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La materia se encuentra organizada en diferentes estructuras, desde las más pequeñas hasta las más grandes, desde las más complejas hasta las más simples.
Así, una molécula de agua tiene propiedades diferentes de la suma de las propiedades de sus átomos constitutivos -hidrógeno y oxígeno-. De la misma manera, una célula cualquiera tiene propiedades diferentes de las de sus
moléculas constitutivas, y un organismo multicelular dado tiene propiedades nuevas y diferentes de las de sus células constitutivas. De todas las propiedades emergentes, sin duda, la más maravillosa es la que surge en el nivel de una célula
individual, y es nada menos que la vida.
El conocimiento de la estructura celular y de las interrelaciones de las células con
su entorno en los diferentes niveles de organización de la materia viva, provee las bases necesarias para explorar en forma espontánea nuevos caminos en el desarrollo, construcción y evaluación de dispositivos en el área de la biología
general y los conocimiento de salud en particular, para aportar soluciones a problemas en la prevención, atención y mejoramiento de la salud.
El estudiante abordará cada situación de conocimiento como un participante activo de este proceso. Este cuadernillo se desarrolla a través de diferentes estrategias
que ponen en juego contenidos que serán trabajados en una permanente interrelación mediante la praxis.
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¿Qué contiene la guía de estudio?
En esta Guía de estudio se incluyen:
• Actividades de anticipación. Con estas actividades nos proponemos que usted
pueda traer a su memoria todo lo que sabe acerca de un tema, porque eso le
servirá para poder aprender la nueva información. Por eso las actividades de
anticipación se resuelven sin recurrir a la bibliografía.
• Presentaciones de las unidades y temas que las conforman. En ellas encontrará
las ideas fundamentales que necesita para interpretar los textos y resolver las
actividades propuestas.
• Indicaciones específicas para leer la bibliografía.
• Actividades a realizar para trabajar los contenidos de la materia.
Le recordamos que su tarea tendrá mejores resultados si realiza todas las lecturas
y las actividades propuestas paso a paso y en el orden sugerido.
Objetivos de aprendizajes
Se espera que al terminar la materia, los alumnos hayan podido aprender a: Interpretar a los seres vivos a través de sus características distintivas:
origen común y evolución, estructura celular, la capacidad de metabolizar y
de mantener el medio interno constante. Analizar al organismo humano como un sistema abierto integrando las
distintas funciones de nutrición en términos de sistemas y subsistemas.
Analizar al organismo humano como un sistema que se autorregula frente a un medio interno y externo cambiante.
Comprender las complejas interacciones que ocurren entre los organismos
entre sí y con el ambiente, en términos de las transformaciones de materia y energía en los ecosistemas
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Modulo I:
Nociones de Fisicoquímica
Un átomo es la partícula más pequeña de materia en el universo, además y
que no es posible dividir mediante procesos químicos.
Absolutamente todo lo que es real en este universo es por ende, constituido de
materia, y toda la materia se conforma de átomos.
Los átomos se constituyen a su vez, por partículas subatómicas que son 12
subpartículas, las que por su carga eléctrica se agrupan en 3 conjuntos: las
partículas positivas, las negativas y las neutras, las que no tienen carga, pero
esto se debe a que cuentan con la misma cantidad de elementos positivos y
negativos y se anulan mutuamente o neutralizan.
De esas 12 partículas subatómicas sobresalen 3, una en cada grupo de carga
eléctrica que son:
* Protón, de carga positiva
* Neutrón, de carga neutra
* Electrón, de carga negativa
El protón y el neutrón se localizan en el núcleo del átomo, mientras que el
electrón gira alrededor del núcleo.
Se llama número atómico y se simboliza por
Z, a la suma de protones en el núcleo.
Se llama número másico y se simboliza A, a
la suma de protones y neutrones de un núcleo de un átomo.
Z = Nº de protones A - Z = Nº de neutrones
Z = Nº de electrones para el átomo neutro.
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Es la partícula más pequeña de una sustancia, que mantiene las
propiedades químicas específicas de esa sustancia. Si una molécula se divide en
partes aún más pequeñas, éstas tendrán una naturaleza diferente de la sustancia
original. Por ejemplo, una muestra de agua puede dividirse en dos partes, y cada
una dividirse a su vez en muestras de agua más pequeñas. El proceso de división
y subdivisión finaliza al llegar a la molécula simple de agua, que si se divide dará
lugar a algo que ya no es agua: hidrógeno y oxígeno. Cada molécula se presenta
independientemente de las demás. Si se encuentran dos moléculas, se suele
producir un rebote sin que ocurran cambios fundamentales. En caso de
encuentros más violentos se producen alteraciones en la composición de las
moléculas, y pueden tener lugar transformaciones químicas.
Las moléculas de los compuestos están constituidas por átomos de los
elementos que los forman. Se dice que una molécula es diatómica cuando está
compuesta por dos átomos y poliatómica si tiene gran número de átomos. Existen
moléculas compuestas de cientos, miles, incluso millones de átomos. Gran parte
de la química moderna está dedicada al estudio de la composición, estructura y
tamaño de las moléculas. Para estudiar las moléculas y sus reacciones se
emplean descargas de rayos láser de cortísima duración.
Moléculas comunes
Las moléculas están formadas por combinaciones específicas de átomos. Las
sustancias comunes pueden dividirse teóricamente en moléculas simples, como
aquí se representa, pero no se pueden dividir más sin alterar su naturaleza. Como
en una receta en la que los átomos son los ingredientes, cada molécula tiene una
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fórmula química. Si se quita o cambia un ingrediente, la molécula resultante será
completamente diferente.
Las moléculas forman las células.
Una sustancia es toda porción de materia que comparte determinadas propiedades intensivas. Se emplea también el término "substancia" para
referirse a la clase de materia de la que están formados los cuerpos.
Las sustancias que se pueden observar se clasifican en simples y compuestas.
Sustancia simple es aquella sustancia que está formada por átomos del
mismo elemento químico. Por ejemplo el diamante y el grafito son sustancias simples por estar formadas por átomos de una única clase,
los del elemento carbono .Una sustancia simple es aquella sustancia pura que está formada por átomos de un único elemento en sus posibles estados alotrópicos
Una sustancia compuesta es aquella sustancia pura en cuya composición encontramos varias clases de átomos en una proporción constante. Para distinguir una sustancia pura de otra nos basamos en
sus propiedades.
Se dice mezcla homogénea a aquella en la que las partes combinan sus propiedades (por ejemplo, sal disuelta en un agua). "No son visibles a simple
vista". Se dice mezcla heterogénea a aquella en la que las partes mantienen propiedades diferentes (como ejemplo, arena mezclada con aserrín).
Concepto de Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y posee masa y energía
Propiedades de la materia
Las propiedades de la materia corresponden a las características
específicas por las cuales una sustancia determinada puede distinguirse de otra. Estas propiedades pueden clasificarse en dos grupos:
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Propiedades físicas: dependen fundamentalmente de la sustancia misma. Pueden citarse como ejemplo el color, el olor, la textura, el sabor, etc.
Propiedades químicas: dependen del comportamiento de la materia frente a otras sustancias. Por ejemplo, la oxidación de un clavo (está constituida de hierro).
Las propiedades físicas pueden clasificarse a su vez en dos grupos:
Propiedades físicas extensivas: dependen de la cantidad de materia presente. Corresponden a la masa, el volumen, la longitud.
Propiedades físicas intensivas: dependen sólo del material, independientemente de la cantidad que se tenga, del volumen que ocupe, etc. Por ejemplo, un litro de agua tiene la misma densidad que cien litros de agua.
Cambios de la materia
Los cambios que puede experimentar la materia se pueden agrupar en dos
campos:
Cambios físicos
Cambios químicos
Los cambios físicos son aquellos en los que no hay ninguna alteración o
cambio en la composición de la sustancia. Pueden citarse como cambios
físicos los cambios de estado (fusión, evaporación, sublimación, etc.), y los
cambios de tamaño o forma. Por ejemplo, cuando un trozo de plata se ha
transformado en una anillo, en una bandeja de plata, en unos aretes, se han
producido cambios físicos porque la plata mantiene sus propiedades en los
diferentes objetos.
En general, los cambios físicos son reversibles, es decir, se puede volver a
obtener la sustancia en su forma inicial
Los cambios químicos son las transformaciones que experimenta una
sustancia cuando su estructura y composición varían, dando lugar a la
formación de una o más sustancias nuevas. La sustancia se transforma en
otra u otras sustancias diferentes a la original.
El origen de una nueva sustancia significa que ha ocurrido un reordenamiento
de los electrones dentro de los átomos, y se han creado nuevos enlaces
químicos. Estos enlaces químicos determinarán las propiedades de la nueva
sustancia o sustancias.
La mayoría de los cambios químicos son irreversibles. Ejemplos: al quemar
un papel no podemos obtenerlo nuevamente a partir de las cenizas y los gases
que se liberan en la combustión; el cobre se oxida en presencia de oxígeno
formando otra sustancia llamada óxido de cobre. Sin embargo, hay otros
cambios químicos en que la adición de otra sustancia provoca la obtención de
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la sustancia original y en este caso se trata de un cambio químico reversible;
así, pues, para provocar un cambio químico reversible hay que provocar otro
cambio químico.
Cambios de estados físicos
La materia cambia de estado físico según se le aplique calor o se le aplique
frío.
Cuando se aplica calor a los cuerpos se habla de Cambios de estado
Progresivos de la materia. Cuando los cuerpos se enfrían se habla de
Cambios de estado Regresivos.
Los cambios de estado progresivos son:
• Sublimación Progresiva
• Fusión
• Evaporación
1. Sublimación progresiva: Este cambio se produce cuando un cuerpo pasa
del estado sólido al gaseoso directamente. La sublimación progresiva sólo
ocurre en algunas sustancias, como, el yodo y la naftalina.
2. Fusión. Es el paso de una sustancia, del estado sólido al líquido por la
acción del calor. La temperatura a la que se produce la fusión es
característica de cada sustancia. Por ejemplo la temperatura a la que ocurre
la fusión del hielo es O° C mientras la del hierro es de 1.525° C. La
temperatura constante a la que ocurre la fusión se denomina punto de fusión.
3. Evaporación. Es el paso de una sustancia desde el estado líquido al
gaseoso. Este cambio de estado ocurre normalmente a la temperatura
ambiente, y sin necesidad de aplicar calor. Bajo esas condiciones, sólo las
partículas de la superficie del líquido pasarán al estado gaseoso, mientras que
aquéllas que están más abajo seguirán en el estado inicial. Sin embargo, si se
aplica mayor calor, tanto las partículas de la superficie como las del interior del
líquido podrán pasar al estado gaseoso. El cambio de estado así producido se
denomina ebullición. La temperatura que cada sustancia necesita para
alcanzar la ebullición es característica, y se denomina punto de ebullición.
Por ejemplo, al nivel del mar el alcohol tiene un punto de ebullición de 78,5° C
y el agua de 100°C.
La temperatura a la que ocurre la fusión o la ebullición de una sustancia
es un valor constante, es independiente de la cantidad de sustancia y no
varía aún cuando ésta continúe calentándose.
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El punto de fusión y el punto de ebullición pueden considerarse como las
huellas digitales de una sustancia, puesto que corresponden a valores
característicos, propios de cada una y permiten su identificación.
Sustancia Punto de fusión
(ºC)
Punto de ebullición
(ºC)
Agua (sustancia) 0 100
Alcohol (sustancia) -117 78
Hierro (elemento) 1.539 2.750
Cobre (elemento) 1.083 2.600
Aluminio (elemento) 660 2.400
Plomo (elemento) 328 1.750
Mercurio (elemento) -39 357
Los cambios de estado regresivos de la materia son:
• Sublimación regresiva
• Solidificación
• Condensación
1. Sublimación regresiva. Es el cambio de estado que ocurre cuando una
sustancia gaseosa se vuelve sólida, sin pasar por el estado líquido.
2. Solidificación. Es el paso de una sustancia desde el estado líquido al sólido.
Este proceso ocurre a una temperatura característica para cada sustancia
denominada punto de solidificación y que coincide con su punto de fusión.
3. Condensación. Es el cambio de estado que se produce en una sustancia al
pasar del estado gaseoso al estado líquido. La temperatura a que ocurre esta
transformación se llama punto de condensación y corresponde al punto de
ebullición de dicha sustancia. Este cambio de estado es uno de los más
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aprovechados por el hombre en la destilación fraccionada del petróleo, mediante
la cual se obtienen los derivados como la parafina, bencina y gas de cañería.
Molécula de carbono y su relación con la vida
El bióxido de carbono es un compuesto orgánico formado por un átomo de
carbono y dos átomos de oxígeno (O=C=O).
El bióxido de carbono (CO2) es un componente natural de la atmósfera y su
densidad es de 679.97 mg/metro cúbico de aire. Su concentración en la
composición del aire es apenas del 0.032%; sin embargo, es el compuesto
orgánico más importante para el sostenimiento de la biosfera (conjunto de todos
los seres vivientes en la tierra).
Sin el CO2 la vida de los organismos fotosintéticos y de los animales no sería
posible, pues el CO2 sirve como base para la formación de compuestos
orgánicos que son nutrientes para las plantas y los animales.
A través de la fotosíntesis, los organismos con clorofila toman el CO2 atmosférico
o disuelto en agua para formar moléculas más complejas, como carbohidratos,
lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
La fórmula general de la fotosíntesis es la siguiente:
6CO2 + 6H2O + Luz = C6H12O6 (glucosa) + 6O2
utiliza en el citoplasma para sintetizar sacarosa.
El organismo con clorofila absorbe luz, CO2 y agua del entorno. La molécula de
agua se rompe y el Hidrógeno de dicha molécula se adhiere a las moléculas de
bióxido de carbono para formar glucosa. El Oxígeno de las moléculas de agua es
liberado al ambiente, en tanto que la energía proporcionada por los fotones
queda atrapada en los enlaces de la molécula de glucosa.
Cualquier cadena alimenticia comienza con los organismos productores, esto es,
con los organismos que producen su propio alimento. A estos organismos se les
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llama autótrofos. Los vegetales son autótrofos porque producen su propio
alimento, usando como materia prima agua, bióxido de carbono y luz.
Se ha determinado experimentalmente que la densidad de
bióxido de carbono para el desarrollo óptimo de toda clase de
plantas es el de 895 mg/metro cúbico de aire (cerca de 500
ppmv).
Algunas plantas crecen mejor en ambientes con muy altas
densidades de bióxido de carbono; por ejemplo las pteridofitas
y ciertas especies de coníferas se desarrollan mejor en
ambientes húmedos con 5000 ppmv de bióxido de carbono.
El Bióxido de Carbono no es un contaminante atmosférico ni
del agua porque no es perjudicial ni venenoso. El bióxido de
carbono no trabaja fisiológicamente como el oxígeno, pero no
intoxica; esto significa que el bióxido de carbono no puede ser
puesto por las células en lugar del oxígeno, pero el CO2 no las
mata como lo hace el monóxido del carbono.
Una sola diferencia existe entre el bióxido de carbono y el
monóxido de carbono, un átomo de oxígeno menos en el
monóxido de carbono. Por esa pequeña diferencia, uno de
ellos es tóxico, el monóxido de carbono, mientras que el otro
es vital para los seres vivientes, el bióxido de carbono.
Si te encierras en una habitación sellada con una estufa
encendida (¡NUNCA LO HAGAS!), no es el bióxido de carbono
el que te mata, sino el monóxido de carbono y la asfixia por la
depleción del oxígeno que es consumido por la ignición del
combustible. Si tú acumulas bióxido de carbono en la misma
habitación hasta tener una densidad de 5 gramos por metro
cúbico de aire (3078 ppmv) no te asfixiarás en tanto la
densidad de oxígeno permanezca normal y estable.
Los contaminantes son materiales dañinos para los seres
vivientes. Al igual que el agua, el CO2 es vital para todos los
seres vivientes; luego pues, el CO2 no es un agente
contaminante, sino necesario para la vida.
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Micromoléculas
Podríamos decir que las micromoléculas, ya sean aminoácidos, ácidos grasos,
monosacáridos, son las responsables de las síntesis prebiológicas que más tarde
originaron las macromoléculas.
En muchas ocasiones podríamos llamar a las micromoléculas, a aquellos
monomeros, o a la versión más simple de una macromolécula, ya que una
macromolécula es la unión de multiples moléculas, lo que podríamos llamar
polímeros.
Por lo tanto, las micromoléculas son las responsables del nacimiento de todo lo
que conocemos por vías de síntesis prebiológica, bioquímica, química orgánica e
inorgánica.
En las micro moléculas se hallan los aminoácidos, lípidos, ácidos grasos,
monosacáridos y nucleótidos
Los aminoácidos son biomoléculas formadas por (C) Carbono, (H) Hidrogeno,
(O) Oxígeno y (S) Azufre. Estos, son la única fuente aprovechable de nitrógeno para el ser humano, además son elementos fundamentales para la síntesis de las proteínas, y son precursores
de otros compuestos nitrogenados.
Se dividen en esenciales y no esenciales.
Los esenciales: son aquellos que no pueden ser sintetizados en el organismo, y por ende deben incorporarse en la dieta mediante ingesta.
Se los puede listar en los siguientes: Histidina, Isoleucina, Leucina, Lisina, Metionina, Fenilalanina, Treonina, Triptofano y Valina
Los no esenciales: son aquellos que son sintetizados en el organismo.
Estos son: Alanina, Arginina, Asparragina, Aspartico, Cisteina, Cistina, Glutamico, Glutamina, Glicina, Hidroxiprolina, Prolina, Serina y Tirosina.
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Aminoácido. Las pelotitas rojas representan el grupo acido mientras la pelotita morada es el grupo amino.
Los lípidos son biomoléculas muy diversas; unos están formados por cadenas alifáticas saturadas o insaturadas, en general lineales, pero algunos tienen anillos (aromáticos). Algunos son flexibles, mientras que otros son rígidos o semiflexibles
hasta alcanzar casi una total flexibilidad molecular; algunos comparten carbonos libres y otros forman puentes de hidrógeno.
La mayoría de los lípidos tiene algún tipo de carácter polar, además de poseer una gran parte apolar o hidrofóbico ("que le teme al agua" o "rechaza al agua"), lo que
significa que no interactúa bien con solventes polares como el agua. Otra parte de su estructura es polar o hidrofílica ("que ama el agua" o "que tiene afinidad por el agua") y tenderá a asociarse con solventes polares como el agua; cuando una
molécula tiene una región hidrófoba y otra hidrófila se dice que tiene carácter anfipático. La región hidrófoba de los lípidos es la que presenta solo átomos de carbono unidos a átomos de hidrógeno, como la larga "cola" alifática de los ácidos
grasos o los anillos de esterano del colesterol; la región hidrófila es la que posee grupos polares o con cargas eléctricas, como el hidroxilo (–OH) del colesterol, el carboxilo (–COO–) de los ácidos grasos, el fosfato (–PO4
–) de los fosfolípidos, etc
Los lípidos son un grupo muy heterogéneo que usualmente se clasifican en dos grupos, atendiendo a que posean en su composición ácidos grasos (lípidos saponificables) o no lo posean (lípidos insaponificables).
Lípidos saponificables:
Simples. Lípidos que sólo contienen carbono, hidrógeno y oxígeno.
Acilglicéridos. Cuando son sólidos se les llama grasas y cuando son
líquidos a temperatura ambiente se llaman aceites.
Céridos (ceras)
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Complejos. Son los lípidos que además de contener en su molécula
carbono, hidrógeno y oxígeno, también contienen otros elementos
como nitrógeno, fósforo, azufre u otra biomolécula como un glúcido.
A los lípidos complejos también se les llama lípidos de membrana
pues son las principales moléculas que forman las membranas
celulares.
Los lípidos desempeñan cuatro tipos de funciones:
1. Función de reserva. Son la principal reserva energética del organismo.Un
gramo de grasa produce 9'4 kilocalorías en las reacciones metabólicas de oxidación, mientras que proteínas y glúcidos sólo producen 4'1 kilocaloría/gr.
2. Función estructural. Forman las bicapas lipídicas de las membranas.
Recubren órganos y le dan consistencia, o protegen mecánicamente como el tejido adiposo de piés y manos.
3. Función biocatalizadora. En este papel los lípidos favorecen o facilitan las reacciones químicas que se producen en los seres vivos. Cumplen esta función las vitaminas lipídicas, las hormonas esteroideas y las
prostaglandinas.
4. Función transportadora. El tranporte de lípidos desde el intestino hasta su lugar de destino se raliza mediante su emulsión gracias a los ácidos biliares
y a los proteolípidos.
Ácidos grasos
Los principales componentes de todas las grasas son los ácidos grasos, que pueden ser saturados, monoinsaturados o poliinsaturados. Las grasas que contienen una gran proporción de ácidos grasos saturados son sólidas a
temperatura ambiente. Se conocen como grasas saturadas y, normalmente, son
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de origen animal; por ejemplo, manteca, sebo y mantequilla. La mayoría de las
grasas vegetales son ricas en grasas poliinsaturadas o monoinsaturadas, excepto las grasas de palma y de coco, que son muy saturadas.
Las grasas saturadas y monoinsaturadas no son necesarias en la dieta, ya que se
producen en el cuerpo humano.
Existen dos ácidos grasos poliinsaturados (AGP) que el cuerpo no puede producir: el ácido linoleico y el ácido alfa linolénico. Deben obtenerse de la dieta y se
conocen como ácidos grasos esenciales. Una vez en el cuerpo, se pueden convertir en otros AGP, como el ácido araquidónico, ácido eicosapentanoico (EPA) y el ácido docosahexanoico (DHA).
En el cuerpo, los AGP son importantes para mantener las membranas de todas las
células, para producir las prostaglandinas que regulan muchos procesos corporales, por ejemplo, la inflamación y para la coagulación de la sangre. Asimismo, las grasas son necesarias en la dieta para que las vitaminas
liposolubles de los alimentos (A, D, E y K) puedan ser absorbidas y para regular el metabolismo del colesterol.
Ácidos grasos poliinsaturados: fuentes alimenticias
A continuación, se indican las fuentes alimenticias de los dos principales ácidos
grasos poliinsaturados (ácido linoleico y ácido alfa linolénico).
ácido linoleico (familia Omega 6)
Verduras, frutas, frutos secos, cereales y semillas.
Una buena fuente son los aceites de cártamo, girasol, maíz, soja, onagra,
calabaza y germen de trigo.
ácido alfa linolénico (familia Omega 3)
(Nota: el pescado no es la única fuente de ácidos omega 3. ¡El aceite de linaza contiene el doble que el aceite de pescado!).
Aceite de linaza (lino), de semillas de mostaza, de pipas de calabaza, de soja, de nueces y de colza. Hortalizas de hoja verde y cereales. Espirulina.
Una buena fuente son los aceites de lino, linaza, colza y soja.
EPA y DHA
En el cuerpo, el ácido alfa linolénico se convierte en EPA (ácido eicosapentanoico), que normalmente se encuentra en los aceites marinos, y en DHA (ácido docosahexanoico) que normalmente se encuentra en los aceites de pescado marino. Existen muchos factores que afectan a la tasa de conversión y
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uno de ellos parece ser una ingesta abundante de ácido linoleico, típica de las
dietas veganas, que puede reducir la capacidad del cuerpo para convertir el ácido alfa linolénico en DHA. Para obtener un mejor equilibrio de los AGP en los tejidos del cuerpo, los veganos pueden consumir menos aceite de girasol, cártamo y
maíz, y más aceites que contengan ácido alfa linolénico, por ejemplo, el aceite de colza o los aceites de soja y nueces. De esta manera, los tejidos producirían más DHA.
Monosacáridos
Los monosacáridos son sustancias blancas, con sabor dulce, cristalizable y
soluble en agua. Se oxidan fácilmente, transformándose en ácidos, por lo que se dice que poseen poder reductor (cuando ellos se oxidan, reducen a otra molécula).
Los monosacáridos son moléculas
sencillas que responden a la fórmula general (CH2O)n. Están formados por 3, 4, 5, 6 ó 7 átomos de carbono.
Químicamente son polialcoholes, es decir, cadenas de carbono con un grupo -OH cada carbono, en los que
un carbono forma un grupo aldehído o un grupo cetona.
Se clasifican atendiendo al grupo
funcional (aldehído o cetona) en aldosas, con grupo aldehído, y cetosas, con grupo cetónico.
Cuando aparecen carbonos
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asimétricos, presentan distintos tipos de isomería.
Algunos de ellos pueden presentar su estructura ciclada.
Triosas: tres carbonos
Tetrosas: cuatro carbonos Pentosas: cinco carbonos Hexosas: seis carbonos
Heptosas: siete carbonos
Nucleótidos
Los nucleótidos son moléculas orgánicas formadas por la unión covalente de un
monosacárido de cinco carbonos (pentosa), una base nitrogenada y un grupo fosfato.
Son los monómeros de los ácidos nucleicos (ADN y ARN) en los cuales forman
cadenas lineales de miles o millones de nucleótidos, pero también realizan funciones importantes como moléculas libres (por ejemplo, el ATP).
Cada nucleótido es un ensamblado de tres componentes:
Bases nitrogenadas: derivan de los compuestos heterocíclicos aromáticos
purina y pirimidina. o Bases nitrogenadas purínicas: son la adenina (A) y la guanina (G).
Ambas forman parte del ADN y del ARN.
o Bases nitrogenadas pirimidínicas: son la timina (T), la citosina (C) y el uracilo (U). La timina y la citosina intervienen en la formación del ADN. En el ARN aparecen la citosina y el uracilo.
o Bases nitrogenadas isoaloxacínicas:la flavina (F). No forma parte del ADN o del ARN, pero sí de algunos compuestos importantes como el FAD
Pentosa: el azúcar de cinco átomos de carbono; puede ser ribosa (ARN) o desoxirribosa (ADN). La diferencia entre ambos es que el ARN si posee un grupo OH en el segundo carbono.
Ácido fosfórico: de fórmula H3PO4. Cada nucleótido puede contener uno (nucleótidos-monofosfato, como el AMP), dos (nucleótidos-difosfato, como el ADP) o tres (nucleótidos-trifosfato, como el ATP) grupos fosfato.
Los nucleótidos, por razón de que sus grupos de fosfato le confieren un enlace de alta energía, son fuentes preferidas en las células para la transferencia de energía.
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Los nucleótidos se encuentran en un estado estable cuando poseen un solo grupo
fosfato. Cada grupo de fosfato adicional que posea un nucleótido se encuentra en un estado más inestable y el enlace del fosfato tiende, cuando se rompe por hidrólisis, a liberar la energía que lo une al nucleótido. Las células poseen enzimas
cuya función es precisamente hidrolizar nucleótidos para extraer el potencial energético almacenado en sus enlaces. Por tal razón un nucleótido de trifosfato es la fuente más utilizada de energía en la célula. De ellos, el ATP (un nucleótido de
adenina con tres grupos de fosfato ricos en energía), es el eje central en las reacciones celulares para la transferencia de la energía demandada. El UTP (uracilo + tres fosfatos) y GTP (guanina y tres fosfatos) también complacen las
demandas de energía de la célula en reacciones con azúcares y cambios de estructuras proteicas, respectivamente
Las macromoléculas son substancias cuyas moléculas poseen una elevada masa
molecular, y están constituidas por la repetición de algún tipo de subunidad
estructural. Pueden ser lineales o ramificadas
Se pueden clasificar en polisacáridos, proteínas, Carbohidratos, acido nucleico y
acido ribonucleico.
Polisacáridos
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Los polisacáridos están formados por la unión de centenares de monosacáridos,
unidos por enlaces “O-glucosídicos”. Existen algunos formados por unidades de
pentosa, llamados pentosanas, pero los que tienen importancia biológica son los
polímeros de unidades de hexosas, llamados también hexosanas, y muy
especialmente los polisacáridos formados de glucosa.
Propiedades y clasificación.
Los polisacáridos son sustancias de gran tamaño y peso molecular. Son
totalmente insolubles en agua, en la que pueden formar dispersiones coloidales.
No tienen sabor dulce. Pueden ser cristalizados, mantienen el aspecto de sólidos
de color blanco y carecen de poder reductor. Se pueden clasificar en dos grandes
grupos:
Homopolisacáridos, formados por el mismo tipo de monosacáridos.
Destacan por su interés biológico el almidón, el glucógeno, la celulosa y la
quitina.
Heteropolisacáridos, formados por diferentes monómeros. Entre ellos se
encuentran la pectina, la hemicelulosa, el agar-agar y diversas gomas y
mucopolisacáridos.
Los polisacáridos representan una clase importante de polímeros biológicos. Su
función en los organismos vivos está relacionada usualmente con estructura o
almacenamiento. El almidón es usado como una forma de almacenar
monosacáridos en las plantas, siendo encontrado en la forma de amilosa y la
amilopectina (ramificada). En animales, se usa el glucógeno en vez de almidón
el cual es estructuralmente similar pero más densamente ramificado. Las
propiedades del glucógeno le permiten ser metabolizado más rápidamente, lo
cual se ajusta a la vida activa de los animales con locomoción.
La celulosa y la quitina son ejemplos de polisacáridos estructurales. La celulosa
y es usada en la pared celular de plantas y otros organismos y es la molécula
más abundante sobre la tierra. La quitina tiene una estructura similar a la
celulosa, pero tiene nitrógeno en sus ramas incrementando así su fuerza. Se
encuentra en los exoesqueletos de los artrópodos y en las paredes celulares de
muchos hongos. Tiene diversos de usos, por ejemplo en hilos para sutura
quirúrgica. Otros polisacáridos incluyen la callosa, la lamiña, la rina, el xilano y la
galactomanosa.
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Proteínas
Estas son macromoléculas compuestas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. La mayoría también contienen azufre y fósforo. Las mismas están formadas por la unión de varios aminoácidos, unidos mediante enlaces peptídicos.
El orden y disposición de los aminoácidos en una proteína depende del código genético, ADN, de la persona.
Las proteínas constituyen alrededor del 50% del peso seco de los tejidos y no
existe proceso biológico alguno que no dependa de la participación de este tipo de sustancias. Las funciones principales de las proteínas son:
Ser esenciales para el crecimiento. Las grasas y carbohidratos no las
pueden sustituir, por no contener nitrógeno. Proporcionan los aminoácidos esenciales fundamentales para la síntesis
tisular.
Son materia prima para la formación de los jugos digestivos, hormonas, proteínas plasmáticas, hemoglobina, vitaminas y enzimas.
Funcionan como amortiguadores, ayudando a mantener la reacción de
diversos medios como el plasma. Actúan como catalizadores biológicos acelerando la velocidad de las
reacciones químicas del metabolismo. Son las enzimas.
Actúan como transporte de gases como oxígeno y dióxido de carbono en sangre. (hemoglobina).
Actúan como defensa, los anticuerpos son proteínas de defensa natural
contra infecciones o agentes extraños. Permiten el movimiento celular a través de la miosina y actina (proteínas contráctiles musculares).
Resistencia. El colágeno es la principal proteína integrante de los tejidos de sostén.
Energéticamente, las proteínas aportan al organismo 4 Kcal de energía por
cada gramo que se ingiere.
Las proteínas son clasificables según su estructura química en:
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Proteínas simples: Producen solo aminoácidos al ser hidrolizados.
Albúminas y globulinas: Son solubles en agua y soluciones salinas diluidas
(ej.: lactoalbumina de la leche).
Glutelinas y prolaninas: Son solubles en ácidos y álcalis, se encuentran en
cereales fundamentalmente el trigo. El gluten se forma a partir de una mezcla
de gluteninas y gliadinas con agua.
Albuminoides: Son insolubles en agua, son fibrosas, incluyen la queratina del
cabello, el colágeno del tejido conectivo y la fibrina del coagulo sanguíneo.
Proteínas conjugadas: Son las que contienen partes no proteicas. Ej.:
nucleoproteínas.
Proteínas derivadas: Son producto de la hidrólisis.
En el metabolismo, el principal producto final de las proteínas es el amoníaco (NH3) que luego se convierte en urea (NH2)2CO2 en el hígado y se excreta a través de la orina.
Carbohidratos
Los Carbohidratos, también llamados hidratos de carbono, glúcidos o azúcares
son la fuente más abundante y económica de energía alimentaria de nuestra dieta. Están presentes tanto en los alimentos de origen animal como la leche y sus derivados como en los de origen vegetal; legumbres, cereales, harinas, verduras y
frutas.
Dependiendo de su composición, los carbohidratos pueden clasificarse en:
Simples:
Monosacáridos: glucosa o fructosa Disacáridos: formados por la unión de dos monosacáridos iguales o
distintos: lactosa, maltosa, sacarosa, etc.
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Oligosacáridos: polímeros de hasta 20 unidades de monosacáridos.
Complejos:
Polisacáridos: están formados por la unión de más de 20 monosacáridos simples.
Función de reserva: almidón, glucógeno y dextranos.
Función estructural: celulosa y xilanos.
Funciones de los carbohidratos
Función energética. Cada gramo de carbohidratos aporta una energía de 4 Kcal. Ocupan el primer lugar en el requerimiento diario de nutrientes debido
a que nos aportan el combustible necesario para realizar las funciones orgánicas, físicas y psicológicas de nuestro organismo.
Una vez ingeridos, los carbohidratos se hidrolizan a glucosa, la sustancia
más simple. La glucosa es de suma importancia para el correcto funcionamiento del sistema nervioso central (SNC) Diariamente, nuestro cerebro consume más o menos 100 g. de glucosa, cuando estamos en
ayuno, SNC recurre a los cuerpos cetónicos que existen en bajas concentraciones, es por eso que en condiciones de hipoglucemia podemos sentirnos mareados o cansados.
También ayudan al metabolismo de las grasas e impiden la oxidación de las
proteínas. La fermentación de la lactosa ayuda a la proliferación de la flora bacteriana favorable.
Carbohidratos y fibra vegetal
La fibra vegetal (presente en los carbohidratos complejos) presenta infinidad de beneficios, ayuda a la regulación del colesterol, previene el cáncer de colon, regula el tránsito intestinal y combate las subidas de glucosa en sangre (muy
beneficiosa para los diabéticos), aumenta el volumen de las heces y aumenta la sensación de saciedad, esto puede servirnos de ayuda en las dietas de control de peso.
También se ha demostrado que los alimentos ricos en fibra soluble consiguen
mayor efecto hipocolesterolemiante que los vegetales ricos en fibra insoluble como el salvado al modular la absorción de grasas, colesterol y azúcares en el intestino. El requerimiento diario aconsejado es de 30 gramos al día, obtenida a través de
frutas, verduras, legumbres y cereales integrales. Grandes ingestas de fibra (más de 30 g. al día) tiene efectos perjudiciales ya que afecta la absorción de ciertos nutrientes como el calcio, el zinc y el hierro.
La fibra dietética no se considera un nutriente ya que carece de valor calórico, razón por la cual nuestro organismo no puede absorberla ni metabolizarla para obtener energía.
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Engloba a todas aquellas sustancias vegetales que nuestro aparato digestivo no
puede digerir, actuando fundamentalmente sobre el tránsito intestinal combatiendo el estreñimiento.
Acido nucleico
Los ácidos nuclicos son grandes moléculas formadas por la repetición de un monómero llamado nucleótido. Estos se unen entre sí por un grupo fosfato, formando largas cadenas. Pueden alcanzar tamaños gigantes, siendo las
moléculas más grandes que se conocen, constituídas por millones de nucleótidos.
Los ácidos nucleicos almacenan la información genética de los organismos vivos y son las responsables de su transmisión hereditaria. Existen dos tipos de ácidos nucleicos, ADN y ARN, que se diferencian en:
• El azúcar (pentosa) que contienen: la desoxirribosa en el ADN y ribosa en el ARN. • Las bases nitrogenadas que contienen, adenina, guanina, citosina y timina,
en el ADN; y adenina, guanina, citosina y uracilo en el ARN.
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• En los eucariotas la estructura del ADN es de doble cadena, mientras que
la estructura del ARN es monocatenaria aunque puede presentarse en forma lineal como el ARNm o en forma plegada cruciforme como ARNt y ARNr.
Tipos de ácidos nucleicos: • ácidos ribonucleico = ARN • ácidos desoxirribonucleico = ADN
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Actividades de Fisicoquímica
1. Buscar en una tabla periódica cualquier elemento a elección y realizar una
maqueta del elemento elegido con sus respectivos neutrones, protones y
electrones. Para ello tienen que calcular el número de electrones, protones y neutrones teniendo en cuenta la formulas de la página número 8
2. Elaborar un cuadro sobre cómo se organiza la materia teniendo en cuenta
los contenidos hasta ahora vistos en Fisicoquímica.
3. Resolver el siguiente crucigrama
