PORTAFOLIO _3° PARTE _ BIOLOGIA

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7. CUATRO FAMILIAS DE MOLCULAS BIOLGICAS (CARBOHIDRATOS, LPIDOS, PROTENAS Y CIDOS NUCLICOS).

Molculas orgnicas: El Carbono.Compuesto orgnico o molcula orgnica es una sustancia qumica que contiene carbono, formando enlaces carbono-carbono y carbono-hidrgeno. En muchos casos contienen oxgeno, nitrgeno, azufre, fsforo, boro, halgenos y otros elementos menos frecuentes en su estado natural. Estos compuestos se denominan molculas orgnicas. Algunos compuestos del carbono, carburos, los carbonatos y los xidos de carbono, no son molculas orgnicas. La principal caracterstica de estas sustancias es que arden y pueden ser quemadas (son compuestos combustibles). La mayora de los compuestos orgnicos se producen de forma artificial mediante sntesis qumica aunque algunos todava se extraen de fuentes naturales.Las molculas orgnicas pueden ser de dos tipos: Molculas orgnicas naturales: son las sintetizadas por los seres vivos, y se llaman biomolculas, las cuales son estudiadas por la bioqumica y las derivadas del petrleo como los hidrocarburos. Molculas orgnicas artificiales: son sustancias que no existen en la naturaleza y han sido fabricadas o sintetizadas por el hombre, por ejemplo los plsticos.La lnea que divide las molculas orgnicas de las inorgnicas ha originado polmicas e histricamente ha sido arbitraria, pero generalmente, los compuestos orgnicos tienen carbono con enlaces de hidrgeno, y los compuestos inorgnicos, no. As el cido carbnico es inorgnico, mientras que el cido frmico, el primer cido carboxlico, es orgnico. El anhdrido carbnico y el monxido de carbono, son compuestos inorgnicos. Por lo tanto, todas las molculas orgnicas contienen carbono, pero no todas las molculas que contienen carbono son molculas orgnicas. EL CARBONOEl carbono es un elemento qumico de nmero atmico 6 y smbolo C. Es slido a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formacin, puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrpicas, carbono amorfo y cristalino en forma de grafito o diamante respectivamente. Es el pilar bsico de la qumica orgnica; se conocen cerca de 16 millones de compuestos de carbono, aumentando este nmero en unos 500.000 compuestos por ao, y forma parte de todos los seres vivos conocidos. Forma el 0,2% de la corteza terrestre.*CaractersticasEl carbono es un elemento notable por varias razones. Sus formas alotrpicas incluyen, sorprendentemente, una de las sustancias ms blandas (el grafito) y la ms dura (el diamante) y, desde el punto de vista econmico, uno de los materiales ms baratos (carbn) y uno de los ms caros (diamante). Ms an, presenta una gran afinidad para enlazarse qumicamente con otros tomos pequeos, incluyendo otros tomos de carbono con los que puede formar largas cadenas, y su pequeo radio atmico le permite formar enlaces mltiples. As, con el oxgeno forma el dixido de carbono, vital para el crecimiento de las plantas (ver ciclo del carbono); con el hidrgeno forma numerosos compuestos denominados genricamente hidrocarburos, esenciales para la industria y el transporte en la forma de combustibles fsiles; y combinado con oxgeno e hidrgeno forma gran variedad de compuestos como, por ejemplo, los cidos grasos, esenciales para la vida, y los steres que dan sabor a las frutas; adems es vector, a travs del ciclo carbono-nitrgeno, de parte de la energa producida por el Sol.

*Estados alotrpicos

Cristales de fulerenosSe conocen cinco formas alotrpicas del carbono, adems del amorfo: grafito, diamante, fullerenos, nanotubos y carbinos. Una de las formas en que se encuentra el carbono es el grafito, que es el material del cual est hecha la parte interior de los lpices de madera. El grafito tiene exactamente los mismos tomos del diamante, pero por estar dispuestos en diferente forma, su textura, fuerza y color son diferentes. Los diamantes naturales se forman en lugares donde el carbono ha sido sometido a grandes presiones y altas temperaturas. Los diamantes se pueden crear artificialmente, sometiendo el grafito a temperaturas y presiones muy altas. Su precio es menor al de los diamantes naturales, pero si se han elaborado adecuadamente tienen la misma fuerza, color y transparencia.El 22 de marzo de 2004 se anunci el descubrimiento de una sexta forma alotrpica: las nanoespumas.3La forma amorfa es esencialmente grafito, pero no llega a adoptar una estructura cristalina macroscpica. Esta es la forma presente en la mayora de los carbones y en el holln.

Disposicin geomtrica de los orbitales hbridos sp.

Disposicin geomtrica de los orbitales hbridos sp2.A presin normal, el carbono adopta la forma del grafito, en la que cada tomo est unido a otros tres en un plano compuesto de celdas hexagonales; este estado se puede describir como 3 electrones de valencia en orbitales hbridos planos sp2 y el cuarto en el orbital p.Las dos formas de grafito conocidas alfa (hexagonal) y beta (rombodrica) tienen propiedades fsicas idnticas. Los grafitos naturales contienen ms del 30% de la forma beta, mientras que el grafito sinttico contiene nicamente la forma alfa. La forma alfa puede transformarse en beta mediante procedimientos mecnicos, y esta recristalizar en forma alfa al calentarse por encima de 1000 C.Debido a la deslocalizacin de los electrones del orbital pi, el grafito es conductor de la electricidad, propiedad que permite su uso en procesos de electroerosin. El material es blando y las diferentes capas, a menudo separadas por tomos intercalados, se encuentran unidas por enlaces de Van de Waals, siendo relativamente fcil que unas deslicen respecto de otras, lo que le da utilidad como lubricante.

Disposicin geomtrica de los orbitales hbridos sp3.A muy altas presiones, el carbono adopta la forma del diamante, en el cual cada tomo est unido a otros cuatro tomos de carbono, encontrndose los 4 electrones en orbitales sp3, como en los hidrocarburos. El diamante presenta la misma estructura cbica que el silicio y el germanio y, gracias a la resistencia del enlace qumico carbono-carbono, es, junto con el nitruro de boro, la sustancia ms dura conocida. La transicin a grafito a temperatura ambiente es tan lenta que es indetectable. Bajo ciertas condiciones, el carbono cristaliza como lonsdaleta, una forma similar al diamante pero hexagonal.El orbital hbrido sp1 que forma enlaces covalentes slo es de inters en qumica, manifestndose en algunos compuestos, como por ejemplo el acetileno.

Fulereno C60.Los fullerenos tienen una estructura similar al grafito, pero el empaquetamiento hexagonal se combina con pentgonos (y en ciertos casos, heptgonos), lo que curva los planos y permite la aparicin de estructuras de forma esfrica, elipsoidal o cilndrica. El constituido por 60 tomos de carbono, que presenta una estructura tridimensional y geometra similar a un baln de ftbol, es especialmente estable. Los fulerenos en general, y los derivados del C60 en particular, son objeto de intensa investigacin en qumica desde su descubrimiento a mediados de los 1980.A esta familia pertenecen tambin los nanotubos de carbono, que pueden describirse como capas de grafito enrolladas en forma cilndrica y rematadas en sus extremos por hemiesferas (fulerenos), y que constituyen uno de los primeros productos industriales de la nanotecnologa.*AplicacionesEl principal uso industrial del carbono es como componente de hidrocarburos, especialmente los combustibles fsiles (petrleo y gas natural). Del primero se obtienen, por destilacin en las refineras, gasolinas, queroseno y aceites, siendo adems la materia prima empleada en la obtencin de plsticos. El segundo se est imponiendo como fuente de energa por su combustin ms limpia. Otros usos son: El istopo radiactivo carbono-14, descubierto el 27 de febrero de 1940, se usa en la datacin radiomtrica. El grafito se combina con arcilla para fabricar las minas de los lpices. Adems se utiliza como aditivo en lubricantes. Las pinturas anti-radar utilizadas en el camuflaje de vehculos y aviones militares estn basadas igualmente en el grafito, intercalando otros compuestos qumicos entre sus capas. Es negro y blando. Sus tomos estn distribuidos en capas paralelas muy separadas entre s. Se forma a menos presin que el diamante. Aunque parezca difcil de creer, un diamante y la mina de un lapicero tienen la misma composicin qumica: carbono. El diamante Es transparente y muy duro. En su formacin, cada tomo de carbono est unido de forma compacta a otros cuatro tomos. Se originan con temperaturas y presiones altas en el interior de la tierra. Se emplea para la construccin de joyas y como material de corte aprovechando su dureza. Como elemento de aleacin principal de los aceros. En varillas de proteccin de reactores nucleares. Las pastillas de carbn se emplean en medicina para absorber las toxinas del sistema digestivo y como remedio de la flatulencia. El carbn activado se emplea en sistemas de filtrado y purificacin de agua. El carbn amorfo ("holln") se aade a la goma para mejorar sus propiedades mecnicas. Adems se emplea en la formacin de electrodos (p. ej. de las bateras). Obtenido por sublimacin del grafito, es fuente de los fulerenos que pueden ser extrados con disolventes orgnicos. La fibra de carbono (obtenido generalmente por termlisis de fibras de poliacrilato) se aade a resinas de polister, donde mejoran mucho la resistencia mecnica sin aumentar el peso, obtenindose los materiales denominados fibras de carbono. Las propiedades qumicas y estructurales de los fulerenos, en la forma de nanotubos, prometen usos futuros en el incipiente campo de la nanotecnologa. Carbohidratos: simples, monosacridos, disacridos y polisacridos.

*Carbohidratos simples:Los carbohidratos simples son descompuestos rpidamente por el cuerpo para ser usados como energa y se encuentran en forma natural en alimentos como las frutas, la leche y sus derivados, al igual que en azcares procesados y refinados como los dulces, el azcar comn, los almbares y las gaseosas. La mayor parte de la i