Libro Completo de Biologia Para Estudiar

Biologa de 2 de bachillerato

Robert Hooke

Jos Luis Snchez GuillnIES PANDO

Oviedo 2010

2010 I.E.S. PANDODepartamento de Biologa-GeologaOVIEDO-Asturias (ESPAA).

NDICE

BLOQUE I: BIOMOLCULAS1. Mtodos de estudio de la clula.........................6 pags1. Bioelementos y biomolculas: Generalidades............. 10 pags2. El agua y las sales minerales...........................7 pags3. Los glcidos.......................................... 12 pags4. Los lpidos........................................... 10 pags5. Las protenas......................................... 14 pags

BLOQUE II: LA CLULA (ESTRUCTURA Y METABOLISMO)1. Origen de los seres vivos y Teora celular............. 11 pags2. Membranas y transporte.................................11 pags3. El medio interno celular................................3 pags4. Sistemas de membranas...................................7 pags5. Metabolismo: Enzimas....................................8 pags5a. Fotosntesis y quimiosntesis....................... 15 pags5b. Respiracin celular y fermentaciones................ 17 pags

BLOQUE III: INFORMACIN CELULAR1. El ncleo celular...................................... 5 pags2. Los cidos nuclicos...................................10 pags3. El ADN como portador de la informacin gentica......... 3 pags4. Trascripcin y traduccin de la informacin gentica... 11 pags5. La replicacin del ADN..................................3 pags6. El ciclo celular: Mitosis...............................8 pags7. Los cromosomas metafsicos..............................4 pags8. La meiosis............................................. 7 pags9. Las mutaciones........................................ 10 pags10. La herencia gentica: Mendelismo......................17 pags11. Gentica aplicada......................................5 pags

BLOQUE IV: MICROBIOLOGA Y BIOTECNOLOGA1. Microbiologa y biotecnologa..........................29 pags

BLOQUE V: INMUNOLOGA1. Inmunologa........................................... 22 pags

I) Biomolculas 1) Mtodos de estudio de la clula

1-1

MTODOS DE ESTUDIO DE LA CLULA

CLASIFICACIN

Clasificaremos los mtodos que se utilizan para el estudio de la clula en dos grandes grupos:

I) Tcnicas para el estudio fisicoqumico: sirven para conocer la composicin y relacionar esta composicin con las estructuras celulares. Estos mtodos son:

a) Centrifugacin

b) Cromatografa

c) Electroforesis

d) Cultivos "in vitro"

II) Tcnicas para el estudio morfolgico de la clula. Nos permiten conocer cmo es su forma, su tamao y su estructura. Son, fundamentalmente:

a) Microscopa ptica

b) Microscopa electrnica

1) Microscopio electrnico de Trasmisin (MET)

2) Microscopio electrnico de barrido (MEB)

I) TCNICAS PARA EL ESTUDIO FISICOQUMICO DE LA CLULA

Este tipo de mtodos se utilizan para el aislamiento, localizacin e identificacin de las sustancias que constituyen la materia viva.

Presentan dos problemas principalmente:

a) Los componentes de un ser vivo se encuentran formando mezclas muy complejas.

b) La mayora de las sustancias que encontramos en los seres vivos son, a su vez, de una gran complejidad.

Pensemos,por ejemplo, que una sola de los varios miles de protenas que contiene una clula puede estar formada por ms 5000 aminocidos.

Pasemos a continuacin al estudio de cada uno de estos mtodos.

J. L. Snchez Guilln Pgina I-1-1


A) CENTRIFUGACIN

Consiste en la separacin de los componentes de una mezcla en funcin de las diferencias entre las velocidades que presentan al someterlos a elevadas aceleraciones (g). Esto se consigue haciendo girar la mezcla en un rotor a un gran nmero de vueltas por minuto. Los aparatos empleados con este fin se denominan ultracentrfugas.

Esta tcnica requiere los siguientes pasos:

1) FRACCIONAMIENTO U HOMOGENEI-ZACIN: El material biolgico, por ejemplo: un fragmento de tejido del hgado, es triturado para disgregarlo y romper las membranas celulares.

La rotura de las membranas deja en libertad los orgnulos celulares y el contenido del hialoplasma. Si la homogeneizacin se realiza suavemente, los orgnulos permanecern intactos. Obtendremos as una "papilla" que estar compuesta de restos de membranas, orgnulos celulares, ncleos, molculas libres y agua.

2) CENTRIFUGACIN: Las ultracentrfugas son mquinas que consiguen velocidades de rotacin muy elevadas, hasta 500.000 v/mn. En el interior de estos aparatos se alcanzan grandes aceleraciones que se miden en g (1g=9,8 m/s2). En una ultracentrfuga pueden alcanzarse hasta 100.000 g. Los materiales biolgicos sometidos a estas aceleraciones se desplazan hacia el fondo de los recipientes que los contienen con velocidades que dependen de su masa, de su forma y volumen, y de la naturaleza del medio en el que se realice la centrifugacin.

B) CROMATOGRAFA

Se fundamenta en la separacin de los componentes de una mezcla por sus diferencias de absorcin. stas diferencias van a ser debidas a las fuerzas de Van der Wals que se establecen entre los componentes de la mezcla y una sustancia que acta de fase estacionaria. Segn la naturaleza de la fase estacionaria, tendremos los siguientes tipos de cromatografa:

1) CROMATOGRAFA SOBRE PAPEL: Se emplea para la separacin de sustancias qumicas que presenten propiedades muy parecidas. Se opera de la siguiente manera. Una pequea cantidad de la mezcla a separar se deposita sobre un fragmento de papel poroso en el que quedar embebida. A continuacin se


Fig. 1 Homogeneizador.

Fig. 2 Centrfuga.

Fig. 4 Cromatografa de gases.

Fig. 3 Cromatografa de papel.


introduce el borde del papel en una sustancia en la que sean solubles los componentes de la mezcla que queremos separar. El disolvente se desplazar por capilaridad y los ir arrastrando. Los componentes de la mezcla viajarn ms o menos rpido segn establezcan fuerzas ms o menos grandes con las molculas del papel. Para observar los componentes ya separados se emplean reacciones coloreadas especficas.

2) CROMATOGRAFA DE GASES: El aparato consiste en un serpentn largo y delgado cuyas paredes estn impregnadas de un lquido (fase estacionaria). La mezcla a separar se vaporiza y atraviesa el serpentn transportada por un gas. La fase estacionaria retiene ms o menos los diferentes componentes de la mezcla. stos se detectan cuando al atravesar una llama entran en combustin, lo que aumenta la conductividad elctrica del detector. Este mtodo tiene la ventaja de necesitar pequesimas cantidades (0,05 mg) y es capaz de separar sustancias muy parecidas qumicamente; por ejemplo: cidos grasos,azcares u hormonas.

C) ELECTROFORESIS

En este mtodo, la mezcla a separar se deposita en una cubeta sobre un soporte de tipo poroso (acetato de celulosa o tambin gel de almidn). A continuacin se establece una diferencia de potencial entre los extremos del soporte. Las sustancias que componen la mezcla se desplazarn en funcin de su carga elctrica.

Naturalmente este mtodo se emplear con sustancias que presenten cargas elctricas (protenas y cidos nuclicos)

D) CULTIVOS IN VITRO

Estos mtodos nos van a permitir mantener lneas celulares en el exterior de un organismo en condiciones favorables a su multiplicacin. La gran ventaja va a ser la facilidad para el tratamiento del material biolgico y su estandarizacin.

Las clulas extradas deben mantenerse para su cultivo en un medio con las condiciones fsicas y qumicas adecuadas y suministrarles aquellas sustancias que ellas no son capaces de sintetizar. En la actualidad se venden medios de cultivo concretos para cada tipo celular y que permiten mantener los cultivos durante largos perodos de tiempo.

II) MTODOS MORFOLGICOS

Los mtodos morfolgicos nos van a permitir la observacin directa de la estructura celular.

El ojo humano puede distinguir a 25 cm dos objetos separados entre s 0,2 mm. ste es el poder separador o poder de resolucin del ojo. Las clulas de mamfero suelen tener unos 0,01 mm, por lo que no es posible verlas a simple vista y mucho menos observar en ellas detalles estructurales. El microscopio va a permitir su observacin al aumentar el poder de resolucin del ojo.


Fig. 5 Cubeta para electroforesis.

Fig. 6 Cultivo de bacterias en cpsula de petri.


CLASES DE MICROSCOPIOS

A) MICROSCOPIO PTICO O FOTNICO

1) FUNDAMENTO: Funciona de la siguiente manera: Una fuente luminosa enva rayos de luz a una primera lente, llamada condensador, que concentra los rayos de luz sobre el objeto a observar. Estos rayos atraviesan el objeto y una lente denominada objetivo da una imagen aumentada de ste. Una segunda lente, el ocular, vuelve a aumentar la imagen dada por el objetivo. Esta ltima imagen es la que ser recibida por el observador.

2) PREPARACIN DEL MATERIAL: En el microscopio ptico la luz atraviesa el objeto a observar. Si ste es muy grueso, la luz no lo atravesar y el objeto aparecer demasiado oscuro; adems se superpondrn los diferentes planos dando una imagen borrosa. Si el objeto es demasiado delgado o muy transparente, no se observarn sus estructuras. En cualquier caso, deberemos realizar una preparacin.

En general, una preparacin requiere las siguientes etapas

1- CORTE. Los objetos demasiado gruesos son cortados mediante aparatos denominados microtomos. stos permiten realizar cortes de apenas unas micras de grosor, corrientemente entre 3 y 20 . El tejido destinado al corte debe congelarse o incluirse en parafina para darle una mayor consistencia y que se pueda cortar con facilidad.

2- FIJACIN. Su fin es matar a las clulas con la menor alteracin de las estructuras posible, para evitar las modificaciones que pudiesen producirse posteriormente por el metabolismo celular o por la descomposicin. Como fijadores se emplean determinadas sustancias qumicas (por ejemplo: formaldehdo y tetrxido de osmio).

3- DESHIDRATACIN. La extraccin del agua del interior de las clulas permitir tambin una mejor conservacin y la penetracin de los colorantes. Para deshidratar el material a observar se le sumerge en alcoholes de cada vez mayor graduacin que por dilucin irn extrayendo el agua.4- TINCIN. Es la coloracin de las clulas o de partes de stas para que resalten y posibilitar as su observacin. Algunos colorantes son selectivos pues tien partes concretas de la clula.

Existen dos clases de colorantes:

a) Los colorantes vitales. Que tien las estructuras celulares pero sin matar a las clulas (por ejemplo: el verde jano, el rojo neutro, el azul tripn, el azul de metileno).

b) Los colorantes no vitales. Que matan a las clulas (eosina, hematoxilina).


Fig. 7 Partes del miccroscopio ptico.

ocular

revolver

objetivo

platina

pinzas

macromtrico

micromtrico Fuente de iluminacin

Fig. 8 Partes del miccroscopio ptico.

ocular

macromtrico

micromtrico

revolver

objetivos

platina

diafragmalmpara

10

16


5- MONTAJE. Una vez realizadas las anteriores operaciones el material se coloca entre un porta-objetos y un cubre-objetos. Para un montaje no definitivo, se coloca entre "porta" y "cubre" una gota de glicerina. Este tipo de preparaciones tiene una duracin limitada y slo sirven para la observacin momentnea o a lo sumo de unos das. Si se desea una mayor duracin debe realizarse el montaje en gelatina-glicerina o en euparal.

B) EL MICROSCOPIO ELECTRNICO

Existen dos clases de microscopios electrnicos:

B1) Microscopio electrnico de trasmisin (MET).

B2) Microscopio electrnico de barrido (MEB).

Fig. 9 Fundamento del microscopio ptico. Fig. 10 Fundamento del microscopio electrnico de trasmisin (MET).

B1) EL MICROSCOPIO ELECTRNICO DE TRANSMISIN (MET)

1) FUNDAMENTO:

El microscopio electrnico fue puesto a punto en 1931 a partir de los trabajos tericos de De Broglie. Los electrones pueden comportarse como ondas o como partculas. Como ondas pueden llegar a tener una longitud 100.000 veces menor que la luz visible. Al ser partculas negativas pueden ser desviadas por campos elctricos que actan como lentes.

En esencia su funcionamiento es similar al del microscopio ptico. Un ctodo emite un haz de electrones que son acelerados por la aplicacin de una diferencia de potencial entre el ctodo y el nodo. El flujo de electrones es concentrado sobre el objeto por una primera lente magntica que hace las veces de condensador. Los electrones atraviesan la muestra. Una segunda lente magntica, el objetivo, da una imagen aumentada del objeto. Una tercera lente, el ocular, aumenta de nuevo la imagen dada por la anterior. La imagen final es proyectada sobre una pantalla o fotografiada.

Los microscopios electrnicos permiten aumentos tiles que van de 2000 a 100.000 pudiendo llegar hasta 600.000. Los microscopios electrnicos son aparatos de hasta 2 m de alto y llegan a pesar 500 kg.



2) PREPARACIN del MATERIAL

Los electrones necesitan desplazarse en el vaco, esta es la razn por la que no es posible la observacin de clulas vivas al microscopio electrnico.

2-1) FIJACIN. Las clulas son fijadas mediante fijadores no coagulantes. Los ms corrientes son el tetrxido de osmio (OsO4), el formaldehdo (HCHO) y el permanganato potsico (MnO4K). Los metales pesados que algunos contienen se fijan selectivamente a las diferentes estructuras celulares. Aquellas que retengan ms los metales aparecern ms oscuras. Es por esto que la imagen depende mucho del tipo de fijador utilizado.

2-2) DESHIDRATACIN e INCLUSIN. La pieza es deshidratada e infiltrada mediante una resina o plstico para darle una mayor consistencia y facilitar su corte.

2-3) CORTE. Los cortes se realizan mediante ultramicrotomos de cuchilla de vidrio o de diamante. Los cortes ms finos (0,03) son depositados sobre un tamiz y dispuestos para su observacin al microscopio.

B2) MICROSCOPIO ELECTRNICO DE BARRIDO (MEB)

Este tipo de microscopio permite obtener imgenes tridimensionales del objeto a estudiar. Primero se efecta un sombreado metlico de la superficie de la muestra, y la rplica obtenida es barrida por un haz de electrones. Los electrones secundarios que se forman son captados y convertidos en imgenes sobre una pantalla de televisin. Estos microscopio son muy tiles para revelar estructuras anatmicas submicroscpicas, sin embargo su aumento no suele pasar de 20.000.


Se observa la ultraestructuraSe observa la estructura

Instrumento muy caroAparato relativamente barato

Preparaciones complejasPreparaciones sencillas

Mucho aumento (X300 000)Poco aumento (X1000)

No se pueden ver los seres vivosSe pueden ver seres vivos

Fuente de iluminacin: electronesFuente de iluminacin: La luz

Microscopio electrnicoMicroscopio ptico

Se observa la ultraestructuraSe observa la estructura

Instrumento muy caroAparato relativamente barato

Preparaciones complejasPreparaciones sencillas

Mucho aumento (X300 000)Poco aumento (X1000)

No se pueden ver los seres vivosSe pueden ver seres vivos

Fuente de iluminacin: electronesFuente de iluminacin: La luz

Microscopio electrnicoMicroscopio ptico

I) Biomolculas 2) Biomolculas

I-2

BIOELEMENTOS Y BIOMOLCULAS

LOS BIOELEMENTOS: CONCEPTO Y CLASES

Los bioelementos son los elementos qumicos que constituyen los seres vivos.

De los aproximadamente 100 elementos qumicos que existen en la naturaleza, unos 70se encuentran en los seres vivos. De estos slo unos 22 se encuentran en todos en ciertaabundancia y cumplen una cierta funcin.

Clasificaremos los bioelementos en:

>Bioelementos primarios: O, C, H, N, P y S. Representan en su conjunto el 96,2%del total.

>Bioelementos secundarios: Na+ , K+ , Ca2+ , Mg2+ , Cl-. Aunque se encuentran enmenor proporcin que los primarios, son tambin imprescindibles para los seresvivos. En medio acuoso se encuentran siempre ionizados.

Oligoelementos o elementos vestigiales: Son aquellos bioelementos que seencuentran en los seres vivos en un porcentaje menor del 0.1%. Algunos, losindispensables, se encuentran en todos los seres vivos, mientras que otros,variables, solamente los necesitan algunos organismos.

TABLA

BIOELEMENTOS OLIGOELEMENTOS

Primarios Secundarios Indispensables Variables

OCHNPS

Na+

K+ Mg2+

Ca2+

Cl-

MnFeCoCuZn

B AlV MoI Si



PRINCIPALES CARACTERSTICAS DE LOS BIOELEMENTOS PRIMARIOS

El hecho de que los bioelementos primarios sean tan abundantes en los seres vivos sedebe a que presentan ciertas caractersticas que los hacen idneos para formar lasmolculas de los seres vivos. As:

* Aunque no son de los ms abundantes, todos ellos se encuentran con ciertafacilidad en las capas ms externas de la Tierra (corteza, atmsfera ehidrosfera).

TABLALos elementos qumicos ms abundantes en la corteza terrestre y en los

seres vivos (en % en peso).Elementos Corteza (%) Elementos Seres vivos (%)

Oxgeno Silicio Aluminio Hierro

4728

85

Oxgeno Carbono Hidrgeno Nitrgeno

63 20 9,5 3

* Sus compuestos presentan polaridad por lo que fcilmente se disuelven en elagua, lo que facilita su incorporacin y eliminacin.

* El C y el N presentan la misma afinidad para unirse al oxgeno o al hidrgeno,por lo que pasan con la misma facilidad del estado oxidado al reducido. Esto es degran importancia, pues los procesos de oxidacin-reduccin son la base de muchosprocesos qumicos muy importantes y en particular de los relacionados con laobtencin de energa como la fotosntesis y la respiracin celular.


15

LwNoMdFmEsCfBkCmAmPuNpUPaTh

LuYbTmErHoDyTbGdEuSmPmNdPrCs

AcRaFr

RnAtPoBiPbTlHgAuPtIrOsReWTaHfLaBaCs

XeITeSbSnInCdAgPdRhRuTcMoNbZrYSrRb

KrBrSeAsGeGaZnCuNiCoFeMnCrVTiScCaK

ArClSPSiAlMgNa

NeFONCBBeLi

HeH

Tabla de los Bioelementos

Primarios

SecundariosBioelementos

Indispensables

VariablesOligoelementos


* El C, el H, el O y el N son elementos de pequea masa atmica y tienenvariabilidad de valencias, por lo que pueden formar entre s enlaces covalentesfuertes y estables. Debido a esto dan lugar a una gran variedad de molculas y degran tamao. De todos ellos el carbono es el ms importante. Este tomo es labase de la qumica orgnica y de la qumica de los seres vivos.

LAS BIOMOLCULAS: CLASIFICACIN

Los bioelementos se unen entre s para formar molculas que llamaremos biomolculas:Las molculas que constituyen los seres vivos. Estas molculas se han clasificadotradicionalmente en los diferentes principios inmediatos, llamados as porque podanextraerse de la materia viva con cierta facilidad, inmediatamente, por mtodos f sicossencillos, como : evaporacin, filtracin, destilacin, disolucin, etc.

Los diferentes grupos de principios inmediatos son:

Inorgnicos Orgnicos

-Agua -CO2 -Sales minerales

-Glcidos-Lpidos-Prtidos o protenas-cidos nucleicos

LOS COMPUESTOS ORGNICOS DE LOS SERES VIVOS.

Son compuestos orgnicos los compuestos de carbono. Esto es, aquellos en los que eltomo de carbono es un elemento esencial en la molcula y forma en ella la cadena bsicaa la que estn unidos los dems elementos qumicos.

Los seres vivos contienen compuestos orgnicos. Son stos los que caracterizan a lamateria viva y la causa de las peculiares funciones que realiza. La gran variedad decompuestos orgnicos que contienen los seres vivos no se clasifican desde un punto devista qumico, sino a partir de criterios muy simples, tales como su solubilidad o no enagua, u otros. Siguiendo estos criterios se clasifican en :

-Glcidos o hidratos de carbono-Lpidos-Prtidos (protenas)-cidos nucleicos

Las funciones que cumplen estos compuestos en los seres vivos son muy variadas,



as:

-Glcidos y lpidos tienen esencialmente funciones energticas y estructurales.-Las protenas: enzimticas y estructurales.-Los cidos nucleicos son los responsables de la informacin gentica.

Algunas sustancias son de gran importancia para los seres vivos pero estos las necesitanen muy pequea cantidad y nunca tienen funciones energticas ni estructurales. Por estacausa reciben el nombre de biocatalizadores. Son biocatalizadores las vitaminas, lasenzimas y las hormonas.

REPARTICIN DE LOS COMPONENTES MOLECULARESDE LA CLULA

(en % sobre masa total)

Principios inmediatos PROCARIOTAS EUCARIOTAS

Glcidos Lpidos Prtidos cidos Nucleicos ARN ADN Precursores Agua Sales minerales

3 2 15

6 2 1

70 1

3 4,5 18

1,25 0,25

2 70

1

EL ENLACE COVALENTE Los tomos que forman las molculasorgnicas estn unidos mediante enlacescovalentes. Se trata de un enlace muyresistente cuando la molcula est endisolucin acuosa, lo que es el caso de losseres vivos.

Este tipo de enlace se forma cuando dostomos comparten uno o ms pares deelectrones. Si comparten 2 electrones, unocada tomo, diremos que ambos estn unidos mediante un enlace simple; si comparten 4,aportando dos cada uno, el enlace ser doble, y si son seis tendremos un enlace triple.Los enlaces se representan mediante trazo entre los tomos a los que une. As, por


Fig. 1 Unin mediante enlaces covalentes delos diferentes tomos que constituyen unabiomolcula.

C S H O C C

H H

H H

H


ejemplo: -C-C-, para el enlace simple carbono-carbono o -C=C- , para el doble. Es dedestacar que el enlace simple permite el giro, lo que no sucede con los enlaces doble y eltriple.

El enlace covalente se da entre elementos nometlicos de electronegatividad similar: C-C,C-O, C-N, C-H. Si existe una mayor diferenciade electronegatividad, como ocurre entre eloxgeno y el nitrgeno con el hidrgeno, elelemento ms electronegativo (el oxgeno y elnitrgeno, respectivamente) atrae hacia s loselectrones crendose una polaridad. Esto es, lamolcula tendr zonas cor carga elctricapositiva y otras con carga negativa.

CARACTERSTICAS DEL TOMO DE CARBONO

El carbono es el elemento nmero 6 de la tabla peridica (Z=6 y A=12). Su estructuraelectrnica es 1s2 2s2 2p2.

Como ya se ha dicho, es el elemento msimportante de los seres vivos, aunque no seael que se encuentra en ms abundancia. En lacorteza terrestre es un elemento relativamenteraro. Lo encontramos en la atmsfera en formade CO2, disuelto en las aguas formandocarbonatos y en la corteza constituyendo lasrocas calizas (CO3Ca) el carbn y el petrleo.

LOS ENLACES COVALENTES DEL CARBONO Y DE OTROS BIOELEMENTOS

El tomo de carbono tiene 4 electrones en laltima capa. Esto hace que pueda unirse aotros tomos mediante cuatro enlaces cova-lentes pudindose formar tres estructurasdistintas. Estas son:

-La hibridacin tetradrica. En la que el tomode carbono est unido mediante cuatro enlacescovalentes simples a otros cuatro tomos. Eneste tipo de hibridacin el tomo de carbonoocupa el centro de un tetraedro y los cuatroenlaces simples se dirigen hacia sus vrtices.


Fig. 2 Polaridad del enlace-O-H y del enlace>N- H.

-

+

Polaridad del enlace O-H

- +

Polaridad del enlace N-H

Fig. 4 Enlaces covalentes que pueden tener elresto de los bioelementos primarios.

H

El hidrgeno tiene un electrn de valencia.

O N

O

El oxgeno tiene dos electrones de valencia.

N N

El nitrgeno tiene tres electrones de valencia.

S

S

El azufre tiene dos electrones de valencia.

Fig. 3 Enlaces covalentes que puede tener eltomo de carbono al unirse a otros bioelementos.

C

Cuatro simples

C

Uno doble y dos simples

C

Uno triple y uno simple.

C

Dos dobles.


-La hibridacin trigonal. En la que el tomo decarbono se une a otros tres tomos mediantedos enlaces simples y uno doble. En este casolos cuatro tomos forman un tringulo con eltomo de carbono situado en el centro. Debetenerse en cuenta que el enlace doble es algoms corto que los enlaces simples, por lo queel tringulo no ser equiltero sino issceles. -La hibridacin digonal. Cuando el tomo de carbono est unido a otros dos tomosmediante un enlace simple y uno triple o mediante dos dobles.

Los dems bioelementos van a poder formar, bien con el carbono o entre s, los enlacescovalentes que pueden verse en el recuadro.

LOS ESQUELETOS DE LAS MOLCULASORGNICAS

Las diferentes biomolculas van a estarconstitudas bsicamente por tomos decarbono unidos entre s mediante enlacescovalentes. La resistencia y versatilidad de losenlaces carbono-carbono y del carbono conotros elementos: oxgeno, nitrgeno o azufre,va a posibilitar el que se puedan formarestructuras que sern el esqueleto de lasprincipales molculas orgnicas.

FUNCIONES ORGNICAS

Las molculas orgnicas van a tenerdeterminadas agrupaciones caracters ticas detomos que reciben el nombre de funciones ogrupos funcionales. Las principales funcionesson:

-Alcohol o hidroxilo-Aldehdo-Cetona-cido orgnico o carboxilo-Amina-Amida-Tiol o sulfidrilo


Fig. 5 Hibridaciones del tomo de carbono.

H. tetradrica

C C CC

H. trigonal H. digonal H. digonal

Fig. 6 Ejemplos de esqueletos carbonados delas biomolculas.

Tipos de esqueletos de las molculas orgnicas

-C- C- C- C- C- C- C- C-

-C- C- C=C- C- C=C- C-

-C- C- C- C- C--C- C- C-

-C- C- C-

1) Cadena lineal saturada

2) Cadena lineal insaturada

3) Cadena ramificada.

4) Doble ciclo mixto.

5) Ciclo mixto.

Fig. 7 Los principales frupos funcionales.

FUNCIONES ORGNICAS

Concepto: Agrupaciones caractersticas de tomos

Alcohol: -O-HCetona: >C=OAldehdo: -CHOcido: -COOHAmino: -NH2Amida: -CONH2Tiol: -S-H


Las cuatro primeras estn formadas por C, H,y O (funciones oxigenadas); las dos siguientes,por tener nitrgeno, se denominan funcionesnitrogenadas.

Los aldehdos se diferencian de las cetonaspor estar siempre en un carbono situado en elextremo de la molcula; esto es, el carbono quelleva una funcin aldehdo se encuentra unidoa otro carbono o a un hidrgeno.

Entre las funciones con azufre la msimportante en los compuestos de los seresvivos es la funcin tiol (-SH). Encontraremosesta funcin en algunos aminocidos. Elfsforo se encuentra sobre todo en los cidosnucleicos y sus derivados en forma de cidofosfrico (H3PO4) o sus iones (iones fosfato).

Las diferentes funciones puedenrepresentarse de una manera simplificada tal ycomo se indica en la figura.

ALGUNAS PROPIEDADES QUMICAS DE LAS FUNCIONES ORGNICAS

Los alcoholes por deshidrogenacin (oxidacin) se transforman en aldehdos o cetonas yestos por una nueva oxidacin dan cidos. Por el contrario, los cidos por reduccin danaldehdos y estos a su vez dan alcoholes. Estos procesos son de gran importancia en elmetabolismo de los seres vivos, en particular en los procesos de obtencin de energa.

FORMULACIN DE LAS BIOMOLCULAS

Las sustancias orgnicas puedenrepresentarse mediante diferentes tipos defrmulas. Estas pueden ser:

a) Frmulas desarrolladas o estructurales: Enellas se indican todos los tomos que forman lamolcula y todos los enlaces covalentes losunen. Este tipo de frmulas da la mximainformacin pero las molculas complejas eslaborioso representarlas.

b) Frmulas semidesarrolladas: en las que se indican nicamente los enlaces de la cadena


Fig. 8 Los principales grupos funcionales.

Fig. 9 Representacin en un modelo de esferasde una biomolcula: un aminocido.

C O Funcin alcohol

H C O

Funcin aldehdo

H C

Funcin cetona

O

C S Funcin tiol

H C O

Funcin cido

H

O

C N Funcin amina

H H C

Funcin amidaON H

H * En los enlaces libres slo puede haber o carbonos o hidrgenos.

C C

Fig. 10 Frmulas desarrollada,semidesarrollada y emprica del etano.

C H

H H

C

Frmula desarrollada

H

H H

Frmula semidesarrollada

CH3-CH3

Frmula emprica

C2H6


carbonada. El resto de los tomos que estnunidos a un determinado carbono se agrupansegn ciertas normas (ejemplo: CH3-, -CH2- ,CH2OH-, -CHOH-, CHO-, -CO-, -COOH,-CHNH2-).

c) Frmulas empricas: En ellas se indicannicamente el nmero de tomos de cadaelemento que hay en la molcula; as, frmulaemprica de la glucosa: C6H12O6.

Es de destacar que las frmulas empricas nodan una idea de la estructura de la molcula yque puede haber muchos compuestos que,siendo diferentes, tengan la misma frmulaemprica y diferente frmula estructural.

En ciertos casos, por ejemplo, si la molcula esmuy compleja, se recurre a determinadassimplificaciones. As, las largas cadenascarbonadas de los cidos grasos puedenrepresentarse mediante una lnea quebrada enla que no se indican ni los carbonos ni loshidrgenos pero s se indican las funciones,los dobles enlaces u otras variaciones queposea la molcula. Tambin se simplifican lascadenas cclicas, en las que a veces tampocose indican ni los carbonos ni los hidrgenos.

CONCEPTOS DE POLMERO Y MONMERO

Frecuentemente los compuestos que constituyen los seres vivos estn formados por launin ms o menos repetitiva de molculas menores. Por ejemplo, el almidn y la celulosaestn formados por la unin de miles de molculas de glucosa. Las protenas por decenas,centenares o miles de aminocidos, y la unin de miles o millones de nucletidos formalos cidos nucleicos. Cada una de las unidades menores que forman estas grandesmolculas es un monmero y el compuesto que resulta de la unin se llama polmero. Lospolmeros son, a su vez, macromolculas, molculas de elevado peso molecular.

Pequeas molculas.........................................................................de 100 u a 1000 uGrandes molculas (macromolculas)..................................... de 104 u a ms de 10 6 u

Unidad de masa molecular: unidad de masa atmica (u) o dalton (da).1u = 1da = 1,660*10 -24 g


Fig. 12 Representacin semidesarrollada delos principales grupos funcionales.

Fig. 13 Representacin simplificada de unabiomolcula.

COOH

OHOH

O

Funcin alcohol

CHO Funcin aldehdo

CO Funcin cetona

CHSH Funcin tiol

COOH Funcin cido

CH2NH2 CONH2

Funcin amida

CH2OH CC

Fig. 11 Ejemplo de representacin entredesarrollada y semidesarrollada de la glucosa,en la que algunas funciones se han agrupado.

O

OH

OH

OH

HH

H

H H

CH2OH

OH

C

CC

C

C


ENLACES INTRA E INTERMOLECULARES

Los medios biolgicos son una mezcla compleja de compuestos qumicos, tanto org-nicos como inorgnicos. Unos son de pequeo tamao: como el in H+ (1da). Otros,como los cidos nucleicos, pueden tener 108da o incluso ms. Todas estas molculas vana interaccionar entre s. La principal de estas interacciones es la reaccin qumica en laque se produce una trasformacin qumica de las sustancias que intervienen en ella.Otros tipos de interaccin son los diferentes enlaces que pueden darse entre molculas oentre partes de una misma molcula. Estos enlaces van a dar una mayor estabilidad a lasmacromolculas por la formacin de agregados o de molculas de mayor tamao. Estasuniones pueden ser, entre otras:

1-Enlaces inicos. Se suelen dar preferentemente en molculas que contienen grupos-COOH y -NH2. Estos grupos en agua se encuentran ionizados:

-COOH -COO- + H+-NH2 + H+ -NH3+

El enlace se debe a las fuerzas de carcter elctrico que se establecen entre las cargasnegativas de los grupos -COO- y las positivas de los grupos -NH+ 3, bien dentro de unamisma molcula o entre molculas prximas. Estos enlaces en medio acuoso son muydbiles.

2- Los puentes disul fu ro . Se llama as a los enlaces covalentes que se forman alreaccionar entre s dos grupos -S-H para dar -S-S- . Este tipo de enlaces son extraor-dinariamente resistentes. Los encontraremos en las protenas uniendo las subunidades


Fig. 14 Fragmento de la molcula de almidn. El almidn es un polmero formado por el monmeroglucosa.

monmero


que componen algunas molculas proteicas.

3-Enlaces o puentes de hidrgeno. Se trata deenlaces dbiles pero que si se dan en grannmero pueden llegar a dar una gran esta-bilidad a las molculas.

Los enlaces de hidrgeno se deben a la mayoro menor electronegatividad de los elementosque participan en un enlace covalente. As,por ejemplo, en los grupos -C-O-H, el oxgenoes ms electronegativo que el hidrgeno yatrae hacia s el par de electrones que forma elenlace covalente. En las proximidades deloxgeno habr un exceso de carga negativa y,por el contrario, el hidrgeno estar cargadopositivamente. Lo mismo sucede con losgrupos -C-N-H, u otros, en los que tambin seproduce una diferencia de electronegatividad.Como consecuencia se generarn fuerzaselctricas entre tomos que presentan unexceso de carga positiva (H) y otros conexceso de carga negativa (O, por ejemplo).Estos enlaces son de gran importancia endeterminados compuestos y, en particular, enlas protenas y en los cidos nucleicos.

4-Fuerzas de Van der Waals. Se trata defuerzas de carcter elctrico debidas a peque-as fluctuaciones en la carga de los tomos.Actan cuando las molculas se encuentranmuy prximas unas a otras.

5- Uniones hidrofbicas. Ciertas sustanciasinsolubles en agua cuando estn en un medioacuoso van a mantenerse unidas entre s porsu repulsin al medio en el que se encuentran.Estas uniones, aunque son muy dbiles, van aser de gran importancia en el mantenimientode los componentes lipdicos de lamembranas celulares y en la configuracin demuchas protenas.

Es de destacar que los enlaces ms dbiles, inicos y de hidrgeno, particularmente,pueden contribuir en gran manera a la estabilidad de la configuracin de una molculacuando se dan en gran nmero.


Fig. 16 Puentes disulfuro (4) entre lassubunidades de una protena.

Fig. 15 Enlaces inicos entre grupos -COOH yH2N-

Grupo -COOH

- +

Grupo H2N-C-

Fig. 17 Puentes o enlaces de hidrgeno entrelas bases nitrogenadas del ADN.

I) Biomolculas 3) El agua

I-3

EL AGUA

IMPORTANCIA DEL AGUA PARA LOS SERES VIVOS

El agua es el lquido ms abundante de la corteza y uno de los pocos lquidos naturales.No es de extraar entonces que el agua sea una sustancia esencial en los seres vivos. Elagua es el componente ms abundante en los medios orgnicos, los seres vivos contienenpor trmino medio un 70% de agua. No todos tienen la misma cantidad, los vegetales tienenms agua que los animales y ciertos tejidos (por ejemplo: el tejido graso) contienen menosagua -tiene entre un 10% a un 20% de aguaque otros como, por ejemplo: el nervioso, conun 90% de agua. Tambin vara con la edad, as, los individuos jvenes tienen ms aguaque los adultos (la carne de ternera es ms tierna que la de vaca).

El agua en los seres vivos se encuentra tanto intra como extracelularmente. El aguaintracelular, la que est en el interior de las clulas, representa 2/3, aproximadamente, delagua que contiene un ser vivo y el agua extracelular representa el tercio restante. Estaltima se encuentra baando las clulas o circulando en forma de sangre, linfa, savia, etc.

En los seres unicelulares y en los organismos acuticos el agua es adems su medioambiente.

El agua no es un simple medio ni una mera fase inerte, es un lquido muy reaccionable.Interviene en muchas reacciones qumicas, bien como reactivo o como producto de lareaccin, y resulta imprescindible para la estabilidad de muchas sustancias biolgicas, porejemplo, las protenas.

Por ltimo diremos que la vida se origin hace ms de 3500 millones de aos en el medioacutico y las condiciones de aquel ambiente primitivo imprimieron un sello permanente enla qumica de los seres vivos. Todos los seres vivos han sido diseados alrededor de laspropiedades caractersticas del agua, tales como su carcter polar, sus enlaces dehidrgeno y sus elevados puntos de fusin, ebullicin, calor especfico y tensinsuperficial.



ALGUNAS PROPIEDADES DEL AGUA

Masa molecular.......... 18 daPunto de fusin......... 0oC (a 1 atm)Punto de ebullicin .... 100 oC (a 1 atm)Densidad (a 40C)........ 1g/cm3

Densidad (00C).......... 0'97g/cm 3

ESTRUCTURA QUMICA DEL AGUA

La molcula de agua est formada por dostomos de hidrgeno y uno de oxgeno. En elagua existen tambin los productos resultantesde la disociacin de algunas de sus molculas: elin H3O+ y el OH-.

En la molcula de H2O los enlaces covalentesentre el oxgeno y los dos tomos de hidrgenoforman un ngulo de 104'5 0. Adems, el tomode oxgeno atrae hacia s los electrones delenlace covalente. Esto hace que la molculapresente un exceso de carga negativa en las proximidades del tomo de oxgeno y unexceso de carga positiva en los tomos de hidrgeno. Por lo tanto, cada molcula de aguaes un dipolo elctrico.

ESTRUCTURA QUMICA DEL AGUA COMO SUBSTANCIA

Al ser las molculas de agua dipolos elctricos seestablecen enlaces de hidrgeno entre el tomode oxgeno de una molcula y los tomos dehidrgeno de las molculas vecinas. Estos enlacesde hidrgeno se forman y se escinden a granvelocidad, aunque su estabilidad disminuye alelevarse la temperatura.

Debido a estos enlaces las molculas de agua semantienen unidas - cohesividad - y el agua eslquida a temperaturas a las que otras sustanciasde masas moleculares similares como el CH4 y elH2S son gaseosas. De la cohesividad dependentambin una serie de propiedades del agua de granimportancia para los seres vivos.


Fig. 2 Representacin de la molcula de agua.

=

+ +

oxgeno

H H

Fig. 3 Formacin de enlaces de hidrgenoentre molculas de agua.

+

++

+ =

=

Fig. 1 Modelo de la molcula de agua


COHESIVIDAD DEL AGUA

La cohesividad, debida a los puentes dehidrgeno entre las molculas de agua, esresponsable de importantes caractersticas delagua y de muchas de las funciones que el aguacumple en los seres vivos. As, son debidas ala cohesividad:

- Fenmenos como el de la capilaridad, quepermite la ascensin de la savia a travsde los finsimos conductos que formanlos vasos leosos en las plantas.

- Es tambin responsable de que el agua sea unlquido prcticamente incompresiblecapaz de dar volumen y turgencia amuchos seres vivos (p.e.:gusanos) y porejemplo, es la responsable del esqueletohidrosttico de las plantas.

- Tambin es responsable de la elevada tensinsuperficial del agua; propiedad quepermite las deformaciones delcitoplasma celular y los movimientosinternos en la clula.

- Como ya se ha dicho es la responsable de los elevados puntos de fusin y ebullicin delagua. Otras sustancias de masas moleculares parecidas son gaseosas atemperaturas en las que el agua es lquida. El hecho de que el agua sea lquida ensu mayor parte a las temperaturas que se dan en la Tierra ha posibilitado eldesarrollo de la vida en nuestro planeta.

- De su elevado calor especfico: cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura deuna cierta masa de agua. Esto hace que el agua almacene o libere una gran cantidadde calor al calentarse o al enfriarse; lo que permite que el agua acte comoamortiguador trmico, evitando bruscas alteraciones de la temperatura y evitando deesta forma que, por ejemplo, algunas molculas como las protenas, muy sensiblesa los cambios trmicos, se alteren.

- Su elevado calor de vaporizacin: cantidad de calor necesario para evaporar un gramo deagua es tambin debido a la cohesividad, pues para pasar del estado lquido al


Fig. 4 Los enlaces de hidrgeno entremolculas de agua son los responsables de lacohesividad de sus molculas.

H HH

HO

O+ +

+

+

=

=

Enlace de hidrgeno

Fig. 5 Los enlaces de hidrgeno entremolculas de agua son los responsables de lacohesividad de sus molculas.


gaseoso es necesario romper los enlacesde hidrgeno entre las molculas deagua.

Estas dos ltimas propiedades son de granimportancia a la hora de regular latemperatura en muchos seres vivos, porejemplo: la sudoracin.

SOLUBILIDAD

El agua es un buen disolvente de loscompuestos inicos. Esto es debido a que elagua es una sustancia polar. Las molculas deagua se disponen alrededor de los ionespositivos con la parte negativa de su molculahacia ellos y en el caso de los iones negativosles enfrentan la parte positiva. Tambin sonsolubles en agua las sustancias polares, porejemplo: los glcidos; normalmente, estassustancias tienen una elevada proporcin deoxgeno. Por el contrario, aquellas sustanciasorgnicas que presentan una elevada proporcinde hidrgeno y pocos tomos de oxgeno sonpoco solubles en agua; por ejemplo: los lpidos. Algunas sustancias tienen una parte de sumolcula que es soluble en agua (hidrfila) y otraparte insoluble (hidrfoba). Estas sustancias sedice que son anfipticas. Las sustanciasanfipticas, cuando estn en un medio acuoso,orientan su molcula y dan lugar a la formacinde micelas, monocapas o bicapas.

Las grandes molculas, como las protenas, sison solubles en agua, forman un tipo especialde disoluciones denominadas disolucionescoloidales. Las disoluciones coloidales van apoder estar en dos estados: sol y gel. En elestado de sol predomina la fase dispersante, elagua, por ejemplo, sobre la fase dispersa y lasolucin es ms fluida. En estado de gelpredomina la fase dispersa, por ejemplo: laprotena, sobre la fase dispersante, y lasolucin es ms viscosa. El paso de un estado a


Fig. 6 Los triacilglicridos (grasas neutras)son sustancias muy insolubles en agua.

CO-

CO-O-CH

O-CH2CO-

O-CH2

Fig. 7 Modelo de triacilglicrido (grasaneutra). Estas sustancias tienen pocos grupospolares y una gran proporcin de -CH- y pocooxgeno.

Fig. 8 Los fosfoglicridos son sustanciasanfipticas.

CH

C O-O

CH

OH

2

C O-O

H2COPOCHCHNCH3

O CH3

CH3

CH

C O-O

CH

OH

2

C O-O

H2COPOCHCHNCH3

O CH3

CH3

Fig. 9 Estados de sol y de gel de unadisolucin coloidal.

Estado de sol Estado de gel

macromolcula agua u otro disolvente


otro es reversible y diversos factores fsicos yqumicos pueden hacer que una solucin pasede un estado a otro sin necesidad de variar laconcentracin de soluto. Estos factores puedenser: el pH, la temperatura o una alteracin en laconcentracin de determinados iones presentesen el medio. Los soluciones coloidales puedensepararse por dilisis por medio de membranascuyos poros slo permiten pasar las molculasde pequeo tamao y no las partculascoloidales.

IONIZACIN Y pH

Parte de las molculas (10 -7 moles por litro deagua, 1 mol=6'023x10 23 molculas) estndisociadas (ver en la figura 13 la ecuacin deionizacin del agua). Las sustancias cidas al disolverse en agua sedisocian y producen iones H+ que aumentan laconcentracin de iones H3O+ del medio. Lassustancias bsicas se disocian tambinproduciendo iones OH- que se unen a los ionesH3O+ formndose dos molculas de agua, por loque la concentracin de iones H3O+ del aguadisminuye.

La concentracin de iones H3O+ del agua sepuede tomar, por lo tanto, como una medida desu acidez, si es alta, o de su basicidad, si esbaja. El pH se define como el logaritmo decimalnegativo de la concentracin de iones H3O+ deuna disolucin. En el agua pura (neutra) laconcentracin de protones es de 10 -7 moles porlitro (pH=7). Por lo tanto:

si el pH < 7, la disolucin ser cida; si el pH = 7, ser neutra; si el pH > 7, ser bsica.

Puede decirse, a modo de ejemplo, que el pHde la sangre es ligeramente bsico (pH=7'37)mientras que el del estmago es fuertementecido (pH=1).


Fig. 11 Los lpidos anfipticos formanmonocapas sobre una superficie acuosa.

Parte polar Parte apolar

Fig. 12 Bicapa formada por un lpidoanfiptico.

Fig. 10 Hemodilisis.

Fig. 13 Ionizacin del agua.

H2O + H2O H3O+ + OH-

+ -++


Las variaciones del pH son de gran importanciaen muchos procesos biolgicos de la clula.As, por ejemplo, en los procesos deacumulacin de energa en el ATP o en laactivacin de las enzimas de los lisosomas.

EL AGUA COMO SUSTANCIA REACCIONABLE

El agua participa activamente en los procesos qumicos que se dan en la clula, pues es ens misma una sustancia muy reaccionable. As:

- En las reacciones de hidrlisis. Se trata de la rotura de un enlace covalente por laadicin de H y OH a los tomos que estn unidos entre s. De esta manera seseparan, por ejemplo, los aminocidos que forman las protenas cuando estas sehidrolizan; el H y el OH se unen al nitrgeno y al carbono que forman el enlacepeptdico en un proceso similar, pero inverso, al de la formacin del enlace. Algoparecido ocurre con otros enlaces como con el glicosdico o con el enlace ster.

- El agua puede ser adicionada a un doble enlace formndose una funcin alcohol.

- El agua tiene tambin una gran importancia en la fotosnte sis por ser la sustanciaque repone los electrones que se utilizan en los procesos de sntesis de sustanciasorgnicas.

SOLUCIONES AMORTIGUADORAS1

Los procesos qumicos que se dan en la clula producen sustancias que alteran el pH del mediocelular. Ciertas sustancias actan como amortiguadores del pH o tampones evitando que ste sufragrandes variaciones. As, por ejemplo, el in bicarbonato (HCO3-) acta como tampn en los mediosorgnicos. Si el pH es cido habr un exceso de iones H3O+ . Estos sern captados por el in HCO-3que se transformar en H2CO3 y H2O, con lo que el pH aumentar. El H2CO3, a su vez, se descompo-ndr en CO2 y H2O. El proceso se desarrolla a la inversa si hay pocos iones H3O+ . El in bicarbonatoacta como un tampn eficaz para valores de pH en las proximidades de 7, que es el pH de lasangre. En los medios intracelulares el tampn ms frecuente es el in fosfato(H2PO4-).

1 Los textos en letra itlica suelen ser textos de ampliacin o de aclaracin y no entran en losexmenes.


Fig. 14 Ionizacin de un cido en agua.

H2O + HA H3O+ + A-


LAS SALES MINERALES

Podemos encontrarlas disueltas en los medioscelulares internos o externos, o precipitadas enhuesos y caparazones. Cuando estn disueltas seencuentran disociadas en cationes y aniones. Losprincipales cationes y aniones presentes en losmedios orgnicos son:

Cationes: Na+ , K+ , Ca+2 y Mg+2 . Aniones:Cl-, SO4-2, PO4-3, CO3-2, HCO3- y NO3-

La proporcin de iones, y sobre todo de cationes,debe mantenerse constante en los medios orgnicospues ciertos cationes tienen efectos antagnicos.Por ejemplo, el Ca+ + y el K+ tienen funcionesantagnicas en el funcionamiento del msculocardaco .

PRINCIPALES FUNCIONES DE LAS SALESMINERALES

- Esqueletos y caparazones.- Mantener la salinidad.- Estabilizar las disoluciones. Por ejemplo, losamortiguadores del pH.- Especficas: Movimiento muscular, impulsonervioso etc.


gramos/litro

Cloruro de sodio 8,0

Cloruro de potasio 0,2

Cloruro de calcio 0,2

Cloruro magnsico 0,1

Bicarbonato de sodio 1,0

Fosfato monosdico 0,05

Glucosa 1,0

Agua destilada Hasta 1000 cm3

Fig. 15 Solucin de Tyrode, utilizada paracultivos de tejidos, preservado de rganos eirrigaciones de la cavidad peritoneal.

Fig. 16 Las conchas de los moluscos estnformadas por una matriz orgnica de naturalezafundamentalmente protenica (conquiolina) y undepsito inorgnico de carbonato clcico.

I) Biomolculas 4) Glcidos

I-4

GLCIDOS

CONCEPTO, CARACTERSTICAS Y FUNCIONES GENERALES DE LOS GLCIDOS

Los glcidos son compuestos orgnicos constituidospor carbono, hidrgeno y oxgeno; en algunos casospueden tener adems otros elementos qumicoscomo nitrgeno o azufre.

Se les ha llamado hidratos de carbono porquealgunos responden a la frmula general Cn(H2O)m yazcares por su sabor dulce, aunque slo los de bajamasa molecular lo tienen.

Concepto: Qumicamente son polihidroxialdehdos,polihidroxicetonas, sus derivados o sus polmeros(ms adelante se explicarn estos conceptos).

Algunos son molculas de relativamente baja masamolecular; la glucosa tiene una Mm=180 da. Otros,como el almidn, tienen masas moleculares de msde 100000 da y son grandes molculas,macromolculas.

Sus propiedades fsicas y qumicas son muy varia-das. Y en cuanto a sus funciones biolgicas:

-La glucosa, sacarosa, glucgeno y almidnson sustancias energticas. Los seres vivosobtienen energa de ellas o las usan para almacenar energa. Esta energa estcontenida en determinados enlaces que unen los tomos de estas molculas.

-Celulosa y quitina son estructurales. Forman parte de las paredes de las clulasvegetales (celulosa) o de las cubiertas de ciertos animales (quitina).

-Ribosa y desoxirribosa forman parte de los cidos nucleicos.


Fig. 1 Frmula lineal de la D-glucosa.

Fig. 2 Frmula cclica de la D-glucosa.

O

OH

OH

OH

HH

H

H H

CH2OH

OH

O

OH

OH

OH

HH

H

H H

CH2OH

OH

C=OH-C-O-H

H

H-O-C-H

H-C-O-HH-C-O-HH-C-O-H

H

C=OH-C-O-H

H

H-O-C-H

H-C-O-HH-C-O-HH-C-O-H

H


Estos son slo algunos ejemplos que nos pueden ilustrar sobre las funciones que cumplenlos glcidos.

CLASIFICACIN DE LOS GLCIDOS

Atendiendo a su complejidad se clasifican en:

A) Monosacridos u osas: Son los ms sencillos. No son hidrolizables; esto es, no sepueden descomponer por hidrlisis en otros glcidos ms simples.Constituyen los monmeros a partir de los cuales se forman los demsglcidos.

B) sidos: Formados por la unin de varios monosacridos mediante enlaces "O-glicosdicos", pudiendo poseer en su molcula otros compuestos diferentesde los glcidos. Son hidrolizables, descomponindose en los monosacridos ydems compuestos que los constituyen. Se dividen en:

* Holsidos. Son aquellos que estn constituidos por carbono, hidrgeno yoxgeno, exclusivamente. A su vez se subclasifican en:

-Oligosacridos, formados por entre 2 y 10 monosacridos unidos.-Polisacridos, formados por un gran nmero de monosacridos.

* Hetersidos. Formados por osas y otros compuestos que no son glcidos.Por lo tanto, adems de carbono, hidrgeno y oxgeno,contienen otros elementos qumicos.

LOS MONOSACRIDOS

CONCEPTO Y NATURALEZA QUMICA

Concepto: Qumicamente son polihidroxialdehdos, polihidroxicetonas o sus derivados. Secaracterizan por no ser hidrolizables.

Un polihidroxialdehdo es un compuesto orgnico que tiene una funcin aldehdo en elprimer carbono y en los restantes carbonos una funcin alcohol. Las polihidroxicetonas enlugar de una funcin aldehdo tienen una funcin cetona, normalmente en el carbono 2. Losmonosacridos que tienen funcin aldehdo se llaman aldosas y cetosas los que tienen unafuncin cetona.

Los monosacridos responden a la frmula emprica Cn(H2O)n, de aqu proviene el nombrede hidratos de carbono. El valor de n normalmente est comprendido entre 3 y 7.



Segn el nmero de tomos de carbono seclasifican en :

Triosas........n=3Tetrosas.......n=4Pentosas.......n=5Hexosas........n=6Heptosas.......n=7

As, un monosacrido con 6 tomos decarbono y con la funcin aldehdo ser unaaldohexosa; si tiene cuatro tomos de carbonoy una funcin cetona, ser una cetotetrosa, yas sucesivamente.

PROPIEDADES FSICAS Y QUMICAS DE LOS MONOSACRIDOS

- Propiedades fsicas: Los monosacridos son slidos, cristalinos, incoloros o blancos, desabor dulce. Como los grupos hidroxilo son polares, los monosacridos son muy solubles enagua, pues se establecen enlaces polares con las molculas de agua.

- Propiedades qumicas: El grupo carbonilo reduce fcilmente los compuestos de cobre(licor Fehling) y de plata oxidndose y pasando a grupo cido. Esta propiedad es carac-terstica de estas sustancias y permite reconocer su presencia, pues la reduccin de lassales cpricas del licor de Fehling a cuprosas hace virar el reactivo del azul al rojo ladrillo.

Cu+ + ------- Cu+

azul rojo

FRMULA LINEAL DE LOS MONOSACRIDOS

DIASTEREOISOMERA

Las frmulas lineales de los monosacridos seescriben con el carbono 1, el carbono que llevala funcin aldehdo o el carbono ms prximo ala funcin cetona, en la parte superior y el resto


Fig. 3 A) La glucosa, una aldohexosa; B) laribulosa. , una cetopentosa.

C=OH-C-O-H

H

H-O-C-H

H-C-O-HH-C-O-H

H-C-O-HH

C=OH-C-O-H

H

H-O-C-H

H-C-O-HH-C-O-H

H-C-O-HH

C=OH-C-O-H

H

H-C-O-HH-C-O-H

H

H-C-O-HC=O

H-C-O-H

H

H-C-O-HH-C-O-H

H

H-C-O-H

A B

Fig. 4 Numeracin de los tomos de carbonoen A) una aldosa y en B) una cetosa.

C=OH-C-O-H

H

H-O-C-H

H-C-O-HH-C-O-H

H-C-O-HH

C=OH-C-O-H

H

H-O-C-H

H-C-O-HH-C-O-H

H-C-O-HH

C=OH-C-O-H

H

H-C-O-HH-C-O-H

H

H-C-O-HC=O

H-C-O-H

H

H-C-O-HH-C-O-H

H

H-C-O-H

A B

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5


de los carbonos en orden descendente.

Los monosacridos tienen tomos de carbonoasimtricos (carbonos que tienen 4 sus-tituyentes diferentes) por lo que presentandiastereoisomera (ismeros pticos). Losdiastereoismeros se diferencian en suformulacin en la colocacin de los H y OH decada carbono asimtrico a un lado u otro delesqueleto carbonado de la molcula.

El nmero de ismeros pticos, para un mono-sacrido dado, es de 2n, siendo n el nmero detomos de carbono asimtricos que tenga. Laglucosa con cuatro tomos de carbono asimtri-cos tendr 24=16 ismeros pticos. De los 2n

ismeros posibles de un monosacrido, la mitadpertenecen a la serie D, y la otra mitad son susimgenes especulares y pertenecen a la serie L.Los monosacridos que tienen el OH del ltimo tomo de carbono asimtrico a la derechapertenecen a la serie D, los de la serie L lo tienen a la izquierda. En los seres vivos nor-malmente slo aparece una de las formas. Por convenio, se ha decidido que esta forma esla D.

EL HEMIACETAL INTRAMOLECULAR.CICLACIN DE LA MOLCULA

Si las aldopentosas y las hexosas se disuelven en agua, o si forman parte de los disac-ridos o polisacridos, el grupo carbonilo (-C=O) reacciona con el grupo hidroxilo ( -C-O-H)del carbono 4, en las aldopentosas, o del carbono 5, en las hexosas, formndose un hemia-cetal (reaccin entre un alcohol y un aldehdo) o un hemicetal (reaccin entre un alcohol yuna cetona) y la molcula forma un ciclo.


Fig. 5 Diferenciacin en la posicin de los-OH en los carbonos asimtricos de losmonosacridos.

-C-

H-C-O-H-C-

-C-

H-O-C-H-C-

Fig. 6 Disposicin de los sustituyentesalrededor de un carbono asimtrico.

Fig. 7 Diastereoismeros de una aldotetrosa. Las formas 1 y 2 son D; las formas 3 y 4 son L. 1 y 4 sonenantimeras al se una la imagen especular de la otra. Lo mismo ocurre con 2 y 3.

1 2 3 4

C

C OO

H

H HC OH HC OH HH

C

CO

H

H OHOHCC OH HH

HOHO H

C

CO

H

HOHOH

CC OH HH

HOHOH

C

CO

H

HCC OH HH

HOHOHHOHO


Las frmulas c clicas de la hexosas se repre-sentan, segn la proyeccin de Haworth, con elplano del anillo perpendicular al plano de es-critura, los carbonos 2 y 3 dirigidos hacia delan-te, el carbono 5 y el oxgeno del anillo haciadetrs.

Los OH que en la frmula lineal estaban a la de-recha se ponen por debajo del plano y los queestaban a la izquierda se ponen hacia arriba. Enla formas D el -CH2OH se pone por encima y enlas L por debajo.

Si las frmulas c clicas forman un anillo penta-gonal reciben el nombre de furanosas, mientrasque si ste es hexagonal se denominan pirano-sas. En stas ltimas, a su vez, el anillo puedeadoptar dos disposiciones diferentes: de silla, siel carbono 1 y el 4 estn a ambos lados delplano formado por los carbonos 2, 3 y 5, y debote o nave si estn a un mismo lado.

FORMAS y

Cuando se produce la ciclacin de la molculaaparece un nuevo tomo de carbono asimtrico,el carbono 1 en las aldosas o el 2 en las ceto-sas. Este carbono recibe el nombre de carbonoanomrico. El OH de este carbono, -OH hemia-cetlico, puede estar a uno u otro lado del planode la molcula originndose dos nuevos isme-ros pticos. Cada uno de estos ismeros sedistingue mediante los smbo los y (formas y ).

La forma se representa situando el OHhemiacetlico por debajo del plano de lamolcula; en la forma se sita por encima. Lasformas y de un monosacrido reciben elnombre de formas anmeras1.

1 Curiosidad: Al aparecer un nuevo tomo de carbono asimtrico cambia el ngulo con el que el monosacrido desva el

plano de la luz polarizada. Por ejemplo:

D-glucosa a 201C desva el plano +112.21D-glucosa a 201C " " +18.7 1


Fig. 8 Pirano y furano.

Fig. 9 Formacin de un hemiacetal en unaaldohexosa. Dentro del crculo el OHhemiacetlico.

C

C

C

C

C

C

O

O

O

O

O

O

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

O

O

OO

O

H

H-O

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

O

O

OO

O

H

H-O

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

Fig. 10 Formas de bote o silla de la glucosa.H

OHHO

HO

HO

H

H

HO

H

CH2OH

OHHO

HO

HO

H

H

HO

H

CH2OHH

H

H

H

H

OH

OH

HO

HO CH2OH

O

H

H

H

H

H

OH

OH

HO

HO CH2OH

O

Fig. 11 Forma cclica de la D glucosa.

O

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

CH2OH

H

CH2OH

H

OH

H

OH

CC CC

CC

OH

H

OH

H

CC

CC


NOMENCLATURA DE LAS FORMASCCLICAS

Para nombrar la forma cclica de unmonosacrido, se indica en primer lugar si es o , a continuacin, si es D o L y, por ltimo, elnombre del monosacrido y el tipo de anillo. Porejemplo: -D-glucopiranosa, -D-fructofuranosa

ORIENTACIN DE LAS FRMULAS CCLICAS DE LOS MONOSACRIDOS

Normalmente, las frmulas cclicas de los monosacridos se representan con el carbonoanomrico hacia la derecha, el resto de los carbonos del ciclo por orden en el sentido de lasagujas del reloj. No obstante, la molcula puede representarse bien girada (giro de 180 o

segn el eje Y) o volteada (giro de 180 o segn el eje Z). En los esquemas se ha representadola -D-fructofuranosa en posicin normal (a), girada (b) y volteada (c).

a) b) c)

La mezcla de y " " +52.7 1


Fig. 12 Frmula de la D fructofuranosa.

O

OH

H

OH

H

OHOH

CH2OH

H

CH2OH

H

CC CC

CC

OH

H

OH

H

CC

CH2OH

OH

H

OH

H

O

OH

H

OH

H

OH

CH2OH

H

CCCC

CC CCHOH2C

2

34

5

O

HO

H

OH

CH2OH

H

CC

C

OH

H

C3 4

2 5

HOH2C

O

HO

H

OH

CH2OH

H

CC

C

OH

H

C

CH2OH

4 3

25

16


EJEMPLOS DE MONOSACRIDOS DE INTERS BIOLGICO

Glucosa: Sustancia muy difundida tanto entre los

vegetales (uvas) como entre los animales. Forma

parte de muchos disacridos y polisacridos.

Importante fuente de energa de las clulas. En la

sangre hay un uno por mil de glucosa procedente de

la digestin.

Fructosa: Cetohexosa. Sustancia muy difundida

entre las plantas, sobre todo en sus frutos, y en la

miel. En el hgado se transforma en glucosa. Junto

con la glucosa forma el disacrido sacarosa.

Ribosa: Aldopentosa. Forma parte de muchas

sustancias orgnicas de gran inters biolgico, como

el ATP o el ARN.

Desoxirribosa: Derivada de la ribosa. Le falta el

grupo alcohol en el carbono 2. Forma parte del ADN.

Galactosa: Junto con la glucosa forma la lactosa,

disacrido de la leche.

N-acetilglucosamina: Derivado de la glucosa. Se

encuentra en las paredes de las bacterias y es

tambin el monmero que forma el polisacrido

quitina presente en el exoesqueleto de los insectos y

las paredes celulares de muchos hongos.


O

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

CH2OH

H

CH2OH

H

OH

H

OH

CC CC

CC

OH

H

OH

H

CC

CCO

OH

H

OH

H

OHOH

CH2OH

H

CH2OH

H

CC CC

CC

OH

H

OH

H

CC

CH2OH

O

H

OH

H

OH

H

H

CH2OH

HO

OH

CC CC

CC

OH

H

CC

CC

H

O

OH

H

OHCH2OH

H

CH2OH

H

CC CC

CCOH

H

OH

H

CCH

O

H

OHCH2OH

H

CH2OH

H

CC CC

CCOH

H

OH

H

CCH

H

O

NH

H

OH

H

OH

H

H

CH2OH

H

CH2OH

H

OH

H

OH

CC CC

CC

OH

H

OH

H

CC

CC

CO

CH3


LOS OLIGOSACRIDOS. EL ENLACE O-GLICOSDICO.

Los oligosacridos estn formados por la unin de 10 o menos de 10 monosacridosmediante un enlace O-glicosdico.

As, si reaccionan el -OH del carbono anomrico de un monosacrido con otro -OH de otromonosacrido, ambas sustancias quedarn unidas mediante un enlace O-glicosdico. Comoconsecuencia de la unin se forman un disacrido y una molcula de agua.

C6H12O6 + C6H12O6 C12H22O11 + H2O

El -OH o los -OHs que intervienen en la unin pueden encontrarse bien en forma o , loque dar lugar a sustancias diferentes.

Los disacridos son sustancias de propiedadessimilares a las de los monosacridos. Ahorabien, si los -OH de los carbonos anomricos deambos monosacridos intervienen en el enlaceO-glicosdico, enlace dicarbonlico, eldisacrido no ser reductor, pues no tieneningn OH hemiacetlico/hemicetlico libre y eseste OH el que les da las propiedadesreductoras.

Los oligosacridos se encuentran, junto alpidos y protenas, en la membranaplasmtica donde actan como receptores demuchas sustancias y como molculas que sirven para que las clulas se reconozcan entre s.

La hidrlisis de los oligosacridos proporciona los correspondientes monosacridos:

C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6


Fig. 13 Formacin de maltosa, disacrido reductor, mediante la unin 1 4 de dos molculas de glucosa.

O

OH

OHOHOH

HH

H

H

H

CH2OH

O

OH

OHOHOH

HH

H

H

H

CH2OH

O

OH

OHOH

HH

H

H

H

CH2OH

O

OH

OHOH

HH

H

H

H

CH2OH

O

OH

OHOH

HH

H

H

H

CH2OH

O

OH

OHOH

HH

H

H

H

CH2OH

O

H2O

OH

O

OH

OHOH

HH

H

H

H

CH2OH

OH

O

OH

OHOH

HH

H

H

H

CH2OH

O

OH

OHOH

HH

H

H

H

CH2OH

Fig. 14 Modelo de esferas de la sacarosa, undisacrido.


EJEMPLOS DE DISACRIDOS DE INTERS BIOLGICO

Sacarosa: Formada por -D-glucosa y -D-fructosa (enlace 12), unidas por los OH de los carbonos anomricos ypor lo tanto no reductor. Es el azcar de mesa. Se encuentra en la caa de azcar y en la remolacha.

Lactosa: Formada por -D-galactosa y D-glucosa, unidas 1 4 . Reductor. Se encuentra en la leche de los mamferos.

Maltosa: Formada por dos D-glucosas unidas por un enlace 1 4. Reductor. Se obtiene por hidrlisis del almidn y delglucgeno. Aparece en la germinacin de la cebada empleada en la fabricacin de la cerveza. Tostada se emplea comosucedneo del caf (malta).

Celobiosa: Formada por dos D-glucosas unidas por un enlace 1 4. Reductor. Se obtiene por hidrlisis de la celulosa.


O

OH

OHOH

HH

H

H

H

CH2OH

O

OH

OHOH

HH

H

H

H

CH2OH

O

OH

OHOH

HH

H

H

H

CH2OH

O

O

OH

OHOH

HH

H

H

CH2OH

O

OH

OH

OH

HH

H

HH

CH2OH

H

OO

O

OH

OH

HO

H

H

H

H

CH2OH

O

OH

OHOH

HH

H

H

H

CH2OH

H

OO

CH2OHO

OH

OHOH

HH

H

H

CH2OH

H

O

OH

H

H

HO

H

HOCH2

OO


POLISACRIDOS

Uno de los monosacridos de la maltosa presenta libre su OH hemiacetlico y podr unirsemediante un nuevo enlace O-glicosdico al OH alcohlico de otro monosacrido. Esteproceso puede repetirse y formarse un compuesto constituido por la unin de muchosmonosacridos al que llamaremos polisacrido.

Los polisacridos son sustancias inspidas, amorfas e insolubles en agua, algunos, como elalmidn, pueden formar dispersiones coloidales.

Aunque los polisacridos podran estar constituidos por diferentes monosacridos, lonormal es que sea un slo monosacrido el que forma la molcula. Los polisacridos sonmacromolculas, molculas de elevada masa molecular, miles o centenares de miles de dal-tons. Por ejemplo, cada molcula de celulosa, polisacrido vegetal, contiene de 300 a 3 000molculas de glucosa y tiene un peso molecular que oscila entre 54 000 y 540 000 da.Algunos polisacridos presentan ramificaciones.

Es de destacar que los polisacridos, al tener un slo -OH hemiacetlico por molcula libre,presentan un carcter reductor tan pequeo que se puede considerar como que no sonreductores.

POLISACRIDOS DE INTERS BIOLGICO

Los polisacridos de mayor importancia biolgica estn formados por un slo tipo demonosacrido. Se trata, por lo tanto de homopolisacridos. Veamos algunos ejemplos:

El almidn: polisacrido con funcin energtica. Es sintetizado por los vegetales. Est


Fig. 15 Fragmento de almidn. El almidn es un polisacrido compuesto por molculas de glucosa.

O

OHHO

O OOO

OHHO

O

O

OHHO

O O

OHHO

O OOO

OHHO

O

O

OHHO

O O

OHHO

O OOO

OHHO

O

O

OHHO

O

O

OOO

OHHO

O

O

O

OHHO

O O

OHHO

O OOO

OHHO

O

Fig. 16 Fragmento de amilosa. La amilosa es uno de los componentes del almidn.


formado por miles de molculas de glucosa enunin 1 -- 4. La molcula adopta unadisposicin en hlice, dando una vuelta por cada6 molculas de glucosa, adems, cada 12glucosas, presenta ramificaciones por uniones1 -- 6. El almidn se reconoce fcilmente porteirse de violeta con disoluciones de iodo(solucin de Lugol).

El glucgeno: Polisacrido de reserva energticaen los animales. Se encuentra en el hgado y enlos msculos donde se hidrolizatransformandose en glucosa. Su estructura essimilar a la del almidn, aunque ms ramificadoy su masa molecular es mucho mayor.

La celulosa: Sintetizada por los vegetales, tiene funcin estructural, formando parteimportante de la pared celular. Est formada por la unin 1 -- 4 de varios millares demolculas de glucosa. Debido al tipo de enlace cada molcula de glucosa est girada 180 o

respecto a la anterior, lo que le da a la celulosa una estructura lineal pero "retorcida". Estadisposicin permite que se formen gran cantidad de puentes de hidrgeno entre cadenasyuxtapuestas, lo que produce muy fibras resistentes.

La quitina. Formada por un derivado nitrogenado de la glucosa: la N-acetil-glucosamina).Constituye los exoesqueletos de los artrpodos.


Fig. 17 Estructura helicoidal del almidn ydel glucgeno. 1) Ramificaciones producidas porlas uniones 1-6.

Fig. 18 Fragmento de celulosa.

O

OH

H

H

H

CH2OH

H O

HO

H

H

H

CH2OH

H

H

O

OH

OH

O

OH

H

H

H

CH2OH

H

OH

O

H

O

HO

H

H

H

CH2OH

H

H

O

OH

H

celobiosa

Fig. 19 Fragmento de quitina.

O

NH

C=O

CH3

OHOH

HH

H

H

CH2OH

H

O

NH

C=O

CH3

OH

HH

H

H

CH2OH

H

O

O

NH

C=O

CH3

OH

HH

H

H

CH2OH

H

O

OH

HH

H

H

CH2OH

H

OO

quitobiosa


Tambin podemos encontrar en los seres vivosotros polisacridos ms complejos. Por ejemplo:

- Las pectinas, de las paredes celulsicas de losvegetales, formadas por lapolimerizacin del cido galacturnico,un derivado cido de la galactosa

- Los pptidoglucanos de las paredesbacterianas, formados por polisacridosasociados a cadenas peptdicas.


Fig. 20 Los exoesqueletos de los artrpodosestn formados por quitina y otras sustancias.

I) Biomolculas 5) Lpidos

I-5

LPIDOS

CONCEPTO, PROPIEDADES Y FUNCIONES GENERALES

Concepto: Los lpidos son sustancias qumicamente muy diversas. Slo tienen en comnel ser insolubles en agua u otros disolventes polares y solubles en disolventes no polares uorgnicos, como el benceno, el ter, la acetona, el cloroformo, etc

Propiedades fsicas: Son sustancias untosas al tacto, tienen brillo graso, son menos densasque el agua y malas conductoras del calor.

Funciones en los seres vivos: Los lpidos desempean importantes funciones en los seresvivos. Estas son, entre otras, las siguientes:

- Estructural: Son componentes estructuralesfundamentales de las membranascelulares.

- Energtica: Al ser molculas poco oxidadassirven de reserva energticapuesproporcionan una gran cantidad deenerga; la oxidacin de un gramo degrasa libera 9,4 Kcal, ms del doble quela que se consigue con 1 gramo deglcido o de protena (4,1 Kcal).

- Protectora: Las ceras impermeabilizan lasparedes celulares de los vegetales y delas bacterias y tienen tambin funcionesprotectoras en los insectos y en los ver-tebrados.

- Transportadora: Sirven de transportadores desustancias en los medios orgnicos.

- Reguladora del metabolismo: Contribuyen alnormal funcionamiento del organismo.Desempean esta funcin las vitaminas(A,D, K y E). Las hormonas sexuales ylas de la corteza suprarrenal tambin sonlpidos.

- Reguladora de la temperatura: Tambin sirvenpara regular la temperatura. Por ejemplo, las capas de grasa de los mamferosacuticos de los mares de aguas muy fras.


Fig. 1 Funciones de los lpidos en los seresvivos.

TRANSPORTEPROTECTORA

REGULADORAENERGTICA ESTRUCTURAL

FUNCIONES

Fig. 2 Modelo de esferas de un lpido, unacilglicrido.


SAPONIFICACIN DE LOS LPIDOS

Muchos lpidos, como por ejemplo: los cidos grasos, reaccionan con bases fuertes, NaOHo KOH, dando sales sdicas o potsicas que reciben el nombre de jabones. Esta reaccin sedenomina de saponificacin. Son saponificables los cidos grasos o los lpidos que poseencidos grasos en su estructura.

CLASIFICACIN

Segn den o no la reaccin de saponificacin, clasificaremos los lpidos en:

Saponificables No saponificables cidos grasos Acilglicridos Ceras Fosfolpidos

Esteroides

Es de destacar que, adems de estas, que son las que estudiaremos, existen otras clasesde lpidos, como: los carotenoides, los terpenos, las prostaglandinas, etc.

LOS CIDOS GRASOS

Concepto. Son cidos orgnicos deelevado nmero de tomos de carbono.Este nmero es siempre par y oscila,normalmente, entre 12 y 22.

Descripcin: La cadena carbonada puedeo no tener dobles enlaces. En el primercaso, diremos que el cido graso es in-saturado y en el segundo, saturado. Loscidos grasos se diferencian por elnmero de tomos de carbono y por elnmero y la posicin de los doblesenlaces. A veces, por comodidad,representaremos la cadena hidrocarbonada de los cidos grasos como una simple lnea


Fig. 3 Reaccin de saponificacin entre un cido orgnico y el hidrxido sdico.

R1-COOH + NaOH R1-COONa + H2Ocido orgnico hidrxido sdico Sal sdica (jabn) agua

Tabla I: Los principales cidos grasos.


quebrada.

La cadena de los cidos grasos saturado puededisponerse totalmente extendida, mientras quela cadena de los cidos grasos insaturados altener dobles enlaces adopta una disposicindoblada.

Los cidos grasos no suelen encontrarse enestado libre y se obtienen por hidrlisis cida oenzimtica de los lpidos saponificables.

Propiedades qumicas

a) Reaccin de esterificacin: El grupo cido de los cidos grasos va a poder reaccionar conlos alcoholes para formar steres y agua.

b) Reaccin de saponificacin: Como se ha dicho anteriormente, con bases fuertes como lasosa (NaOH) o la potasa (KOH), dan las correspondientes sales sdicas o potsicas delcido graso que reciben el nombre de jabones.

ACILGLICRIDOS O GRASAS

Son steres de la glicerina y de cidos grasos.Si un cido graso esterifica uno de los gruposalcohol de la glicerina tendremos unmonoacilglicrido, si son dos, un diacilglicrido, ysi son tres, un triacilglicrido, triglicrido, tambinllamados: grasas neutras. Estas sustancias porsaponificacin dan jabones y glicerina. Los acilglicridos sencillos contienen un slotipo de cido graso, mientras que los mixtostienen cidos grasos diferentes.

Los acilglicridos saponifican dando loscorrespondientes jabones y glicerina.


Fig. 4 1) Acido graso saturado (ac.Palmtico) 2) cido graso insaturado (ac. Olico).

Fig. 5 Reaccin de esterificacin entre un cido graso y un alcohol para dar un ster y agua.

Fig. 6 Reaccin de formacin de untriacilglicrido.

cidos grasos

COOH

COOH

COOH

cidos grasos

COOH

COOH

COOH

Glicerina

HO-CH2

HO-CH

HO-CH2

Glicerina

HO-CH2

HO-CH

HO-CH2

Glicerina

HO-CH2

HO-CH

HO-CH2

HO-CH2

HO-CH

HO-CH2

+

Triacilglicrido

CO-

CO-O-CH

O-CH2CO-

O-CH2

Triacilglicrido

CO-

CO-O-CH

O-CH2CO-

O-CH2

3H2O3H2O

R1-COOH + HOCH2-R2 R1-COO-CH2-R2 + H2Ocido orgnico alcohol ster agua


PROPIEDADES FSICAS DE LAS GRASAS YFUCIN BIOLGICA

Las propiedades fsicas de estas sustanciasson de gran importancia pues en cierto mododeterminan su funcin biolgica. Estaspropiedades se deben, en gran medida, a lalongitud y al grado de insaturacin de la cadenahidrocarbonada de los cidos grasos que lasforman.

* Solubilidad: Los cidos grasos son sustanciasanfipticas ya que la cadena hidrocarbonada esapolar mientras que el grupo carboxilo es polar.Esta propiedad ser ms ampliamente tratadams adelante.

Los triglicridos son sustancias apolares,prcticamente insolubles en agua. Losmonoacilglicridos y los diacilglicridos, al tenerla glicerina radicales OH- libres, tienen ciertapolaridad.

* Punto de fusin: Los cidos grasos saturados,al poderse disponer la cadena hidrocarbonadatotalmente extendida, pueden empaquetarseestrechamente lo que permite que se unanmediante fuerzas de Van der Waals con tomosde cadenas vecinas (el nmero de enlaces,adems, est en relacin directa con la longitudde la cadena). Por el contrario, los cidosgrasos insaturados, al tener la cadena dobladapor los dobles enlaces no pueden empaquetarsetan fuertemente. Es por esto que los cidosgrasos saturados tienen puntos de fusin masaltos que los insaturados y son slidos (sebos)a temperaturas a las que los insaturados sonlquidos (aceites). En los animales poiquilotermos y en los vegetales hay aceites y en losanimales homeotermos hay sebos. Los sebos y los aceites estn formados por mezclas mso menos complejas de acilglicridos.

Las grasas tienen sobre todo funciones energticas. En los vegetales se almacenan en lasvacuolas de las clulas vegetales (las semillas y frutos oleaginosos) y en el tejido graso oadiposo de los animales. Contienen en proporcin mucha ms energa que otras sustanciasorgnicas, como por ejemplo el glucgeno, pues pueden almacenarse en grandes


Fig. 7 Las grasas animales y los aceitesvegetales son mezclas complejas de acilglicridos yotros lpidos.

Fig. 8 Monoacilglicrido.

Fig. 9 Las grasas que contienen cidosgrasos saturados son slidas; pues suscomponentes pueden empaquetarse msdensamente, lo que aumenta el punto de fusin.

C-O-H

O

C-O-H

O

C-O-H

O

=

=

=

C-O-H

O

=

C-O-H

O

C-O-H

O

C-O-H

O

=

=

=

C-O-H

O

=


cantidades y en forma deshidratada, con lo que ocupan un menor volumen. En el intestino,las lipasas hidrolizan los acilglicridos liberando glicerina y cidos grasos.

En algunos animales las grasas acumuladas bajo la piel sirven como aislante trmico o pararegular la flotabilidad, pues son malas conductoras del calor y menos densas que el agua.

Algunos cidos grasos de cadena muy larga son esenciales en la dieta y se les conoce bajoel nombre genrico de vitaminas F.

LAS CERAS

Son steres de un monoalcohol lineal y de un cido graso, ambos de cadena larga.

LOS FOSFOLPIDOS

Son lpidos que forman parte de las membranas celulares. Derivan de la glicerina o de laesfingosina, un alcohol ms complejo. Los derivados de la glicerina se llamanfosfoglicridos y los que derivan de la esfingosina: esfingolpidos.

I) FOSFOGLICRIDOS

Se trata de una de las clases de fosfol pidos, lpidos con cido fosfrico. Qumicamentepodemos definirlos como steres del cido fosfatdico y un compuesto polar, generalmente


Fig. 10 Saponificacin de un triacilglicrido.

COONa

COONa

jabn

COONa

COONa

COONa

jabnjabn

COONa

Glicerina

HO-CH2

HO-CH

HO-CH2

Glicerina

HO-CH2

HO-CH

HO-CH2

HO-CH2

HO-CH

HO-CH2

+

CO-

CO-O-CH

O-CH2

Triacilglicrido

CO-

O-CH2

3NaOH

Fig. 11 Palmitato de miricilo, cera de abejas.

cido graso (C18)

Alcohol de cadena larga (C30)

Enlacester

Palmitato de miricilo (cera de abeja)


un aminoalcohol. El cido fosfat dico es, a su vez, un ster de un diacilglicrido y del cidofosfrico. El alcohol es siempre una sustancia polar, soluble en agua, muy variadaqumicamente (aminocido, base nitrogenada, etc). Como ejemplo de fosfoglicridopodemos ver en la Fig.12 la estructura de la lecitina (fosfatidilcolina).

Otros ejemplos de fosfoglicridos segn sea w son:

Alcohol (W) Fosfoglicrido

Colina Serina

Fosfatidilcolina Fosfatidilserina

ESFINGOLPIDOS

Su estructura molecular deriva de la unin delalcohol esfingosina y una sustancia polar quepuede ser un aminoalcohol o un glcido. El msconocido es la esfingomielina.

IMPORTANCIA BIOLGICA DE LOS FOSFOLPIDOS

Los fosfolpidos compuestos anfipticos y debido a esto desempean un papel estructuralde gran importancia en los seres vivos pues constituyen las membranas celulares. stasestn formadas por una doble capa de fosfolpidos en la que estn integrados otros lpidos(colesterol, por ejemplo) y protenas. En el caso de la membrana plasmtica hay tambinoligosacridos.


Fig. 12 Lecitina. X) cidos grasos. Y) Glicerina. Z) cido fosfrico. W) Colina. X y Y estn unidos por enlacesster; Y y Z, y Z y W lo estn por enlaces ster fosfato.

CH

C O-O

CH

OH

2

C O-O

H2COPOCHCHNCH3

O CH3

CH3

CH

C O-O

CH

OH

2

C O-O

H2COPOCHCHNCH3

O CH3

CH3X

Y Z W

+

cido fosfatdico (apolar) alcohol (polar)

Fig. 13 Esfingonielina.


LOS ESTEROIDES

Son lpidos no saponificables derivados delciclo del esterano (ciclopentano-perhidrofenan-treno).

Muchas sustancias importantes en los seresvivos son esteroides o derivados de esteroides.Por ejemplo: el colesterol, los cidos biliares, lashormonas sexuales, las hormonas de la cortezasuprarrenal, muchos alcaloides, etc. En la tablade la pgina 9 se dan algunos ejemplos deesteroides presentes en los seres vivos.

CARCTER ANFIPTICO DE LOS LPIDOS

MICELAS, MONOCAPAS Y BICAPAS

Ciertos lpidos, y en particular los fosfolpi -dos, tienen una parte de la molcula que espolar: hidrfila y otra (la correspondiente a loscidos grasos) que es no polar: hidrfoba. Lasmolculas que presentan estas caractersticasreciben el nombre de anfipticas. A partir deahora y por comodidad, representaremos laparte polar (hidrfila) y la no polar (hidrfoba)de un fosfolpido como se indica en la Fig. 16.

Cuando los fosfolpidos se dispersan en aguaforman micelas. Los grupos hidrfilos sedisponen hacia la parte acuosa y la partehidrfoba de cada molcula hacia el interior. Lassuspensiones que contienen este tipo demicelas son muy estables.

Los lpidos anfipticos pueden tambin disper-sarse por una superficie acuosa pudindoseformar, si la cantidad es la adecuada, una capade una molcula de espesor: monocapa. En estecaso las partes hidrfilas se disponen hacia elinterior y los grupos hidrfobos hacia el exteriorde la superficie acuosa. Pueden tambinformarse bicapas, en particular entre dos


Fig. 17 Monocapa y bicapa formada por unlpido anfiptico.

Fig. 14 Esterano.

Fig. 15 Colesterol.

Fig. 16 Representacin de un lpidoanfiptico.


compartimientos acuosos. Entonces, las parteshidrfobas se disponen enfrentadas y las parteshidrfilas se colocan hacia la solucin acuosa.Los lpidos anfipticos forman este tipo deestructuras espontneamente. Las bicapaspueden formar compartimientos cerradosdenominados liposomas. La bicapas lipdicasposeen caractersticas similares a las de lasmembranas celulares: son permeables al aguapero impermeables a los cationes y aniones yson tambin malas conductoras elctricas. Enrealidad, las membranas celulares son,esencialmente, bicapa lipdi cas.


Fig. 18 Micelas.

Fig. 19 Las membranas celulares estnconstitudas por bicapas lipdicas en la que seencuentran insert

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