BLOQUE I LA BASE MOLECULAR Y FISICO QUÍMICA DE LA VIDA 2021. 7. 27. · Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida. Parte I: Los compuestos inorgánicos

BLOQUE I

LA BASE MOLECULAR Y FISICO-QUÍMICA DE LA VIDA

TEMA 1. LA BASE FÍSICO QUÍMICA DE LA VIDA

Parte 1. La Materia de los seres vivos

Parte 2. Glúcidos y Lípidos

Parte 3. Proteínas y ácidos nucleicos

TEMA 1. LA BASE FÍSICO-QUÍMICA DE LA VIDA

Parte 1. LA MATERIA DE LOS SERES VIVOS. LOS COMPUESTOS INORGÁNICOS

1. LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS.

1.1. NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS

1.2. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS

2. BIOELEMENTOS

Propiedades del carbono

Clasificación de los bioelementos

Funciones de los bioelementos

3. LAS BIOMOLÉCULAS

4. EL AGUA

Estructura química

Propiedades físico-químicas

Funciones biológicas

5. LAS SALES MINERALES

Funciones biológicas de las sales minerales

Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida. Parte I: Los compuestos inorgánicos

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1. CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS

La vida se define sobre una serie de características comunes a todos los

seres vivos:

■ Todos los seres vivos están formados por células y todas las células, a su

vez, están compuestas por los mismos tipos de moléculas, moléculas que

intervienen en la construcción de los distintos componentes celulares, en

las reacciones metabólicas o en la conservación y transmisión de la

información genética.

■ En todos los organismos existen distintos niveles de organización, de

forma que los organismos están constituidos por células y éstas pueden

presentar distintas estructuras y orgánulos.

■ Nutrición: los seres vivos tienen la capacidad de crecer a expensas de los

nutrientes que toman del medio externo. Dichos nutrientes son

transformados, a través de una serie de reacciones metabólicas, en

energía (catabolismo) y compuestos orgánicos (anabolismo o biosíntesis).

■ Relación con el medio ambiente y con otros organismos por medio de:

La recepción e intercambio de señales (incluso dentro del propio

organismo existen moléculas, como las hormonas, que llevan distintos

tipos de señales de un órgano a otro, y de una célula a otra dentro de un

mismo tejido).

La capacidad de elaborar respuestas a distintos tipos de estímulos tanto internos como externos.

■ Las células y los organismos tienen además la capacidad de reproducirse y originar descendientes, que

pueden ser genéticamente idénticos al individuo parental (reproducción asexual) u originarse por el

intercambio de genes de distintos sexo (reproducción sexual).

Estas tres últimas características (nutrición, relación y reproducción) son las funciones típicas de los seres

vivos, y se conocen como funciones vitales.

Hasta hace algunos años, a los seres vivos se les caracterizaba a través de sus funciones vitales,

pero hoy en día, de acuerdo con la Teoría de Sistemas, también los podemos describir como un sistema

ordenado de moléculas, ya que en definitiva los fenómenos vitales son reacciones reguladas por las

biomoléculas presentes en los seres vivos.

Todos los organismos se caracterizan por poseer, entre otras, dos biomoléculas: ácidos nucleicos y

proteínas. Por ello, una definición moderna de ser vivo es aquella que considera a los seres vivos como

cuerpos naturales que poseen ácidos nucleicos y proteínas y que son capaces de sintetizar dichas

moléculas por sí mismos.

Las formas acelulares

Pese a todas las características que acabamos de señalar para definir a un ser vivo, existen algunas

formas de vida que se encuentran en la frontera entre lo vivo y lo inerte, son las formas acelulares de vida:

virus, tiroides y priones.

Los virus son complejos moleculares de proteínas y ácidos nucleicos que penetran en las células

que parasitan y donde se multiplican con ayuda del material de la célula huésped, por lo que son parásitos

obligados. Fuera de la célula son totalmente inertes y algunos han podido ser cristalizados. Gozan por

tanto de algunas características de los seres vivos, como la capacidad de reproducción y mutación, por lo

que no se pueden considerar seres inertes, pero no son capaces por sí mismos de fabricar sus propias

proteínas y ácidos nucleicos y para ellos se ven obligados a parasitar una célula.

Los viroides son moléculas de ARNm (ARN monocatenario circular) que carecen de envolturas

externas. Son causantes de enfermedades en las algunas plantas (tomates, tubérculos,…) ya que interfieren

en la regulación de los genes.

Los priones son proteínas causantes de enfermedades neurodegenerativas (scrapie, enfermedad de

las vacas locas,…). Las proteínas patógenas provocan cambios conformaciones en las proteínas normales.


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La dificultad para diferenciar la materia viva de la inerte es lógica su consideramos que los seres

vivos se originaran a partir de la materia inerte, por un proceso gradual que fue la evolución biológica.

Ahora bien, estas tres formas acelulares (virus, tiroides y priones), no son seres vivos primitivos o formas de

transición entre la materia inerte y la materia viva, ya que son parásitos y necesitan de células para

sobrevivir.

1.1. NIVELES DE ORGANIZACIÓN EN LOS SERES VIVOS

Si algo caracteriza a los seres vivos y los diferencia de la materia inerte es su complejidad, su

elevada organización y su diversidad. Estas propiedades están presentes en todos sus niveles de

organización y son consecuencia de una característica intrínseca a la materia y que consiste en que bajo

ciertas condiciones (consumiendo energía) evoluciona hacia formas más complejas.

El siguiente cuadro muestra los niveles de organización en los seres vivos, desde lo más simple a lo

más complejo, diferenciando los niveles abióticos (sin vida) y los bióticos (con vida).

En concreto, en lo que respecta a los niveles molecular y macromolecular, la mayoría de las

moléculas que forman parte de los seres vivos son orgánicas, o sea, moléculas formadas por cadenas de

átomos de carbono que adquieren una gran longitud y complejidad. Para comprender la enorme

diversidad de compuestos orgánicos que se podrían formar, basta señalar la cantidad de palabras que se

podrían escribir (no solo las que existen) en todas las lenguas con alfabeto latino.

No obstante, esta gran variedad de compuestos orgánicos parte de muy

pocos elementos estructurales sencillos que, combinados, constituyen las complejas

macromoléculas. De forma que con unas pocas clases diferentes de moléculas

sencillas (moléculas sillares o monómeros) se pueden obtener una gran diversidad

de macromoléculas. Así, por ejemplo, con solo 20 aminoácidos combinados en

numerosas secuencias distintas, se pueden originar miles de proteínas diferentes.

Las moléculas sillares o monómeros son idénticos en todos los organismos.

El hecho de que todos los seres vivos empleen estas mismas moléculas, indica que

proceden de un antepasado común, origen de la gran biodiversidad actual.

Aunque las “casas” sean diferentes, todos los organismos están hechos de los

mismos “ladrillos”.

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1.2. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS

Como hemos visto, todos los seres vivos estamos formados por los mismos tipos de moléculas, que

por este motivo, se denominan biomoléculas. Estas biomoléculas están formadas a su vez por una serie de

elementos químicos o bioelementos.

Entre las moléculas inorgánicas presentes en los seres vivos se encuentran principalmente el agua y

algunas sales minerales. El agua es la molécula más abundante y es esencial para que tengan lugar los

procesos bioquímicos necesarios para la actividad vital. En cuanto a las sales minerales, pueden

encontrarse tanto en forma insoluble (como en las conchas o los caparazones de muchos animales), como

soluble (participando en procesos enzimáticos o fisiológicos).

Los constituyentes orgánicos de los seres vivos se pueden clasificar en cuatro grandes grupos o

principios inmediatos: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos (ADN y ARN). Estos últimos, los ácidos

nucleicos, contienen toda la información genética de la célula y aseguran la herencia de ésta y la

traducción del “código genético” en las proteínas necesarias para las funciones vitales.

La combinación de los cuatro principios inmediatos orgánicos da lugar a la gran variedad de

estructuras celulares, que permiten la nutrición, el metabolismo, la percepción y la respuesta a estímulos

externos y la división y la reproducción de las células y los organismos.

La vida no solo es la suma de todas estas moléculas independientes, sino que es el resultado de

una interacción compleja entre dichas moléculas, que origina una estructura y unas funciones que

definimos como vitales. Así por ejemplo, una hoja de papel esta formada por celulosa, pero no está viva;

sin embargo, las células vegetales son formas vivas que presentan celulosa como uno de los constituyentes

de su pared celular.

2. BIOELEMENTOS

La materia que forma parte de los seres vivos está compuesta por moléculas, también denominadas

biomoléculas, formadas a su vez por la unión de átomos de ciertos elementos químicos. Estos elementos

presentes en las biomoléculas reciben el nombre de bioelementos o elementos biogénicos, de los que

existen unos 70 diferentes.

Todos los bioelementos se encuentran incluidos en la tabla periódica, es decir, no hay elementos

exclusivos de los seres vivos. Sin embargo, los bioelementos mayoritarios no coinciden (salvo el oxígeno)

con los elementos más abundantes de la corteza terrestre, que son el O, el Si y el Al. Los bioelementos más

abundantes en los seres vivos son el C, el H, el O, el N, el P y el S. Estos elementos químicos fueron

seleccionados por las propiedades que presentan:

Los seis elementos tienen capas electrónicas externas incompletas, lo que les permite formar fácilmente

enlaces covalentes y así originar las biomoléculas constituyentes de las estructuras biológicas.

Poseen un número atómico bajo, por lo que los electrones compartidos en la formación de los enlaces

covalentes se hallan próximos al núcleo y las moléculas originadas son estables.

Dado que el oxígeno y el nitrógeno son elementos electronegativos, muchas biomoléculas son polares

y, por ello, solubles en agua, requisito imprescindible para que tengan lugar las reacciones biológicas

fundamentales de la actividad vital.

Se pueden incorporar fácilmente a los seres vivos desde el medio externo, ya que se encuentran en

moléculas (CO2, H

2O, nitratos, sulfatos, fosfatos) que se pueden captar de manera sencilla. Esto

asegura el intercambio constante de materia entre los organismos vivos y su ambiente.


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Propiedades del carbono

Entre los bioelementos, el carbono desempeña un papel

fundamental. El carbono se localiza en el grupo 14 del sistema periódico y

tiene cuatro orbitales con electrones desapareados que se disponen en una

estructura tetraédrica (configuración tetraédrica).

Los electrones desapareados del carbono le permiten formar

enlaces covalentes (simples, dobles y triples) con otros átomos de carbono,

dando lugar a la formación de cadenas carbonadas estables de tamaño y

forma variables (lineales, ramificadas y anilladas). Estas cadenas

carbonadas actúan como el esqueleto molecular de las biomoléculas,

permitiéndoles formar estructuras espaciales complejas y estables.

Por otra parte, los átomos de carbono pueden formar enlaces

covalentes con otros átomos distintos (hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y

azufre), dando lugar a diferentes grupos funcionales, que confieren

propiedades concretas a las moléculas que los poseen.

CLASIFICACIÓN DE LOS BIOELEMENTOS

De los 70 bioelementos descritos, 25 de ellos están presentes en todos los seres vivos y el resto solo

aparece en determinados grupos. Según la proporción en que se encuentran en la materia viva se

clasifican en:

Bioelementos primarios o plásticos. Son el grupo formado por el carbono (C), hidrógeno (H),

oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). Constituyen, aproximadamente el 99% del total de

la materia viva y son los componentes fundamentales de las biomoléculas.

Bioelementos secundarios. Forman parte de todos los seres vivos, aunque menor proporción que los

anteriores (a excepción del calcio). Se incluyen en este grupo el sodio (Na), potasio (K), calcio (Ca),

magnesio (Mg) y el cloro (Cl).

Oligoelementos o elementos traza. Se encuentran en proporciones inferiores al 0,1 %, pero son

elementos imprescindibles ya que desempeñan funciones especiales en diferentes procesos bioquímicos

y fisiológicos. Algunos oligoelementos, como el hierro (Fe), el cobre (Cu), el cinc (Zn), el manganeso

(Mn), el yodo (I), el níquel (Ni) y el cobalto (Co), aparecen en la mayoría de los seres vivos y otros,

como el silicio (Si), el fluor (F), el cromo (Cr), el litio (Li), el boro (B), el molibdeno (Mo) y el aluminio

(Al), solo están presentes en grupos concretos.


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FUNCIONES DE LOS BIOELEMENTOS PRIMARIOS y SECUNDARIOS

Biología 2º Bachillerato. Tema 1. Bioelementos

OLIGOELEMENTOS ESENCIALES El ser humano no puede producir oligoelementos pero los necesita para vivir y preservar su salud. Son sustancias que intervienen en las funciones respiratoria, digestiva, neurovegetativa y muscular, como reguladores y equilibrantes. Todos ellos deben estar presentes en nuestra alimentación porque, si no ingerimos las pequeñas pero importantes dosis de ellos que precisa nuestro organismo, podemos enfermar. HIERRO: Los pulmones no podrían captar el oxígeno y transportarlo a todas las células sin la presencia del hierro. La carencia de ese oligoelemento puede frenar la producción de glóbulos rojos, ocasionar fatiga y aumentar la sensibilidad a diversas afecciones respiratorias. La carne, el pescado, el hígado, los riñones, el cacao, las espinacas, las habichuelas, el perejil, los mejillones, las habas, la soja, los frutos secos y el pan son alimentos ricos en hierro. COBRE: Estimula el sistema inmunitario. Podemos obtenerlo en los vegetales verdes, el pescado, los guisantes, las entejas, el hígado, los moluscos y los crustáceos. CROMO: Potencia la acción de la insulina y favorece la entrada de glucosa a las células. Su contenido en los órganos del cuerpo decrece con la edad. Los berros, las algas, las carnes magras, las hortalizas, las aceitunas y los cítricos (naranjas, limones, toronjas, etc.), el hígado y los riñones son excelentes proveedores de cromo. YODO: Forma parte de las hormonas tiroideas, que influyen fundamentalmente en el crecimiento y maduración del organismo, y afecta sobre todo a la piel, el pelo, las uñas, los dientes y los huesos. Las algas, los pescados, los mariscos, lo cereales, la carne magra, los huevos, la leche, el ajo, la cebolla, el limón, la naranja, la piña, las hortalizas de hoja verde y los frutos secos con ricos en yodo. MANGANESO: Es necesario para los huesos y juega un papel importante en las funciones reproductoras. Se puede encontrar en el pan integral, las hortalizas, la carne, la leche y sus derivados, los crustáceos y los frutos secos. SELENIO: Es un potentísimo antioxidante. Además, garantiza el buen funcionamiento de los músculos, protege nuestro sistema cardiovascular y puede evitar la aparición de cataratas. Está presente en las carnes de ave, vacuno y cerdo, en los cereales integrales, la levadura de cerveza, el germen de trigo, el ajo, el limón, la cebolla, las setas, el salmón, las verduras y los mariscos. ZINC: Interviene en el funcionamiento de ciertas hormonas y desempeña un importante papel en el crecimiento, la producción de insulina, las funciones psicológicas, la formación de espermatozoides y la defensa del sistema inmunitario. Se halla en alimentos como las ostras, el hígado de pato, la leche, el pan integral, las carnes de vacuno y cerdo, las legumbres, los pescados, las verduras de hoja verde y las nueces COBALTO: Es un componente esencial de la vitamina B12. Contribuye a reducir la presión arterial y a dilatar los vasos sanguíneos, y favorece la fijación de la glucosa en los tejidos. Podemos encontrarlo en las ostras, las legumbres, los cereales integrales, la cáscara de arroz, el ajo, la cebolla, el sésamo y el ginseng. FLÚOR: Previene la aparición de caries al mantener el esmalte de los dientes en buenas condiciones, ayuda a frenar la aparición de osteoporosis y tiene incidencia en el crecimiento. E pescado, los mariscos, el te, las verduras, las hortalizas, los cereales integrales, las legumbres y la cebolla son ricos en flúor. LITIO: Actúa sobre el sistema nervioso y es útil en las afecciones cardiacas. Se encuentra en los cereales integrales, las legumbres, a patata, el tomate, el nabo, el pimiento, las fresas, las frambuesas y la soja germinada. NÍQUEL: Potencia el crecimiento y es recomendable para combatir anemias, y enfermedades infecciosas, y en general, para estados carenciales y convalecencias. Los moluscos, la levadura de cerveza, el arroz integral y las legumbres son las principales suministradores de níquel. SILICIO: Aumenta la elasticidad y resistencia de los huesos, previene la arteriosclerosis, retrasa el envejecimiento y equilibra el sistema nervioso. Se encuentra en los cereales integrales, la levadura de cerveza, el maíz, la calabaza, la sandía y la cola de caballo.

Principales Elementos Químicos de los Seres VivosNombreSímbolo

N.A.P.A.

Valencia Electneg %At

%Peso

Formas químicas Función

Hidrógeno H

12

- 1+ 1

2.1 63 10 C-H H+ Protón H2O Agua

Agua Iones ácidos H+ Compuestos orgánicos: Saturación de los grupos orgánicos

Carbono C

612

- 4+ 4

2.5 10 12 C-C C=C

CO3= Carbonato

CO3H- BicarbonatoCompuestos orgánicos : Esqueleto de las moléculas orgánicas Carbonatos

NitrógenoN

7 14

- 3+ 5

3.0 1.5 3.3 C-NH2 Amino C=N-

Compuestos orgánicos: Grupos reacctivos con carga +

OxigenoO

816

- 2 3.5 25 63 C-OH AlcoholC=O Aldehido.Cetona

COOH AcidoH2O Agua

AguaCompuestos orgánicos : Grupos reactivos con carga -

Azufre S

1632

- 2+ 6

2.5 0.05 0.25 C-SH Sulfhidrilo C-S-S-C Bisulfuro

SO4= Sulfato Compuestos orgánicos : Enlaces reversibles

FósforoP

1531

+5 2.1 0.20 0.98 PO4--- Fosfato Uniones entre compuestos orgánicos

Enlaces ricos en energía. Tampones de pH

Sodio Na

1123

+1 0.9 0.03 0.11 Na+ Ión Sodio Ión en disolución: Principal catión extacelular

Potasio K

1939

+1 0.8 0.05 0.31 K+ Ión Potasio Ión en disolución : Principal catión intracelular

Magnesio Mg

1224

+2 1.2 0.01 0.04 Mg++ Ión Magnesio Ión en disoluciónEnzimas

Calcio Ca

2040

+2 1.0 0.30 1.9 Ca++ Ión Calcio Ión en disolución Mensajero celularIón precipitado : esqueletos

Cloro Cl

1735

-1 3.0 0.10 0.56 Cl- Ión Cloro Ión en disolución: Principal anión inorgánico


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3. LAS BIOMOLÉCULAS

Los átomos de los diferentes bioelementos se unen entre sí mediante enlaces químicos para formar

las moléculas constituyentes de los organismos vivos, que reciben el nombre de biomoléculas o principios

inmediatos. Mediante diferentes técnicas de análisis basadas en métodos físicos, como la filtración, la

destilación, la centrifugación y la decantación, es posible separar las biomoléculas de un ser vivo sin

destruirlas.

A pesar de la gran variedad de biomoléculas (una célula contiene más de 10.000 moléculas

distintas), todas se agrupan en dos grandes clases, según su naturaleza:

Biomoléculas inorgánicas: agua y algunas sales minerales.

Biomoléculas orgánicas: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

Algunas como las enzimas, vitaminas y hormonas, se encuadran químicamente en los grupos de

biomoléculas orgánicas.

El enlace químico en las biomoléculas

La mayoría de las sustancias que existen en la naturaleza son sustancias compuestas, en las que los

átomos tienden a unirse de forma espontánea mediante un enlace químico. Existen dos tipos básicos de

enlaces entre átomos: iónico y covalente. Además, unas moléculas se pueden unir a otras mediante

enlaces intermoleculares.

Todos estos enlaces contribuyen a la formación de las distintas biomoléculas, pero en la materia

viva son especialmente importantes los enlaces covalentes e intermoleculares.

Enlace iónico: se produce entre átomos con electronegatividades (tendencia a ganar electrones) muy

diferentes; se produce por la atracción electrostática de cargas opuestas, resulta de la pérdida de

electrones por parte de un átomo y la ganancia por parte de otros. El átomo que capta los electrones se

transforma en un ión negativo o anión, y el que los pierde, en un ión positivo o catión. En solución los

iones están libres, mientras que en estado sólido unos iones se rodean de otros de carga opuesta,

formando un entramado ordenado que origina una estructura cristalina. De esta forma (sólidas o

solubilizadas), se encuentran las sales minerales presentes en los seres vivos.

Enlace covalente: se produce entre átomos que comparten uno o más pares de electrones, cuya

electronegatividad es igual o parecida. En el primer caso se originan moléculas apolares (como el N2, O

2 e

H2). Cuando unos átomos atraen más que otros los electrones, se originan moléculas polares, con un polo

positivo (+) y otro negativo (-), formando dipolos moleculares, como el H2O, NH

3, SH

2, etc.,…

Enlaces intermoleculares: se establecen entre átomos de moléculas distintas y por lo tanto unen

moléculas. Entre los enlaces intermoleculares destacan:

▪ Puentes o enlaces de hidrógeno: se estable entre un átomo de H y otros átomos muy electronegativos,

como F, O y N. Los átomos de H quedan próximos a otros átomos de moléculas adyacentes y se

establecen pequeñas fuerzas de atracción entre ellos. Este enlace asegura la cohesión entre las

moléculas de agua y contribuye a la conformación espacial de moléculas como las proteínas y los

ácidos nucleicos.

▪ Interacciones iónicas: se producen entre moléculas que poseen grupos funcionales con cargas

eléctricas distintas. Se da en las proteínas.

▪ Interacciones hidrofóbicas: se deben a que las moléculas apolares tienden a agruparse en un medio

acuoso. Son importantes en la formación de las membranas celulares.

▪ Otros: el enlace glucosídico, que une monosacáridos; el enlace peptídico, que une aminoácidos; el

enlace fosfodiéster, que une nucleótidos. Son todos enlaces de tipo covalente que se establecen entre

átomos de diferentes moléculas.


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4. EL AGUA

El agua es un componente fundamental de los seres vivos, ya que es la molécula más abundante

en todos los organismos (supone, aproximadamente, entre el 50 y 90 % de su peso).

La cantidad de agua presente en los seres vivos depende de tres

factores:

▪ Especie. Los organismos acuáticos contienen un porcentaje de agua muy

elevado, que puede alcanzar el 99% de su peso, mientras que los valores

más bajos corresponden a especies adaptadas a zonas desérticas.

▪ Edad del individuo. Las estructuras biológicas de los individuos jóvenes

presentan una mayor proporción de agua que la de los individuos de más

edad.

▪ Tipo de tejido u órgano. Dado que las reacciones biológicas se llevan a

cabo en un medio acuoso, los tejidos con mayor actividad bioquímica

contienen una proporción de agua mayor que los más pasivos. En cambio,

las estructuras esqueléticas animales que constituyen órganos de sostén del

individuo, poseen los porcentajes más bajos.

El agua en los organismos pluricelulares se encuentra en forma de agua

intracelular (en el interior de las células) aproximadamente en dos tercios del

total, y en forma de agua extracelular (en los espacios intersticiales de las

células o como parte del agua circulante en la sangre o en la savia vegetal) en

otro tercio.

El elevado contenido de agua en los seres vivos pone de manifiesto,

además, la importancia de las funciones que desempeña en ellos, las cuales

derivan de sus propiedades físico-químicas y estas, a su vez, de su estructura

química.

Estructura química del agua

La molécula de agua consta de un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, unidos mediante enlaces

covalentes, en los que cada átomo de hidrógeno de una molécula comparte un par de electrones con el

átomo de oxígeno.

Como la electronegatividad del oxígeno es mayor que la del hidrógeno, los pares de electrones

compartidos se ven atraídos con más fuerza por el núcleo del oxígeno que por el del hidrógeno. Esto,

unido al hecho de que el oxígeno posee cuatro electrones más sin compartir, da lugar a dos

consecuencias:

Los enlaces no se disponen en línea recta, sino formando un ángulo de 104,5º.

El átomo de oxígeno presentan una cierta carga negativa (-

) y los átomos de hidrógeno cierta carga

positiva (+

), creándose una asimetría eléctrica. Por esta razón, a pesar de ser eléctricamente neutra en

su conjunto, la molécula de agua tiene carácter dipolar, es un dipolo eléctrico.


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Esta polaridad favorece que las moléculas de agua próximas entre sí tiendan a asociarse, de

manera que la zona con carga negativa de una de ellas es atraída por la zona con carga positiva de otra,

estableciéndose entre ambas un tipo de enlace denominado enlace o puente de hidrógeno, que convierte

al agua en una sustancia altamente cohesiva, ya que cada molécula de agua puede establecer cuatro

puentes de hidrógeno con otras tantas moléculas.

Propiedades físico-químicas del agua

Las propiedades físicas y químicas del agua derivan de su polaridad y de la cohesión entre sus

moléculas. Las más importantes y sus consecuencias biológicas son:

Gran poder disolvente. El agua es uno de los mejores (por no decir el mejor)

disolventes líquidos. El agua disuelve compuestos iónicos y polares y dispersa

moléculas anfipáticas (como los ácidos grasos) y de elevado peso molecular

(como las proteínas).

Si se introduce en un medio acuoso un compuesto iónico o polar, las

moléculas de agua rodean a cada ión o polo con sus zonas de carga opuesta,

fenómeno conocido como solvatación. Como consecuencia de ello, se produce

un reparto en toda la extensión de la masa de agua, o sea, una verdadera

disolución.

Elevada tensión superficial. En la superficie de contacto con otro medio, la

polaridad de las moléculas de agua no se equilibra y la cohesión entre ellas es

mayor, lo que proporciona una especie de película superficial bastante resistente.

Esta propiedad es la causante de la mayoría de las deformaciones celulares y de

los movimientos citoplasmáticos.

Capilaridad. La unión entre las moléculas de agua mediante puentes de hidrógeno les confiere un

grado de cohesión muy alto, lo que combinado con la adhesión a la superficie de otras estructuras (debida

a su polaridad), permite que el agua pueda ascender a lo largo de conductos estrechos. Esta propiedad

resulta fundamental para el ascenso de la savia bruta por los tubos del xilema en las plantas.


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Líquido prácticamente incompresible. El volumen de agua líquida no disminuye apreciablemente aunque

se apliquen presiones muy altas, debido al elevado grado de cohesión entre sus moléculas. Esta propiedad

permite que el agua actúe como esqueleto hidrostático en las células vegetales y determina las

deformaciones citoplasmáticas.

Elevado calor específico. El calor específico de una sustancia (Ce) es la

cantidad de calor (medida en calorías) necesaria para elevar 1º C la

temperatura de un gramo de dicha sustancia. A unos 15 ºC, el Ce del agua es

de 1 cal/g ºC, lo que comparado con otros compuestos es muy elevado. Esto

se debe a que parte de la energía comunicada al agua se emplea en romper

los puentes de hidrógeno y no en elevar la temperatura. Esto permite que el

agua sea un amortiguador térmico, o sea, el agua absorbe o libera grandes

cantidades de calor sin que haya grandes variaciones en su temperatura.

Alta conductividad. La conductividad del calor del agua es relativamente alta y evita la acumulación

local de calor.

Elevado calor de vaporización. Para pasar del estado líquido al gaseoso es necesario que los puentes

de hidrógeno se rompan, lo que requiere un aporte considerable de energía. Esta energía se toma del

entorno, por lo que la evaporación del agua absorbe mucho calor y disminuye la temperatura de su

entorno. Por eso, la formación y evaporación del sudor en los humanos y el jadeo en los perros son

mecanismos refrigerantes que ayudan a regular la temperatura corporal.

Mayor densidad del hielo que del agua líquida. Cuando la temperatura del agua disminuye por debajo

de 4 ºC, cada molécula de agua puede formar enlaces de hidrógeno con otras cuatro, y cuando la

temperatura alcanza los O ºC se forma una red espacial de moléculas de agua que ocupa un mayor

volumen que el agua líquida, por lo que el hielo formado es menos denso y flota en ella.

Esta propiedad permite la vida acuática en los climas fríos, ya que se forman capas de hielo

superficiales que actúan como aislante térmico, lo que permite la supervivencia de las especies acuáticas

en invierno.

Bajo grado de ionización. En el agua líquida existe una pequeña cantidad de moléculas ionizadas

(disociadas en sus iones), debido a la pequeña masa del hidrógeno y a que su electrón se halla

fuertemente unido al oxígeno.

Cuando una molécula de agua se ioniza se obtienen dos iones, H3O

+

y OH-

, con carga opuesta y

en igual concentración (los H3O

+

suelen representarse simplemente como H+

).

El producto de las concentraciones de los iones (H3O

+

y OH-

) es constante, y se denomina

producto iónico. Su valor para el agua pura a 25 ºC es:

Kw = ][][ -

3OHOH

= 1 14

10


10

En el agua pura las concentraciones de iones H3O

+

y OH-

es la misma e igual a 1 10-7

, sin embargo

en una disolución acuosa la proporción de iones varía, pudiendo ser:

Neutras, si la concentración de iones H3O

+

y OH-

es igual.

Ácidas, si la concentración de iones H3O

+

es mayor que la de OH-

.

Básicas, si la concentración de iones OH-

es mayor de que de H3O

+

.

El agua y sus productos de ionización participan en una serie de reacciones biológicas importantes,

entre las que destacan las reacciones de hidrólisis, en las que una molécula de agua rompe una molécula

orgánica. La hidrólisis es el procedimiento empleado para obtener moléculas sencillas a partir de

macromoléculas, como sucede en la digestión.

Funciones biológicas del agua

Las funciones que el agua desempeña en los seres vivos derivan de las propiedades que acabamos

de ver. El agua en los seres vivos actúa, principalmente como:

▪ Medio de transporte de sustancias. Debido a su poder disolvente y dispersante, puede transportar

sustancias de una zona a otra de los organismos (ejemplo: sangre y savia). Además, gracias al

transporte de sustancias las células pueden intercambiar materia con el medio a través de las

membranas celulares.

▪ Medio de reacción. Gracias al poder disolvente, la mayoría de las biomoléculas están disueltas en el

agua y pueden reaccionar entre sí.

▪ Reactivo químico. Participa en algunas reacciones químicas, como las reacciones de hidrólisis, en las

que se rompen enlaces introduciendo la molécula de agua.

▪ Agente regulador de la temperatura. El agua es un excelente amortiguador térmico, debido al elevado

calor específico, evitando cambios bruscos de temperatura en los organismos. Las reacciones

biológicas generan calor, pero no se produce un aumento de temperatura ya que el agua lo absorbe.

Además la alta conductividad térmica evita la acumulación de calor en un determinado punto del

organismo. Asimismo, el elevado calor de vaporización facilita la regulación de la temperatura

corporal, refrigerando el organismo al evaporarse el sudor.

Otras funciones del agua son:

Función estructural: proporciona turgencia a las células debido a su carácter incompresible. Algunos

animales (como gusanos perforadores), presentan esqueletos hidrodinámicos, que al hincharse les

permite perforar el fondo marino.

Amortigua los golpes, como el líquido cefalorraquídeo que protege al cerebro de los golpes que sufre

el cráneo.

Lubrica las articulaciones, como el líquido sinovial, que evita el rozamiento de los huesos en la

articulación.

5. LAS SALES MINERALES y SUS FUNCIONES BIOLÓGICAS

Los organismos vivos están formados también por sales minerales, compuestos inorgánicos que

pueden encontrarse en dos formas:

■ En estado sólido, cuando son insolubles en agua y se encuentran precipitadas, formando parte de

estructuras esqueléticas, como huesos, conchas o caparazones.

■ En disolución, cuando son solubles en agua y se encuentran disociadas en sus correspondientes iones

(aniones y cationes). Entres los aniones y cationes más frecuentes figuran los siguientes:

Aniones: Cl-

; -2

3CO ;

-

3HCO ;

-3

4PO ;

-2

4SO

Cationes: Na+

; K+

; Ca2+

; Mg2+

; Fe2+

; Fe3+

Algunos cationes pueden aparecer asociados a determinadas moléculas orgánicas (proteínas)

como el ión ferroso, que interviene en el transporte de oxígeno asociado a la hemoglobina.


11

Funciones de las sales minerales

Constitución de estructuras esqueléticas. Los huesos, las conchas, los caparazones y las espículas de

algunos organismos están formadas por sales precipitadas, como fosfatos (Ca3(PO

4)2), carbonato cálcico

(CO3Ca) e incluso sílice (SiO

2).

Funciones fisiológicas y bioquímicas. Muchos procesos biológicos solo se pueden realizar con la

intervención de determinados cationes. En el cuadro de los bioelementos se recogen los más importantes.

Regulación del equilibrio osmótico. Todos los medios líquidos biológicos (sangre, plasma intersticial,

líquido cefalorraquídeo, etc.,…) constituyen disoluciones de sales en agua cuyo grado de concentración

depende de la estabilidad celular y la realización de algunas funciones fundamentales.

Cuando existen dos disoluciones de diferente concentración separadas por una membrana

semipermeable que no deja pasar el soluto pero sí el disolvente, se produce el paso del disolvente (agua

en los medios celulares) desde la disolución más diluida (hipotónica o hipoosmótica) hacia la más

concentrada (hipertónica o hiperosmótica) a través de la membrana. Este fenómeno se conoce como

ósmosis. Cuando el agua pasa a la disolución hipertónica, esta se diluye, mientras que la disolución

hipotónica se concentra al perder agua. El proceso continua hasta que ambas disoluciones igualan su

concentración, es decir, se hacen isotónicas o isoosmóticas (como el suero fisiológico, de 0,9% de

concentración salina, que es una solución isotónica con las células del cuerpo humano). Para evitar el paso

del agua sería necesario aplicar una presión, denominada presión osmótica, tanto más intensa cuanto

mayor fuera la diferencia de concentración entre ambas disoluciones.

Como la membrana plasmática es semipermeable, es necesario

mantener una concentración salina dentro de la célula igual a la del medio

externo para que la célula no tenga pérdida ni ganancia de agua. Cuando

esto no sucede se producen dos tipos de fenómenos osmóticos:

▪ Si la concentración del medio intracelular es mayor que la del medio

externo, la entrada masiva de agua producirá un hinchamiento,

conocido como turgencia celular. Si la célula es animal puede llegar a

estallar (lisis osmótica) y si es vegetal se hincha ligeramente ya que la

pared celular equilibra la presión osmótica, comprimiéndose el

citoplasma contra la pared.

▪ Si, por el contrario, la concentración del medio interno es

menor que en el medio externo, la célula pierde agua y

disminuye su volumen, fenómeno conocido como

plasmólisis. La célula se arruga y la pérdida de agua puede

llegar a la muerte celular. En las células vegetales la

vacuola disminuye su tamaño, arrastrando al citoplasma y

la membrana se despega de la pared.


12

Todos los seres vivos, acuáticos o terrestres, están obligados a la osmorregulación o regulación de

la presión osmótica. Muchos de ellos han conseguido sobrevivir en medios hipotónicos o hipertónicos

mediante mecanismos físicos o químicos que evitan los cambios de presión osmótica en su medio interno.

Mantenimiento del pH. En los líquidos biológicos siempre existen unas ciertas cantidades de iones H3O

+

(hidrogeniones) y OH-

(hidroxilos) que proceden de la disociación del agua y de sustancias ácidas y

básicas. (los iones H3O

+

suelen representar simplemente como H+

).

Cuando la [H+

] es mayor que la [OH-

] la disolución es ácida y cuando la [H+

] es menor que la de

[OH-

] decimos que dicha disolución es básica. Si ambas concentraciones son igual, dicha disolución es

neutra.

Para medir el grado de acidez de una disolución se utiliza el término pH, que se define como el

logaritmo inverso de la [ H+

].

pH = log

][H

1

= - log [H

+

]

Así, por ejemplo, el pH de una

disolución cuya [H+

] es de 10-5

será de 5.

La utilización de valores de pH

permite simplificar el manejo de los valores

exponenciales y bajo de la [H+

]. Los valores

de pH pueden oscilar entre 0 y 14.

▪ pH= 7 pH neutro

▪ pH < 7 pH ácido

▪ pH > 7 pH básico

Para el buen funcionamiento, las células requieren un pH cercano al neutro. Sin embargo, como

consecuencia de las reacciones metabólicas, continuamente se están produciendo sustancias ácidas o

básicas que varían el pH. Para evitarlo, el organismo dispone de ciertos mecanismos químicos, los sistemas

amortiguadores o tampón, que evitan los cambios de pH, constituidos por un ácido débil y una sal del

mismo ácido. Existen diversos sistemas tampón, los más importantes son el sistema tampón bicarbonato

que mantiene el pH de los líquidos extracelulares y el sistema tampón fosfato, que actúa en el medio

intracelular. (más adelante se expone su forma de actuación).

Biología 2º Bachillerato

APÉNDICE TEMA 1. FÍSICO-QUÍMICA DE LAS DISPERSIONES ACUOSAS

El agua es el disolvente biológico ideal, disuelve con facilidad una gran variedad de

constituyentes de los seres vivos, entre ellos iones, azúcares y muchos aminoácidos.

Debido a su gran poder disolvente, el agua se encuentra en el interior de todos los seres vivos

formando disoluciones de diversos solutos.

Una disolución o dispersión es una mezcla homogénea de moléculas distintas, que son las del

disolvente o fase dispersante y las de soluto o fase dispersa.

Según el tamaño de las partículas dispersas en el agua se distinguen dos tipos de disoluciones:

Disoluciones verdaderas: cuando el tamaño de las moléculas de soluto es pequeño, debido a lo

cual el aspecto de la disolución es igual que el disolvente puro. Las disoluciones verdaderas poseen

unas propiedades, llamadas coligativas que dependen de la concentración del soluto (como el aumento

de la temperatura de ebullición).

Forman disoluciones verdaderas las sales minerales y moléculas orgánicas de bajo peso

molecular (monosacáridos, disacáridos, aminoácidos,…)

Disoluciones o dispersiones coloidales: cuando las moléculas de soluto son de gran peso molecular

y tamaño. No son disoluciones verdaderas porque las moléculas de soluto se pueden separar por

ultracentrifugación. En estas dispersiones los solutos son macromoléculas como las proteínas, los ácidos

nucleicos y los polisacáridos.

Las partículas dispersas pueden provocar tres fenómenos en relación con su movimiento en el

seno del agua: difusión, diálisis y ósmosis.

La difusión sería el fenómeno por el cual las moléculas disueltas

tienden a distribuirse uniformemente en el seno del agua. Puede ocurrir

también a través de una membrana si es lo suficientemente permeable,

de manera que las moléculas de soluto pueden atravesar la membrana

desde una zona de alta concentración hacia otra de baja concentración,

es decir, a favor del gradiente de concentración. Un ejemplo es el

movimiento del CO2 hacia el exterior de la célula o el movimiento de los

iones de Na hacia el interior de las células nerviosas cuando conducen el

impulso nervioso.

La ósmosis es la difusión de agua a través de una membrana

semipermeable en presencia de al menos un soluto para el que la

membrana es impermeable. La difusión de las moléculas de agua se

realiza de la zona más diluida a la más concentrada hasta alcanzar un

equilibrio de concentraciones (equilibrio osmótico). En clase ya hemos

estudiado qué sucede cuando no se da tal equilibrio.

La diálisis es un proceso relacionado con la ósmosis. En este caso

pueden atravesar la membrana además del disolvente, moléculas de bajo

peso molecular y éstas pasan atravesando la membrana desde la solución

más concentrada a la más diluida. El movimiento se produce desde la

zona de mayor presión a la zona de menor presión, como sucede en el

riñón cuando el agua y los solutos pequeños salen de los vasos sanguíneos para formar la orina.

Mediante la diálisis, si se tiene una disolución de dos tipos de sustancias, una de ellos de

elevado peso molecular y otra bajo peso molecular, se puede conseguir una separación parcial de esta

última. Para ello, se prepara la disolución en un recipiente separado, por medio de una membrana

semipermeable, de otro que contiene agua destilada. El soluto de bajo peso molecular se distribuye a

través de la membrana hasta que se alcanza la misma concentración en ambos recipientes, mientras que

las moléculas de gran tamaño no atravesarán la membrana y se quedarán en el recipiente original.

La diálisis es el fundamento de la hemodiálisis que intenta sustituir la filtración renal deteriorada.

Mediante esta técnica se consigue eliminar las sustancias tóxicas de la sangre (como la urea) en caso de

insuficiencia renal.

Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida.

1

ACTIVIDADES TEMA 1. LA BASE FÍSICO-QUÍMICA DE LA VIDA. PARTE 1. LA MATERIA DE LOS SERES VIVOS. LOS COMPUESTOS INORGÁNICOS. 1. En qué nivel de organización de la materia incluirías: Proteína Pradera Rebaño de ovejas Epidermis Hueso Núcleo celular Oligoelemento Colonia de protozoos Bacteria Raíz 2. Busca qué ramas científicas de la Biología están relacionadas con el estudio de: • Moléculas y procesos químicos en los seres vivos • Células y orgánulos celulares • Tejidos • Microorganismos • Animales • Vegetación • Características físicas animales y plantas • Funcionamiento de órganos, aparatos y sistemas en animales y plantas • ADN y transmisión de caracteres hereditarios • Desarrollo embrionario en animales • Fósiles • Comportamiento animal • Ecosistemas 3. El Silicio es un elemento muy abundante en la corteza terrestre. Busca datos referentes a sus

propiedades físico-químicas y trata de explicar porqué el carbono y no el silicio, siendo tan abundante, ha permitido la formación de la materia viva.

4. Trata de explicar: a) ¿Porqué el oxígeno permite obtener tanta energía a partir de la materia orgánica?. b) ¿Porqué el fósforo permite almacenar energía de pronto uso?. c) ¿Porqué se cree que la vida apareció en el medio acuoso?. 5. ¿Qué es un Oligoelemento?. Cita cinco ejemplos y su importancia en los seres vivos. 6. ¿Significa lo mismo materia viva y materia orgánica?. ¿Las moléculas orgánicas se encuentran

solamente en los seres vivos?. Razona la respuesta. 7. ¿Por qué la carne de ternera es más blanda que la de vaca, pero esta última, a igualdad de peso,

proporciona más nutrientes?. 8. Explica sucintamente si la proposición que sigue es verdadera o falsa: “Todas las células viven en un

medio acuoso, excepto las de los reptiles, que prefieren ambiente seco”. 9. ¿A qué se debe la fuerte cohesión entre las moléculas de agua?. 10. ¿Porqué a temperatura ambiente el agua es un líquido, siendo el SO2, un gas?. 11. ¿Porqué el agua es un gran disolvente?. ¿Porqué no disuelve los hidrocarburos?.


2

12. Explica: a) ¿Porqué las regiones costeras tienen un clima más suave que las zonas interiores de los

continentes?. ¿Qué relación tiene esta pregunta con los seres vivos?. b) ¿Porqué al depositar suavemente una hoja de afeitar sobre la superficie del agua esta no se hunde?. 13. ¿Cuál es el pH de dos disoluciones en las que [H+] es 1,4 x 10-8 y 4 x 10-6?. 14. Hasta hace poco tiempo, cuando una comida copiosa provocaba acidez de estómago, al

segregarse gran cantidad de HCl, se tomaba bicarbonato sódico (HCO3Na) para su digestión. a) Explica cómo tiene lugar el proceso de neutralización en el estómago b) Actualmente no se aconseja abusar del bicarbonato, ¿sabes por qué?. 15. Busca en algún libro las diferencias entre ósmosis y diálisis. 16. Lee atentamente estos experimentos y responde a las siguientes cuestiones: Experimento 1. Extraemos un fragmento de tejido y lo introducimos en un recipiente con un medio acuoso (medio A), dejándolo reposar cinco minutos. Retiramos el tejido del medio y al observar el microscopio, vemos que sus células presentan un aspecto arrugado. Experimento 2. Realizamos un experimento similar, introduciendo esta vez el tejido en otro medio (medio B). Al observar las células al microscopio aparecen hinchadas. a) ¿Cómo sería el medio A y el medio B?. b) ¿Cómo se denomina el fenómeno que sufren las células en cada experimento?. c) Explica el proceso físico que ha sucedido en cada uno de los experimentos. 17. ¿Porqué las hojas de lechuga se ponen turgentes cuando se dejan en agua y luego al aliñar se

arrugan?. 18. ¿Porqué las soluciones que se administran en inyección endovenosa deben ser isotónicas para las

glóbulos rojos?. ¿Qué podría ocurrir si así no fuera?.


PARTE II. GLÚCIDOS y LÍPIDOS

1. CONCEPTO DE GLÚCIDO, FUNCIONES y CLASIFICACIÓN

2. MONOSACÁRIDOS

2.1. Composición química y nomenclatura

2.2. Propiedades químicas

2.3. Propiedades físicas

2.4. Fórmulas cíclicas

2.5. Importancia biológica de los monosacáridos

3. ENLACE O-GLUCOSÍDICO

4. DISACÁRIDOS

5. POLISACÁRIDOS

6. HETERÓSIDOS

7. FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LOS GLÚCIDOS

8. LÍPIDOS: CARACTERÍSTICAS GENERALES y CLASIFICACIÓN

9. LOS ÁCIDOS GRASOS

10. LÍPIDOS SAPONIFICABLES

10.1. LÍPIDOS SIMPLES SAPONIFICABLES

GRASAS

CERAS

10.2. LÍPIDOS COMPLEJOS SAPONIFICABLES

FOSFOGLICÉRIDOS

ESFINGOLÍPIDOS

11. LÍPIDOS INSAPONIFICABLES

TERPENOS

ESTEROIDES

PROSTAGLANDINAS

12. FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LOS LÍPIDOS


1

1. CONCEPTO DE GLÚCIDO, FUNCIONES y CLASIFICACIÓN

Los glúcidos son moléculas orgánicas que contienen átomos de C, H y O. A menudo se les

denominan azúcares, ya que muchos de ellos tienen sabor dulce y también reciben el nombre de hidratos

de carbono o carbohidratos, porque muchos de ellos responden a la fórmula empírica Cn(H

2O)

n que

parece corresponder a combinaciones de carbono con agua.

Sin embargo, esta última denominación resulta incorrecta, pues los glúcidos son polialcoholes con

un grupo funcional carbonilo (aldehído o cetona); es decir, son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas.

Esta composición química es común a todos los glúcidos.

Los glúcidos se encuentran en todos los seres vivos, donde desempeñan fundamentalmente una

función energética, aunque también existen otros glúcidos no energéticos que cumplen otras funciones

(estructural, reconocimiento celular, etc.)

Los glúcidos se clasifican según su complejidad en:

MONOSACÁRIDOS u OSAS: comprenden los glúcidos más simples y no pueden ser hidrolizados (no

hidrolizables). Contienen entre 3 y 7 átomos de carbono. En este grupo se incluyen también sus derivados.

Entre ellos se encuentran la glucosa, fructosa o la ribosa.

ÓSIDOS: son glúcidos compuestos por la unión de varios monosacáridos ( o sus derivados). Estos

glúcidos son hidrolizables, ya que pueden experimentar reacciones de hidrólisis que liberan los

monosacáridos que los componen. Se subdividen en dos grupos:

▪ Holósidos: formados únicamente por monosacáridos. Según el número de monosacáridos que

presentan pueden ser:

- Oligosacáridos: compuestos por la unión de dos a diez monosacáridos. Entre ellos destacan los

disacáridos, como la sacarosa, lactosa o maltosa.

- Polisacáridos: formados por un elevado número de monosacáridos. Destacan el almidón, glucógeno,

celulosa y quitina.

▪ Heterósidos: formados por una parte glucídica (monosacáridos) y otra no glucídica que recibe el

nombre de aglucón. Si la parte no glucídica es una proteína hablamos de glucoproteínas y si se trata de

un lípido, de glucolípidos.

2. MONOSACÁRIDOS

Los monosacáridos son los glúcidos más sencillos, por eso las células pueden utilizarlos

directamente como fuente de energía.

2.1. Composición química y nomenclatura

Los monosacáridos contienen entre 3 y 7 átomos de carbono, denominándose triosas, tetrosas,

pentosas, hexosas o heptosas si el número de carbonos es, respectivamente, 3, 4, 5, 6, o 7.

Químicamente los monosacáridos son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas, es decir, están

formados por varios grupos alcohol (-OH) con un grupo aldehído (-CHO) o cetona (-CO).

Según el grupo funcional principal que lleven, se clasifican en :

■ Aldosas: tienen un grupo aldehído en el primer carbono (C1) y grupos hidroxilo en el resto de los

carbonos.

■ Cetosas: tienen un grupo cetona en el segundo carbono (C2) y grupos hidroxilo en el resto.

Los monosacáridos se nombran anteponiendo el prefijo aldo- o ceto- al nombre que indica el

número de carbonos, seguido de la terminación –osa. Por ejemplo, un monosacárido de tres átomos de

carbono cuyo grupo funcional principal es un aldehído se denomina aldotriosa y será cetotriosa si el grupo

funcional es una cetona.

Además de la nomenclatura sistemática, la forma de nombrar a los monosacáridos más utilizada es

mediante nombres vulgares o comunes, que hacen referencia a alguna característica, utilizando la

terminación –osa (glucosa, fructosa, ribosa, galactosa, etc.).


2

FÓRMULAS DE LOS MONOSACÁRIDOS (PROYECCIÓN DE FISCHER)


3

2.2. Propiedades químicas

Todos los monosacáridos tienen carácter reductor debido a la presencia de los grupos aldehído o

cetona, que pueden oxidarse a carboxilos.

Esta propiedad se utiliza para determinar la presencia de monosacáridos en un material biológico,

mediante diferente tipo de reacciones. Entre ellas destaca la reacción de Fehling, en la que se emplea

sulfato de cobre (SO4Cu) en un medio alcalino (NaOH) y es reducido a óxido de cobre (Cu

2O),

produciendo una coloración rojo ladrillo.

Además el grupo aldehído o cetona participan en la formación de distintos enlaces:

▪ Hemiacetálicos internos, originando formas cíclicas

▪ Enlaces glucosídicos entre monosacáridos, originando disacáridos y polisacáridos.

2.3. Propiedades físicas

Todos los monosacáridos son sólidos cristalinos y blancos, perfectamente solubles en agua, y tienen

sabor dulce.

Todos los monosacáridos, a excepción de la Dihidroxiacetona, presentan carbonos asimétricos, es

decir, carbonos unidos a cuatro radicales distintos, lo que les otorga dos propiedades físicas muy

importantes:

Estereoisomería o isomería espacial

Actividad óptica

Estereoisomería

La estereoisomería es la existencia de moléculas que presentan la misma fórmula estructural pero

distinta disposición espacial de sus átomos. Esto sucede debido a la presencia de algún átomo de

CARBONO ASIMÉTRICO, es decir, un carbono que está unido a cuatro radicales diferentes. Los carbonos

asimétricos son frecuentes en los glúcidos y se identifican en la molécula con un asterisco (*).

Cada carbono asimétrico determina la existencia de dos ISOMÉROS ESPACIALES o

ESTEREOISÓMEROS (DIASTEROISÓMEROS), dos moléculas con la misma fórmula estructural pero

diferente configuración espacial.

Vamos a verlo, con el ejemplo del gliceraldehído, un monosacárido de tres carbonos con un grupo

aldehído en el carbono primero.

Para representar en el plano la molécula de gliceraldehído, se utiliza habitualmente la

PROYECCIÓN DE FISCHER, en la que la cadena carbonada se dispone en vertical y los grupos unidos a

los carbonos asimétricos se sitúan a la derecha y a la izquierda de estos.

carbono

asimétrico


4

Los dos estéreo isómeros del gliceraldehído se representan de la forma siguiente según la

proyección de Fischer:

Cada uno de los estereoisómeros del gliceraldehído recibe un nombre distinto, de manera que se

pueden distinguir dos formas espaciales:

Forma D: en la que el grupo –OH del carbono asimétrico está situado hacia la derecha. Se denomina

D-gliceraldehído.

Forma L: en la que el grupo –OH del carbono asimétrico está situado hacia la izquierda. Se denomina

L-gliceraldehído.

Pero, la mayoría de los monosacáridos llevan más de un carbono asimétrico, por lo que el número

de isómeros espaciales o estereoisómeros de cada sustancia es mayor de dos. Para poder calcular el

número de esteroisómeros posibles de un monosacáridos aplicaremos la fórmula 2n

, siendo n el número de

carbonos asimétricos.

Para todos aquellos monosacáridos que posean más de un carbono asimétrico, se ha establecido,

por convenio, que los prefijos D y L se refieran sólo al carbono asimétrico más alejado del grupo carbonilo,

es decir, el carbono asimétrico de mayor numeración.

Formas D Formas L


5

Dentro de los estereoisómeros se pueden diferenciar:

■ ENANTIÓMEROS o ENANTIOMORFOS: son imágenes especulares entre sí y no superponibles. Los

enantiómeros conservan el mismo nombre, añadiendo la denominación D o L.

■ EPÍMEROS: no son imágenes especulares entre sí y se diferencian en la posición de un grupo –OH

diferente al que se toma como referencia para la serie D o L. No conservan el mismo nombre.

Actividad óptica

La presencia de carbonos asimétricos determina una importante propiedad de los monosacáridos

en disolución: la actividad óptica. Esta es la capacidad que poseen para desviar el plano de polarización

de un haz de luz polarizada que atraviesa la disolución.

Cuando desvían el plano de polarización a la derecha se denominan dextrógiros y se simboliza con el

signo (+).

Cuando desvían el plano de polarización a la izquierda se denominan levógiros y se simboliza con el

signo (-).

Hay que aclarar que no existe relación entre la actividad óptica, dextrógira o levógira , y el carácter

D o L de un determinado estereoisómero. Así el D-gliceraldehído o la D-glucosa son dextrógiros, mientras

que la D-fructosa es levógira.


6

2.4. Fórmulas cíclicas

Las fórmulas de los monosacáridos en Proyección de Fischer (cadena lineal) son correctas para las

triosas y las tetrosas. Sin embargo, en el caso de las aldopentosas y las hexosas, no explican algunas de

sus propiedades en disolución. Esto es debido a que estos monosacáridos adoptan estructuras cíclicas de

forma pentagonal o hexagonal, la denominada proyección de Haworth.

Estas formas cíclicas se originan al reaccionar el grupo carbonilo con uno de los grupos hidroxilo.

Se obtiene así un enlace hemiacetal (en las aldosas) o hemicetal (en las cetosas). Este enlace no implica

pérdida ni ganancia de átomos, sino una reorganización de los mismos.

Las formas cíclicas resultantes pueden tener forma pentagonal, denominados los monosacáridos

furanosas o hexagonal llamándose piranosas.

Como resultado de la ciclación, el carbono del grupo carbonilo (llamado ahora carbono

anomérico), pasa a ser asimétrico y, por tanto se originan dos nuevos estereoisómeros, denominados

ANÓMEROS:

Anómero alfa (): el –OH del carbono anomérico queda por debajo del plano, en posición TRANS

(distinto lado) respecto al –CH2OH unido al penúltimo carbono.

Anómero beta (): el –OH del carbono anomérico queda por debajo del plano, en posición CIS

(mismo lado) respecto al –CH2OH unido al penúltimo carbono.

La conformación real de los monosacáridos en disolución varía con respecto a la propuesta por

Haworth, ya que, debido a la presencia de enlaces covalentes sencillos, las moléculas no pueden ser

planas, adoptando una configuración en silla y en bote (figura 7). La configuración en silla es más estable

porque existen menos repulsiones electrostáticas.


7

2.5. Importancia biológica de los monosacáridos

Los monosacáridos tienen una gran interés, por ser los monómeros constituyentes de todos los

glúcidos. También se presentan libres y actúan como nutrientes de las células para la obtención de energía,

o como metabolitos intermediarios de importantes procesos biológicos, como la respiración o la

fotosíntesis.

Los monosacáridos más importantes son:

Triosas: son el D-gliceraldehído y la dihidroxiacetona. Su importancia radica en que son compuestos

intermediarios del metabolismo de la glucosa y otros glúcidos.

Tetrosas: destaca la D-eritrosa, que es un compuesto intermediario de la fotosíntesis.

Pentosas:

D-ribosa: es un componente de nucleótidos en estado libre, como el ATP y, de ácidos nucleicos, como

el ácido ribonucleico (ARN).

D-desoxirribosa: se encuentra en el ácido desoxirribonucleico (ADN).

D-ribulosa: actúa como intermediario activo en la fijación del CO2 atmosférico en la fotosíntesis.

Hexosas:

D-glucosa: también llamada azúcar de la uva. Es la molécula energética más utilizada por los seres

vivos. Se localiza en estado libre en el citoplasma celular, en el plasma sanguíneo (en concentraciones

constantes) y en algunos frutos, como las uvas o los dátiles. Constituye asimismo, la unidad

componente de los polisacáridos más comunes (almidón, glucógeno y celulosa).

D-galactosa: forma parte de la lactosa (disacárido de la leche), de polisacáridos complejos y de

heterósidos.

D-fructosa: se encuentra libre en las frutas o unido a la glucosa formando el disacárido sacarosa. Se

encuentra en el semen como nutriente de los espermatozoides. Las células hepáticas la transforman en

glucosa, por lo que tiene un valor nutritivo equivalente.

3. ENLACE O-GLUCOSÍDICO

Los monosacáridos se pueden unir entre sí para formar

otros glúcidos más complejos. Esta unión se lleva a cabo al

reaccionar dos grupos hidroxilo (-OH) de dos moléculas

distintas. Se produce entonces la liberación de una

molécula de agua y la unión de los dos monosacáridos por

el oxígeno de uno de los grupos hidroxilo implicados. El

enlace así creado se denomina O-glucosídico.


8

4. DISACÁRIDOS

Los disacáridos están formados por la unión de dos monosacáridos mediante un enlace O-glucosídico.

La unión entre los monosacáridos puede ser de dos tipos:

Enlace monocarbonílico: se establece entre dos grupos –OH, en el que uno de ellos pertenece al

carbono anomérico. El disacárido resultante tiene poder reductor, ya que le queda un grupo anomérico

libre, como a los monosacáridos. El disacárido que se origina puede aparecer en forma o en forma

, según el segundo monosacárido tenga una u otra conformación. Ejemplos de este enlace se

encuentran en la maltosa, lactosa y celobiosa.

Enlace dicarbonílico: se establece cuando los dos grupos –OH implicados en el enlace son

anoméricos. El disacárido resultante no tiene carácter reductor, pues no posee grupos –OH anoméricos

libres, como sucede en la sacarosa.

Nomenclatura

El nombre del disacárido debe indicar claramente los monosacáridos constituyentes y los carbonos

que participan en el enlace O-glucosídico. Se siguen las siguientes reglas:

1º. Se escribe el nombre del primer monosacárido, con la terminación –osil.

2º. Se expresa entre paréntesis los carbonos participantes en el enlace, separados por una flecha corta.

3º. Se escribe el nombre del segundo monosacárido, con la terminación –osa, si el enlace es

monocarbonílico, o con la terminación –ósido si es dicarbonílico.

Sin embargo, normalmente se emplea una denominación más corta, que alude a los productos

donde se encuentra. Por ejemplo, la D-galactopiranosil (14) -D-galactopiranosa recibe también el

nombre de lactosa, por estar presente en la leche.

Propiedades de los disacáridos

Los disacáridos presentan las mismas propiedades que los monosacáridos: son solubles en agua,

cristalizables, blancos y tienen sabor dulce. Su capacidad reductora está condicionada por la existencia de

un grupo anomérico libre.

Disacáridos más importantes

Maltosa: -D-glucopiranosil (14) -D-glucopiranosa. La maltosa procede de la hidrólisis del almidón

y del glucógeno. Se encuentre en las semillas en germinación (como la malta), que comienzan a emplear

la reserva de almidón acumulada.

La maltosa puede estar constituida por una glucosa y otra (la que emplea su carbono 4 en el

enlace O-glucosídico). Esta forma se denomina y esta más estable en las disoluciones que la forma .

Lactosa: -D-galactopiranosil (14) -D-glucopiranosa. La lactosa se encuentra libre en la leche y

unida a otras moléculas constituyendo algunos glucolípidos.

Sacarosa: -D-glucopiranosil (12) -D-fructofuranósido. La sacarosa es el azúcar de consumo

habitual, tanto de caña como de remolacha. Es uno de los principales componentes de la savia elaborada.

No tiene carácter reductor.

Celobiosa:-D-glucopiranosil (14) -D-glucopiranosa. La celobiosa se obtiene de la hidrólisis de la

celulosa.

En la página siguiente están representadas las fórmulas y los constituyentes de cada uno de estos

disacáridos.


9

5. POLISACÁRIDOS

Los polisacáridos están formados por largas cadenas de monosacáridos unidos mediante enlaces O-

glucosídicos, por lo que se trata de macromoléculas.

La formación de los polisacáridos a partir de monosacáridos es un ejemplo de polimerización, en la

que se libera una molécula de agua por cada enlace O-glucosídico creado. La rotura de estos enlaces de

realiza, pues, por hidrólisis.

Propiedades

Al ser macromoléculas, los polisacáridos no se disuelven fácilmente en agua y pueden ser

insolubles, como la celulosa, o formar dispersiones coloidales, como el almidón. Además no son

cristalinos, ni tienen sabor dulce. Tampoco tienen carácter reductor, ya que no poseen carbonos

anoméricos con grupos hidroxilo libres.


10

Clasificación

Según sus componentes se distinguen dos grupos de polisacáridos:

Homopolisacáridos: formados por un tipo de monosacáridos. Son los más abundantes en la

naturaleza, y desarrollan dos tipos de funciones biológicas:

De reserva energética: presentan enlaces de tipo , y se pueden hidrolizar fácilmente liberando los

monosacáridos que los componen. Los más importantes son el almidón y el glucógeno.

Estructural: presentan enlaces de tipo , que les confieren gran resistencia a la hidrólisis. Los más

importantes son la celulosa y la quitina.

Heteropolisacáridos: formados por más de un tipo de monosacáridos. Entre ellos se encuentran los

peptidoglucanos, pectinas, agar-agar, goma arábiga, ácido hialurónico y heparina.

Homopolisacáridos de reserva

Se localizan, generalmente, en forma de grandes gránulos en el citoplasma celular. Los más

importantes son el almidón, el glucógeno y los dextranos.

Almidón. Es un homopolisacárido de -D-glucopiranosa, formado por dos constituyentes distintos:

▪ Amilosa. Está formada por largas cadenas de -D-glucopiranosa, no ramificadas, en las que las

moléculas de glucosa se unen mediante enlaces (14). Las cadenas adoptan formas helicoidales y

tienen seis moléculas de glucosa por vuelta.

▪ Amilopectina. Está formada por cadenas de -D-glucopiranosa con enlaces (14), con

ramificaciones. En los puntos de ramificación los enlaces son (16). Las ramificaciones están

formadas por 12 unidades de glucosa y, aparecen, por término medio, cada 24 a 30 restos del

glucosa.

El almidón es el polisacárido de reserva en los vegetales y se acumula en los órganos de reserva,

como semillas, raíces y tubérculos, en forma de granos en el interior de los amiloplastos.


11

Glucógeno. Constituye el polisacárido de reserva propio de los hongos

y de los animales, en los que forma gránulos visibles y abundantes en el

hígado y en los músculos estriados.

El glucógeno es un polímero de -D-glucopiranosa con una

estructura semejante a la amilopectina, aunque con más ramificaciones

(aproximadamente, cada ocho o diez moléculas de glucosa), lo que facilita

su hodrólisis.

Dextranos. Son los polisacáridos de reserva en las bacterias y levaduras

y están compuestos por -D-glucopiranosas que dan lugar a cadenas

ramificadas, pero las uniones son variadas: (12), (13),…

Homopolisacáridos estructurales

Este tipo de polisacáridos tienen enlaces O-glucosídicos de tipo , por lo que son difíciles de

hidrolizar, característica que les permite constituir estructuras biológicas resistentes. Destacan entre ellos:

Celulosa. Es un polímero lineal de -D-glucopiranosa, con enlaces (14), formado por largas

cadenas (en ocasiones de hasta 15.000 glucosas) sin ramificar.

La celulosa es el principal

componente de las paredes celulares

de los tejidos vegetales, siendo el

compuesto orgánico más abundante

de la biosfera. Se encuentra por tanto,

en productos de consumo humano,

como el papel, la madera o el

algodón.

La mayoría de los animales no pueden utilizar la celulosa como nutriente porque carecen del

enzima celulasa, que la hidroliza. No obstante, herbívoros e insectos fitófagos (como las termitas) se nutren

con celulosa ya que, su aparato digestivo posee microorganismos simbiontes capaces de hidrolizarla.

Sin embargo, a pesar de no poderla utilizar como nutriente, la celulosa es necesaria en la dieta

humana porque forma parte de la llamada fibra alimentaria: restos de alimentos no digeribles, que pasan

al intestino grueso y estimulan los movimientos peristálticos, con lo que se facilita la eliminación de las

heces fecales.

Quitina. Es un polímero de N-acetil--D-

glucosamina, un derivado de la glucosa. La quitina

es una molécula lineal, con enlaces (14), y es el

principal componente del esquelete externo de los

insectos, crustáceos y de la pared celular de los

hongos.


12

Heteropolisacáridos

Por hidrólisis dan lugar a diferentes monosacáridos o derivados de estos.

1. Origen bacteriano:

PEPTIDOGLUCANOS o MUREÍNAS

Formados por NAG (N-acetil glucosalina) y NAM (N-acetil murámico).

Aparecen en la pared bacteriana

Destruidos por la lisozima (enzima de la saliva)

2. Origen Vegetal

PECTINAS

Formados por Metil-D-galacturonato

Aparecen en la pared de las células vegetales (manzana, pera, membrillo, ciruela)

Al hidratarse formar geles que se aprovechan para fabricar MERMELADAS

AGAR-AGAR

Formado por galactosa y ácido sulfúrico

Se obtiene de las algas rojas

Utilizado para preparar medios de cultivo

GOMA-ARÁBIGA

Formada por galactosa, arabinosa, ácido glucurónico y ramnosa

Es segregada por las plantas para cerrar sus heridas

Utilizada para fabricar cola

3. Origen Animal (MUCOPOLISACÁRIDOS o PROTEOGLUCANOS )

ÁCIDO HIALURÓNICO: aparece en la sustancia intercelular de tejidos

conjuntivos, óseos y cartilaginosos. Abunda en líquido sinovial y humor vítreo.

CONDROITINA: aparece en la matriz extracelular del cartílago, córnea y hueso.

HEPARINA: aparece en la matriz extracelular de pulmón, hígado, y paredes

arteriales.

Actúa como anticoagulante (saliva de insectos hematófagos)

6. HETERÓSIDOS

Son moléculas formadas por la asociación de glúcidos con otras sustancias NO

glucídicas (AGLUCÓN).

GLUCOLÍPIDOS: componentes de las membranas celulares

GLUCOPROTEÍNAS:

Peptidoglucanos

Mucopolisacáridos

Mucoproteínas: sustancias muy viscosas.

Tracto digestivo: lubrican el bolo alimenticio

Tracto respiratorio: mucus

Glucoproteínas de la sangre: Inmunoglobulinas (Anticuerpos)

Glucoproteínas de las membranas celulares: función antigénica

OTRAS:

Digitalina: utilizada en tratamiento de enfermedades cardiovasculares

Estreptomicina: antibiótico

Amigdalósidos: hueso de melocotón y albaricoque

Antocianósidos: responsables del color de las flores

Nucleótidos: derivados de la ribosa y desoxirribosa.


13

7. FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LOS GLÚCIDOS


14

8. CARACTERÍSTICAS GENERALES y CLASIFICACIÓN DE LOS LÍPIDOS

Los lípidos son un grupo muy heterogéneo de moléculas, tanto en lo que se refiere a su

composición química, como a la función que desempeñan. No obstante todos los lípidos comparten una

serie de propiedades físicas que permite agruparlos juntos:

Básicamente están formados por largas cadenas hidrocarburadas, que pueden estar sustituidas o no

por grupos alcohólicos, aminos, fosfatos, etc.

No son solubles en agua ni en otros disolventes polares, pero sí lo son en disolventes orgánicos (no

polares), como el benceno, éter, acetona, etc.

Presentan un aspecto graso, es decir, poseen un brillo característico y son untuosos al tacto.

Los lípidos contienen átomos de C, H y O, y algunos también de P y N. Los lípidos desarrollan

funciones muy variadas:

- Reserva energética: como las grasas.

- Estructural: como los lípidos de membrana.

- Protectora: como las ceras.

- Vitamínica: como las vitaminas liposolubles.

- Hormonal: como las hormonas sexuales.

Clasificación de los lípidos

Dado que los lípidos son un grupo de moléculas tan diverso, su clasificación ofrece cierta dificultad,

ya que se pueden aplicar diferentes criterios. La clasificación más aceptada actualmente es la que los divide

en dos grupos: lípidos saponificables e insaponificables.

Lípidos saponificables: contienen ácidos grasos en su composición, que se liberan por hidrólisis. El

término saponificable hace referencia a que al calentarlos en medio alcalino originan jabones.

Químicamente son ésteres. Se dividen en dos grupos:

▪ Lípidos simples: incluyen los glicéridos (grasas) y las ceras. Contienen únicamente átomos de C, H y O.

▪ Lípidos complejos: incluyen los fosfoglicéridos y los esfingolípidos. Contienen además de C, H y O,

átomos de N y P.

Lípidos insaponificables: no contienen ácidos grasos en su composición, por lo que no pueden

originar jabones. Comprenden un grupo muy variado de compuestos: terpenos, esteroides y

prostaglandinas.


15

9. LOS ÁCIDOS GRASOS

Uno de los componentes de los lípidos saponificables son los ácidos grasos. Son ácidos

carboxílicos formados por largas cadenas carbonadas, con un número par de carbonos. Los más comunes

son los ácidos grasos de 16 a 18 carbonos.

En resumen, los ácidos grasos son largas cadenas hidrocarburadas (o hidrocarbonadas) con un

grupo carboxilo en el extremo.

Pueden ser de dos tipos:

Saturados: cuando solo tienen enlaces simples en la cadena, como el ácido palmítico (16 C) y el

esteárico (18 C).

Insaturados: cuando presentan uno o más dobles enlaces en la cadena, como el ácido oleico, linoleico

y araquidónico. Dependiendo del número de dobles enlaces, se distinguen:

▪ Monoinsaturados: presentan un doble enlace. El más importante es el ácido oleico presente en el aceite

de oliva, que se representa de forma sistemática como 18:1 9.

▪ Poliinsaturados: presentan más de un doble enlace. Entre ellos se encuentran:

─ Ácido linoleico, de nombre sistemático 18:2 6. Se encuentra presente en el aceite de semillas

(girasol, maíz, etc.).

─ Ácido -linolénico, de nombre sistemático 18:3 3. Abunda en los aceites de pescado graso (atún,

salmón, sardina,etc.).


16

Los ácidos grasos que necesitan los mamíferos, los consiguen mediante síntesis metabólica o en la

dieta. Sin embargo, existen unos ácidos grasos denominados esenciales, que el organismo no los puede

fabricar y por tanto, tiene que incorporarlos necesariamente en la dieta, por lo que en ocasiones se

designan con el término vitamina F. En el ser humano son el ácido linoleico, linolénico y araquidónico, y su

carencia impide la síntesis de otras moléculas, como las prostaglandinas.

Propiedades de los ácidos grasos

A. Propiedades físicas:

Son moléculas anfipáticas (del griego amphi, ambos), ya que la cadena carbonada o alifática es

apolar, y por lo tanto insoluble en agua (hidrófoba) y, por otra parte, el grupo carboxilo (-COOH) es polar

y soluble en agua (hidrófilo). Esto permite que en cada molécula haya una parte soluble en agua,

representada por una cabeza, y otra parte insoluble en agua, representada por una cola.

Debido a esta característica, al entrar en contacto con el agua, los ácidos grasos orientan las

cabezas polares hacia ella, mientras que las colas apolares se sitúan en la posición opuesta. Esto da lugar

a la formación de diferentes estructuras en empalizada, que pueden ser monocapas o bicapas o estructuras

esféricas (micelas).

▪ Monocapas: se produce cuando los ácidos grasos se sitúan en la interfase entre el agua y el aire, las

colas se sitúan en el medio aéreo (apolar) y las cabezas se introducen dentro del agua. (A)

▪ Micelas: son agrupaciones esféricas que se forman en el agua, en las que en el interior están las colas y

en el exterior las cabezas. (B)

▪ Bicapas: son agrupaciones que separan dos medios acuosos, en las que las cabezas se orientan a cada

uno de esos medios y las colas se sitúan enfrentadas. (C)


17

El punto de fusión de los ácidos grasos aumenta con

el tamaño del ácido graso y disminuye con el grado de

instauración (dobles enlaces).

Esto es debido a que los ácidos grasos saturados

presentan cadenas extendidas que se pueden empaquetar

mediante interacciones de Van der Waals entre los

átomos de las cadenas vecinas. Esto provoca que a

temperatura ambiente, los ácidos grasos saturados

adquieran una consistencia cérea y se encuentren en

estado sólido.

Por el contrario, las cadenas insaturadas

muestran ángulos que no permiten un empaquetamiento

tan fuerte como las saturadas, por lo que las

interacciones entre ellas son más débiles y más fáciles de

desordenar por efecto del calor. Por esta razón su punto

de fusión es más bajo, y a temperatura ambiente son

líquidos oleosos.

Propiedades químicas

Las propiedades químicas dependen de la presencia del grupo carboxilo, lo que permite la

realización de varias reacciones que dan lugar a la formación de ésteres y sales.

Forman ésteres mediante una reacción de esterificación. Los ácidos grasos son capaces de formar

enlaces éster al reaccionar el grupos carboxilo (-COOH) con los grupos alcohol (-OH) de otras

moléculas, con la eliminación de una molécula de agua. Mediante este tipo de reacciones se originan

las grasas, ceras y lípidos complejos. La reacción inversa es la hidrólisis del éster, que origina el ácido

graso y el alcohol.

Formas sales, mediante la reacción de saponificación. Los ácidos grasos reaccionan con álcalis (una

base o hidroxilo), y se obtienen las sales correspondientes de los ácidos grasos, denominadas jabones.

La presencia de dobles enlaces facilita la oxidación de los ácidos grasos, sobre todo de los

poliinsaturados, lo cual puede conducir a la rotura de sus cadenas con la consiguiente formación de

aldehídos volátiles de cadena corta responsables del olor y sabor a rancio. Este proceso de oxidación se

contrarresta en los seres vivos con la presencia de vitamina E, que tiene carácter antioxidante.


18

10. LÍPIDOS SAPONIFICABLES

Todos los lípidos saponificables son ésteres formados por la unión de ácidos grasos y un alcohol.

Según el tipo de alcohol presente se les clasifica en triglicéridos o grasas, ceras, fosfoglicéridos y

esfingolípidos.

10.1. LÍPIDOS SIMPLES SAPONIFICABLES

GRASAS (TRIACILGLICÉRIDOS, TRIGLICÉRIDOS)

Son moléculas orgánicas abundantes en todos los organismos vivos. Son ésteres del alcohol

glicerina (propanotriol) con tres ácidos grasos.

Los triglicéridos se forman mediante reacciones de esterificación. Se trata pues de sustancias

hidrolizables y en los seres vivos se hidrolizan por acción de unas enzimas llamadas lipasas, separándose

los ácidos grasos y la glicerina.

Las grasas se pueden clasificar en varios tipos según diferentes criterios:

1. Según sean los ácidos grasos iguales o distintos:

▪ Grasas simples: si los tres ácidos grasos son iguales. Se nombran con el prefijo tri- seguido del nombre

del ácido graso, al que se le añade la terminación –ina. Por ejemplo, la trioleina o aceite de oliva,

donde el ácido graso es el ácido oleico.

▪ Grasas mixtas: cuando los ácidos grasos son distintos. Se designan según cuáles sean los ácidos

grasos, cambiando la terminación –ico por –oil, indicando su posición y añadiendo la palabra

glicérido.

2. Según el punto de fusión, pueden ser:

▪ Líquidas (aceites): con un punto de fusión inferior a 15 ºC, debido a que presentan una mayor

proporción de ácidos grasos insaturados, como el aceite de oliva, aceite de girasol o aceites de

pescado. Los aceites, a excepción del pescado, predominan en las plantas.

▪ Sólidas (mantecas y sebos): poseen un punto de fusión por encima de 40 ºC, porque en ellas

predominan los ácidos grasos saturados. Son la grasa de cerdo, buey, cordero, propias de los

animales.

▪ Semisólidas: se encuentran en un punto intermedio, como las mantequillas y las margarinas, que

contienen ácidos grasos saturados e insaturados.


19

3. Según el grado de instauración de los ácidos grasos:

▪ Grasas saturadas: presentan ácidos grasos saturados en su composición. Son las grasas animales

presentes en la carne, leche, huevos y el aceite de coco. Son perjudiciales para el organismo, ya que

elevan los niveles de colesterol en sangre.

▪ Grasas insaturadas: presentan ácidos grasos insaturados. Son los aceites vegetales (oliva y girasol) y de

los pescados azules. Son beneficiosas para la salud ya que disminuyen los niveles de colesterol

sanguíneo.

Función biológica

Las grasas son las moléculas que generan más cantidad de energía: un gramo de grasa

metabolizada produce 9 Kcal, más del doble de energía que un gramos de glúcido (3,75 kcal/g). Por esta

razón, y debido también a su insolubilidad en agua (lo que permite almacenarlas en grandes cantidades

sin afectar a la presión osmótica celular) las grasas constituyen la reserva energética de los seres vivos,

sobre todo de los animales, donde se acumulan en el tejido adiposo formando el tocino y las mantecas de

las membranas mesentéricas.

Si en la dieta se aporta un exceso de glúcidos hasta que se satura la capacidad de almacenamiento

del glucógeno, dicho exceso se transforma en grasas, por eso los glúcidos en exceso engordan. Por el

contrario, las grasas no podemos transformarlas en glúcidos.

Las plantas también almacenan grasas, principalmente en frutos y semillas, pero en ellas la

principal reserva de energía es el almidón.

Las grasas desempeñan, además, otras funciones y actúan como amortiguadores mecánicos (grasa

de la palma de las manos y la planta de los pies), como aislantes térmicos (animales de climas fríos

presentan una gruesa capa de grasa debajo de la piel) y como vehículos de transporte de las vitaminas

liposolubles (A, D, E y K).

CERAS (CÉRIDOS)

Las ceras o céridos son moléculas estructurales que se pueden encontrar en algunos animales y,

especialmente, en las plantas.

Su composición química es simple, ya que son ésteres de un ácido graso de cadena larga y un

monoalcohol de cadena larga también.

Debido a su elevado grado de insolubilidad, las ceras desempeñan principalmente una función de

protección, ya que protegen de la humedad y evitan la pérdida de agua.

Aparecen recubriendo la superficie de órganos vegetales paras evitar la evaporación, como frutos y

hojas; y en los animales impermeabilizan algunas estructuras tegumentarias, como las plumas de las aves,

y la piel y el pelo de los mamíferos.

Algunas ceras son la cera de las abejas, la lanolina de la lana y el cerumen de los oídos.


20

10.2 LÍPIDOS COMPLEJOS SAPONIFICABLES

Son compuestos de carácter antipático, que forman parte de las membranas celulares, por lo que

se conocen también como lípidos de membrana, junto con el colesterol, que es un lípido insaponificable.

FOSFOGLICÉRIDOS

Al igual que las grasas, los fosfoglicéridos son ésteres de glicerina con ácidos grasos, pero solo

llevan dos ácidos grasos, ya que el tercer alcohol de la glicerina está unido a un ácido ortofosfórico, por

eso se denominan también fosfolípidos. La molécula resultante se denomina ácido fosfatídico, igual en

todos los fosfoglicéridos. A ella se une un aminoalcohol al ácido ortofosfórico, formando el fosfoglicérido

completo.

Los fosfoglicéridos se caracterizan por su comportamiento antipático, es decir, presentan una parte

polar (y, por tanto, soluble en agua) y otra apolar (insoluble). La zona polar corresponde a la porción

donde se sitúa el ácido ortofosfórico y el aminoalcohol, mientras que la zona apolar corresponde al resto

de la molécula (ácidos grasos).

De esta propiedad deriva su función biológica. Todas las membranas celulares están formadas por

una doble capa de fosfolípidos en la que las colas apolares de ambas capas se quedan enfrentadas,

mientras que las cabezas polares se orientan hacia el medio externo e interno, ambos acuosos.

Según el aminoalcohol presente, se diferencian varias clases de fosfoglicéridos: cefalina

(fosfatidiletanolamina) si el aminoalcohol es la etanolamina; lecitina (fosfatidilcolina) si contiene colina y

fosfatidilserina si tiene serina.


21

Comportamiento anfipático de los fosfolípidos y su disposición en las membranas

ESFINGOLÍPIDOS

Los esfingolípidos también son componentes de las membranas celulares, y abundan en el tejido

nervioso. Al igual que los fosfoglicéridos, tienen carácter antipático.

Los esfingolípidos son ésteres formados por la unión del alcohol esfingosina y un ácido graso

mediante un enlace amida, que da lugar a una molécula denominada ceramida, a la que se une una

molécula polar para constituir el esfingolípido completo.

Según la naturaleza de la molécula polar que se une a la ceramida se distinguen dos clases de

esfingolípidos:

Esfingolmielinas. Presentan una molécula de fosforilcolina o fosforiletanolamina unida a la ceramida.

Son abundantes en las vainas de mielina que rodean los axones neuronales.

Glucoesfingolípidos. Su molécula polar es un glúcido. Estas moléculas desempeñan un papel

fundamental como antígenos celulares, es decir, moléculas identificativas de células concretas que

permiten el reconocimiento entre ellas. Los antígenos se relacionan con múltiples procesos, principalmente

inmunitarios. Se diferencian dos tipos:

Cerebrósidos: si el glúcido es un monosacárido (frecuentemente galactosa).

Gangliósidos: si el glúcido es un oligosacárido.


22

11. LÍPIDOS INSAPONIFICABLES

Se incluyen en este grupo los lípidos que no contienen ácidos grasos en su composición (tampoco

son ésteres) y, por tanto, no pueden formar jabones mediante reacciones de saponificación.

Aunque aparecen en menor cantidad que los lípidos saponificables, este grupo comprende algunos

compuestos biológicamente muy activos que desempeñan importantes funciones.

Se distinguen tres tipos de lípidos insaponificables: terpenos, esteroides y prostaglandinas.

TERPENOS

Químicamente, los terpenos son polímeros de la molécula de isopreno (2-metil-1,3-butadieno),

por lo que también se les denomina lípidos isoprenoides. Estas moléculas se encuentran en las plantas.

Según el número de isoprenos que componen el terpeno se clasifican en:

▪ Monoterpenos. Contienen dos moléculas de isopreno. Este grupo comprende compuestos volátiles

responsables de ciertos aromas (mentol, alcanfor, geraniol,…)

▪ Diterpenos. Están formados por la unión de cuatro isoprenos. El fitol, componente de la clorofila, se

incluye en este grupo.

▪ Triterpenos. Formados por seis moléculas de isopreno. Entre ellos se encuentra el escaleno, un

precursor del colesterol.

▪ Tetraterpenos. Formados por la unión de ocho moléculas de isopreno. Destacan en este grupo los

carotenoides, pigmentos que participan en la fotosíntesis absorbiendo energía lumínica de longitudes

de onda distintas a la que absorbe la clorofila.

Entre los carotenoides más importantes se encuentran la xantofila (amarilla), el licopeno (rojo) y el

-caroteno (anaranjado). El -caroteno es también un precursor de la vitamina A, ya que la rotura del

enlace central del -caroteno origina dos moléculas de esta vitamina, que interviene en la visión y protege

los tejidos epiteliales.

Politerpenos. Formados por muchas moléculas de isopreno. El caucho es el politerpeno más importante y

se encuentra en el látex del árbol Hevea brasilensis (árbol del caucho).


23

ESTEROIDES

Constituyen un grupo de lípidos muy importante, que derivan del esterano o ciclopentano

perhidrofenantreno (CPF). Este compuesto cíclico está formado por tres anillos de ciclohexano y uno de

ciclo pentano, en donde se unen diferentes radicales.

Los esteroides son sustancias muy abundantes y desempeñan funciones muy variadas. Se

diferencian en la existencia de dobles enlaces y en la presencia de diferentes sustituyentes en algunas

posiciones.

En los siguientes cuadros se exponen los esteroides más importantes y sus funciones.


24

PROSTAGLANDINAS

Las prostaglandinas son lípidos presentes en la mayor parte de los tejidos animales. Se forman por

la ciclación de ácidos grasos poliinsaturados, como el ácido araquidónico. Todas estas moléculas poseen

una estructura química semejante.

Se consideran hormonas locales, ya que actúan en las células que las sintetizan y en la adyacentes.

Las funciones de las prostaglandinas son muy variadas:

- Estimulan la agregación de plaquetas.

- Activan las respuestas inflamatorias de los

tejidos al iniciar la vasodilatación de los

capilares.

- Provocan la subida de la temperatura

corporal(fiebre).

- Controlan el descenso de la presión

arterial al favorecer la eliminación de

sustancias en el riñón.

- Intervienen el la contracción del útero

durante el parto.

- Disminuyen la secreción de jugos

gástricos.

- Regulan la secreción de mucus protector

del tracto digestivo (estómago e intestino).

Además de las prostaglandinas, existen

otros compuestos químicamente relacionados

con ellas. Son los tromboxanos y los

leucotrienos, que tienen funciones fisiológicas

variadas entre las cuales destacan las

respuestas inflamatorias.

Prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos son conocidos como eicosanoides, por ser moléculas

derivadas de ácidos grasos poliinsaturados de 20 átomos de carbono (eicosa=veinte).


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12. FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LOS LÍPIDOS

11OCU-COMPRA MAESTRA 319 OCTUBRE 2007

DE LA ACEITUNA AL ACEITE

La recogidaTiene lugar entre los meses de octubre y enero, en función de la maduración que se desee y del clima de la región. Cuanto mayor sea la madurez de la oliva, más intenso será el sabor y el aroma del aceite.La recogida debe realizarse de la forma que dañe menos el fruto. Las aceitunas que cayeron solas al madurar suelen estar un poco estropeadas y producen peores aceites.

La selecciónUna vez en la almazara, la aceituna se clasifica según su estado y su destino.

El lavado y almacenajeLas aceitunas se lavan, con el fin de eliminar las sustancias extrañas que pudieran contaminar el aceite y transmitir sabores extraños. Si se almacenan temporalmente, las aceitunas necesitan estar ventiladas para evitar su fermentación.

La molturaciónLas aceitunas se trituran hasta

formar una pasta que se recoge en unos moldes circulares.

Aceite lampanteNo es apto para el consumo. Presenta una excesiva acidez (superior a 3,3º) y necesita ser refinado.

Aceite de oliva virgenEs el que se obtiene de la aceituna por medios físicos, sin ayuda de disolventes. Según su calidad se clasifica en:

OrujoEs el residuo de los huesos y las pieles de aceituna, que todavía contiene cierta cantidad de aceite que se extrae por medio de disolventes. Una vez eliminados y refinado se mezcla con aceite de oliva virgen y se comercializa como aceite de orujo de oliva.

RefinadoDurante el proceso el aceite pierde su acidez, aroma, sabor y color característicos.

Aceite de oliva refinado

Aceite de olivaEs la mezcla de aceite de oliva refinado y aceites de oliva virgen, que le aportan su acidez y su sabor (más intenso cuanto mayor es la proporción de aceite virgen).

Aceite de oliva virgenAcidez máxima de 2º y una puntuación en la cata menor que el extra.

Aceite de oliva virgen extraTiene que tener una acidez inferior a 0,8º y una determinada

puntuación en la cata de expertos.Nuestro

análisis

A B

A B

2

El prensado 1 , batido 2 y centrifugado 3La pasta se prensa (así se extrae aceite en frío, aunque en una cantidad mínima), luego se calienta moderadamente (con resistencias) y, por último, se centrifuga hasta obtener los diferentes aceites de oliva virgen.

3

1

Apto para el consumo Apto para el consumo

CM319_1014.indd 11CM319_1014.indd 11 10/09/2007 13:14:1010/09/2007 13:14:10

Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida. Parte II: glúcidos y lípidos

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ACTIVIDADES TEMA 1. LA BASE FÍSICO-QUÍMICA DE LA VIDA. PARTE II: GLÚCIDOS y LÍPIDOS GLÚCIDOS o HIDRATOS DE CARBONO 1. Define químicamente un glúcido e indica con qué otros nombres se conocen. ¿Porqué?. 2. ¿Qué diferencia existe entre osa y ósido?. ¿Y entre holósido y heterósido?. 3. ¿Qué se entiende por hidrólisis de un compuesto?. ¿Porqué los disacáridos y polisacáridos son

moléculas hidrolizables?. 4. ¿Cuantos estereoisómeros existen en una aldohexosa?. ¿Y en una aldopentosa?. 5. Construye las fórmulas de los epímeros de la D-Fructosa. 6. Se puede deducir se la D-eritrosa es levógira o dextrógira?. 7. Dibuja todos los pasos de la ciclación de una D-galactosa hasta llegar a la siguiente sustancia: α-D-

Galactopiranosa. 8. La diabetes es una enfermedad hormonal ocasionada por un mal funcionamiento de páncreas

endocrino, que no produce insulina. Esta hormona es responsable, entre otras cosas, de facilitar el paso de glucosa a través de la membrana celular. ¿Qué efectos puede producir la ausencia de glucosa en las células?.

9. Algunos disacáridos de interés biológico son la maltosa, sacarosa y lactosa. Fíjandote en sus fórmulas

contesta a las siguientes cuestiones: a) ¿De qué monómeros está formado cada uno de estos disacáridos?. b) ¿Qué carbonos intervienen en la formación del enlace glucosídico en cada caso?. c) ¿Son anoméricos o no?. d) ¿Cuáles son los grupos funcionales implicados en la formación del enlace glucosídico?. e) ¿Qué se desprende?. f) ¿Su formación ha liberado o consumido energía?. g) ¿Cuáles de estos disacáridos son reductores?. ¿Porqué?. 10. ¿Porqué el almidón, celulosa y glucógeno son polisacáridos diferentes si todos están formados por

moléculas de D-glucopiranosa?. 11. Porqué la glucosa se almacena en forma de almidón en los vegetales, en vez de estar libre en la célula. 12. ¿Porqué la celulosa no es un nutriente?. ¿Cuál es su importancia en la alimentación?. 13. Habrás visto en anuncios publicitarios papillas infantiles compuestas a base de cereales dextrinados.

¿Qué significa esto?. ¿Qué beneficio ofrece a los bebés?. 14. ¿Cuál es la importancia biológica de los siguientes glúcidos: celulosa, ribulosa, lactosa, galactosa,

quitina, gliceraldehido y N-acetil-glucosamina?.

Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida. Parte II: glúcidos y lípidos

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LÍPIDOS 15. ¿Cuál es característica fundamental de los lípidos, que permite reunirlos en un grupo y cuál es la que

diferencia entre los dos grupos principales?. 16. Señala a qué tipo de lípido son estas sustancias: ácido cólico, aceite, gangliósido, aldosterona,

xantofila, cera, progesterona, esfingomielina y vitamina A. 17. ¿De qué depende que los ácidos grasos sean sólidos o líquidos?. ¿A qué se denominan ácidos grasos

esenciales y qué importancia tienen?. 18. Completa las siguientes reacciones, indicando el tipo de compuesto que se origina: O a) CH3-(CH2)10-C-O-CH2

O I CH3-(CH2)10-C-O-CH + 3 NaOH → O I CH3-(CH2)10-C-O-CH2

b) Ácido linoleico + 4 O2 → 19. Cómo forman los jabones emulsiones estables con las grasas. ¿Qué sustancias hay en nuestro

organismo que también emulsionan las grasas?. Busca en alguna enciclopedia cómo se fabrica el jabón casero.

20. ¿Porqué las grasas son reservas de energía a largo plazo?. ¿Qué las diferencia de las ceras?. 21. Cuáles de las siguientes moléculas son anfipáticas: Colesterol, vitamina A, ácido lignocérico,

triacilglicérido, cefalina. 22. ¿Porqué los lípidos saponificables simples son muy insolubles en agua mientras que los lípidos

saponificables complejos son algo solubles?. 23. Las vitaminas liposolubles A, E y K son terpenos compuestos por 5 unidades de isopreno. ¿Porqué crees

que las industrias lácteas añaden estas vitaminas a la leche desnatada?. 24. Porqué la aspirina es antipirética, antiinflamatoria y analgésica. Porqué la aspirina y otros

antiinflamatorios pueden provocar la aparición de ulceras gastroduodenales. 25. Define los conceptos de: lípido, anfipático, jabón, hidrófobo, esterificación, manteca, micela, emulsión

y polar. 26. Lee el artículo “Relación del colesterol con el tipo de dieta”, y responde a las cuestiones que se

plantean.

Biología 2º Bachillerato

GLÚCIDOS

EJERCICIO TIPO DE ISOMERÍA ESPACIAL EN MONOSACÁRIDOS

A partir de las siguientes fórmulas de monosacáridos, se pide:

1. Señalar los carbonos asimétricos presentes.

2. Calcular el número de isómeros espaciales o estereoisómeros posibles de cada uno de

ellos.

3. Indicar si pertenecen a la serie D o L

4. Formular y nombrar los enantiómeros de cada uno de ellos.

5. Formular y nombrar un epímero de cada uno de ellos.

6. Formular y nombrar los anómeros de cada uno de ellos.

CHO

H C OH

HO C H

HO C H

H C OH

CH2OH

GALACTOSA

CH2OH

C= O

H C OH

HO C H

H C OH

CH2OH

SORBOSA

Biología 2º Bachillerato Actividades refuerzo 1

MONOSACÁRIDOS. ACTIVIDADES ISOMERÍA ESPACIAL

1. Señala los CARBONOS ASIMÉTRICOS y calcula el NÚMERO DE ESTEREOISÓMEROS

posibles de cada uno de los siguientes monosacáridos.

2. Escribe la fórmula de los ENANTIÓMEROS de los siguientes monosacáridos:

D-eritrulosa; D-idosa; L-ribulosa: L-arabinosa y D-sedoheptulosa.

3. Qué monosacáridos del ejercicio 1 son EPÍMEROS de los siguientes:

Biología 2º Bachillerato Actividades refuerzo 2

4. Señala en las siguientes fórmulas, cuáles son ANOMÉROS y .

5. ¿Existen ANÓMEROS y de los siguientes monosacáridos?. Justifica la respuesta.

D-lixosa; D-sicosa; D-ribulosa; D-gliceraldehído; L-idosa.

6. Dibuja las fórmulas de los ANÓMEROS y de cada uno de los siguientes

monosacáridos, y nombra cada uno de ellos según su estructura cíclica.

BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO

LÍPIDOS. ACTIVIDAD TIPO DE REACCIONES QUÍMICAS.

Completa las siguientes reacciones químicas, escribiendo:

Fórmulas y tipos de productos resultantes

Tipo de reacción química llevada a cabo

a) CH3- (CH

2)18

-COOH + HO-CH3 →

ácido araquídico metanol

b) CH3- (CH

2)7-CH=CH-(CH

2)7-COOH + NaOH →

ácido oleico

c) CH3-(CH

2)5-CH=CH-(CH

2)7-COOH + 2 O

2 →

ácido palmitoleico

+ →

d)

ácidos grasos glicerina

e) + NaOH →

triglicérido

f) + 3 H2O →

triglicérido


PARTE III. PROTEÍNAS y ÁCIDOS NUCLEICOS

1. PROTEÍNAS y ÁCIDOS NUCLEICOS: BIOPOLÍMEROS PORTADORES DE LA INFORMACIÓN

GENÉTICA

2. PROTEÍNAS: CONCEPTO, FUNCIONES y CLASIFICACIÓN

3. LOS AMINOÁCIDOS

▪ Clasificación

▪ Propiedades de los aminoácidos

4. EL ENLACE PEPTÍDICO

5. ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS

▪ Estructura primaria

▪ Estructura secundaria

▪ Estructura terciaria

▪ Estructura cuaternaria

6. PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS

▪ Solubilidad

▪ Especificidad

▪ Desnaturalización

7. CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS

8. FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LAS PROTEÍNAS

9. LOS ÁCIDOS NUCLEICOS: CONCEPTO, TIPOS y FUNCIONES.

10. LOS NUCLEÓTIDOS: COMPONENTES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

11. FUNCIONES DE LOS NUCLEÓTIDOS

12. POLINUCLEÓTIDOS

13. ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)

13.1. ESTRUCTURA DEL ADN. Modelo de la doble hélice

13.2. TIPOS DE ADN

13.3. DESNATURALIZACIÓN e HIBRIDACIÓN DEL ADN

14. ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN)

▪ ARN mensajero (ARNm)

▪ ARN ribosómico (ARNr)

▪ ARN de transferencia o ARN transferente (ARNt)


2

1. PROTEÍNAS y ÁCIDOS NUCLEICOS: BIOPOLÍMEROS PORTADORES DE LA INFORMACIÓN

GENÉTICA

Las proteínas y los ácidos nucleicos son biomoléculas que presentan una serie de características

comunes, que conviene resaltar antes de empezar su estudio por separado.

Proteínas y ácidos nucleicos son biopolímeros o macromoléculas, formadas por la unión mediante

enlaces covalentes de moléculas más sencillas (monómeros). Las proteínas se forman por la

polimerización de aminoácidos y las ácidos nucleicos por la polimerización de nucleótidos.

En las proteínas y en los ácidos nucleicos, el ordenamiento o la secuencia de los monómeros

(aminoácidos y nucleótidos) es característico y particular de las distintas cadenas moleculares de las

proteínas y de los ácidos nucleicos, y es el que determina su función biológica.

El ordenamiento de los monómeros no es arbitrario. En los ácidos nucleicos existe unas instrucciones

almacenadas en forma de secuencias de nucleótidos que deciden el ordenamiento de los aminoácidos

de las proteínas. Por esta razón, los ácidos nucleicos y las proteínas son biopolímeros portadores de la

información genética, ya que el ordenamiento de sus monómeros no obedece al azar, sino a

instrucciones heredadas de nuestros antecesores a lo largo del proceso evolutivo.

En la célula la información genética contenida en los ácidos nucleicos se utiliza para fabricar

proteínas.

2. PROTEÍNAS: CONCEPTO, FUNCIONES y CLASIFICACIÓN

Las proteínas son biomoléculas orgánicas formadas, al menos, por cuatro bioelementos: C, H, O y

N; pero muchas de ellas contienen S, P y otros bioelementos (Fe, Cu, I, Mg, etc.,…).

Químicamente las proteínas son polímeros de moléculas relativamente sencillas, no hidrolizables,

denominadas aminoácidos (aa).

La unión de aminoácidos origina péptidos, que según su tamaño molecular pueden ser:

Oligopéptidos: formados por no más de 10 aminoácidos.

Polipéptidos: formados por más de 10 aminoácidos.

Las proteínas son polipéptidos, formados por más de 50 aminoácidos o con un peso molecular

mayor de 5.000 daltons, normalmente entre 6.000 y 106

daltons, por lo que se trata de macromoléculas.

Las proteínas se clasifican en dos grandes grupos:

▪ Holoproteínas: formadas exclusivamente por aminoácidos.

▪ Heteroproteínas: formadas por aminoácidos más otros componentes no proteicos. La parte no proteica

se la designa como el grupo prostético, y dependiendo de su naturaleza química se pueden diferenciar:

Glucoproteínas: el grupo prostético es un glúcido.

Lipoproteínas: el grupo prostético es un lípido.

Fosfoproteínas: el grupo prostético es un ácido fosfórico.

Nucleoproteínas: cuando contienen nucleótidos.

Cromoproteínas: si el grupo prostético es un pigmento.

Las proteínas son los compuestos orgánicos más abundantes de la materia viva, constituyendo

alrededor del 50% de su peso seco. Las funciones que desempeñan son muy variadas:

Estructural: las proteínas son el principal material de construcción de los seres vivos, formando parte de

casi todas sus estructuras: desde la membrana celular hasta ser el principal componente del tejido

conjuntivo (colágeno), el pelo o las uñas (queratina).

Enzimática: las reacciones metabólicas están catalizadas y controladas por unas proteínas,

denominadas enzimas.

Inmunológica: los anticuerpos, que intervienen en la defensa del organismo frente a los agentes

patógenos, son proteínas.

Hormonal: algunas hormonas, como la insulina y el glucagón, que regulan la concentración de

glucosa en sangre, son proteínas.


3

Transporte: pueden transportar gases, como la hemoglobina que transporta el oxígeno, o lípidos, como

las lipoproteínas de la sangre.

Movimiento: las proteínas son elementos esenciales en el movimiento muscular, ya que la actina y la

miosina de las células musculares, son las responsables de la contracción de los músculos.

De reserva: algunas proteínas sirve de reserva de aminoácidos durante el desarrollo biológico, como la

ovoalbúmina del huevo, la caseína de la leche o la gliadina del trigo.

Homeostática: ciertas proteínas mantienen el equilibrio osmótico del medio celular y extracelular.

3. LOS AMINOÁCIDOS

Los aminoácidos son los componentes de las proteínas. Químicamente son ácidos orgánicos que

presentan un grupo amino (-NH2), un grupo carboxilo (-COOH) y un átomo de hidrógeno (H) unidos

covalentemente a un carbono central, que se designa como carbono . El enlace que le queda al carbono

está ocupado por un grupo lateral o un grupo R (de radical) que varía en los distintos aminoácidos.

Existen 20 aminoácidos proteicos o -aminoácidos, que son los constituyentes básicos de las

proteínas. Además, hay otros 150 aminoácidos que se encuentran libres o combinados en las células y en

los tejidos, pero que no se encuentran en las proteínas, y se conocen como aminoácidos no proteicos.

Algunos de ellos son intermediarios de las reacciones metabólicas (citrulina y ornitina) o forman parte de

las paredes bacterianas, como el ácido-D-glutámico.

Clasificación

Los aminoácidos se clasifican atendiendo a las características de su grupo radical, según su

ionización, polaridad y reactividad, en:

▪ Neutros polares: no tienen carga eléctrica neta, y su grupo R contiene grupos polares (alcohol, tiol o

amida), por lo que son solubles en agua.

▪ Neutros apolares: no tienen carga eléctrica neta, y su grupo R está formado por largas cadenas

hidrocarbonadas, lo que hace que sean poco solubles en agua.

▪ Ácidos: cuando el grupo R lleva un grupo ácido, de manera que a pH neutro, tienen carga negativa.

▪ Básicos: cuando el grupo R lleva un grupo básico (amino), de tal modo que a pH neutro, tienen carga

eléctrica positiva.

La mayoría de los aminoácidos pueden sintetizarse unos a partir de otros, pero algunos no pueden

ser sintetizados y deben obtenerse de la dieta, son los denominados aminoácidos esenciales. Los

aminoácidos esenciales son diferentes para cada especie. En la especie humana los aminoácidos

esenciales son diez: Thr, Lys, Arg, His, Val, Leu, Ile, Met, Phe y Trp.


4

PROPIEDADES DE LOS AMINOÁCIDOS

Las propiedades de los aminoácidos están determinadas por el radical, que es distinto en cada

aminoácido, y determina sus propiedades físicas y químicas.

Los aminoácidos son sólidos, solubles en agua (excepto los hidrófobos), cristalizables, incoloros o

poco coloreados y con un punto de fusión alto, por encima de 200 º C.

Además de las propiedades mencionadas, hay dos propiedades que conviene destacar:

Estereoisomería y actividad óptica: al igual que los monosacáridos, los aminoácidos poseen al

menos un carbono asimétrico, que es el carbono , excepto la glicina que no tiene ninguno. Debido a

esto, los aminoácidos presentan estereoisomería y actividad óptica.

Los aminoácidos pueden presentar dos configuraciones espaciales, D y L, dependiendo de la

posición del grupo amino (-NH2), a la derecha e izquierda, respectivamente del carbono . Estas dos

configuraciones espaciales se denominan estereoisómeros. Ambos estereisómeros son imágenes

especulares y no superponibles. Todos los aminoácidos proteicos son de la serie L, pues las células los

sintetizan utilizando enzimas estereoespecíficas.


5

Los aminoácidos muestran, además, actividad óptica, denominándose dextrógiros (+) o levógiros

(-), según desvíen la luz polarizada hacia la derecha o hacia la izquierda. De la misma forma que los

glúcidos, la disposición D o L es independiente de la actividad óptica: un L-aminoácido puede ser

dextrógiro o levógiro.

Carácter anfótero: la presencia de los grupos carboxilo y amino confiere a los aminoácidos un

comportamiento ácido-base o comportamiento anfótero, que significa que se comportan como ácidos o

bases dependiendo el pH del medio acuoso en el que estén disueltos.

Cuando los aminoácidos se encuentran disueltos en agua (pH=7) los grupos amino aceptan

protones, comportándose como bases, y quedan cargados positivamente (NH3

+

) y los grupos carboxilo,

desprenden protones, comportándose como ácidos, y quedan cargados negativamente (COO-

), por lo que

los aminoácidos están doblemente ionizados y forman iones híbridos, que se denominan formas dipolares

o zwitteriones, y poseen igual número de cargas positivas y negativas.

El valor del pH en el que un aminoácido tiende a adoptar la forma dipolar neutra se denomina

punto isoeléctrico, y es diferente para cada aminoácido.

Cuando el valor del pH del medio se desvía del punto isoeléctrico, el aminoácido se comportará

como ácido o base (en medio ácido como base y en medio alcalino como ácido), permitiendo la

regulación del pH.


6

4. EL ENLACE PEPTÍDICO

Los aminoácidos se pueden unir entre sí mediante el denominado enlace peptídico (un enlace

amida de tipo covalente).

El enlace peptídico se establece entre el grupo carboxilo (-COOH) de un aminoácido y el grupo

amino (-NH2) de otro, liberándose una molécula de agua. La unión de dos aminoácidos origina un

compuesto que denominamos dipéptido.

Los átomos de C, N y O que forman parte del enlace comparten

electrones, lo que hace que aparezcan dos formas resonantes. Se puede así

afirmar, que el enlace peptídico tiene un carácter parcial de doble enlace.

Este hecho impide que se efectúen torsiones alrededor del enlace

peptídico, lo que determina que los átomos de C, N y O se sitúen en el mismo plano. Solamente se

pueden efectuar torsiones alrededor en los carbonos . El dipéptido presenta un grupo amino y un grupo

carboxilo libres, los cuales pueden unirse a otros aminoácidos, y así sucesivamente. De esta forma se

originan cadenas de aminoácidos (cadenas peptídicas), de longitud variable, que según el número de

aminoácidos se denominan tripéptidos, tetrapéptidos, etc., hasta polipéptidos.

El resultado es que la cadena peptídica presenta una forma más o menos en zig-zag. En los enlaces

peptídicos no participan los radicales de los aminoácidos, que quedan “colgando” de la cadena peptídica.


7

Por convenio, el extremo amino se considera el comienzo de la cadena peptídico y el grupo

carboxilo el final.

amino → ← carboxilo

Como al establecer cada enlace peptídico se libera una molécula de agua, también será posible la

reacción contraria; es decir, la ruptura de dichos enlaces por acción de agua; los péptidos son polímeros

hidrolizables y su hidrólisis total origina aminoácidos.

5. ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS

Cada proteína está compuesta por una

o varias cadenas polipeptídicas y, aunque solo

hay 20 aminoácidos, en cada célula existen

miles de proteínas distintas con funciones

características.

Las cadenas polipeptídicas no son

moléculas lineales, sino que se pliegan en el

espacio y adquieren una forma característica,

que determina su función biológica. La

conformación o la estructura de una proteína es

la disposición espacial que adoptan las cadenas

polipeptídicas.

La compleja estructura de las proteínas puede estudiarse en diferentes niveles de complejidad,

conocidos como estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria. Cada nivel informa de la

disposición espacial del nivel anterior.

ESTRUCTURA PRIMARIA

La estructura primaria de una proteína es la secuencia de aminoácidos de la cadena polipeptídica,

es decir, el número, tipo y orden de los aminoácidos que constituyen la proteína.

La secuencia de aminoácidos es diferente en cada proteína y determina la conformación

tridimensional de la proteína y, por tanto, su función biológica.

Siempre existe un extremo con un aminoácido cuyo grupo amino está libre y otro extremo con un

aminoácido con un grupo carboxilo libre. Por convenio, lo aminoácidos se numeran comenzando por el

que posee el extremo amino libre.


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ESTRUCTURA SECUNDARIA

La estructura secundaria de una proteína es la forma en que la secuencia de aminoácidos se pliega

en el espacio.

A medida que los aminoácidos se van uniendo para formar la cadena polipeptídica, giran y

adoptan una disposición espacial lo más estable posible, que es la estructura secundaria.

Existen dos tipos básicos de estructura secundaria: -hélice y la lámina plegada o lámina . En las

proteínas coexisten ambos, aunque uno de ellos puede predominar sobre el otro.

Estructura en -hélice: el nombre alude a la -queratina, proteína muy abundante en las células de la

epidermis. La estructura en -hélice se produce cuando una cadena polipeptídica gira sobre sí misma, de

manera que la molécula adopta una disposición en hélice, donde los radicales se sitúan hacia el exterior.

La -hélice se mantiene estable gracias a la formación de puentes de hidrógeno entre los grupos

–NH y –CO de los enlaces peptídicos que quedan enfrentados. Si los puentes de hidrógeno se rompen, la

estructura secundaria se pierde.

Lámina plegada o lámina : este tipo de estructura está presente en la -queratina, presente en uñas,

pelos y plumas. Las cadenas polipeptídicas se disponen en paralelo y se pliegan formando una especie de

fuelle o lámina plegada en zigzag, quedando unidas transversalmente mediante puentes de hidrógeno

análogos a los que estabilizan la -hélice. Las cadenas laterales de los aminoácidos se disponen

alternativamente por encima y debajo de la lámina plegada.


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ESTRUCTURA TERCIARIA

Las proteínas no se disponen linealmente en el espacio, sino que sufren

nuevos plegamientos que hacen que la molécula adopte una disposición

espacial tridimensional estable denominada estructura terciaria.

La estructura terciaria se mantiene estable gracias a la formación de

diferentes enlaces entre los radicales de los aminoácidos, que pueden ser:

Puentes disulfuro: son enlaces covalente fuertes entre dos grupos –SH

pertenecientes de dos moléculas de cisteina.

Fuerzas electrostáticas: son enlaces de tipo iónica entre grupos con cargas

eléctricas opuestas.

Puentes de hidrógeno: se establecen entre grupos polares no iónicos en los

que existen cargas parciales en su cadena lateral.

Fuerzas de Van der Waals e interacciones hidrofóbicas: son las uniones más

débiles y se producen entre aminoácidos polares.

En general, existen dos tipos de estructuras terciarias en las proteínas:

Globulares: poseen un alto grado de plegamiento y dan lugar a estructuras

con forma de esfera.

Las proteínas globulares suelen ser solubles en agua y presentan funciones enzimáticas, de transporte u

hormonales.

Las proteínas globulares suelen tener diferentes fragmentos con -hélice y láminas , pero las

disposiciones suelen disponerse en la periferia y las hélices en el centro de la molécula. Además, las

proteínas globulares se doblan de tal manera que, en solución acuosa, los restos hidrófilos quedan hacia el

exterior y los hidrófobos hacia el interior y, por el contrario, en un ambiente lipídico, los restos hidrófilos

quedan en el interior y los hidrófobos en el exterior.

Filamentosas: el plegamiento de la cadena polipeptídica es menor, por lo que estas estructuras

presentan formas alargadas.

Las proteínas filamentosas son insolubles en agua y disoluciones salinas y suelen tener función

estructural, como la queratina, el colágeno o la elastina.

Proteína filamentosa

Proteína globular


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ESTRUCTURA CUATERNARIA

Cuando una proteína está formada por varias cadenas polipeptídicas, adquiere un nivel estructural

superior, la estructura cuaternaria.

Cada cadena polipeptídica es una subunidad de la proteína o protómero, y la estructura

cuaternaria es, sencillamente, la disposición relativa de las subunidades proteicas entre sí.

La unión entre las subunidades se realiza mediante los mismos enlaces que mantienen la estructura

terciaria.

Dependiendo del número de subunidades tendremos dímeros, tetrámeros, pentámeros, etc.

Un ejemplo de estructura cuaternaria es la hemoglobina, formada por cuatro subunidades de

globina (dos y dos ) unidas a una parte no proteica (el grupo hemo).

6. PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS

Las propiedades de las proteínas están determinadas por su composición química y estructura.

Solubilidad

Normalmente las proteínas fibrilares o filamentosas son insolubles en agua, mientras que las

proteínas globulares son solubles. La solubilidad de estas proteínas se debe a que los radicales polares se

localizan en la periferia de la proteína en contacto con las moléculas de agua, formándose una capa de

solvatación de agua alrededor de cada proteína que impide la unión entre ellas.

Debido a su elevada masa molecular, cuando las proteínas son solubles forman dispersiones

coloidales en el agua y no se difunden generalmente a través de las membranas biológicas.

La solubilidad se puede ver afectada por diferentes factores, como el pH, la temperatura o la

concentración salina. Así por ejemplo, al añadir sales al agua, estas compiten con las cargas de los

aminoácidos por las moléculas de agua, se rompe la capa de solvatación que rodea a cada proteína, y

estas acaban precipitando.

Especificidad

A diferencia de las biomoléculas estudiadas hasta ahora, las

proteínas son moléculas específicas, es decir, cada especie posee

algunas proteínas que otros organismos no tienen. Incluso proteínas

que presentan la misma función y una estructura tridimensional muy

semejante suelen tener una secuencia de aminoácidos algo diferente

en cada especie. Este hecho permite llevar a cabo estudios


11

filogenéticos y establecer el grado de parentesco entre especies, analizando las semejanzas que existen

entre algunas de sus proteínas.

Además, incluso dentro de la misma especie, los individuos se diferencian por las proteínas que

tienen.

La especificidad de las proteínas es la causa del rechazo en el transplante de órganos y en las

transfusiones sanguíneas.

Desnaturalización

La función biológica de una proteína depende de su estructura tridimensional, también denominada

conformación. Cualquier cambio que suponga una alteración de esta conformación, afecta a la

funcionalidad de una proteína.

Cuando una proteína sufre una alteración en su estructura o conformación y deja de ser funcional,

hablamos de desnaturalización. Los factores que pueden producir la desnaturalización de las proteínas son

variados: aumento de temperatura, variaciones de pH, cambios en la concentración salina, etc.

En la desnaturalización proteica, no se rompen los enlaces peptídicos, pero sí los enlaces que

mantienen la estructura terciaria y secundaria, alterándose el plegamiento de las cadenas peptídicas, y

adquiriendo la proteína una conformación abierta.

La desnaturalización puede ser:

Irreversible: cuando los factores responsables han sido tan intensos o tan duraderos que la proteína no

puede recuperar su forma original. Un ejemplo es la coagulación por el calor de la clara del huevo,

por desnaturalización de la ovoalbúmina.

Reversible: si los factores responsables actúan con escasa intensidad y durante poco tiempo, la proteína

recupera su conformación original cuando cesa la acción de los factores responsables de la

desnaturalización. Un ejemplo sería el moldeado del cabello, debido a la desnaturalización de la

queratina.


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7. CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS

1. HOLOPROTEÍNAS: formadas exclusivamente por aminoácidos

A) PROTEÍNAS FILAMENTOSAS: insolubles en agua. Aparecen principalmente en animales.

Colágeno: tejido conjuntivo, cartílago y hueso

Queratina: cabello, uñas, plumas, cuernos, pezuñas,...

Elastina: tendones, vasos sanguíneos

B) PROTEÍNAS GLOBULARES: solubles en agua o disoluciones polares.

Histonas: asociadas al ADN

Prolaminas*

: semillas vegetales ( zeína del maíz, gliadina del trigo, hordeína de la cebada)

Gluteínas*

: orizanina del arroz, glutenina del trigo. ( * Insolubles en agua )

Albúminas: seroalbúmina de la sangre, ovoalbúmina del huevo, lactoalbúmina de la leche, globina de

la hemoglobina

Globulinas: ovoglobulina del huevo, lactoglobulina de la leche, gammaglobulinas o inmunoglobulinas

(anticuerpos)

2. HETEROPROTEÍNAS: formadas por una parte proteica de aminoácidos y un grupo prostético (no

proteico)

A) CROMOPROTEÍNAS: el grupo prostético es una sustancia coloreada.

PORFIRINAS: el grupo prostético es un anillo

tetrapirrólico o porfirina. En el centro de este anillo

aparece un catión metálico:

Grupo hemo: catión Fe2+

. Hemoglobina, Mioglobina

(transportan O2), Citocromo C (transporta electrones)

Grupo hemino: catión Fe3+

. Peroxidasas, Catalasas.

NO PORFIRINAS:

Hemocianina: contiene Cu, aparece en crustáceos y

moluscos

Hemeritrina: contiene Fe, aparece en anélidos y braquiópodos

B) GLUCOPROTEÍNAS: el grupo prostético es un glúcido

Hormonas: FSH, LH, TSH

Proteoglucanos: liquido sinovial, tendones, huesos y cartílagos

Glucoproteínas de las membranas celulares

Inmunoglobulinas (anticuerpos)

C) LIPOPROTEÍNAS: grupo prostético formado por ácidos grasos

Lipoproteínas de las membranas celulares

Lipoproteínas de la sangre: transportan lípidos

D) FOSFOPROTEÍNAS: el grupo prostético es el ácido fosfórico (H3PO

4).

Caseína: en la leche

Vitelina: en el huevo

E) NUCLEOPROTEÍNAS: el grupo prostético es un ácido nucleico. Son nucleoproteínas las asociaciones de

histonas o protaminas con ADN.


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8. FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LAS PROTEÍNAS

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BLOQUE I LA BASE MOLECULAR Y FISICO QUÍMICA DE LA VIDA 2021. 7. 27. · Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida. Parte I: Los compuestos inorgánicos