Ácidos nucleicos

1) Composición de los ácidos nucleicos:

Los ácidos nucleicos sonmacromoléculas biológicas que realizan funciones de vital interés e importancia en todos los seres vivos. Son las moléculas encargadas de almacenar, transmitir y expresar la información genética. Existen dos tipos de ácidos nucleicos, el ADN y ARN.

Son polímeros formados por nucleótidos. Los nucleótidos están formados por la unión de:

a) Una pentosa, que puede ser la β-D-ribofuranosa (ribosa) en el ARN; o la β-D-desoxirribofuranosa (desoxirribosa) en el ADN.

b) Una base nitrogenada, que puede ser:

• Púrica: guanina y adenina.
• Pirimidínica: timina, citosina y uracilo. 

c) Un ácido fosfórico.

A la unión de una pentosa con una base nitrogenada se le llama nucleósido. Esta unión se produce mediante un enlace N-glucosídico.

Si la pentosa es una ribosa, tenemos un ribonucleósido. Estos tienen como bases nitrogenadas la adenina, la guanina, la citosina y el uracilo.

Si la pentosa es una desoxirribosa, tenemos un desoxirribonucleósido. Estos tienen como bases nitrogenadas la adenina, citosina, guanina y timina.

Los nucleótidos son los ésteres fosfóricos de los nucleósidos. Se forman por unión de un nucleósido con una molécula de ácido fosfórico en forma de ión fosfato.




2) Tipos de ácidos nucleicos:

Están formados por la polimerización de muchos nucleótidos, unidos por enlace fosfodiéster. Pueden ser ADN o ARN.

2.1 ADN:
 Está formado por la unión de muchos desoxirribonucleótidos.

Estructura primaria del ADN:
La estructura primaria del ADN es la secuencia de desoxirribonucleótidos (unidos por enlace fosfodiéster) de una de las cadenas. 

La información genética está contenida en el orden exacto de los nucleótidos.

La posibilidad de combinar cuatro nucleótidos diferentes y la gran longitud que pueden tener las cadenas polinucleotídicas, hacen que pueda haber un elevado número de polinucleótidos posibles, lo que determina que el ADN pueda contener el mensaje biológico o información genética y explica la diversidad del mensaje genético de todos los seres vivos.


Estructura secundaria del ADN:
La mayoría de las moléculas de ADN posee dos cadenas antiparalelas unidas entre sí mediante las bases nitrogenadas, por medio de puentes de hidrógeno.

Es una estructura en doble hélice, larga, en la mayoría de los casos tiene un enrollamiento dextrógiro. Ambas cadenas son complementarias, pues la adenina de una se une a la timina de la otra, y la guanina de una, a la citosina de la otra.


Estructura terciaria del ADN:
Se refiere a como se almacena el ADN en un volumen reducido. 

a) En procariontes se pliega como una superhélice, generalmente, circular y asociada a una pequeña cantidad de proteínas. Lo mismo ocurre en las mitocondrias y en los plastos.

b) En eucariontes el empaquetamiento ha de ser más complejo y compacto y para esto necesita la presencia de proteínas, como son las histonas, formando los nucleosomas. Esta estructura es llamada collar de perlas.

A partir de estas estructuras se dan niveles superiores de empaquetamiento hasta constituir las cromátidas. Todo ello produciría un gran acortamiento en las largas cadenas de ADN.


Tipos de ADN:
Según su estructura se distinguen los siguientes tipos de ADN: monocatenarios (una sóla cadena, como es el caso de algunos virus) o bicatenarios (de dos cadenas, como en algunos virus, bacterias y células eucariotas).

A su vez y en ambos casos el ADN puede ser lineal (como el del núcleo de las células eucariotas y en algunos virus) o circular (como el de las mitocondrias, cloroplastos, bacterias y algunos virus).



Desnaturalización del ADN:
Si una disolución de ADN se calienta suficientemente, ambas cadenas se separan, pues se rompen los enlaces de hidrógeno que unen las bases, y el ADN se desnaturaliza.


Si se reestablecen las condiciones, el ADN se renaturaliza y ambas cadenas se unen de nuevo.




2.2 ARN:
Está formado por la unión de ribonucleótidos, los cuales se unen entre ellos mediante enlaces fosfodiéster.

Están formados por una sola cadena, a excepción del ARN bicatenario de los reovirus.


Clases de ARN:
Por su estructura y función se distinguen tres clases de ARN:

• ARNm (ARN mensajero): se sintetiza en el núcleo celular y pasa al citoplasma transportando la información para la síntesis de proteínas. La duración de los ARNm en el citoplasma celular es de escasos minutos, siendo degradado rápidamente por enzimas. Presenta una estructura lineal, salvo en algunas zonas de la cadena, donde se forman horquillas debido a la existencia de complementariedad de las bases nitrogenadas. Cada ARNm tiene información para sintetizar una proteína determinada.
• ARNt (ARN de transferencia): transporta los aminoácidos hasta los ribosomas para la síntesis de proteínas. Está formado por una sola cadena, aunque en ciertas zonas se encuentra replegado y asociado internamente mediante puentes de hidrógeno entre bases complementarias. Se sintetiza en el núcleo y sale hacia el citoplasma para realizar su función.

• ARNr (ARN ribosómico): son moléculas largas y bicatenarias, aunque en algunas regiones presentan las bases nitrogenadas complementarias apareadas.

Otros tipos de ARN:
Son el ARN nucleolar (precursor de parte del ARNr), los ARN víricos y los ribozimas.


3) Funciones de los ácidos nucleicos:

- Duplicación del ADN.
- Expresión del mensaje genético:  Transcripción del ADN para formar ARNm y otros ARN. Traducción, en los ribosomas, del mensaje contenido en el ARNm a proteínas.


4) Nucleótidos o derivados de nucleótidos de interés biológico:

Algunos nucleótidos cumplen funciones por sí mismos. Por ejemplo:

a) Nucleótidos que intervienen en las transferencias de energía: son moléculas que captan o desprenden energía al transformarse unas en otras.
b) Nucleótidos coenzimáticos: intervienen en las reacciones catalizadas encimáticamente actuando, generalmente, como transportadores de electrones.
c) Nucleótidos reguladores de procesos metabólicos: regulan procesos metabólicos.

   

Proteínas

1) Concepto y características:

Las proteínas se pueden definir como polímeros formados por la unión, mediante enlaces peptídicos de aminoácidos.

- De 1 a 3 aminoácidos: péptido.

- De 4 a 10 aminoácidos: oligopéptido.

- De 10 a 100 aminoácidos: polipéptido.

- Más de 100 aminoácidos: proteína.

Son macromoléculas. Algunas proteínas están constituídas por la unión de varios polímeros proteicos que en ocasiones puede también contener otras moléculas orgánicas (lípidos, glúcidos, etc), recibiendo el nombre genérico de prótido. 


Las proteínas son moléculas específicas que marcan la individualidad de cada ser vivo. Son además de una gran importancia porque a través de ellas se va a expresar la información genética.

2) Los aminoácidos:

Son las unidades estructurales que constituyen las proteínas.

 

Las proteínas de los seres vivos sólo tienen 20 aminoácidos diferentes. La mayoría de los aminoácidos pueden sintetizarse unos a partir de otros, pero existen otros, los llamados aminoácidos esenciales, que no pueden ser sintetizados y deben obtenerse por la dieta habitual. Estos son la treonina, la lisina, la valina, la leucina, la isoleucina, la metionina, la fenilalanina y el triptófano. Los organismos autótrofos pueden sintetizar todos los aminoácidos que requier el metabolismo.

2.1 Clasificación de los aminoácidos:

En función de sus características químicas, los aminoácidos se clasifican en:

a) Grupo I: Aminoácidos apolares (hidrófobos). Aminoácidos cuyo R no es polar. 

b) Grupo II: Aminoácidos polares no ionizables (hidrófilos). Poseen restos con cortas cadenas hidrocarbonadas en las que hay funciones polares.

a) Grupo III: Aminoácidos apolares ácidos. Son aquellos aminoácidos que tienen más de un grupo carboxilo. 

a) Grupo IV: Aminoácidos apolares básicos. Tienen otro u otros grupos aminos. 

2.2 Propiedades de los aminoácidos:

2.2.1 Estereoisomería: 

Excepto en la glicocola, en el resto de los aminoácidos el carbono alfa es asimétrico. La molécula será ópticamente activa, denominándose dextrógegira o levógia, según desvíe la luz hacia la derecha o hacia la izquierda, respectivamente.

Existen dos configuraciones: D y L (esteroisomeros). Normalmente en los seres vivos sólo encontramos uno de los esteroisómeros. Por convenio se considera que los aminoácidos presentes en las proteínas pertenecen todos ellos a la serie L. 

2.2.2 Carácter anfótero:

Al tener un grupo carboxilo pueden desprender H+, por lo que tienen carácter ácido. Por otra parte, al tener grupo amino son capaces de aceptar H+ y, por tanto, también tienen carácter básico.

Los aminoácidos tienen carácter anfótero ya que se pueden comportar como un ácido o como una base dependiendo del pH del medio en el que se encuentren. Al pH existente habitualmente en los medios biológicos, tanto el grupo amino como el grupo ácido, suelen estar ionizados y los aminoácidos aparecen como iones dobles.

Si sometemos un aminoácido a un medio de pH ácido, tendrá carga neta positiva y se comportará como una base, debido a que el grupo COO- captará H+ del medio. Si por el contrario el aminoácido es sometido a un medio con pH básico, quedará con carga neta negativa y se comportará como un ácido, ya que el grupo NH3+ cederá H+ al medio.

El pH en el cual un aminoácido tiende a adoptar una forma dipolar neutra se denomina Punto Isoeléctrico. La solubilidad en agua de un aminoácido es mínima en su punto isoeléctrico.

3) El enlace peptídico:

Son enlaces covalentes constituidos entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino de otro, dando lugar a la pérdida de una molécula de agua.

3.1 Características del enlace peptídico:

a) Es un enlace covalente que se establece entre un átomo de carbono y un átomo de nitrógeno. Es un enlace muy resistente, lo que hace posible el gran tamaño y la estabilidad de las moléculas proteicas. 
b) Se comporta como un doble enlace y no permite el giro libre alrededor de él.
c) Todos los átomos que están unidos al carbono y al nitrógeno del enlace peptídico mantienen unas distancias y ángulos característicos y están todos ellos en el mismo plano.
d) Los únicos enlaces que pueden girar, y no del todo libremente, son los formados por C-C y N-C.

4) Péptidos, polipéptidos y proteínas:

2 aa:                 Dipéptido
3 aa:                 Tripéptido
4 a 10 aa:          Oligopéptido
10 a 100 aa:       Polipéptido
Más de 100 aa:   Proteína




5) Péptidos, polipéptidos y proteínas:

Es la disposición espacial que adopta la molécula proteica.

La compleja estructura de las proteínas puede estudiarse a diferentes niveles.

I) Nivel o estructura primaria:
Viene dada por la secuencia: orden que siguen los aminoácidos de una proteína. Es de gran importancia, pues es la secuencia que determina el resto de los niveles y como consecuencia la función de la proteína. El ordenamiento de los aminoácidos en cada proteína no es arbitrario, sino que obedece a un plan determinado en el ADN. Esta estructura define la especifidad de cada proteína.




II) Nivel o estructura secundaria:
Es la disposición espacial que adopta la secuencia de aminoácidos. Puede ser, principalmente, α-hélice y conformación β (o lámina plegada). Además hay otros tipos de estructura secundaria como la triple hélice de colágeno. Existen zonas sin una conformación definida y que se llaman zonas irregulares.


a) Estructura α-hélice: es la forma más simple y común. La estructura adopta una disposición helicoidal y los restos de los aminoácidos se sitúan hacia el exterior de la hélice.


b) Conformación β: la estabilidad se consigue mediante la disposición en paralelo de varias cadenas con esta conformación. De esta manera pueden establecerse puentes de hidrógeno intercatenarios. 


Las cadenas pueden unirse paralela o antiparalelamente.


c) Triple hélice de colágeno: no están tan arrolladas como las hélices alfa.




III) Nivel o estructura terciaria:
Las proteínas no se disponen linealmente en el espacio, sino que normalmente sufren plegamientos. La estructura terciaria se estabiliza por la formación de las siguientes interacciones:

a) Puentes de hidrógeno.
2) Atracciones electrostáticas entre grupos con cargas opuestas.
3) Atracciones hidrofóbicas y fuerzas de Van der Waals.
4) Puentes disulfuro.

De la estructura terciaria depende la función de la proteína, por lo que cualquier cambio en la disposición de esta puede provocar la pérdida de su actividad biológica.


Puede ser fibrilar (función estructural o protección, insolubles en agua) o globular (enzimas, proteínas con función transportadora. Solubles en agua).


III) Nivel o estructura cuaternaria:
Ocurre en las proteínas compuestas por varias cadenas polipeptídicas.








6) Popiedades de las proteínas:

Depende de los restos o radicales de los aminoácidos que quedan en su superficie. Estas son las más importantes:

Solubilidad: las proteínas fibrilares son insolubles en agua. Las globulares, son solubles, aunque no forman verdaderes disoluciones sino dispersiones coloidales.

Especifidad: puede entenderse de dos maneras -> de especie y de función.


Desnaturalización: es la pérdida total o parcial de los niveles de estructura superiores al primario y se debe a la desaparición de los enlaces débiles (como los puentes de hidrógeno) y no afecta a la estructura primaria. Sin embargo, al alterarse su conformación espacial, la proteína perderá su funcionalidad biológica.

Puede existir casi siempre una renaturalización excepto cuando el agente causante de la desnaturalización es el calor (huevos fritos).


7) Clasificación de las proteínas:

Se clasifican en holoproteínas (formadas solamente por aminoácidos) o heteroproteínas (formadas por una fracción proteínica - grupo proteico - y por un grupo no proteínico, que se denomina grupo prostético).


Holoproteínas:
Según su estructura se subdividen en:


a) Globulares: tienden a ser más solubles en agua. Su estructura es compacta con formas casi esféricas.

• Albúminas: funciones de transporte o bien de reserva de aminoácidos.
• Globulinas: anticuerpos.
• Histonas y protaminas: se asocian al ADN permitiendo su empaquetamiento.
• Actina: responsable de la contracción muscular.

b) Fibrosas: son insolubles en agua. Presentan formas moleculares alargadas, con cierto grado de elasticidad, fragilidad o ductibilidad.

• Colágeno: tejido conjuntivo.
• Queratinas: formaciones epidérmicas.
• Elastinas: tejido conjuntivo de piel, cartílago, vasos sanguíneos.
• Fibrina de la sangre: coagulación sanguíneo.
• Miosina: interviene en la contracción muscular.

Heteroproteínas:
a) Glucoproteínas: poseen glúcidos en su estructura.
b) Lipoproteínas: son proteínas conjugadas con lípidos.

• Quilomicrones.
• LDL: lipoproteínas de densidad baja. Transportan colesterol y fosfolípidos desde el hígado hasta los diferentes tejidos, para formar las membranas celulares.
• HDL: lipoproteínas de densidad elevada. Transportan hasta el hígado el colesterol retirado de las paredes arteriales.

c) Nucleoproteínas: se presentan unidas a un ácido nucleico.
d) Fosfoproteínas: su grupo prostético es el ácido fosfórico.
e) Cromoproteínas: 

• Porfirínicas: su grupo prostético está compuesto por una metalporfirina. Destacan la hemoglobina y la mioglobina.
• No porfirínicas: como la hemocianina.

8) Funciones generales:

a) Reserva: no suelen cumplir esta función.
b) Enzimática: catalizan las reacciones químicas.
c) Homeostática: mantienen el equilibrio osmótico del medio celular y extracelular. También colaboran en el mantenimiento del pH.
d) Transporte: de gases o de ácidos grasos.
e) Contráctil: son esenciales en el movimiento.
f) Defensiva: intervienen en los procesos de defensa frente a agentes patógenos.
g) Hormonal: regulan procesos vitales.
h) Estructural: estructuras de los seres vivos.

Lípidos

1) Generalidades: 

Los lípidos son biomoléculas orgánicas compuestas básicamente por carbono, oxígeno e hidrógeno, aunque algunos lípidos contienen además, fósforo, nitrógeno y azufre. Forman un grupo de sustancias muy heterogéneas, que comparten solamente dos características comunes:

- Son insolubles en agua y otros disolventes polares.
- Son solubles en disolventes orgánicos, es decir, no polares (acetona, éter, cloroformo, benceno, metanol, etc).





2) Clasificación: 

Los lípidos se clasifican en dos grupos: lípidos saponificables y lípidos insaponificables.

Lípidos	Lípidos con ácidos grasos o saponificables	Simples	Acilglicéridos
			Céridos
		Complejos	Glicerolípidos	Fosfolípidos
				Gliceroglucolípidos
			Esfingolípidos
	Lípidos sin ácidos grasos o insaponificables	Terpenos
		Esteroides
		Prostaglandinas

3) Lípidos insaponificables:

Son los que contienen en su molécula ácidos grasos y están esterificados. La reacción de esterificación consiste en:

El grupo ácido de los ácidos grasos va a poder reaccionar con los alcoholes para formar ésteres y agua.

Los lípidos saponificables forman japones, sales de los ácidos grasos, al someterlos a hidrólisis alcalina; esta reacción se llama saponificación.

3.1 Los ácidos grasos:

Son ácidos orgánicos de elevado número de átomos de carbono. Este número es siempre par y oscila, normalmente, entre 12 y 24 carbonos. La cadena hidrocarbonada presente grupos metileno (-CH2-) y grupo metilo (-CH3) terminal. Y en el otro extremo el grupo carboxilo (-COOH).

Si en la cadena carbonada hay dobles enlaces, se trata de un ácido graso insaturado. Si no tiene enlaces dobles, se trata de un ácido graso insaturado.

La cadena de los ácidos grasos saturados puede disponerse totalmente extendida, mientras que la cadena de los ácidos grasos insaturados al tener dobles enlaces presenta una disposición doblada.

Las moléculas de ácidos grasos son anfipáticas, pues por una parte, la cadena alifática es apolar y por tanto, insoluble en agua (hidrófoba), y por otra, el grupo carboxilo es polar y soluble en agua (hidrófilo).

Respecto al punto de fusión: los ácidos grasos saturados, al poder disponer la cadena hidrocarbonada totalmente extendida, pueden empaquetarse estrechamente, lo que permite que se unan mediante fuerzas de Van der Waals con átomos de cadenas vecinas. Por el contrario, los ácidos grasos insaturados, al tener la cadena doblada por los enlaces dobles, no puede empaquetarse tan fuertemente. Es por eso que los ácidos grasos insaturados tienen puntos de fusión más altos que los insaturados y son sólidos a temperaturas a las que los insaturados son líquidos.

Los ácidos grasos no suelen encontrarse en estado libre y se obtienen por hidrólisis ácida o enzimática de los lípidos saponificables.


3.3 Acilglicéridos o grasas:
Son ésteres de la glicerina y de ácidos grasos (si tiene uno, monoacilglicérido; si tiene dos, diacilglicérido; si tiene tres, triacilglicérido). Estas sustancias por saponificación dan jabones y glicerina.

Los acilglicéridos sencillos contienen un solo tipo de ácido graso, mientras que los mixtos tienen ácidos grasos diferentes.

Las propiedades de estas sustancias se deben, en gran medida, a la longitud y al grado de insaturación de la cadena hidrocarbonada de los ácidos grasos que las forman:

- Son prácticamente insolubles en agua.
- Tienen función energética principalmente.
- Pueden almacenarse en grandes cantidades y en forma deshidratada.
- Actúan como aislante térmico y amortiguadores mecánicos.


3.3 Ceras:
Son ésteres de un monoalcohol lineal y de un ácido graso, ambos de cadena larga.

Poseen sus dos extremos hidrófobos, lo que determina su función de impermeabilizar y proteger.


3.4 Fosfolípidos:
 Son triésteres de glicerina, pero de los tres ácidos unidos a ella, dos son ácidos  grasos y el tercero es un ácido fosfatídico. Su unión a un aminoalcohol origina el fosfoglicérido completo.

Tienen comportamiento anfipático, se encuentran formando parte de las membranas celulares.


3.5 Esfingolípidos:
Poseen una estructura derivada de la ceramida, formada por un ácido graso unido por enlace amida a la esfingosina. A la ceramida se le une una molécula polar para constituir el esfingolípido completo. Son muy abundantes en las membranas de las células nerviosas.

Pueden ser de dos tipos:
a) Esfingoglucolípidos: forma el glucocálix. Ejemplos: cerebrósidos, gangliósidos.
b) Esfingomielinas: son abundantes en las vainas de mielina.


3) Lípidos insaponificables:

4.1 Esteroides:
Son lípidos no saponificables derivados del ciclopentanoperhidrofenantreno. Compren los siguientes grupos de sustancias:

a) Esteroles: como el colesterol (forma parte de la estructura de las membranas, a las que confiere estabilidad) y la vitamina D (imprescindible en la absorción intestinal del calcio y su metabolización).
b) Hormonas esteroideas: como las hormonas suprarrenales y las hormonas sexuales.
c) Ácidos biliares: forman parte de la bilis.


4.2 Terpenos: 
Son polímeros de isopreno. Se encuentran en las plantas, donde cumplen funciones muy variables como:

a) Esencias vegetales: como el mentol.
b) Vitaminas: como la vitamina A (interviene en los procesos de la visión).
c) Pigmentos vegetales: como el licopeno (color rojo), xantofilas (color amarillo) y los carotenoides (color naranja).




4.3 Prostaglandinas:
Son lípidos que se forman por ciclación de ácidos grasos poliinsaturados, como el ácido araquidónico. Funcionan como hormonas locales.






3) Lípidos insaponificables:

Cuando los fosfolípidos se dispersan en agua forman micelas. Los grupos hidrófilos se disponen hacia la parte acuosa y la parte hidrófoba de cada molécula hacia el interior.

También pueden dispersarse por una superficie acuosa formando una capa de una molécula de espesor (monocapa). Pueden también formarse bicapas (como en el caso de las membranas celulares).

6) Funciones de los lípidos:

a) Reserva: son la principal reserva energética del organismo.
b) Estructural: forman las bicapas lipídicas de las membranas, recubren órganos y le dan consistencia.
c) Biocatalizadora.

Biomoléculas orgánicas: Glúcidos

1) Características generales y clasificación:

Los glúcidos son biomoléculas orgánicas constituidas por C, H y O. Son derivados de polialcoholes con un grupo funcional carbonilo ye ste puede ser aldehído o cetona; es decir, son polihidroxialdehídos o polohidroxicetonas.

Se clasifican según su complejidad:


I) Monosacáridos u osas: Son glúcidos libres de 3 a 8 átomos de carbono, con propiedad reductora y no hidrolizables. Según el grupo funcional que posean pueden ser: 
- Aldosas: el grupo carbonilo es un aldehído.
- Cetosas: el grupo carbonilo es una cetona.


II) Ósidos: Asociación de monosacáridos.

- Holósidos: asociación de sólo monosacáridos.

• Oligosacáridos: de 2 a 10 monosacáridos. Resultan de interés especial disacáridos y trisacáridos.
• Polisacáridos: más de 10 monosacáridos.

- Heterósidos: monosacáridos y otras sustancias no glucídicas (proteínas, lípidos).




2) Monosacáridos:

Son los glúcidos más sencillos y, por ello, las células pueden utilizarlos directamente como fuente energética.

Todos los monosacáridos son sólidos cristalinos e incoloros, solubles en agua y tienen un sabor dulce (azúcares). La presencia del grupo carbonilo les confiere propiedades reductoras (ceden electrones) que se utilizan para identificarlos.


2.1 Esteroisomería:
Esta propiedad consiste en la existencia de moléculas con la misma fórmula plana pero distinta estructura espacial. Esto sucede siempre que hay algún átomo de carbono asimétrico, es decir, un carbono que está unido a cuatro grupos distintos.

Los esteroisómeros presentan un comportamiento diferente frente a la luz polarizada. Si la desvía a la derecha se denomina isómero dextrógiro y si el desvío es a la izquierda se llama isómero levógiro. 

Para nombrarlos: la disposición del grupo -OH a la derecha en el C asimétrico determina el isómero D, si está situado a la izquirda es un isómero L. En la naturaleza, salvo raras excepciones, los monosacáridos se presentan en la forma D.

No existe relación entre la actividad óptica y el car´cter D o L de un determinado esteroisómero.

Si dos monosacáridos son imágenes especulares entre sí se denominan enantiómeros: conservan el mismo nombre añadiendo D o L.

Si dos monosacáridos se diferencian solo en el -OH de un carbono se denominan epímeros y reciben distintos nombres.

2.2 Clasificación de los monosacáridos:
Estas moléculas se clasifican en función del número de átomos de carbono que contengan:
- Triosas: tres carbonos.
- Tetrosas: cuatro carbonos.
- Pentosas: cinco pentosas.
- Hexosas: seis pentosas. Destaca la glucosa (molécula energética más utilizada por los seres vivos), la galactosa (que forma disacáridos como la lactosa) y la fructosa.




2.3 Estructura de los monosacáridos en disolución:
Cuando los monosacáridos de cinco o más carbonos están disueltos (lo que ocurre siempre en los seres vivos), la mayoría, se presenta constituyendo moléculas cíclicas con anillos de cinco o seis átomos (furanos o piranos respectivamente). Estas estructuras cíclicas se forman al reaccionar el grupo carbonilo con uno de los grupos hidroxilo. Se obtiene un hemiacetal o hemicetal intramolecular (según el grupo carbonilo sea un aldehído o una cetona, respectivamente).

Si el -OH del C1 se encuentra arriba, se formará un isómero beta, de lo contrario, se formará uno alfa.

Para nombrar la forma cíclica de un monosacárido, se indica en primer lugar si es alfa o beta, a continuación si es D o L y, por último, el nombre del monosacárido y el tipo de anillo. Por ejemplo: α-D-glucopiranosa.

3) Ósidos:

Son glúcidos formados por varios monosacáridos unidos por un enlace llamado O-glucosídico. Se llaman holósidos a los ósidos formados por varios monosacáridos y se clasifican en oligosacáridos y en polisacáridos.

3.1 Enlace o-glucosídico:
Se establece entre dos grupos hidroxilo de diferentes monosacáridos y se libera una molécula de agua; se produce de dos maneras:
a) Mediante enlace monocarbonílico, entre el C1 anomérico de un monosacárido y un C no anomérico de otro monosacárido. Estos disacáridos conservan el carácter reductor.
Será alfa si el primer mono sacárido es alfa, y si sucede al contrario, beta.

b) Mediante enlace dicarbonílico, si se establece entre los dos carbonos anoméricos de los dos monosacáridos, con lo que el disacárido pierde su poder reductor. 

3.2 Disacáridos:

Se forman por la unión de dos monosacáridos, mediante un en lace O-glucosídico. En enlace se forma entre el carbono que forma el enlace hemiacetálico del primer monosacárido y un carbono del segundo monosacárido.

Los disacáridos de mayor interés biológico son:

a) Sacarosa: Formado por glucosa y fructosa, es el azúcar de consumo habitual. No tiene poder reductor ya que los dos carbonos anoméricos de la glucosa y fructosa están implicados en el enlace O-glucosídico.

b) Maltosa: formada por dos glucosas unidas por enlace 1α-> 4. Tiene poder reductor. Tostada, se emplea como sucedáneo del café (malta)

c) Isomaltosa: se obtiene por hidrólisis de la amilopectina y glucógeno. Se unen dos moléculas de glucosa por enlace tipo α(1-6)

d) Lactosa: es el azúcar de la leche de los mamíferos. Está formada por glucosa y galactosa. Tiene poder reductor.

e) Celobiosa: Está formada por dos glucosas, tiene poder reductor. Se obtiene por hidrólisis de la celulosa.

3.3 Polisacáridos:

Son compuestos constituidos por la unión de muchos monosacáridos, mediante enlaces O-glucosídico. La formación de los polisacáridos a partir de los monosacáridos constituye un ejemplo de polimerización, en la que se libera una molécula de agua por cada enlace creado. La rotura de estos enlaces se realiza por hidrólisis.  

Son sustancias insípidas, amorfas e insolubles en agua. Los polisacáridos son macromoléculas, algunos presentan ramificaciones.

Presentan un carácter reductor tan pequeño que se puede considerar como que no son reductores.

Los polisacáridos de mayor importancia biológica están formados por un sólo tipo de monosacárido. Se trata, por lo tanto, de homopolisacáridos, como:

a) Homopolisacáridos de reserva:

• Almidón: se encuentra en los amiloplastos de las células vegetales.
• Amilosa: cadenas largas no ramificadas de α-D-Glucopiranosa. Disposición helicoidal con seis monómeros por cada vuelta de la hélice.
• Amilopectina: cadena ramificada de α-D-Glucopiranosa.
• Glucógeno: es el polisacárido de reserva propio de los hongos y de los animales, forma gránulos visibles y abundantes en el hígado y en los músculos estriados. Es un polímero de α-D-Glucopiranosas con ramificaciones cada 8 o 10 moléculas. Su hidrólisis produce moléculas de maltosa.  

b) Homopolisacáridos estructurales:

• Celulosa: Está formada por β-D-glucosa. Tiene una estructura lineal, en la que se establecen múltiples puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa, haciéndolas muy resistentes e insolubles al agua. De esta manera, se originan fibras compactas que constituyen la pared celular de las células vegetales. La peculiaridad del enlace β hace a la celulosa inatacable por las enzimas digestivas humanas. Cadena molecular de la celulosa: Micela (60-70 cadenas moleculares) -> Microfibrilla (20 micelas) -> Fibrilla (250 microfibrillas) -> Fibra de algodón (1500 fibrillas).
• Quitina: Constituye los exoesqueletos de los artrópodos. 

Ejercicios del tema 1

1) Relaciona la densidad del agua con su importancia para el mantenimiento de la vida:

La variación de la densidad con la temperatura determina que el hielo flote en el agua líquida, actuando como aislante térmico y, en consecuencia, posibilitando el mantenimiento de la gran masa de agua de los océanos en fase líquida albergando a la mayor parte de la Biosfera.


2) Explica la fuerte cohesión entre las moléculas de agua:

Se debe a que los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incomprensible.

 
3) Indica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:
a) Las sales minerales son moléculas inorgánicas que se ionizan en medio acuoso. Verdadero
b) Las moléculas de agua se unen por enlaces de hidrógeno. Falso
c) El agua alcanza su máxima densidad al convertirse en hielo. Verdadero


4) El tratamiento de glóbulos rojos en un medio hipotónico se puede utilizar como paso previo en el aislamiento de su membrana. ¿Podrías decir por qué?


Porque la célula estalla debido a la entrada de masiva de agua, vaciándose el citoplasma y quedando sólo la membrana.


5) Explica razonadamente qué le ocurriría a una planta si se riega con agua salada:


Con respecto a las células de la planta, el medio sería hipertónico, por lo cual, el agua de dichas células saldría de estas para igualar la concentración, produciéndose una gran pérdida de agua en la planta y pudiendo provocar la muerte del vegetal.


6) Describe varios casos en los que los procesos osmóticos sean aprovechados por el ser humano para la conservación y preparación de alimentos:


Se emplea en la desalinización del agua, para la elaboración de zumos concentrados, para la preparación de platos de comida como las papas arrugadas y para conservar alimentos por métodos como la salazón (se aplica sal con el fin de deshidratar los alimentos y evitar la aparición de bacterias).


7) Cita ejemplos en los que el agua actúe como medio de transporte y como lubricante en el ser humano:

El agua actúa como lubricante en zonas como los ojos, donde se reduce la fricción con los párpados y como transporte de sustancias como sucede en la sangre.
 

8) Cita ejemplos en los que se produzca la refrigración de un cuerpo por efecto de la evaporación:

El sudor es un ejemplo de aplicación de esta propiedad.



9) ¿A qué se debe que la molécula de agua sea polar? ¿Qué consecuencias tiene este hecho?

A la alta electronegatividad del oxígeno. Permite al agua actuar como disolvente de moléculas polares.

Bioelementos y biomoléculas inorgánicas

1) Bioelementos:

La materia viva presenta unas características y propiedades distintas a las de la materia inerte. Los átomos que componen la materia viva se llaman bioelementos (hay  unos 70 diferentes, de los que 25 están presentes en todos los seres vivos y el resto aparece en determinados grupos). No son elementos exclusivos de los seres vivos.


1.1 Bioelementos primarios:

	Glúcidos	Lípidos	Proteínas	Ácidos nucléicos
Carbono	Siempre	Siempre	Siempre	Siempre
Hidrógeno	Siempre	Siempre	Siempre	Siempre
Oxígeno	Siempre	Siempre	Siempre	Siempre
Nitrógeno	A veces	A veces	Siempre	Siempre
Fósforo	A veces	A veces	Casi siempre	Siempre
Azufre	A veces	A veces	Siempre	Nunca

Son los elementos más abundantes y se encuentran en todos o en algunos de los tipos principales de biomoléculas orgánicas o principios inmediatos.

Estos elementos forman parte de la materia viva en un porcentaje muy superior al resto gracias a las siguientes propiedades:

a) Tener un peso atómico bajo (forman combinaciones muy complejas y se favorece el continuo construir y destruir de la materia en los seres vivos por su metabolismo).

b) Tienen capas electrónicas externas incompletas (forman enlaces covalentes).

c) Dado que el oxígeno y el nitrógeno son elementos electronegativos, muchas biomoléculas son polares, y por lo tanto, solubles en agua (requisito inprescindible para que tengan lugar las reacciones biológicas fundamentales en la actividad vital).

d) Son abundantes en las capas más externas de la Tierra (las que se están en contacto con los seres vivos).

El carbono presenta una serie de propiedades que hacen que sea el idóneo para formar las biomoléculas. Son las siguientes:

a) Forman enlaces covalentes, que son estables y acumulan mucha energía.

b) Pueden formar enlaces con hasta cuatro elementos distintos (variabilidad molecular).

c) Puede formar enlaces sencillos, dobles o triples.

d) Se puede unir a otros carbonos, formando largas cadenas.

e) Los compuestos, siendo estables, a la vez, pueden ser transformados por reacciones químicas.

f) El carbono unido al oxígeno forma compuestos gaseosos.

Todas estras propiedades derivan de su pequeño radio atómico y a la presencia de cuatro electrones en su última capa.

1.2 Bioelementos secundarios:

Son los que se encuentran formando biomoléculas inorgánicas como las sales minerales o bien en forma de iones disueltos y asociados a biomoléculas orgánicas. Forman parte de todos los organismos vivos, aunque en menor proporción que los primarios. Se incluyen el potasio, sodio, calcio, magnesio y cloro.

1.3 Oligoelementos:

Se encuentran en proporciones inferiroes al 0,1%, pero son imprescindibles. Entre ellos se encuentran:

a) El hierro: Forma parte de la hemoglobina, pigmento rojo de la sangre de vertebrados.

b) El cobre: Forma parte de la hemocianina, pigmento rojo de la sangre de los invertebrados.

c) El manganeso: Es básico para que las plantas verdes puedan sintetizar la clorofila.

d) El cinc: Catalizador.

e) El yodo: Formación de la tiroxina.

f) El cobalto: Síntesis de la vitamina B12.




2) Biomoléculas inorgánicas:


2.1 El agua:

La inmensa mayoría de las reacciones bioquímicas se desarrollan en el seno del agua. El agua es el principal componente de los seres vivos en cuanto a su cantidad.

Los seres vivos van renovando continuamente su contenido en agua, ingiriéndola con la alimentación y perdiéndola con la respiración como vapor y con la excreción.


2.1.1 Estructura química del agua:

La molécula de agua es dipolar. Aunque tiene una carga total neutra, presenta una distribución asimétrica de sus electrones: alrededor del O se concentra una densidad de carga negativa debido a que es un elemento mucho más electronegativo que el H, por ello los núcleos de H quedan desnudos, manifestando una densidad de carga positiva.

Este carácter dipolar es de trascendental importancia: se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua formándose puentes de hidrógeno. Aunque estas uniones son débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras tres moléculas unidas por puentes de hidrógeno permite que se forme en el agua una estructura reticular, responsable de su comportamiento anómalo y de la peculiaridad de sus propiedades fisicoquímicas.



2.1.2 Propiedades y funciones del agua:

El agua posee unas propiedades características, derivadas de su estructura, que le confieren una importancia extraordinaria para la existencia y el desarrollo de la vida en nuestro planeta:


a) El amplio margen de temperaturas en que permanece en fase líquida proporcionada variadas posibilidades de vida.


b) La variación de la densidad con la temperatura, determina que el hielo flote en el agua líquida actuando como aislante térmico.


c) Es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal). Esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de H, además de con otras moléculas de agua como se dijo anteriormente, con otras sustancias polares, pues se disuelven cuando interaccionan con las moléculas de agua.


d) El agua posee un elevado calor específico (cantidad de calor que es necesario comunicar a un gramo de una sustancia para aumentar su temperatura 1ºC), por lo que actúa como regulador térmico, protegiendo a las moléculas de los cambios bruscos de temperatura.


e) Un elevado calor de vaporización (para pasar de líquido a gas es necesario que se ropan los enlaces de hidrógeno, lo cual requiere un aporte considerable de energía). La energía necesaria se toma del entorno, lo que hace que la temperatura de este disminuya (actúa como refrigerante).


f) El agua posee una elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas. Los puentes de H mantienen a las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que le convierten en un líquido casi incomprensible. Algunos seres vivos utilizan el agua como esqueleto hidrostático.


g) El agua posee una elevada fuerza de adhesión, provocándose el fenómeno de la capilaridad, es decir, el ascenso del agua a través de las paredes de un capilar (por ejemplo, el ascenso de la sabia bruta por los tubos del xilema de los vegetales).


h) El agua forma iones al disociarse un átomo de hidrógeno de su átomo de oxígeno y pasa a unirse con el átomo de oxígeno de otra molécula.


El agua no es un líquido químicamente puro, se trata de una solución iónica que siempre contiene algunos iones H3O+ y OH- (se utiliza el símbolo H+, en lugar de H3O+).


El producto iónico del agua constituye la base para establecer la escala de pH, que mide la alcalinidad o acidez de una disolución acuosa.


a) Disolución neutra:  pH = 7      [H+] = [OH-]
b) Disolución ácida:   pH < 7      [H+] > [OH-]
c) Disolución básica: pH = 7      [H+] < [OH-]



La vida se desarrolla con valores de pH próximos a la neutralidad. Los organismos vivos soportan muy mal las variaciones del pH y por ello han desarrollado un sistéma tampón o de buffer, que mantienen el pH constante, mediante mecanismos homeostáticos. Impiden la variación del pH liberando una solución de ácido-base conjugada que actúa como dador y aceptador de protones respectivamente.


Las funciones del agua se relacionan intimamente con las propiedades anteriormente descritas:


a) Soporte o medio donde ocurren las reacciones químicas.


b) Amortiguador térmico.


c) Transporte de sustancias.


d) Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos.


e) Favorece la circulación y turgencia.


f) Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos.


g) Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo (sobre todo en hidrólisis).




2.2 Las sales minerales:


En todos los seres vivos se encuentran siempre determinadas cantidades de sales minerales. Se clasifican en función de su solubilidad en agua.


Las sustancias salinas insolubles en agua forman estructuras sólidas que pueden cumplir funciones de protección y sostén (como los caparazones de carbonato cálcilo de los crustáceos y moluscos).


Las sales minerales solubles en agua se encuentran disociadas en sus iones correspondientes, que son los responsables de su actividad biológica.




3) Regulación del equilibrio ácido-base:

En los seres vivos existe siempre una cierta cantidad de hidrogeniones (H+) y de iones hidroxilo (OH-) que proceden de:

a) La disociación del agua que proporciona los dos iones.

b) La disociación de cuerpos con función ácida que proporcionan H+.

c) La disociación de cuerpos con función básica que proporcionan OH-.

Gracias al sistema tampón se evitan las variaciones continuas de pH en los seres vivos, y para ello intervienen de forma fundamental las sales minerales. 






4) Ósmosis y presión osmótica:

La ósmosis es el proceso por el cual se igualan dos concentraciones separadas por una membrana semipermeable. El disolvente pasa, a través de la membrana, desde la solución hipotónica a la hipertónica hasta que ambas sean isotónicas.

La presión osmótica es la presión necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable. 

La membrana plasmática de la célula es semipermeable, por lo que debe permanecer en equilibrio osmótico con el medio.

Si los líquidos extracelulares se vuelven hipertónicos respecto a la célula, esta pierde agua, se deshidrata y muere (plasmólisis).

Si sucede al contrario y el  medio extracelular se vuelve hipotónico, la célula permite el paso de agua, se hincha y se vuelve turgente (turgescencia), llegando a estallar.