc.
§ Función de transporte. Las permeasas regulan el paso de las moléculas a través de las membranas, Ejemplo hemoglobina, citocromos, transferrina
§ Función Inmunológica.- las inmunoglobulinas constituyen los anticuerpos. Estos se sintetizan cuando en el organismo aparecen sustancias extrañas (antigenos). Los anticuerpos se asocian a los antigenos aglutinándolos y precipitándose. de defensa. Ejemplo: anticuerpos
§ Función hormonal.- como la insulina, STH ( hormonas del crecimiento), oxitocina, prolactina
§ Función contráctil como la actina, miosina, troponina, tropomiosina Controlan la actividad de los genes e intervienen en el mecanismo de transmisión de los caracteres hereditarios (Histonas)
§ Son amortiguadores o sustancias buffers. Ejemplo: proteinato de Na
§ Son fuentes de energía: la oxidación de 1g. de proteínas libera 4.1 cal.
§ Intervienen en la formación, mantenimiento y reparación de los tejidos Corporales (función más principal) .
Las enzimas:
Definición: son proteínas altamente especializadas, son catalizadores biológicos producidos por células, se localizan en el citoplasma, las mitocondrias y ribosomas y en los lípidos orgánicos, cuya función es de regular la velocidad de todas la reacciones químicas intracelulares, como la respiración, digestión, crecimiento, conducción nerviosa, fotosíntesis, fijación de nitrógeno, etc.
Las enzimas actúan sobre la urea, descomponiéndola en amoniaco y bióxido de carbono o la enzima lipasa actúa sobre un lípido y lo descompone en glicerol y agua. En estos ejemplos la urea y el lípido representa los SUSTRATOS y el amoniaco, bióxido de carbono, glicerol y el agua los productos finales.
Para dar nombre a las enzimas se toma el nombre del sustrato y se le hace terminar en ASA.
Estructuralmente, una ENZIMA está formada por dos partes. Una llamada APOEZIMA, es una proteína, la otra llamada COENZIA, en una molécula pequeña no proteica o un factor particular de determinada enzima. Esta puede transportarse temporalmente de una enzima a otra o aceptar al grupo que lo remueve. La mayoría de las coenzimas son derivados del nucleótidos y en muchas el grupo base nitrogenado es reemplazado por otra molécula.
La acción de las enzimas se explica con la analogía de la cerradura y llave. El sustrato debe embonar en una porción de la enzima llamado “sitio activo” con gran precisión alterando los enlaces internos desdoblando el sustrato en productos. Se pueden utilizar “inhibidores” para frenar la acción catalítica de las enzimas +2 +2 +2 +2
Algunas enzimas contienen iones (Z , Fe ; Mg ; Cu ) llamados cofactores. Si el cofactor es orgánico se denomina “COENZIMA”. La produce al unirse la coenzima y la apoenzima.
Propiedades de las enzimas:
Aceleran o regulan las reacciones químicas, porque sin ellas se producen muy lentamente o rápidamente.
Las enzimas como catalizadores no intervienen en la reacción.
Las enzimas actúan en pequeñas cantidades. Pero actúan sobre cantidades muy grandes de sustrato.
En las reacciones donde se establece el equilibrio, las enzimas como catalizadores, aceleran la reacción hasta llegar al equilibrio, pero no la modifican.
Son específicas y sólo actúan sobre un determinado sustrato.
Las enzimas producen reacciones en cadena, el producto de una reacción sirve como sustrato para otra enzima.
ACIDOS NUCLEICOS
La información necesaria para dictar la estructura de la enorme diversidad molecular de las proteínas, se halla codificada o planificada en los seres vivos en unas moléculas llamadas ácidos nucleicos.
Los ácidos nucleicos están formados por largas cadenas de moléculas llamadas nucleótidos. Estos nucleótidos pueden actuar como nucleótidos energéticos, como el ATP – conocido como la moneda energética de los seres vivos, o nucleótidos informativos, cuando se unen con otros nucleótidos para formar el ADN o el ARN.
Los nucleótidos están formados por carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y fósforo. Ácidos Nucleicos
Definición.- Los ácidos nucleicos son compuestos químicos de alto peso molecular que siempre están presentes en las células animales y vegetales. Se encuentran unidos mediante enlaces covalentes de tipo fosfoduster.
La unión entre una pentosa y una base nitrogenada da lugar a lo que se denomina un nucleosidos.
Un nucleótido se forman uniéndose una molécula de acido ortofosforico con un nucleosido a través de un acido ortofosforico
Funciones vitales:
§ Reproducción celular
§ Síntesis o fabricación de proteínas
§ Transmisión de los caracteres hereditarios de generación a generación
§ Los ácidos nucleicos son 2
§ ADN = Ácido desoxirribonucleico
§ ARN = Ácido ribonucleico
Historia
§ Los ácidos nucleicos fueron descubiertos por Musher en 1869; además fueron aislados por primera vez en el año de 1871.
Cuál es la unidad de los ácidos nucleicos
La unidad de los ácidos nucleicos es el NUCLEOTIDO el cual esta formado químicamente de: Grupo fosfato: Es el componente estructural más sencillo, un derivado del ácido fosfórico H PO que enlaza los nucleótidos y da carácter a la molécula.
Azúcar simple (pentosa): Es un monosacárido de cinco átomos de carbono, que pueden ser la desoxirribosa y la ribosa. Por esta razón los nucleótidos del ADN se llaman desoxirribonucleicos y los ARN, ribonucleicos.
Bases nitrogenadas: son moléculas orgánicas cíclicas que tienen en su estructura átomos de nitrógeno. se reconocen dos tipos de bases nitrogenadas:
Púricas (adenina y guanina), con dos estructuras cíclicas y
Pirimidinicas (uracilo, citosina y timina) con una estructura cíclica.
Enlaces Atómicos
Ahora observa la unión de los componentes de un nucleótido
Estas macromoléculas están compuestas por C, H, O, N y P están presentes en todos los seres vivos desde los unicelulares hasta lo pluricelulares.
Tipos
El ADN
Es una sustancia de elevado peso molecular, el ADN constituye el sistema de información que la célula guarda en forma codificada y que el organismo necesita para producir un individuo.
Historia de la identificación del ADN
Durante mucho tiempo se pensó que el material hereditario estaba en las proteínas. Esa idea se mantuvo hasta los años 40, cuando se demuestra científicamente que el material hereditario era el ADN.
Los hechos más saltantes podemos resumirlos en este cuadro
1869
F. Miescher encuentra una sustancia ácida que llamó NUCLEINA Ó ÁCIDO NUCLEICO, a partir de glóbulos blancos de la pus.
1914
Felguen descubre la afinidad del ácido nucleico con el colorante fucsina, de allí deduce que esta presente en todas las células.
1928
T. Griffith descubre el llamado factor transformante, mediante el cual una bacteria virulenta puede transformar esta propiedad a otras que no lo son.
1943
Avery, Mc. Leod y Mc Carty demostraron que el factor transformante en el ADN
1950
E. Chargaff descubre la relación en cuanto a posición de las bases nitrogenadas citosina – Guanina y timina – Adenina. Además de su proporción varia entre las especias
1953
J. Watson y F. Crick, proponen el modelo de doble hélice para reprsentar la estructura del ADN, a partir de la primera radiografía del ADN obtenida por Wilkins.
COMPOSICIÓN DE LOS ÁCIDOS DESOXIRRIBONUCLEICOS
§ En la composición del ADN, la pentosa que interviene es siempre la desoxirribosa. En lo que se refiere a las bases nitrogenadas, el ADN contiene adenina, guanina, citosina y timina pero nunca uracilo.
§ Actualmente se sabe que el ADN esta formado por dos cadenas polinucleótidas, una especie de escalera de mano en las que las barras laterales son las cadenas del fosfato y desoxirribosa y los travesaños las bases nitrogenadas; adenina - timina (A – T) o guanina citosina (G – C)
Funciones
§ Controla la actividad de la célula mediante instrucciones impartidas al RNA.
§ Son unidades básicas de formación genética de la célula madre a la célula hija. Mediante los genes.
§ Tienen la propiedad de multiplicarse formando dos moléculas idénticas durante la división celular
§ La duplicación se explica con el modelo ideado por Watson Crick, aceptando que la doble cadena del DNA se abre por un extremo “mecanismo de cremallera”. durante la división celular quedan dos mitades exactamente iguales, y cada mitad complementa la parte que le falta mediante la incorporación nucleótidos formándose así dos cadenas idénticas, y así de una molécula resultan dos.
Dónde se encuentran
ADN se encentra en los cromosomas contenidos en el núcleo de las células animales y vegetales. En las bacterias como material disperso en el citoplasma. Y en los virus, formando el núcleo viral.
ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN)
Está formado por cadena ribonucleótidos de adenina, guanina, citosina, y uracilo, es monocatenario, es decir esta formado por una sola cadena de ácidos ribonucleicos, lo que determina que puede adaptar diversas formas
COMPOSICIÓN
Su composición química difiere la del ADN en que la pentosa es siempre la ribosa y en que nunca existe timina, reemplazada por el uracilo que esta formado por una sola cadena simple polinucleótida. Existe varios tipos de ARN: ARN mensajero (ARN-m). ARN ribosómico (ARN-r) y ARN de transferencia (ARN-t)
CLASES DE ARN
1) ARN Mensajero (ARNm).- Es aquel que se forma a partir del ADN, teniendo en cuenta la regla de complementariedad; donde esta la G en la cadena de ADN le corresponde una C, donde está la C le corresponde la G, donde está la T le corresponde la A, y donde está la A le corresponde la U (uracilo).
FUNCIÓN PRINCIPAL
Es el que copia la información contenida en el ADN y la lleva al lugar adecuado del citoplasma.
El ARN-r.- Se llama ribosómico porque forma gran parte de los ribosomas, orgánulo encargados de leer el mensaje que les lleva el ARN – m.
El ARN-t.- Toma parte muy activa en la traducción del mensaje, que consiste en la síntesis de proteínas. El ARN-t es el encargado de llevar los aminoácidos y situarlos en el lugar adecuado (según el mensaje del ARN-m) para la síntesis de una cadena polipeptidica determinada.
ARN
Se encuentra en el núcleo; en el citoplasma como ARNM , ARNT y ARNR . También
Citoplasma de bacterias y dentro de los virus (Retrovirus).
Semejanzas
ADN
ARN
Sinónimos
Ácido desoxirribonucleico ADN
Ácido RNA
Unidad química básica
Nucleótidos
Nucleótidos
Azúcar
Desoxirribosa
Ribosa
forma
Filamentos
Gránulos esféricos
Distribución en la naturaleza
Presente en todos los seres vivos, excepto algunos virus bacteriófagos
Presente en todos los seres vivos, excepto en algunos virus
Ubicación celular
Núcleo: cromosomas 99%
Citoplasma: ribosomas 90%
Cantidad
Constante para cada especie
Variable, según la síntesis de las proteínas
Origen
De otra molécula de ADN
(autoduplicable)
Proviene del ADN
Importancia
Responsable químicos de la herencia
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