Biomoléculas I

BIOLOGÍA COMÚN BC-02

BIOMOLÉCULAS I

1.

COMPUESTOS INORGÁNICOS: AGUA Y SALES MINERALES

1.1.

AGUA

Presenta una estructura angular con polos positivos en los hidrógenos y un polo negativo en el oxígeno. Esta molécula es eléctricamente neutra, sin embargo, la diferencia de electronegatividad de los átomos de O y de H provoca un desplazamiento de los electrones hacia el átomo de oxígeno. El resultado es que cada uno de los dos átomos de hidrógeno posee una carga local positiva (   +), mientras que el átomo de oxígeno ofrece una carga local parcialmente negativa   -. Como consecuencia la molécula no tiene carga neta, constituye un dipolo eléctrico. Esta polaridad provoca la atracción electrostática entre las moléculas de agua formándose los puentes de hidrógeno. Figura 1. Modelo que representa una molécula de agua.

La molécula de agua es el compuesto más abundante en los seres vivos (de un 65% a un 95% de su masa), este porcentaje varía dependiendo del metabolismo del organismo. El desarrollo y la mantención de la vida se deben gracias a la presencia de la molécula de agua y a sus atípicas características físico-químicas que se presentan a continuación en la tabla 1. Tabla 1. Propiedades físico-químicas del agua y sus funciones en los seres vivos. Descripción

Ejemplo de beneficio para el cuerpo

Las moléculas polares de agua atraen iones y otros compuestos polares, haciendo que se disocien.

Pueden disolverse en las células muchos tipos de moléculas, permitiendo gran variedad de reacciones químicas y el transporte de numerosas sustancias. Ejemplos: Disolver moléculas polares como el NaCl; El agua como el compuesto más abundante del plasma sanguíneo.

El agua puede absorber una gran cantidad de calor mientras que su temperatura solo asciende ligeramente.

Esto la convierte en un buen aislante térmico  que mantiene la temperatura interna de los seres vivos a pesar de las variaciones externas. La temperatura corporal permanece relativamente constante.

Propiedad Fuerte polaridad

Elevado calor específico

Alto calor de vaporización

El agua tiene la propiedad de absorber mucho calor cuando cambia del estado líquido al gaseoso, por tanto, para que una

molécula

se

“escape”

de

las

adyacentes, han de romperse las uniones entre ellas y, para romper los puentes de hidrógeno, se necesita una gran cantidad de energía.

2

La evaporación del agua por la sudoración enfría el cuerpo. Esta propiedad es utilizada como mecanismo de regulación térmica.

Propiedad Fuerza de cohesión

Estados del agua

Descripción

Ejemplo de beneficio para el cuerpo

La cohesión es la tendencia de las moléculas de agua a estar unidas entre sí, esta característica la hace un líquido prácticamente incompresible. Las moléculas de H 2O se unen por puentes de hidrógeno.

El agua actúa como lubricante o almohadón para proteger frente a las lesiones por fricción o traumatismo. Ejemplos: El agua presente en las articulaciones y en el líquido cefalorraquídeo.

El agua, al descender la temperatura, a partir de los 4º C, empieza a aumentar su volumen y a disminuir su densidad.

Las capas de hielo en lagos y mares se mantienen en la superficie, lo cual aísla al medio acuático de las bajas temperaturas permitiendo el desarrollo de una diversidad de seres vivos.

ACTIVIDAD 1 a)

¿Por qué una botella de vidrio llena de agua se revienta al congelarse? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………

b)

¿A cuál propiedad del agua le debemos su calidad de aislante término en nuestro organismo? …………………………………………………………………………………………………………………………………..……………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………

c)

¿Por qué si sales de la piscina en un día caluroso y no te secas, sientes frío? …………………………………………………………………………………………………………………………………..……………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3

1.2.

SALES MINERALES

En los sistemas vivos, las sales inorgánicas se encuentran básicamente de tres modos diferentes:

Disueltas

La mayor parte de las sales se hallan disueltas en medios acuosos, formando electrolitos tal es el caso del Sodio (Na +), Potasio (K+), Calcio (Ca2+), Cloruro (Cl-), Bicarbonato (HCO3-) y Fosfato (PO43-), iones que participan en diversas reacciones químicas. Por ejemplo, regulación de la acidez (pH) y formación de potenciales eléctricos. Además, es muy importante considerar que sales como el Sodio (Na+) y el Cloruro (Cl-) mantienen el equilibrio hidrosalino.

Otras sales se encuentran precipitadas formando, de este modo, estructuras Precipitadas sólidas y rígidas; tal es el caso del fosfato cálcico (Ca3 (PO4)2), que al precipitar sobre una matriz de proteínas fibrosas forma los huesos. Algunos iones inorgánicos, se encuentran formando parte de moléculas orgánicas, como es el caso del hierro (Fe 2+) en la molécula de hemoglobina y el Combinadas magnesio (Mg2+) en la clorofila. También algunos iones se asocian a enzimas actuando como cofactores enzimáticos.

ACTIVIDAD 2 a)

¿Por qué están importante la leche en la primera infancia? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Complete: b)

Si en el suelo falta el Mg2+ las hojas de las plantas se decoloran y se ven mustias. Esto ocurre porque no pueden sintetizar la …………………………………………………………………….

c)

Si la persona padece de anemia, por ello está pálida y con falta de ánimo, es posible que esta situación sea producto de un déficit severo del ion……………………………

4

2.

COMPUESTOS ORGÁNICOS:

2.1.

CARBOHIDRATOS

Son compuestos orgánicos formados por C, H, O. También son llamados glúcidos, azúcares o hidratos de carbono. Estos dos últimos nombres no son del todo apropiados, pues no todos son dulces, ni se trata de moléculas cuyos carbonos estén hidratados. Se clasifican según su complejidad en: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Tabla 2. Cuadro resumen de los carbohidratos. Carbohidratos

MONOSACARIDOS

DISACÁRIDOS

Función

Ribosa

Pentosa ( C5H10O5 )

Desoxirribosa

Pentosa ( C5H10O4 )

Precursor de nucleótidos y Ácidos nucleicos (RNA). Precursor de nucleótidos y Ácidos nucleicos (DNA)

Glucosa

Hexosa ( C6H12O6 )

Fuente de energía, estructural Convertirse en glucosa y fuente de energía para el espermio. Convertirse en glucosa. Estructural

Fructosa

Hexosa ( C6H12O6 )

Galactosa

Hexosa ( C6H12O6 )

Maltosa

Disacárido = Fuente de energía. glucosa + glucosa.

Almidón

Disacárido = glucosa + fructosa. Disacárido = glucosa + galactosa. Polisacárido de glucosas.

Glucógeno

Polisacárido de glucosas.

Celulosa

Polisacárido de glucosas.

Sacarosa Lactosa

POLISACÁRIDOS

Características

5

Fuente o localización Citoplasma y núcleo. Citoplasma y núcleo. Almidón, glucógeno, maltosa, lactosa, sacarosa, celulosa y quitina. Jugo de frutas, sacarosa y semen. Leche (lactosa). Degradación incompleta del almidón. Semillas.

Fuente de energía.

Remolacha, caña de azúcar.

Fuente de energía.

Leche.

Reserva de energía en las plantas.

Raíces, tallos, hojas de plantas.

Reserva de energía en los animales. Forma parte de la pared celular vegetal. Otorga rigidez a células y tejidos.

Hígado, músculo esquelético. Madera.



Formación del enlace entre monosacáridos. La unión de los monosacáridos genera cadenas que van formando oligo y polisacáridos. Los enlaces formados se les denominan glucosídicos y solo se pueden romper mediante enzimas.

Figura 2. Cuando se unen dos monosacáridos a través de un enlace glucosídico se libera una molécula de agua, proceso llamado síntesis por deshidratación. La hidrólisis es el proceso inverso.

Figura 3. Hidrólisis de dos disacáridos. a) Maltosa y b) Sacarosa.

6

Figura 4. El almidón es un ejemplo de un polisacárido de almacenamiento en vegetales.

Figura 5. La celulosa es un polisacárido estructural presente en la pared de la célula vegetal. 7

ACTIVIDAD 3 1. El proceso inverso a la reacción que forma el enlace glucosídico es la……………………… 2. Señale los disacáridos que se forman al experimentar una reacción de síntesis por deshidratación: 

glucosa + glucosa

   

.............................



glucosa + galactosa

   

.............................



glucosa + fructuosa

   

.............................

3. Términos pareados Carbohidrato a) b) c) d) e)

glucógeno lactosa glucosa celulosa almidón

Función ____ fuente de energía inmediata ____ forma parte de la pared celular ____ reserva de energía de los animales ____ reserva de energía de los vegetales ____ nutriente presente en la leche

4. Complete a) La enzima lactasa cataliza la hidrólisis de la lactosa y se obtiene como resultado los productos:........................ y ....................... b) Las plantas en la fotosíntesis sintetizan glucosa  en sus hojas y partes verdes, la transportan como sacarosa  por vasos conductores (floema), y la almacenan en tallos y raíces en forma de ………………... c) La hidrólisis de una molécula de maltosa origina:.................... y ............................. d) La hidrólisis de una molécula de sacarosa origina los siguientes monosacáridos: ........................... y .............................

5. Resuelva Al hidrolizar 1 molécula de maltosa, 2 moléculas de lactosa y 2 moléculas de sacarosa se obtienen: ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

8

2.2.

LÍPIDOS

Constituyen una familia bastante heterogénea de biomoléculas, formados principalmente por C, H y O, en baja proporción. Lo único que tienen en común es su gran insolubilidad en agua (hidrofóbicas), demás, no forman polímeros. 

Ácidos grasos:

Presentan un grupo carboxilo (-COOH) unido a una cadena hidrocarbonada apolar (que puede ser saturada o insaturada). Es esta doble naturaleza la que permite considerarlos moléculas anfipáticas. Es por ello que, al aumentar el tamaño de la cadena apolar disminuye notablemente su solubilidad en agua, haciendo a los ácidos grasos naturales muy poco solubles en agua. Existen dos tipos de ácidos grasos: saturados e insaturados. Los ácidos grasos saturados presentan enlaces simples entre sus átomos de carbono. Como no presentan ningún enlace doble cada átomo de carbono está saturado por átomos de hidrógeno. Los ácidos grasos insaturados  presentan enlaces dobles entre los átomos de carbono que causan que la cadena hidrocarbonada se flexione. La presencia de simples o dobles enlaces trae consecuencias en el empaquetamiento de la molécula (Figura 6).

Figura 6. Esquema de dos ácidos grasos. El ácido palmítico es un ejemplo de una ácido graso del tipo saturado (no presenta dobles enlaces) en cambio el ácido linoleico es un ejemplo de un ácido graso insaturado presenta dobles enlaces).

Los acilglicéridos o glicéridos, son lípidos constituidos por una molécula de glicerol (alcohol) a la cual se le pueden unir; uno (monoglicérido), dos (diglicéridos) o tres moléculas de ácidos grasos (triglicéridos). Los triglicéridos  se clasifican según su estado físico, en aceites y grasas. Los aceites  son líquidos a temperatura ambiente, pues los ácidos grasos presentes en el son del tipo insaturado de cadena corta y principalmente de origen vegetal; en cambio las grasas  son sólidas a temperatura ambiente, pues los ácidos grasos presentes en el son del tipo saturado, de cadena larga y principalmente de origen animal. 9

Figura 7. Diagrama que muestra la formación de un triglicérido a partir de una molécula de glicerol más tres ácidos grasos del tipo saturado. El enlace se llama tipo éster o estérico y el proceso, esterificación o condensación. De derecha a izquierda se indica la hidrólisis.

RESPONDE En qué alimentos predominan triglicéridos originados a partir de ácidos grasos: 

saturados: …………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………



insaturados …………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………

Los triglicéridos son de importancia biológica debido a sus múltiples funciones entre ellas se encuentran: 





Reserva energética: A diferencia de muchas plantas, los animales solo tienen una capacidad limitada para almacenar carbohidratos. En los vertebrados, cuando los azúcares que se ingieren sobrepasan las posibilidades de utilización o de transformación en glucógeno, se convierten en grasas. De modo inverso, cuando los requisitos energéticos del cuerpo no son satisfechos por la ingestión inmediata de comida, el glucógeno y posteriormente la grasa son degradados para llenar estos requerimientos. Las grasas y los aceites contienen una mayor proporción de enlaces carbono-hidrógeno ricos en energía que los carbohidratos y, en consecuencia, contienen más energía química. En promedio, las grasas producen aproximadamente 9,3 kilocalorías por gramo, en comparación con las 3,79 kilocalorías por gramo de carbohidrato, o las 3,12 kilocalorías por gramo de proteína. Aislantes térmicos: Contra las bajas temperaturas. El tejido adiposo (que almacena grasa) está particularmente bien desarrollado en los mamíferos marinos. Amortiguador: Grandes masas de tejido graso rodean a algunos órganos como, por ejemplo, a los riñones de los mamíferos, y sirven para protegerlos de una conmoción física. Estos depósitos de grasa permanecen intactos, aún en épocas de inanición. 10

Los fosfolípidos corresponden a una familia de lípidos anfipáticos que por sus particulares propiedades físicas estructuran membranas celulares. Se trata de lípidos polares  que, en presencia de agua, espontáneamente adoptan la estructura de bicapas lipídicas (Figuras 8 y 9).

Figura 8. Fosfolípido de membrana y esquema de un fosfolípido.

Figura 9.  Bicapa lipídica. Disposición de los fosfolípidos que forman la membrana y su comportamiento con respecto al agua. Esta disposición de las moléculas de fosfolípido, con sus cabezas hidrofílicas expuestas al agua y sus colas hidrofóbicas agrupadas repeliendo el agua, forma la base estructural de las membranas celulares.

También se clasifican como lípidos a los esteroides los cuales no se asemejan estructuralmente a los otros lípidos, pero, se les agrupa con ellos porque son insolubles en agua . Pertenecen a este grupo el colesterol y sus derivados, las hormonas de la corteza suprarrenal (aldosterona, cortisol y andrógenos corticales), las hormonas sexuales femeninas  (progesterona y estrógenos) y masculina (testosterona); también la vitamina D, los ácidos biliares, (Figura 10).

Figura 10. Algunos integrantes de la familia de los lípidos esteroidales. 11

ACTIVIDAD 4



¿En qué se diferencia un ácido graso saturado de uno insaturado? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………



¿Por qué son tan importantes los fosfolípidos? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………….……………………………………………………………………



Señale las funciones de los triglicéridos en el organismo. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………



Nombre cuatro hormonas de origen lipídico. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………

12

Preguntas de selección múltiple

1.

Dentro de las características del agua es correcto plantear que posee un alto I) II) III) A) B) C) D) E)

2.

Solo I. Solo II. Solo III. Solo I y II. I, II y III.

¿Qué propiedad del agua permite la circulación de sustancias en el interior del organismo? A) B) C) D) E)

3.

calor específico. calor de vaporización. poder disolvente.

Baja densidad Gran tensión superficial Elevado calor específico Elevada capacidad disolvente Gran fuerza de cohesión molecular

Se necesita obtener tres moléculas de glucosa. Para ello se deben hidrolizar una molécula de I) II) III)

lactosa y otra de sacarosa. sacarosa y otra de maltosa. maltosa y otra de lactosa.

Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

4.

solo I. solo II. solo III. solo I y III. solo II y III.

¿Cuál de las siguientes afirmaciones es incorrecta en relación con los hidratos de carbono? A) B) C) D) E)

La fructosa es fuente de energía para los espermios Los carbohidratos sirven como aislante térmico La celulosa forma parte de la pared de la célula vegetal La lactosa es un disacárido presente en la leche materna La sacarosa es un disacárido formado por la unión de glucosa y fructosa

13

5.

¿Cuál de las siguientes moléculas NO corresponde a un lípido? A) B) C) D) E)

6.

Cortisol Celulosa Progesterona Monoglicérido Ácido palmítico

¿Cuál o cuáles de los siguientes lípidos se encuentran formando parte de membranas celulares animales? I) II) III)

Fosfolípidos Cortisol Colesterol

Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

7.

solo II. solo III. solo I y II. solo I y III. I, II y III.

Al comparar una molécula de ácido graso con una molécula de carbohidrato, ambas con el mismo número de carbonos, es correcto afirmar que la molécula de carbohidrato presenta mayor cantidad de I) II) III)

energía. oxígeno. hidrógenos.

Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

solo I. solo II. solo III. solo I y III. I, II y III.

14

8.

Al unir glucosa con fructosa se I) II) III)

forma sacarosa. forma un enlace glucosídico. libera una molécula de agua.

Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

9.

solo I. solo II. solo I y II. solo II y III. I, II y III.

Las funciones del almidón, de la celulosa y de la progesterona, son respectivamente A) B) C) D) E)

estructural reserva reserva estructural reserva

-

reserva estructural estructural reserva enzimática

-

reserva defensiva hormonal transporte estructural

10. De las siguientes biomoléculas ¿cuál NO corresponde a un monosacárido? A) B) C) D) E)

Glicerol Glucosa Fructosa Galactosa Desoxirribosa

DMQ-BC02 Puedes complementar los contenidos de esta guía visitando nuestra Web http://www.pedrodevaldivia.cl/ 15