POLÍMEROS

POLÍMEROS

En términos generales, a las moléculas que presentan masas superiores a 10.000 u.m.a se lesconoce como macromoléculas (del griego makros, que significa “grande” o “largo”).Cuando unamacromolécula se obtiene al repetirse un patrón de átomos a lo largo de la misma, se obtiene unpolímero (del griego poly, que significa “muchos”, y meros, “partes”).El compuesto formado poruna sola unidad de dicho patrón de átomos y a partir del cual se forma un polímero, se conocecomo monómero (del griego monos, que significa “uno”). Si para la obtención de algún polímerose utilizan dos o más monómeros distintos, entonces, se habla de copolímero. Si un polímerofluye y permite ser moldeado, extruído o laminado, se le denomina plástico.

CURSO: QUÍMICA MENCIÓN

MATERIAL QM Nº 29

2

INTRODUCCIÓN

Los polímeros son macromoléculas formadas por la unión de miles de componentes molecularesidénticos o distintos y que forman enormes cadenas de diversa composición y forma. La unidadestructural básica es el monómero y dependiendo de su conformación y propiedades mecánicas,estas macromoléculas son subclasificadas.

En la naturaleza hay polímeros de gran valor comercial como el algodón, la celulosa, la seda o elhule, sin embargo, un número mayor de polímeros usados a diario son materiales sintéticoselaborados industrialmente.

CLASIFICACIÓN

Los polímeros se pueden clasificar de distintas formas según las propiedades o características quese analicen, así existen por lo menos 5 clasificaciones distintas, según: origen, composiciónquímica, mecanismo de formación, comportamiento frente a la temperatura y aplicaciones.

Según su origen

• Polímeros naturales: También llamados biopolímeros. Son macromoléculas formadas porlos propios seres vivos. Ejemplos son las proteínas, los ácidosnucleicos, los polisacáridos (como la celulosa y la quitina, el almidón),el hule o caucho natural y otros.

• Polímeros semisintéticos: Se obtienen por transformación de polímeros naturales ya existentes.Ejemplos son la nitrocelulosa y el caucho vulcanizado.

• Polímeros sintéticos: La mayoría de estos polímeros tienen sus derivados monoméricosprovienen del petróleo aunque hay una industria floreciente dederivados del almidón (plástico biodegradable). Por ejemplo, el nylon,el poliestireno, el cloruro de polivinilo (PVC), el polietileno, etc.

POLIMEROS

ORIGEN COMPOSICIÓNCOMP. FRENTE

A LATEMPERATURA

MECANISMODE

FORMACIONAPLICACIONES

3

Según su composición química

• Polímeros orgánicos: Poseen en la cadena principal átomos de carbono. Entre ellos haysubdivisiones como:

Polímeros vinílicos, la cadena principal de sus moléculas estáformada exclusivamente por átomos de carbono. Dentro de ellos sepueden distinguir:

Poliolefinas, formados mediante la polimerización de olefinas.Ejemplos: polietileno y polipropileno.

Estirénicos, que incluyen al estireno entre sus monómeros.Ejemplos: poliestireno y caucho estireno-butadieno.

Vinílicos Halogenados, que incluyen átomos de halógenos (Cloro,Flúor y Bromo) en su composición. Ejemplos: PVC y teflón.

Acrílicos, derivados de ésteres acrílicos. Ejemplos: PMMA.

• Polímeros orgánicos no vinílicos: Además de Carbono, tienen átomos de Oxígeno oNitrógeno en su cadena principal.

Poliésteres

Poliamidas

Poliuretanos

Polímeros inorgánicos: Con origen en moléculas no derivadas de petróleo.

Incluyen Azufre. Ejemplo: polisulfuros.

Incluyen Silicio. Ejemplo: silicona.

Según su mecanismo de formación

• Polímeros de condensación: La reacción de polimerización implica la formación de unamolécula de baja masa molecular que se elimina del polímeroprincipal, por ejemplo agua. Así se forman por ejemplo laspoliamidas (proteínas) y los poliésteres (telas).

• Polímeros de adición: La polimerización no implica la liberación de ningún compuesto debaja masa molecular. Esta polimerización se genera cuando un“catalizador” o “iniciador”, da comienzo a la reacción. Estecatalizador logra que los monómeros se unan entre sí a través deradicales, cargas positivas o negativas generados en doblesenlaces y así se van uniendo uno tras uno hasta que la reaccióntermina.

En ambos casos la reacción puede ser completada en un solo paso o en varias etapas según elpolímero que se quiera sintetizar.

4

Según su comportamiento al elevar la temperatura

Para clasificar polímeros, una de las formas empíricas más sencillas consiste en calentarlos porencima de cierta temperatura. Según si el material funde y fluye o no lo hace se diferencian dostipos de polímeros:

• Termoplásticos: Fluyen (pasan al estado líquido) al calentarlos y se vuelven a endurecer(vuelven al estado sólido) al enfriarlos. Su estructura molecular presentapocos (o ningún) entrecruzamientos, o sea, son principalmente polímeroslineales. Ejemplos: polietileno (PE), polipropileno (PP), PVC.

• Termoestables: No fluyen, y lo único que ocurre al calentarlos es que se descomponenquímicamente. Este comportamiento se debe a una estructura con muchosentrecruzamientos, que impiden los desplazamientos de las moléculas.

Termoestable Termoplástico

Según sus aplicaciones

Atendiendo a sus propiedades y usos finales, los polímeros pueden clasificarse en:

• Elastómeros: Son materiales con alta elasticidad y extensibilidad; es decir, se deforman alsometerlos a un esfuerzo pero recuperan su forma inicial al eliminar elesfuerzo. En cada ciclo de extensión y contracción los elastómeros absorbenenergía. Ejemplo: las suelas de los zapatos.

• Plásticos: Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente intenso, sedeforman irreversiblemente, sin recuperar su forma original. Muchas veces eltérmino “plástico” se aplica a todos los polímeros como si fuera un nombregenérico aún cuando los polímeros no tengan la propiedad.

• Fibras: Presentan alta elasticidad y baja extensibilidad, o sea, pueden deformarsepero siempre recuperarán su forma original sin estirarse demasiado, lo quepermite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables.

• Recubrimientos: Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otrosmateriales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo resistencia a laabrasión. Entre estos están las pinturas.

• Adhesivos: Son sustancias que combinan una alta adhesión y cohesión, lo que les permiteunir dos o más cuerpos por contacto superficial como lo hacen los pegamentoscomunes.

5

POLÍMEROS SINTÉTICOS

POLÍMEROS DE ADICIÓN

En la polimerización por adición, las unidades de construcción o monómeros se unen unas conotras de tal manera que el producto polimérico contiene a todos los átomos de los monómerosiniciales. Para lograr esto es necesario que el monómero inicial presente por lo menos unainstauración.

Hay muchos polímeros de adición, de bastante uso y aplicación. Casi la mayoría de ellos seobtiene a partir de monómeros derivados del etileno (CH2=CH2), en los cuales uno o más átomosde Hidrógeno han sido reemplazados por otro átomo o grupo. La sustitución de uno de los átomosde Hidrógeno por un grupo metilo da el monómero propeno (CH2=CH-CH3), también conocidocomo propileno.

Este tipo de polimerización puede ser llevada a cabo por tres mecanismos: vía radicales, víacatiónica o vía aniónica. De estas tres la de radicales es la corriente y las otras dos se usancuando es imposible formar radicales.

Mecanismo de polimerización con Radicales

Un radical es una especie química donde existe un electrón desapareado.

Este mecanismo de polimerización requiere de un iniciador, esto es, una molécula, capaz deformar radicales de manera fácil y con ello dar inicio a la reacción.

En todos los mecanismos que serán analizados las flechas indican el movimiento deelectrones ya sea de pares o de un electrón sólo (flecha con media punta).

2HC CH

F

+I I CH2 CH

F

I CH2 CH

F

2HC CH

F

I CH2 CH

F

CH2 CH

F

I CH2 CH

F

CH2 CH

F

2HC CH

F

I CH2 CH

F

CH2 CH

F

CH2 CH

F

. .

. .

..

F , es un grupo funcional cualquiera.

6

APLICACIONES COMERCIALES

POLIETILENO

Es un polímero termoplástico que se fabrica de alta y baja densidad. El de alta densidad esparcialmente cristalino y se utiliza en la fabricación de objetos plásticos, tales como juguetes,botellas, gabinetes de radio y televisión. El de baja densidad, es amorfo y se emplea para hacerbolsas y como aislante térmico.

Contra lo que podría pensarse, las películas para envolver los alimentos y mantenerlos frescos sehacen con polietileno de alta densidad, que es menos permeable, y por lo tanto conserva mejor lahumedad natural de los alimentos.

n CH2=CH2 [-CH2-CH2-]n

ETENO POLIETILENO(ETILENO)

POLIPROPILENO

Es un material plástico resistente que se moldea para fabricar maletas de casco duro y en lafabricación de cajas de batería. Si el polipropileno se convierte en fibras, se utiliza en telas detapicería y alfombras.

CH2 CH CH3 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH

CH3 CH3 CH3 CH3

PROPILENO POLIPROPILENO

POLIESTIRENO

Es un polímero que se utiliza para la fabricación de vasos transparentes “desechables” y, con laadición de color y cargas, se utiliza para manufacturar juguetes de bajo costo y artículos para elhogar. Cuando se insufla un gas en el poliestireno líquido, éste forma una espuma y alendurecerse se convierte en la conocida espuma sólida (plumavit o aislapol) con la que se hacenvasos desechables, moldes de embalajes y planchas que se utilizan extensamente como aislantesen las viviendas.

CH2=CH CH2-CH CH2-CH CH2-CH CH2-CH

ESTIRENO POLIESTIRENO

7

Formación de Poliestireno

1 Iniciador I - I 2 I.

2 Primera etapa + I. I

.

3 Propagación I

. I.

I. I

.

4 Final

* *

n

CLORURO DE POLIVINILO

Se utiliza en la fabricación de un material sintético resistente parecido al cuero natural, en lafabricación de botellas plásticas irrompibles, en la fabricación de pisos duraderos, en la fabricaciónde materiales ligeros de plomería e inoxidables. El cloruro de polivinilo (PVC) tiene todas estasaplicaciones y muchas más.

CH2 CH Cl CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2

Cl Cl Cl ClCLORURO DE VINILO

POLICLORURO DE VINILO

CLORURO DE POLIVINILO

O

P.V.C

8

TEFLÓN

Cuando el compuesto tetrafluoroetileno (TFE) se polimeriza se obtiene el Politetrafluoroetileno(PTFE) o teflón. Debido a que los enlaces C-F son excepcionalmente fuertes y resistentes al calory a los agentes químicos, el teflón es un material resistente, poco reactivo y no inflamable. Estepolímero se utiliza en recubrir utensilios de cocina como sartenes, pailas y ollas, ya que lesconfiere la propiedad de antiadherentes.

F2C CF2 CF2 CF2 CF2 CF2 CF2 CF2 CF2 CF2

TETRAFLUORETILENO POLTETRAFLUORETILENO

TEFLÓN

CAUCHO SINTÉTICO

Durante la primera guerra mundial, científicos alemanes descubrieron la manera de fabricarcaucho sintético. Este se sintetizó a partir de un derivado del butadieno (en vez de isopreno).

El Caucho Estireno Butadieno más conocido como caucho SBR es un copolímero (polímeroformado por la polimerización de una mezcla de dos o más monómeros) del Estireno y el 1,3-Butadieno. Este es el caucho sintético mas utilizado a nivel mundial y se denomina caucho SBR.

Los monómeros que dan origen al caucho sintéticoy estructura del copolímero.

9

CUADRO RESUMEN DE ALGUNOS POLÍMEROS DE ADICIÓN

CH2H2C

CHH2C

CHH2C

CHH2C

CHH2C

CHH2C

CH3

Cl

CN

O C

O

CH3

H2C CCl2

F2C CF2

CH2C OC

O

CH3

CH3

C C

H

H H

n

C C

H

H H

nCH3

C C

H

H H

n

H

C C

H

H H

nCl

C C

H

H Cl

nCl

C C

F

F F

nF

Monómero Polímero Nombre Usos

Polietileno

Polipropileno

Poliestireno

Cloruro de polivinilo (PVC)

Bolsas de plàstico,juguetes, aislantes eléctricos

Alfombras para interiores yexteriores, botellas, maletas

Muebles de imitación de madera,aislantes de espuma plástica, vasos,juguetes, materiales de empaque

Envolturas de plástico,imitación de cuero, plomería,mangueras para jardín,losetas para pisos

Cloruro depolivinilideno

(sarán)

Envolturas para alimentos,cubiertas para asientos

Politetrafluroetileno(teflón)

Recubrimiento antiadherentepara utensilios de cocina,aislantes eléctricos

C C

H

H H

nCN

C C

H

H H

nO C

O

CH3

C C

H

H CH3

nOC

O

CH3

Poliacrilonitrilo(orión, acrilán, creslán, dylen)

Estambres, pelucas, pinturas

Acetato depolivinilo

Adhesivos, recubrimientostextiles, resinas para gomade mascar, pinturas

Polimetacrilatode metilo

Sustituto del vidrio,bolas de boliche

10

POLÍMEROS DE CONDENSACIÓN

En un polímero de adición, todos los átomos de las moléculas del monómero quedan incorporadosen el polímero. En cambio, en un polímero de condensación una parte de las moléculas delmonómero no se incorpora al polímero final. Comúnmente, durante la polimerización porcondensación se expulsa una molécula pequeña, como por ejemplo, agua.

NYLON

Existen varios tipos diferentes de nylon que se preparan a partir de un monómero o de variosmonómeros diferentes, pero todos ellos comparten algunas características estructurales comunes.

Estructura del monómero y parte de un tipo de polímero de condensación corriente de nylon:

NYLON 6

El monómero de este nylon es un ácido carboxílico con un grupo amino en el sexto átomo decarbono, el ácido 6-aminohexanoico. La polimerización consiste en la reacción del grupo carboxilode una molécula de monómero con el grupo amino de otra molécula. Esta reacción produce unenlace amida que une a las moléculas de monómeros formando el polímero, en este caso unapoliamida. En esta reacción se desprende una molécula de agua como producto secundario.

NYLON 66

Poliamida con monómeros diferentes descubierto en 1937. En este caso un monómero contienedos grupos amino (1,6-hexanodiamina) y el otro monómero tiene dos grupos carboxilo (ácidohexanodioico o ácido adípico), el producto es también una poliamida similar al nylon 6. La seda yla lana que son fibras de proteínas, son poliamidas naturales.

11

Mecanismo de formación del Nylon 66

El nylon 66 es una poliamida fabricada a semejanza de la seda. Recibe el nombre de 66 porquesus componentes contienen, ambos, 6 carbonos.

NH2H2N

O

OH

O

HO

Ácido Hexanodioico6 Carbonos

1,6-Hexanodiamina6 Carbonos

+

HONH

NH2

O

O

+ H2O

+O

OHO

HO

HONH

HN

OH

O

O O

O

+ H2O

+NH2H2N

H2N

HN

NH

HN

OH

O

O

O

O

+ H2O

BAQUELITA

Retrocediendo en el tiempo, la baquelita fue el primer polímero sintético. Esta resina de fenol-formaldehído fue sintetizada por Leo Baekeland y patentada el 1909.La reacción se lleva a cabo en dos etapas: el formaldehído se adiciona en primer término a lasposiciones 2 y 4 de la molécula de fenol. Las moléculas sustituidas reaccionan a continuación conexpulsión del agua. Este enlazamiento continúa hasta formar una red extensa.

O H

O H

O H

O H O H

O H

O H

O H

O H

C H 2

C H 2 C H 2

C H 2 C H 2

C H 2

C H 2

C H 2 C H 2

R e s i n a d e F e n o l - F o r m a l d e h í d o

12

El gran entrecruzamiento le otorga a la baquelita sus propiedades características. La baquelita estermoestable, o sea, no sufre variaciones en su forma. Al calentarse, sin embargo, puedemoldearse a medida que se forma. Al comienzo (baquelita A) es líquida y a medida que el pesomolecular crece se torna pastosa (baquelita B) o sólida (baquelita C).

Antiguamente la baquelita se utilizó para fabricar marcos de lentes ópticos. Fue la reemplazante,(de menor precio) del carey, (polímero natural). Con su irrupción en el mercado ayudó demanera indirecta a preservar a una especie de tortugas llamadas tortugas de carey de cuyoscaparazones se obtenía el carey para hacer objetos de lujo.

Otros polímeros de condensación son:

POLICARBONATOS

Polímeros duros y translúcidos como el vidrio que tienen la resistencia suficiente para usarse enventanas a prueba de balas, también se usan en la fabricación de cascos protectores.

Un tipo de polímero del tipo policarbonato

C

CH3

CH3

OC

O

O

Grupo Carbonato

POLIURETANOS

Son elastómeros de estructura similar a la del nylon, pero en lugar de la estructura –NH-CO-aparece una del tipo –NH-CO-O-. Estos polímeros de usan especialmente como espuma de relleno(espuma de poliuretano) para cojines, colchones y muebles acojinados.

RESINAS EPÓXICAS

Constituyen excelentes recubrimientos de superficies y son poderosos adhesivos. Los adhesivosepóxicos tienen dos componentes que se mezclan antes de usarse. Se forman enlaces cruzadosentre las cadenas de polímeros, y de esta manera la unión es muy fuerte.

13

SILICONAS

Las siliconas son compuestos sintéticos cuyo componente elemental es el Silicio. La cadenaprincipal de las siliconas alterna Silicio y Oxígeno. Cada átomo de Silicio tiene dos radicalesunidos. Por otra parte es importante resaltar que el enlace Si-O es altamente flexible.

Los radicales R presentes en la estructuras pueden ser muy variados, esto sumado al hecho deque la cadena principal puede variar mucho su tamaño le proporcionan a las siliconas una altavariedad de usos y aplicaciones.

Gaseosas, menores a 10 unidades básicas.Aceites, entre 10 y 100 unidades básicas.Resinas, entre 100 y 500 unidades básicas.Gomas, entre 500 y 2000 unidades básicas.

Algunas de las propiedades de las siliconas son:

1. Buena aislación eléctrica, aunque puede fabricarse para conducir electricidad.

2. Alta estabilidad térmica, con gran conservación de sus propiedades en rangos tan amplios

como -100 °C hasta 250 °C.

3. Es repelente al agua.

4. Alta resistencia a la descomposición por reacción con oxígeno o con luz U.V.

5. No se pega, a menos que esté diseñada para eso.

6. Muy poca reactividad química, lo que le da estabilidad.

7. Poca toxicidad.

8. Alta permeabilidad a los gases.

Las siliconas de acuerdo a sus características se usan como sellantes e impermeabilizantes, comolubricantes en la industria automotriz y en la fabricación de utensilios de cocina y juguetes.

14

Síntesis de silicona

Las siliconas son sintetizadas a partir de dialquilclorosilanos y agua. La reacción origina lasiliciona y gas de HCl.

n Si(CH3)2Cl2 + n H2O [Si(CH3)2O]n + 2n HCl

En la síntesis moderna de siliconas se utilizan tetraalquiloxisilanos, los cuales reaccionan demanera más suave y controlable que los clorosilanos.

SiCl4 + 4 ROH Si(OR)4 + 4HCl

Si(OR)4, tetraalquiloxisilano.

POLIMEROS NATURALES

Prácticamente la totalidad de los polímeros naturales son de adición. Los polímeros naturalesreúnen, entre otros, al almidón cuyo monómero es la glucosa y al algodón, hecho de celulosa,cuyo monómero también es la glucosa. La diferencia entre ambos es la forma en que losmonómeros se encuentran dispuestos dentro del polímero. Otro polímero natural es el caucho, esun gran ejemplo pues su masificación marca un hito en la historia de los polímeros pues fue unode los primeros en comercializarse a nivel mundial.

POLISACÁRIDOS

Entre los polisacáridos, los más importantes son aquellos que derivan de la glucosa. Esta azúcarda origen a varios polímeros muy importantes para nuestro diario vivir, como el almidón (querepresenta una fracción importante del aporte calórico de nuestra dieta) y la celulosa.

Almidón

Celulosa

15

La única diferencia estructural entre el almidón y la celulosa, es el tipo de unión entre lasmoléculas de glucosa (alfa para el almidón y beta para la celulosa), sin embargo, amboscompuestos tienen propiedades muy diferentes. La celulosa es el material resistente que forma lasparedes de las células vegetales, mientras que el almidón es soluble en agua y es usado por lasplantas como sustancia de reserva.

CAUCHO NATURAL

La estructura química del caucho natural corresponde a un polímero de adición del monómerollamado isopreno.

Isopreno y caucho.

Como se aprecia en la figura, el polímero del isopreno, caucho, presenta un doble enlace en suestructura, esto provoca que el caucho natural reaccione con agentes externos (luz solar, oxígenoy radicales libres presentes en el aire), y se “envejezca”, es decir, se endurece perdiendo suspropiedades elásticas.

El caucho natural era usado en un comienzo por los indios americanos para impermeabilizar telas,fabricar zapatos y algunos juguetes, y al descubrirlo los españoles se agregó su uso comoborrador de marcas de lápiz,pero, a pesar de sus amplios usos, el caucho posee el graninconveniente de ser muy sensible a la acción del calor, del frío y de la luz solar, esto impidió sumasificación.

Vulcanización

La vulcanización es un proceso industrial mediante el cual se calienta el caucho crudo enpresencia de azufre con el fin de volverlo más duro y resistente al frío. Se dice que fuedescubierto por Charles Goodyear en 1839 por accidente, al volcar un recipiente de azufre ycaucho encima de una estufa. Esta mezcla se endureció y se volvió impermeable, a la que llamóvulcanización en honor al dios vulcano. Sin embargo, hay estudios que demuestran que unproceso similar a la vulcanización, pero basado en el uso de materiales orgánicos (savias y otrosextractos de plantas) fue utilizado por la Cultura olmeca 3.500 años antes para hacer pelotas dehule destinadas a un juego ritual.

El proceso de vulcanización modifica en extremo la estructura del polímero y lo convierte en unmaterial más resistente al frío y a los agentes externos pues en el proceso se formanentrecruzamientos entre las cadenas del caucho, mejorando su dureza y resistencia.

16

Reacción de vulcanización

El proceso de vulcanización logró la masificación definitiva del caucho en todo el mundo,especialmente luego de que John Dunlop inventara el neumático en 1887, el producto obtenidoera de superficie lisa y no adherente, además de resistente y elástico. A la par del desarrollo de laindustria del caucho comenzó una explotación de este recurso en el norte del Amazonas que dioorigen a esclavitud de indígenas.

La estructura tridimensional del caucho vulcanizado con estos enlaces cruzados de azufre, leaporta mayor dureza y resistencia, ideal para ser utilizada en los neumáticos de los automóviles.Sorprendentemente, la formación de enlaces cruzados también mejora la elasticidad del caucho.

El caucho utilizado con fines industriales contiene de 1 a 2% de azufre, si su contenido de azufrees del 3% o más, es lógico pensar entonces que el caucho formará mayor cantidad de enlacescruzados y adquiriría una estructura casi rígida, sin ninguna elasticidad, obteniéndose así uncaucho duro que se conoce con el nombre de ebonita.

BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS

AMINOÁCIDOS

Los aminoácidos son compuestos que poseen la función amina ( -NH2 ) y la función ácido o grupocarboxilo (-COOH ) en su estructura. En condiciones adecuadas, los aminoácidos puedenreaccionar originando moléculas cada vez más grandes hasta adquirir la categoría de polímeros.

La estructura de un aminoácido es la que sigue:

CH COOHR

NH2

Se conocen unos 20 aminoácidos naturales, que se diferencian en el sustituyente R, de los cuales8 de ellos son considerados esenciales, es decir, deben ser ingeridos en la dieta ya que no sonsintetizados por el organismo.

17

AMINOÁCIDOS (en negrita los esenciales)

Gli Glicina Cis CisternaAla Alanita Met MetioninaVal Valina Trp TriptofanoLeu Leucina Tir TirosinaIle Isoleucina Gln GlutaminaFen Fenilalanina Asp Ácido AspárticoPro Prolina Glu Ácido GlutámicoSer Serina Lis LisinaTre Treonina Arg ArgininaAsn Asparagina His Histidina

El enlace peptídico

Las proteínas son poliamidas. El enlace de las amidas (-CONH-) se denomina enlace peptídicocuando une a dos unidades de aminoácidos.

H 3N + C H

R

C

O

N H C H

R

C

O

E n la c e P e p tíd ic o

O -

Se observa que al aparecer un grupo amino activo a la izquierda y un grupo carboxilo a laderecha, estos pueden seguir reaccionando para unir más unidades de aminoácidos. Este procesopuede continuar hasta obtener la unión de miles de unidades de aminoácidos para formar unamolécula gigante (polímero) llamado proteína.

H 3 N + C H

R

C

O

N H C H

R

C

O

N H C H

R

C

O

N H C H

R

C

O

N H C H

R

C

O

n

A m in o C a r b o x i lo

O -

Cuando se unen dos aminoácidos, se forma un dipéptido

H 3N + C H 2 C

O

N H C H C

O

C H 2

O -

G lic ilfe n ila la n in a (u n d ip é p tid o )

18

Cuando se unen tres unidades de aminoácidos, se denomina un tripéptido

H 3 N + C H C

O

N H C H C

O

C H 3C H 2 O H

N H C H C

O

O -

C H 2 S H

S e r i l a l a n i l c i s t e í n a ( u n t r i p é p t i d o )

Una molécula con más de 10 unidades de aminoácidos se llama simplemente un polipéptido y,cuando el peso molecular del polipéptido es mayor que 10.000, se denomina proteína. Ladiferencia entre polipéptido y proteína es arbitraria y no siempre se aplica con precisión.

Al revisar la estructura de una proteína es de suma importancia determinar cuántos son losaminoácidos involucrados, la manera más simple es asumir que la cantidad de aminoácidosexcede en uno a la cantidad de enlaces peptídicos (si la cadena peptídica es lineal).

LAS PROTEÍNAS

Las proteínas son los compuestos bioquímicos más abundantes en los seres vivos. Sonverdaderamente especiales, pues son las sustancias centrales en casi todos los procesosbiológicos.

Las enzimas, por ejemplo, son proteínas que permiten y controlan casi todas las reaccionesquímicas en los sistemas vivos. Junto a los lípidos, las proteínas son componentes estructuralesde las membranas celulares. Las proteínas de las membranas ayudan a transportar sustancias através de la doble capa lipídica y trabajan como sitios receptores de los neurotransmisores y delas hormonas.

Las proteínas son responsables del soporte estructural y del movimiento del cuerpo humano. Eltejido conectivo está formado por fibras proteínicas fuertes que ayudan a unir la piel y el hueso.Los tejidos musculares están formados por proteínas.

Las proteínas participan en el transporte y almacenamiento de iones y moléculas, por ejemplo,llevar el Oxígeno de los pulmones a las células. Las proteínas llamadas inmunoglobulinasconstituyen una de las líneas de defensa más importante contra agentes infecciosos. Taldiversidad de roles en estos polímeros, los transforman en un pilar químico de la materia viva.

ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS

Se conocen cuatro niveles de organización:

ESTRUCTURA PRIMARIA

Corresponde a su secuencia de aminoácidos. Esta estructura se mantiene unida por los enlacespeptídicos entre las moléculas de aminoácidos. En otras palabras, esta estructura indica la clase yorden de los aminoácidos en la molécula.

Asp-Arg-Val-Tir-Ile-His-Pro-FenEstructura primaria de la angiotensina II, un octapéptido que se produce

en los riñones que causa fuerte constricción de los vasos sanguíneos.

19

ESTRUCTURA SECUNDARIA

Se refiere a la disposición de las cadenas alrededor de un eje. Esta disposición podría ser delámina plegada (como en la seda), o de hélice (como la lana). Esta estructura es la forma queadquiere la cadena debido a los puentes de hidrógeno entre grupos amídicos.

Estructura secundaria de una proteína. Hélice (α) y lámina plegada (β)

ESTRUCTURA TERCIARIA

Se refiere a las relaciones espaciales de las unidades de aminoácido que están relativamenteseparadas unas de otras en la cadena proteica. Esta es la forma que adquiere una proteína debidoa las relaciones que se establecen entre los grupo R-libres de los diferentes aminoácidos.

Estructura terciaria de una proteína: Cuatro diferentes tipos de interacciones que se establecen en laestructura terciaria de una proteína.

ESTRUCTURA CUATERNARIA

Se presenta sólo en las proteínas que presentan más de una cadena polipeptídica. Se consideracomo la unión mediante enlaces débiles intermoleculares de varias cadenas polipeptídicas deestructura terciaria, formando un complejo estable. Un ejemplo es la estructura de lahemoglobina:

20

CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS

Las proteínas se clasifican en simples o conjugadas, dependiendo de su constitución.

Las simples son aquellas que por hidrólisis producen únicamente -aminoácidos.

Las conjugadas son aquellas que por hidrólisis producen aminoácidos u otras sustanciascomo monosacáridos, ácidos nucleicos y lípidos.

PROTEÍNAS SIMPLES

I. GLOBULARES

Globulinas: Son indispensables para la defensa contra las infecciones y sondenominadas gama-globulinas.

Albúminas: Se encuentran en los huesos y en la sangre donde sirven comosistema buffer, para mantener el pH constante.

Histonas: Son proteínas básicas, que están asociadas a los ácidos nucleicos.

II. FIBROSAS

Colágenos: Proteínas en tejidos conectivos como tendones, ligamentos, Seencuentran también en los huesos y dientes.

Elastinas: Son también componentes de tejido conectivo y de vasos sanguíneos,son elásticas y se pueden alargar.

Queratinas: Proteínas fibrosas que se encuentran en el pelo, la piel, la uñas, elalgodón y la lana.

PROTEÍNAS

SIMPLES CONJUGADAS

globulares fibrosas glicoproteínas lipoproteínas nucleoproteínasHemoproteínas

21

PROTEÍNAS CONJUGADAS

Glicoproteínas: Contienen un carbohidrato como grupo no proteico (grupo prostético).Por ejemplo, la mucina de la saliva.

Lipoproteínas: Poseen un lípido como grupo prostético. Se encuentran en la cubiertade los nervios, membranas celulares, núcleo y ribosoma. Por ejemplo,-globulina presente en el suero.

Hemoproteínas: (Cromoproteínas).Poseen un grupo prostético coloreado. Por ejemplo,la hemoglobina.

Nucleoproteínas: Están asociadas con los ácidos nucleicos.

FUNCIONES PROTEICASEstructurales

Colágeno: fundamental en la piel, huesos y cartílagos. Lipoproteínas: básica en las membranas celulares.

Contráctiles

Actina y miosina: proteínas musculares.

Hormonas (mensajero químico)

Insulina: introduce glucosa a las células.

Catalizadores

Enzimas: regulan las reacciones químicas en los seres vivos.

Proteínas de defensa

Anticuerpos y globulinas.

Proteínas transportadoras

Albúmina: transporte de la bilirrubina. Hemoglobina: encargadas del transporte del oxígeno.

Proteínas de mantenimiento

Ejemplo: Aquellas dedicadas al mantenimiento del pH y de la presión osmótica.

22

La desnaturalización de proteínas

Es la pérdida de la estructura conformacional de la proteínas, este efecto es originado por unagente externo como el calor, un ácido, una base, una sal o una radiación ultravioleta. Enocasiones, en la desnaturalización, se rompen enlaces covalentes haciendo irreversible el procesode regresar a la estructura u organización original. Las proteínas desnaturalizadas son imposiblesde cristalizar por lo tanto, su función biológica es bastante distinta (comparativamente) de laproteína original. Para que una proteína presente algún valor alimenticio debe experimentar elproceso de desnaturalización, este proceso va seguido de la coagulación de la proteína, formandouna masa sólida e insoluble y biológicamente inactiva.

ÁCIDOS NUCLEICOS

Ácido Desoxirribonucleico (ADN)

En 1953, Watson, Crack, Franklin y Wilkins, fueron los primeros científicos en identificar laestructura correcta de la molécula de ADN. Ésta es una cadena de nucleótidos que se encuentraen el núcleo de la célula y guarda la información genética siguiendo un código que depende de laubicación y distribución de las bases nitrogenadas.

Cromatina

La cromatina es el mismo ADN disperso en el núcleo. Cuando la célula se va a dividir, la cromatinase duplica y luego se rompe en fragmentos llamados cromosomas. Los cromosomas estánformados por unidades llamadas genes, que son los responsables de transportar la informacióngenética.

Componentes del ADN

El ADN está compuesto de 3 tipos de moléculas distintas, una base nitrogenada, un éster defosfato y un azúcar, los cuales se combinan de la siguiente manera para formar una cadena deADN.

En la estructura del ADN, se van conectando los diferentes nucleótidos mediante enlaces 3’ y 5’.En la conformación de ADN intervienen nucleótidos de Adenina, Timina, Guanina y Citosina.

23

Las dos cadenas de polinucleótidos van en sentidos opuestos en una molécula de ADN. En cadaextremo de una molécula de ADN se une el extremo 5’ de una cadena y el extremo 3’ de la otra.

Las cadenas de polinucleótidos que van en sentidos opuestos se denominan cadenas antiparalelas.Si se torciera una escalera flexible, tomaría la forma de una molécula de ADN. Los peldaños de laescalera serían análogos a los pares de bases y los soportes serían análogos a las unidadesalternantes de desoxirribosa y fosfato.

La estructura denominada doble hélice justifica la replicación y la manera en que el ADN almacenala información genética. Esta estructura consta de dos cadenas de ADN dispuestasantiparalelamente, de esa forma las bases nitrogenadas de las cadenas de ADN establecenuniones de puente de hidrógeno con la cadena vecina a la vez que comienzan a enroscarse unasobre la otra.

Los puentes de hidrógeno se establecen entre adenina-timina (A=T) y citosina-guanina (C≡G).

Como se puede apreciar la estructura de las bases permite que estas se enfrenten y se unan demanera casi perfecta.

Dado que la cantidad de bases presentes en una cadena de ADN es muy grande (se estima que elgenoma humano contiene más de 3 millones de pares de bases) la fuerza que mantiene unidas alas dos cadenas de ADN es extremadamente alta.

24

Replicación de ácidos desoxirribonucleicos

Las moléculas de ADN pueden presentar una reacción catalizada por enzimas en ellas producenduplicados exactos de si mismos. Tal reacción es única entre las moléculas y se denominareplicación del ADN. La replicación de moléculas de ADN es necesaria para todos los seres vivos.

En la secuencia de bases (en los nucleótidos de las moléculas de ADN), se encuentra toda lainformación hereditaria de un organismo. Cuando las células se dividen, debe existir algún mediopor el cual la información hereditaria de la célula progenitora se transfiere a las dos célulasdescendientes.

La replicación del ADN es catalizada por la ADN polimerasa y comienza cuando los enlaces dehidrógeno entre los pares complementarios de bases se rompen. La molécula de ADN se separade forma similar a como se abre un cierre eclaire. Dentro del fluido que rodea a la molécula deADN se encuentran moléculas libres de trifosfato de desoxinucleósido, incluyendo dATP, dGTP.dCTP y dTTP.

Bajo la dirección del ADN polimerasa, las moléculas de trifosfato de desoxinucleósido son llevadashacia las bases que están expuestas después de que la molécula de ADN comienza adesenvolverse. Una base de adenina en la molécula de ADN forma enlaces de hidrógeno con unabase de timina complementaria que forma parte del desoxinucleótido libre. Una base de guaninade la molécula de ADN forma enlaces de hidrógeno con su base complementaria de citosina y asísucesivamente. Por lo tanto, cada cadena se une a su complemento y produce una réplica exactade la cadena a la cual estaba originalmente unida.

Replicación del ADN

DMON-QM29

Puedes complementar los contenidos de esta guía visitando nuestra Webhttp://www.pedrodevaldivia.cl/