GUÍA PACE

BIOQUÍMICA AUTOR: PROFESOR CLAUDIO VÁSQUEZ

BIOMOLÉCULAS I

ASPECTOS GENERALES – CARBOHIDRATOS

CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE QUÍMICA:

LA QUÍMICA: Es la Ciencia que estudia la composición, las propiedades de la materia y las

transformaciones que esta experimenta sin una alteración de los elementos que la conforman.

Los elementos químicos se agrupan según su cantidad de protones en la Tabla Periódica,

desarrollada por Dmitri Mendeleiev en 1869 y considerando ciertas propiedades que se repiten

siguiendo un patrón periódico. A estas propiedades se les denomina, Propiedades Periódicas y

son las siguientes:

- Radio Atómico

- Volumen Atómico

- Potencial de Ionización

- Electroafinidad

- Electronegatividad

a) RADIO ATÓMICO:

Se define como la distancia desde el centro del núcleo del átomo, hasta el último electrón.

b) VOLUMEN ATÓMICO:

Es el espacio que ocupa un átomo en el Universo.

c) POTENCIAL DE IONIZACIÓN:

Es la energía necesaria para desprender el último electrón de un átomo en fase gaseosa y en su

estado fundamental y obtener un ión monopositivo gaseoso y un electrón sin energía cinética.

d) ELECTROAFINIDAD:

Es la energía liberada cuando un átomo gaseoso neutro en su estado fundamental de menor

energía, captura un electrón y forma un ión monovalente negativo.

e) ELECTRONEGATIVIDAD:

Capacidad de un átomo para atraer electrones al formar un enlace químico en una molécula.

ENLACE QUÍMICO:

El enlace químico es una interacción física entre dos o más átomos y/o moléculas y tiene como

finalidad reducir la energía de los elementos participantes. El enlace químico puede clasificarse

en atómico o molecular, siendo ambos de especial interés en los procesos bioquímicos y

biológicos.

Se clasifican según:

POLARIDAD:

La polaridad es una propiedad molecular que representa la separación de las cargas eléctricas

en una misma molécula. El momento dipolar es la suma vectorial de los momentos dipolares de

enlace y depende de la intensidad en la polaridad del enlace y de la geometría de la molécula.

ENLACE QUÍMICO

ATÓMICO

IÓNICO ∆EN ≥ 1,7

COVALENTE

APOLAR

∆EN = 0

POLAR

0 < ∆EN < 1,7

COORDINADO O DATIVO

METÁLICO Enlace fuerte formado por una nube de electrones de valencia

MOLECULAR

ENLACE DISULFUROEnlace covalente entre grupos SH (sulfhidrilo o tiol). Estabiliza

proteínas terciarias

ENLACE DE HIDRÓGENO

Fuerza electrostática entre un átomo EN y un átomo de H

unido a otro átomo EN

FUERZAS DE VAN DER WAALS

Dipolo Permanente – Dipolo Permanente (Fuerzas de

Keesom)

Dipolo Permanente – Dipolo Inducido (Fuerzas de Debye)

Dipolo Inducido – Dipolo Inducido (Fuerzas de dspersión

de London)

SOLUBILIDAD:

La solubilidad es la capacidad de una sustancia para

disolverse en un compuesto.

CARBOHIDRATOS:

Los carbohidratos, también denominados hidratos de carbono, sacáridos o glúcidos, son

biomoléculas formadas por C, H y O. Sus funciones principales son las de proporcionar energía y la

de participar en configuraciones estructurales de diversas macromoléculas.

Los glúcidos están constituidos por altas cantidades de átomos de C y de H, estando el O en menor

proporción. Los enlaces covalentes son fuertes, almacenando energía y liberándola al oxidarse la

molécula.

Los carbohidratos se dividen en:

MONOSACÁRIDOS:

Los monosacáridos son azúcares simples, no hidrolizables y de fórmula general (CH2O)n, donde

«n» es el número de átomos de carbono que posee la molécula. Su valor varía de 3 a 7 carbonos,

tienen color blanco y son solubles en agua.

Los monosacáridos de 5 o más carbonos suelen presentar estructuras cíclicas cuando se

encuentran en solución.

CARBOHIDRATOS

MONOSACÁRIDOSPoseen de 3 a 7 C, no se hidrolizan, no

ramificados

DISACÁRIDOSFormados por 2 monosacáridos unidos por

un enlace glicosídico

OLIGOSACÁRIDOSCompuestos por 3 a 9 monosacáridos. Con

frecuencia unidos a proteínas (glucoproteínas)

POLISACÁRIDOSPolímeros biológicos formados por 10 o más

monosacáridos

La estructura de un monosacárido se basa en un esqueleto carbonado enlazado a H, a grupos

OH y a un grupo carbonilo y su clasificación se realiza en base a 3 criterios:

- Cantidad de C

- Posición de grupo carbonilo

- Quiralidad

CANTIDAD DE CARBONOS:

Se distinguen las triosas (3C), Tetrosas (4C), Pentosas (5C), Hexosas (6C) y Heptosas (7C)

POSICIÓN DEL GRUPO CARBONILO:

Si el grupo carbonilo (C=O) está al extremo de la cadena, es decir,

en configuración de aldehído, el monosacárido se denomina

aldosa.

Si el grupo carbonilo está al interior de la cadena, es decir, en

configuración de cetona, el monosacárido se denomina cetosa.

QUIRALIDAD:

Todos los monosacáridos simples tienen uno o más C asimétricos, excepto la dihidroxiacetona.

En el caso del gliceraldehído, sólo el C2 es asimétrico, por lo que tiene 2 isómeros ópticos

(enantiómeros) y por lo tanto, los isómeros D y L. Para saber si es D o L, se representa en

proyección de Fischer y se considera la posición del grupo OH del penúltimo C más alejado del

grupo carbonilo.

Los monosacáridos más importantes son las pentosas debido a su participación esencial en los

ácidos nucleicos y las hexosas por su relevancia energética. Existen 3 monosacáridos de alta

importancia para el funcionamiento de los organismos vivos:

- GLUCOSA

- FRUCTOSA

- GALACTOSA

GLUCOSA (C6H12O6):

Es una aldohexosa que se encuentra libre en las frutas y en la miel, constituyendo el compuesto

orgánico más abundante de la Naturaleza. Tiene un rendimiento energético de 3,75 Kcal/g y

posee 2 enantiómeros (D-glucosa y L-glucosa), además, de acuerdo a la estructura de Haworth,

las estructuras cíclicas (pirano) de la glucosa se abren y se cierran, manifestándose en todo

momento los 3 estados de la glucosa.

Para formar correctamente la proyección de Haworth para la glucosa, se debe:

1- Enumerar la cadena de carbonos y rotarla a favor de las manecillas del reloj para formar una

cadena horizontal abierta.

2- Doblar la cadena a favor de las manecillas del reloj para hacer un hexágono.

3- Enlazar el O del C1 al C5.

4- Dibujar los D-OH hacia abajo.

5- Escribir el nuevo OH formado en el C1. Hacia arriba para la forma α y hacia abajo para la forma

β.

FRUCTOSA (C6H12O6):

Es una cetohexosa cíclica (furano) en la cual reacciona el C2 con el C5. Se metaboliza en el hígado

y aporta 3,68Kcal/g.

GALACTOSA (C6H12O6):

Es una aldohexosa cíclica (pirano) que se convierte en glucosa en el hígado. Se encuentra

naturalmente unida a la glucosa dando origen a la lactosa presente en la leche materna.

Forma parte de los glucolípidos y de las glucoproteínas de las membranas celulares de las

neuronas especialmente.

DISACÁRIDOS:

Están constituidos por dos monosacáridos unidos a través de un enlace covalente, denominado

enlace glucosídico, formado mediante condensación. Entre los disacáridos más importantes se

encuentran:

- SACAROSA: GLUCOSA + FRUCTOSA

- MALTOSA: GLUCOSA + GLUCOSA

- LACTOSA: GLUCOSA + GALACTOSA

OLIGOSACARIDOS:

La mayoría de los oligosacáridos intervienen en los procesos de reconocimiento celular, puesto

que se encuentran ubicados en la membrana plasmática en forma de glucolípidos y

glucoproteínas. Entre 3 y 9 monosacáridos unidos.

POLISACÁRIDOS:

Los polisacáridos están constituidos por muchas unidades de monosacáridos, no presentan

sabor dulce, son insolubles en agua y no forman cristales.

POLISACÁRIDOS

HOMOPOLISACÁRIDOS

PENTOSAS

HEXOSAS

HETEROPOLISACÁRIDOS

HEMICELULOSAS

PECTINAS

SULFOPOLISACÁRIDOS

AMINOPOLISACÁRIDOS

A continuación, se proponen las siguientes actividades que le permitirán consolidar los

conocimientos respecto a estos temas:

ACTIVIDAD: 1- Para la siguiente serie de iones isoelectrónicos, S-2, Cl-, K+, Ca+2 ¿cuál tiene mayor tamaño?

R: Debe ubicar los elementos en la Tabla Periódica y aplicar la propiedad de volumen atómico que se incrementa de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo en la Tabla.

2- ¿Cuál de las siguientes imágenes corresponden a un enlace covalente apolar?

I. II. III. R: El enlace covalente comparte electrones, por tanto se observa en I un enlace metálico, caracterizado por presentar un movimiento electrónico que abarca grandes distancias, permitiendo la propiedad de la conductividad eléctrica en los metales. La opción II muestra un enlace covalente polar, porque se observa una unión entre dos partículas y un desplazamiento de la nube electrónica hacia uno de ellos; y por último la alternativa III indica un enlace covalente apolar o sin polaridad que tiene como cualidad la equidad electrónica en el átomo. Por tanto la opción correcta es la III.

3- Determine la ∆EN de las siguientes moléculas y clasifíquelas en iónicas, covalentes polares o covalentes apolares: a) HCl b) NaCl c) N2 R: Debe buscar el valor de electronegatividad en la Tabla Periódica de los átomos participantes en el caso del HVL, por ejemplo. Notará que la electronegatividad del H es 2,1 y la del Cl es 2,9. Si resta ambas electronegatividades (diferencia o resta o delta), observará que nos da un valor de 0,8, por lo que concluimos que se trata de un enlace covalente polar porque dicho enlace toma valores entre 0 y 1,7 de electronegatividad.

4- ¿Cómo varía el potencial de ionización si se incrementa el radio atómico? 5- ¿Qué tipo de enlaces presenta el agua? Fundamente. 6- ¿Por qué los animales no pueden degradar la celulosa? 7- Forme la α-D-galactosa

8 - Reconocer como aldosas, cetosas, triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, heptosas, D y L.

9. Una de las propiedades del agua más importantes para la Vida, es su tendencia a retener el calor, característica denominada “alto calor específico” y que otorga la posibilidad de regulación térmica. Este comportamiento se produce debido a un tipo de enlace químico en particular y a un principio físico determinado que son respectivamente: A) Enlace de Hidrógeno – Se eleva la tensión superficial del agua B) Enlace Covalente Polar – Distorsiona la nube electrónica C) Puente de Hidrógeno – Disminuye la vibración molecular D) Enlace Covalente Polar – Eleva el punto de ebullición del agua E) Enlace de Hidrógeno – Tendencia a disociarse liberando su H+ 10. Dada la siguiente estructura química, la letra A indica un enlace: A) Peptídico B) Carboxilo C) Éster D) Glucosídico E) Carbonilo 11. ¿Cuál de los siguientes carbohidratos es usado como reserva energética en los animales? A) Glucógeno B) Lactosa C) Glucosa D) Almidón E) Celulosa

12- De acuerdo al gráfico, ¿qué sustancia presenta mejor solubilidad en agua? A) KNO3 B) CaCl2 C) Ce2(SO4)3

D) NaCl E) K2Cr2O7

ALTERNATIVAS CORRECTAS: 9C 10D 11D 12B