Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
INTRODUCCIÓN En la química interaccionan un gran número de moléculas de alto peso molecular, resultando con esto procesos biológicos muy importantes para el desarrollo de organismos vivos en lo que se incluye el hombre. En la unidad anterior estudiaste moléculas orgánicas pequeñas. Ahora en esta unidad estudiarás como es que algunas de estas moléculas se unen para formar macromoléculas, muchas de las cuales son de gran interés biológico o industrial. Y es precisamente debido a la importancia que tienen algunas macromoléculas que en esa unidad haremos una sencilla descripción de sus propiedades y aplicaciones. Los temas del estudio de esta unidad incluyen las principales macromoléculas naturales que intervienen en los diferentes metabolismos biológicos y algunos procesos vitales, por ejemplo, los carbohidratos, los lípidos y las proteínas, además de las macromoléculas sintéticas que tienen una enorme aplicación en las diversas actividades de la humanidad, y los impactos que éstas provocan en la sociedad. Es común que las sustancias derivadas de organismos vivos estén constituidas por moléculas muy grandes. Algunos ejemplos son los almidones, la hemoglobina, las proteínas, los aminoácidos, ácidos nucleicos, etc. Por otra parte, los plásticos, el vidrio, la cerámica y algunos textiles sintéticos como el nylon y el rayón, también están formados por macromoléculas. En 1827, Jons Jacob Berzelius acuñó la palabra “polímero”, que proviene del griego polys, que significa “muchos” y meros que significa “partes” para nombrar a todas aquellas macromoléculas que se forman por la unión de monómeros. Las macromoléculas también se conocen como polímeros y se forman por la unión covalente (o polimerización) de un gran número de moléculas pequeñas de un mismo tipo, o de varios tipos, que se repiten muchas veces, llamadas monómeros. Los polímeros, por su origen, se pueden clasificar en: naturales o sintéticas, y sus propiedades físicas y químicas son muy distintas a las de los monómeros que los forman. POLÍMEROS O MACROMOLÉCULAS NATURALES Los estudios y las observaciones hechas por los químicos han determinado que los polímeros naturales participan en todas las funciones vitales de los organismos vivos. La importancia de las macromoléculas naturales en el cuerpo humano es vital debido a que gracias a ellas el organismo realiza una gran cantidad de funciones para su desarrollo y supervivencia. Además, cada una de las actividades que realizamos requieren de energía, la cual, a su vez, obtenemos de los alimentos. Los polímeros naturales los encontramos en todos lados, ya sea como parte de la corteza de los árboles, las plumas de las aves, las pesuñas y cuernos de muchos animales, la lana, el algodón, los alimentos, e incluso en nuestra propia piel. Los polímeros naturales se clasifican en: 1.- Carbohidratos 2.- Lípidos 3.- Proteínas 4.- Ácidos Nucleícos CARBOHIDRATOS-GLÚCIDOS-AZÚCARES-HIDRATOS DE CARBONO Nota.- El nombre de hidratos de carbono se debe a que, casi siempre, los átomos de hidrógeno y oxígeno están en la molécula en proporción de dos a uno, como en el agua. Por otro lado, el nombre de glúcido deriva de la palabra glucosa, la cual a su vez proviene del griego glykys que significa “dulce”. Casi todos los alimentos, con excepción de las carnes y las grasas puras, tienen carbohidratos. Pero generalmente los alimentos más ricos en carbohidratos provienen de granos tales como el trigo, el maíz, la cebada y otros. Además de los granos, también todo tipo de frijol o de lenteja. Las frutas, las verduras y la leche también tienen carbohidratos. Los carbohidratos son biomóleculas de origen vegetal o animal constituidas por carbono, hidrógeno y oxígeno (a veces tienen nitrógeno, azufre o fósforo). Se representan por su fórmula general: Cn(H2O)n. Los carbohidratos también pueden ser definidos como: compuestos orgánicos polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas, es decir, son compuestos que presentan en su estructura varios grupos hidroxilo (-OH) y una función aldehído ( -CHO) o cetona (- C .-). O Dentro de sus funciones principales están: Sirven como fuente alimenticia para la mayoría de los organismos. Son uno de los tres principales componentes de los alimentos en la dieta de los seres humanos. Son fuentes de energía para llevar a cabo los procesos celulares. Brindan soporte estructural Son precursores de un gran número de compuestos biológicos. CLASIFICACIÓN DE LOS CARBOHIDRATOS Los carbohidratos los podemos clasificar de varias maneras. Número de carbonos Grupo funcional Grupo funcional y número de carbonos Grado de polimerización Por el número de carbonos que constituyen las moléculas: Triosas.- Contienen tres carbonos en la molécula. Tetrosas.- Contienen cuatro carbonos en la molécula. Carbohidratos Pentosas.- Contienen cinco carbonos en la molécula. Hexosas.- Contienen seis carbonos en la molécula. Por la función aldehídica o cetónica los carbohidratos más sencillos se dividen en: Carbohidratos Aldosas Cetosas Contienen un grupo aldehído Contienen un grupo carbonilo ( - C - H ) ( - C - ) O O La siguiente clasificación es el producto de la combinación de las dos anteriores: Aldotriosa Cetohexosa Según su grado de polimerización, es decir de acuerdo al número de unidades estructurales que forman los carbohidratos se tiene el siguiente ordenamiento: Monosacáridos..- Una sola unidad estructural. Las más importantes son las pentosas: ribosa y 2-dosoxirribosa que se encuentran en los ácidos nucleícos , las aldohexosas: glucosa y galactosa, fructosa y la cetohexosa. Disacáridos.- Están compuestos por dos moléculas de Carbohidratos monosacáridos. Los principales son: la sacarosa, la lactosa y la maltosa. Oligosacáridos.- Contienen de 3 a 10 unidades de monosacáridos. Rafinosa y estaquiosa son oligosacáridos. Polisacáridos.- Polímeros formados por más de 10 unidades de monosacáridos (monómeros). Los más representativos son el almidón, la celulosa y el glucógeno. MONOSACÀRIDOS MÀS IMPORTANTES Carbohidratos Monosacáridos Son los que no se pueden hidrolizar, es decir, no se pueden descomponer en moléculas de azúcares mas pequeñas. Estos tipos de compuestos están formados por una sola cadena de átomos de carbono. Se encuentran en la plantas en estado libre; principalmente en las frutas o en el jugo de las plantas, como es el caso de la caña, pero también los podemos encontrar formando cadenas mas grandes. Se unen uno a otro mediante un enlace llamado glucosídico, formando una molécula de agua, originando carbohidratos más grandes; a este proceso de unión se le conoce como polimerización, en el que los monómeros son los monosacáridos. Los monosacáridos son carbohidratos simples y están constituìdos por grupos funcionales hidroxilos, aldehídos y cetonas, además de los carbonos e hidrógenos. Dentro de los monosacáridos, los mas comunes y de mayor importancia son los que contienen seis carbonos (hexosas), los mas conocidos son la glucosa, fructosa, manosa y galactosa. Glucosa ❖ Es el más importante de su grupo debido a que se encuentra en animales y plantas. ❖ Monosacárido conocido como dextrosa. ❖ Es una aldohexosa de fórmula C6H12O6. Sólido blando cristalino. ❖ Es soluble en agua y es dulce, pero mucho menos que la azúcar de caña. En el proceso de fotosíntesis, las plantas producen moléculas de glucosa, misma que utilizan para producir energía o para formar compuestos biológicamente importantes. Por reacciones bioquímicas, la glucosa se polimeriza para formar celulosa, que se el material estructural principalde raíces y tallos. Cuando los animales consumen las plantas, la glucosa, ya sea libre o en forma de sacarosa, almidón, celulosa, etc, es metabolizada por los mismos nutriéndolos, ya que por procesos bioquímicos se transforma en grasa, proteínas, hormonas, etc. De igual manera les aporta la energía necesaria para realizar diversas funciones para vivir. ❖ Es de gran importancia en el funcionamiento de las células, ya que la emplean como combustible. ❖ Es la unidad constituyente del almidón, la celulosa, el glicógeno o glucògeno y de muchos otros compuestos orgánicos presentes en los vegetales. ❖ Se encuentra en frutas, como las manzanas y uvas. ❖ También se encuentra en la miel, en la sangre, en el intestino, durante la digestión, en el hígado, y en la orina en los diabéticos. ❖ Cuando la glucosa se oxida totalmente existe liberación de energía. Cuando existe exceso de glucosa, ésta se convierte en glicógeno, el cual se transforma en un polisacàrido que se almacena en el hígado y en los músculos; en el hígado, por la acción de la enzima fosforilasa se convierte en glucosa y así entra en la sangre. ❖ Una de las hormonas que afecta el metabolismo de los carbohidratos y que se producida por el páncreas, es la insulina. La insulina es una hormona de origen proteico, es decir, constituida por un polipéptido de 3 monómeros. La deficiencia de insulina en el organismo origina la enfermedad llamada Diabetes Mellitus que produce un aumento de glucosa en la sangre (hiperglucemia) y generalmente glucosoria (excreción de azúcar en la orina). ❖ Se obtiene por hidrólisis del azúcar de caña, del almidón o del glucógeno. ❖ Presenta mutarotación (cambia su forma lineal a cíclica y viceversa) (enlace hemiacetálico). ❖ Suele combinarse con glucosas o con otros azúcares por enlaces glucosídicos formando disacáridos y polisacáridos. Fructosa ❑ Monosacárido conocido azúcar de fruta o levulosa. ❑ Es una cetohexosa de fórmula C6H12O6. Sólido blanco cristalino ❑ Se halla en ciertas frutas, especialmente en el tomate y en el mango, y mezclada con glucosa, en la miel, también se encuentra en la insulina. ❑ Cuando se une con la glucosa mediante el enlace glucosìdico., forma el disacárido sacarosa o azúcar de caña. ❑ En organismos superiores como el nuestro, el hígado y el intestino convierten la fructosa en glucosa. ❑ Se obtiene por hidrólisis de la sacarosa. ❑ Es muy dulce, usado como edulcorante para refrescos, reposterìa, gelatinas, mermelada, etc, por lo que se utiliza en la elaboración de producto refinados para diabéticos debido a que presenta un menor contenido calórico, además no requiere de insulina para ser metabolizado. ❑ Presenta mutarotaciòn. Galactosa. Es una aldohexosa. En el hìgado se transforma en glucosa como fuente de energía. Ayuda a sintetizar moléculas de lactosa, glucolìpidos, fosfolìpidos,y algunas glucoproteìnas. DISACÀRIDOS MÀS IMPORTANTES Disacáridos Están compuestos por dos moléculas de monosacáridos. A diferencia de los anteriores, los disacáridos se forman por la deshidratación intermolecular de dos moléculas de monosacáridos unidos a través de un átomo de oxígeno (enlace glucosìdico), al hidrolizarze (proceso contrario a la deshidratación) el disacárido es capaz de separarse en los monosacáridos que lo componen (monómeros). Los disacáridos más importantes son: la sacarosa, lactosa, maltosa. Tal vez hayas visto algún ingenio cerca de donde vives, es ahí donde se lleva a cabo el proceso de extracción, evaporación, clarificación (limpieza) y cristalización del azúcar, que es el más común de los disacáridos. Sacarosa ➢ Es el más abundante y el más distribuido en la naturaleza. ➢ Conocida como azúcar de caña o de mesa, es el azúcar común. C12H22O11. ➢ Su sabor es dulce y es soluble en agua. ➢ Está formada por una glucosa y una fructosa, unidas por el enlace glucosídico. ➢ Se encuentra en la savia (caña de azúcar joven) y en los tejidos de muchos vegetales como la zanahoria, la remolacha, el plátano, la fresa, la piña y por supuesto en la caña de azúcar. ➢ Por hidrólisis se convierte en una mezcla de partes iguales de glucosa y fructosa. ➢ Se emplea en el endulzamiento de bebidas, y en la elaboración de alimentos, dulces, pasteles, refrescos y licores. Lactosa ▪ Disacárido conocido como azúcar de leche, ya que es el endulzante principal en la leche y los productos lácteos, así como en repostería. ▪ Es el alimento principal de los lactantes, con la capacidad de producir anticuerpos. ▪ Está formada por una molécula de glucosa y otra de galactosa. ▪ Se encuentra en la leche de todos los mamíferos, en la mujer su concentración es de 7gr/lt y en la de vaca es de 48 gr/lt. ▪ No es muy dulce pero su sabor es agradable. ▪ No existe en las plantas. Maltosa • Disacárido formado por dos moléculas de glucosa • Es el disacárido que se obtiene por hidrólisis del almidón y de la malta (polisacáridos), en donde la larga cadena de almidón se fracciona en unidades pequeñas de maltosa por la acción de la enzima amilasa (esta enzima se encuentra en la saliva.). • Se emplea para la fabricación de cervezas y otras bebidas alcohólicas, y es la malta la encargada de dar el aporte energético. POLISACÀRIDOS MÀS IMPORTANTES Polisacáridos Azúcares de alto peso molecular que existen en plantas y animales que contienen un gran número de unidades de monosacáridos. Presentan 11 o más moléculas de monosacáridos, los cuales están unidos unos a otros por enlaces covalentes glucosídicos.. También conocidos como glicanos, poliholósidos. Dentro de sus principales funciones son las trabajar como: reservas alimenticias, es decir, como energía potencial almacenada, o bien, como componentes importantes del tejido del sostén de las plantas. Las cadenas de polisacáridos pueden contener de 100 a 90,000 unidades de monosacáridos y sus pesos moleculares se encuentran entre 16,000 y 14,000,000 gr/mol aproximadamente. Son polímeros naturales que al hidrolizarse totalmente producen mas de 10 tipos distintos de moléculas de monosacáridos. Los polisacàridos se clasifican en homogéneos si solo tienen un solo tienen un solo tipo de monosacáridos, y heterogéneos si tienen dos o mas tipos de monosacáridos. Los polisacáridos más importantes son: el almidón, el glucógeno y la celulosa. Almidón Polvo fino blanco, insoluble en agua frìa, es inodoro. Está formado por largas cadenas de unidades de glucosa. Mezcla de moléculas de amilasa (20% en peso) y amilopectina (80% en peso), en donde las glucosas están unidas por enlaces 1,4-glucosìdicos. Puede tener una cadena lineal (amilasa) o ramificada (amilopectina). Si observaras el almidón por medio del microscopio de un microscopio verías gránulos blancos más o menos redondeados. Los gránulos del almidón de las patatas son gruesos mientras que las del arroz son finos, los cuáles al calentarse en agua forman una solución coloidal. Esta solución está formada de una parte soluble (moléculas de peso molecular de 50,000 a 200,000 llamada amilasa, y otra insoluble (moléculas de peso molecular mayor de 500,000 a 1,000,000 conocida como amilopectina. Existe en casi todas las plantas (en granos y tubérculos), principalmente en las semillas (cereales) que pueden contener hasta 75% de almidón, y en las raíces hasta 30%. El arroz y el trigo contienen hasta 75%, el maíz 70%, las patatas 25%. En algunas frutas (plátano), cuando maduran se convierte en azúcar simple. Primer carbohidrato de reserva en las plantas, las cuales lo almacenan y posteriormente lo utilizan como nutriente en la germinación de sus semillas. Es la fuente alimenticia más importante en los animales, ya que es un polímero natural. Al calentarse el almidón con agua forma una solución aglutinante pegagosa; esto se debe a que los gránulos por acción del calor,rompieron su cubierta de celulosa, dejando en libertad una masa granulosa (engrudo). Cuando se desintegra parcialmente por hidrolìsis el almidón produce fragmentos de bajo peso molecular y solubles en agua se conocidos como dextrinas. Estos compuestos se digieren fácilmente en el organismo y, por lo mismo, son empleados como aglutinantes en la fabricación de alimentos infantiles, en las leches malteadas, en las lavanderías, en los pegamentos para las estampillas de correo, etc. En la industria, el almidón es utilizado para la preparación de embalajes de espuma (una alternativa biodegradable a los envases de poliestireno). Se utiliza para obtener glucosa. Glucògeno También llamado almidón animal. Es la forma de almacenamiento de los carbohidratos en los animales superiores y en algunos vegetales. Con estructura similar a las amilopectinas pero con muchas mas ramificaciones, con un peso de 4,000 a 14,000, y contiene casi 90,000 átomos de glucosa. Se encuentra en la mayoría de los tejidos, pero los principales depósitos en el cuerpo humano, con cantidades relativamente grandes, son el hígado y los músculos en donde el glucògeno puede descomponerse en unidades de glucosa cuando el organismo requiere de energía. Celulosa Representa el componente principal de la pared de todas las células vegetales, principal constituyente de la madera y la fibra de las plantas. Se encuentra presente en un 90% en el algodón, y en un 45% en la madera. Su estructura es lineal como en la amilasa, pero los enlaces de glucosa son -1,4 glucosìdicos que tienen puentes de hidrógeno. El hombre no puede utilizarla como fuente de energía, ya que no cuenta con la enzima necesaria para romper los enlaces -1,4 glucosìdicos, sin embargo es importante incluirla en la dieta humana (fibra sintética porque al mezclarse con las heces, facilita la digestión y defecación. Sirve como alimento y fuente de energía para herbívoros, ya que estos cuentan en su aparato digestivo con la enzima (celulasa) para hidrolizarla. Su utilidad comercial es muy grande, existen diversos productos derivados de èl, como la seda sintética, el papel, el rayón, explosivos, tintas y resinas. Quitina Presenta unidades monomèricas de glucosa que están unidas por enlaces -1-4. Es uno de los componentes principales en las paredes celulares de los hongos, algas y levaduras. También se encuentra en el exoesqueleto de algunos crustáceos e insectos. (cangrejos). Presenta propiedades antivirales y antibacteriales. LIPIDOS En los alimentos que consumes diariamente se encuentran los lípidos (del griego lipos: grasas); éstos constituyen una de las tres clases principales de productos alimenticios (los otros dos son los carbohidratos y las proteínas) además intervienen en diversos procesos biológicos. Los lípidos son compuestos naturales que se encuentran en las plantas (aceites y ceras) y animales (aceites y grasas). Son insolubles en agua y solubles en solventes no polares como el benceno, etanol, acetona, éter. Las grasas se obtienen principalmente de los animales y los aceites de las plantas. Esta grupo de compuestos es el que aporta mayor cantidad de energía al organismo (9 kcal/gr). Las plantas almacenan grandes cantidades de carbohidratos, como material de reserva para sus procesos biológicos, mientras que los animales retienen aceites y grasas para sus procesos bioquímicos. Químicamente son derivados reales o potenciales de los ácidos grasos o sustancias relacionadas. Se conocen como ácidos grasos a los ácidos carboxílicos alifáticos de 4 a más átomos de carbono en una cadena lineal. Los ácidos grasos que forman parte de los lípidos poseen un número par de átomos de carbono y su cadena puede ser saturada o insaturada. CLASIFICACIÓN DE LOS LÍPIDOS La naturaleza tan heterogénea de los compuestos lipídicos impide hacer una clasificación con cierta lógica: sin embargo, considerando algunas características estructurales y funcionales, se tiene la siguiente clasificación: Monoglicéridos Glicéridos Diglicéridos Simples LÍPIDOS (Grasas y aceites) Triglicéridos Ceras LÍPIDOS Son biomoléculas naturales, insolubles en agua y solubles en solventes no polares como etanol, acetona y éter. Biológicamente son energéticos y dan el mayor rendimiento a los organismos ( 9 Kcal/g.). Químicamente son derivados de ácidos grasos y sustancias relacionadas. • Se entiende por ácido graso a los ácidos carboxílicos alifáticos de 4 a más átomos de carbono • Todos los ácidos grasos que forman a los lípidos poseen números pares de carbonos. • La mayoría son monocarboxílicos, lineales y sin ramificaciones. • Su cadena de carbonos puede ser saturada o insaturada. • A los polinsaturados También se les llama escenciales ( no los sintetiza el organismo) Ejemplos de los principales ácidos grasos saturados • Ácido acético (2 C) • Ácido butírico (4 C) • Ácido caproico (6 C) • Ácido caprílico (8 C) • Ácido caprico (10 C) • Ácido laurico (12 C) • Ácido mirístico (14 C) • Ácido palmítico (16 C) • Ácido esteárico (18 C) • Ácido araquídico (20 C) Ejemplos de los principales ácidos insaturados *Ácido palmitoleico ( 16 C ) 1 (=) en 9:10 *Ácido oléico ( 18 C ) 1 (=) en 9:10 *Ácido linoleico ( 18 C ) 2 (=) en 9:10 y 12:13 *Ácido linoleico ( 18 C ) 3 (=) en 9:10 , 12:13 y 15:16 CLASIFICACIÓN Y ESTRUCTURA QUÍMICA FUENTE DE OBTENCIÓN Y USO LÍ P I D O S SIMPLES GLICÉRIDOS.- Son ésteres de ác. Grasos + Glicerol *Se saponifican *Se autoxidan * Se arrancian GRASAS.-Se solidifican a Temperatura ambiente. *Ác. Graso( saturado) + Glicerol En plantas y animales ( mantequilla) ACEITES.- *No se solidifica a Temperatura ambiente * Se hidrogena * Ac. Graso (Insaturado) + Glicerol Soya, maíz, girasol,semilla de algodón Margarinas y manteca vegetal CERAS.-Son ésteres de 12 a 30 átomos de carbono formados por ác. Grasos + alcoholes superiores Ác. Grasos (palmítico, esteárico y cerótico) y alcoholes (cetílico, hexacosanol, octacosanol, triacontanol y oleílico) *Sólido *Resistente a saponificación *Poco susceptible a la autooxidación Cera de abeja( palmitato de hexacosilo) Esperma de ballena (cabeza de cachalote) Lanolina ( lana de camello ) Cera de carnauba ( palmera ) COMPUESTOS Poseen dos o más componentes, en donde uno de ellos tiene propiedades de lípidos FOSFOLíPIDOS.- Las enzimas del veneno de serpientes hidrolizan los ác. Grasos y los productos destruyen los glóbulos rojos. * Son ésteres de Äc. Grasos + Glicerol + Ac. Fosfatídico + compuesto Nitrogénado FOSFOGLICÉRIDOS *Glicerol + Ác. Graso + ácido fosfátidico LECITINAS * Glicerol + 2 Ác. Grasos (Ác. Oleico ó palmítico) + ácido fosfatídico + Colina esterificada al grupo fosfato Parte principal de la membrana celular debido a su carácter anfipático En la industria alimenticia se utilizan como emulsificante Abundan en soya y yema de huevo CEFALINAS * Glicerol + 2 Ác. Grasos (Ác. Oleico ó palmítico) + ácido fosfatídico + Serina ó etanolamina esterificada al grupo fosfato Participan en la coagulación sanguínea Yema de huevo y tejído nervioso animal. PLASMALÓGENOS.- *Son iguales a las cefalinas solo cambian un ácido graso por un éter insaturado. Presentes células musculares y nerviosas Mielina cerebral, músculo cardiaco y estriado y semen DERIVADOS Su estructura presenta poca relación con los demáslípidos. TERPENOS.- * Formados por repeteción de unidades de isopreno *No saponificables. *Aceleran las reacciones químicas actuando como coenzimas. Se localiza en todo el reino vegetal ( hojas verdes y algas) *Responsables de olores y colores característicos. Ej.Geranio (perfumería) Mentol(Terapéutico de vías respiratorias, Zanahoria (Vitamina A) ESTEROIDES.- * Son alcoholes cíclicos con base en el fenantreno y el ciclopentanofenantreno *No saponificables. Actúan como mensajeros químicos (hormonas). Hormonas sexuales (testosterona y estradiol), Vitamina D, sustancias biliares y de la corteza suprarrenal. GRASAS Y ACEITES (GLICÉRIDOS) Estos compuestos son ésteres de ácidos de cadena larga y glicerol (compuesto de tipo triol). Por ello se denominan glicéridos. Las grasas y aceites son mezclas de ésteres de ácidos grasos, en donde una parte de la molécula es glicerol y la otra son ácidos grasos unidos a éste. En los glicéridos simples los ácidos grasos unidos al glicerol son iguales; en cambio, en los compuestos o mixtos contienen dos o tres ácidos grasos diferentes. Sus fórmulas generales son: Monoglicéridos Diglicéridos Triglicéridos CH2 – COO-R CH2 – OH CH2 – OH CH2 – COO – R CH2 – COO – R CH2 – OH CH2 – COO – R CH2 – COO – R CH2 – COO – R » Son la forma más compacta de energía almacenada. » A igual peso molecular, las grasas proporcionan el doble de energía que los carbohidratos o las proteínas. * Las grasas y los aceites son muy malos conductores del calor y actúan como aislantes del organismo, evitando así la pérdida de calor. » Otra función es que actúan como disolventes de otros lípidos. O O CH2 – OH OH – C – R1 H2C – O – C – R1 O O CH2 – OH + OH – C – R2 HC – O – C – R2 +3H2O O O CH2 – OH OH – C – R3 H2C – O – C – R3 Glicerol o Ácidos Orgánicos Glicérido (aceite o grasa) Glicerina Ácidos Grasos Triéster Los enlaces éster son susceptibles de sufrir hidrólisis tanto ácida como alcalina. La hidrólisis ácida difiere de la hidrólisis alcalina es que la primera es reversible, mientras que la última es irreversible. Las grasas o aceites pueden hidrolizarse por la acción de los ácidos, de las bases o por enzimas. Cuando la hidrólisis se da en condiciones ácidas, se produce una molécula de alcohol (glicerol) y tres moléculas de ácidos grasos. Si la grasa o aceite se hidroliza en condiciones básicas se produce una molécula de glicerol y tres moléculas de la sal del ácido graso. Estas sales alcalinas de los ácidos grasos constituyen los jabones que se utilizan con fines comerciales. O O H2C – O – C – R Na – O – C – R O O HC - O – C – R´ + Na – O – C – R´ + CH2 – CH 2– CH2 O 3NaOH/H2O O OH OH OH H2C – O – C – R” Na – O – C – R” Aceite o grasa Jabón Glicerol Dado que los ácidos grasos están formados por un componente hidrófobo, la cadena hidrocarbonada, y un componente hidrófilo, el grupo carboxilato, estás moléculas se denominan anfipáticas; en ellas el componente hidrofobo interacciona uno con otro y el componente hidrófilo interacciona con el medio acuoso circundante. Una consecuencia de estas propiedades es que los ácidos grasos tienden a asociarse en una forma definida, formando micelas. El estado físico de los glicéridos depende de la estructura (insaturaciones) de los ácidos grasos presentes. Si todos los ácidos en la estructura del éster son saturados (enlaces covalentes simples) y tienen al menos 10 átomos de carbono en cada cadena, el glicérido es una grasa, y a temperatura ambiente es un sólido, como los ácidos palmítico y esteárico.. Si la estructuras de los ácidos son altamente insaturadas (presencia de dobles enlaces), el glicérido es un aceite, y a temperatura ambiente es un líquido, como los ácidos oleico, linoleico y linolénico.. Los aceites vegetales se pueden hidrogenar metiendo hidrógeno a las instauraciones de la cadena para saturarlo y volverlo más sólido (grasa). Bajo estas condiciones se fabrican las margarinas y mantequillas. En el siguiente cuadro se listan algunos ácidos grasos que están en las grasas y aceites naturales. Cabe aclarar que algunas grasas o aceites están constituidas por una o dos tipos de ácidos grasos en mayor proporción, pero en otras, como la mantequilla de la leche, la composición de los ácidos grasos es muy compleja. CERAS Las ceras son ésteres de ácidos grasos con una mezcla de alcanos de cadena larga que contienen de 12 a 30 átomos de carbono y derivados oxígenados como cetonas y alcoholes superiores (alcoholes secundarios). Los ácidos grasos mas comunes en este grupo son; el esteàrico, el palmìtico y ceròtico. Los alcoholes que mas se encuentran en ellas son el cetìlico, hexacosanol, octacosanol, triacontanol y alcohol oleìlico. La cadena de las ceras contiene de 12 a 30 átomos de carbono; por ejemplo, el palmìtico de hexacosilo o cera de abeja, y la lanolina, presente en la lana de los camellos. Insolubles en agua y al carecer de dobles enlaces en sus cadenas de hidrocarburos son químicamente inertes. La función principal de las ceras es la de recubrir (cubiertas protectoras) las hojas, las frutas y las plumas y pieles de muchos animales. Sirven de barrera al paso del agua en insectos, aves y otros animales como las ovejas. En las plantas, las ceras las protegen de la pérdida de agua y daños por abrasión. Cuando han ocurrido grandes derrames de petróleo en el océano, con frecuencia se han utilizado detergentes para solubilizar este contaminante. En estas condiciones, las aves marinas tienen grandes dificultades para mantenerse flotando, ya que las capas de ceras que cubren sus plumas son eliminadas tanto por el petróleo como por el detergente. Por muchos años, los cachalotes fueron la fuente principal de estos èsteres, pero recientemente una planta ùnica que crece en zonas desérticas, Simmondsia chinensis (jojoba), puede servir de sustituto superior debido a que sintetiza grandes cantidades de èsteres cèreos de oxìgeno como lìpido de reserva en sus semillas. Las ceras son de considerables importancia comercial al ser utilizadas como lubricantes superiores para uso industrial. PROTEÍNAS Si te has preguntado ¿por qué consumir proteínas?, la respuesta es que estos compuestos se encuentran en todas las células vivas y son el material principal de la piel, el cabello, las uñas, los músculos, los nervios, los tendones, la sangre, etc. Por esta razón, a estos polímeros biológicos se les denominó proteína, que proviene de la palabra proteios, que significa “lo primero”, lo cual expresa la importancia de esta clase de macromoléculas. Para que tengas más exacta de la importancia de las proteínas, basta decir que se necesitan miles de estos compuestos diversos para lograr vida y el desarrollo de un organismo vivo. Imagínate si se necesitan miles de proteínas y cada proteína necesita miles de aminoácidos para formar su estructura, además de otros miles y miles de compuestos distintos, ¡cuantos millones de compuestos orgánicos forman un organismo!. Mencionamos anteriormente que los carbohidratos y los lípidos intervienen en una serie de procesos bioquímicos que tienen que ver con el inicio y el desarrollo de la vida. Sin embargo, las proteínas ocupan el papel principal en estos procesos biológicos. Las proteínas son quizá los compuestos más complejos que produce la naturaleza. De hecho, no sólo representan importantes fuentes de alimento, si no además jueganpapeles biológicos y fisiológicos vitales, ya que desempeñan diversas funciones tales como: Transportadoras.- Tienen la capacidad para unirse a otro elemento generalmente gas que lo transporta y, posteriormente, lo libera; ejemplo de esta función es el transporte de oxígeno por la hemoglobina presente en los glóbulos rojos de la sangre. Enzimática.- Se le llama enzima a la proteína que funciona como catalizador biológico, acelerando las reacciones metabólicas. No todas las proteínas son enzimas, pero todas las enzimas son proteínas. Inmunológica.- Ayudan a la síntesis de anticuerpos; sustancias que actúan como defensas en respuesta a la presencia de una sustancia extraña en el organismo (antígenos). La trombina y el fibrinógeno contribuyen a la formación de coágulos sanguíneos para evitar hemorragias. Reguladora Hormonal.- Regulan el metabolismo, ejemplo de ello es la insulina que regula los niveles de glucosa en la sangre. Estructural.- Algunas proteínas constituyen los tejidos corporales, además de darles elasticidad y resistencia a los órganos y tejidos. El colágeno es el componente principal del cartílago, de la piel, etc. La elastina del tejido conjuntivo elástico tiene la función de dar elasticidad a los tejidos. Energética.- Algunas proteínas son capaces de liberar 4 kcal/gr, cuando se consumen por procesos metabólicos, en respuesta a una necesidad del organismo. Las proteínas son polímeros de grandes pesos moleculares formadas por unidades de aminoácidos. PROTEÍNAS POLÍMEROS AMINOÁCIDOS MONÓMEROS Una proteína contiene cientos de unidades de aminoácidos (que pueden ser diferentes). Aunque solo se han logrado aislar 20 aminoácidos de la materia viviente; el número de combinaciones de estos aminoácidos dentro de un orden especial a lo largo de la cadena proteínica es inmensamente grande. Los aminoácidos son ácidos carboxílicos con un grupo amino adyacente al grupo carboxilo (carbono α). Por ello, se acostumbra llamar a estos compuestos α-aminoácidos. La estructura general de un alfa-aminoácido es: COOH H – C – NH2 R Parte variable Si observas detenidamente la fórmula te darás cuenta que, unido al mismo átomo de carbono α, se encuentra el grupo funcional de los ácidos –COOH y el de las aminas NH2, lo cual justifica su nombre. La mayoría de los aminoácidos tienen un pH cercano a la neutralidad, pero dependiendo del radical que está unido al carbono α del aminoácido, éste adquirirá características ligeramente ácidas o básicas. Parte fija Básicos.- El radical R presenta grupos amino pero no carboxilo. Arginina, Histidina, Lisina. Ácidos.- El radical R presenta grupos carboxilo pero no amino. Ácido Aspártico y Glutámico. Alifáticos.- El radical R presenta solo una cadena hidrocarbonada. Alanina, Glicina, Isoleucina, Leucina y Valina. Aromáticos.-El radical R contiene al Benceno. Fenilalanina, Tirosina. Aminoácidos Hidroxiaminoácidos.- El radical R presenta una cadena Neutros hidrocarbonada acompañada de un grupo hidroxilo. Serina y Treonina. Heterocíclicos.- Si el radical R contiene un elemento contiene dentro del ciclo un elemento diferente al carbono. Triptófano. Azufrados.- Si en el radical R presenta al elemento Azufre. Metionina, Cisteìna, Cistina. Iminoácidos.-Si el grupo amino de la parte fija del aminoácido aparece en el radical R. Hidroxiprolina, Prolina. Algunos de los aminoácidos se biosintetizan en el organismo, mientras que otros no, y es necesario consumirlos de los alimentos de origen vegetal, a éstos se les llama aminoácidos esenciales para la dieta humana. Básicos Arginina, Histidina, Lisina Alifáticos Valina, Isoleucina, Leucina Aromáticos Fenilalanina Neutros Hidroxiaminoácidos Treonina Heterocíclicos Triptófano Azufrados Metionina Si la proteína de un alimento suministra suficientes aminoácidos esenciales, entonces se llama proteína completa. Al contrario si no los suministra, se denomina proteína incompleta. Aminoácidos Esenciales Todas las carnes y los productos animales son fuentes de “proteínas completas”, por ejemplo, la carne de res, el cordero, el cerdo, las aves, el pescado, mariscos, huevos, la leche y sus dervados. Las proteínas de los vegetales y los granos, las frutas y las verduras, se califican como “proteínas incompletas” bajas o carentes de uno de los aminoácidos esenciales. Los vegetales pueden combinarse para obtener todos los aminoácidos necesarios y formar una proteína completa. Los aminoácidos esenciales son introducidos al organismo vía alimentos que los contienen en la estructura proteíca y que en el proceso de digestión son liberados. El requerimiento diario de proteínas para un adulto es de 30 gr/día. Los aminoácidos, en las proteínas, se unen mediante un enlace covalente llamado peptídico (enlace de amidas), porque el producto de esta unión se conoce como péptido. Los péptidos son compuestos formados por aminoácidos unidos por enlaces peptídicos; cuando el péptido es grande, con peso molecular mayor a 10,000 entonces se le denomina proteína. El enlace peptídico – C – N – se forma con la parte ácida de un aminoácido y la porción amino del otro, O liberando una molécula de agua. Glicina Cisteína Enlace Peptídico o Amida NH2 – CH2 – C – OH + HNH – CH – COOH NH2 – CH2 – C – N – CH – COOH + H2O O CH2 O H CH2 Grupo carboxilo Grupo amino SH SH parte ácida parte básica CLASIFICACIÒN DE LAS PROTEÍNAS Debido a la complejidad y diversidad de las proteínas, se pueden clasificar de muchas formas. Por su función biológica, las proteínas se clasifican en: Fibrosas Sencillas o simples Globulares Fosfoproteìnas Glucoproteìnas Clasificación de las Proteínas Compuestas o Conjugadas Lipoproteínas Por su función biológica Nucleoproteìnas Metaloproteìnas Cromoproteìnas Metaproteìnas Derivadas Coaguladas Una clasificación práctica es considerando su conformación; y de acuerdo a su composición. Las proteínas simples están compuestas por -aminoácidos y al hidrolizarse se separan en ellos., de acuerdo a su conformación o forma se clasifican en: Proteínas Fibrosas: Éstas se forman en tiras de cadena larga, continua y sin ramificaciones (extendida) en forma de hebra, que se enlazan unas con otras paralelamente, formando fibras que sirven como sustancias estructurales de los tejidos animales, son insolubles en agua. Queratina En el pelo y uñas. Colágeno En los tendones. Miosina Músculos. Fibroìna En la seda. Proteínas Globulares: Presentan estructuras màs complejas, de modo que forman unidades de tipo esférico, se encuentran en la carne, la leche, el huevo, etc. Por su solubilidad en agua, pueden ser transportadas de un lugar a otro del organismo. Su función principal es la de regular el proceso de la vida formando enzimas, hormonas y anticuerpos. Hemoglobina En la sangre. Colágeno En los huevos. Insulina En el páncreas. Tiroglobulina En la tiroides. Otra clasificación de las proteínas se establece en función de su composición o estructura. Las proteínas compuestas o conjugadas están estructuradas por proteínas sencillas (- aminoácidos) y otro grupo químico o sustancia no proteica. A estos grupos se les denomina grupo prostético (del griego prosthetos: arrimado a). Dependiendo del grupo prostético al cual están unidas se subdividen en: Fosfoproteìnas: Unidas al H3PO4 o grupo (PO4)-3.Caseína, Vitelina. Glucoproteìnas: Unidas a un carbohidrato. Musina, Oseomucoide. Lipoproteínas: Unidas a un lípido. Lipoproteínas sèricas y lácteas. Nucleoproteìnas: Unidasa un ácido nucleico. Ribonucleoproteìna, Desoxirribonucleoproteìna. Metaloproteìnas: Unidas a un metal. Ferritina, Insulina. Cromoproteìnas: Unidas a un grupo colorido (pigmentos). Hemoglobina, Clorofila. Las proteínas derivadas son producto e la degradación de las proteínas simples y conjugadas. Albúmina de huevo coagulada y la Miosana. Conforme se van uniendo los aminoácidos y se forma la proteína, la cadena polipeptìdica se pliega de tal manera que adquiere una estructura tridimensional especifica. Así, se tienen varias estructuras, que involucran diferentes fuerzas que las mantienen estables. Te preguntaràs, ¿cuàl es la importancia de ello?. La importancia radica en el hecho de que la actividad biológica de estas macromoléculas està relacionada íntimamente con su estructura, forma molecular y tamaño principalmente. Las proteínas tienen 4 estructuras que son: PRIMARIAS: Secuencia de aminoácidos que forman la proteína su fuerza de estabilización son los enlaces peptídicos. SECUNDARIA: Su cadena polipeptídica tiene el arreglo en forma de hélice (arreglo α) y lámina plegada (arreglo β), sus fuerzas de estabilización son por enlaces por puente de hidrógeno. TERCIARIA: Es el enroscamiento de la estructura helicoidal de la proteína provocado por las atracciones entre estructuras hélices alfa y hojas plegadas, las fuerzas de estabilización son fuerzas de Van Der Waals, uniones sulfuro- sulfuro, puentes de hidrógeno y salinos. CUATERNARIA: Es la unión de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciaria (iguales o diferentes, las fuerzas de estabilización se dan por fuerzas de Van Der Waals, uniones sulfuro-sulfuro, puentes de hidrógeno y salinos.
Compartir