Mdulo 2

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Mdulo 2. Bioelementos y Biomolculas. Agua, Hidratos de Carbono y LpidosLas bases qumicas de la vidaComo todo lo que existe en nuestro planeta, los seres vivos estn compuestos por tomos y molculas. En los seres vivos estos elementos bsicos estn organizados de una manera muy especfica; adems, los tomos y las molculas tambin interactan unos con otros en una forma muy precisa, de manera que mantienen el flujo de energa necesario para la vida. Gran parte de la Biologa moderna se apoya en la Biologa Molecular: esto es, la qumica y fsica de las molculas que constituyen los seres vivos.

A medida que los bilogos moleculares descubren nuevos datos acerca de las molculas biolgicamente importantes, de las reacciones metablicas y del cdigo gentico (mecanismo molecular de transmisin de la informacin gentica), nuestro entendimiento de los organismos vivos se ha incrementado en forma notable. Como consecuencia de ello han surgido dos generalizaciones importantes:

1. A pesar de la biodiversidad, la composicin qumica y los procesos metablicos de todos los seres vivos son notablemente similares. Esto explica por qu gran parte de lo que los bilogos aprenden estudiando bacterias o ratones en los laboratorios puede aplicarse a otros organismos, incluyendo al ser humano.

2. Los principios fsicos y qumicos que rigen a los sistemas vivos son los mismos que rigen a los sistemas abiticos (no vivos).

BioelementosAlrededor del 98% de la masa de un organismo est formada por slo seis elementos: oxgeno, carbono, hidrgeno, nitrgeno, calcio y fsforo. Hay unos 14 elementos ms que se presentan de manera constante en los seres vivos, aunque en cantidades reducidas, por lo que habitualmente se los denomina oligoelementos (oligos = reducido) debido a que estn presentes en cantidades diminutas. En los cuadros 2.1. y 2.2. se presenta una lista de los elementos que se encuentran en el cuerpo humano, mencionando la importancia de cada uno .

Cuadro 2.1. Elementos mayores presentes en el cuerpo humano

Nombremasa %Importancia o funcin

Oxgeno65Necesario para la respiracin celular; presente en casi todos los compuestos orgnicos; forma parte del agua

Carbono 18Constituye el esqueleto de las molculas orgnicas; puede formar cuatro enlaces con otros tantos tomos

Hidrgeno10Presente en la mayora de los compuestos orgnicos; forma parte del agua

Nitrgeno3Componente de todas las protenas y cidos nucleicos y de algunos lpidos

Calcio1,5Componente estructural de los huesos y dientes; importante en la contraccin muscular, conduccin de impulsos nerviosos y coagulacin de la sangre

Fsforo1Componente de los cidos nucleicos; componente estructural del hueso; importante en la transferencia de energa. Integra los fosfolpidos de la membrana celular.

Cuadro 2.2. Principales Oligoelementos presentes en el cuerpo humano

Potasio0.4Principal ion positivo (catin) del interior de las clulas; importante en el funcionamiento nervioso; afecta a la contraccin muscular

Azufre0,3Componente de la mayora de las protenas

Sodio0,2Principal ion positivo del lquido intersticial (tisular); importante en el equilibrio hdrico del cuerpo; esencial para la conduccin de impulsos nerviosos

Magnesio0,1Necesario para la sangre y los tejidos del cuerpo; forma parte de muchas enzimas

Cloro0,1Principal ion negativo (anin) del lquido intersticial; importante en el equilibrio hdrico

HierrotrazasComponente de la hemoglobina y mioglobina; forma parte de ciertas enzimas

YodotrazasComponente de las hormonas tiroideas

Istopos

Los tomos del mismo elemento que contienen el mismo nmero de protones pero diferente nmero de neutrones, y que por tanto tienen diferentes nmeros de masa, se denominan istopos. Los tres istopos del hidrgeno.11H, 21H (deuterio) y 31H (tritio), contienen cero, uno y dos neutrones, respectivamente.

Todos los istopos de un elemento dado tienen bsicamente las mismas caractersticas qumicas. No obstante, algunos istopos con demasiados neutrones son inestables y tienden a degradarse al formar un istopo ms estable (por lo comn se convierte en otro elemento). Esos istopos se denominan radionclidos (o radioistopos), ya que emiten radiaciones de alta energa al desintegrarse.

Los radionclidos como 3H (tritio) y 14C (los istopos normales son 1H y 12C) han sido instrumentos de trabajo de enorme valor en Biologa y son tiles en medicina para el diagnstico y tratamiento de algunos males. A pesar de la diferencia en el nmero de neutrones, el cuerpo trata a todos los istopos de un elemento dado de la misma manera qumica. Las reacciones de una grasa, de una hormona o de un medicamento pueden ser detectadas en el interior de un organismo si se marcan con un radionclido como el 14C o el tritio. Por ejemplo, el componente activo de la marihuana (tetrahidrocannabinol) ha sido marcado y administrado por va intravenosa; mediante la cuantificacin de la radiactividad en sangre y orina a intervalos sucesivos se determin que ese compuesto permanece en la sangre durante ms de tres das y que los productos del metabolismo de ese compuesto siguen apareciendo en la orina por varias semanas ms.

Puesto que la radiacin emitida por los radionclidos puede interferir con la divisin celular, algunos istopos se utilizan en el tratamiento del cncer (una enfermedad que se caracteriza por la rpida divisin de las clulas). Los radionclidos tambin se emplean para probar el funcionamiento de la glndula tiroides, medir la velocidad de produccin de glbulos rojos, determinar el grado de obstruccin de las arterias y estudiar muchos otros aspectos del funcionamiento y la qumica del cuerpo.

En la investigacin biolgica resulta indispensable el uso de istopos radioactivos para desarrollar, entre otras, las siguientes actividades: 1) detectar niveles de actividad extremadamente pequeos en clulas o en sustancias purificadas, 2) observar un proceso determinado que ocurre al mismo tiempo que muchos otros procesos y 3) seguir paso a paso la interconversin de sustancias que incluyen una o ms reacciones. Los radioistopos son formas inestables que se desintegran a velocidades caractersticas; dicha velocidad de desintegracin se expresa como la vida media del radioistopo, vale decir, el tiempo necesario para que se degrade el 50% de ste. Adems del 14C (usado para establecer la edad de los registros fsiles) y del tritio (3H), los radioistopos ms frecuentemente utilizados en biologa son el azufre 35, el fsforo 32 y 33 y el iodo 125 y 131. Se conocen formas radiactivas del oxgeno (19O) y del nitrgeno (16N), pero carecen de aplicaciones prcticas debido a su rpida degradacin; por ello se usan las formas isotpicas estables 18O y 15N, cuya deteccin y cuantificacin se basan en sus masas atmicas ms pesadas. La misma aplicacin tienen el deuterio (2H), el istopo estable del hidrgeno, y el 13C, un istopo estable del carbono. En el cuadro 2.3. se destacan las propiedades ms destacadas de los istopos ms frecuentemente usados en Biologa.

Cuadro 2.3. Propiedades de los istopos ms utilizados en Biologa

ISTOPOVIDA MEDIAISTOPO ESTABLE Y % DE FRECUENCIA

14C5770 aos12C (98,89%)

3H12,26 aos1H (99,985%)

35S86,7 das32S (95,0%)

32P14.3 das31P (100,0%)

33P25 das

125I57,4 das127I (100,0%)

131I8,05 das

19O29 s16O (99,76%)

16N7,35 s14N (99,63%)

EL AGUA Y SUS PROPIEDADES

Una gran parte de la masa de casi todos los organismos es simplemente agua. En los tejidos humanos el porcentaje de agua es variable: desde un 20% en los huesos hasta el 85% en las clulas cerebrales. El contenido de agua es mucho mayor en las clulas embrionarias y juveniles, y disminuye con el envejecimiento. Cerca de 70% del peso total del cuerpo est formado por agua, y alcanza hasta 95% en una medusa o en ciertas plantas. El agua no slo es el principal componente de los organismos, sino tambin uno de los factores ambientales ms importantes que los afectan. Muchos organismos viven en el mar o en los ros, lagos y lagunas de agua dulce. Las propiedades fsicas y qumicas del agua han permitido a los seres vivos aparecer, sobrevivir y evolucionar en este planeta.

El agua disuelve muchos tipos diferentes de compuestos en grandes cantidades. Debido a sus propiedades como solvente (disolvente) y a la tendencia de los tomos de ciertos compuestos de formar iones al estar en solucin, desempea un cometido importante al facilitar las reacciones qumicas.

El agua disuelve a las sales como el cloruro de sodio mediante hidratacin y estabilizacin de los iones Cl( y Na+, como consecuencia de la reduccin de las interacciones inicas que existen entre ellos. La fuerza con que dos iones disueltos se atraen depende de la magnitud de las cargas (Q), de la distancia entre los grupos cargados (r) y de la constante dielctrica (() del disolvente:

Q1 Q2F = ((( ( r2La constante dielctrica es una propiedad fsica que refleja el nmero de dipolos en un disolvente. Para el agua a 25C, ( (que es adimensional) vale 78,5, mientras que para el benceno (disolvente no polar) es de 4,6 (17 veces menor).

Las biomolculas no cargadas pero polares como los azcares se disuelven fcilmente en agua debido al efecto estabilizador de los muchos puentes de hidrgeno que se forman entre los grupos hidroxilo o el oxgeno carbonlico del azcar y las molculas polares del agua.

En s misma, el agua es un reactivo o producto de muchas reacciones qumicas que ocurren en los tejidos vivos. Como ya hemos visto, acta como reactivo en el proceso de fotosntesis y es uno de los productos en la reaccin general de la respiracin. Tambin es la fuente del oxgeno del aire (como consecuencia de la fotosntesis que realizan las plantas) y sus tomos de hidrgeno se incorporan a muchos de los compuestos orgnicos presentes en los cuerpos de los seres vivos. Por otra parte el agua se produce en todas las reacciones de condensacin que dan lugar a las macromolculas ms importantes (polisacridos, protenas y cidos nucleicos) y como reactivo interviene en las reacciones opuestas de hidrlisis que catalizan los distintos tipos de hidrolasas (enzimas hidrolticas) y que dan como resultado la produccin de monosacridos, aminocidos y nucletidos, respectivamente.

Tambin el agua es un lubricante de importancia. Se la halla en los lquidos del cuerpo dondequiera que un rgano se frote contra otro, as como en las articulaciones de los huesos.

Fuerzas de cohesin y adhesinEl agua manifiesta los fenmenos de cohesin y adhesin. Sus molculas presentan una fuerte tendencia a unirse entre s (cohesin), debido a la presencia de puentes de hidrgeno entre ellas. Dichas molculas tambin se adhieren a otras sustancias (p. ej. aquellas sustancias que tienen en su superficie grupos de tomos o molculas cargados). Estas fuerzas de adhesin explican por qu el agua moja algunas cosas.

Las fuerzas de adhesin y cohesin explican la tendencia del agua a ascender por los tubos de vidrio de calibre muy pequeo (tubos capilares), fenmeno que recibe el nombre de capilaridad. Las fuerzas de adhesin atraen las molculas de agua hacia los grupos cargados presentes en las superficies del tubo. Luego, otras molculas presentes en el interior del tubo son "arrastradas" por las fuerzas de cohesin (los puentes de hidrgeno que hay entre las molculas del agua). En tubos de mayor dimetro hay un menor porcentaje de molculas de agua adheridas al vidrio en relacin al nmero de molculas de agua que hay en la superficie, por lo cual las fuerzas de adhesin no son suficientemente fuertes como para contrarrestar las fuerzas de cohesin del agua que est por debajo del nivel de la superficie del recipiente, de modo que el agua en el interior del tubo se eleva slo un poco. El agua tambin se mueve en los espacios microscpicos que hay entre las partculas del suelo, de modo que llega hasta las races de las plantas por capilaridad; este mismo fenmeno contribuye al ascenso del agua por los tallos de las plantas hasta llegar a las hojas.

El agua tiene un alto grado de tensin superficial (algunos objetos flotan sobre su superficie) debido a la cohesin de sus molculas, ya que stas se atraen entre s con mayor fuerza que las molculas del aire. De este modo, las molculas de agua de la superficie libre se agrupan, produciendo una fuerte capa debido a la atraccin que ejercen sobre ellas otras molculas de agua situadas por debajo. Este hecho es importante en el caso de las plantas acuticas y en el desarrollo de las larvas de algunos insectos.

Estabilizacin de la temperatura

El agua tiene elevado calor especfico; es decir, es muy grande la cantidad de energa necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado centgrado. El alto calor especfico del agua es el resultado de la presencia de puentes de hidrgeno entre sus molculas. El aumento de la temperatura de una sustancia implica la incorporacin de energa calorfica para hacer que sus molculas se muevan ms aprisa, con lo que aumenta la energa cintica de las mismas. Algunos de los puentes de hidrgeno que mantienen juntas a las molculas del agua deben romperse antes de que las molculas puedan moverse libremente. La mayor parte de la energa incorporada al sistema se utiliza en la ruptura de los puentes de hidrgeno, de modo que slo una parte de dicha energa calorfica queda disponible para acelerar el movimiento de las molculas (es decir, para incrementar la temperatura del agua).

Cuando el agua lquida se solidifica y forma hielo, se libera una gran cantidad de calor en el ambiente.

Debido a que se necesita una gran prdida o un gran aporte de calor para reducir o elevar la temperatura del agua, los ocanos y otros grandes cuerpos de agua tienen temperatura ms o menos constante. As, muchos de los organismos que viven en los ocanos cuentan con un medio cuya temperatura es bastante uniforme. El alto contenido de agua de las plantas y animales que habitan en tierra les ayuda a mantener una temperatura interna constante. La velocidad de las reacciones qumicas resulta muy afectada por la temperatura, ya que en general se duplica por cada aumento de 10 C. Las reacciones de importancia biolgica slo ocurren entre lmites muy estrechos de temperatura, y el agua ayuda a minimizar las fluctuaciones de temperatura.

Puesto que sus molculas se mantienen unidas por puentes de hidrgeno, el agua tiene un elevado calor de vaporizacin. Debido a que el agua absorbe calor al cambiar del estado lquido al gaseoso, el cuerpo humano puede disipar el exceso de calor por la evaporacin del sudor, y una hoja se mantiene fresca, en presencia de una luz intensa, evaporando agua en su superficie. La capacidad que tiene el agua de conducir rpidamente el calor hace posible la distribucin uniforme del calor a lo largo de un cuerpo. Sus propiedades son esenciales para estabilizar la temperatura en la Tierra. Su cantidad en la superficie de la Tierra es enorme; esta gran masa resiste tanto el efecto de la elevacin de la temperatura como el de la disminucin de sta.

Densidad del agua

Los puentes de hidrgeno contribuyen con otra importante propiedad del agua. Mientras que la mayor parte de las sustancias aumentan su densidad conforme disminuye su temperatura, el agua alcanza su mayor densidad a los 4C y luego, cuando la temperatura disminuye an ms, comienza a expandirse nuevamente (hacindose menos densa). El agua se expande al tiempo que se solidifica porque los puentes de hidrgeno en las molculas de agua del enrejado cristalino mantienen a estas molculas lo suficientemente separadas como para dar al hielo una densidad 10 % menor que la densidad del agua. Como resultado de esto, el agua slida o hielo flota dentro del agua fra, que es ms densa. Cuando el hielo se ha calentado lo suficiente como para aumentar su temperatura por arriba de 0C, los puentes de hidrgeno se rompen y las molculas de agua tienen libertad para acercarse unas a otras. La densidad del agua alcanza su punto ms alto a los 4C, temperatura por arriba de la cual comienza a expandirse nuevamente mientras la velocidad de sus molculas aumenta.

Esta propiedad excepcional del agua ha sido el factor ms importante en la aparicin, supervivencia y evolucin de la vida en la Tierra. Si el hielo tuviera una densidad mayor a la del agua se hundira y al final todas las lagunas, lagos e incluso los ocanos se congelaran desde el fondo hasta la superficie haciendo imposible la vida. Cuando un cuerpo de aguas profundas se enfra, se forma en su superficie una capa de hielo flotante. El hielo asla el agua lquida que se encuentra por debajo de l, evitando as el congelamiento de sta y permitiendo que una gran variedad de animales y plantas sobrevivan por debajo de la superficie de hielo.

SALES

Las clulas y los lquidos extracelulares de las plantas y animales (como la savia y la sangre) contienen una variedad de sales disueltas, entre las que se incluyen muchos iones minerales de importancia. Tales iones son esenciales tanto para el equilibrio hdrico como para el equilibrio cido-base y, en el caso de los animales, para el funcionamiento de nervios y msculos, la coagulacin de la sangre, la formacin de huesos y muchos otros aspectos del funcionamiento del cuerpo. Sodio, potasio, calcio y magnesio son los principales cationes presentes, mientras que cloruros, bicarbonato (HCO3-), fosfato (PO43-) y sulfato (SO42-) son aniones importantes (cuadro 2-3).

Los lquidos del cuerpo de los animales terrestres difieren considerablemente del agua marina en lo que se refiere al contenido total de sales. Sin embargo, se parecen al agua de mar en el tipo de sales presentes y en su abundancia relativa. La concentracin total de sales en los lquidos del cuerpo de la mayora de los animales invertebrados marinos es equivalente a la del agua de mar, de aproximadamente 3,4%. Los vertebrados, sean terrestres, dulceacucolas o marinos, tienen menos de 1% de sal en los Iquidos de su cuerpo.

La mayora de los bilogos creen que la vida surgi originalmente en el mar. Las clulas de esos primeros organismos se adaptaron y funcionaron de manera ptima en presencia de ese conjunto de sales. Conforme fueron apareciendo animales de mayor tamao y se originaron los lquidos del cuerpo, esa combinacin de sales se conserv, incluso a pesar de que algunos de los descendientes de los animales primigenios emigraron hacia el agua dulce y la tierra. Algunos animales adquirieron evolutivamente riones y otros rganos, como las glndulas de sal, que retienen selectivamente ciertos iones y secretan otros, de modo que los lquidos del cuerpo adquirieron concentraciones de sales un tanto diferentes. La concentracin de cada ion est determinada por las velocidades relativas de absorcin y excrecin por parte del organismo. Aunque es pequea la concentracin de sales en las clulas y los lquidos del cuerpo de las plantas y animales, dicha cantidad es de gran importancia para el funcionamiento normal de las clulas. Las concentraciones de los cationes y aniones respectivos permanecen notablemente constantes en condiciones normales. Cualquier cambio significativo da por resultado un trastorno de las funciones celulares y, en ltima instancia, la muerte.

CompUESTOS orgnicos

La mayor parte de los compuestos qumicos presentes en los seres vivos contienen esqueletos de carbono con enlaces covalentes. Estas molculas se denominan compuestos orgnicos, porque en algn tiempo se pens que slo eran producidos por seres vivos. Algunos compuestos de estructura muy simple, incluyendo al dixido de carbono y los que contienen carbonato (C032-), se clasifican como compuestos inorgnicos a pesar de contener carbono.

Los compuestos orgnicos constituyen el principal componente estructural de clulas y tejidos. Participan en infinidad de reacciones metablicas y proveen energa para los procesos de la vida. En un gran nmero de compuestos el eje o esqueleto principal est formado por tomos de carbono. Las propiedades poco comunes del carbono permiten la formacin de molculas grandes y complejas, esenciales para la vida. Un tomo de carbono tiene un total de seis electrones, dos de estos en el primer nivel de energa y cuatro en el segundo. Con cuatro electrones en su nivel externo de energa, cada tomo de carbono puede formar cuatro enlaces covalentes con otros tomos, incluyendo otros tomos de carbono. Estos tomos forman enlaces covalentes simples muy estables unos con otros. Se pueden formar grandes cadenas de carbono de la siguiente manera:

(C(C(C(C(C(Dos tomos de carbono pueden compartir, uno con otro, dos pares de electrones, formando enlaces dobles ((C(C(). En algunos compuestos se pueden formar triples enlaces ((C(C(). Las cadenas de carbono pueden ser ramificadas o no ramificadas. Los tomos de carbono tambin pueden formar anillos cerrados (ciclos).

El tomo de carbono puede unirse con ms elementos distintos que cualquier otro tomo. El hidrgeno, el oxgeno y el nitrgeno son los tomos que con mayor frecuencia se unen a l. Los compuestos orgnicos constituidos por carbono e hidrgeno solamente se llaman hidrocarburos. Aunque estos compuestos no son muy frecuentes en los seres vivos, los combustibles derivados de materiales fsiles son hidrocarburos, provenientes de compuestos orgnicos de especies que vivieron y murieron hace millones de aos.

La configuracin molecular es importante para determinar las funciones de las molculas y sus propiedades biolgicas. Las molculas que contienen carbono adquieren una configuracin tridimensional debido a la naturaleza tetradrica de sus ngulos de enlace. Cuando un tomo de carbono forma cuatro enlaces covalentes simples con otros tomos, los orbitales de electrones en su nivel externo de energa se alargan y proyectan desde el tomo de carbono hacia las esquinas del tetraedro. En este caso, el ngulo entre dos de los enlaces es de 109,5 (. Este ngulo es similar en diversos compuestos orgnicos.

Por lo comn hay libertad de rotacin alrededor de cada enlace simple de carbono a carbono. Esta propiedad permite que las molculas orgnicas sean flexibles y adquieran diversas configuraciones (disposiciones espaciales), segn el grado de rotacin de cada enlace simple. Los enlaces dobles y triples no permiten la rotacin, por lo que las regiones de una molcula en donde se presentan estos tipos de enlaces tienden a no ser flexibles.

GRUPOS FUNCIONALES

El esqueleto de los compuestos orgnicos, constituido por cadenas hidrocarbonadas, no interacta fcilmente con otros compuestos. Sin embargo, uno o ms de los tomos de hidrgeno ligados al esqueleto de carbono puede ser sustituido por otros grupos de tomos. Estos ltimos, denominados grupos funcionales, pueden establecer distintos tipos de uniones con otras molculas, tales como enlaces covalentes (steres, teres, amidas, etc.) inicos, puentes de hidrgeno, interacciones de van der Waals o hidrofbicas con otras molculas.

Cada clase de compuesto orgnico se caracteriza por la presencia de uno o ms grupos funcionales especficos. Por ejemplo, los alcoholes contienen grupos funcionales llamados radicales hidroxilo. Otro grupo funcional importante es el carbonilo, que resulta de una doble unin entre el carbono y el oxgeno; si el carbonilo est ubicado en un carbono primario (extremo de la cadena carbonada) el grupo funcional es un aldehdo, en tanto que si est unido a un carbono secundario (en mitad de una cadena carbonada) el grupo funcional es una cetona. Otro grupo importante es el grupo carboxilo (cido), donde el carbono est unido simultneamente a un oxgeno por una doble unin y a un hidroxilo. La reaccin entre un grupo carboxilo (cido) y un grupo hidroxilo (alcohlico) con prdida de agua generan un ster. El nitrgeno tambin puede estar unido a un carbono y en ese caso forma un grupo amino; la reaccin entre un grupo carboxilo y un grupo amino con prdida de una molcula de agua origina una amida.

Hidroxilo

R1(CH2(OH

CarboniloR1(CH2(C(H

CarboniloR1(CH2(C(CH2(R2(aldehdo) ((

(cetona)

((

O

O

CarboxiloR1(CH2(C(OH

ster

R1(CH2(C(O(CH2(R2(cido)

((

((

O

O

Amino

R1(CH2(NH2

Amida R1(CH2(C(NH(CH2(R2

((

O

Grupos funcionales. El smbolo R( representa el resto de la molcula de la cual forma parte el grupo funcional.

Una propiedad importante de los grupos funcionales en las molculas biolgicas es su solubilidad en agua. Tanto los grupos funcionales con carga positiva como los cargados negativamente son solubles en agua, ya que se asocian con fuerza a las molculas polares de sta. Los compuestos que contienen grupos funcionales polares sin carga tienden a ser solubles en agua debido a que los grupos polares atraen a las molculas de agua, con las que forman puentes de hidrgeno. Los grupos funcionales que son polares interactan, adems, con otros iones con carga elctrica o con otros grupos polares.

Los enlaces entre carbono e hidrgeno son no polares, por lo cual un grupo funcional constituido slo por enlaces carbono-hidrgeno, como el grupo metilo ((CH3) o etilo ((CH2(CH3), tambin es no polar. Los enlaces oxgeno-hidrgeno y nitrgeno-hidrgeno son polares; tienen una carga elctrica parcial positiva en el polo de la molcula de hidrgeno y una carga elctrica negativa parcial correspondiente al oxgeno o nitrgeno. Por lo tanto, los radicales amino (R(NH2) e hidroxilo ((OH) son polares. Los enlaces dobles formados entre el carbono y el oxgeno (C=O) tambin son polares; hay una carga positiva parcial correspondiente al carbono y una negativa correspondiente al oxgeno. De aqu que los radicales carboxilo y aldehdo sean polares.

La mayor parte de los compuestos presentes en las clulas contienen uno ms grupos funcionales. Por ejemplo, cada aminocido (los aminocidos son las unidades estructurales de las protenas) contiene por lo menos dos grupos funcionales: un grupo amino y uno carboxilo. Las propiedades qumicas de tales grupos determinan las propiedades generales de los aminocidos. Sin embargo, muchos aminocidos contienen otros grupos que determinan las propiedades especficas de cada tipo de aminocido. Si se conocen los grupos presentes en un compuesto orgnico se puede predecir su comportamiento qumico.

BIOPOLMEROS

Muchas molculas de importancia biolgica, tales como los polisacridos, las protenas y los cidos nucleicos, son muy grandes y estn constituidas por cientos o miles de tomos. Estas grandes molculas se denominan macromolculas o polmeros biolgicos (biopolmeros). Las clulas forman polmeros al unir pequeos compuestos orgnicos llamados monmeros. As como todas las palabras de este texto se escriben utilizando las 27 letras del alfabeto en diferentes combinaciones, los monmeros pueden agruparse para formar una variedad casi infinita de molculas ms grandes. Los miles de compuestos orgnicos presentes en la materia viva se construyen a partir de unos 40 monmeros simples y pequeos. Estos pequeos compuestos se combinan en cadenas de subunidades similares. Por ejemplo, los 20 tipos comunes de aminocidos (monmeros) se unen en incontables combinaciones y dan orgenes a los polmeros llamados protenas. Unos pocos monosacridos constituyen las unidades fundamentales de los polisacridos, como el almidn, el glucgeno o la celulosa. Los cidos nucleicos, responsables del mantenimiento de los caracteres hereditarios, son polmeros de nucletidos, que a diferencia de los anteriores monmeros resultan de la unin de tres molculas distintas: una base nitrogenada, un monosacrido y una molcula de cido fosfrico.

El proceso de sntesis mediante el cual los monmeros se unen por enlaces covalentes se llama condensacin. Durante la combinacin de los monmeros se pierde el equivalente de una molcula de agua: por ello a veces se utiliza el trmino de sntesis por deshidratacin para referirse a este proceso. Sin embargo, en los sistemas biolgicos la sntesis de un polmero no equivale meramente a la inversin del proceso de degradacin (que requiere la adicin de agua). El proceso de sntesis requiere energa y es regulado por diversas enzimas (protenas que regulan la velocidad de las reacciones qumicas).

Cada organismo es caracterstico debido a la diferencia en la secuencia de los monmeros de su ADN, el polmero que conforma sus genes. Las clulas y los tejidos de un mismo organismo tambin difieren debido a variaciones en los polmeros que los constituyen. El tejido muscular es distinto del nervioso, debido a las diferencias en el tipo y secuencia de los aminocidos de sus protenas. Al final, la estructura proteica es determinada por la secuencia de los monmeros que intervienen en el ADN del organismo.

Los polmeros pueden degradarse en sus monmeros mediante hidrlisis (hidros = agua, lisis = ruptura: "romper con agua") catalizada por enzimas especficas, del grupo de las hidrolasas. Los enlaces entre monmeros se rompen por adicin de agua. Un hidrgeno de la molcula de agua se une a un monmero y el radical hidroxilo restante se une al monmero adyacente. Al discutir cada grupo de compuestos orgnicos se darn ejemplos especficos de hidrlisis y deshidratacin ms detallados.

ISMEROS

Los compuestos que tienen la misma frmula molecular pero diferente estructura y, por lo tanto, diferentes propiedades, son denominados ismeros. Los ismeros tienen propiedades fsicas y qumicas distintas, y reciben diferentes nombres comunes. Las clulas pueden distinguir entre dos ismeros, uno de los cuales generalmente es biolgicamente activo, en tanto que el otro no lo es. Hay tres tipos de ismeros: estructurales, geomtricos y enantimeros (ismeros pticos). En los compuestos biolgicos son importantes los dos ltimos tipos de isomera.

Ismeros geomtricos.

Son compuestos idnticos con respecto al arreglo de sus enlaces covalentes, aunque difieren en el orden en el cual los grupos se distribuyen en el espacio. Los ismeros geomtricos, tambin Ilamados cis-trans, se encuentran en algunos compuestos con enlaces dobles de carbono a carbono. Debido a que los enlaces dobles no son flexibles como los simples, los tomos ligados a carbonos en un enlace doble no rotan con libertad alrededor del eje de enlace. El trmino cis indica que los compuestos ms grandes se localizan en un mismo lado del enlace doble. Si estn en lados opuestos del doble enlace el compuesto se denomina ismero trans. La trascendencia biolgica de este tipo de isomera se manifiesta esencialmente en las membranas celulares, que estn compuestas por fosfolpidos.

Ismeros pticos

Son molculas que corresponden a una imagen en espejo de otra molcula. Tambin se los denomina enantimeros. Debe recordarse que los cuatro grupos ligados a un tomo simple de carbono se ubican en los vrtices del tetraedro. Si los cuatro grupos son diferentes entre s, el carbono central se llama asimtrico o quiral (del griego keirs = mano). Los cuatro grupos se ubican alrededor del carbono central en dos formas distintas, que constituyen imgenes en espejo la una de la otra. Estas dos molculas son enantimeros si no se sobreponen una con otra, sin importar cuanto se roten en el espacio.

En la actualidad, los enantimeros se denominan L o D segn a la configuracin absoluta de los grupos ligados al tetraedro del tomo de carbono. El compuesto de tres carbonos denominado gliceraldehdo sirve de base para la denominacin de todos los enantimeros. El ismero D de cada compuesto es aquel cuyo ltimo carbono asimtrico tiene la misma orientacin que el D-gliceraldehdo. Los compuestos relacionados con el L-gliceraldehdo se denominan L-ismeros.

Cuando los qumicos sintetizan compuestos orgnicos en sus laboratorios se produce una mezcla que contiene cantidades iguales de ismeros L y D (racmicos). En las clulas slo se produce uno de los dos enantimeros de un compuesto. Por ejemplo, la mayor parte de los azcares son ismeros D. Aunque tienen propiedades qumicas similares y propiedades fsicas idnticas (excepto en cuanto a la direccin en la cual rotan la luz polarizada en un plano), las clulas distinguen entre dos ismeros: slo uno de ellos es biolgicamente activo.

CARBOHIDRATOS

Los carbohidratos tpicos son los azcares, almidones y celulosas. Los azcares y almidones sirven de combustible para las clulas; las celulosas son componentes estructurales de las plantas. Los carbohidratos contienen tomos de carbono, hidrgeno y oxgeno en una proporcin aproximada de un carbono por cada dos hidrgenos y un oxigeno (CH2O). El trmino carbohidrato, que significa "hidrato (agua) de carbono", se origina de la proporcin 2:1 del hidrgeno al oxgeno, que es la misma proporcin que se observa en el agua (H2O).

Monosacridos

Los monosacridos son azcares simples que contienen de tres a siete tomos de carbono. Son polialcoholes con funcin aldehdo o cetona. Los carbohidratos ms simples contienen en consecuencia tres tomos de carbono (triosas): el gliceraldehdo, que posee una funcin aldehdo y dos funciones alcohlicas (aldotriosa) y la dihidroxiacetona, con una funcin cetona y dos funciones alcohlicas (cetotriosa). La ribosa es una pentosa (aldopentosa) muy abundante que es componente de los cidos ribonucleicos (ARN); su derivado desoxigenado, la desoxirribosa (que carece de hidroxilo alcohlico en C2) es integrante de los cidos desoxirribonucleicos (ADN). La glucosa, galactosa y manosa son aldohexosas, en tanto que la fructosa es una cetohexosa.

Todos los monosacridos (excepto la dihidroxiacetona( tienen uno o ms tomos de carbono asimtricos o quirales (las cuatro valencias del carbono estn unidas a tomos o grupos atmicos distintos). La aldosa ms simple, el gliceraldehdo, contiene un solo carbono asimtrico o centro quiral y se presenta en forma de dos ismeros pticos o enantimeros: el D- y el L-gliceraldehido, que slo difieren en el sentido en que desvan el plano de la luz polarizada: el primero desva la luz polarizada hacia la derecha (por eso es el ismero dextrgiro) y el segundo a la izquierda (levgiro). Para determinar si un monosacrido pertenece a la serie D o L hay que observar el carbono asimtrico o centro quiral ms alejado del grupo aldehdo o cetona: si est en el mismo sentido que el D-gliceraldehido pertenece a la serie D (lo que no significa que sea dextrgiro) y si est en sentido opuesto pertenecer a la serie L (lo que tampoco significa que sea levgiro). El sentido con que los monosacridos con ms de un centro quiral desvan el plano de la luz polarizada depende del conjunto de todos los centros quirales.

El nmero de estereoismeros de un monosacrido depende del nmero de centros quirales, de acuerdo a la frmula 2n, donde n = nmero de centros quirales. As la aldotriosa gliceraldehdo tiene 2 ismeros (D- y L-gliceraldehdo), las aldotetrosas 4, las aldopentosas 8 y las aldohexosas 16. Debe notarse que como las cetosas presentan un centro quiral menos que las aldosas correspondientes, el nmero de estereoismeros de las cetosas es siempre la mitad:

Nmero de estereoismeros de los monosacridos

Nmero de carbonosAldosasCetosas

centros quiralesestereoismerosCentros quirales estereoismeros

3120-

42412

53824

641638

7532416

Las frmulas lineales brindan una imagen clara, aunque poco realista, de la estructura de los monosacridos ms comunes. Las molculas no son las estructuras simples de dos dimensiones que se ilustran en una pgina impresa. De hecho, las propiedades de cada compuesto dependen en parte de su estructura tridimensional, y las frmulas tridimensionales resultan tiles para comprender las relaciones entre la estructura de una molcula y sus funciones biolgicas.

La disposicin tetradrica adoptada para ilustrar la disposicin espacial de las valencias del tomo de carbono, con un ngulo de valencia de 109,5 , es una clara indicacin de que las frmulas lineales con las que se representa un monosacrido (con un ngulo de 180 entre dos carbonos que se unen a un tercero) no son las ms adecuadas para expresar la realidad de la disposicin espacial. En el caso de la aldohexosa glucosa, el tomo carbono carbonlico (C1) est espacialmente prximo al C5 y tiende a reaccionar formando una estructura cclica de seis tomos (cinco carbonos y un oxgeno) por reordenamiento de los mismos, originando un puente de oxgeno que une C1 con C5. Esta estructura se denomina piransica por analoga con el ncleo pirano. Menos frecuente es la estructura que une al C1 con el C4 para dar una estructura furansica (del furano, heterociclo de cuatro tomos de carbono y un oxgeno). Las estructuras cclicas estn en equilibrio con las lineales, pero con fuerte predominio de las primeras (en la glucosa el 99% est en forma de glucopiranosa). Este hecho explica por qu los monosacridos no dan reaccin positiva con los reactivos generales de identificacin de aldehdos y cetonas.

Cuando la glucosa forma un anillo hay dos formas isomricas posibles, que difieren slo en la orientacin de un grupo -OH. Cuando el grupo hidroxilo unido al carbono 1 est por debajo del plano del anillo, la glucosa se denomina (-glucosa; cuando el radical hidroxilo se encuentra sobre el plano del anillo el compuesto se llama (-glucosa. Esta diferencia aparentemente trivial adquiere tremenda importancia cuando estas unidades funcionales constituyen polisacridos: la polimerizacin de la (-glucosa da lugar al almidn o al glucgeno, segn se trate de plantas o animales, en tanto que la (-glucosa polimerizada origina la celulosa; los primeros son polisacridos energticos, ya que constituyen la sustancia de reserva de plantas y animales, en tanto que la celulosa no es un polisacrido energtico, sino estructural, que forma la parte principal de la matriz extracelular (pared celular) de las clulas vegetales.

El requerimiento de un ngulo de valencia de 109,5 para las valencias del carbono hace que las frmulas cclicas planas (o de Haworth) tampoco expliquen adecuadamente la estructura tridimensional de los monosacridos. El mantenimiento de tales enlaces exige que los tomos se dispongan en una configuracin que adopta la forma de una silla o de un bote, siendo la primera la ms comn.

La glucosa (C6H12O6), el monosacrido ms comn, es extremadamente importante en los procesos de la vida. Durante la fotosntesis, las algas y las plantas producen glucosa a partir de dixido de carbono y agua, utilizando luz solar como fuente de energa. Durante la respiracin celular se rompen los enlaces de la molcula de glucosa liberando la energa almacenada para que sta pueda utilizarse en el metabolismo celular. Es tan importante la glucosa en el metabolismo que su concentracin se mantiene cuidadosamente a niveles homeostticos (ms o menos constantes) en la sangre de los seres humanos y en la de otros animales complejos. Otras aldohexosas importantes son la manosa y la galactosa (presente en la leche), en tanto que la principal cetohexosa es la fructosa, que conjuntamente con la glucosa componen el disacrido sacarosa, el azcar comn de mesa.

Disacridos

Un disacrido consta de dos monosacridos unidos mediante un enlace covalente. Estos dos ltimos se unen por medio de un enlace glucosdico, que generalmente se forma entre el C1 de una molcula y el C4 de la otra molcula. La maltosa (azcar de malta) consta de dos molculas de glucosa unidas por un enlace covalente. La sacarosa, el azcar que utilizamos para endulzar nuestros alimentos, es una molcula de glucosa unida a otra de fructosa. La lactosa (el azcar de la leche) se compone de una molcula de glucosa y otra de galactosa.

En la formacin de un enlace glucosdico siempre participa al menos un hidroxilo hemiacetlico (o hemicetlico si se trata de una cetosa) de un monosacrido y un hidroxilo alcohlico o hemiacetlico de otro. En el primer caso el disacrido es reductor (como en la maltosa, que es la (-D-glucopiranosil 1(4 (-D-glucopiranosa) y en el segundo es no reductor (como en la sacarosa, que es la (-D-glucopiranosil 1(2 (-D-fructofuranosa).

PolisacridosLos carbohidratos ms abundantes son los polisacridos, un grupo que incluye almidones, glucgeno y celulosas. Un polisacrido es una macromolcula en la que se asocian varias unidades de azcares simples, generalmente glucosa. Aun cuando el nmero de unidades presentes es variable, por lo general, en una sola molcula se encuentran miles de ellas. El polisacrido puede ser una cadena simple larga o una cadena ramificada.

Almidn

Constituye la forma tpica en que se almacenan carbohidratos en las plantas: es un polmero de subunidades de (-glucosa. Los monmeros se unen por enlaces 1(4. El almidn se encuentra en dos formas: amilosa y amilopectina. La amilosa, la forma ms simple, no tiene ramificaciones. La amilopectina, la forma ms comn, consta de cerca de 1000 unidades en una cadena ramificada. Las ramificaciones ocurren cada 20 o 25 unidades, y en ellas intervienen los carbonos uno y seis (enlaces glucosdicos).

Las plantas almacenan almidn en grnulos con organelos especializados, llamados plstidos. Cuando se requiere energa para el metabolismo celular, la planta somete a hidrlisis el almidn y libera subunidades de glucosa. Los hombres y otros animales que comen plantas tienen enzimas capaces de hidrolizar el almidn.

Glucgeno

A veces tambin llamado almidn animal. Es la forma en que se almacena la glucosa en los tejidos animales. Este polisacrido es una cadena altamente ramificada; es ms soluble en agua que el almidn de las plantas. El glucgeno se almacena sobre todo en hgado y clulas musculares.

La glucosa no puede almacenarse como tal; sus molculas pequeas, sin carga y tan fcilmente solubles, escaparan de las clulas. Las molculas ms grandes y menos solubles de almidn y glucgeno no pasan tan fcilmente a travs de las membranas celulares. Por tanto, en vez de almacenar azcares simples, las clulas almacenan polisacridos ms complejos, como el glucgeno, el cual puede fcilmente hidrolizarse hasta convertirse en azcares simples.

CelulosaLos carbohidratos constituyen el grupo de compuestos orgnicos ms abundantes en la tierra. La celulosa es el carbohidrato ms abundante sobre la tierra, constituyendo cerca del 50 % o ms del carbono de las plantas. La madera es celulosa en cerca del 50% y el algodn por lo menos en un 90%. Las clulas de las plantas estn rodeadas por una fuerte pared celular de soporte constituida principalmente de celulosa. La celulosa es un polisacrido insoluble, compuesto por la unin de molculas de glucosa. Los enlaces que unen estas unidades de azcar son diferentes de los que se presentan en las molculas de almidn. En este ltimo las subunidades son de (-glucosa y los enlaces glucosdicos son ( 1(4. En la celulosa el monmero es (-glucosa y los enlaces son ( 1(4.

Estos enlaces no se desdoblan por las enzimas que hidrolizan el almidn. Los seres humanos no tienen enzimas con las cuales digerir la celulosa y por lo tanto no pueden utilizarla como nutriente. Sin embargo la celulosa es un componente importante de la fibra de la dieta, y ayuda a mantener el buen funcionamiento del sistema digestivo.

Carbohidratos modificados y complejos

Muchos derivados de los monosacridos son compuestos biolgicamente importantes. Los aminoazcares glucosamina y galactosamina son compuestos en los que el grupo hidroxilo (-OH) se ha reemplazado por un grupo amino (-NH2). La galactosamina se encuentra en el cartlago. La glucosamina es la unidad molecular presente en la quitina, principal componente del esqueleto de los insectos, del langostino y de otros artrpodos. Este polisacrido modificado tambin se presenta en las paredes celulares de los hongos.

Los carbohidratos tambin se combinan con protenas y dan lugar a las glucoprotenas, elementos presentes en la superficie externa de las clulas animales. La mayor parte de las protenas secretadas por las clulas son glucoprotenas. Los carbohidratos se combinan con lpidos y originan glucolpidos, compuestos de la superficie externa de las clulas animales e importantsimos para la interaccin entre distintas clulas.

LPIDOS

Son un conjunto de biomolculas orgnicas, qumicamente heterogneas, insolubles en agua y solubles en solventes orgnicos no polares (cloroformo, ter, ter de petrleo, benceno, etc.). Esta definicin se basa en una propiedad fsica comn que es la solubilidad y no en los grupos funcionales presentes en sus molculas, ya que la naturaleza qumica de lo lpidos, como se ver, es muy variada. Son compuestos de distribucin universal en clulas y organismos y cumplen funciones esenciales.

Formando parte de su estructura existen largas cadenas hidrocarbonadas lineales o cclicas que le confieren a la molcula su hidrofobicidad y su afinidad por los solventes orgnicos no polares, que son de su misma naturaleza. No poseen peso molecular muy elevado ni forman macromolculas como los hidratos de carbono, las protenas y los cidos nucleicos. Son molculas con alto contenido de hidrgeno (muy reducidas) y por lo tanto son una buena fuente de energa (regularmente la produccin de energa a partir de una molcula implica la oxidacin de la misma).

Debido a su escasa solubilidad en medios acuosos, los lpidos no circulan en los animales en forma libre, sino asociados a diversas protenas, segn se encuentren fuera o dentro de la clula. En el torrente sanguneo circulan asociados a diferentes tipos de protenas, constituyendo los quilomicrones, cuyo peso molecular (PM) es de 109 a 1010 daltons (con un contenido de 2% de protena y alrededor de 90% de glicridos), las lipoprotenas de baja densidad (LDL, 25% de protena, PM 106) o de alta densidad (HDL6, 50% de protena, PM 105). Dentro de la clula los lpidos circulan unidos a protenas transportadoras especficas, como por ejemplo la protena transportadora de cidos grasos (FABP; fatty acid binding protein), o la protena transportadora de fosfatidilcolina (PC-BP: phosphatidylcholine binding protein), etc.ClasificacinTeniendo en cuenta su composicin elemental los lpidos se clasifican en simples y complejos.

Lpidos simples

contienen C, H, Ocidos grasos

Eicosanoides

Glicridos

Cridos

Terpenos

Esteroides

Lpidos complejos

contienen C, H, O, N, S, PFosfolpidos

Esfingolpidos

cidos grasos

Son cidos monocarboxlicos de 4 a 36 tomos de carbono. Los ms frecuentes son lineales y de nmero par de tomos de carbono. Si se presentan dobles ligaduras (cidos grasos insaturados), las mismas poseen configuracin geomtrica cis. Uno de los extremos est representado por un grupo carboxlico (cido) que es hidroflico, es decir, tiene afinidad por el agua, mientras que la cadena hidrocarbonada es hidrofbica (rechaza al agua), siendo la molcula resultante anfiptica. Las propiedades fsicas de los mismos y de los compuestos que los poseen dependen del nmero de dobles ligaduras y de la longitud de la cadena.

Son molculas muy reducidas y en la clula se oxidan a CO2 y H2O y se libera energa. Los cidos grasos linoleico 18:2 ((9,12) y linolnico 18:3 ((9,12,15) son esenciales para los animales, y deben ser ingeridos con la dieta, debido a que los animales no pueden introducir dobles ligaduras ms all del carbono 9, en tanto que los vegetales s pueden hacerlo. En la clula los cidos grasos estn mayoritariamente esterificados (formando uniones ster con alcoholes simples o complejos) en los fosfolpidos que constituyen las membranas biolgicas y en los triglicridos que son la principal reserva energtica.

Los cidos grasos intervienen en la regulacin de la expresin de determinados genes del metabolismo lipdico y de la glucosa.

Eicosanoides

Este trmino agrupa a una serie de compuestos derivados de cidos grasos poliinsaturados de 20 tomos de carbono (de donde deriva su nombre: eicosano = veinte). Todos ellos tienen una amplia gama de actividades biolgicas, bien como seales qumicas (hormonas) o como efectores fisiolgicos (en procesos inflamatorios). Son el prototipo de mediadores locales, liberados in situ ante diversos estmulos. En esta categora se incluyen las Prostaglandinas (PG), los Tromboxanos y los Leucotrienos.Se conocen unas 20 PG, cuya funcin es la de regular la accin hormonal. Algunas provocan la contraccin de la musculatura lisa, en especial en el aparato reproductivo, de ah que sean utilizadas para inducir el aborto. La prostaciclina es un vasodilatador que acta principalmente sobre las arterias coronarias y que impide la agregacin plaquetaria. Otras PG son mediadores de la reaccin inflamatoria. Compuestos como el cido acetilsaliclico (aspirina), ibuprofeno y los glucocorticoides (cortisol, dexametasona) inhiben la sntesis de estas PG, y de ah sus efectos antiinflamatorios.Los Tromboxanos fueron descritos por primera vez en las plaquetas sanguneas, aunque su distribucin es muy general.. El tromboxano A2 se sintetiza en las plaquetas y tiene efectos opuestos a la prostaciclina: contrae las arterias y desencadena la agregacin plaquetaria.

Los Leucotrienos aparecen frecuentemente combinados con el tripptido glutatin. Deben su nombre a que poseen tres dobles enlaces conjugados (trieno). Son mediadores locales en reacciones de tipo alrgico e inflamatorio.Glicridos

Los glicridos son steres de un trialcohol llamado glicerol (1,2,3trihidroxi-propanol) que puede estar esterificado con 1, 2 o 3 molculas de un cido graso, formndose un monoglicrido, diglicrido o triglicrido, respectivamente.

Los triglicridos son los lpidos ms abundantes en los seres vivos y constituyen una importante fuente de energa, ya que producen ms del doble de energa (por gramo) que los carbohidratos. Esto se debe a dos factores: los lpidos estn ms reducidos y por lo tanto liberan ms energa al oxidarse a CO2 y H2O que los carbohidratos; adems, al ser hidrofbicos no contienen agua de hidratacin que se sume a su peso. Por lo tanto, los triglicridos son una forma econmica de almacenamiento energtico. Los carbohidratos y protenas pueden ser transformados en lpidos cuando la cantidad de caloras que ingresan en un organismo es mayor que la requerida. En cambio, los lpidos no pueden transformarse en hidratos de carbono en los animales; los vegetales s son capaces de transformar lpidos en hidratos de carbono y este hecho lo aprovechan algunas semillas para almacenar en un volumen reducido la energa necesaria para los primeros estadios de vida de la planta.

Debido a su hidrofobicidad, en la mayora de las clulas eucariticas los triglicridos se separan en fases en el citoplasma acuoso formando gotas de reserva en vegetales y en las clulas animales ocupando casi todo el citoplasma (adipocitos). En general los triglicridos actan como fuente de energa y de precursores biosintticos, y los diglicridos como mensajeros intracelulares.

Los triglicridos en los que predominan los cidos grasos saturados suelen recibir el nombre de grasas y tienen mayor punto de fusin (son las grasas animales, que son slidas a temperatura ambiente). En los aceites vegetales (lquidos a temperatura ambiente) predominan los cidos grasos insaturados

Cridos

Son steres de un cido graso de cadena larga. Slidos a temperatura ambiente, poseen sus dos extremos hidrfobos, lo que determina su funcin: impermeabilizar y proteger. Los cridos ms comunes son la cera de abeja (steres del cido palmtico con alcoholes de cadena larga) y la lanolina (grasa de lana de oveja). En general en los animales se encuentran en la piel, recubriendo el pelo, plumas y exoesqueleto de insectos. En los vegetales forman pelculas que recubren hojas, flores y frutos. En el plancton (organismos animales y vegetales que viven suspendidos en ocanos y mares) los cridos pueden actuar como fuente de energa.

Terpenos

Suelen incluirse en este grupo molculas formadas por condensacin de unas pocas unidades de isopreno. Qumicamente, la mayora son hidrocarburos, aunque algunos contienen funciones oxidadas. Muchas de estas molculas son vitaminas liposolubles. Son frecuentes en los aceites esenciales (sustancias aromticas) de las plantas.

Entre las vitaminas derivadas del isopreno se encuentra la Vitamina A (retinol), un alcohol tetraprenoide, indispensable para evitar trastornos como la ceguera nocturna (falta de acomodacin visual a la oscuridad), la xeroftalmia (queratinizacin del epitelio de la conjuntiva del ojo) y la sequedad de los epitelios. Tambin se ubica aqu a la Vitamina E, utilizada en el tratamiento de la esterilidad, y a la Vitamina K (naftoquinona), esencial en el proceso de coagulacin sangunea.Esteroides

Su estructura es muy diferente a la del resto de los lpidos. Una molcula de esteroide tiene sus tomos de carbono dispuestos en cuatro anillos entrelazados; tres de los anillos contienen seis tomos, mientras que el cuarto slo tiene cinco. La longitud y estructura de las cadenas laterales que parten de esos anillos establecen la diferencia entre un tipo de esteroide y otro. Los esteroides se sintetizan a partir de unidades de isopreno.

Son lpidos estructurales de la mayora de las clulas eucariticas: el colesterol en animales, el estigmasterol en vegetales y el ergosterol en hongos; las bacterias carecen de esteroles. El colesterol posee un grupo hidroxilo que le da carcter hidroflico, pero tiene adems un esqueleto hidrocarbonado hidrofbico, por lo que la molcula es anfiptica.Entre los esteroides de mayor importancia biolgica cabe mencionar el colesterol, las sales biliares, las hormonas sexuales masculinas y femeninas, y las hormonas secretadas por la corteza suprarrenal. El colesterol es un componente estructural de las membranas celulares animales. Otros esteroles de importancia son las hormonas sexuales (femeninas y masculinas) y las hormonas de la corteza suprarrenal. Algunos esteroles actan como detergentes intestinales (cidos biliares, que es la forma en que elimina el colesterol del organismo). En la figura puede verse la estructura del colesterol y de la testosterona, hormona sexual masculina.

Fosfolpidos

Un fosfolpido (fosfoglicrido) consta de una molcula de glicerol que posee esterificados a dos cidos grasos y a un radical fosfato (cido fosfatdico), que a su vez se enlaza mediante una unin ster con un aminoalcohol, como la colina, la etanolamina o la serina (que adems es un aminocido), o un polialcohol como el glicerol o el inositol.

Los cidos grasos le confieren a estas molculas un alto grado de hidrofobicidad, mientras que la base orgnica y el cido fosfrico son altamente hidrofbicos, por lo que estas molculas son anfipticas.

Tienen funciones estructurales (son constituyentes de las membranas biolgicas) y son mensajeros intracelulares (fosfatidilcolina, fosfalitidilserina fosfatidilinositol, etc.). Los dos extremos de una molcula de fosfolpido son diferentes fsica y qumicamente. La porcin correspondiente al Acilo es hidrfoba (repele el agua), por lo que no es hidrosoluble; sin embargo, la porcin formada por el glicerol y la base orgnica est ionizada y es muy hidrosoluble. Se dice que este ltimo extremo de la molcula es hidroflico (afn al agua). Las propiedades anfipticas de estas molculas lipdicas y su geometra hacen que adopten cierta configuracin en presencia de agua, ya que los extremos hidroflicos (solubles en agua) quedan hacia afuera, interactuando con el agua circundante. Los extremos hidrfobos se orientan en el sentido opuesto. La membrana celular es una bicapa lipdica (dos capas de fosfolpidos) cuyas molculas tienen los extremos hidrfobos hacia el centro y las cabezas hidrfilas hacia el lado externo de la superficie de la membrana. Esfingolpidos

Son derivados de la esfingosina o 4-esfingenina (ver frmula), un aminoalcohol insaturado de cadena larga. Si el alcohol est esterificado con fosforilcolina estamos en presencia de la esfingomielina, que forman parte de las membranas de las clulas nerviosas.

Si en lugar de fosforilcolina hay carbohidratos, los productos se denominan cerebrsidos (gluco- o galactocerebrsidos) o ganglisidos (adems de monosacridos tienen cido silico, que es el N-acetilneuramnico). Los cerebrsidos y ganglisidos estn tambin presentes en clulas nerviosas y por tener glcidos deberan ser consideradas tambin como glicolpidos. En este sentido tambin cabe mencionar a los glicolpidos presentes en las membranas de los cloroplastos, que en realidad son glicridos en los que un cido graso est reemplazado por una o dos unidades de galactosa, en las cuales el hidroxilo alcohlico del C6 puede estar esterificado con cido sulfrico, formando un grupo sulfnico. Son constituyentes de las membranas y mensajeros intracelulares (esfingomielina)

BIBLIOGRAFA

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Solomon, E.P., L. R. Berg, D.W. Martin & C.A. Villee (1996) La Biologa de Villee, Interamericana McGraw-Hill.

Curtis, H. y N.S. Barnes (2000) Biologa. 6 edicin espaola. Editorial Mdica Panamericana.

CUESTIONARIO TERICO1) Qu entiende por elementos constituyentes principales y por oligoelementos?. Mencione el criterio utilizado para establecer esta clasificacin y cite la funcin de al menos 4 elementos de cada grupo.

2) Haga un esquema de la molcula de agua y marque las reas de carga positiva y negativa.

Cules son las consecuencias principales de la polaridad de las molculas del agua?

Describa la importancia de estos efectos sobre los sistemas vivos.

3) Cul es la importancia de los puentes de hidrgeno en las propiedades fisicoqumicas del agua?

4) Qu es la vaporizacin? Describa los cambios que tienen lugar en el agua cuando se evapora. Qu es el calor de vaporizacin?. Por qu el agua tiene un calor de vaporizacin tan grande?

5) De todos los elementos que existen en la naturaleza, por qu se seleccion al C como elemento central de los compuestos orgnicos?.

6) Qu criterios utiliza para definir al grupo de sustancias denominado lpidos?. Pueden considerarse macromolculas?. Por qu?.

7) Esquematice la frmula estructural de un triglicrido, de un cido graso, un fosfolpido y el colesterol. Mencione las funciones biolgicas de cada uno de ellos. Conoce algn otro tipo de lpido?. Seale tambin sus funciones.

8) Los triglicridos saturados tienden a formar grasas, mientras que los poliinsaturados suelen formar aceites, cul es la probable explicacin de este fenmeno?.

9) Explique de qu depende el punto de fusin de un triglicrido.

10) A su criterio, se justifica que un producto como el aceite de maz se le deba indicar en la etiqueta que no posee colesterol?.

11) A qu clase de lpido pertenecen las hormonas que se sintetizan en el ovario?.

12) Cite algn ejemplo de la combinacin de lpidos con otras molculas de elevado inters biolgico.

13) Defina qu es un hidrato de carbono y cules son sus funciones biolgicas.

14) ) A qu tipo de hidrato de carbono corresponden la Glucosa, la Fructosa, el Gliceraldehdo y la Ribosa?

15) ) Cul de las dos formas de la glucosa, lineal o cclica, es la que predomina en solucin?.

16) Al formarse un disacrido a partir de dos monosacridos, se establece una unin qumica. Formlela suponiendo que:.

a. El disacrido resultante es reductor.

b. El disacrido resultante es no reductor.

17) Cuntas molculas de agua se desprenden en la unin de tres monosacridos para formar un trisacrido.

18) Explique por qu todos los mono y disacridos son solubles en agua.

19) Qu es un polisacrido?. Cite diferentes ejemplos de polisacridos, indique su funcin biolgica y cules son los monmeros que los constituyen

20) Qu diferencia existe entre un homopolisacrido y un heteropolisacrido?

21) Por qu es ms ventajoso para los organismos vivos que sus carbohidratos de reserva sean almidn y glucgeno en lugar de glucosa libre?

Mdulo 2. TRABAJO EXPERIMENTALObjetivo:

Conocer la diversidad estructural y funcional de los lpidos e hidratos de carbono en los sistemas biolgicos.

Estudiar caractersticas fsicas y qumicas de los lpidos e hidratos de carbono con relacin a sus funciones biolgicas.

LPIDOS

ESTUDIO DE LA SOLUBILIDAD

Los lpidos se definen como aquellas sustancias:

* insolubles en agua

* solubles en solventes no polares como cloroformo, ter o benceno

* estn presentes en, o derivan de organismos vivientes.

Las metodologas de aislamiento y separacin de los lpidos se basa en la solubilidad de los mismosa) Extraccin

Es la separacin de un componente del seno de una mezcla. Los lpidos pueden ser aislados a partir de tejidos, cultivos celulares, etc. por extraccin de acuerdo a su solubilidad en solventes no polares y su insolubilidad en agua.

A continuacin se presenta un listado de solventes utilizados en los procedimientos de extraccin de lpidos, en orden creciente de polaridad:

ter de petrleo

Ciclohexano

Tetracloruro de carbono

Benceno

Tolueno

Cloroformo

ter etlico

Acetato de etilo

Acetona

Etanol

Metanol

Agua

Acido actico

La eficiencia de la extraccin depender de la naturaleza qumica de los componentes lipdicos y de la forma en que estn asociados con otros componentes dentro de la clula, tales como:

i. Interacciones hidrofbicas, fuerzas de Van der Waals: responsables de la asociacin de lpidos entre s, y a regiones hidrofbicas de las protenas. Ej: triglicridos del tejido adiposo, complejos albmina-cidos grasos. Estos lpidos pueden extraerse con solventes poco polares, como ter etlico, cloroformo o benceno.

ii. Puentes de hidrgeno, interacciones electrostticas e hidrofbicas: responsables de las asociaciones entre lpidos polares y protenas. Ej: biomembranas, lipoprotenas plasmticas. Estos lpidos requieren para su extraccin solventes polares como etanol o metanol, para lograr romper los puentes H o las fuerzas electrostticas entre lpidos y protenas.

iii. Uniones covalentes: este tipo de uniones ocurren entre cidos grasos y polisacridos. Ej.: lipopolisacridos de la pared celular de bacterias. Estos lpidos no pueden ser extrados directamente por el uso de solventes. Previamente debe realizarse una hidrlisis cida o alcalina.

Para una extraccin total a partir de un tejido, es necesaria la presencia de un alcohol para lograr la disrupcin de las membranas. Sin embargo, si slo se usaran alcoholes, se realizara una co-extraccin de azcares, aminocidos, sales, etc., por lo cual se hace necesario remover estos contaminantes hidrosolubles con agua.

El mtodo que se usar en el laboratorio es el de Bligh y Dyer, que es una forma de extraccin que supera las dificultades planteadas. Utiliza un sistema monofsico (en este caso una nica fase lquida) formado por una mezcla de cloroformo, metanol y agua en relacin 1:2:0,8 (en volumen) que rpida y efectivamente disuelve los lpidos.

El extracto es luego diluido con un volumen de cloroformo y agua, para formar un sistema de dos fases lquidas. Cualquier contaminante ser rpidamente particionado a la fase superior (acuosa), dejando a los lpidos libres de contaminantes en la fase inferior (clorofrmica).

La ley de particin establece que si a un sistema de dos fases lquidas (inmiscibles o muy poco miscibles) se le agrega una cantidad de un tercer componente, soluble en ambas fases, ste se distribuir de acuerdo a su solubilidad en cada una de ellas. Esta ley indica que las concentraciones logradas en cada fase constituyen una constante, la constante de particin:

[A1]

Kd = (( [A2]

donde [A1] corresponde a la concentracin de la sustancia A en la fase 1 (orgnica) y [A2] a su concentracin en la fase 2 (acuosa).

b) Cromatografa

El trmino cromatografa implica un grupo de tcnicas de separacin, las cuales tienen en comn la distribucin de los compuestos a separar entre dos fases, una estacionaria y otra mvil. La velocidad de migracin depender de la afinidad de stos por las distintas fases. A mayor afinidad por la fase estacionaria, la velocidad de migracin ser menor. La fase estacionaria suele estar contenida en una columna o en un soporte plano. La fase mvil se desplaza a travs de la fase estacionaria. La mezcla a separar se introduce por uno de los extremos de la fase estacionaria o fija, y se eluye con la fase mvil. Cada componente llegar al otro extremo a distintos tiempos, segn sea su velocidad de migracin.

Se denomina Rf al cociente de la distancia recorrida por cada componente separado y la recorrida por el solvente de desarrollo (ver esquema). Se utiliza al Rf como criterio de identificacin negativa, es decir que si el Rf de una sustancia patrn desarrollado paralelamente no es igual al de una sustancia incgnita, entonces no se trata del mismo compuesto. Contrariamente, dos sustancias con igual Rf no son necesariamente idnticas.

El proceso cromatogrfico se puede dividir en cuatro etapas principales:

1- Armado de la placa o columna: implica la disposicin espacial que adoptar la fase estacionaria.

2- Siembra: se refiere al contacto inicial de la muestra a separar con la fase estacionaria para su posterior desarrollo.

3- Desarrollo: es el pasaje de la fase mvil a travs de la fase estacionaria.

4- Revelado: implica la localizacin de las zonas en que se encuentran los compuestos ya separados, cuando stos no poseen coloracin propia. Puede hacerse con reactivos qumicos o con luz ultravioleta.

5- Elucin: se utiliza cuando se intenta remover los solutos de la fase estacionaria.

Esquema de una cromatografa en capa fina:

Existen diferentes tipos de cromatografa, tales como cromatografa de adsorcin, cromatografa de particin, cromatografa de filtracin con geles (o tamices moleculares), cromatografa de intercambio inico, cromatografa de afinidad, etc.

Cromatografa en capa fina (TLC)

Es un tipo de cromatografa de adsorcin. Es una de las ms efectivas y verstiles tcnicas de separacin de lpidos complejos y neutros. Presenta varias ventajas: simplicidad, facilidad de manipulacin, alta sensibilidad, alto poder de resolucin, rapidez y capacidad para detectar los componentes separados mediante el revelado. En el TP el revelado se har de forma inespecfica con vapores de iodo. Las molculas de iodo interaccionan con los lpidos fijndose a los mismos e impartindoles un color marrn cuya intensidad depende de la cantidad de lpido presente.

En el TP se utilizarn dos mezclas de solventes diferentes, una para resolver lpidos polares y otra para lpidos no polares.

a) Lpidos polares

b) Lpidos no polares

HIDRATOS DE CARBONO

REACCIONES DE CARACTERIZACIN

Reaccin de Fehling

Este es un ejemplo de reaccin de caracterizacin de azcares con poder reductor que se basa en una xido-reduccin. Los monosacridos simples son reductores ya que reducen con facilidad a agentes oxidantes como el ferricianuro, el perxido de hidrgeno (H2O2) o el ion cprico (Cu++).

En la reaccin de Fehling el grupo carbonilo del azcar se oxida a carboxilo y el agente oxidante (Cu++) se reduce a OCu2, que forma un precipitado de un caracterstico color rojo ladrillo. Esta reaccin puede utilizarse en la cuantificacin del azcar, pues midiendo la cantidad del agente oxidante que es reducido se puede valorar la concentracin del azcar.

3 OH( + R-CHO R-COO( + 2 e( + 2H2O

2 Cu++ + 2 OH- + 2 e( OCu2 + H2O

(((((((((((((((((((((((((((((((( R-CHO + 2Cu++ + 5 OH- OCu2 (+ 2 H2O +R-COO(

Reaccin de Lugol

Es una reaccin que permite caracterizar polisacridos con estructura helicoidal. Por ejemplo amilosa, amilopectina, glucgeno y dextrinas de alto peso molecular. La ubicacin del I3( en el interior de la hlice del polmero da lugar a la aparicin de un complejo coloreado.

El almidn, formado por la asociacin de molculas de amilosa y amilopectina, da una reaccin caracterstica frente al reactivo de Lugol (I2 / IK: color amarronado parduzco). Cuando se agregan gotas de este reactivo a una suspensin de almidn, se observa una coloracin violcea: la amilosa reacciona con el Lugol dando un producto azul, mientras que la amilopectina da un color rojo-prpura.

Cuando se hidroliza el almidn se rompen las uniones glucosdicas dando lugar a oligosacridos de diferente longitud (dextrinas). Las de mayor tamao, amilodextrinas, dan azul con Lugol, las siguientes, eritrodextrinas, dan coloracin rojiza y las acrodextrinas, de menor tamao, dan negativa la reaccin de Lugol. Si la hidrlisis prosigue, se forman maltosas y por ltimo glucosa, productos de degradacin que darn reaccin negativa frente al Lugol.

ALGUNAS CONSIDERACIONES

De manera general, cuando se analizan los diferentes componentes qumicos presentes en una muestra biolgica, la metodologa empleada y el anlisis que se realice sobre la misma depender en gran medida de los objetivos planteados frente a un estudio en particular.

Por ejemplo, si se desea determinar simplemente la presencia o ausencia de monosacridos en una muestra de hemolinfa de insectos, se realizar una reaccin de caracterizacin: se determinar si en el material existen monosacridos pero sin identificar a cul de ellos se refiere; solamente la reaccin identificar la presencia de un componente qumico con las caractersticas fisicoqumicas de los monosacridos. Si slo se determina la presencia o ausencia de un compuesto, el ensayo ser cualitativo. Si el objetivo de la investigacin es estudiar la cantidad de monosacridos presente por unidad de volumen de hemolinfa, se realizar una reaccin de caracterizacin cuantitativa.

Si lo que se busca es comprobar la presencia de glucosa en la hemolinfa, se deber aplicar un mtodo de identificacin que permita reconocer de manera especfica la presencia o ausencia de este monosacrido en particular.

No existe una metodologa nica a desarrollar para abordar un objetivo de estudio. En general, una cierta determinacin se puede hacer por varios mtodos diferentes. Por otra parte, una misma metodologa puede aplicarse de manera diferente para objetivos diferentes; por ejemplo, un mtodo determinado puede utilizarse para fines cualitativos o cuantitativos. Asimismo, un mtodo puede ser aplicado con xito con un determinado material biolgico pero resultar un fracaso con otro.

Por otro lado es importante establecer la sensibilidad del mtodo que se va a utilizar, adems de las condiciones en las que es posible aplicarlo.

Adems, en todo trabajo experimental es importante tener en cuenta posibles interferencias en los ensayos, siendo imprescindible realizar de manera paralela controles negativos y positivos.

El control negativo consiste en realizar la reaccin o ensayo sobre agua destilada (sin muestra) de manera simultnea y manteniendo las mismas condiciones aplicadas con la muestra en estudio. Este tipo de control permite, por ejemplo, identificar la presencia de contaminantes en los reactivos o errores de procedimiento que generen falsos positivos.

El control positivo se disea de manera tal de realizar la reaccin o ensayo sobre una muestra de composicin conocida, de manera simultnea y manteniendo las mismas condiciones aplicadas con la muestra en estudio. Este control nos permite evidenciar la respuesta positiva de la reaccin o ensayo, asegurndonos por ejemplo, el buen estado de los reactivos y adecuadas condiciones experimentales y de procedimiento.

PROTOCOLOS DE EXPERIENCIAS

LPIDOS

Objetivos:

Aplicar y discutir los fundamentos de metodologas de uso corriente para el aislamiento y separacin de lpidos a partir de muestras biolgicas complejas.

Estudiar la solubilidad de los pigmentos vegetales relacionndola con su funcin y compartimentalizacin celular.

1. Extraccin y separacin de lpidos de yema de huevoa) Extraccin ( Tomar con pipeta Pasteur 0,4 ml de yema de huevo y colocarlos en un tubo de plstico resistente a los solventes. Completar con agua destilada a 0,8 ml.

( Agregar 3 ml de la mezcla cloroformo/metanol en proporcin 2:1 (mezcla de Folch). Tapar y agitar hasta observar una sola fase.

( Agregar 1 ml de cloroformo y 1 ml de agua destilada para lograr la separacin de las fases. Agitar y dejar en reposo hasta observar la formacin de dos fases. La separacin puede acelerarse centrifugando 10 minutos a baja velocidad.

( Separar con pipeta Pasteur la fase inferior (clorofrmica) y pasarla a un tubo de plstico limpio.

b) Separacin de lpidos de una mezcla por cromatografa en capa fina (TLC)

Las placas se preparan extendiendo una pelcula del adsorbente (Silicagel G 50 gr + 100 ml de agua destilada) sobre placas planas de vidrio de 5 x 15 cm por medio de un extensor. Previo a realizar la corrida cromatogrfica, las placas deben activarse en estufa a 120 C durante 1 hora.

La cromatografa se desarrolla en cubas de vidrio con cierre hermtico, conteniendo cada una un volumen de 33 ml de la mezcla de solventes elegida (fase mvil).

( Preparar dos tipos de fases mviles y colocarlas en sendas cubas:

a) Mezcla para separar lpidos polares entre si: est constituida por cloroformo/metanol/cido actico/agua en una relacin de volmenes de 25 ml / 18,8 ml / 1,8 ml / 1 ml.

b) Mezcla para separar lpidos neutros entre si: est constituida por hexano/ter etlico/cido actico en una relacin de volmenes de 26,7 ml / 6,7 ml / 0,3 ml.

( Sembrar el extracto de lpidos de yema de huevo obtenido como se indic en el inciso a). La siembra se realiza en un extremo de la placa a 1,5 cm de la base y a 1 cm del lateral (se pueden realizar hasta 3 siembras), utilizando una pipeta Pasteur con punta muy fina, permitiendo que el extracto suba por capilaridad y descargndolo sobre el adsorbente al slo contacto. Tratar de que cada siembra sea bien puntual (del menor dimetro posible).

( Colocar las placas en sus respectivas cubas con las mezclas para separar lpidos polares o para separar lpidos no polares, respectivamente, y dejar desarrollar durante 10 a 20 min.

( Retirar las placas de las cubas cuando el frente del solvente haya llegado a 1 cm del borde superior de las placas.

( Dejar secar las placas al aire unos minutos.

( Colocar en la cuba con iodo para revelar la presencia de las distintas clases de lpidos.

2. Estudio de la solubilidad de pigmentos vegetalesSe extraern pigmentos vegetales a partir de diferentes rganos (hojas, flores, frutos, races), utilizando una mezcla de solventes de diferente polaridad:

( Cortar el material vegetal en trozos pequeos y triturarlos en un mortero agregando 5 ml de la mezcla cloroformo/metanol en proporcin 2:1 (mezcla de Folch). Agregar arena para facilitar la disgregacin del material.

( Filtrar el extracto recogiendo en un tubo de ensayo.

( Agregar 1 ml de cloroformo y 1 ml de agua destilada para lograr la separacin de las fases. Agitar y dejar en reposo hasta observar la formacin de dos fases. La separacin puede acelerarse centrifugando 10 min a baja velocidad.

Observar la particin de pigmentos en las distintas fases. Asociar la solubilidad de cada tipo de pigmento con su compartimentalizacin celular.

HIDRATOS DE CARBONO

Objetivos

Disear y aplicar protocolos de ensayo que permitan la caracterizacin de hidratos de carbonos en muestras biolgicas.

Relacionar los fundamentos de las reacciones de caracterizacin con la estructura molecular de los diferentes hidratos de carbono.

Estudiar el proceso de hidrlisis cida de un biopolmero (almidn). Verificar los productos de reaccin de la hidrlisis parcial y total realizando el seguimiento del proceso mediante diferentes reacciones de caracterizacin.

Caracterizacin de hidratos de carbono

Realizar las reacciones de caracterizacin para hidratos de carbono sobre muestras de almidn, glucosa y sacarosa; utilizando agua destilada como blanco o control negativo.

a)Reaccin de Fehling

Fehling A: solucin de sulfato de cobre en medio sulfrico.

Fehling B: solucin de tartrato de sodio y potasio en medio de hidrxido de sodio.

Reaccin: Colocar en un tubo de ensayo 0,5 ml de la muestra, 0,5 ml de Fehling A y 0,5 ml de Fehling B. Calentar agitando. Interpretar resultados.

b)Reaccin de Lugol

Reactivo: yodo disuelto en solucin acuosa de yoduro de potasio.

Reaccin: colocar en un tubo de ensayo 1 ml de muestra y 1 gota de reactivo de Lugol y agitar. Interpretar resultados.

Identificacin de muestras problemaImplementando las reacciones de caracterizacin para hidratos de carbono (Fehling y Lugol) disear y aplicar un protocolo de ensayo para identificar, entre diferentes muestras problema (A, B, C, D y E), las correspondientes a glucosa, almidn, lactosa y sacarosa.

Para realizar las reacciones de caracterizacin, tomar una pequea cantidad de cada muestra problema y disolverla en 3 ml de agua destilada. Ensayar las reacciones segn lo indicado en el protocolo anterior (Caracterizacin de hidratos de carbono).

Hidrlisis cida del almidn

Preparar 3 tubos de ensayo con 5 ml de almidn y 0,5 ml de HCl concentrado. Colocar los 3 tubos en un bao Mara a ebullicin. Tomar tiempo cero en el momento de sumergirlos. Preparar los blancos correspondientes. Retirar cada tubo en los siguientes tiempos:

Tubo 1: 1 minuto.

Tubo 2: 3 minutos.

Tubo 3: 20 minutos.

Dividir el contenido de cada uno de los tubos en dos alcuotas A y B. En las alcuotas A practicar la reaccin de Fehling (previo agregado de 5 gotas de NaOH 10%). En las alcuotas B practicar la reaccin de Lugol.

CUESTIONARIOLpidos e hidratos de carbono

1) Cul es el fundamento del aislamiento de lpidos a partir de material biolgico?

2) Cul es el fundamento en la separacin de lpidos mediante cromatografa en capa fina (TLC)? Qu entiende por fase mvil y fase estacionaria? Qu mtodo de visualizacin utilizar en el T.P.? Fundamente su respuesta.

3) Extrae los lpidos de un hgado de rata con la mezcla de Folch. Una alcuota la siembra en TLC con una mezcla de solventes para lpidos neutros (TLC, LN) y otra para lpidos polares (TLC,LP). Cuntas manchas se revelan en la TLC de LN. A qu corresponde la importante mancha que permanece en el punto de siembra? Cuntas manchas se revelan en la TLC de LP. A qu corresponden las manchas que corren con el frente del solvente?

4) A partir de los resultados obtenidos en el estudio de la solubilidad de pigmentos vegetales, diga a qu compartimentos celulares estn asociados cada tipo de pigmento extrado. Mencione ejemplos de pigmentos de naturaleza lipdica en organismos animales y vegetales y diga cul es su funcin.

5) Cules son las principales sustancias de reserva en vegetales? Mediante qu reacciones de caracterizacin podra evidenciar las sustancias de reserva mayoritarias en semillas y tubrculos?

6) Cmo est constituido el almidn y cul es la metodologa de caracterizacin de esta biomolculas? Indicar reactivos, visualizacin y fundamento de la reaccin de caracterizacin.

7) Cul es la reaccin de identificacin de la lactosa? Indicar reactivos, visualizacin y fundamento de la reaccin de caracterizacin.

8) Qu reacciones de caracterizacin realizara para verificar la composicin qumica del azcar de mesa?

9) Se tiene una solucin acuosa de maltosa y glucgeno. Mediante que reaccin pondra en evidencia la presencia de cada uno de los componentes?. Indique reactivos, resultados y fundamentos.

10) Cules son los productos de la hidrlisis del almidn? De qu forma es posible hidrolizar el almidn? Cmo comprobara experimentalmente que hubo hidrlisis?

11) Indique cul sera el resultado de la reaccin de Fehling con los siguientes compuestos: glucosa, celulosa, almidn, fructosa, sacarosa, lactosa, dextrinas.

12) Cmo explica que, siendo la sacarosa y la lactosa dos disacridos, no den ambos positiva la reaccin de Fehling?

13) Disee el protocolo de una experiencia que le permita verificar la hidrlisis enzimtica del almidn.

14) Cules sern los resultados de las siguientes reacciones de caracterizacin?

FehlingLugol

Almidn + HCl conc. (100C, tiempo = 0)

Almidn + HCl conc. (100C, tiempo = 15)

Almidn + HCl conc. (100C, tiempo = 30)

Almidn + amilasa (tiempo = 30)

Celulosa

Celulosa + celulasa (tiempo = 30)

15) En tres dispersiones acuosas A, B y C, de composicin desconocida, se realizaron diversos ensayos con los resultados que se muestran en el cuadro. En base a estos resultados del cuadro, qu compuestos podrn hallarse en cada una de las muestras?

ReaccinMuestra AMuestra BMuestra C

Biuret+--

Lugol--+

Fehling++-

Precipitacin con NH4)2SO4+--

Isopreno (2 metil-1,3-butadieno

d1

d2

ds

dS

Frente del solvente

Punto de siembra

Rf1 = d1 / dS

Rf2 = d1 / dS

Donde d1 y d2 representan las distancias recorridas por las sustancias 1 y 2, respectivamente, en tanto que ds es la distancia recorrida por el solvente.

AG: cido graso; CL: Cardiolipina; Col: Colesterol; DG: Diglicrido; EC: ster de colesterol; LPC: Lisofosfatidilcolina; MG: Monoglicrido; PC: Fosfatidilcolina; PE: Fosfatidiletanolamina; PI: Fosfatidilino-sitol; PL: Fosfolpido; PS: Fosfatidilserina; SM: Esfingomielina; TG: Triglicrido

Los valores pueden sufrir algunas modificaciones en el caso de otros organismos. En los vegetales (sin sistema seo ni nervioso y carentes de sangre) el calcio reduce su importancia relativa.

Esta ha sido la tcnica de eleccin en la elucidacin de las vas metablicas que hoy conocemos.

Dado que la relacin O:H en peso en el agua es 8:1, el 70% del peso de agua corresponde a un 62,2% de oxgeno y a un 7,8% de hidrgeno, lo que explica los porcentajes volcados en el cuadro 1, que indica que el oxgeno es el elemento ms abundante en peso (65%) y que el hidrgeno contribuye con un 10%.

El puente de hidrgeno es un enlace que se establece entre molculas capaces de generar cargas parciales. Es en el agua donde los puentes de hidrgeno son ms efectivos, ya que los electrones que intervienen en sus enlaces estn ms cerca del oxgeno que de los hidrgenos y por esto se generan dos cargas parciales negativas en el extremo donde est el oxgeno y dos cargas parciales positivas en el extremo donde se encuentran los hidrgenos. La presencia de cargas parciales positivas y negativas hace que las molculas de agua se comporten como imanes en los que las partes con carga parcial positiva atraen a las partes con cargas parciales negativas. De tal suerte que una sola molcula de agua puede unirse a otras 4 molculas de agua a travs de 4 puentes de hidrgeno. Esta caracterstica es la que hace al agua un lquido muy especial.

Los polisacridos son hidrolizados por distintas carbohidrasas, las protenas por proteasas de distinto tipo y los cidos nucleicos por nucleasas especficas.

Al ciclarse la molcula el grupo carbonilo (C=O) del aldehdo y la cetona se transforman en un hidroxilo (OH) que recibe el nombre de hemiacetlico (si proviene de una aldosa) o hemicetlico (si proviene de una cetosa)

LDL y HDL son las siglas inglesas de Low Density Lipids y High Density Lipids

La notacin 18:2 significa que el cido graso tiene 18 carbonos y dos dobles ligaduras (18:0 representara un cido graso de 18 carbonos saturado, es decir sin dobles ligaduras), en tanto que (9,12 indica que las dobles ligaduras estn ubicadas entre los carbonos 9-10 y 12-13.

Al combinarse con el glicerol, el carboxilo terminal del cido graso se fija a uno de los grupos OH del glicerol, formndose un enlace covalente llamado ster y se desprende el equivalente de una molcula de agua.