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BLOQUE I
LA BASE MOLECULAR Y FISICO-QUÍMICA DE LA VIDA
TEMA 1. LA BASE FÍSICO QUÍMICA DE LA VIDA
Parte 1. La Materia de los seres vivos
Parte 2. Glúcidos y Lípidos
Parte 3. Proteínas y ácidos nucleicos
TEMA 1. LA BASE FÍSICO-QUÍMICA DE LA VIDA
Parte 1. LA MATERIA DE LOS SERES VIVOS. LOS COMPUESTOS INORGÁNICOS
1. LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS.
1.1. NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS
1.2. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS
2. BIOELEMENTOS
Propiedades del carbono
Clasificación de los bioelementos
Funciones de los bioelementos
3. LAS BIOMOLÉCULAS
4. EL AGUA
Estructura química
Propiedades físico-químicas
Funciones biológicas
5. LAS SALES MINERALES
Funciones biológicas de las sales minerales
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida. Parte I: Los compuestos inorgánicos
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1. CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS
La vida se define sobre una serie de características comunes a todos los
seres vivos:
■ Todos los seres vivos están formados por células y todas las células, a su
vez, están compuestas por los mismos tipos de moléculas, moléculas que
intervienen en la construcción de los distintos componentes celulares, en
las reacciones metabólicas o en la conservación y transmisión de la
información genética.
■ En todos los organismos existen distintos niveles de organización, de
forma que los organismos están constituidos por células y éstas pueden
presentar distintas estructuras y orgánulos.
■ Nutrición: los seres vivos tienen la capacidad de crecer a expensas de los
nutrientes que toman del medio externo. Dichos nutrientes son
transformados, a través de una serie de reacciones metabólicas, en
energía (catabolismo) y compuestos orgánicos (anabolismo o biosíntesis).
■ Relación con el medio ambiente y con otros organismos por medio de:
La recepción e intercambio de señales (incluso dentro del propio
organismo existen moléculas, como las hormonas, que llevan distintos
tipos de señales de un órgano a otro, y de una célula a otra dentro de un
mismo tejido).
La capacidad de elaborar respuestas a distintos tipos de estímulos tanto internos como externos.
■ Las células y los organismos tienen además la capacidad de reproducirse y originar descendientes, que
pueden ser genéticamente idénticos al individuo parental (reproducción asexual) u originarse por el
intercambio de genes de distintos sexo (reproducción sexual).
Estas tres últimas características (nutrición, relación y reproducción) son las funciones típicas de los seres
vivos, y se conocen como funciones vitales.
Hasta hace algunos años, a los seres vivos se les caracterizaba a través de sus funciones vitales,
pero hoy en día, de acuerdo con la Teoría de Sistemas, también los podemos describir como un sistema
ordenado de moléculas, ya que en definitiva los fenómenos vitales son reacciones reguladas por las
biomoléculas presentes en los seres vivos.
Todos los organismos se caracterizan por poseer, entre otras, dos biomoléculas: ácidos nucleicos y
proteínas. Por ello, una definición moderna de ser vivo es aquella que considera a los seres vivos como
cuerpos naturales que poseen ácidos nucleicos y proteínas y que son capaces de sintetizar dichas
moléculas por sí mismos.
Las formas acelulares
Pese a todas las características que acabamos de señalar para definir a un ser vivo, existen algunas
formas de vida que se encuentran en la frontera entre lo vivo y lo inerte, son las formas acelulares de vida:
virus, tiroides y priones.
Los virus son complejos moleculares de proteínas y ácidos nucleicos que penetran en las células
que parasitan y donde se multiplican con ayuda del material de la célula huésped, por lo que son parásitos
obligados. Fuera de la célula son totalmente inertes y algunos han podido ser cristalizados. Gozan por
tanto de algunas características de los seres vivos, como la capacidad de reproducción y mutación, por lo
que no se pueden considerar seres inertes, pero no son capaces por sí mismos de fabricar sus propias
proteínas y ácidos nucleicos y para ellos se ven obligados a parasitar una célula.
Los viroides son moléculas de ARNm (ARN monocatenario circular) que carecen de envolturas
externas. Son causantes de enfermedades en las algunas plantas (tomates, tubérculos,…) ya que interfieren
en la regulación de los genes.
Los priones son proteínas causantes de enfermedades neurodegenerativas (scrapie, enfermedad de
las vacas locas,…). Las proteínas patógenas provocan cambios conformaciones en las proteínas normales.
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida. Parte I: Los compuestos inorgánicos
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La dificultad para diferenciar la materia viva de la inerte es lógica su consideramos que los seres
vivos se originaran a partir de la materia inerte, por un proceso gradual que fue la evolución biológica.
Ahora bien, estas tres formas acelulares (virus, tiroides y priones), no son seres vivos primitivos o formas de
transición entre la materia inerte y la materia viva, ya que son parásitos y necesitan de células para
sobrevivir.
1.1. NIVELES DE ORGANIZACIÓN EN LOS SERES VIVOS
Si algo caracteriza a los seres vivos y los diferencia de la materia inerte es su complejidad, su
elevada organización y su diversidad. Estas propiedades están presentes en todos sus niveles de
organización y son consecuencia de una característica intrínseca a la materia y que consiste en que bajo
ciertas condiciones (consumiendo energía) evoluciona hacia formas más complejas.
El siguiente cuadro muestra los niveles de organización en los seres vivos, desde lo más simple a lo
más complejo, diferenciando los niveles abióticos (sin vida) y los bióticos (con vida).
En concreto, en lo que respecta a los niveles molecular y macromolecular, la mayoría de las
moléculas que forman parte de los seres vivos son orgánicas, o sea, moléculas formadas por cadenas de
átomos de carbono que adquieren una gran longitud y complejidad. Para comprender la enorme
diversidad de compuestos orgánicos que se podrían formar, basta señalar la cantidad de palabras que se
podrían escribir (no solo las que existen) en todas las lenguas con alfabeto latino.
No obstante, esta gran variedad de compuestos orgánicos parte de muy
pocos elementos estructurales sencillos que, combinados, constituyen las complejas
macromoléculas. De forma que con unas pocas clases diferentes de moléculas
sencillas (moléculas sillares o monómeros) se pueden obtener una gran diversidad
de macromoléculas. Así, por ejemplo, con solo 20 aminoácidos combinados en
numerosas secuencias distintas, se pueden originar miles de proteínas diferentes.
Las moléculas sillares o monómeros son idénticos en todos los organismos.
El hecho de que todos los seres vivos empleen estas mismas moléculas, indica que
proceden de un antepasado común, origen de la gran biodiversidad actual.
Aunque las “casas” sean diferentes, todos los organismos están hechos de los
mismos “ladrillos”.
http://www.educa.madrid.org/web/ies.rayuela.mostoles/deptos/dbiogeo/recursos/Apuntes/ApuntesBioBach2/Tablas/TabCompQimCelulares.png
http://www.educa.madrid.org/web/ies.rayuela.mostoles/deptos/dbiogeo/recursos/Apuntes/ApuntesBioBach2/Tablas/TabCompQimCelulares.png 05/11/2007 19:19:59
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida. Parte I: Los compuestos inorgánicos
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1.2. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS
Como hemos visto, todos los seres vivos estamos formados por los mismos tipos de moléculas, que
por este motivo, se denominan biomoléculas. Estas biomoléculas están formadas a su vez por una serie de
elementos químicos o bioelementos.
Entre las moléculas inorgánicas presentes en los seres vivos se encuentran principalmente el agua y
algunas sales minerales. El agua es la molécula más abundante y es esencial para que tengan lugar los
procesos bioquímicos necesarios para la actividad vital. En cuanto a las sales minerales, pueden
encontrarse tanto en forma insoluble (como en las conchas o los caparazones de muchos animales), como
soluble (participando en procesos enzimáticos o fisiológicos).
Los constituyentes orgánicos de los seres vivos se pueden clasificar en cuatro grandes grupos o
principios inmediatos: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos (ADN y ARN). Estos últimos, los ácidos
nucleicos, contienen toda la información genética de la célula y aseguran la herencia de ésta y la
traducción del “código genético” en las proteínas necesarias para las funciones vitales.
La combinación de los cuatro principios inmediatos orgánicos da lugar a la gran variedad de
estructuras celulares, que permiten la nutrición, el metabolismo, la percepción y la respuesta a estímulos
externos y la división y la reproducción de las células y los organismos.
La vida no solo es la suma de todas estas moléculas independientes, sino que es el resultado de
una interacción compleja entre dichas moléculas, que origina una estructura y unas funciones que
definimos como vitales. Así por ejemplo, una hoja de papel esta formada por celulosa, pero no está viva;
sin embargo, las células vegetales son formas vivas que presentan celulosa como uno de los constituyentes
de su pared celular.
2. BIOELEMENTOS
La materia que forma parte de los seres vivos está compuesta por moléculas, también denominadas
biomoléculas, formadas a su vez por la unión de átomos de ciertos elementos químicos. Estos elementos
presentes en las biomoléculas reciben el nombre de bioelementos o elementos biogénicos, de los que
existen unos 70 diferentes.
Todos los bioelementos se encuentran incluidos en la tabla periódica, es decir, no hay elementos
exclusivos de los seres vivos. Sin embargo, los bioelementos mayoritarios no coinciden (salvo el oxígeno)
con los elementos más abundantes de la corteza terrestre, que son el O, el Si y el Al. Los bioelementos más
abundantes en los seres vivos son el C, el H, el O, el N, el P y el S. Estos elementos químicos fueron
seleccionados por las propiedades que presentan:
Los seis elementos tienen capas electrónicas externas incompletas, lo que les permite formar fácilmente
enlaces covalentes y así originar las biomoléculas constituyentes de las estructuras biológicas.
Poseen un número atómico bajo, por lo que los electrones compartidos en la formación de los enlaces
covalentes se hallan próximos al núcleo y las moléculas originadas son estables.
Dado que el oxígeno y el nitrógeno son elementos electronegativos, muchas biomoléculas son polares
y, por ello, solubles en agua, requisito imprescindible para que tengan lugar las reacciones biológicas
fundamentales de la actividad vital.
Se pueden incorporar fácilmente a los seres vivos desde el medio externo, ya que se encuentran en
moléculas (CO2, H
2O, nitratos, sulfatos, fosfatos) que se pueden captar de manera sencilla. Esto
asegura el intercambio constante de materia entre los organismos vivos y su ambiente.
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Propiedades del carbono
Entre los bioelementos, el carbono desempeña un papel
fundamental. El carbono se localiza en el grupo 14 del sistema periódico y
tiene cuatro orbitales con electrones desapareados que se disponen en una
estructura tetraédrica (configuración tetraédrica).
Los electrones desapareados del carbono le permiten formar
enlaces covalentes (simples, dobles y triples) con otros átomos de carbono,
dando lugar a la formación de cadenas carbonadas estables de tamaño y
forma variables (lineales, ramificadas y anilladas). Estas cadenas
carbonadas actúan como el esqueleto molecular de las biomoléculas,
permitiéndoles formar estructuras espaciales complejas y estables.
Por otra parte, los átomos de carbono pueden formar enlaces
covalentes con otros átomos distintos (hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y
azufre), dando lugar a diferentes grupos funcionales, que confieren
propiedades concretas a las moléculas que los poseen.
CLASIFICACIÓN DE LOS BIOELEMENTOS
De los 70 bioelementos descritos, 25 de ellos están presentes en todos los seres vivos y el resto solo
aparece en determinados grupos. Según la proporción en que se encuentran en la materia viva se
clasifican en:
Bioelementos primarios o plásticos. Son el grupo formado por el carbono (C), hidrógeno (H),
oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). Constituyen, aproximadamente el 99% del total de
la materia viva y son los componentes fundamentales de las biomoléculas.
Bioelementos secundarios. Forman parte de todos los seres vivos, aunque menor proporción que los
anteriores (a excepción del calcio). Se incluyen en este grupo el sodio (Na), potasio (K), calcio (Ca),
magnesio (Mg) y el cloro (Cl).
Oligoelementos o elementos traza. Se encuentran en proporciones inferiores al 0,1 %, pero son
elementos imprescindibles ya que desempeñan funciones especiales en diferentes procesos bioquímicos
y fisiológicos. Algunos oligoelementos, como el hierro (Fe), el cobre (Cu), el cinc (Zn), el manganeso
(Mn), el yodo (I), el níquel (Ni) y el cobalto (Co), aparecen en la mayoría de los seres vivos y otros,
como el silicio (Si), el fluor (F), el cromo (Cr), el litio (Li), el boro (B), el molibdeno (Mo) y el aluminio
(Al), solo están presentes en grupos concretos.
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FUNCIONES DE LOS BIOELEMENTOS PRIMARIOS y SECUNDARIOS
Biología 2º Bachillerato. Tema 1. Bioelementos
OLIGOELEMENTOS ESENCIALES El ser humano no puede producir oligoelementos pero los necesita para vivir y preservar su salud. Son sustancias que intervienen en las funciones respiratoria, digestiva, neurovegetativa y muscular, como reguladores y equilibrantes. Todos ellos deben estar presentes en nuestra alimentación porque, si no ingerimos las pequeñas pero importantes dosis de ellos que precisa nuestro organismo, podemos enfermar. HIERRO: Los pulmones no podrían captar el oxígeno y transportarlo a todas las células sin la presencia del hierro. La carencia de ese oligoelemento puede frenar la producción de glóbulos rojos, ocasionar fatiga y aumentar la sensibilidad a diversas afecciones respiratorias. La carne, el pescado, el hígado, los riñones, el cacao, las espinacas, las habichuelas, el perejil, los mejillones, las habas, la soja, los frutos secos y el pan son alimentos ricos en hierro. COBRE: Estimula el sistema inmunitario. Podemos obtenerlo en los vegetales verdes, el pescado, los guisantes, las entejas, el hígado, los moluscos y los crustáceos. CROMO: Potencia la acción de la insulina y favorece la entrada de glucosa a las células. Su contenido en los órganos del cuerpo decrece con la edad. Los berros, las algas, las carnes magras, las hortalizas, las aceitunas y los cítricos (naranjas, limones, toronjas, etc.), el hígado y los riñones son excelentes proveedores de cromo. YODO: Forma parte de las hormonas tiroideas, que influyen fundamentalmente en el crecimiento y maduración del organismo, y afecta sobre todo a la piel, el pelo, las uñas, los dientes y los huesos. Las algas, los pescados, los mariscos, lo cereales, la carne magra, los huevos, la leche, el ajo, la cebolla, el limón, la naranja, la piña, las hortalizas de hoja verde y los frutos secos con ricos en yodo. MANGANESO: Es necesario para los huesos y juega un papel importante en las funciones reproductoras. Se puede encontrar en el pan integral, las hortalizas, la carne, la leche y sus derivados, los crustáceos y los frutos secos. SELENIO: Es un potentísimo antioxidante. Además, garantiza el buen funcionamiento de los músculos, protege nuestro sistema cardiovascular y puede evitar la aparición de cataratas. Está presente en las carnes de ave, vacuno y cerdo, en los cereales integrales, la levadura de cerveza, el germen de trigo, el ajo, el limón, la cebolla, las setas, el salmón, las verduras y los mariscos. ZINC: Interviene en el funcionamiento de ciertas hormonas y desempeña un importante papel en el crecimiento, la producción de insulina, las funciones psicológicas, la formación de espermatozoides y la defensa del sistema inmunitario. Se halla en alimentos como las ostras, el hígado de pato, la leche, el pan integral, las carnes de vacuno y cerdo, las legumbres, los pescados, las verduras de hoja verde y las nueces COBALTO: Es un componente esencial de la vitamina B12. Contribuye a reducir la presión arterial y a dilatar los vasos sanguíneos, y favorece la fijación de la glucosa en los tejidos. Podemos encontrarlo en las ostras, las legumbres, los cereales integrales, la cáscara de arroz, el ajo, la cebolla, el sésamo y el ginseng. FLÚOR: Previene la aparición de caries al mantener el esmalte de los dientes en buenas condiciones, ayuda a frenar la aparición de osteoporosis y tiene incidencia en el crecimiento. E pescado, los mariscos, el te, las verduras, las hortalizas, los cereales integrales, las legumbres y la cebolla son ricos en flúor. LITIO: Actúa sobre el sistema nervioso y es útil en las afecciones cardiacas. Se encuentra en los cereales integrales, las legumbres, a patata, el tomate, el nabo, el pimiento, las fresas, las frambuesas y la soja germinada. NÍQUEL: Potencia el crecimiento y es recomendable para combatir anemias, y enfermedades infecciosas, y en general, para estados carenciales y convalecencias. Los moluscos, la levadura de cerveza, el arroz integral y las legumbres son las principales suministradores de níquel. SILICIO: Aumenta la elasticidad y resistencia de los huesos, previene la arteriosclerosis, retrasa el envejecimiento y equilibra el sistema nervioso. Se encuentra en los cereales integrales, la levadura de cerveza, el maíz, la calabaza, la sandía y la cola de caballo.
Principales Elementos Químicos de los Seres VivosNombreSímbolo
N.A.P.A.
Valencia Electneg %At
%Peso
Formas químicas Función
Hidrógeno H
12
- 1+ 1
2.1 63 10 C-H H+ Protón H2O Agua
Agua Iones ácidos H+ Compuestos orgánicos: Saturación de los grupos orgánicos
Carbono C
612
- 4+ 4
2.5 10 12 C-C C=C
CO3= Carbonato
CO3H- BicarbonatoCompuestos orgánicos : Esqueleto de las moléculas orgánicas Carbonatos
NitrógenoN
7 14
- 3+ 5
3.0 1.5 3.3 C-NH2 Amino C=N-
Compuestos orgánicos: Grupos reacctivos con carga +
OxigenoO
816
- 2 3.5 25 63 C-OH AlcoholC=O Aldehido.Cetona
COOH AcidoH2O Agua
AguaCompuestos orgánicos : Grupos reactivos con carga -
Azufre S
1632
- 2+ 6
2.5 0.05 0.25 C-SH Sulfhidrilo C-S-S-C Bisulfuro
SO4= Sulfato Compuestos orgánicos : Enlaces reversibles
FósforoP
1531
+5 2.1 0.20 0.98 PO4--- Fosfato Uniones entre compuestos orgánicos
Enlaces ricos en energía. Tampones de pH
Sodio Na
1123
+1 0.9 0.03 0.11 Na+ Ión Sodio Ión en disolución: Principal catión extacelular
Potasio K
1939
+1 0.8 0.05 0.31 K+ Ión Potasio Ión en disolución : Principal catión intracelular
Magnesio Mg
1224
+2 1.2 0.01 0.04 Mg++ Ión Magnesio Ión en disoluciónEnzimas
Calcio Ca
2040
+2 1.0 0.30 1.9 Ca++ Ión Calcio Ión en disolución Mensajero celularIón precipitado : esqueletos
Cloro Cl
1735
-1 3.0 0.10 0.56 Cl- Ión Cloro Ión en disolución: Principal anión inorgánico
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3. LAS BIOMOLÉCULAS
Los átomos de los diferentes bioelementos se unen entre sí mediante enlaces químicos para formar
las moléculas constituyentes de los organismos vivos, que reciben el nombre de biomoléculas o principios
inmediatos. Mediante diferentes técnicas de análisis basadas en métodos físicos, como la filtración, la
destilación, la centrifugación y la decantación, es posible separar las biomoléculas de un ser vivo sin
destruirlas.
A pesar de la gran variedad de biomoléculas (una célula contiene más de 10.000 moléculas
distintas), todas se agrupan en dos grandes clases, según su naturaleza:
Biomoléculas inorgánicas: agua y algunas sales minerales.
Biomoléculas orgánicas: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
Algunas como las enzimas, vitaminas y hormonas, se encuadran químicamente en los grupos de
biomoléculas orgánicas.
El enlace químico en las biomoléculas
La mayoría de las sustancias que existen en la naturaleza son sustancias compuestas, en las que los
átomos tienden a unirse de forma espontánea mediante un enlace químico. Existen dos tipos básicos de
enlaces entre átomos: iónico y covalente. Además, unas moléculas se pueden unir a otras mediante
enlaces intermoleculares.
Todos estos enlaces contribuyen a la formación de las distintas biomoléculas, pero en la materia
viva son especialmente importantes los enlaces covalentes e intermoleculares.
Enlace iónico: se produce entre átomos con electronegatividades (tendencia a ganar electrones) muy
diferentes; se produce por la atracción electrostática de cargas opuestas, resulta de la pérdida de
electrones por parte de un átomo y la ganancia por parte de otros. El átomo que capta los electrones se
transforma en un ión negativo o anión, y el que los pierde, en un ión positivo o catión. En solución los
iones están libres, mientras que en estado sólido unos iones se rodean de otros de carga opuesta,
formando un entramado ordenado que origina una estructura cristalina. De esta forma (sólidas o
solubilizadas), se encuentran las sales minerales presentes en los seres vivos.
Enlace covalente: se produce entre átomos que comparten uno o más pares de electrones, cuya
electronegatividad es igual o parecida. En el primer caso se originan moléculas apolares (como el N2, O
2 e
H2). Cuando unos átomos atraen más que otros los electrones, se originan moléculas polares, con un polo
positivo (+) y otro negativo (-), formando dipolos moleculares, como el H2O, NH
3, SH
2, etc.,…
Enlaces intermoleculares: se establecen entre átomos de moléculas distintas y por lo tanto unen
moléculas. Entre los enlaces intermoleculares destacan:
▪ Puentes o enlaces de hidrógeno: se estable entre un átomo de H y otros átomos muy electronegativos,
como F, O y N. Los átomos de H quedan próximos a otros átomos de moléculas adyacentes y se
establecen pequeñas fuerzas de atracción entre ellos. Este enlace asegura la cohesión entre las
moléculas de agua y contribuye a la conformación espacial de moléculas como las proteínas y los
ácidos nucleicos.
▪ Interacciones iónicas: se producen entre moléculas que poseen grupos funcionales con cargas
eléctricas distintas. Se da en las proteínas.
▪ Interacciones hidrofóbicas: se deben a que las moléculas apolares tienden a agruparse en un medio
acuoso. Son importantes en la formación de las membranas celulares.
▪ Otros: el enlace glucosídico, que une monosacáridos; el enlace peptídico, que une aminoácidos; el
enlace fosfodiéster, que une nucleótidos. Son todos enlaces de tipo covalente que se establecen entre
átomos de diferentes moléculas.
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida. Parte I: Los compuestos inorgánicos
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4. EL AGUA
El agua es un componente fundamental de los seres vivos, ya que es la molécula más abundante
en todos los organismos (supone, aproximadamente, entre el 50 y 90 % de su peso).
La cantidad de agua presente en los seres vivos depende de tres
factores:
▪ Especie. Los organismos acuáticos contienen un porcentaje de agua muy
elevado, que puede alcanzar el 99% de su peso, mientras que los valores
más bajos corresponden a especies adaptadas a zonas desérticas.
▪ Edad del individuo. Las estructuras biológicas de los individuos jóvenes
presentan una mayor proporción de agua que la de los individuos de más
edad.
▪ Tipo de tejido u órgano. Dado que las reacciones biológicas se llevan a
cabo en un medio acuoso, los tejidos con mayor actividad bioquímica
contienen una proporción de agua mayor que los más pasivos. En cambio,
las estructuras esqueléticas animales que constituyen órganos de sostén del
individuo, poseen los porcentajes más bajos.
El agua en los organismos pluricelulares se encuentra en forma de agua
intracelular (en el interior de las células) aproximadamente en dos tercios del
total, y en forma de agua extracelular (en los espacios intersticiales de las
células o como parte del agua circulante en la sangre o en la savia vegetal) en
otro tercio.
El elevado contenido de agua en los seres vivos pone de manifiesto,
además, la importancia de las funciones que desempeña en ellos, las cuales
derivan de sus propiedades físico-químicas y estas, a su vez, de su estructura
química.
Estructura química del agua
La molécula de agua consta de un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, unidos mediante enlaces
covalentes, en los que cada átomo de hidrógeno de una molécula comparte un par de electrones con el
átomo de oxígeno.
Como la electronegatividad del oxígeno es mayor que la del hidrógeno, los pares de electrones
compartidos se ven atraídos con más fuerza por el núcleo del oxígeno que por el del hidrógeno. Esto,
unido al hecho de que el oxígeno posee cuatro electrones más sin compartir, da lugar a dos
consecuencias:
Los enlaces no se disponen en línea recta, sino formando un ángulo de 104,5º.
El átomo de oxígeno presentan una cierta carga negativa (-
) y los átomos de hidrógeno cierta carga
positiva (+
), creándose una asimetría eléctrica. Por esta razón, a pesar de ser eléctricamente neutra en
su conjunto, la molécula de agua tiene carácter dipolar, es un dipolo eléctrico.
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida. Parte I: Los compuestos inorgánicos
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Esta polaridad favorece que las moléculas de agua próximas entre sí tiendan a asociarse, de
manera que la zona con carga negativa de una de ellas es atraída por la zona con carga positiva de otra,
estableciéndose entre ambas un tipo de enlace denominado enlace o puente de hidrógeno, que convierte
al agua en una sustancia altamente cohesiva, ya que cada molécula de agua puede establecer cuatro
puentes de hidrógeno con otras tantas moléculas.
Propiedades físico-químicas del agua
Las propiedades físicas y químicas del agua derivan de su polaridad y de la cohesión entre sus
moléculas. Las más importantes y sus consecuencias biológicas son:
Gran poder disolvente. El agua es uno de los mejores (por no decir el mejor)
disolventes líquidos. El agua disuelve compuestos iónicos y polares y dispersa
moléculas anfipáticas (como los ácidos grasos) y de elevado peso molecular
(como las proteínas).
Si se introduce en un medio acuoso un compuesto iónico o polar, las
moléculas de agua rodean a cada ión o polo con sus zonas de carga opuesta,
fenómeno conocido como solvatación. Como consecuencia de ello, se produce
un reparto en toda la extensión de la masa de agua, o sea, una verdadera
disolución.
Elevada tensión superficial. En la superficie de contacto con otro medio, la
polaridad de las moléculas de agua no se equilibra y la cohesión entre ellas es
mayor, lo que proporciona una especie de película superficial bastante resistente.
Esta propiedad es la causante de la mayoría de las deformaciones celulares y de
los movimientos citoplasmáticos.
Capilaridad. La unión entre las moléculas de agua mediante puentes de hidrógeno les confiere un
grado de cohesión muy alto, lo que combinado con la adhesión a la superficie de otras estructuras (debida
a su polaridad), permite que el agua pueda ascender a lo largo de conductos estrechos. Esta propiedad
resulta fundamental para el ascenso de la savia bruta por los tubos del xilema en las plantas.
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida. Parte I: Los compuestos inorgánicos
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Líquido prácticamente incompresible. El volumen de agua líquida no disminuye apreciablemente aunque
se apliquen presiones muy altas, debido al elevado grado de cohesión entre sus moléculas. Esta propiedad
permite que el agua actúe como esqueleto hidrostático en las células vegetales y determina las
deformaciones citoplasmáticas.
Elevado calor específico. El calor específico de una sustancia (Ce) es la
cantidad de calor (medida en calorías) necesaria para elevar 1º C la
temperatura de un gramo de dicha sustancia. A unos 15 ºC, el Ce del agua es
de 1 cal/g ºC, lo que comparado con otros compuestos es muy elevado. Esto
se debe a que parte de la energía comunicada al agua se emplea en romper
los puentes de hidrógeno y no en elevar la temperatura. Esto permite que el
agua sea un amortiguador térmico, o sea, el agua absorbe o libera grandes
cantidades de calor sin que haya grandes variaciones en su temperatura.
Alta conductividad. La conductividad del calor del agua es relativamente alta y evita la acumulación
local de calor.
Elevado calor de vaporización. Para pasar del estado líquido al gaseoso es necesario que los puentes
de hidrógeno se rompan, lo que requiere un aporte considerable de energía. Esta energía se toma del
entorno, por lo que la evaporación del agua absorbe mucho calor y disminuye la temperatura de su
entorno. Por eso, la formación y evaporación del sudor en los humanos y el jadeo en los perros son
mecanismos refrigerantes que ayudan a regular la temperatura corporal.
Mayor densidad del hielo que del agua líquida. Cuando la temperatura del agua disminuye por debajo
de 4 ºC, cada molécula de agua puede formar enlaces de hidrógeno con otras cuatro, y cuando la
temperatura alcanza los O ºC se forma una red espacial de moléculas de agua que ocupa un mayor
volumen que el agua líquida, por lo que el hielo formado es menos denso y flota en ella.
Esta propiedad permite la vida acuática en los climas fríos, ya que se forman capas de hielo
superficiales que actúan como aislante térmico, lo que permite la supervivencia de las especies acuáticas
en invierno.
Bajo grado de ionización. En el agua líquida existe una pequeña cantidad de moléculas ionizadas
(disociadas en sus iones), debido a la pequeña masa del hidrógeno y a que su electrón se halla
fuertemente unido al oxígeno.
Cuando una molécula de agua se ioniza se obtienen dos iones, H3O
+
y OH-
, con carga opuesta y
en igual concentración (los H3O
+
suelen representarse simplemente como H+
).
El producto de las concentraciones de los iones (H3O
+
y OH-
) es constante, y se denomina
producto iónico. Su valor para el agua pura a 25 ºC es:
Kw = ][][ -
3OHOH
= 1 14
10
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida. Parte I: Los compuestos inorgánicos
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En el agua pura las concentraciones de iones H3O
+
y OH-
es la misma e igual a 1 10-7
, sin embargo
en una disolución acuosa la proporción de iones varía, pudiendo ser:
Neutras, si la concentración de iones H3O
+
y OH-
es igual.
Ácidas, si la concentración de iones H3O
+
es mayor que la de OH-
.
Básicas, si la concentración de iones OH-
es mayor de que de H3O
+
.
El agua y sus productos de ionización participan en una serie de reacciones biológicas importantes,
entre las que destacan las reacciones de hidrólisis, en las que una molécula de agua rompe una molécula
orgánica. La hidrólisis es el procedimiento empleado para obtener moléculas sencillas a partir de
macromoléculas, como sucede en la digestión.
Funciones biológicas del agua
Las funciones que el agua desempeña en los seres vivos derivan de las propiedades que acabamos
de ver. El agua en los seres vivos actúa, principalmente como:
▪ Medio de transporte de sustancias. Debido a su poder disolvente y dispersante, puede transportar
sustancias de una zona a otra de los organismos (ejemplo: sangre y savia). Además, gracias al
transporte de sustancias las células pueden intercambiar materia con el medio a través de las
membranas celulares.
▪ Medio de reacción. Gracias al poder disolvente, la mayoría de las biomoléculas están disueltas en el
agua y pueden reaccionar entre sí.
▪ Reactivo químico. Participa en algunas reacciones químicas, como las reacciones de hidrólisis, en las
que se rompen enlaces introduciendo la molécula de agua.
▪ Agente regulador de la temperatura. El agua es un excelente amortiguador térmico, debido al elevado
calor específico, evitando cambios bruscos de temperatura en los organismos. Las reacciones
biológicas generan calor, pero no se produce un aumento de temperatura ya que el agua lo absorbe.
Además la alta conductividad térmica evita la acumulación de calor en un determinado punto del
organismo. Asimismo, el elevado calor de vaporización facilita la regulación de la temperatura
corporal, refrigerando el organismo al evaporarse el sudor.
Otras funciones del agua son:
Función estructural: proporciona turgencia a las células debido a su carácter incompresible. Algunos
animales (como gusanos perforadores), presentan esqueletos hidrodinámicos, que al hincharse les
permite perforar el fondo marino.
Amortigua los golpes, como el líquido cefalorraquídeo que protege al cerebro de los golpes que sufre
el cráneo.
Lubrica las articulaciones, como el líquido sinovial, que evita el rozamiento de los huesos en la
articulación.
5. LAS SALES MINERALES y SUS FUNCIONES BIOLÓGICAS
Los organismos vivos están formados también por sales minerales, compuestos inorgánicos que
pueden encontrarse en dos formas:
■ En estado sólido, cuando son insolubles en agua y se encuentran precipitadas, formando parte de
estructuras esqueléticas, como huesos, conchas o caparazones.
■ En disolución, cuando son solubles en agua y se encuentran disociadas en sus correspondientes iones
(aniones y cationes). Entres los aniones y cationes más frecuentes figuran los siguientes:
Aniones: Cl-
; -2
3CO ;
-
3HCO ;
-3
4PO ;
-2
4SO
Cationes: Na+
; K+
; Ca2+
; Mg2+
; Fe2+
; Fe3+
Algunos cationes pueden aparecer asociados a determinadas moléculas orgánicas (proteínas)
como el ión ferroso, que interviene en el transporte de oxígeno asociado a la hemoglobina.
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida. Parte I: Los compuestos inorgánicos
11
Funciones de las sales minerales
Constitución de estructuras esqueléticas. Los huesos, las conchas, los caparazones y las espículas de
algunos organismos están formadas por sales precipitadas, como fosfatos (Ca3(PO
4)2), carbonato cálcico
(CO3Ca) e incluso sílice (SiO
2).
Funciones fisiológicas y bioquímicas. Muchos procesos biológicos solo se pueden realizar con la
intervención de determinados cationes. En el cuadro de los bioelementos se recogen los más importantes.
Regulación del equilibrio osmótico. Todos los medios líquidos biológicos (sangre, plasma intersticial,
líquido cefalorraquídeo, etc.,…) constituyen disoluciones de sales en agua cuyo grado de concentración
depende de la estabilidad celular y la realización de algunas funciones fundamentales.
Cuando existen dos disoluciones de diferente concentración separadas por una membrana
semipermeable que no deja pasar el soluto pero sí el disolvente, se produce el paso del disolvente (agua
en los medios celulares) desde la disolución más diluida (hipotónica o hipoosmótica) hacia la más
concentrada (hipertónica o hiperosmótica) a través de la membrana. Este fenómeno se conoce como
ósmosis. Cuando el agua pasa a la disolución hipertónica, esta se diluye, mientras que la disolución
hipotónica se concentra al perder agua. El proceso continua hasta que ambas disoluciones igualan su
concentración, es decir, se hacen isotónicas o isoosmóticas (como el suero fisiológico, de 0,9% de
concentración salina, que es una solución isotónica con las células del cuerpo humano). Para evitar el paso
del agua sería necesario aplicar una presión, denominada presión osmótica, tanto más intensa cuanto
mayor fuera la diferencia de concentración entre ambas disoluciones.
Como la membrana plasmática es semipermeable, es necesario
mantener una concentración salina dentro de la célula igual a la del medio
externo para que la célula no tenga pérdida ni ganancia de agua. Cuando
esto no sucede se producen dos tipos de fenómenos osmóticos:
▪ Si la concentración del medio intracelular es mayor que la del medio
externo, la entrada masiva de agua producirá un hinchamiento,
conocido como turgencia celular. Si la célula es animal puede llegar a
estallar (lisis osmótica) y si es vegetal se hincha ligeramente ya que la
pared celular equilibra la presión osmótica, comprimiéndose el
citoplasma contra la pared.
▪ Si, por el contrario, la concentración del medio interno es
menor que en el medio externo, la célula pierde agua y
disminuye su volumen, fenómeno conocido como
plasmólisis. La célula se arruga y la pérdida de agua puede
llegar a la muerte celular. En las células vegetales la
vacuola disminuye su tamaño, arrastrando al citoplasma y
la membrana se despega de la pared.
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida. Parte I: Los compuestos inorgánicos
12
Todos los seres vivos, acuáticos o terrestres, están obligados a la osmorregulación o regulación de
la presión osmótica. Muchos de ellos han conseguido sobrevivir en medios hipotónicos o hipertónicos
mediante mecanismos físicos o químicos que evitan los cambios de presión osmótica en su medio interno.
Mantenimiento del pH. En los líquidos biológicos siempre existen unas ciertas cantidades de iones H3O
+
(hidrogeniones) y OH-
(hidroxilos) que proceden de la disociación del agua y de sustancias ácidas y
básicas. (los iones H3O
+
suelen representar simplemente como H+
).
Cuando la [H+
] es mayor que la [OH-
] la disolución es ácida y cuando la [H+
] es menor que la de
[OH-
] decimos que dicha disolución es básica. Si ambas concentraciones son igual, dicha disolución es
neutra.
Para medir el grado de acidez de una disolución se utiliza el término pH, que se define como el
logaritmo inverso de la [ H+
].
pH = log
][H
1
= - log [H
+
]
Así, por ejemplo, el pH de una
disolución cuya [H+
] es de 10-5
será de 5.
La utilización de valores de pH
permite simplificar el manejo de los valores
exponenciales y bajo de la [H+
]. Los valores
de pH pueden oscilar entre 0 y 14.
▪ pH= 7 pH neutro
▪ pH < 7 pH ácido
▪ pH > 7 pH básico
Para el buen funcionamiento, las células requieren un pH cercano al neutro. Sin embargo, como
consecuencia de las reacciones metabólicas, continuamente se están produciendo sustancias ácidas o
básicas que varían el pH. Para evitarlo, el organismo dispone de ciertos mecanismos químicos, los sistemas
amortiguadores o tampón, que evitan los cambios de pH, constituidos por un ácido débil y una sal del
mismo ácido. Existen diversos sistemas tampón, los más importantes son el sistema tampón bicarbonato
que mantiene el pH de los líquidos extracelulares y el sistema tampón fosfato, que actúa en el medio
intracelular. (más adelante se expone su forma de actuación).
Biología 2º Bachillerato
APÉNDICE TEMA 1. FÍSICO-QUÍMICA DE LAS DISPERSIONES ACUOSAS
El agua es el disolvente biológico ideal, disuelve con facilidad una gran variedad de
constituyentes de los seres vivos, entre ellos iones, azúcares y muchos aminoácidos.
Debido a su gran poder disolvente, el agua se encuentra en el interior de todos los seres vivos
formando disoluciones de diversos solutos.
Una disolución o dispersión es una mezcla homogénea de moléculas distintas, que son las del
disolvente o fase dispersante y las de soluto o fase dispersa.
Según el tamaño de las partículas dispersas en el agua se distinguen dos tipos de disoluciones:
Disoluciones verdaderas: cuando el tamaño de las moléculas de soluto es pequeño, debido a lo
cual el aspecto de la disolución es igual que el disolvente puro. Las disoluciones verdaderas poseen
unas propiedades, llamadas coligativas que dependen de la concentración del soluto (como el aumento
de la temperatura de ebullición).
Forman disoluciones verdaderas las sales minerales y moléculas orgánicas de bajo peso
molecular (monosacáridos, disacáridos, aminoácidos,…)
Disoluciones o dispersiones coloidales: cuando las moléculas de soluto son de gran peso molecular
y tamaño. No son disoluciones verdaderas porque las moléculas de soluto se pueden separar por
ultracentrifugación. En estas dispersiones los solutos son macromoléculas como las proteínas, los ácidos
nucleicos y los polisacáridos.
Las partículas dispersas pueden provocar tres fenómenos en relación con su movimiento en el
seno del agua: difusión, diálisis y ósmosis.
La difusión sería el fenómeno por el cual las moléculas disueltas
tienden a distribuirse uniformemente en el seno del agua. Puede ocurrir
también a través de una membrana si es lo suficientemente permeable,
de manera que las moléculas de soluto pueden atravesar la membrana
desde una zona de alta concentración hacia otra de baja concentración,
es decir, a favor del gradiente de concentración. Un ejemplo es el
movimiento del CO2 hacia el exterior de la célula o el movimiento de los
iones de Na hacia el interior de las células nerviosas cuando conducen el
impulso nervioso.
La ósmosis es la difusión de agua a través de una membrana
semipermeable en presencia de al menos un soluto para el que la
membrana es impermeable. La difusión de las moléculas de agua se
realiza de la zona más diluida a la más concentrada hasta alcanzar un
equilibrio de concentraciones (equilibrio osmótico). En clase ya hemos
estudiado qué sucede cuando no se da tal equilibrio.
La diálisis es un proceso relacionado con la ósmosis. En este caso
pueden atravesar la membrana además del disolvente, moléculas de bajo
peso molecular y éstas pasan atravesando la membrana desde la solución
más concentrada a la más diluida. El movimiento se produce desde la
zona de mayor presión a la zona de menor presión, como sucede en el
riñón cuando el agua y los solutos pequeños salen de los vasos sanguíneos para formar la orina.
Mediante la diálisis, si se tiene una disolución de dos tipos de sustancias, una de ellos de
elevado peso molecular y otra bajo peso molecular, se puede conseguir una separación parcial de esta
última. Para ello, se prepara la disolución en un recipiente separado, por medio de una membrana
semipermeable, de otro que contiene agua destilada. El soluto de bajo peso molecular se distribuye a
través de la membrana hasta que se alcanza la misma concentración en ambos recipientes, mientras que
las moléculas de gran tamaño no atravesarán la membrana y se quedarán en el recipiente original.
La diálisis es el fundamento de la hemodiálisis que intenta sustituir la filtración renal deteriorada.
Mediante esta técnica se consigue eliminar las sustancias tóxicas de la sangre (como la urea) en caso de
insuficiencia renal.
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida.
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ACTIVIDADES TEMA 1. LA BASE FÍSICO-QUÍMICA DE LA VIDA. PARTE 1. LA MATERIA DE LOS SERES VIVOS. LOS COMPUESTOS INORGÁNICOS. 1. En qué nivel de organización de la materia incluirías: Proteína Pradera Rebaño de ovejas Epidermis Hueso Núcleo celular Oligoelemento Colonia de protozoos Bacteria Raíz 2. Busca qué ramas científicas de la Biología están relacionadas con el estudio de: • Moléculas y procesos químicos en los seres vivos • Células y orgánulos celulares • Tejidos • Microorganismos • Animales • Vegetación • Características físicas animales y plantas • Funcionamiento de órganos, aparatos y sistemas en animales y plantas • ADN y transmisión de caracteres hereditarios • Desarrollo embrionario en animales • Fósiles • Comportamiento animal • Ecosistemas 3. El Silicio es un elemento muy abundante en la corteza terrestre. Busca datos referentes a sus
propiedades físico-químicas y trata de explicar porqué el carbono y no el silicio, siendo tan abundante, ha permitido la formación de la materia viva.
4. Trata de explicar: a) ¿Porqué el oxígeno permite obtener tanta energía a partir de la materia orgánica?. b) ¿Porqué el fósforo permite almacenar energía de pronto uso?. c) ¿Porqué se cree que la vida apareció en el medio acuoso?. 5. ¿Qué es un Oligoelemento?. Cita cinco ejemplos y su importancia en los seres vivos. 6. ¿Significa lo mismo materia viva y materia orgánica?. ¿Las moléculas orgánicas se encuentran
solamente en los seres vivos?. Razona la respuesta. 7. ¿Por qué la carne de ternera es más blanda que la de vaca, pero esta última, a igualdad de peso,
proporciona más nutrientes?. 8. Explica sucintamente si la proposición que sigue es verdadera o falsa: “Todas las células viven en un
medio acuoso, excepto las de los reptiles, que prefieren ambiente seco”. 9. ¿A qué se debe la fuerte cohesión entre las moléculas de agua?. 10. ¿Porqué a temperatura ambiente el agua es un líquido, siendo el SO2, un gas?. 11. ¿Porqué el agua es un gran disolvente?. ¿Porqué no disuelve los hidrocarburos?.
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida.
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12. Explica: a) ¿Porqué las regiones costeras tienen un clima más suave que las zonas interiores de los
continentes?. ¿Qué relación tiene esta pregunta con los seres vivos?. b) ¿Porqué al depositar suavemente una hoja de afeitar sobre la superficie del agua esta no se hunde?. 13. ¿Cuál es el pH de dos disoluciones en las que [H+] es 1,4 x 10-8 y 4 x 10-6?. 14. Hasta hace poco tiempo, cuando una comida copiosa provocaba acidez de estómago, al
segregarse gran cantidad de HCl, se tomaba bicarbonato sódico (HCO3Na) para su digestión. a) Explica cómo tiene lugar el proceso de neutralización en el estómago b) Actualmente no se aconseja abusar del bicarbonato, ¿sabes por qué?. 15. Busca en algún libro las diferencias entre ósmosis y diálisis. 16. Lee atentamente estos experimentos y responde a las siguientes cuestiones: Experimento 1. Extraemos un fragmento de tejido y lo introducimos en un recipiente con un medio acuoso (medio A), dejándolo reposar cinco minutos. Retiramos el tejido del medio y al observar el microscopio, vemos que sus células presentan un aspecto arrugado. Experimento 2. Realizamos un experimento similar, introduciendo esta vez el tejido en otro medio (medio B). Al observar las células al microscopio aparecen hinchadas. a) ¿Cómo sería el medio A y el medio B?. b) ¿Cómo se denomina el fenómeno que sufren las células en cada experimento?. c) Explica el proceso físico que ha sucedido en cada uno de los experimentos. 17. ¿Porqué las hojas de lechuga se ponen turgentes cuando se dejan en agua y luego al aliñar se
arrugan?. 18. ¿Porqué las soluciones que se administran en inyección endovenosa deben ser isotónicas para las
glóbulos rojos?. ¿Qué podría ocurrir si así no fuera?.
TEMA 1. LA BASE FÍSICO-QUÍMICA DE LA VIDA
PARTE II. GLÚCIDOS y LÍPIDOS
1. CONCEPTO DE GLÚCIDO, FUNCIONES y CLASIFICACIÓN
2. MONOSACÁRIDOS
2.1. Composición química y nomenclatura
2.2. Propiedades químicas
2.3. Propiedades físicas
2.4. Fórmulas cíclicas
2.5. Importancia biológica de los monosacáridos
3. ENLACE O-GLUCOSÍDICO
4. DISACÁRIDOS
5. POLISACÁRIDOS
6. HETERÓSIDOS
7. FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LOS GLÚCIDOS
8. LÍPIDOS: CARACTERÍSTICAS GENERALES y CLASIFICACIÓN
9. LOS ÁCIDOS GRASOS
10. LÍPIDOS SAPONIFICABLES
10.1. LÍPIDOS SIMPLES SAPONIFICABLES
GRASAS
CERAS
10.2. LÍPIDOS COMPLEJOS SAPONIFICABLES
FOSFOGLICÉRIDOS
ESFINGOLÍPIDOS
11. LÍPIDOS INSAPONIFICABLES
TERPENOS
ESTEROIDES
PROSTAGLANDINAS
12. FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LOS LÍPIDOS
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida.
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1. CONCEPTO DE GLÚCIDO, FUNCIONES y CLASIFICACIÓN
Los glúcidos son moléculas orgánicas que contienen átomos de C, H y O. A menudo se les
denominan azúcares, ya que muchos de ellos tienen sabor dulce y también reciben el nombre de hidratos
de carbono o carbohidratos, porque muchos de ellos responden a la fórmula empírica Cn(H
2O)
n que
parece corresponder a combinaciones de carbono con agua.
Sin embargo, esta última denominación resulta incorrecta, pues los glúcidos son polialcoholes con
un grupo funcional carbonilo (aldehído o cetona); es decir, son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas.
Esta composición química es común a todos los glúcidos.
Los glúcidos se encuentran en todos los seres vivos, donde desempeñan fundamentalmente una
función energética, aunque también existen otros glúcidos no energéticos que cumplen otras funciones
(estructural, reconocimiento celular, etc.)
Los glúcidos se clasifican según su complejidad en:
MONOSACÁRIDOS u OSAS: comprenden los glúcidos más simples y no pueden ser hidrolizados (no
hidrolizables). Contienen entre 3 y 7 átomos de carbono. En este grupo se incluyen también sus derivados.
Entre ellos se encuentran la glucosa, fructosa o la ribosa.
ÓSIDOS: son glúcidos compuestos por la unión de varios monosacáridos ( o sus derivados). Estos
glúcidos son hidrolizables, ya que pueden experimentar reacciones de hidrólisis que liberan los
monosacáridos que los componen. Se subdividen en dos grupos:
▪ Holósidos: formados únicamente por monosacáridos. Según el número de monosacáridos que
presentan pueden ser:
- Oligosacáridos: compuestos por la unión de dos a diez monosacáridos. Entre ellos destacan los
disacáridos, como la sacarosa, lactosa o maltosa.
- Polisacáridos: formados por un elevado número de monosacáridos. Destacan el almidón, glucógeno,
celulosa y quitina.
▪ Heterósidos: formados por una parte glucídica (monosacáridos) y otra no glucídica que recibe el
nombre de aglucón. Si la parte no glucídica es una proteína hablamos de glucoproteínas y si se trata de
un lípido, de glucolípidos.
2. MONOSACÁRIDOS
Los monosacáridos son los glúcidos más sencillos, por eso las células pueden utilizarlos
directamente como fuente de energía.
2.1. Composición química y nomenclatura
Los monosacáridos contienen entre 3 y 7 átomos de carbono, denominándose triosas, tetrosas,
pentosas, hexosas o heptosas si el número de carbonos es, respectivamente, 3, 4, 5, 6, o 7.
Químicamente los monosacáridos son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas, es decir, están
formados por varios grupos alcohol (-OH) con un grupo aldehído (-CHO) o cetona (-CO).
Según el grupo funcional principal que lleven, se clasifican en :
■ Aldosas: tienen un grupo aldehído en el primer carbono (C1) y grupos hidroxilo en el resto de los
carbonos.
■ Cetosas: tienen un grupo cetona en el segundo carbono (C2) y grupos hidroxilo en el resto.
Los monosacáridos se nombran anteponiendo el prefijo aldo- o ceto- al nombre que indica el
número de carbonos, seguido de la terminación –osa. Por ejemplo, un monosacárido de tres átomos de
carbono cuyo grupo funcional principal es un aldehído se denomina aldotriosa y será cetotriosa si el grupo
funcional es una cetona.
Además de la nomenclatura sistemática, la forma de nombrar a los monosacáridos más utilizada es
mediante nombres vulgares o comunes, que hacen referencia a alguna característica, utilizando la
terminación –osa (glucosa, fructosa, ribosa, galactosa, etc.).
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida.
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FÓRMULAS DE LOS MONOSACÁRIDOS (PROYECCIÓN DE FISCHER)
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida.
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2.2. Propiedades químicas
Todos los monosacáridos tienen carácter reductor debido a la presencia de los grupos aldehído o
cetona, que pueden oxidarse a carboxilos.
Esta propiedad se utiliza para determinar la presencia de monosacáridos en un material biológico,
mediante diferente tipo de reacciones. Entre ellas destaca la reacción de Fehling, en la que se emplea
sulfato de cobre (SO4Cu) en un medio alcalino (NaOH) y es reducido a óxido de cobre (Cu
2O),
produciendo una coloración rojo ladrillo.
Además el grupo aldehído o cetona participan en la formación de distintos enlaces:
▪ Hemiacetálicos internos, originando formas cíclicas
▪ Enlaces glucosídicos entre monosacáridos, originando disacáridos y polisacáridos.
2.3. Propiedades físicas
Todos los monosacáridos son sólidos cristalinos y blancos, perfectamente solubles en agua, y tienen
sabor dulce.
Todos los monosacáridos, a excepción de la Dihidroxiacetona, presentan carbonos asimétricos, es
decir, carbonos unidos a cuatro radicales distintos, lo que les otorga dos propiedades físicas muy
importantes:
Estereoisomería o isomería espacial
Actividad óptica
Estereoisomería
La estereoisomería es la existencia de moléculas que presentan la misma fórmula estructural pero
distinta disposición espacial de sus átomos. Esto sucede debido a la presencia de algún átomo de
CARBONO ASIMÉTRICO, es decir, un carbono que está unido a cuatro radicales diferentes. Los carbonos
asimétricos son frecuentes en los glúcidos y se identifican en la molécula con un asterisco (*).
Cada carbono asimétrico determina la existencia de dos ISOMÉROS ESPACIALES o
ESTEREOISÓMEROS (DIASTEROISÓMEROS), dos moléculas con la misma fórmula estructural pero
diferente configuración espacial.
Vamos a verlo, con el ejemplo del gliceraldehído, un monosacárido de tres carbonos con un grupo
aldehído en el carbono primero.
Para representar en el plano la molécula de gliceraldehído, se utiliza habitualmente la
PROYECCIÓN DE FISCHER, en la que la cadena carbonada se dispone en vertical y los grupos unidos a
los carbonos asimétricos se sitúan a la derecha y a la izquierda de estos.
carbono
asimétrico
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida.
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Los dos estéreo isómeros del gliceraldehído se representan de la forma siguiente según la
proyección de Fischer:
Cada uno de los estereoisómeros del gliceraldehído recibe un nombre distinto, de manera que se
pueden distinguir dos formas espaciales:
Forma D: en la que el grupo –OH del carbono asimétrico está situado hacia la derecha. Se denomina
D-gliceraldehído.
Forma L: en la que el grupo –OH del carbono asimétrico está situado hacia la izquierda. Se denomina
L-gliceraldehído.
Pero, la mayoría de los monosacáridos llevan más de un carbono asimétrico, por lo que el número
de isómeros espaciales o estereoisómeros de cada sustancia es mayor de dos. Para poder calcular el
número de esteroisómeros posibles de un monosacáridos aplicaremos la fórmula 2n
, siendo n el número de
carbonos asimétricos.
Para todos aquellos monosacáridos que posean más de un carbono asimétrico, se ha establecido,
por convenio, que los prefijos D y L se refieran sólo al carbono asimétrico más alejado del grupo carbonilo,
es decir, el carbono asimétrico de mayor numeración.
Formas D Formas L
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Dentro de los estereoisómeros se pueden diferenciar:
■ ENANTIÓMEROS o ENANTIOMORFOS: son imágenes especulares entre sí y no superponibles. Los
enantiómeros conservan el mismo nombre, añadiendo la denominación D o L.
■ EPÍMEROS: no son imágenes especulares entre sí y se diferencian en la posición de un grupo –OH
diferente al que se toma como referencia para la serie D o L. No conservan el mismo nombre.
Actividad óptica
La presencia de carbonos asimétricos determina una importante propiedad de los monosacáridos
en disolución: la actividad óptica. Esta es la capacidad que poseen para desviar el plano de polarización
de un haz de luz polarizada que atraviesa la disolución.
Cuando desvían el plano de polarización a la derecha se denominan dextrógiros y se simboliza con el
signo (+).
Cuando desvían el plano de polarización a la izquierda se denominan levógiros y se simboliza con el
signo (-).
Hay que aclarar que no existe relación entre la actividad óptica, dextrógira o levógira , y el carácter
D o L de un determinado estereoisómero. Así el D-gliceraldehído o la D-glucosa son dextrógiros, mientras
que la D-fructosa es levógira.
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida.
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2.4. Fórmulas cíclicas
Las fórmulas de los monosacáridos en Proyección de Fischer (cadena lineal) son correctas para las
triosas y las tetrosas. Sin embargo, en el caso de las aldopentosas y las hexosas, no explican algunas de
sus propiedades en disolución. Esto es debido a que estos monosacáridos adoptan estructuras cíclicas de
forma pentagonal o hexagonal, la denominada proyección de Haworth.
Estas formas cíclicas se originan al reaccionar el grupo carbonilo con uno de los grupos hidroxilo.
Se obtiene así un enlace hemiacetal (en las aldosas) o hemicetal (en las cetosas). Este enlace no implica
pérdida ni ganancia de átomos, sino una reorganización de los mismos.
Las formas cíclicas resultantes pueden tener forma pentagonal, denominados los monosacáridos
furanosas o hexagonal llamándose piranosas.
Como resultado de la ciclación, el carbono del grupo carbonilo (llamado ahora carbono
anomérico), pasa a ser asimétrico y, por tanto se originan dos nuevos estereoisómeros, denominados
ANÓMEROS:
Anómero alfa (): el –OH del carbono anomérico queda por debajo del plano, en posición TRANS
(distinto lado) respecto al –CH2OH unido al penúltimo carbono.
Anómero beta (): el –OH del carbono anomérico queda por debajo del plano, en posición CIS
(mismo lado) respecto al –CH2OH unido al penúltimo carbono.
La conformación real de los monosacáridos en disolución varía con respecto a la propuesta por
Haworth, ya que, debido a la presencia de enlaces covalentes sencillos, las moléculas no pueden ser
planas, adoptando una configuración en silla y en bote (figura 7). La configuración en silla es más estable
porque existen menos repulsiones electrostáticas.
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida.
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2.5. Importancia biológica de los monosacáridos
Los monosacáridos tienen una gran interés, por ser los monómeros constituyentes de todos los
glúcidos. También se presentan libres y actúan como nutrientes de las células para la obtención de energía,
o como metabolitos intermediarios de importantes procesos biológicos, como la respiración o la
fotosíntesis.
Los monosacáridos más importantes son:
Triosas: son el D-gliceraldehído y la dihidroxiacetona. Su importancia radica en que son compuestos
intermediarios del metabolismo de la glucosa y otros glúcidos.
Tetrosas: destaca la D-eritrosa, que es un compuesto intermediario de la fotosíntesis.
Pentosas:
D-ribosa: es un componente de nucleótidos en estado libre, como el ATP y, de ácidos nucleicos, como
el ácido ribonucleico (ARN).
D-desoxirribosa: se encuentra en el ácido desoxirribonucleico (ADN).
D-ribulosa: actúa como intermediario activo en la fijación del CO2 atmosférico en la fotosíntesis.
Hexosas:
D-glucosa: también llamada azúcar de la uva. Es la molécula energética más utilizada por los seres
vivos. Se localiza en estado libre en el citoplasma celular, en el plasma sanguíneo (en concentraciones
constantes) y en algunos frutos, como las uvas o los dátiles. Constituye asimismo, la unidad
componente de los polisacáridos más comunes (almidón, glucógeno y celulosa).
D-galactosa: forma parte de la lactosa (disacárido de la leche), de polisacáridos complejos y de
heterósidos.
D-fructosa: se encuentra libre en las frutas o unido a la glucosa formando el disacárido sacarosa. Se
encuentra en el semen como nutriente de los espermatozoides. Las células hepáticas la transforman en
glucosa, por lo que tiene un valor nutritivo equivalente.
3. ENLACE O-GLUCOSÍDICO
Los monosacáridos se pueden unir entre sí para formar
otros glúcidos más complejos. Esta unión se lleva a cabo al
reaccionar dos grupos hidroxilo (-OH) de dos moléculas
distintas. Se produce entonces la liberación de una
molécula de agua y la unión de los dos monosacáridos por
el oxígeno de uno de los grupos hidroxilo implicados. El
enlace así creado se denomina O-glucosídico.
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4. DISACÁRIDOS
Los disacáridos están formados por la unión de dos monosacáridos mediante un enlace O-glucosídico.
La unión entre los monosacáridos puede ser de dos tipos:
Enlace monocarbonílico: se establece entre dos grupos –OH, en el que uno de ellos pertenece al
carbono anomérico. El disacárido resultante tiene poder reductor, ya que le queda un grupo anomérico
libre, como a los monosacáridos. El disacárido que se origina puede aparecer en forma o en forma
, según el segundo monosacárido tenga una u otra conformación. Ejemplos de este enlace se
encuentran en la maltosa, lactosa y celobiosa.
Enlace dicarbonílico: se establece cuando los dos grupos –OH implicados en el enlace son
anoméricos. El disacárido resultante no tiene carácter reductor, pues no posee grupos –OH anoméricos
libres, como sucede en la sacarosa.
Nomenclatura
El nombre del disacárido debe indicar claramente los monosacáridos constituyentes y los carbonos
que participan en el enlace O-glucosídico. Se siguen las siguientes reglas:
1º. Se escribe el nombre del primer monosacárido, con la terminación –osil.
2º. Se expresa entre paréntesis los carbonos participantes en el enlace, separados por una flecha corta.
3º. Se escribe el nombre del segundo monosacárido, con la terminación –osa, si el enlace es
monocarbonílico, o con la terminación –ósido si es dicarbonílico.
Sin embargo, normalmente se emplea una denominación más corta, que alude a los productos
donde se encuentra. Por ejemplo, la D-galactopiranosil (14) -D-galactopiranosa recibe también el
nombre de lactosa, por estar presente en la leche.
Propiedades de los disacáridos
Los disacáridos presentan las mismas propiedades que los monosacáridos: son solubles en agua,
cristalizables, blancos y tienen sabor dulce. Su capacidad reductora está condicionada por la existencia de
un grupo anomérico libre.
Disacáridos más importantes
Maltosa: -D-glucopiranosil (14) -D-glucopiranosa. La maltosa procede de la hidrólisis del almidón
y del glucógeno. Se encuentre en las semillas en germinación (como la malta), que comienzan a emplear
la reserva de almidón acumulada.
La maltosa puede estar constituida por una glucosa y otra (la que emplea su carbono 4 en el
enlace O-glucosídico). Esta forma se denomina y esta más estable en las disoluciones que la forma .
Lactosa: -D-galactopiranosil (14) -D-glucopiranosa. La lactosa se encuentra libre en la leche y
unida a otras moléculas constituyendo algunos glucolípidos.
Sacarosa: -D-glucopiranosil (12) -D-fructofuranósido. La sacarosa es el azúcar de consumo
habitual, tanto de caña como de remolacha. Es uno de los principales componentes de la savia elaborada.
No tiene carácter reductor.
Celobiosa:-D-glucopiranosil (14) -D-glucopiranosa. La celobiosa se obtiene de la hidrólisis de la
celulosa.
En la página siguiente están representadas las fórmulas y los constituyentes de cada uno de estos
disacáridos.
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida.
9
5. POLISACÁRIDOS
Los polisacáridos están formados por largas cadenas de monosacáridos unidos mediante enlaces O-
glucosídicos, por lo que se trata de macromoléculas.
La formación de los polisacáridos a partir de monosacáridos es un ejemplo de polimerización, en la
que se libera una molécula de agua por cada enlace O-glucosídico creado. La rotura de estos enlaces de
realiza, pues, por hidrólisis.
Propiedades
Al ser macromoléculas, los polisacáridos no se disuelven fácilmente en agua y pueden ser
insolubles, como la celulosa, o formar dispersiones coloidales, como el almidón. Además no son
cristalinos, ni tienen sabor dulce. Tampoco tienen carácter reductor, ya que no poseen carbonos
anoméricos con grupos hidroxilo libres.
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Clasificación
Según sus componentes se distinguen dos grupos de polisacáridos:
Homopolisacáridos: formados por un tipo de monosacáridos. Son los más abundantes en la
naturaleza, y desarrollan dos tipos de funciones biológicas:
De reserva energética: presentan enlaces de tipo , y se pueden hidrolizar fácilmente liberando los
monosacáridos que los componen. Los más importantes son el almidón y el glucógeno.
Estructural: presentan enlaces de tipo , que les confieren gran resistencia a la hidrólisis. Los más
importantes son la celulosa y la quitina.
Heteropolisacáridos: formados por más de un tipo de monosacáridos. Entre ellos se encuentran los
peptidoglucanos, pectinas, agar-agar, goma arábiga, ácido hialurónico y heparina.
Homopolisacáridos de reserva
Se localizan, generalmente, en forma de grandes gránulos en el citoplasma celular. Los más
importantes son el almidón, el glucógeno y los dextranos.
Almidón. Es un homopolisacárido de -D-glucopiranosa, formado por dos constituyentes distintos:
▪ Amilosa. Está formada por largas cadenas de -D-glucopiranosa, no ramificadas, en las que las
moléculas de glucosa se unen mediante enlaces (14). Las cadenas adoptan formas helicoidales y
tienen seis moléculas de glucosa por vuelta.
▪ Amilopectina. Está formada por cadenas de -D-glucopiranosa con enlaces (14), con
ramificaciones. En los puntos de ramificación los enlaces son (16). Las ramificaciones están
formadas por 12 unidades de glucosa y, aparecen, por término medio, cada 24 a 30 restos del
glucosa.
El almidón es el polisacárido de reserva en los vegetales y se acumula en los órganos de reserva,
como semillas, raíces y tubérculos, en forma de granos en el interior de los amiloplastos.
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Glucógeno. Constituye el polisacárido de reserva propio de los hongos
y de los animales, en los que forma gránulos visibles y abundantes en el
hígado y en los músculos estriados.
El glucógeno es un polímero de -D-glucopiranosa con una
estructura semejante a la amilopectina, aunque con más ramificaciones
(aproximadamente, cada ocho o diez moléculas de glucosa), lo que facilita
su hodrólisis.
Dextranos. Son los polisacáridos de reserva en las bacterias y levaduras
y están compuestos por -D-glucopiranosas que dan lugar a cadenas
ramificadas, pero las uniones son variadas: (12), (13),…
Homopolisacáridos estructurales
Este tipo de polisacáridos tienen enlaces O-glucosídicos de tipo , por lo que son difíciles de
hidrolizar, característica que les permite constituir estructuras biológicas resistentes. Destacan entre ellos:
Celulosa. Es un polímero lineal de -D-glucopiranosa, con enlaces (14), formado por largas
cadenas (en ocasiones de hasta 15.000 glucosas) sin ramificar.
La celulosa es el principal
componente de las paredes celulares
de los tejidos vegetales, siendo el
compuesto orgánico más abundante
de la biosfera. Se encuentra por tanto,
en productos de consumo humano,
como el papel, la madera o el
algodón.
La mayoría de los animales no pueden utilizar la celulosa como nutriente porque carecen del
enzima celulasa, que la hidroliza. No obstante, herbívoros e insectos fitófagos (como las termitas) se nutren
con celulosa ya que, su aparato digestivo posee microorganismos simbiontes capaces de hidrolizarla.
Sin embargo, a pesar de no poderla utilizar como nutriente, la celulosa es necesaria en la dieta
humana porque forma parte de la llamada fibra alimentaria: restos de alimentos no digeribles, que pasan
al intestino grueso y estimulan los movimientos peristálticos, con lo que se facilita la eliminación de las
heces fecales.
Quitina. Es un polímero de N-acetil--D-
glucosamina, un derivado de la glucosa. La quitina
es una molécula lineal, con enlaces (14), y es el
principal componente del esquelete externo de los
insectos, crustáceos y de la pared celular de los
hongos.
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Heteropolisacáridos
Por hidrólisis dan lugar a diferentes monosacáridos o derivados de estos.
1. Origen bacteriano:
PEPTIDOGLUCANOS o MUREÍNAS
Formados por NAG (N-acetil glucosalina) y NAM (N-acetil murámico).
Aparecen en la pared bacteriana
Destruidos por la lisozima (enzima de la saliva)
2. Origen Vegetal
PECTINAS
Formados por Metil-D-galacturonato
Aparecen en la pared de las células vegetales (manzana, pera, membrillo, ciruela)
Al hidratarse formar geles que se aprovechan para fabricar MERMELADAS
AGAR-AGAR
Formado por galactosa y ácido sulfúrico
Se obtiene de las algas rojas
Utilizado para preparar medios de cultivo
GOMA-ARÁBIGA
Formada por galactosa, arabinosa, ácido glucurónico y ramnosa
Es segregada por las plantas para cerrar sus heridas
Utilizada para fabricar cola
3. Origen Animal (MUCOPOLISACÁRIDOS o PROTEOGLUCANOS )
ÁCIDO HIALURÓNICO: aparece en la sustancia intercelular de tejidos
conjuntivos, óseos y cartilaginosos. Abunda en líquido sinovial y humor vítreo.
CONDROITINA: aparece en la matriz extracelular del cartílago, córnea y hueso.
HEPARINA: aparece en la matriz extracelular de pulmón, hígado, y paredes
arteriales.
Actúa como anticoagulante (saliva de insectos hematófagos)
6. HETERÓSIDOS
Son moléculas formadas por la asociación de glúcidos con otras sustancias NO
glucídicas (AGLUCÓN).
GLUCOLÍPIDOS: componentes de las membranas celulares
GLUCOPROTEÍNAS:
Peptidoglucanos
Mucopolisacáridos
Mucoproteínas: sustancias muy viscosas.
Tracto digestivo: lubrican el bolo alimenticio
Tracto respiratorio: mucus
Glucoproteínas de la sangre: Inmunoglobulinas (Anticuerpos)
Glucoproteínas de las membranas celulares: función antigénica
OTRAS:
Digitalina: utilizada en tratamiento de enfermedades cardiovasculares
Estreptomicina: antibiótico
Amigdalósidos: hueso de melocotón y albaricoque
Antocianósidos: responsables del color de las flores
Nucleótidos: derivados de la ribosa y desoxirribosa.
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7. FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LOS GLÚCIDOS
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida.
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8. CARACTERÍSTICAS GENERALES y CLASIFICACIÓN DE LOS LÍPIDOS
Los lípidos son un grupo muy heterogéneo de moléculas, tanto en lo que se refiere a su
composición química, como a la función que desempeñan. No obstante todos los lípidos comparten una
serie de propiedades físicas que permite agruparlos juntos:
Básicamente están formados por largas cadenas hidrocarburadas, que pueden estar sustituidas o no
por grupos alcohólicos, aminos, fosfatos, etc.
No son solubles en agua ni en otros disolventes polares, pero sí lo son en disolventes orgánicos (no
polares), como el benceno, éter, acetona, etc.
Presentan un aspecto graso, es decir, poseen un brillo característico y son untuosos al tacto.
Los lípidos contienen átomos de C, H y O, y algunos también de P y N. Los lípidos desarrollan
funciones muy variadas:
- Reserva energética: como las grasas.
- Estructural: como los lípidos de membrana.
- Protectora: como las ceras.
- Vitamínica: como las vitaminas liposolubles.
- Hormonal: como las hormonas sexuales.
Clasificación de los lípidos
Dado que los lípidos son un grupo de moléculas tan diverso, su clasificación ofrece cierta dificultad,
ya que se pueden aplicar diferentes criterios. La clasificación más aceptada actualmente es la que los divide
en dos grupos: lípidos saponificables e insaponificables.
Lípidos saponificables: contienen ácidos grasos en su composición, que se liberan por hidrólisis. El
término saponificable hace referencia a que al calentarlos en medio alcalino originan jabones.
Químicamente son ésteres. Se dividen en dos grupos:
▪ Lípidos simples: incluyen los glicéridos (grasas) y las ceras. Contienen únicamente átomos de C, H y O.
▪ Lípidos complejos: incluyen los fosfoglicéridos y los esfingolípidos. Contienen además de C, H y O,
átomos de N y P.
Lípidos insaponificables: no contienen ácidos grasos en su composición, por lo que no pueden
originar jabones. Comprenden un grupo muy variado de compuestos: terpenos, esteroides y
prostaglandinas.
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9. LOS ÁCIDOS GRASOS
Uno de los componentes de los lípidos saponificables son los ácidos grasos. Son ácidos
carboxílicos formados por largas cadenas carbonadas, con un número par de carbonos. Los más comunes
son los ácidos grasos de 16 a 18 carbonos.
En resumen, los ácidos grasos son largas cadenas hidrocarburadas (o hidrocarbonadas) con un
grupo carboxilo en el extremo.
Pueden ser de dos tipos:
Saturados: cuando solo tienen enlaces simples en la cadena, como el ácido palmítico (16 C) y el
esteárico (18 C).
Insaturados: cuando presentan uno o más dobles enlaces en la cadena, como el ácido oleico, linoleico
y araquidónico. Dependiendo del número de dobles enlaces, se distinguen:
▪ Monoinsaturados: presentan un doble enlace. El más importante es el ácido oleico presente en el aceite
de oliva, que se representa de forma sistemática como 18:1 9.
▪ Poliinsaturados: presentan más de un doble enlace. Entre ellos se encuentran:
─ Ácido linoleico, de nombre sistemático 18:2 6. Se encuentra presente en el aceite de semillas
(girasol, maíz, etc.).
─ Ácido -linolénico, de nombre sistemático 18:3 3. Abunda en los aceites de pescado graso (atún,
salmón, sardina,etc.).
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Los ácidos grasos que necesitan los mamíferos, los consiguen mediante síntesis metabólica o en la
dieta. Sin embargo, existen unos ácidos grasos denominados esenciales, que el organismo no los puede
fabricar y por tanto, tiene que incorporarlos necesariamente en la dieta, por lo que en ocasiones se
designan con el término vitamina F. En el ser humano son el ácido linoleico, linolénico y araquidónico, y su
carencia impide la síntesis de otras moléculas, como las prostaglandinas.
Propiedades de los ácidos grasos
A. Propiedades físicas:
Son moléculas anfipáticas (del griego amphi, ambos), ya que la cadena carbonada o alifática es
apolar, y por lo tanto insoluble en agua (hidrófoba) y, por otra parte, el grupo carboxilo (-COOH) es polar
y soluble en agua (hidrófilo). Esto permite que en cada molécula haya una parte soluble en agua,
representada por una cabeza, y otra parte insoluble en agua, representada por una cola.
Debido a esta característica, al entrar en contacto con el agua, los ácidos grasos orientan las
cabezas polares hacia ella, mientras que las colas apolares se sitúan en la posición opuesta. Esto da lugar
a la formación de diferentes estructuras en empalizada, que pueden ser monocapas o bicapas o estructuras
esféricas (micelas).
▪ Monocapas: se produce cuando los ácidos grasos se sitúan en la interfase entre el agua y el aire, las
colas se sitúan en el medio aéreo (apolar) y las cabezas se introducen dentro del agua. (A)
▪ Micelas: son agrupaciones esféricas que se forman en el agua, en las que en el interior están las colas y
en el exterior las cabezas. (B)
▪ Bicapas: son agrupaciones que separan dos medios acuosos, en las que las cabezas se orientan a cada
uno de esos medios y las colas se sitúan enfrentadas. (C)
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida.
17
El punto de fusión de los ácidos grasos aumenta con
el tamaño del ácido graso y disminuye con el grado de
instauración (dobles enlaces).
Esto es debido a que los ácidos grasos saturados
presentan cadenas extendidas que se pueden empaquetar
mediante interacciones de Van der Waals entre los
átomos de las cadenas vecinas. Esto provoca que a
temperatura ambiente, los ácidos grasos saturados
adquieran una consistencia cérea y se encuentren en
estado sólido.
Por el contrario, las cadenas insaturadas
muestran ángulos que no permiten un empaquetamiento
tan fuerte como las saturadas, por lo que las
interacciones entre ellas son más débiles y más fáciles de
desordenar por efecto del calor. Por esta razón su punto
de fusión es más bajo, y a temperatura ambiente son
líquidos oleosos.
Propiedades químicas
Las propiedades químicas dependen de la presencia del grupo carboxilo, lo que permite la
realización de varias reacciones que dan lugar a la formación de ésteres y sales.
Forman ésteres mediante una reacción de esterificación. Los ácidos grasos son capaces de formar
enlaces éster al reaccionar el grupos carboxilo (-COOH) con los grupos alcohol (-OH) de otras
moléculas, con la eliminación de una molécula de agua. Mediante este tipo de reacciones se originan
las grasas, ceras y lípidos complejos. La reacción inversa es la hidrólisis del éster, que origina el ácido
graso y el alcohol.
Formas sales, mediante la reacción de saponificación. Los ácidos grasos reaccionan con álcalis (una
base o hidroxilo), y se obtienen las sales correspondientes de los ácidos grasos, denominadas jabones.
La presencia de dobles enlaces facilita la oxidación de los ácidos grasos, sobre todo de los
poliinsaturados, lo cual puede conducir a la rotura de sus cadenas con la consiguiente formación de
aldehídos volátiles de cadena corta responsables del olor y sabor a rancio. Este proceso de oxidación se
contrarresta en los seres vivos con la presencia de vitamina E, que tiene carácter antioxidante.
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10. LÍPIDOS SAPONIFICABLES
Todos los lípidos saponificables son ésteres formados por la unión de ácidos grasos y un alcohol.
Según el tipo de alcohol presente se les clasifica en triglicéridos o grasas, ceras, fosfoglicéridos y
esfingolípidos.
10.1. LÍPIDOS SIMPLES SAPONIFICABLES
GRASAS (TRIACILGLICÉRIDOS, TRIGLICÉRIDOS)
Son moléculas orgánicas abundantes en todos los organismos vivos. Son ésteres del alcohol
glicerina (propanotriol) con tres ácidos grasos.
Los triglicéridos se forman mediante reacciones de esterificación. Se trata pues de sustancias
hidrolizables y en los seres vivos se hidrolizan por acción de unas enzimas llamadas lipasas, separándose
los ácidos grasos y la glicerina.
Las grasas se pueden clasificar en varios tipos según diferentes criterios:
1. Según sean los ácidos grasos iguales o distintos:
▪ Grasas simples: si los tres ácidos grasos son iguales. Se nombran con el prefijo tri- seguido del nombre
del ácido graso, al que se le añade la terminación –ina. Por ejemplo, la trioleina o aceite de oliva,
donde el ácido graso es el ácido oleico.
▪ Grasas mixtas: cuando los ácidos grasos son distintos. Se designan según cuáles sean los ácidos
grasos, cambiando la terminación –ico por –oil, indicando su posición y añadiendo la palabra
glicérido.
2. Según el punto de fusión, pueden ser:
▪ Líquidas (aceites): con un punto de fusión inferior a 15 ºC, debido a que presentan una mayor
proporción de ácidos grasos insaturados, como el aceite de oliva, aceite de girasol o aceites de
pescado. Los aceites, a excepción del pescado, predominan en las plantas.
▪ Sólidas (mantecas y sebos): poseen un punto de fusión por encima de 40 ºC, porque en ellas
predominan los ácidos grasos saturados. Son la grasa de cerdo, buey, cordero, propias de los
animales.
▪ Semisólidas: se encuentran en un punto intermedio, como las mantequillas y las margarinas, que
contienen ácidos grasos saturados e insaturados.
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida.
19
3. Según el grado de instauración de los ácidos grasos:
▪ Grasas saturadas: presentan ácidos grasos saturados en su composición. Son las grasas animales
presentes en la carne, leche, huevos y el aceite de coco. Son perjudiciales para el organismo, ya que
elevan los niveles de colesterol en sangre.
▪ Grasas insaturadas: presentan ácidos grasos insaturados. Son los aceites vegetales (oliva y girasol) y de
los pescados azules. Son beneficiosas para la salud ya que disminuyen los niveles de colesterol
sanguíneo.
Función biológica
Las grasas son las moléculas que generan más cantidad de energía: un gramo de grasa
metabolizada produce 9 Kcal, más del doble de energía que un gramos de glúcido (3,75 kcal/g). Por esta
razón, y debido también a su insolubilidad en agua (lo que permite almacenarlas en grandes cantidades
sin afectar a la presión osmótica celular) las grasas constituyen la reserva energética de los seres vivos,
sobre todo de los animales, donde se acumulan en el tejido adiposo formando el tocino y las mantecas de
las membranas mesentéricas.
Si en la dieta se aporta un exceso de glúcidos hasta que se satura la capacidad de almacenamiento
del glucógeno, dicho exceso se transforma en grasas, por eso los glúcidos en exceso engordan. Por el
contrario, las grasas no podemos transformarlas en glúcidos.
Las plantas también almacenan grasas, principalmente en frutos y semillas, pero en ellas la
principal reserva de energía es el almidón.
Las grasas desempeñan, además, otras funciones y actúan como amortiguadores mecánicos (grasa
de la palma de las manos y la planta de los pies), como aislantes térmicos (animales de climas fríos
presentan una gruesa capa de grasa debajo de la piel) y como vehículos de transporte de las vitaminas
liposolubles (A, D, E y K).
CERAS (CÉRIDOS)
Las ceras o céridos son moléculas estructurales que se pueden encontrar en algunos animales y,
especialmente, en las plantas.
Su composición química es simple, ya que son ésteres de un ácido graso de cadena larga y un
monoalcohol de cadena larga también.
Debido a su elevado grado de insolubilidad, las ceras desempeñan principalmente una función de
protección, ya que protegen de la humedad y evitan la pérdida de agua.
Aparecen recubriendo la superficie de órganos vegetales paras evitar la evaporación, como frutos y
hojas; y en los animales impermeabilizan algunas estructuras tegumentarias, como las plumas de las aves,
y la piel y el pelo de los mamíferos.
Algunas ceras son la cera de las abejas, la lanolina de la lana y el cerumen de los oídos.
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10.2 LÍPIDOS COMPLEJOS SAPONIFICABLES
Son compuestos de carácter antipático, que forman parte de las membranas celulares, por lo que
se conocen también como lípidos de membrana, junto con el colesterol, que es un lípido insaponificable.
FOSFOGLICÉRIDOS
Al igual que las grasas, los fosfoglicéridos son ésteres de glicerina con ácidos grasos, pero solo
llevan dos ácidos grasos, ya que el tercer alcohol de la glicerina está unido a un ácido ortofosfórico, por
eso se denominan también fosfolípidos. La molécula resultante se denomina ácido fosfatídico, igual en
todos los fosfoglicéridos. A ella se une un aminoalcohol al ácido ortofosfórico, formando el fosfoglicérido
completo.
Los fosfoglicéridos se caracterizan por su comportamiento antipático, es decir, presentan una parte
polar (y, por tanto, soluble en agua) y otra apolar (insoluble). La zona polar corresponde a la porción
donde se sitúa el ácido ortofosfórico y el aminoalcohol, mientras que la zona apolar corresponde al resto
de la molécula (ácidos grasos).
De esta propiedad deriva su función biológica. Todas las membranas celulares están formadas por
una doble capa de fosfolípidos en la que las colas apolares de ambas capas se quedan enfrentadas,
mientras que las cabezas polares se orientan hacia el medio externo e interno, ambos acuosos.
Según el aminoalcohol presente, se diferencian varias clases de fosfoglicéridos: cefalina
(fosfatidiletanolamina) si el aminoalcohol es la etanolamina; lecitina (fosfatidilcolina) si contiene colina y
fosfatidilserina si tiene serina.
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Comportamiento anfipático de los fosfolípidos y su disposición en las membranas
ESFINGOLÍPIDOS
Los esfingolípidos también son componentes de las membranas celulares, y abundan en el tejido
nervioso. Al igual que los fosfoglicéridos, tienen carácter antipático.
Los esfingolípidos son ésteres formados por la unión del alcohol esfingosina y un ácido graso
mediante un enlace amida, que da lugar a una molécula denominada ceramida, a la que se une una
molécula polar para constituir el esfingolípido completo.
Según la naturaleza de la molécula polar que se une a la ceramida se distinguen dos clases de
esfingolípidos:
Esfingolmielinas. Presentan una molécula de fosforilcolina o fosforiletanolamina unida a la ceramida.
Son abundantes en las vainas de mielina que rodean los axones neuronales.
Glucoesfingolípidos. Su molécula polar es un glúcido. Estas moléculas desempeñan un papel
fundamental como antígenos celulares, es decir, moléculas identificativas de células concretas que
permiten el reconocimiento entre ellas. Los antígenos se relacionan con múltiples procesos, principalmente
inmunitarios. Se diferencian dos tipos:
Cerebrósidos: si el glúcido es un monosacárido (frecuentemente galactosa).
Gangliósidos: si el glúcido es un oligosacárido.
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11. LÍPIDOS INSAPONIFICABLES
Se incluyen en este grupo los lípidos que no contienen ácidos grasos en su composición (tampoco
son ésteres) y, por tanto, no pueden formar jabones mediante reacciones de saponificación.
Aunque aparecen en menor cantidad que los lípidos saponificables, este grupo comprende algunos
compuestos biológicamente muy activos que desempeñan importantes funciones.
Se distinguen tres tipos de lípidos insaponificables: terpenos, esteroides y prostaglandinas.
TERPENOS
Químicamente, los terpenos son polímeros de la molécula de isopreno (2-metil-1,3-butadieno),
por lo que también se les denomina lípidos isoprenoides. Estas moléculas se encuentran en las plantas.
Según el número de isoprenos que componen el terpeno se clasifican en:
▪ Monoterpenos. Contienen dos moléculas de isopreno. Este grupo comprende compuestos volátiles
responsables de ciertos aromas (mentol, alcanfor, geraniol,…)
▪ Diterpenos. Están formados por la unión de cuatro isoprenos. El fitol, componente de la clorofila, se
incluye en este grupo.
▪ Triterpenos. Formados por seis moléculas de isopreno. Entre ellos se encuentra el escaleno, un
precursor del colesterol.
▪ Tetraterpenos. Formados por la unión de ocho moléculas de isopreno. Destacan en este grupo los
carotenoides, pigmentos que participan en la fotosíntesis absorbiendo energía lumínica de longitudes
de onda distintas a la que absorbe la clorofila.
Entre los carotenoides más importantes se encuentran la xantofila (amarilla), el licopeno (rojo) y el
-caroteno (anaranjado). El -caroteno es también un precursor de la vitamina A, ya que la rotura del
enlace central del -caroteno origina dos moléculas de esta vitamina, que interviene en la visión y protege
los tejidos epiteliales.
Politerpenos. Formados por muchas moléculas de isopreno. El caucho es el politerpeno más importante y
se encuentra en el látex del árbol Hevea brasilensis (árbol del caucho).
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ESTEROIDES
Constituyen un grupo de lípidos muy importante, que derivan del esterano o ciclopentano
perhidrofenantreno (CPF). Este compuesto cíclico está formado por tres anillos de ciclohexano y uno de
ciclo pentano, en donde se unen diferentes radicales.
Los esteroides son sustancias muy abundantes y desempeñan funciones muy variadas. Se
diferencian en la existencia de dobles enlaces y en la presencia de diferentes sustituyentes en algunas
posiciones.
En los siguientes cuadros se exponen los esteroides más importantes y sus funciones.
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PROSTAGLANDINAS
Las prostaglandinas son lípidos presentes en la mayor parte de los tejidos animales. Se forman por
la ciclación de ácidos grasos poliinsaturados, como el ácido araquidónico. Todas estas moléculas poseen
una estructura química semejante.
Se consideran hormonas locales, ya que actúan en las células que las sintetizan y en la adyacentes.
Las funciones de las prostaglandinas son muy variadas:
- Estimulan la agregación de plaquetas.
- Activan las respuestas inflamatorias de los
tejidos al iniciar la vasodilatación de los
capilares.
- Provocan la subida de la temperatura
corporal(fiebre).
- Controlan el descenso de la presión
arterial al favorecer la eliminación de
sustancias en el riñón.
- Intervienen el la contracción del útero
durante el parto.
- Disminuyen la secreción de jugos
gástricos.
- Regulan la secreción de mucus protector
del tracto digestivo (estómago e intestino).
Además de las prostaglandinas, existen
otros compuestos químicamente relacionados
con ellas. Son los tromboxanos y los
leucotrienos, que tienen funciones fisiológicas
variadas entre las cuales destacan las
respuestas inflamatorias.
Prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos son conocidos como eicosanoides, por ser moléculas
derivadas de ácidos grasos poliinsaturados de 20 átomos de carbono (eicosa=veinte).
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida.
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12. FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LOS LÍPIDOS
11OCU-COMPRA MAESTRA 319 OCTUBRE 2007
DE LA ACEITUNA AL ACEITE
La recogidaTiene lugar entre los meses de octubre y enero, en función de la maduración que se desee y del clima de la región. Cuanto mayor sea la madurez de la oliva, más intenso será el sabor y el aroma del aceite.La recogida debe realizarse de la forma que dañe menos el fruto. Las aceitunas que cayeron solas al madurar suelen estar un poco estropeadas y producen peores aceites.
La selecciónUna vez en la almazara, la aceituna se clasifica según su estado y su destino.
El lavado y almacenajeLas aceitunas se lavan, con el fin de eliminar las sustancias extrañas que pudieran contaminar el aceite y transmitir sabores extraños. Si se almacenan temporalmente, las aceitunas necesitan estar ventiladas para evitar su fermentación.
La molturaciónLas aceitunas se trituran hasta
formar una pasta que se recoge en unos moldes circulares.
Aceite lampanteNo es apto para el consumo. Presenta una excesiva acidez (superior a 3,3º) y necesita ser refinado.
Aceite de oliva virgenEs el que se obtiene de la aceituna por medios físicos, sin ayuda de disolventes. Según su calidad se clasifica en:
OrujoEs el residuo de los huesos y las pieles de aceituna, que todavía contiene cierta cantidad de aceite que se extrae por medio de disolventes. Una vez eliminados y refinado se mezcla con aceite de oliva virgen y se comercializa como aceite de orujo de oliva.
RefinadoDurante el proceso el aceite pierde su acidez, aroma, sabor y color característicos.
Aceite de oliva refinado
Aceite de olivaEs la mezcla de aceite de oliva refinado y aceites de oliva virgen, que le aportan su acidez y su sabor (más intenso cuanto mayor es la proporción de aceite virgen).
Aceite de oliva virgenAcidez máxima de 2º y una puntuación en la cata menor que el extra.
Aceite de oliva virgen extraTiene que tener una acidez inferior a 0,8º y una determinada
puntuación en la cata de expertos.Nuestro
análisis
A B
A B
2
El prensado 1 , batido 2 y centrifugado 3La pasta se prensa (así se extrae aceite en frío, aunque en una cantidad mínima), luego se calienta moderadamente (con resistencias) y, por último, se centrifuga hasta obtener los diferentes aceites de oliva virgen.
3
1
Apto para el consumo Apto para el consumo
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Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida. Parte II: glúcidos y lípidos
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ACTIVIDADES TEMA 1. LA BASE FÍSICO-QUÍMICA DE LA VIDA. PARTE II: GLÚCIDOS y LÍPIDOS GLÚCIDOS o HIDRATOS DE CARBONO 1. Define químicamente un glúcido e indica con qué otros nombres se conocen. ¿Porqué?. 2. ¿Qué diferencia existe entre osa y ósido?. ¿Y entre holósido y heterósido?. 3. ¿Qué se entiende por hidrólisis de un compuesto?. ¿Porqué los disacáridos y polisacáridos son
moléculas hidrolizables?. 4. ¿Cuantos estereoisómeros existen en una aldohexosa?. ¿Y en una aldopentosa?. 5. Construye las fórmulas de los epímeros de la D-Fructosa. 6. Se puede deducir se la D-eritrosa es levógira o dextrógira?. 7. Dibuja todos los pasos de la ciclación de una D-galactosa hasta llegar a la siguiente sustancia: α-D-
Galactopiranosa. 8. La diabetes es una enfermedad hormonal ocasionada por un mal funcionamiento de páncreas
endocrino, que no produce insulina. Esta hormona es responsable, entre otras cosas, de facilitar el paso de glucosa a través de la membrana celular. ¿Qué efectos puede producir la ausencia de glucosa en las células?.
9. Algunos disacáridos de interés biológico son la maltosa, sacarosa y lactosa. Fíjandote en sus fórmulas
contesta a las siguientes cuestiones: a) ¿De qué monómeros está formado cada uno de estos disacáridos?. b) ¿Qué carbonos intervienen en la formación del enlace glucosídico en cada caso?. c) ¿Son anoméricos o no?. d) ¿Cuáles son los grupos funcionales implicados en la formación del enlace glucosídico?. e) ¿Qué se desprende?. f) ¿Su formación ha liberado o consumido energía?. g) ¿Cuáles de estos disacáridos son reductores?. ¿Porqué?. 10. ¿Porqué el almidón, celulosa y glucógeno son polisacáridos diferentes si todos están formados por
moléculas de D-glucopiranosa?. 11. Porqué la glucosa se almacena en forma de almidón en los vegetales, en vez de estar libre en la célula. 12. ¿Porqué la celulosa no es un nutriente?. ¿Cuál es su importancia en la alimentación?. 13. Habrás visto en anuncios publicitarios papillas infantiles compuestas a base de cereales dextrinados.
¿Qué significa esto?. ¿Qué beneficio ofrece a los bebés?. 14. ¿Cuál es la importancia biológica de los siguientes glúcidos: celulosa, ribulosa, lactosa, galactosa,
quitina, gliceraldehido y N-acetil-glucosamina?.
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida. Parte II: glúcidos y lípidos
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LÍPIDOS 15. ¿Cuál es característica fundamental de los lípidos, que permite reunirlos en un grupo y cuál es la que
diferencia entre los dos grupos principales?. 16. Señala a qué tipo de lípido son estas sustancias: ácido cólico, aceite, gangliósido, aldosterona,
xantofila, cera, progesterona, esfingomielina y vitamina A. 17. ¿De qué depende que los ácidos grasos sean sólidos o líquidos?. ¿A qué se denominan ácidos grasos
esenciales y qué importancia tienen?. 18. Completa las siguientes reacciones, indicando el tipo de compuesto que se origina: O a) CH3-(CH2)10-C-O-CH2
O I CH3-(CH2)10-C-O-CH + 3 NaOH → O I CH3-(CH2)10-C-O-CH2
b) Ácido linoleico + 4 O2 → 19. Cómo forman los jabones emulsiones estables con las grasas. ¿Qué sustancias hay en nuestro
organismo que también emulsionan las grasas?. Busca en alguna enciclopedia cómo se fabrica el jabón casero.
20. ¿Porqué las grasas son reservas de energía a largo plazo?. ¿Qué las diferencia de las ceras?. 21. Cuáles de las siguientes moléculas son anfipáticas: Colesterol, vitamina A, ácido lignocérico,
triacilglicérido, cefalina. 22. ¿Porqué los lípidos saponificables simples son muy insolubles en agua mientras que los lípidos
saponificables complejos son algo solubles?. 23. Las vitaminas liposolubles A, E y K son terpenos compuestos por 5 unidades de isopreno. ¿Porqué crees
que las industrias lácteas añaden estas vitaminas a la leche desnatada?. 24. Porqué la aspirina es antipirética, antiinflamatoria y analgésica. Porqué la aspirina y otros
antiinflamatorios pueden provocar la aparición de ulceras gastroduodenales. 25. Define los conceptos de: lípido, anfipático, jabón, hidrófobo, esterificación, manteca, micela, emulsión
y polar. 26. Lee el artículo “Relación del colesterol con el tipo de dieta”, y responde a las cuestiones que se
plantean.
Biología 2º Bachillerato
GLÚCIDOS
EJERCICIO TIPO DE ISOMERÍA ESPACIAL EN MONOSACÁRIDOS
A partir de las siguientes fórmulas de monosacáridos, se pide:
1. Señalar los carbonos asimétricos presentes.
2. Calcular el número de isómeros espaciales o estereoisómeros posibles de cada uno de
ellos.
3. Indicar si pertenecen a la serie D o L
4. Formular y nombrar los enantiómeros de cada uno de ellos.
5. Formular y nombrar un epímero de cada uno de ellos.
6. Formular y nombrar los anómeros de cada uno de ellos.
CHO
H C OH
HO C H
HO C H
H C OH
CH2OH
GALACTOSA
CH2OH
C= O
H C OH
HO C H
H C OH
CH2OH
SORBOSA
Biología 2º Bachillerato Actividades refuerzo 1
MONOSACÁRIDOS. ACTIVIDADES ISOMERÍA ESPACIAL
1. Señala los CARBONOS ASIMÉTRICOS y calcula el NÚMERO DE ESTEREOISÓMEROS
posibles de cada uno de los siguientes monosacáridos.
2. Escribe la fórmula de los ENANTIÓMEROS de los siguientes monosacáridos:
D-eritrulosa; D-idosa; L-ribulosa: L-arabinosa y D-sedoheptulosa.
3. Qué monosacáridos del ejercicio 1 son EPÍMEROS de los siguientes:
Biología 2º Bachillerato Actividades refuerzo 2
4. Señala en las siguientes fórmulas, cuáles son ANOMÉROS y .
5. ¿Existen ANÓMEROS y de los siguientes monosacáridos?. Justifica la respuesta.
D-lixosa; D-sicosa; D-ribulosa; D-gliceraldehído; L-idosa.
6. Dibuja las fórmulas de los ANÓMEROS y de cada uno de los siguientes
monosacáridos, y nombra cada uno de ellos según su estructura cíclica.
BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO
LÍPIDOS. ACTIVIDAD TIPO DE REACCIONES QUÍMICAS.
Completa las siguientes reacciones químicas, escribiendo:
Fórmulas y tipos de productos resultantes
Tipo de reacción química llevada a cabo
a) CH3- (CH
2)18
-COOH + HO-CH3 →
ácido araquídico metanol
b) CH3- (CH
2)7-CH=CH-(CH
2)7-COOH + NaOH →
ácido oleico
c) CH3-(CH
2)5-CH=CH-(CH
2)7-COOH + 2 O
2 →
ácido palmitoleico
+ →
d)
ácidos grasos glicerina
e) + NaOH →
triglicérido
f) + 3 H2O →
triglicérido
TEMA 1. LA BASE FÍSICO-QUÍMICA DE LA VIDA
PARTE III. PROTEÍNAS y ÁCIDOS NUCLEICOS
1. PROTEÍNAS y ÁCIDOS NUCLEICOS: BIOPOLÍMEROS PORTADORES DE LA INFORMACIÓN
GENÉTICA
2. PROTEÍNAS: CONCEPTO, FUNCIONES y CLASIFICACIÓN
3. LOS AMINOÁCIDOS
▪ Clasificación
▪ Propiedades de los aminoácidos
4. EL ENLACE PEPTÍDICO
5. ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS
▪ Estructura primaria
▪ Estructura secundaria
▪ Estructura terciaria
▪ Estructura cuaternaria
6. PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS
▪ Solubilidad
▪ Especificidad
▪ Desnaturalización
7. CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS
8. FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LAS PROTEÍNAS
9. LOS ÁCIDOS NUCLEICOS: CONCEPTO, TIPOS y FUNCIONES.
10. LOS NUCLEÓTIDOS: COMPONENTES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
11. FUNCIONES DE LOS NUCLEÓTIDOS
12. POLINUCLEÓTIDOS
13. ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)
13.1. ESTRUCTURA DEL ADN. Modelo de la doble hélice
13.2. TIPOS DE ADN
13.3. DESNATURALIZACIÓN e HIBRIDACIÓN DEL ADN
14. ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN)
▪ ARN mensajero (ARNm)
▪ ARN ribosómico (ARNr)
▪ ARN de transferencia o ARN transferente (ARNt)
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida.
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1. PROTEÍNAS y ÁCIDOS NUCLEICOS: BIOPOLÍMEROS PORTADORES DE LA INFORMACIÓN
GENÉTICA
Las proteínas y los ácidos nucleicos son biomoléculas que presentan una serie de características
comunes, que conviene resaltar antes de empezar su estudio por separado.
Proteínas y ácidos nucleicos son biopolímeros o macromoléculas, formadas por la unión mediante
enlaces covalentes de moléculas más sencillas (monómeros). Las proteínas se forman por la
polimerización de aminoácidos y las ácidos nucleicos por la polimerización de nucleótidos.
En las proteínas y en los ácidos nucleicos, el ordenamiento o la secuencia de los monómeros
(aminoácidos y nucleótidos) es característico y particular de las distintas cadenas moleculares de las
proteínas y de los ácidos nucleicos, y es el que determina su función biológica.
El ordenamiento de los monómeros no es arbitrario. En los ácidos nucleicos existe unas instrucciones
almacenadas en forma de secuencias de nucleótidos que deciden el ordenamiento de los aminoácidos
de las proteínas. Por esta razón, los ácidos nucleicos y las proteínas son biopolímeros portadores de la
información genética, ya que el ordenamiento de sus monómeros no obedece al azar, sino a
instrucciones heredadas de nuestros antecesores a lo largo del proceso evolutivo.
En la célula la información genética contenida en los ácidos nucleicos se utiliza para fabricar
proteínas.
2. PROTEÍNAS: CONCEPTO, FUNCIONES y CLASIFICACIÓN
Las proteínas son biomoléculas orgánicas formadas, al menos, por cuatro bioelementos: C, H, O y
N; pero muchas de ellas contienen S, P y otros bioelementos (Fe, Cu, I, Mg, etc.,…).
Químicamente las proteínas son polímeros de moléculas relativamente sencillas, no hidrolizables,
denominadas aminoácidos (aa).
La unión de aminoácidos origina péptidos, que según su tamaño molecular pueden ser:
Oligopéptidos: formados por no más de 10 aminoácidos.
Polipéptidos: formados por más de 10 aminoácidos.
Las proteínas son polipéptidos, formados por más de 50 aminoácidos o con un peso molecular
mayor de 5.000 daltons, normalmente entre 6.000 y 106
daltons, por lo que se trata de macromoléculas.
Las proteínas se clasifican en dos grandes grupos:
▪ Holoproteínas: formadas exclusivamente por aminoácidos.
▪ Heteroproteínas: formadas por aminoácidos más otros componentes no proteicos. La parte no proteica
se la designa como el grupo prostético, y dependiendo de su naturaleza química se pueden diferenciar:
Glucoproteínas: el grupo prostético es un glúcido.
Lipoproteínas: el grupo prostético es un lípido.
Fosfoproteínas: el grupo prostético es un ácido fosfórico.
Nucleoproteínas: cuando contienen nucleótidos.
Cromoproteínas: si el grupo prostético es un pigmento.
Las proteínas son los compuestos orgánicos más abundantes de la materia viva, constituyendo
alrededor del 50% de su peso seco. Las funciones que desempeñan son muy variadas:
Estructural: las proteínas son el principal material de construcción de los seres vivos, formando parte de
casi todas sus estructuras: desde la membrana celular hasta ser el principal componente del tejido
conjuntivo (colágeno), el pelo o las uñas (queratina).
Enzimática: las reacciones metabólicas están catalizadas y controladas por unas proteínas,
denominadas enzimas.
Inmunológica: los anticuerpos, que intervienen en la defensa del organismo frente a los agentes
patógenos, son proteínas.
Hormonal: algunas hormonas, como la insulina y el glucagón, que regulan la concentración de
glucosa en sangre, son proteínas.
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida.
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Transporte: pueden transportar gases, como la hemoglobina que transporta el oxígeno, o lípidos, como
las lipoproteínas de la sangre.
Movimiento: las proteínas son elementos esenciales en el movimiento muscular, ya que la actina y la
miosina de las células musculares, son las responsables de la contracción de los músculos.
De reserva: algunas proteínas sirve de reserva de aminoácidos durante el desarrollo biológico, como la
ovoalbúmina del huevo, la caseína de la leche o la gliadina del trigo.
Homeostática: ciertas proteínas mantienen el equilibrio osmótico del medio celular y extracelular.
3. LOS AMINOÁCIDOS
Los aminoácidos son los componentes de las proteínas. Químicamente son ácidos orgánicos que
presentan un grupo amino (-NH2), un grupo carboxilo (-COOH) y un átomo de hidrógeno (H) unidos
covalentemente a un carbono central, que se designa como carbono . El enlace que le queda al carbono
está ocupado por un grupo lateral o un grupo R (de radical) que varía en los distintos aminoácidos.
Existen 20 aminoácidos proteicos o -aminoácidos, que son los constituyentes básicos de las
proteínas. Además, hay otros 150 aminoácidos que se encuentran libres o combinados en las células y en
los tejidos, pero que no se encuentran en las proteínas, y se conocen como aminoácidos no proteicos.
Algunos de ellos son intermediarios de las reacciones metabólicas (citrulina y ornitina) o forman parte de
las paredes bacterianas, como el ácido-D-glutámico.
Clasificación
Los aminoácidos se clasifican atendiendo a las características de su grupo radical, según su
ionización, polaridad y reactividad, en:
▪ Neutros polares: no tienen carga eléctrica neta, y su grupo R contiene grupos polares (alcohol, tiol o
amida), por lo que son solubles en agua.
▪ Neutros apolares: no tienen carga eléctrica neta, y su grupo R está formado por largas cadenas
hidrocarbonadas, lo que hace que sean poco solubles en agua.
▪ Ácidos: cuando el grupo R lleva un grupo ácido, de manera que a pH neutro, tienen carga negativa.
▪ Básicos: cuando el grupo R lleva un grupo básico (amino), de tal modo que a pH neutro, tienen carga
eléctrica positiva.
La mayoría de los aminoácidos pueden sintetizarse unos a partir de otros, pero algunos no pueden
ser sintetizados y deben obtenerse de la dieta, son los denominados aminoácidos esenciales. Los
aminoácidos esenciales son diferentes para cada especie. En la especie humana los aminoácidos
esenciales son diez: Thr, Lys, Arg, His, Val, Leu, Ile, Met, Phe y Trp.
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PROPIEDADES DE LOS AMINOÁCIDOS
Las propiedades de los aminoácidos están determinadas por el radical, que es distinto en cada
aminoácido, y determina sus propiedades físicas y químicas.
Los aminoácidos son sólidos, solubles en agua (excepto los hidrófobos), cristalizables, incoloros o
poco coloreados y con un punto de fusión alto, por encima de 200 º C.
Además de las propiedades mencionadas, hay dos propiedades que conviene destacar:
Estereoisomería y actividad óptica: al igual que los monosacáridos, los aminoácidos poseen al
menos un carbono asimétrico, que es el carbono , excepto la glicina que no tiene ninguno. Debido a
esto, los aminoácidos presentan estereoisomería y actividad óptica.
Los aminoácidos pueden presentar dos configuraciones espaciales, D y L, dependiendo de la
posición del grupo amino (-NH2), a la derecha e izquierda, respectivamente del carbono . Estas dos
configuraciones espaciales se denominan estereoisómeros. Ambos estereisómeros son imágenes
especulares y no superponibles. Todos los aminoácidos proteicos son de la serie L, pues las células los
sintetizan utilizando enzimas estereoespecíficas.
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida.
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Los aminoácidos muestran, además, actividad óptica, denominándose dextrógiros (+) o levógiros
(-), según desvíen la luz polarizada hacia la derecha o hacia la izquierda. De la misma forma que los
glúcidos, la disposición D o L es independiente de la actividad óptica: un L-aminoácido puede ser
dextrógiro o levógiro.
Carácter anfótero: la presencia de los grupos carboxilo y amino confiere a los aminoácidos un
comportamiento ácido-base o comportamiento anfótero, que significa que se comportan como ácidos o
bases dependiendo el pH del medio acuoso en el que estén disueltos.
Cuando los aminoácidos se encuentran disueltos en agua (pH=7) los grupos amino aceptan
protones, comportándose como bases, y quedan cargados positivamente (NH3
+
) y los grupos carboxilo,
desprenden protones, comportándose como ácidos, y quedan cargados negativamente (COO-
), por lo que
los aminoácidos están doblemente ionizados y forman iones híbridos, que se denominan formas dipolares
o zwitteriones, y poseen igual número de cargas positivas y negativas.
El valor del pH en el que un aminoácido tiende a adoptar la forma dipolar neutra se denomina
punto isoeléctrico, y es diferente para cada aminoácido.
Cuando el valor del pH del medio se desvía del punto isoeléctrico, el aminoácido se comportará
como ácido o base (en medio ácido como base y en medio alcalino como ácido), permitiendo la
regulación del pH.
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4. EL ENLACE PEPTÍDICO
Los aminoácidos se pueden unir entre sí mediante el denominado enlace peptídico (un enlace
amida de tipo covalente).
El enlace peptídico se establece entre el grupo carboxilo (-COOH) de un aminoácido y el grupo
amino (-NH2) de otro, liberándose una molécula de agua. La unión de dos aminoácidos origina un
compuesto que denominamos dipéptido.
Los átomos de C, N y O que forman parte del enlace comparten
electrones, lo que hace que aparezcan dos formas resonantes. Se puede así
afirmar, que el enlace peptídico tiene un carácter parcial de doble enlace.
Este hecho impide que se efectúen torsiones alrededor del enlace
peptídico, lo que determina que los átomos de C, N y O se sitúen en el mismo plano. Solamente se
pueden efectuar torsiones alrededor en los carbonos . El dipéptido presenta un grupo amino y un grupo
carboxilo libres, los cuales pueden unirse a otros aminoácidos, y así sucesivamente. De esta forma se
originan cadenas de aminoácidos (cadenas peptídicas), de longitud variable, que según el número de
aminoácidos se denominan tripéptidos, tetrapéptidos, etc., hasta polipéptidos.
El resultado es que la cadena peptídica presenta una forma más o menos en zig-zag. En los enlaces
peptídicos no participan los radicales de los aminoácidos, que quedan “colgando” de la cadena peptídica.
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida.
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Por convenio, el extremo amino se considera el comienzo de la cadena peptídico y el grupo
carboxilo el final.
amino → ← carboxilo
Como al establecer cada enlace peptídico se libera una molécula de agua, también será posible la
reacción contraria; es decir, la ruptura de dichos enlaces por acción de agua; los péptidos son polímeros
hidrolizables y su hidrólisis total origina aminoácidos.
5. ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS
Cada proteína está compuesta por una
o varias cadenas polipeptídicas y, aunque solo
hay 20 aminoácidos, en cada célula existen
miles de proteínas distintas con funciones
características.
Las cadenas polipeptídicas no son
moléculas lineales, sino que se pliegan en el
espacio y adquieren una forma característica,
que determina su función biológica. La
conformación o la estructura de una proteína es
la disposición espacial que adoptan las cadenas
polipeptídicas.
La compleja estructura de las proteínas puede estudiarse en diferentes niveles de complejidad,
conocidos como estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria. Cada nivel informa de la
disposición espacial del nivel anterior.
ESTRUCTURA PRIMARIA
La estructura primaria de una proteína es la secuencia de aminoácidos de la cadena polipeptídica,
es decir, el número, tipo y orden de los aminoácidos que constituyen la proteína.
La secuencia de aminoácidos es diferente en cada proteína y determina la conformación
tridimensional de la proteína y, por tanto, su función biológica.
Siempre existe un extremo con un aminoácido cuyo grupo amino está libre y otro extremo con un
aminoácido con un grupo carboxilo libre. Por convenio, lo aminoácidos se numeran comenzando por el
que posee el extremo amino libre.
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ESTRUCTURA SECUNDARIA
La estructura secundaria de una proteína es la forma en que la secuencia de aminoácidos se pliega
en el espacio.
A medida que los aminoácidos se van uniendo para formar la cadena polipeptídica, giran y
adoptan una disposición espacial lo más estable posible, que es la estructura secundaria.
Existen dos tipos básicos de estructura secundaria: -hélice y la lámina plegada o lámina . En las
proteínas coexisten ambos, aunque uno de ellos puede predominar sobre el otro.
Estructura en -hélice: el nombre alude a la -queratina, proteína muy abundante en las células de la
epidermis. La estructura en -hélice se produce cuando una cadena polipeptídica gira sobre sí misma, de
manera que la molécula adopta una disposición en hélice, donde los radicales se sitúan hacia el exterior.
La -hélice se mantiene estable gracias a la formación de puentes de hidrógeno entre los grupos
–NH y –CO de los enlaces peptídicos que quedan enfrentados. Si los puentes de hidrógeno se rompen, la
estructura secundaria se pierde.
Lámina plegada o lámina : este tipo de estructura está presente en la -queratina, presente en uñas,
pelos y plumas. Las cadenas polipeptídicas se disponen en paralelo y se pliegan formando una especie de
fuelle o lámina plegada en zigzag, quedando unidas transversalmente mediante puentes de hidrógeno
análogos a los que estabilizan la -hélice. Las cadenas laterales de los aminoácidos se disponen
alternativamente por encima y debajo de la lámina plegada.
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ESTRUCTURA TERCIARIA
Las proteínas no se disponen linealmente en el espacio, sino que sufren
nuevos plegamientos que hacen que la molécula adopte una disposición
espacial tridimensional estable denominada estructura terciaria.
La estructura terciaria se mantiene estable gracias a la formación de
diferentes enlaces entre los radicales de los aminoácidos, que pueden ser:
Puentes disulfuro: son enlaces covalente fuertes entre dos grupos –SH
pertenecientes de dos moléculas de cisteina.
Fuerzas electrostáticas: son enlaces de tipo iónica entre grupos con cargas
eléctricas opuestas.
Puentes de hidrógeno: se establecen entre grupos polares no iónicos en los
que existen cargas parciales en su cadena lateral.
Fuerzas de Van der Waals e interacciones hidrofóbicas: son las uniones más
débiles y se producen entre aminoácidos polares.
En general, existen dos tipos de estructuras terciarias en las proteínas:
Globulares: poseen un alto grado de plegamiento y dan lugar a estructuras
con forma de esfera.
Las proteínas globulares suelen ser solubles en agua y presentan funciones enzimáticas, de transporte u
hormonales.
Las proteínas globulares suelen tener diferentes fragmentos con -hélice y láminas , pero las
disposiciones suelen disponerse en la periferia y las hélices en el centro de la molécula. Además, las
proteínas globulares se doblan de tal manera que, en solución acuosa, los restos hidrófilos quedan hacia el
exterior y los hidrófobos hacia el interior y, por el contrario, en un ambiente lipídico, los restos hidrófilos
quedan en el interior y los hidrófobos en el exterior.
Filamentosas: el plegamiento de la cadena polipeptídica es menor, por lo que estas estructuras
presentan formas alargadas.
Las proteínas filamentosas son insolubles en agua y disoluciones salinas y suelen tener función
estructural, como la queratina, el colágeno o la elastina.
Proteína filamentosa
Proteína globular
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ESTRUCTURA CUATERNARIA
Cuando una proteína está formada por varias cadenas polipeptídicas, adquiere un nivel estructural
superior, la estructura cuaternaria.
Cada cadena polipeptídica es una subunidad de la proteína o protómero, y la estructura
cuaternaria es, sencillamente, la disposición relativa de las subunidades proteicas entre sí.
La unión entre las subunidades se realiza mediante los mismos enlaces que mantienen la estructura
terciaria.
Dependiendo del número de subunidades tendremos dímeros, tetrámeros, pentámeros, etc.
Un ejemplo de estructura cuaternaria es la hemoglobina, formada por cuatro subunidades de
globina (dos y dos ) unidas a una parte no proteica (el grupo hemo).
6. PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS
Las propiedades de las proteínas están determinadas por su composición química y estructura.
Solubilidad
Normalmente las proteínas fibrilares o filamentosas son insolubles en agua, mientras que las
proteínas globulares son solubles. La solubilidad de estas proteínas se debe a que los radicales polares se
localizan en la periferia de la proteína en contacto con las moléculas de agua, formándose una capa de
solvatación de agua alrededor de cada proteína que impide la unión entre ellas.
Debido a su elevada masa molecular, cuando las proteínas son solubles forman dispersiones
coloidales en el agua y no se difunden generalmente a través de las membranas biológicas.
La solubilidad se puede ver afectada por diferentes factores, como el pH, la temperatura o la
concentración salina. Así por ejemplo, al añadir sales al agua, estas compiten con las cargas de los
aminoácidos por las moléculas de agua, se rompe la capa de solvatación que rodea a cada proteína, y
estas acaban precipitando.
Especificidad
A diferencia de las biomoléculas estudiadas hasta ahora, las
proteínas son moléculas específicas, es decir, cada especie posee
algunas proteínas que otros organismos no tienen. Incluso proteínas
que presentan la misma función y una estructura tridimensional muy
semejante suelen tener una secuencia de aminoácidos algo diferente
en cada especie. Este hecho permite llevar a cabo estudios
Biología 2º Bachillerato Tema 1. La base físico-química de la vida.
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filogenéticos y establecer el grado de parentesco entre especies, analizando las semejanzas que existen
entre algunas de sus proteínas.
Además, incluso dentro de la misma especie, los individuos se diferencian por las proteínas que
tienen.
La especificidad de las proteínas es la causa del rechazo en el transplante de órganos y en las
transfusiones sanguíneas.
Desnaturalización
La función biológica de una proteína depende de su estructura tridimensional, también denominada
conformación. Cualquier cambio que suponga una alteración de esta conformación, afecta a la
funcionalidad de una proteína.
Cuando una proteína sufre una alteración en su estructura o conformación y deja de ser funcional,
hablamos de desnaturalización. Los factores que pueden producir la desnaturalización de las proteínas son
variados: aumento de temperatura, variaciones de pH, cambios en la concentración salina, etc.
En la desnaturalización proteica, no se rompen los enlaces peptídicos, pero sí los enlaces que
mantienen la estructura terciaria y secundaria, alterándose el plegamiento de las cadenas peptídicas, y
adquiriendo la proteína una conformación abierta.
La desnaturalización puede ser:
Irreversible: cuando los factores responsables han sido tan intensos o tan duraderos que la proteína no
puede recuperar su forma original. Un ejemplo es la coagulación por el calor de la clara del huevo,
por desnaturalización de la ovoalbúmina.
Reversible: si los factores responsables actúan con escasa intensidad y durante poco tiempo, la proteína
recupera su conformación original cuando cesa la acción de los factores responsables de la
desnaturalización. Un ejemplo sería el moldeado del cabello, debido a la desnaturalización de la
queratina.
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7. CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS
1. HOLOPROTEÍNAS: formadas exclusivamente por aminoácidos
A) PROTEÍNAS FILAMENTOSAS: insolubles en agua. Aparecen principalmente en animales.
Colágeno: tejido conjuntivo, cartílago y hueso
Queratina: cabello, uñas, plumas, cuernos, pezuñas,...
Elastina: tendones, vasos sanguíneos
B) PROTEÍNAS GLOBULARES: solubles en agua o disoluciones polares.
Histonas: asociadas al ADN
Prolaminas*
: semillas vegetales ( zeína del maíz, gliadina del trigo, hordeína de la cebada)
Gluteínas*
: orizanina del arroz, glutenina del trigo. ( * Insolubles en agua )
Albúminas: seroalbúmina de la sangre, ovoalbúmina del huevo, lactoalbúmina de la leche, globina de
la hemoglobina
Globulinas: ovoglobulina del huevo, lactoglobulina de la leche, gammaglobulinas o inmunoglobulinas
(anticuerpos)
2. HETEROPROTEÍNAS: formadas por una parte proteica de aminoácidos y un grupo prostético (no
proteico)
A) CROMOPROTEÍNAS: el grupo prostético es una sustancia coloreada.
PORFIRINAS: el grupo prostético es un anillo
tetrapirrólico o porfirina. En el centro de este anillo
aparece un catión metálico:
Grupo hemo: catión Fe2+
. Hemoglobina, Mioglobina
(transportan O2), Citocromo C (transporta electrones)
Grupo hemino: catión Fe3+
. Peroxidasas, Catalasas.
NO PORFIRINAS:
Hemocianina: contiene Cu, aparece en crustáceos y
moluscos
Hemeritrina: contiene Fe, aparece en anélidos y braquiópodos
B) GLUCOPROTEÍNAS: el grupo prostético es un glúcido
Hormonas: FSH, LH, TSH
Proteoglucanos: liquido sinovial, tendones, huesos y cartílagos
Glucoproteínas de las membranas celulares
Inmunoglobulinas (anticuerpos)
C) LIPOPROTEÍNAS: grupo prostético formado por ácidos grasos
Lipoproteínas de las membranas celulares
Lipoproteínas de la sangre: transportan lípidos
D) FOSFOPROTEÍNAS: el grupo prostético es el ácido fosfórico (H3PO
4).
Caseína: en la leche
Vitelina: en el huevo
E) NUCLEOPROTEÍNAS: el grupo prostético es un ácido nucleico. Son nucleoproteínas las asociaciones de
histonas o protaminas con ADN.
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8. FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LAS PROTEÍNAS