2013

P O L Í M E R O S

QUÍMICA MENCIÓN

QM-29

2

INTRODUCCIÓN

Los polímeros son macromoléculas formadas por la unión de miles de componentes moleculares

idénticos o distintos y que forman enormes cadenas de diversa composición y forma. La unidad

estructural básica es el monómero y dependiendo de su conformación y propiedades mecánicas,

monómeros y polímeros son categorizados.

En términos generales, a las moléculas que presentan masas superiores a 10.000 u.m.a se les

conoce como macromoléculas (del griego makros, que significa “grande” o “largo”). Ahora bien,

cuando una macromolécula se obtiene al repetirse un patrón de átomos a lo largo de la misma, se

obtiene un polímero propiamente tal (poly, del griego que significa “muchos”, y meros, “partes”).

Si para la obtención de algún polímero se utilizan dos o más monómeros distintos, entonces, se

habla de copolímero. Además, si un polímero fluye y permite ser moldeado, extruido o laminado,

se le denomina plástico.

En la naturaleza hay polímeros de gran valor comercial como el algodón, la celulosa, la seda o el

hule, sin embargo, un número mayor de polímeros usados a diario son materiales sintéticos

elaborados industrialmente.

CLASIFICACIÓN Los polímeros se pueden clasificar de distintas formas según las propiedades o características que

se analicen, así existen por lo menos 5 clasificaciones distintas: origen, composición química,

mecanismo de formación, comportamiento frente a la temperatura y aplicaciones.

POLIMEROS

ORIGEN

COMPOSICIÓN

COMP. FRENTE

A LA

TEMPERATURA

MECANISMO

DE

FORMACION

APLICACIONES

3

Según su origen

• Polímeros naturales: También llamados biopolímeros. Son macromoléculas formadas por

los propios seres vivos. Ejemplos son las proteínas, los ácidos

nucleicos, los polisacáridos (como la celulosa y la quitina, el almidón),

el hule o caucho natural, entre 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 monoméricos

provienen del petróleo aunque hay una industria floreciente de

derivados del almidón (plástico biodegradable). Por ejemplo, el nylon,

el poliestireno, el cloruro de polivinilo (PVC), el polietileno, etc.

Según su composición química

• POLÍMEROS ORGÁNICOS: Poseen en la cadena principal átomos de carbono. Entre ellos hay

subdivisiones como:

Polímeros vinílicos: La cadena principal de sus moléculas está formada

exclusivamente por átomos de carbono. Dentro de ellos se

pueden distinguir:

Poliolefinas formados a partir de la polimerización de olefinas.

Ejemplos: polietileno y polipropileno.

Estirénicos Polímeros que contienen al estireno entre sus

monómeros. Ejemplos: poliestireno y caucho estireno-

butadieno.

Vinílicos Halogenados Polímeros que contienen átomos halógenos

(Cloro, Flúor y Bromo) en su composición.

Ejemplos: PVC y teflón.

Acrílicos derivados de ésteres acrílicos. Ejemplos: PMMA.

Polímeros no vinílicos: Además de Carbono, tienen átomos de Oxígeno o Nitrógeno en

su cadena principal.

Poliésteres

Poliamidas

Poliuretanos

4

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 una

molécula de baja masa molecular que se elimina del polímero

principal, por ejemplo agua. Así se forman por ejemplo las

poliamidas (proteínas) y los poliésteres (telas).

• Polímeros de adición: La polimerización no implica la liberación de ningún compuesto

de baja masa molecular. Esta polimerización se genera cuando

un “catalizador” o “iniciador”, da comienzo a la reacción. Este

catalizador logra que los monómeros se unan entre sí a través

de radicales, cargas positivas o negativas generados en

dobles enlaces y así se van uniendo uno tras uno hasta que

la reacción termina.

Según su comportamiento respecto de la temperatura

Para clasificar polímeros, una de las formas empíricas más sencillas consiste en calentarlos por

encima de cierta temperatura. Según si el material funde y fluye o no, se diferencian dos tipos de

polímeros:

• Termoplásticos: Fluyen (pasan al estado líquido) al calentarlos y solidifican al enfriarlos. Su

estructura molecular presenta pocos (o ningún) entrecruzamientos, por lo

que son principalmente polímeros lineales. Ejemplos: polietileno (PE),

polipropileno (PP), PVC.

• Termoestables: No fluyen, de modo que al calentarlos se descomponen químicamente. Este

comportamiento se debe a una estructura con muchos entrecruzamientos,

que impiden los desplazamientos de las moléculas.

Termoestable Termoplástico

5

Según sus aplicaciones

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

• Elastómeros: Son materiales con alta elasticidad y extensibilidad; vale decir, se deforman al

someterlos a un esfuerzo (tensión) pero recuperan su forma inicial cuando

termina la tensión. En cada ciclo de extensión y contracción los elastómeros

absorben energía. Ejemplo: las suelas de los zapatos.

• Plásticos: Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente intenso, se

deforman irreversiblemente, sin recuperar su forma original. Muchas veces el

término “plástico” se aplica a todos los polímeros como si fuera un nombre

genérico aún cuando los polímeros no tengan la propiedad.

• Fibras: Presentan alta elasticidad y baja extensibilidad, o sea, pueden deformarse

pero siempre recuperarán su forma original sin estirarse demasiado, lo que

permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables.

• Recubrimientos: Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros

materiales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo resistencia a la

abrasión. Entre estos están las pinturas.

• Adhesivos: Son sustancias que combinan una alta adhesión y cohesión, lo que les permite

unir dos o más cuerpos por contacto superficial como lo hacen los pegamentos

comunes.

POLÍMEROS SINTÉTICOS

POLÍMEROS DE ADICIÓN

En la polimerización por adición, las unidades de construcción o monómeros se unen entre sí, de

tal manera que el producto polimérico contiene a todos los átomos de los monómeros iniciales.

Para lograr esto es necesario que el monómero inicial presente por lo menos una insaturación.

Hay muchos polímeros de adición, de bastante uso y aplicación. Casi la mayoría de ellos se

obtiene a partir de monómeros derivados del etileno (CH2=CH2), en los cuales uno o más átomos

de Hidrógeno han sido reemplazados por otro átomo. La sustitución de uno de los átomos de

hidrógeno por un grupo metilo da el monómero propeno (CH2=CH-CH3), también conocido como

propileno.

Este tipo de polimerización puede ocurrir por tres distintos mecanismos:

1. vía radicales

2. vía cationes

3. vía aniones

De estas tres, la vía radicalaria es la más común. Las otras dos se usan sólo cuando es imposible

formar radicales.

6

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 de

formar radicales de manera fácil y con ello dar inicio a la reacción.

En todos los mecanismos que serán analizados las flechas indican el movimiento de

electrones 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.

7

POLÍMEROS MÁS COMUNES (USOS)

POLIETILENO

Es un polímero termoplástico que se fabrica de alta y baja densidad. El de alta densidad es

parcialmente 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 hacer

bolsas y como aislante térmico.

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 la

fabricación de cajas de batería. Si el polipropileno se convierte en fibras, se utiliza en telas de

tapicería y alfombras.

CH2 CH CH3CH 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 la

adición de color y cargas, se utiliza para manufacturar juguetes de bajo costo y artículos para el

hogar. Cuando se insufla un gas en el poliestireno líquido, éste forma una espuma y al

endurecerse se convierte en la conocida espuma sólida (plumavit o aislapol) con la que se hacen

vasos desechables, moldes de embalajes y planchas que se utilizan extensamente como aislantes

en las viviendas.

CH2=CH

CH2-CH CH2-CH CH2-CH CH2-CH

ESTIRENO POLIESTIRENO

8

FORMACIÓN DE POLIESTIRENO

1 Iniciador I - I 2 I.

2 Primera etapa + I. I

.

3 PropagaciónI

. I.

I. I

.

4 Final

* *

n

9

CLORURO DE POLIVINILO

Se utiliza en la fabricación de un material sintético resistente parecido al cuero natural, en la

fabricación de botellas plásticas, en la fabricación de pisos duraderos, en la fabricación de

materiales ligeros de plomería e inoxidables.

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

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 calor y a los agentes químicos, el teflón es un material resistente, poco

reactivo y no inflamable. Este polímero se utiliza en recubrir utensilios de cocina como sartenes,

pailas y ollas, ya que les confiere la propiedad de antiadherentes.

F2C CF2CF2 CF2 CF2 CF2 CF2 CF2 CF2 CF2

TETRAFLUORETILENO POLTETRAFLUORETILENO

TEFLÓN

CAUCHO SINTÉTICO

Durante la primera guerra mundial, científicos alemanes descubrieron la manera de fabricar

caucho sintético. Éste 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 (polímero

formado por la polimerización de una mezcla de dos o más monómeros) del Estireno y el 1,3-

Butadieno. Este es el caucho sintético más utilizado a nivel mundial y se denomina caucho SBR.

Monómeros que dan origen al caucho sintético y estructura del copolímero.

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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 de polivinilideno

(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 de polivinilo

Adhesivos, recubrimientostextiles, resinas para gomade mascar, pinturas

Polimetacrilatode metilo

Sustituto del vidrio,bolas de boliche

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POLÍMEROS DE CONDENSACIÓN

En un polímero de adición, todos los átomos de las moléculas del monómero quedan incorporados

en el polímero. En cambio, en un polímero de condensación una parte de las moléculas del

monómero no se incorpora al polímero final. Comúnmente, durante la polimerización por

condensación 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 varios

monómeros 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 de

carbono, el ácido 6-aminohexanoico. La polimerización consiste en la reacción del grupo carboxilo

de una molécula de monómero con el grupo amino de otra molécula. Esta reacción produce un

enlace amida que une a las moléculas de monómeros formando el polímero, en este caso una

poliamida. 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 contiene

dos grupos amino (1,6-hexanodiamina) y el otro monómero tiene dos grupos carboxilo (ácido

hexanodioico o ácido adípico), el producto es también una poliamida similar al nylon 6. La seda y

la lana que son fibras de proteínas, son poliamidas naturales.

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MECANISMO DE FORMACIÓN DEL NYLON 66

El nylon 66 es una poliamida fabricada a semejanza de la seda. Recibe el nombre de 66 porque

sus componentes contienen, ambos, 6 carbonos.

NH2

H2N

O

OH

O

HO

Ácido Hexanodioico6 Carbonos

1,6-Hexanodiamina6 Carbonos

+

HONH

NH2

O

O

+ H2O

+

O

OH

O

HO

HONH

HN

OH

O

O O

O

+ H2O

+NH2H2N

H2N

HN

NH

HN

OH

O

O

O

O

+ H2O

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BAQUELITA

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 las

posiciones 2 y 4 de la molécula de fenol. Las moléculas sustituidas reaccionan a continuación con

expulsión del agua. Este enlazamiento continúa hasta formar una red extensa.

OH

OH

OH

OH OH

OH

OH

OH

OH

CH2

CH2 CH2

CH2 CH2

CH2

CH2

CH2CH2

Resina de Fenol-Formaldehído

El gran entrecruzamiento le otorga a la baquelita sus propiedades características. La baquelita es

termoestable, o sea, no sufre variaciones en su forma. Al calentarse, sin embargo, puede

moldearse a medida que se forma. Al comienzo (baquelita A) es líquida y a medida que el peso

molecular 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 de

manera indirecta a preservar a una especie de tortugas llamadas tortugas de carey de cuyos

caparazones se obtenía el carey para hacer objetos de lujo.

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Otros polímeros de condensación son:

POLICARBONATOS

Son polímeros duros y translúcidos (como el vidrio) que tienen la resistencia suficiente para

usarse en ventanas 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 adhesivos

epóxicos tienen dos componentes que se mezclan antes de usarse. Se forman enlaces cruzados

entre las cadenas de polímeros, y de esta manera la unión es muy fuerte.

SILICONAS

Las siliconas son compuestos sintéticos cuyo componente elemental es el Silicio. La cadena

principal de las siliconas alterna Silicio y Oxígeno. Cada átomo de Silicio tiene dos radicales

unidos. Por otra parte es importante resaltar que el enlace Si-O es altamente flexible.

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Los radicales R presentes en la estructuras pueden ser muy variados, esto sumado al hecho de

que la cadena principal puede variar mucho su tamaño le proporcionan a las siliconas una alta

variedad 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 ese fin.

6. Muy poca reactividad química, (estable).

7. No es toxica.

8. Alta permeabilidad a los gases.

Las siliconas de acuerdo a sus características se usan como sellantes e impermeabilizantes, como

lubricantes en la industria automotriz y en la fabricación de utensilios de cocina y juguetes.

SÍNTESIS DE SILICONA

Las siliconas son sintetizadas a partir de dialquilclorosilanos y agua. La reacción origina la

silicona 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 de

manera más suave y controlable que los clorosilanos.

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

Si(OR)4, tetraalquiloxisilano.

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POLIMEROS NATURALES

Prácticamente la totalidad de los polímeros naturales son de adición. Los polímeros naturales

reúnen, 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 los

monómeros se encuentran dispuestos dentro del polímero. Otro polímero natural es el caucho.

POLISACÁRIDOS

Entre los polisacáridos, los más importantes son aquellos que derivan de la glucosa. Esta azúcar

da origen a varios polímeros muy importantes para nuestro diario vivir, como el almidón (que

representa una fracción importante del aporte calórico de nuestra dieta) y la celulosa.

Almidón

Celulosa

La única diferencia estructural entre el almidón y la celulosa, es el tipo de unión entre las

moléculas de glucosa (alfa para el almidón y beta para la celulosa), sin embargo, ambos

compuestos tienen propiedades muy diferentes. La celulosa es el material resistente que forma las

paredes de las células vegetales, mientras que el almidón es soluble en agua y es usado por las

plantas como sustancia de reserva.

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CAUCHO NATURAL

La estructura química del caucho natural corresponde a un polímero de adición del monómero

llamado isopreno.

Isopreno y caucho.

Como se aprecia en la figura, el polímero del isopreno, caucho, presenta un doble enlace en su

estructura, esto provoca que el caucho natural reaccione con agentes externos (luz solar, oxígeno

y radicales libres presentes en el aire), y se “envejezca”, es decir, se endurece perdiendo sus propiedades elásticas.

Este caucho fue 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 como

borrador de marcas de lápiz, sin embargo, a pesar de sus amplios usos, el caucho posee el gran

inconveniente de ser muy sensible a la acción del calor, del frío y de la luz solar, esto impidió su

masificación.

Vulcanización

La vulcanización es un proceso industrial mediante el cual se calienta el caucho crudo en

presencia de azufre con el fin de volverlo más duro y resistente al frío. Se dice que fue

descubierto por Charles Goodyear en 1839 por accidente, al volcar un recipiente de azufre y

caucho encima de una estufa. Esta mezcla se endureció y se volvió impermeable, a la que llamó

vulcanización en honor al dios vulcano. Sin embargo, hay estudios que demuestran que un

proceso similar a la vulcanización, pero basado en el uso de materiales orgánicos (savias y otros

extractos de plantas) fue utilizado por la Cultura olmeca 3.500 años antes para hacer pelotas de

hule destinadas a un juego ritual.

El proceso de vulcanización modifica en extremo la estructura del polímero y lo convierte en un

material más resistente al frío y a los agentes externos pues en el proceso se forman

entrecruzamientos entre las cadenas del caucho, mejorando su dureza y resistencia.

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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 obtenido

era de superficie lisa y no adherente, además de resistente y elástico. A la par del desarrollo de la

industria del caucho comenzó una explotación de este recurso en el norte del Amazonas que dio

origen a esclavitud de indígenas.

La estructura tridimensional del caucho vulcanizado con estos enlaces cruzados de azufre, le

aporta 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 azufre

es del 3% o más, es lógico pensar entonces que el caucho formará mayor cantidad de enlaces

cruzados y adquiriría una estructura casi rígida, sin ninguna elasticidad, obteniéndose así un

caucho 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 grupo

carboxilo (-COOH) en su estructura. En condiciones adecuadas, los aminoácidos pueden

reaccionar 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 cuales

8 de ellos son considerados esenciales, es decir, deben ser ingeridos en la dieta ya que no son

sintetizados por el organismo.

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AMINOÁCIDOS (en negrita los esenciales)

Gli Glicina Cis Cisterna

Ala Alanita Met Metionina

Val Valina Trp Triptofano

Leu Leucina Tir Tirosina

Ile Isoleucina Gln Glutamina

Fen Fenilalanina Asp Ácido Aspártico

Pro Prolina Glu Ácido Glutámico

Ser Serina Lis Lisina

Tre Treonina Arg Arginina

Asn Asparagina His Histidina

El enlace peptídico

Las proteínas son poliamidas. El enlace de las amidas (-CONH-) se denomina enlace peptídico

cuando une a dos unidades de aminoácidos.

H3N+ CH

R

C

O

NH CH

R

C

O

Enlace Peptídico

O-

Se observa que al aparecer un grupo amino activo a la izquierda y un grupo carboxilo a la

derecha, estos pueden seguir reaccionando para unir más unidades de aminoácidos. Este proceso

puede continuar hasta obtener la unión de miles de unidades de aminoácidos para formar una

molécula gigante (polímero) llamado proteína.

H3N+ CH

R

C

O

NH CH

R

C

O

NH CH

R

C

O

NH CH

R

C

O

NH CH

R

C

O

n

Amino Carboxilo

O-

Cuando se unen dos aminoácidos, se forma un dipéptido

H3N+ CH2 C

O

NH CH C

O

CH2

O-

Glicilfenilalanina (un dipéptido)

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

H3N+ CH C

O

NH CH C

O

CH3CH2OH

NH CH C

O

O-

CH2SH

Serilalanilcisteína (un tripéptido)

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. La

diferencia 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 los

aminoácidos involucrados, la manera más simple es asumir que la cantidad de aminoácidos

excede 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. Son

verdaderamente especiales, pues son las sustancias centrales en casi todos los procesos

biológicos.

Las enzimas, por ejemplo, son proteínas que permiten y controlan casi todas las reacciones

químicas en los sistemas vivos. Junto a los lípidos, las proteínas son componentes estructurales

de las membranas celulares. Las proteínas de las membranas ayudan a transportar sustancias a

través de la doble capa lipídica y trabajan como sitios receptores de los neurotransmisores y de

las hormonas.

Las proteínas son responsables del soporte estructural y del movimiento del cuerpo humano. El

tejido 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 inmunoglobulinas

constituyen una de las líneas de defensa más importante contra agentes infecciosos. Tal

diversidad de roles en estos polímeros, los transforman en un pilar químico de la materia viva.

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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 enlaces

peptídicos entre las moléculas de aminoácidos. En otras palabras, esta estructura indica la clase y

orden de los aminoácidos en la molécula.

Asp-Arg-Val-Tir-Ile-His-Pro-Fen

Estructura primaria de la angiotensina II, un octapéptido que se produce en los riñones que causa fuerte constricción de los vasos sanguíneos.

ESTRUCTURA SECUNDARIA

Se refiere a la disposición de las cadenas alrededor de un eje. Esta disposición podría ser de

lámina plegada (como en la seda), o de hélice (como la lana). Esta estructura es la forma que

adquiere 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 relativamente

separadas unas de otras en la cadena proteica. Esta es la forma que adquiere una proteína debido

a 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 la

estructura terciaria de una proteína.

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ESTRUCTURA CUATERNARIA

Se presenta sólo en las proteínas que presentan más de una cadena polipeptídica. Se considera

como la unión mediante enlaces débiles intermoleculares de varias cadenas polipeptídicas de

estructura terciaria, formando un complejo estable. Un ejemplo es la estructura de la

hemoglobina:

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 sustancias

como monosacáridos, ácidos nucleicos y lípidos.

PROTEÍNAS

SIMPLES

CONJUGADAS

globulares

fibrosas

glicoproteínas

lipoproteínas

nucleoproteínas

Hemoproteínas

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PROTEÍNAS SIMPLES

I. GLOBULARES

Globulinas: Son indispensables para la defensa contra las infecciones y son

denominadas gama-globulinas.

Albúminas: Se encuentran en los huesos y en la sangre donde sirven como

sistema 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, Se

encuentran 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, el

algodón y la lana.

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 cubierta

de 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.

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FUNCIONES PROTEICAS

Estructurales

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.

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La desnaturalización de proteínas Es la pérdida de la estructura conformacional de la proteínas, este efecto es originado por un

agente externo como el calor, un ácido, una base, una sal o una radiación ultravioleta. En

ocasiones, en la desnaturalización, se rompen enlaces covalentes haciendo irreversible el proceso

de regresar a la estructura u organización original. Las proteínas desnaturalizadas son imposibles

de cristalizar por lo tanto, su función biológica es bastante distinta (comparativamente) de la

proteína original. Para que una proteína presente algún valor alimenticio debe experimentar el

proceso de desnaturalización, este proceso va seguido de la coagulación de la proteína, formando

una 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 la

estructura correcta de la molécula de ADN. Ésta es una cadena de nucleótidos que se encuentra

en el núcleo de la célula y guarda la información genética siguiendo un código que depende de la

ubicación 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 cromatina

se duplica y luego se rompe en fragmentos llamados cromosomas. Los cromosomas están

formados por unidades llamadas genes, que son los responsables de transportar la información

genética.

Componentes del ADN

El ADN está compuesto de 3 tipos de moléculas distintas, una base nitrogenada, un éster de

fosfato y un azúcar, los cuales se combinan de la siguiente manera para formar una cadena de ADN.

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.

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Las dos cadenas de polinucleótidos van en sentidos opuestos en una molécula de ADN. En cada

extremo 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 la

escalera serían análogos a los pares de bases y los soportes serían análogos a las unidades

alternantes de desoxirribosa y fosfato.

La estructura denominada doble hélice justifica la replicación y la manera en que el ADN almacena

la información genética. Esta estructura consta de dos cadenas de ADN dispuestas

“antiparalelamente”, de esa forma las bases nitrogenadas de las cadenas de ADN establecen

uniones de puente de hidrógeno con la cadena vecina a la vez que comienzan a enroscarse una

sobre 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 de

manera casi perfecta.

Dado que la cantidad de bases presentes en una cadena de ADN es muy grande (se estima que el

genoma humano contiene más de 3 millones de pares de bases) la fuerza que mantiene unidas a

las dos cadenas de ADN es extremadamente alta.

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Replicación de ácidos desoxirribonucleicos Las moléculas de ADN pueden presentar una reacción catalizada por enzimas en ellas producen

duplicados exactos de si mismos. Tal reacción es única entre las moléculas y se denomina

replicación 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 la

información hereditaria de un organismo. Cuando las células se dividen, debe existir algún medio

por el cual la información hereditaria de la célula progenitora se transfiere a las dos células

descendientes.

La replicación del ADN es catalizada por la ADN polimerasa y comienza cuando los enlaces de

hidrógeno entre los pares complementarios de bases se rompen. La molécula de ADN se separa

de forma similar a como se abre un cierre eclaire. Dentro del fluido que rodea a la molécula de

ADN 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 llevadas

hacia las bases que están expuestas después de que la molécula de ADN comienza a

desenvolverse. Una base de adenina en la molécula de ADN forma enlaces de hidrógeno con una

base de timina complementaria que forma parte del desoxinucleótido libre. Una base de guanina

de la molécula de ADN forma enlaces de hidrógeno con su base complementaria de citosina y así

sucesivamente. Por lo tanto, cada cadena se une a su complemento y produce una réplica exacta

de la cadena a la cual estaba originalmente unida.

Replicación del ADN

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