BLOQUE V

IDENTIFICAS LA IMPORTANCIA DE LAS MACROMOLECULAS

NATURALES Y SINTETICAS

INTRODUCCION

En el bloque anterior, aprendiste los principios básicos de los

compuestos químicos llamados orgánicos, sus características y su

nomenclatura, pero quizás te preguntes, ¿Cómo es posible que estos

compuestos sean capaces de realizar todas las funciones en un

organismo tan complejo como es tuyo?. La respuesta es sencilla,

estas estructuras combinan sus características para formar unidades

básicas, capaces de unirse entre ellas para dar origen a moléculas de

gran tamaño y diversidad llamadas macromoléculas, algunas de ellas

las conoces, tal es el caso de los azucares presentes en los dulces,

chocolates y algunas frutas.

MACROMOLECULAS, POLIMEROS Y MONOMEROS

El término macromolécula se aplica a sustancias que tienen una gran masa

molecular, esto se debe a que son, en términos específicos, un conglomerado de

más de cien átomos y pueden hasta alcanzar millones de uma (unidades de masa

atómica)

Las macromoléculas pueden ser tanto de orden orgánico como inorgánico, y

también se pueden clasificar como macromoléculas naturales o macromoléculas

sintéticas, ejemplo:

-Macromoléculas naturales:

-Caucho}

-Celulosa

-Almidón

-Proteínas y los ácidos nucleicos (ADN y ARN)

-Macromoléculas sintéticas:

-Plásticos

-Fibras textiles sintéticas

-Poliuretano

-Baquelita

-LDPE (polímeros de baja densidad)

-HDPE (polímeros de alta densidad)

Las macromoléculas y polímeros son términos con significado similar y todo

depende del punto de vista desde el cual se les considere, por ejemplo, un

polímero orgánico es un compuesto formado por launión de dos o más unidades

moleculares carbonadas que reciben el nombre de monómeros, la unión de dos

monómeros da lugar a un dímero, la de tres a un trímero, y así sucesivamente

Cuando los polímeros contienen cientos o miles de monómeros constituyen

moléculas gigantes a las cuales, por su tamaño, se les da el nombre de

macromoléculas.

Al observa el diagrama anterior, las propiedades físicas y químicas de los

monómeros, su pesomolecular y su estructura, determinan en gran medida las

propiedades de los polímeros que con ellos se forman

Cuando los monómeros, por ejemplo, poseen un alto grado de entrecruzamiento,

el polímero resultará mucho más difícil de fundir que aquellos que están formados

por monómeros sin cruzamiento

Los polímeros pueden clasificarse de muchas maneras:

-Por su origen

-Por su mecanismo de polimerización, etc.

MACROMOLECULAS NATURALES

Las macromoléculas naturales se encuentran en los seres vivos y poseen una

elevada masa molecular, y en el caso de los carbohidratos y proteínas están

constituidos por la repetición de algún tipo de subunidad estructural, pudiendo ser

lineales o ramificadas largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der

Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas y por puentes

covalentes.; también, se encuentran los lípidos.

CARBOHIDRATOS

(también llamados hidratos de carbono, glúcidos o azúcares).

Son biomoléculas constituidas por carbono, hidrogeno y oxigeno (en ocasiones

contienen nitrógeno, azufre o fósforo); son muy abundantes en la naturaleza ya

que son elaborados a partir de la reacción de fotosíntesis. Se les encuentra en las

partes estructurales de los vegetales y también en los tejidos animales y sirven

como fuente de energía para todas las actividades celulares vitales, como

conformar la estructura esquelética de plantas, insectos y crustáceos, y la

estructura exterior de los microorganismos.

Los carbohidratos se dividen en:

Monosacáridos: son los azúcares más simples. Entre los más conocidos

se encuentra la glucosa o dextrosa y la fructosa.  La fórmula química

general de un monosacárido no modificado es (CH2O)n, donde n es

cualquier número igual o mayor a tres, su límite es de 7 carbonos. Los

monosacáridos poseen siempre un grupo carbonilo en uno de sus átomos

de carbono y grupos hidroxilo en el resto, por lo que pueden

considerarse polialcoholes.

Disacáridos: (unión de dos monosacáridos a través de un enlace químico

llamado glucosídico) cuando dos moléculas iguales o diferentes de

monosacáridos reaccionan con eliminación de una molécula de agua, se

forma un disacárido. La sacarosa es el disacárido más abundante y la

principal forma en la cual los glúcidos son transportados en las plantas.

Está compuesto de una molécula de glucosa y una molécula de fructosa.

Polisacáridos: son polímeros de aproximadamente 30 o más moléculas de

monosacáridos. Los tres polisacáridos más importante son el almidón, el

glucógeno y la celulosa. Están formados por largas cadenas de moléculas

de glucosa. Los polisacáridos representan una clase importante

de polímeros biológicos y su función en los organismos vivos está

relacionada usualmente con estructura o almacenamiento. La celulosa y

la quitina son ejemplos de polisacáridos estructurales. La celulosa es usada

en la pared celular de plantas y otros organismos y es la molécula más

abundante sobre la tierra.

Éstas moléculas pueden ser hidrolizadas por ácidos o enzimas para dar

monosacáridos:

• De reserva: la glucosa se almacena en forma de polisacárido, también

como almidón en las plantas y como glucógeno en animales.

• Estructurales: en forma de celulosa.

• Funcionales: sirven como protección frente a situaciones adversas.

LÍPIDOS

El término lípido lo propuso el bioquímico Bloor para dar nombre al grupo de

sustancias insolubles o casi insolubles en agua, pero solubles en disolventes.

Están formados por tres elementos principales: carbono, hidrógeno y

generalmente en menor proporción oxígeno y, a veces, nitrógeno y fósforo.

Este tipo de compuestos orgánicos lo constituyen las grasas y aceites, los cuales

son constituyentes esenciales de todas las células animales y vegetales. En el

cuerpo humano se concentran en las membranas celulares, en el cerebro y en el

tejido nervioso. 

Los lípidos más abundantes son las grasas, que puede ser de origen animal o

vegetal.

Se clasifican en:

Simples: comprenden los lípidos más abundantes, grasas o triglicéridos, y

las ceras que son menos abundantes.

Fuentes: Aceites vegetales y grasas animales, ceras de frutas y verduras,

esteorides, etc.

Compuestos: son los fosfolípidos que contienen fósforo y los galactolípidos

que contienen galactosa.

Fuentes: lípidos localizados en los tejidos nerviosos, lecitinas, cefalinas, etc.

Derivados: son los esteroides, los terpentenos y las vitaminas, entre otros,

que son producidos por las células vivas.

Fuentes: Lípidos localizados en el tejido cerebral, esfingomielinas.

Los lípidos se presentan en dos procesos químicos importantes: 

1.-La hidrólisis es el proceso que consiste en agregar agua a un éster para

obtener un ácido orgánico más un alcohol. En la hidrólisis se obtiene la

glicerina y ácido graso en presencia de algún catalizador y agua.

2.-La saponificación es el proceso mediante el cual las grasas reaccionan

con la sosa o hidroxilo de sodio para obtener jabones, que se define como

sales metálicas de ácidos grasos.

PROTEÍNAS

Éstas son macromoléculas compuestas por carbono, hidrógeno, oxígeno y

nitrógeno, la mayoría también contienen azufre y fósforo. Las mismas están

formadas por la unión de varios aminoácidos, unidos mediante enlaces peptídicos.

Son constituyentes esenciales del protoplasma. Constituyen alrededor del 50% del

peso seco de los tejidos y no existe proceso biológico alguno que no dependa de

la participación de este tipo de sustancias. La química de las proteínas es más

compleja que la de los carbohidratos y los lípidos. En promedio las proteínas

varían su peso de moléculas entre 34500 y 50000.

Se clasifican según:

 Su forma:

-Fibrosas: presentan cadenas polipeptídicas largas y una estructura

secundaria atípica. Son insolubles en agua y en disoluciones acuosas.

Algunos ejemplos de éstas son queratina, colágeno y fibrina.

-Globulares: se caracterizan por doblar sus cadenas en una forma esférica

apretada o compacta dejando grupos hidrófobos hacia adentro de la proteína y

grupos hidrófilos hacia afuera, lo que hace que sean solubles en disolventes

polares como el agua. La mayoría de las enzimas, anticuerpos, algunas hormonas

y proteínas de transporte, son ejemplos de proteínas globulares.

-Mixtas: posee una parte fibrilar (comúnmente en el centro de la proteína) y otra

parte globular (en los extremos).

Su composición química:

-Simples: su hidrólisis sólo produce aminoácidos. Ejemplos de estas son

la insulinay el colágeno (globulares y fibrosas).

-Conjugadas o heteroproteínas: su hidrólisis produce aminoácidos y otras

sustancias no proteicas con un grupo prostético.

Algunas funciones de las proteínas son esenciales para el crecimiento, son

materia prima para la formación de los jugos digestivos,

hormonas, hemoglobina, vitaminas y enzimas; actúan como defensa, los

anticuerpos son proteínas de defensa natural contra infecciones o agentes

extraños, etc.

ACIDOS NUCLEICOS

Son biopolímeros, de elevado peso molecular, formados por otras subunidades

estructurales o monómeros, denominados nucleótidos.

El descubrimiento de los ácidos nucleicos se debe a Meischer (1869), el cual

trabajando con leucocitos y espermatozoides de salmón, obtuvo una sustancia rica

en carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y un porcentaje elevado de fósforo. A

esta sustancia se le llamó en un principio nucleina, por encontrarse en el núcleo.

Años más tarde, se fragmentó esta nucleina, y se separó un componente proteico

y un grupo prostético, este último, por ser ácido, se le llamó ácido nucleico.

En los años 30, Kossel comprobó que tenían una estructura bastante compleja.

En 1953, James Watson y Francis Crick, descubrieron la estructura tridimensional

de uno de estos ácidos, concretamente del ácido desoxirribonucleico (ADN).

Los ácidos nucleicos están formados, como ya se ha dicho anteriormente, por la

polimerización de muchos nucleótidos, los cuales se unen de la siguiente manera:

3´-pentosa-5´-fosfato---3´-pentosa-5´fosfato-----

Cada molécula tiene una orientación

definida, por lo que la cadena es 5´->

3´.

Atendiendo a su estructura y composición existen dos tipos de ácidos nucleicos

que son:

a) Ácido desoxirribonucleico o ADN o DNA

b) Ácido ribonucleico o ARN o RNA

MACROMOLECULAS SINTETICAS

Las macromoléculas sintéticas son productos de un proceso que podríamos

llamarle unión química secuencial entre molécula y molécula, de tal forma que

quede una cadena muy larga de hidrocarburos a cuyo proceso se le llama

polimerización.

La polimerización consiste en la combinación de moléculas pequeñas de

hidrocarburos para obtener moléculas con mayor número de átomos de carbono.

Los polímeros están formados por una unidad fundamental a la que se le llama

monómero, el que se repite cientos, miles o millones de veces. Si el monómero es

de un solo tipo, las macromoléculas reciben el nombre de polímero y si los

monómeros son distintos se les llama copolímeros. Si el monómero se repite dos

veces el compuesto se le llama dímero, si se repite tres veces trímero, etc.

Los polímeros sintéticos comenzaron a producirse en 1907 con el compuesto

denominado la baquelita (utilizada actualmente para realizar componentes para

instalaciones eléctricas, obtenida a partir del fenol y el formaldehído.

Según su mecanismo de polimerización En 1929 Carothers propuso la reacción:

POLÍMEROS DE ADICIÓN

Se realiza añadiendo integramente un monómero con otro hasta formar largas

cadenas, sin que exista liberación de alguna otra molécula de baja masa molar.

- Polipropileno 

- Poliuretano

- Polioximetalio

- Poliestireno

Para entender los polímeros de adición, es importante dejar claro el concepto

depolimerización, el cual consiste en una reacción a través de la que se

sintetizan polímeros partiendo de sus monómeros.

Dicha reacción se realiza siguiendo diferentes mecanismos, pudiendo ser una

polimerización por pasos, o en cadena. Sea como sea, el tamaño de la cadena va

a depender de la temperatura y del tiempo que dure la reacción, pudiendo así,

cada cadena un tamaño diferente y por lo tanto, también una masa molecular

diferente.

Los polímeros pueden ser lineales, cuando se encuentran formados por una sola

cadena de monómeros, o polímeros ramificados.

Existen diferentes procesos para poder unir monómeros con el fin de formar

grandes moléculas, así los polímeros se clasifican de diferentes maneras, según

su origen, su mecanismo de polimerización, su composición química, sus

aplicaciones, o también por las condiciones experimentales en la reacción, etc.

Los polímeros de adición se encuentran dentro del grupo de polímeros clasificados

según su mecanismo de polimerización.

De este modo, los polímeros de adición son polímeros en los que en su reacción

no se produce la liberación de compuestos de masa molecular baja. Se lleva a

cabo la polimerización en este tipo de polímeros, cuando está presente un

catalizador, que provoca la unión de un polímero detrás del otro, hasta el final de

la reacción. Es decir, un polímero de adición se forma cuando tiene

un catalizador y también una temperatura favorable para su formación, pues

dichos factores harán que el alqueno abra su doble enlace, de manera que quede

una valencia libre de cada átomo de carbono participante, pudiendo así añadirse

moléculas de monómeros, hasta llegar a conseguir un polímero concreto.

Dicha reacción implica siempre que se produzca una ruptura de las uniones entre

monómeros, o también una apertura entre ellas, con el fin de permitir la formación

de una cadena.

Hay cinco reacciones diferentes por adición:

Polimerización de tipo vinilo: Es la reacción de adición en la cual tiene

lugar la suma de pequeñas moléculas de igual tipo debido a la apertura del

doble enlace sin que se produzca eliminación de alguna parte de la

molécula.

Polimerización de tipo epóxido

Polimerización alifática de tipo diazo

Polimerización de tipo a-aminocarboxianhidro:  es un tipo de reacción

de adición donde moléculas pequeñas de un mismo tipo se unen entre sí

debido a la ruptura del anillo por la eliminación de una parte de la molécula.

Polimerización tipo p-xileno: reacción de adición de biradicales que se

forman debido a la deshidrogenación.

POLIMEROS DE CONDENSACION

Los polimeros por condensación son aquellos donde los monómeros deben tener,

por lo menos, dos grupos reactivos por monómero para darle continuidad a la

cadena. Ejemplo:

R-COOH + R'-OH→ R-CO-OR' + H2O

En este proceso, la unión química de dos moléculas sólo se consigue mediante la

formación de una molécula secundaria (usualmente pequeña) con átomos de las

dos moléculas para crear la unión (de las moléculas), con lo cual la polimerización

puede continuar. En estas reacciones el producto secundario residual se extrae

inmediatamente del polímero porque puede inhibir la polimerización subsiguiente o

permanecer como impureza indeseable en los productos terminados.

Un proceso de este tipo es por ejemplo el que tiene lugar en la fabricación de

resinas sintéticas de fenol - formaldehído o baquelitas. En él dos clases diferentes

de moléculas con los grupos activos cresol y formaldehído, forman, bajo presión y

calentamiento (y si es preciso, en presencia de aceleradores de la reacción)

macromoléculas entrecruzadas, separándose agua.

La polimerización por condensación (o reacción por etapas) es la formación de

polímeros por mediación de reacciones químicas intermoleculares que

normalmente implican más de una especie monomérica y generalmente se origina

un subproducto de bajo peso molecular, como el agua, que se elimina. Las

substancias reactivas tienen fórmulas químicas diferentes de la unidad que se

repite, y la reacción intermolecular ocurre cada vez que se forma una unidad

repetitiva. Por ejemplo, al considerar la formación de un poliéster a partir de la

reacción entre el etilenglicol y el ácido adípico, la reacción intermolecular es la

siguiente:

Este proceso por etapas se repite sucesivamente y se produce, en este caso, una

molécula lineal. La química de la reacción específica no es importante, sino el

mecanismo de la polimerización por adición.

Los tiempos de reacción para la polimerización por condensación son

generalmente mayores que los de la polimerización por adición. Para generar

materiales con elevados pesos moleculares se necesitan tiempos de reacción

suficientemente largos para completar la conversión de los monómeros reactivos.

También se producen varias longitudes de cadena y se genera una distribución de

pesos moleculares.

Las reacciones de condensación forman a menudo monómeros trifuncionales

capaces de generar polímeros entrecruzados y reticulados.

BIBLIOGRAFIAhttp://html.rincondelvago.com/macromoleculas-y-polimeros.html

http://macromoleculasnaturalesysintenticas.blogspot.mx/p/macromoleculas-

naturales.html

http://www.um.es/molecula/anucl.htm

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http://prepa8.unam.mx/academia/colegios/quimica/infocab/unidad421.html

http://cibertareas.info/macromoleculas-polimeros-y-monomeros-quimica-2.html