Download - Apuntes de Bioquimica 1º Bach VOL 1

BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA. BIOQUÍMICA 20082009

1 COLEGIO MEDALLA MILAGROSA. ÁVILA 1º BACHILLERATO

1º LA MATERIA VIVA: NIVELES DE ORGANIZACIÓN

La materia viva está formada por una serie de componentes químicos, pero es interesante observar que ninguno de dichos componentes está dotado de vida, por lo tanto podemos decir que la materia viva es un sistema organizado de sustancias que por sí mismas no son vivientes. Sin embargo a partir de un determinado nivel de organización de tales componentes químicos aparece la manifestación vital. Así pues la materia viva no puede ser considerada como una simple sustancia sino como una organización muy especial de la materia en constante estado de actividad física y química que confiere a aquellas una propiedades características de las que carecen los seres inertes.

La materia viva está constituida básicamente por compuestos orgánicos, pero la materia orgánica no es exclusiva de los seres vivos, ya que no solo ellos pueden formarla sino que también puede ser obtenida en el laboratorio.

En la constitución de la materia viva encontramos los siguientes niveles de organización:

a) Nivel molecular, químico o abiótico formado por:

Partículas subatómicas: son partículas más pequeñas de materia, como los protones, neutrones y electrones.

Átomos: parte más pequeña de un elemento químico que puede intervenir en una reacción. Moléculas: unidades materiales formadas por la agrupación de dos o más átomos. A las moléculas que constituyen la materia viva se las denomina biomoléculas o principios inmediatos. Ej. La glucosa.

Macromoléculas: resultan de la unión de muchas moléculas en un polímero. Ej. El almidón que es un polímero de la glucosa o el glucógeno.

Complejo supramolecular: formados por varias macromoléculas. Pueden encontrarse asociados formando orgánulos celulares. A este nivel pertenecen los virus formados por dos macromoléculas: proteínas y ácidos nucleicos (ADN).

b) Nivel celular. Abarca las células, unidad biológica fundamental dotada de vida propia, que puede constituir un organismo completo (seres unicelulares) o formar parte de otro superior por reunión de varias de ellas (seres pluricelulares)

c) Nivel orgánico pluricelular. Se distinguen los siguientes subniveles:

Tejidos: son conjuntos de células muy parecidas que realizan las mismas funciones y que tienen un mismo origen.

Órganos: Son unidades estructurales y funcionales de los seres vivos superiores. Están formados por varios tejidos diferentes y organizan actos concretos.

Sistemas: Son conjuntos de órganos parecidos, ya que están constituidos por los mismo tejidos, pero que realizan actos que pueden ser independientes.

Aparatos: Son conjuntos de órganos que pueden ser muy diferentes entre sí, pero cuyos actos están coordinados para constituir lo que se llama función.



d) Nivel de poblaciones. Surge ante el hecho de que los seres vivos no pueden vivir aislados, porque se necesitan unos a otros para poder llevar a cabo sus actividades vitales. En consecuencia, los individuos se agrupan formando poblaciones (individuos de la misma especie), en cuyo seno los seres vivos que la constituyen establecen mutuas relaciones de dependencia a veces muy estrechas.

e) Nivel de ecosistemas. En él se estudian tanto el conjunto de poblaciones que viven interrelacionadas (la llamada comunidad o biocenosis) como el lugar, con sus condiciones fisicoquímicas, en el que se encuentran viviendo (el llamado biotopo) El conjunto de biocenosis y de biotopo se denomina ecosistema.



2º CONCEPTOS BÁSICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA.

El CARBONO es el elemento básico de todos los compuestos orgánicos. Cada átomo de carbono posee cuatro enlaces o valencia por medio de los cuales se puede unir a otros átomos de carbono o de otros elementos distintos. Las uniones que establece el carbono con otros átomos puede ser mediante:

Enlaces sencillos: un átomo de carbono está unido por cada uno de sus cuatro enlaces a un átomo distinto. Ej. CH4 H

H C H

H

Enlaces dobles: el carbono está unido por dos de sus enlaces a un mismo átomo. Ej. H

CH3 C

O

Enlaces triples: tres enlaces de un átomo de carbono se unen a un mismo átomo. Ej.

H C N

Los átomos de carbono tienden a unirse entre sí formando cadenas carbonada, que pueden ser:

Abiertas son cadenas lineales: ‐C‐C‐C‐C‐C‐C‐C‐C‐C‐C

Cerradas son cadenas cíclicas: C

C C

C C

2.1. HIDROCARBUROS

Son los compuestos orgánicos más sencillos. De ellos derivan todos los compuestos orgánicos. Consisten en cadenas de átomos de carbono en las que el resto de los enlaces están saturados por hidrógenos. Ej.

H H H H H

H C C C C C H

H H H H H

Simplificadamente se pueden representar de la siguiente forma:

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3



Grupos funcionales.

En los hidrocarburos los hidrógenos pueden ser sustituidos por los distintos grupos funcionales, entre los que merecen destacarse por su interés biológico los siguientes:

Alcohol: El grupo funcional OH se denomina hidroxilo. Ej.

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2OH Alcohol

CH2OH – CHOH – CHOH – CHOH – CH2OH Polialcohol.

Aldehído y Cetona: el grupo funcional C=O se denomina carbonilo.

En los aldehídos se encuentra en el extremo de una cadena. Ej. O

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – C

H

En las cetonas el grupo funcional se encuentra en un carbono del interior de la cadena. Ej. O

CH3 – CH2 – CH2 – C – CH3

Ácidos: el grupo funcional C=O se denomina carboxílico. Ej.

OH

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 –COOH

Aminas: el grupo funcional NH se denomina amino. Ej.

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 –CH2NH

2.2. ISOMERIA.

Se dice que dos compuestos son isómeros cuando presentan la misma fórmula molecular pero distinta fórmula estructural. Es decir, cuando presentan el mismo número de átomos de cada clase, pero estos átomos representan distinta distribución en el espacio. Tipos de isomería:

A) ISOMERIA ESTRUCTURAL. Los átomos se encuentran distribuidos de distinta forma dentro de las moléculas. Pueden ser de tres clases:

Isomería de cadena: la estructura de la cadena es distinta.

Isomería de posición: existe un grupo funcional que se encuentra situado en distinta posición

Isomería de función: presentan distintos grupos funcionales.



Ejemplos: O OH

C CH2OH

H C OH C=O

CH3 CH2OH

Ác. Láctico Dihidroxicetona

B) ESTEREOISOMERIA. Distinta distribución espacias de los átomos de la molécula. Pueden ser de dos clases:

1) Isomería óptica. Es debida a la presencia en sus moléculas de átomos de carbono asimétricos, que son los que poseen sus cuatro valencias saturadas con cuatro grupos sustituyentes distintos. Ej:

CH3

H C OH Gliceraldehído.

CH2

En este compuesto los cuatros sustituyentes del carbono asimétrico son: CH, H, OH, y CHOH. Se pueden representar con la estructura anterior o con otra que es como su imagen reflejada en el espejo:

CH3

OH C H

CH2

Este tipo de isómeros presenta todas sus propiedades físicas y químicas idénticas, excepto la actividad óptica, es decir unos desvían la luz polarizada hacia la izquierda (Levógiros, ‐)y otros hacia la derecha(Dextrógiros, +).

Actualmente se tiende a denominar a los isómeros ópticos, más que por la actividad óptica, por la configuración que presenta el ultimo átomo de carbono asimétrico como compuesto D y L. D si presenta el grupo OH a la derecha y L si está a la izquierda. Esta denominación no tienen nada que ver con la actividad óptica pues puede haber compuesto D (‐), D (+), L (‐) y L (+).



Existen dos tipos:

Enantiomorfos: la configuración de todos sus carbonos asimétricos es opuesta, de forma que un compuesto es imagen del otro. Ej.

CHO CHO

H C OH OH C H

OH C H H C OH

H C OH OH C H

H C OH OH C H

CH2OH CH2OH

D‐glucosa L‐glucosa

Epímeros: solo difieren en la configuración de uno de los carbonos asimétricos. Ej.

CHO CHO

H C OH OH C H

OH C H OH C H

H C OH H C OH

H C OH H C OH

CH2OH CH2OH

D‐glucosa D‐ manosa

Anómeros: se producen cuando en una molécula, un átomo de carbono que era simétrico se convierte en asimétrico, por alguna reacción. Este carbono se denomina anomérico y en compuestos que lo poseen aparecen dos nuevos tipos de isómeros que se denominan α y β.

2) Isomería geométrica. Se presenta en los compuestos que poseen dobles enlaces en sus moléculas y tienen los dos sustituyentes, de cada uno de los carbonos unidos por el doble enlace, distintos. Ej. CH3 CH3 CH3 H

C C C C

H H H CH3

Estas dos formas son estereoisomeras, ya que son dos compuestos que difieren en la ordenación espacial de sus átomos. De estos dos isómeros al que presenta los dos sustituyentes iguales en el mismo plano se le denomina cis y al que los tienen en distinto plano se les denomina trans.



3º NIVEL MOLECULAR. COMPOSICION QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS.

3.1. LOS BIOELEMENTOS

Son los elementos más abundantes en los seres vivos. Estos elementos han sido seleccionados para formar parte de los seres vivos de entes todos los compuestos químicos conocidos, por reunir una serie de particularidades que los hacen especialmente idóneos para ello y que son:

Abundan (Aunque no son los más abundantes) en las capas más externas de la tierra (corteza terrestre, atmósfera e hidrosfera), es decir, que se hallan en contacto con los seres vivos, lo que permite que estos los puedan conseguir con facilidad.

Establecen entre sí enlaces covalente, que son muy estables, pero susceptibles de romperse con relativa facilidad y dar lugar a otras moléculas. Además, muchas veces son enlaces covalente polares, lo que permite la disolución de estas moléculas en agua, que es el medio en que se dan todas las reacciones bioquímicas.

Los bioelementos pueden clasificarse en dos grupos:

Bioelementos primarios. Son un grupo de 6 elementos que constituyen el 96.2% del total de la materia viva. Son el Oxígeno (O), el Carbono (C), el Hidrógeno (H), el Nitrógeno (N), El Fosforo (P) y el Azufre (S). Se llaman primarios porque son indispensables para la formación de glúcidos, lípidos, prótidos y ácidos nucleicos , que son los principios inmediatos.

Bioelementos secundarios. Son todos los restantes. Se puede distinguir dos tipos:

‐ Los indispensables que se encuentran en todos los seres vivos en pequeñas cantidades. Estos son: calcio (Ca), Sodio (Na), Potasio (K), Magnesio (Mg), Cloro (Cl), Silicio (Si), cobre (Cu), Manganeso (Mn), Boro (B), Fluor (Fl), Hierro (Fe) y yodo (I)

‐ Los variables que son los que pueden faltar en algunos organismos. Estos son: Bromo (Br), Cinc (Zn), Titanio (Ti), Vanadio (V) y Plomo (Pb).

Los elementos que se encuentran en proporciones inferiores al 0.1% se denominan oligoelementos entre los que pueden citarse los siguientes:

Hierro: entra a formar parte de la hemoglobina o pigmento rojo de la sangre de los vertebrados; de los llamados citocromos , enzimas de gran importancia en la respiración, etc. Como el hierro apenas se elimina del organismo, es utilizado varias veces cuando se destruyen los compuestos de que forma parte y por ello sus necesidades alimentarias son mínimas. No obstante, su escasez o carencia produce anemia.

Cobre: entra a formar parte de la llamada hemocianina, pigmento de la sangre de los artrópodos y moluscos, con un papel semejante a la hemoglobina.



Cobalto: es imprescindible para que se sintetice la vitamina B12, pues forma parte de su molécula.

Manganeso: aunque no es un constituyente de la molécula de clorofila, es necesario para que las plantas realicen la síntesis de dicha sustancia. Su deficiencia origina amarillamiento de las hojas (clorosis). De otra parte, ese elemento juega también un papel importante en la fotolisis del agua durante la fotosíntesis, actuando además como catalizador de otras reacciones vitales.

Cinc: de gran importancia también como catalizador al formar parte de varios fermentos.

Yodo: elemento básico para la formación de la hormona producida por la glándula tiroides (tiroxina), cuya deficiencia origina la enfermedad llamada bocio.

La carencia de oligoelementos puede producir graves trastornos en los seres vivos, pero conviene también destacar que su exceso puede resultar igualmente peligroso por su toxicidad. Por tanto, son indispensables. La proporción en la que se encuentran no guarda relación con su importancia biológica. Esto quiere decir que no es más importante el carbono por encontrarse en un 95% que el hierro que se encuentra en una concentración del 0.05%.

3.2. PRINCIPIOS INMEDIATOS O BIOMOLÉCULAS.

Los bioelementos primarios rara vez se encuentran en estado libre. En general se combinan entre si para formar moléculas.

Los principios inmediatos se pueden definir como grupos de compuestos que pueden obtenerse de los seres vivos por procedimientos de extracción puramente físicos (filtración, decantación, destilación, centrifugación, etc.). Podemos distinguir dos grandes grupos:

‐ Principios inmediatos inorgánicos: son sustancias que pueden encontrarse también fuera de los seres vivos. Son el agua y las sales minerales.

‐ Principios inmediatos orgánicos: son sustancias exclusivas de los seres vivos: glúcidos, lípidos, prótidos, y ácidos nucleicos.

3.3 EL AGUA.

Contenido en agua de los seres vivos.

Desde el punto de vista cuantitativo, al agua es el principal compuesto de los seres vivos, ya que su cuerpo contienen un elevado porcentaje de la misma (70% aproximadamente), aunque dicho porcentaje varia de unos organismos a otros y también en relación con la edad y clase de órganos que se considere. Así la proporción de agua es tanto mayor cuanto más joven es un organismo, disminuyendo la cantidad a medida que se envejece. Los tejidos más nobles del organismo son precisamente los que contienen mayor cantidad de agua (la corteza cerebral, por ejemplo, cerca del 90%), mientras que otros órganos, como las formaciones esqueléticas, tienen proporciones muy pequeñas. Esto se debe a que las reacciones vitales (metabólicas) tienen siempre lugar en el seno del agua, por tanto cuanto más actividad vital desarrolla un organismo, más rico es su contenido en agua.



Todo organismo sin agua muere. Solo algunos como protozoos o determinados organismos como semillas y esporas, reducen el contenido en agua casi hasta la desecación, entonces las funciones vitales se adaptan al estado de vida latente.

El agua que forma parte de los seres vivos está en continua renovación, existe un continuo aporte y eliminación. El aporte es mediante los líquidos que ingresan en el organismo, los alimentos sólidos y la que se forma en las reacciones metabólicas. La eliminación es mediante el sudor, orina, respiración (vapor de agua), heces, lágrimas, etc.

Propiedades biológicas del agua.

Las moléculas de agua son dipolos, ya que el atomo de oxigeno tiende a atraer los electrones del átomo del hidrogeno, con lo cual este ultimo adquiere una carga positiva, mientras que el oxigeno se carga negativamente. Esto permite que varias moléculas de agua se unan por la fuerza de atracción entre el oxigeno negativo y los hidrógenos positivos mediante puentes de hidrogeno.

Por estas fuerzas de atracción el agua posee puntos de fusión y ebullición, calor específico y tensión superficial muy altos.

El agua a temperatura ambiente, debido a su peso molecular, deberías ser un gas pero es liquida.

Funciones del agua.

Es el disolvente más universal por la naturaleza bipolar de sus moléculas. Por ello actúa como vehículo para la circulación de las sustancias.

Posee una función bioquímica importante, ya que todas las reacciones vitales se llevan a cabo en presencia de agua, pero además ella, por si misma, actúa como reactivo químico.

Al poseer una elevada tensión superficial es el líquido más idóneo para provocar en el citoplasma cambios bruscos de esta tensión, que explican las deformaciones y movimientos protoplasmáticos que presentan las células, manteniendo también el volumen y forma de estas.

Actúa de amortiguador en las articulaciones.

Actúa como agente regulador de la temperatura de los seres vivos debido a su elevado calor específico (amortigua los cambios bruscos), su gran conductividad (es distribuidos de la temperatura) y a su alto calor latente de evaporacion8 debe absorber mucho calor del cuerpo para evaporarse, por lo que el cuerpo queda a temperatura más baja que la ambiente)

Las moléculas de agua tienen una gran capacidad para adherirse a otras moléculas de agua y a las paredes de los vasos (capilares) que las contienen ascendiendo en sentido contrario a la gravedad (capilaridad). Esta es la propiedad por la cual la sabia bruta asciende a través de los vasos leñosos.



3.4. LAS SALES MINERALES.

Desempeñan en los seres vivos numerosas e importantes funciones, según el estado en que se encuentren:

Las sales precipitadas por ser insolubles, se depositan en órganos esqueléticos para darles consistencia (huesos, dientes, caparazones, etc.) Ej. Carbonato cálcico, fosfatos, sílice, etc.

Cuando se hallan disueltas sus moléculas generalmente se encuentran ionizadas. Ej. Aniones como Cl, Po4H2, CO3H, SO, NO3 y cationes como Na, K, Ca, Mg, NH Fe. Sus funciones son las siguientes:

1‐ Mantienen la salinidad del medio interno. 2‐ Regulan los fenómenos osmóticos, es decir el paso de un disolvente entre dos soluciones de

diferente concentración a través de una membrana semipermeable: el disolvente pasara de la zona de menos concentración a la de mayor concentración para igualar las concentraciones. Así una célula en un medio hipertónico perderá agua y se arrugara (plasmólisis) y en un medio hipertónico se hinchara (turgencia). Las concentraciones iónicas de las sales minerales se mantienen constantes dentro de unos límites, pero también mantienen diferencias dentro del mismo organismo.

3‐ Regulan el pH del organismo. Los líquidos que forman parte de los seres vivo se encuentra a valores de pH comprendidos entre 5,5 y 6,5 que es el óptimo para la conservación de estructuras celulares y para el desarrollo de funciones vitales. El valor del pH= ‐log [H+], entonces: Si [H+]< 107 moles / litro, pH >7 tenemos una disolución básica

Si [H+]= 107 moles / litro, pH =7 tenemos una disolución neutra

Si [H+]> 107 moles / litro, pH <7 tenemos una disolución acida

Un ejemplo es el sistema tampón fosfato

H2O + H2PO4‐ HPO4

2‐ + H3O‐

Si en la célula aumentaran los acidos, la reacción se desplazaría hacia la izquierda; y si disminuyeran, la reacción se desplazaría hacia la derecha. Así se amortiguarían las variaciones de pH.

Muchos cationes tienen funciones químicas específicas: el Na, K y Ca son necesarios para la contracción y relajación muscular.



4º LOS GLÚCIDOS.

4.1. CARACTERES GENERALES.

Los glúcidos son principios inmediatos orgánicos formados por la combinación de tres elementos: carbono (C), hidrogeno (H) y oxigeno (O). Normalmente tienen como formula empírica: Cn(H2O)n

Atendiendo a la estructura de sus moléculas pueden definirse como polialcoholes en los que un grupo OH ha sido sustituido por un grupo carbonilo (C=O) aldehídico o cetónico. Es decir, pueden ser polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas. Ateniendo a esta sustitución del grupo hidroxilo, aparece una primera división de los glúcidos.

Aldosas: glúcidos que poseen un grupo aldehído.

Cetosas: glúcidos que poseen un grupo cetona.

Según el número de átomos de carbono que posean pueden clasificarse en triosas, pentosas, hexosas, etc.

Dentro de los glúcidos se distinguen tres grupos fundamentales que son los monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.

4.2. MONOSACARIDOS.

Son azúcares o glúcidos sencillos que no se pueden descomponer en otros más simples, por lo que se dice que no son hidrolizables. Se llaman también azucares porque son dulces, solubles en agua y cristalizables. Son también abundantes en las frutas como la glucosa y la fructosa.

Los monosacáridos se adaptan perfectamente a la definición general dada para los glúcidos.

4.2.2. TRIOSAS.

Son los monosacáridos más sencillos. Son glúcidos formados por 3 átomos de carbono. Existen dos triosas: aldotriosa y cetotriosa, llamadas también gliceraldeído y dihidroxicetona respectivamente.

El gliceraldehído presenta un carbono asimétrico, por lo que se pueden distinguir dos isómeros: D‐Gliceraldehído (cuando el OH está a la derecha) y L‐Gliceraldehído (cuando el OH esta a la izquierda). Cada uno es imagen especular del otro. Se llaman enantiomorfos.

Las estructuras enantiomorfas corresponden a la misma sustancia y por lo tanto tienen las mismas propiedades, pero distinta actividad óptica.

O O

C H D‐Gliceraldehído C H L‐Gliceraldehído

H C OH OH C H

CH2OH CH2OH



La dihidroxicetona no presenta carbonos asimétricos debido a que el grupo carbonilo es una cetona. Por esta razón no existen isómeros ópticos y solo existe una forma:

CH2OH

C=O

CH2OH

4.2.2. TETROSAS.

Glúcidos formados por 4 átomos de carbono. Existen dos aldotetrosas: treosa y eritrosa y una cetotetrosa, la eritrulosa.

CHO CHO CHO CHO CH2OH CH2OH

H C OH OH C H OH C H H C OH C=O C=O

H C OH OH C H H C OH OH C H H C OH OH C H

CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH

D‐eritrosa L‐eritrosa D‐treosa L‐treosa D‐eritrulosa L‐eritrulosa

La D‐eritrosa y la L‐eritrosa son estructuras enantiomorfas, así como D‐treosa y L‐treosa, D‐ Eritrulosa y L‐eritrulosa, ya que difieren en la posición de todos sus radicales de los carbonos asimétricos. Pero, por ejemplo, D‐eritrosa y D‐treosa solo difieren en la posición del OH de un carbono, por lo que se denominan epímeros. Los epímeros son sustancias diferentes y por tanto con propiedades distintas.

4.2.3. PENTOSAS

Son glúcidos de 5 átomos de carbono. En las aldopentosas hay 23 posibles estructuras moleculares ya que hay 3 carbonos asimétricos, pero en la naturaleza solo se encuentran las siguientes:

CHO CHO CHO CHO

H C OH H C H H C OH H C OH

H C OH H C OH OH C H OH C H

H C OH H C OH H C OH OH C H

CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH

D‐ riobosa D‐2‐desoxiribosa D‐xilosa L‐arabinosa



Y una cetopentosa: CH2OH

C=O

H C OH D‐ ribulosa.

H C OH

CH2OH

Junto con las hexosas son los monosacáridos más importantes.

La D‐ribosa se encuentra en las cadenas de ARN

La D‐ desoxiribosa es un derivado de la anterior y forma parte del ADN

La D‐xilosa forma el polisacárido xilana, de la madera

La L‐arabinosa forma el polisacárido arabana, que es uno de los compuestos de la goma arábiga. También se encuentra libre en algunas frutas (ciruelas y cerezas)

La D‐ ribulosa fija la molécula de CO en la fase inicial de la fotosíntesis.

4.2.4. HEXOSAS

Glúcidos de 6 átomos de carbono. En las aldohexosas hay 16 posibilidades ya que hay 4 carbonos asimétricos (24), pero solo tienen interés en biología las siguientes:

CHO CHO CHO

H C OH H C OH OH C H

OH C H OH C H OH C H

H C OH OH C H H C OH

H C OH H C OH H C OH

CH2OH CH2OH CH2OH

D‐glucosa D‐galactosa D‐manosa

Entre las cetohexosas la más importante es:

CHO

C=O

OH C H

H C OH D‐fructosa

H C OH

CH2OH



GLUCOSA. Es el monosacárido más extendido en la naturaleza. Se puede encontrar libre o unido a ores molécula de monosacáridos formando disacáridos (como la sacarosa o la lactosa) o polisacáridos (como el glucógeno o el almidón).

En estado libre se encuentra en muchas frutas (también se llama azúcar de uva), en la miel, y en determinadas concentraciones en la sangre de los organismos animales. Es el único glúcido que se encuentra en estado libre en el organismo.

La glucosa y sus derivados tienen una participación fundamental en los distintos procesos metabólicos encaminados a obtener energía.

GALACTOSA. Es un epímero de la glucosa, es decir, que solo difiere de ella en la configuración de un átomo de carbono (el numero 4). En condiciones normales no se encuentra libre en el organismo, puesto que se transforma a glucosa en el hígado. Forma parte de diversos disacáridos y polisacáridos, como la lactosa propia de la leche.

MANOSA. Se encuentra en algunos vegetales y también en la molécula de estreptomicina.

FRUCTOSA. Se encuentra libre en el azúcar de la miel y en muchas frutas. Junto con la glucosa constituye el disacárido llamado sacarosa.

Formación de anillos.

La ciclación de las moléculas glucídicas se produce al reaccionar el grupo carbonílico con uno de los grupos hidroxilo de la posición 4 o 5. En el caso de la glucosa tiene lugar de la siguiente forma:

1º Todos los carbonos se sitúan en el mismo plano horizontal.

2º la estructura se repliega y se produce un giro de los radicales del carbono 5.

3º El carbono 1 se hidrata.



4º se combina el grupo alcoholico del C1 con el del C5, desprendiendo una molécula de agua.

Se ha formado un hemiacetal intramolecular. El grupo OH del C1 se llama hidroxilo hemiacetálico.

El C1 es ahora asimétrico por lo que se denomina carbono anomerico: si el OH de este carbono está en el mismo plano que el radical CH2OH, el anómero es β, y si esta en distinto plano se denomina α.

Si la molécula ciclada adquiere estructura de hexágono se añade el sufijo –piranosa y si es en forma de pentágono se añade el sufijo –furanosa.

4.3. DISACÁRIDOS.

Formados por la unión de dos monosacáridos mediante un enlace O‐glucosidico que se establece entre los dos –OH de dos monosacáridos con pérdida de una molécula de agua. Puede realizarse de dos formas:

Enlace monocarbonílico: entre el carbono anomérico del primer monosacárido y un carbono cualquiera, no anomérico, del segundo. Las terminaciones de estos disacáridos son ‐osil y ‐osa para el primer y segundo monosacárido, respectivamente.

Enlace carbonílico: entre los dos carbonos anoméricos. Las terminaciones son ‐osil y ‐ósido

Los principales disacáridos son:

MALTOSA. Está formada por dos moléculas de D‐glucosa. La primera siempre es α la segunda puede ser α o β, aunque lo normal es que sea α.

La unión se produce entre el carbono 1 de la primera glucosa y el carbono 4 de la segunda, es decir, es un enlace 1 → 4

Su nombre es α‐D‐glucopiranosil (1→4) α‐D‐glucopiranosa.



Se encuentra en grano de la cebada, que se utiliza para la fabricación de la cerveza y de la malta. Se obtiene a partir de la hidrólisis del almidón o del glucógeno.

CELOBIOSA. Formada por dos moléculas de β‐D‐glucosa unidas mediante enlace 1→4.

Β‐D‐glucopiranosil (1→4) β‐D‐glucopiranosa.

Se obtienen por la hidrólisis de la celulosa.

LACTOSA. Está formada por una molécula de β‐D‐galactosa y otra de α‐D‐glucosa, mediante enlace 1→4. Se trata por lo tanto de β‐D‐galactopiranosil (1→4)α‐D‐glucopiranosa.

Sólo se encuentra libre en la leche de los mamíferos, por lo que se denomina “azúcar de leche”

SACAROSA. Está compuesta por una molécula de α‐D‐glucosa y otra de β‐D‐fructosa. La unión entre los dos monosacáridos se produce entre el carbono 1 de la D‐glucosa y el carbono 2 de la D‐fructosa. Es decir, entre los carbonos anoméricos de las dos moléculas.

Su nombre es α‐D‐glucopiranosil (1→2) β‐D‐fructofuranosa

La sacarosa es muy importante para el hombre como fuente de energía. Se encuentra en muchos vegetales: caña de azúcar, remolacha, etc. Se utiliza como azúcar de mesa



4.4. POLISACÁRIDOS

Formados por la unión de muchos monosacáridos mediante enlace O‐glucosídico. Tienen, pues, pesos moleculares muy elevados.

Los que realizan una función estructural presentan un enlace β‐glucosídico que es difícil de romper, y los que tienen una función de reserva energética presentan un enlace α‐glucosídico, que es más fácil de romper.

Son polisacáridos importantes los siguientes:

GLUCÓGENO. Formado por moléculas de maltosa unidas por enlace α (1→4). Su estructura es helicoidal y cada 10 moléculas de glucosa presentan ramificaciones con enlace (1→6).

Las enzimas amilasa sobre el glucógeno san maltosa y dextrinas y luego mediante las maltasas y las enzimas desramificantes se obtiene glucosa.

Es el principal polisacárido de reserva de los animales. En el hombre se acumula principalmente en el hígado y en el musculo esquelético. De esta forma el organismo puede acumular más glucosa que se ésta se encontrara libre. Además como esta transformación se produce muy fácilmente, el organismo puede disponer en cualquier momento de grandes cantidades de energía.

Degradación de la molécula de glucógeno.

GLUCÓGENO MALTOSAS D‐Glucosa

Amilasa Maltasa

Mediante la degradación de la molécula de glucógeno el organismo es capaz de obtener grandes cantidades de energía.

ALMIDÓN. Se trata de un polisacárido de reserva exclusivo de los vegetales, formado por moléculas de D‐glucosaque se pueden unir de dos formas y dar lugar a AMILOSA y AMILOPECTINA.

Al igual que la molécula de glucógeno, la de almidón también se va a degradar en sus componentes más sencillos:

ALMIDÓN DEXTRINAS MALTOSAS D‐glucosa

Amilasa Maltasa Maltasa



Integrado por dos tipos de polímeros:

‐ Amilosas: maltosas unidas por enlaces (1→4). Su estructura es helicoidal con 6 moléculas de glucosa por vuelta. Sin ramificaciones.

‐ Amilopectina: como el polímero anterior, pero con ramificaciones cada 25‐30 glucosas mediante enlaces (1→6)

La mezcla de estos compuestos constituye el almidón. La proporción en que se encuentran ambos varía.

Es la principal sustancia de reserva de las plantas. La importancia para el hombre reside en que el almidón constituye la mitad de los glúcidos que ingerimos. Es decir que la mayoría de la glucosa de nuestro organismo proviene de la degradación del almidón.

Para su degradación las enzimas α amilasas rompen los enlaces (1→4) para dar maltosas y dextrinas, las enzimas desramificadoras rompen los enlaces (1→6) y las maltasas dan glucosas.

CELULOSA. Polímero de la celobiosa unidos mediante enlaces β (1→4). Forman cadenas lineales no ramificadas que se pueden disponer paralelamente.

Solo los microorganismos y ciertos invertebrados son capaces de segregar celulasas para romper los enlaces por lo que no es útil energéticamente como alimento paras el hombre. Es propia de los vegetales. Tiene función estructural, constituyendo el elemento principal de la pared celular donde suele estar asociada a la lignina.

QUITINA. Está formada por una molécula (N‐acetilglucosamina) que se va a repetir y que va a estar unida mediante enlaces β (1→4). Forman moléculas lineales sin ramificar. Forma parte del esqueleto externo de los moluscos, artrópodos e insectos.

Estructura de la quitina.

PROPIEDADES DE LOS POLISACÁRIDOS.

‐ Pierden el sabor dulce ‐ Son insolubles en agua ‐ No presentan aspecto cristalino ‐ Por hidrólisis se descomponen en las moléculas que las componen



4.5. FUNCIÓN DE LOS GLÚCIDOS.

Función energética: Los glúcidos son la fuente principal de energía para muchos organismos. Esta energía se obtiene al descomponer estos compuestos en otros más sencillos a través de diversas reacciones.

El contenido energético de los glúcidos es mucho menor que el de otros compuestos orgánicos, por ejemplo, los lípidos. Pero se pueden utilizar por el organismo más rápidamente que los lípidos, por lo que se les puede considerar como una fuente de energía inmediata, mientras que los lípidos resultan más útiles como sustancias de reserva.

Presentan una gran importancia biológica y se sintetizan a partir de CO2 H2O y de la energía solar, como sucede en el proceso de la fotosíntesis:

CO2+H2O+ Energía Solar C6H12O6 + O2

(Glucosa)

Función estructural: hay muchos glúcidos que cumplen una función estructural en el organismo a distintos niveles. Así por ejemplo, la ribosa y la desoxirribosa forman parte de las cadenas de los ácidos nucleicos, la celulosa que forma parte de la pared de las células vegetales, la quitina que se encuentra en el esqueleto de insectos y crustáceos, etc.



5º LÍPIDOS

5.1. CARACTERES GENERALES.

Grupo muy heterogéneo de sustancias.

Se clasifican atendiendo a su solubilidad.

Los lípidos son principios activos inmediatos que poseen un elevado peso molecular y están formados por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígenos(O) , aunque éste último está en proporciones muy escasas. Podemos encontrar también en sus moléculas otros elementos como fosforo (P), nitrógenos(N) y azufre (S). Pero su característica química más destacada es que presentan en su estructura moléculas de ácidos grasos.

Podemos decir que los lípidos son insolubles en agua y en disolventes polares y solubles en disolventes orgánicos.

Los clasificamos en tres grupos:

1.‐ Ácidos grasos

2.‐ Lípidos saponificables Poseen ácidos grasos en su composición química

Se producen reacciones de saponificación, es decir, forman jabones.

Son lípidos complejos.

3.‐ Lípidos insaponificables. No poseen ácidos grasos en su composición.

No pueden producir jabones.

5.2. ÁCIDOS GRASOS

Moléculas de ácidos orgánicos formados por una cadena hidrocarbonada lineal (alifática) con un número par de átomos de carbono (entre 14 y 22). En el extremo de la cadena poseen un grupo carboxilo (‐COOH).

Todos derivan de ácido acético CH3‐COOH.

Dentro de los ácidos grasos distinguimos dos grupos:

Ácidos grasos saturados, que son aquellos que sólo tienen enlaces simples y se disponen en zigzag. Todos los carbonos están ocupados por sustituyentes iguales o distintos.

Ejemplo: Ácido palmítico (16C) C16 H32 O2

Ácido esteárico (18C) C18 H36 O2



Ácidos grasos insaturados, son aquellos que tienen uno o varios dobles enlaces en su cadena hidrocarbonada. Presentan codos o cambio de dirección en los lugares en los que aparecen dobles o triples enlaces. Los carbonos no están todos ocupados por sustituyentes. Los ácidos grasos insaturados más importantes son:

Ácido oleico: CH3‐(CH2)7‐CH=CH‐(CH2)7‐ COOH tiene 18 C

Ácido oleopalmítico: CH3‐(CH2)5‐CH=CH‐(CH2)7‐COOH tiene 16C

Ácido linoleico: CH3‐(CH2)4‐CH=CH‐CH2‐CH=CH‐(CH2)7‐COOH tiene 18C

Los ácidos grasos que se encuentran libres en la naturaleza se les conoce como ácidos grasos esenciales, son insaturados. Son ácidos que se han de ingerir necesariamente en la dieta porque el hombre no puede sintetizarlos por falta de las enzimas necesarias y que son imprescindibles para el desarrollo normal del organismo.

Estos son el ácido linoleico, linolénico y arquidónico. La ausencia de estos ácidos grasos en la dieta puede producir graves daños en el organismo debido a que son compuestos precursores de las prostaglandinas (conocidas como vitamina F) que son sustancias que intervienen en la actividad hormonal y tienen influencia en las actividades fisiológicas.

Propiedades físicas.

1.‐ Solubilidad

Presentan un comportamiento anfipático debido a que presentan una zona hidrófila o polar (grupo carboxilo) y otra lipófila o apolar (cadena carbonada). El gran tamaño de la zona lipófila hace que sean insolubles en agua. Se dispersan en ella formando micelas y si el número de moléculas de ácido graso existentes en el medio acuoso es muy grande se van a disponer formando una bicapa.

Las zonas lipófilas se unen por enlaces de Van der Waals y las zonas hidrófilas por puentes de hidrógeno.

Debido a este carácter de las moléculas lipídicas tenemos que en medio acuoso se pueden dar las siguientes estructuras:

‐ Monocapas lipídicas: Los ácidos grasos se encuentran sobre la superficie del agua (en la interfase entre aire y agua) formando una monocapa que presenta una gran impermeabilidad a las sustancias hidrófilas.

‐ Micelas: En el exterior los grupos polares hidrofílicos se orientan hacia el agua mientras que en el interior quedan reunidos los grupos no polares hidrófobos y protegidos del agua.



‐ Bicapa lipídica: El número de moléculas de ácidos grasos que hay en el medio es muy elevado por lo que se disponen formando bicapas en las que las colas apolares se sitúan hacia el interior y los extremos polares quedan orientados hacia el agua.

2.‐ Punto de fusión.

El punto de fusión aumenta con el número de átomos de carbono, ya que a mayor numero de carbonos, mayor numero de enlaces de Van Der Waals que hay que romper.

Los ácidos grasos insaturados presentan un punto de fusión más bajo, ya que su disposición espacial impide su ordenación espacial.

En dos ácidos grasos que contengan el mismo número de carbonos, tendrá mayor punto de fusión aquel ácido que contenga mayor número de dobles enlaces.

Los ácidos grasos saturados son sólidos a temperatura ambiente y los ácidos grasos insaturados son líquidos a temperatura ambiente.

Propiedades químicas.

1.‐ Esterificación.

En este proceso el ácido graso se une a un alcohol mediante un enlace covalente para formar un ester, de manera que el grupo carboxílico del ácido graso reacciona con el grupo alcohol:

O

COOH + HO‐CH2‐CH2‐CH3 C +H2O

O‐CH2‐CH2‐CH3

Ác. palmítico Propanol palmitato de propilo

2.‐ Saponificación.

En este proceso el ácido graso reacciona con una base, dando lugar a un jabón que es una sal de ácido.

O

COOH + NaOH C +H2O

O Na

Ác. Palmítico Hidróxido sódico palmitato sódico



5.3. LÍPIDOS SAPONIFICABLES

Son esteres que posen moléculas de ácidos grasos con un alcohol o un aminoalcohol. Sufren la reacción de saponificación, es decir, con ellos se pueden fabricar jabones al ser calentados con compuestos alcalinos (como el NaOH).

5.3.1. ACILGLICÉRIDOS.

Se definen como ésteres de los ácidos grasos y el trialchol glicerina

Existen muchos tipos de acilglicéridos distintos, puesto que la glicerina posee tres grupos hidroxilos y puede ser que se esterifiquen uno, dos o los tres. Además cada hidroxilo puede reaccionar con cada uno de los distintos ácidos grasos.

Existen tres tipos de glicéridos, según el número de hidroxilos que la glicerina presente esterificados:

‐ Monoacilglicéridos o monoglicéridos Sólo uno de los hidroxilos está esterificado. ‐ Diacilglicéridos o diglicéridos Tienen dos grupos hidroxilo esterificados con ácidos grasos. ‐ Triacilglicéridos o triglicéridos Los tres hidroxilos de la glicerina están esterificados. Son

los lípidos más abundantes en la naturaleza.

En el siguiente ejemplo podemos observar cómo se origina cada uno de estos compuestos:

CH2OH H2O CH2O – OC – R1

CHOH + HOCO – R1 CHOH + HOOC – R2

CH2OH CH2OH

Glicerina Ác. Graso Monoglicérido

CH2O – OC – R1 H2O CH2O – OC‐ R1

CHO – OC – R2 + HOOC – R3 CHO – OC – R2

CH2OH CH2O – OC – R3

Diglicérido Triglicérido

Ejemplo: triglicérido del Ácido oleico:

CH2OH + HOOC – (CH2)7 – CH3 CH2 – OOC – (CH2)7 – CH=CH – (CH2)7 – CH3

CHOH + HOOC – (CH2)7 – CH3 → CH – OOC – (CH2)7 – CH=CH – (CH2)7 – CH3

CH2OH + HOOC – (CH2)7 – CH3 CH2 – OOC – (CH2)7 – CH=CH – (CH2)7 – CH3



En los triglicéridos y diglicéridos puede ocurrir que todos los ácidos grasos de su molécula sean iguales, en cuyo caso tenemos triglicéridos simples, o puede que los tres ácidos grasos no sean iguales, en cuyo caso tenemos triglicéridos mixtos.

Propiedades.

Están condicionados por el hecho de tener en su molécula Ácidos grasos.

Presentan una menor densidad que el agua.

El punto de fusión de los glicéridos es más o menos elevado en función de los ácidos grasos que posean. Esta es la principal propiedad para distinguirlos.

Si los ácidos grasos son insaturados forman aceites. Que son líquidos a temperatura ambiente. Si son saturados forman sebos, que son sólidos. En los vegetales hay aceites y en los animales hay sebos.

Por hidrólisis se separan en glicerina y ácidos grasos. La hidrólisis también puede hacerse artificialmente con compuestos alcalinos (NaOH y KOH) , en cuyo caso se van a obtener glicerina y jabones. Esta reacción se denomina saponificación.

CH2O – OC – R1 CH2OH R1 – COOK

CHO – OC – R2 + 3 KOH CHOH + R2 – COOK

CH2O – OC – R3 CH2OH R3 – COOK

JABONES

La reacción contraria se denomina esterificación. En los organismos esta reacción se realiza gracias a la acción de la enzima LIPASA.

Son compuestos solubles en disolventes orgánicos.

Los monoglicéridos y diglicéridos como presentan 1 ó 2 grupos OH libres presentan una ligera hidrofilia y pueden formar micelas.

Los triglicéridos son totalmente insolubles en agua y al mezclarlos con agua y agitarlos va a dar lugar a una emulsión (gotas de grasa) que cesa cuando acaba la agitación, ésta recibe el nombre de EMULSIÓN TRANSITORIA. Diremos que una emulsión es permanente cuando al agua se añade un poco de jabón que disminuye la tensión superficial y evita que las gotas vuelvan a reunirse.

En el ser humano las sales biliares que componen la bilis actúan de manera similar a los jabones emulsionando las grasas y preparándolas para su posterior digestión por intervención de las LIPASAS.



Función

Son las principales sustancias de reserva energética del organismo. Todas las sustancias ingeridas que exceden de las necesidades del organismo se transforman en grasas y se almacenan principalmente en los adipocitos del tejido adiposo. Esta capa de grasa se conoce como panículo adiposo.

Además de reserva energética las grasas se encargan también de proteger los órganos más delicados del organismo y también se encargan de aislar el organismo contra la pérdida de calor.

El rendimiento energético de las grasa es mucho mayor que el de los glúcidos, de forma que cuando se quema 1 g de grasa se obtienen 9.3 Kcal, mientras que cuando se quema 1 g de glúcidos se obtienen tan solo 4.1 Kcal.

De los lípidos obtendremos energía que vamos a necesitar a medio o largo plazo, mientras que con los glúcidos vamos a obtener energía a corto plazo. La renovación de las grasa en el organismo se realiza cada dos o tres semanas debido a los intercambios de ácidos grasos que se producen en el organismo.

La gran cantidad de energía que se acumula en forma de grasa su pone un mínimo incremento de peso para el organismo.

5.3.2. CÉRIDOS

Formados por esterificación de un ácido graso con un alcohol monovalente de cadena larga. También se llaman ceras

O O

C30H61 – OH + C C30H61 – O – C + H2O

HO

Alcohol miricílico Ácido palmítoco palmitato de miricilo (cera de abeja)

Originan láminas impermeables cuya función es proteger gran cantidad de tejidos y formaciones dérmicas de animales (pelos, plumas, etc.) y de vegetales (hojas, frutos, etc.)

5.3.3. FOSFOGLICÉRIDOS

Presentan una estructura más compleja que los acilglicérido. Están constituidos por:

Ácido fosfatídico, formado por:

Glicerina

Dos ácidos grasos, uno de ellos insaturado que se esterifica con la glicerina

Ácido fosfórico que también se esterifica con un OH de la glicerina.

Un alcohol o un aminoalcohol que se esterifica con el ácido fosfórico.



Estructura del fosfoglicérido más simple:

CH3 – (CH2)7 – CH=CH – (CH2)7 – OOC – CH2 R1‐OOC‐CH2

H3 – (CH2)14 – OOC – CH OH R2‐OOC‐CH OH

CH2 – O – P – OH CH2 – O – P – OH – R3

O O

Son importantes para formar las síntesis de acilglicéridos y fosfoglicéridos. Para que se forme el fosfoglicérido, el OH del ácido fosfórico se esterifica con otra molécula (alcohol o aminoalcohol)

Ejemplos: fosfatidilglicerina: ácido fosfatídico + glicerina

Fosfatidilinositol: ácido fosfatídico + inositol (sus derivados se encuentran en el cerebro)

Fosfatidilcolina: ácido fosfatídico + colina (en la yema de los huevos)

Fosfatidilserina: ácido fosfatídico + serina (en el cerebro)

Forman la bicapa lipídica de las membranas citoplasmáticas, por lo que también se les llama ípidos de membrana. Los grupos lipófilos (ácidos grasos) quedan en la parte interna de la membrana y los hidrófilos quedan hacia el exterior (carácter anfipático).

Son sólidos de color blanco que se oscurecen al entrar en contacto con el aire, son solubles en disolventes orgánicos que tengan una pequeña cantidad de agua.

Presentan una función estructural, en el organismo humano la hidrólisis se realiza por la intervención de unas enzimas llamadas fosfolipasas.



Alcoholes que esterifican al OH del ácido fosfórico

Glicerina CH2OH Etanolina CH3 – CH2OH Serina COOH – CH – CH2OH

CHOH NH2 NH2

CH2OH

Colina CH3 Inositol OH OH

CH3 N+ ‐ CH2 – CH2OH H H H OH

CH3 OH OH H H

H OH

5.3.4. ESFINGOLÍPIDOS

Su estructura deriva de la cermida. Ésta es un éster de un alcohol (la esfingosina) y un ácido graso (generalmente el ácido lignocérico). Al grupo NH2 se le une un ácido graso, en ese enlace se forma una AMINA y da lugar a la CERAMIDA estructura original de la que derivan los esfingolípidos que presentan el hidroxilo del C1 con un grupo esterificado de cabeza polar.

Esfingosina

CH3 – (CH2)12 – CH=CH – CH – OH

CH3 – (CH2)22 – C – NH – CH O CH3

Ác lignocérico O CH2 – O – P – O – CH2 – CH2 – N+ ‐ CH3

Ceramida OH CH3

Esfingomielina

A la ceramida puede unírsele un aminoalcohol (colina), un monosacárido (galactosa o glucosa) o un oligosacárido. Respectivamente obtenemos los siguientes ejemplos:

‐ Esfingomielina: las vainas de mielina que protegen los axones de las neuronas. El grupo polar es idéntico al de un fosfoglicérido. En el C1 el alcohol se estrifica con el ácido fosfórico y este a su vez con la colina. Presentan dos partes, una hidrófila formada por el ácido fosfórico y la colina, y otra hidrófoba formada por el ácido graso y por la cadena del aminoalcohol.

‐ Cerebrósidos: se encuentran en el cerebro. La cabez polar es una molécula de un monosacárido que se encuentra unida al C1 de la esfingosina por un enlace β‐glucosídico. Abundan en el sistema nervioso

‐ Ganglósidos: la cabeza polar es una cadena ramificada con varios glúcidos. Los localizamos en el sistema nervioso, en el cerebro, en la sustancia gris del encéfalo, en la corteza cerebral, en las terminaciones nerviosas (axones) y forman parte de la sinapsis que se establece en los nervios.