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Biologia (Bloque 1)

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TEMA 1: INTRODUCCIÓN A LA BIOLOGÍA 1. Concepto de biología. 2. Características de los seres vivos. 3. Niveles de organización. 4. Bioelementos y biomoléculas.

1. CONCEPTO DE BIOLOGÍA: La Biología es la ciencia que estudia los seres vivos. Su nombre proviene del griego “bíos”, que significa vida, y de “l ogos”, que significa estudio. Si analizamos los términos de esta definición, encontramos que: ► Se llama ciencia al estudio razonado de la materia. Por lo tanto, la ciencia necesita de la materia para desarrollarse y para avanzar. Cuando no hay nada que pesar, medir, observar, etc., no hay lugar para la ciencia. ► Se considera ser vivo a aquel que tiene las siguientes características: posee una estructura material compleja, se nutre, se relaciona y se reproduce.

2. CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS. El atributo más sobresaliente de los seres vivos es, quizá, su complejidad y su alto grado de organización. Poseen estructuras internas intricadas, que contienen muchas clases de moléculas complejas. Se presentan, además, en una variedad asombrosa de especies diferentes. Por contraste, la materia inanimada de su entorno, representada por el suelo, el agua y las rocas, está constituida, habitualmente, por mezclas casuales de compuestos químicos sencillos, y su organización estructural es más bien sencilla. Los seres vivos presentan gran variedad y diversidad de formas y organización, pero hay unas características que son comunes a todos ellos: A) Todos los seres vivos tienen una composición química semejante: agua, sales minerales, glúcidos, lípidos, prótidos y ácidos nucleicos (Semejantes pero no idénticas, pues puede haber componentes iguales para grupos amplios de especies, o géneros, o clases, y sin embargo hay otros que son diferentes para miembros de la misma especie, e incluso del mismo clan familiar.)

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B) Todos los seres vivos realizan una serie de funciones vitales, que se pueden agrupar en tres: ▪NUTRICIÓN: entendida genéricamente como la capacidad de intercambiar materia y energía con el medio. ▪RELACIÓN: en sentido amplio seria la capacidad de intercambiar información con el medio; es decir, recibir estímulos y generar respuestas. ▪REPRODUCCIÓN: entendida como la capacidad de crear réplicas semejantes a sí mismos. C) Finalmente todos los seres vivos están compuestos por unas unidades básicas llamadas células.

3. NIVELES DE ORGANIZACIÓN. Al observar la materia podemos distinguir en ella varios grados de complejidad estructural, que son los llamados niveles de organización (Cuadro 1). 3.1.- Nivel subatómico: Lo integran las partículas más pequeñas de materia, como protones, neutrones, electrones. A su vez, estas unidades se encuentran organizadas en un nivel superior o nivel atómico. 3.2.- Nivel atómico: Los átomos son la parte más pequeña de un elemento químico que puede intervenir en una reacción. Por ejemplo, un átomo de hierro (Fe), un átomo de oxígeno (O), etc. 3.3.- Nivel molecular: Es el que incluye a las moléculas, que son unidades materiales formadas por la agrupación de dos o más átomos mediante enlaces químicos. Por ejemplo una molécula de oxigeno (O 2), una de carbonato cálcico (CaCO3), etc. A las moléculas que forman parte de los seres vivos se las denomina biomoléculas o principios inmediatos. Las macromoléculas son el resultado de la unión de distintas moléculas, como es el caso de algunos aminoácidos y nucleótidos, que dan lugar a las proteínas y los ácidos nucleicos, respectivamente. La unión de varias macromoléculas puede dar lugar a asociaciones supramoléculares. Éstas, a su vez, pueden asociarse formando orgánulos celulares, como las mitocondrias y los cloroplastos, etc., sin que éstos puedan ser considerados como individuos, ya que no gozan de autonomía. Los virus son asociaciones supramoléculares.


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3.4. Nivel celular: Es el primer nivel que se puede considerar que incluye seres vivos. Abarca las células. Estas son unidades de materia viva constituidas por una membrana, un citoplasma y un núcleo. Se distinguen dos tipos de células: las células procariotas, que son las que carecen de envoltura nuclear y que, por lo tanto, el contenido del núcleo se haya disperso en el citoplasma (P. Ej. Las bacterias), y las células eucariotas, que son las que sí tienen envoltura nuclear y un núcleo bien diferenciado (células de los animales, los vegetales y los protozoos). 3.5. Nivel pluricelular: Abarca aquellos seres vivos que están constituido por más de una célula. Dentro de este nivel se pueden distinguir varios grados de complejidad o subniveles: los conjuntos de células especializadas reciben el nombre de tejido como el tejido muscular o el nervioso. Los tejidos se reúnen para formar órganos, como el corazón. El conjunto de todos los órganos que de forma coordinada desempeñan una función constituye un aparato, como el digestivo. 3.6. Nivel de población: Es un conjunto de individuos de la misma especie, que viven en una misma zona y que se influyen mutuamente. 3.7. Nivel ecosistema: Las distintas poblaciones que habitan en una misma zona forman una comunidad o biocenosis. Las condiciones físico-químicas de una zona y las características de la misma forman el biótopo. El conjunto formado por la biocenosis, el biótopo y las relaciones que entre ellos se establecen forman los ecosistemas.


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Partículas elementales (protones, electrones, neutrones) \ Átomos (C, H, O, N,...) \ Moléculas sencillas (H2O, N H3 , glucosa, aminoácidos,...) \ Moléculas complejas (almidón, proteínas,...) \ Orgánulos celulares (ribosomas, mitocondrias, cloroplastos,...) y Virus colonía \ _ CÉLULA Y Y Ser VIVO unicelular \ \ Tejido (muscular,...) \ \ Órgano (corazón, pulmones,...) \ \ Aparato o Sistema (digestivo,...) Ser VIVO pluricelular Y Y Individuo \ Población \ Comunidad \ Ecosistema \ Biosfera Cuadro 1.- Este cuadro representa los diferentes niveles de organización de la materia. Observa cómo solamente a partir de cierto grado de complejidad podemos hablar de seres vivos y cómo cada nivel incluye a todos los anteriores a él y es incluido a su vez por los posteriores niveles.

A.1.- ¿A partir de qué nivel podemos hablar de seres vivos? A.2.- ¿Es un virus un ser vivo? Razona la respuesta. A.3.- ¿Qué niveles contiene el nivel orgánulos? A.4.- ¿Es lo mismo orgánulo que organismo? ¿Por qué? A.5.- Cuando las células se reúnen, ¿qué clase de asociaciones pueden constituir? A.6.- La destrucción de todos los tejidos ¿cómo afecta a los niveles de mayor complejidad? A.7.- A partir del nivel celular, pon ejemplos de todos aquellos niveles que lo incluyen. A.8.- ¿Qué división se puede hacer entre los seres vivos en función del número de células? A.9.- ¿Qué seres vivos presentan mayor grado de complejidad, los unicelulares o los pluricelulares? Razona la respuesta. A.10.- ¿Qué se encuentra en mayores cantidades en un organismo pluricelular, células o tejidos?


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4.- BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS. ► Los Bioelementos son los elementos que entran a formar parte de la materia viva con alguna función o utilidad para los organismos. Hay diversas clasificaciones de los bioelementos; la más utilizada es la siguiente: PRIMARIOS: se presentan en elevada proporción en la materia viva (>95%). Son C, H, O, N, P y S. Son los Bioelementos plásticos, ya que forman parte de la estructura de los Principios Inmediatos Orgánicos. BIOELEMENTOS

SECUNDARIOS: Son abundantes pero menos y representan aproximadamente un 4,5% del total de la materia viva. Son Ca, Na, K, Mg y CI. ---------------------------------------------------------------------------------------- Dentro de los bioelementos secundarios, los que se presentan en proporciones mínimas se denominan OLIGOELEMENTOS y representan en total un 0,5% aproximadamente de la materia viva. Son: Fe, Mn, Cu, Zn, F, I, B, Si

► Biomoléculas Los átomos se unen para formar moléculas por medio de enlaces químicos. Las moléculas que forman parte de los seres vivos reciben el nombre de biomoléculas o principios inmediatos. Entre ellas cabe distinguir las siguientes: Simples: formados Gases (O2 , N2 ) Biomoléculas por átomos iguales Compuestos: Inorgánicos agua (H 2O) o formados por CO 2 átomos distintos sales minerales Principios Orgánicos glúcidos: compuestos de C, H y O. inmediatos lípidos: compuestos de C, H y O. prótidos: compuestos de C, H, O, N y S. ácidos nucleicos: compuestos de C, H, O, N y P.


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COMPONENTES DE LOS SERES VIVOS: Los resultados del análisis cuantitativo elemental de los componentes químicos de los seres vivos CUERPO HUMANO I O ............... C ............... H ............... N ...............

% 62,81 19,37 9,31 5,14

Ca .............. 1,38 S ............... 0,64 P ............... 0,63 Una .............. 0,26 K ............... 0,22 Cl ............... 0,18 Mg ............... 0,04

II

ALFALFA %

F ................. 0,009 Fe ............... 0,005 Si ................ 0,004 Zn .............. 0,0025 Al ............... 0,001 Cu .............. 0,0004 Sn ............... 0,0002 Br ............... 0,0002 Mn ............. 0,0001 I ................. 0,0001

I O ............... C ............... H ............... N ...............

% 77,9 11,34 8,72 0,83

P .............. 0,71 Ca............... 0,58 K ............... 0,23 S ............... 0,103 Mg............... 0,08 Cl ............... 0,07 Una .............. 0,039

II

%

Si ............ 0,0001 Fe ........... 0,0027 Al ............ 0,0025 Bo ........... 0,0007 Mn ........... 0,00036 Zn ............ 0,00035 Cu ............ 0,00025 Ti ............. 0,00009

Cuadro 2.- Composición química comparada del cuerpo humano y de la alfalfa.


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TEMA 2. BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS: AGUA Y SALES MINERALES 0. Introducción: 1. El agua: 1.1. Características de la molécula de agua. 1.2. Propiedades físico-químicas del agua. 1.3. Ionización del agua y ph 2. Las sales minerales 2.1. Sales minerales disueltas 2.2. Sales minerales precipitadas 3. La ósmosis 4. Soluciones o dispersiones acuosas

0. INTRODUCCIÓN: Los bioelementos se encuentran en los seres vivos formando parte de las moléculas, moléculas que pueden ser inorgánicas u orgánicas. Biomoléculas inorgánicas: Las moléculas inorgánicas son sustancias que pueden encontrarse también fuera de los seres vivos, son el agua y las sales minerales, por regla general estas sales no contienen carbono, salvo en los carbonatos y bicarbonatos, sales minerales típicas a pesar de la presencia de este elemento.

1. EL AGUA: El agua es la molécula más abundante en los seres vivos, y representa entre el 70 y 90% del peso de la mayor parte de los organismos. El contenido varia de una especie a otra; también es función de la edad del individuo (su % disminuye al aumentar la edad) y el tipo de tejido. A.1.- De acuerdo con el contenido en agua de los siguientes tejidos, ordénalos de mayor a menor actividad fisiológica: Sangre 79 % Huesos 22 % Músculos 76 % Riñón 83 % Marfil 10 % Cerebro 86 % A.2.- El contenido en agua del cuerpo humano a distintas edades es de, feto de tres meses 94 %, recién nacido 69 %, adulto 63 %. Con estos datos, ¿determina en qué le afecta al ser humano la edad con respecto al contenido en agua de su organismo? A.3.- A partir de las dos actividades anteriores, nombra en función de qué, varia el contenido en agua de los seres vivos.


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A.4.- ¿Quién poseerá mayor cantidad de agua en sus tejidos, un elefante macho de 5 años o un elefante hembra de 30?

Contenido en agua de algunos organismos y algunos tejidos humanos Organismo Algas Caracol Crustáceos Espárragos Espinacas Estrella mar Persona adulta Hongos Lechuga Lombriz Maíz Medusa Pino Semilla

% agua 98 80 77 93 93 76 62 80 95 83 86 95 47 10

Tejido Líq. cefalorraquídeo Sangre (plasma) Sangre (Gl. rojos) Tej. nervioso (s.gris) Tej. nervioso (Médula) Tej. nervioso (s.blanca) Músculo Piel Hígado Tej. conjuntivo Hueso (sin medula) Tej. adiposo Dentina

% agua 99 91-93 60-65 85 75 70 75-80 72 70-75 60 20-25 10-20 3

1.1. CARACTERÍSTICAS DE LA MOLÉCULA DE AGUA. ► La molécula de agua esta formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno unidos por enlaces covalentes simples. ► El papel primordial del agua en el metabolismo de los seres vivos se debe a sus propiedades físicas y químicas, derivadas de la estructura molecular. ► A temperatura ambiente es líquida, al contrario de lo que cabría esperar, ya que otras moléculas de parecido peso molecular (SO2, CO2, H2S, etc.) son gases. Este comportamiento se debe a que los dos electrones de los dos hidrógenos están desplazados hacia el átomo de oxigeno, por lo que en la molécula aparece un polo negativo, donde está el oxígeno, debido a la mayor densidad electrónica, y dos polos positivos, donde están los dos hidrógenos, debido a la menor densidad electrónica. La molécula de agua son dipolos


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Entre los dipolos del agua se establecen fuerzas de atracción llamados puentes de hidrógeno, formándose grupos de 3-9 moléculas. Con ello se consiguen pesos moleculares elevados y el agua se comporta como un líquido. Estas agrupaciones, le confieren al agua sus propiedades de fluido, en realidad, coexisten estos pequeños polímeros de agua con moléculas aisladas que rellenan los huecos. Los enlaces por puentes de hidrógeno son, aproximadamente, 1/20 más débiles que los enlaces covalentes, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras moléculas unidas por puentes de hidrógeno, permite que se forme en el seno del agua una estructura ordenada de tipo reticular, responsable en gran parte del comportamiento anómalo y de sus propiedades físicas y químicas.

El agua se presenta en tres estados: Sólida líquida o gaseosa como podemos observar en la siguiente figura:


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1.2. PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DEL AGUA. a) Acción disolvente.

El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal), esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, que presentan grupos polares o con carga iónica (alcoholes, aldehídos, cetonas, aminoácidos y proteínas), provocando su dispersión o disolución.

Fig. 6

Fig. 7

En el caso de las disoluciones iónicas (fig.6) los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua que impiden su unión. Este fenómeno se conoce como solvatación iónica. La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones: 1. Medio donde ocurren las reacciones del metabolismo. 2. Sistemas de transporte de sustancias, aporte de nutrientes y la eliminación de desechos


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b) Elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas. Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incomprensible. Al no poder comprimirse puede tener la función en algunos animales de esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos gusanos, permite dar volumen a las células. También explica la función mecánica amortiguadora que ejerce en las articulaciones (líquido sinovial) c) Elevada fuerza de adhesión. Los puentes de hidrógeno que se establecen entre las moléculas de agua y otras moléculas polares y es responsable, junto con la cohesión del llamado fenómeno de la capilaridad. Cuando se introduce un capilar (tubo de pequeño diámetro) (Fig.8) en un recipiente con agua, ésta asciende por el capilar como si trepase agarrándose por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente, A este fenómeno se debe en parte la ascensión de la savia bruta desde las raíces hasta las hojas, a través de los vasos leñosos.

Fig.8

d) Gran calor específico. El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los puentes de hidrógenos por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Esto permite que el citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante (Función termorregulador) .

e) Elevado calor de vaporización. Para evaporar el agua, primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa. Cuando el agua se evapora en la superficie de un ser vivo, absorbe calor del organismo actuando como regulador térmico. Gracias a esta propiedad se puede eliminar gran cantidad de calor con poca pérdida de agua.


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f) Elevada tensión superficial. Las moléculas de la superficie del agua experimentan fuerzas de atracción hacia el interior del líquido. Esto favorece que dicha superficie oponga una gran resistencia a ser traspasada y origina una “película superficial” que permite, por ejemplo, el desplazamiento sobre ella de algunos organismos. g) Densidad. El agua en estado líquido es mas densa que en estado sólido Esto permite la vida acuática en climas fríos, ya que al descender la temperatura se forma una capa de hielo en la superficie que flota y protege al agua líquida que queda bajo ella. Por tanto, a modo de resumen, las funciones del agua en los seres vivos derivadas de sus propiedades físico-químicas son: ► FUNCIÓN DE DISOLVENTE UNIVERSAL de las sustancias de la materia viva: todas las reacciones bioquímicas ocurren en medio acuoso. ► FUNCIÓN ESTRUCTURAL O PLÁSTICA: la forma de las células se mantiene gracias a la presión del agua contenida en ellas, que es su componente mayoritario. ► FUNCIÓN DE TRANSPORTE de sustancias disueltas en ella. ► FUNCIÓN TERMORREGULADORA: se opone a los cambios de temperatura o elimina el exceso de calor al ser evaporada (transpiración). ► FUNCIÓN MECÁNICA AMORTIGUADORA: en el movimiento amortigua el rozamiento de órganos con movilidad constante.


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1.2. IONIZACIÓN DEL AGUA Y PH Disociación del agua: El agua pura tiene la capacidad de disociarse en iones

♦Agua molecular (H2O) ♦Protones hidratados (H3O+) o hidrogeniones (se utiliza H+). ♦Iones hidroxilo (OH-) En realidad esta disociación es muy débil en el agua pura, y así el producto iónico del agua a 25º C es:

Como en el agua pura la concentración de hidrogeniones y de hidroxilos es la misma, significa que la concentración de hidrogeniones es de 1 x 10 -7. [H+ ] = [OH - ] = 10-7 = 7 moles/litro. Para simplificar los cálculos Sorensen ideó expresar dichas concentraciones utilizando logaritmos, y así definió el pH como: logaritmo decimal con signo negativo de la concentración de iones hidrogeniones pH agua = - log 10 -7 = 7 El pH del agua es igual a 7, como al agua se la considera neutra, ya que se disocia en igual número de OH- que de H+, el pH 7 es así mismo el pH neutro. Una disolución ácida es aquella cuya concentración de H+ es mayor que la del agua, y básica si contiene menos H+ que ésta. De manera que las disoluciones cuyo pH es menor que 7 son ácidas, y mayores que 7, básicas ●Disolución neutra pH = 7 ●Disolución ácida pH < 7 ●Disolución básica pH > 7


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En la figura 10 se señala el pH de algunas soluciones. En general hay que decir que la vida se desarrolla a valores de pH próximos a la neutralidad.

Figura 10 Los organismos vivos soportan muy mal las variaciones del pH, aunque tan solo se trate de unas décimas de unidad, y por ello han desarrollado en la historia de la evolución sistemas tampón o buffer que mantienen el pH constante, mediante mecanismos homeostáticos. Las variaciones de pH, afectan a la estabilidad de las proteínas y, en concreto, en la actividad catalítica de los enzimas, pues en función del pH, pueden generar cargas eléctricas que modifiquen su actividad biológica. Los sistemas tampón que tienden a impedir la variación del pH cuando se añaden pequeñas cantidades de iones H+ o OH- consisten en un par ácido-base conjugada que actúan como dador y aceptor de de protones, respectivamente.


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2. LAS SALES MINERALES Las sales minerales son moléculas inorgánicas presentes en todos los seres vivos que encuentran disueltas o en estado sólido (precipitadas) y que también se pueden asocia otras moléculas orgánicas.

2.1 SALES MINERALES DISUELTAS Son las sales minerales solubles en agua; se encuentran disociadas en sus iones y forman parte de los medios internos intracelulares y extracelulares. ●Los iones con carga negativa o aniones más frecuentes en la materia viva son: los cloruros (Cl- ), fosfatos (PO43-), carbonatos (CO 32-), bicarbonatos (HC03-) y nitratos (N03-). ●Los iones con carga positiva o cationes más abundantes en la materia viva son: sodio (Na+), calcio (Ca2+), magnesio (Mg 2+), hierro (Fe2+ y Fe3+) y potasio (K+).

► FUNCIONES DE LAS SALES EN DISOLUCIÓN Las sales minerales hidrosolubles, a través de sus iones, cumplen diversas funciones de tipo general, colaborando en el mantenimiento de la homeostasis o equilibrio del medio interno o de tipo específico, que dependen del sistema biológico en el que se encuentran. Además pueden asociarse con otras moléculas orgánicas, como lípidos, proteínas o glúcidos. ●Mantener el grado de salinidad en los organismos. Las concentraciones iónicas de sales minerales se mantienen constantes, dentro de unos ciertos límites, en los distintos organismos. En un mismo organismo las concentraciones pueden variar de unos compartimentos a otros; por ejemplo, en el interior celular la concentración salina varía considerablemente respecto al plasma sanguíneo. Asimismo, existen diferencias importantes en las concentraciones de unos organismos a otros. ● Regular la actividad enzimática. La presencia de determinados iones activa o inhibe reacciones bioquímicas, asociándose a la sustancia reaccionante o a las enzimas ● Regular la presión osmótica y el volumen celular. La presencia de sales en el medio interno celular es determinante para que se verifique la entrada o salida de agua a través de la membrana. Los medios con alta concentración salina son hipertónicos con respecto a los que tienen una concentración salina menor, e hipotónicos en el caso contrario. Si el medio interno celular es hipertónico con respecto al exterior se producirá entrada de agua, que ocasionaran aumento del volumen celular; si la concentración iónica en el interior es menor, se producirá el efecto contrario, salida del agua y disminución del volumen celular.


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●Generar potenciales eléctricos. Los iones que se encuentran en el interior de las células no son los mismos que los del medio externo; por esto, a ambos lados de la membrana existe una diferencia de cargas eléctricas. Esta irregular distribución de iones provoca la existencia de un potencial de membrana que ejerce una fuerza sobre cualquier molécula con carga eléctrica ● Regulación del pH. La actividad biológica en el medio interno celular se produce a un determinado valor de pH. Las reacciones químicas que se verifican en los organismos producen variaciones del pH y algunas sales minerales disueltas contribuyen a disminuir estas variaciones, manteniendo el pH constante. Las disoluciones de sales que tienen esta función se denominan tampones o disoluciones amortiguadoras. Existen disoluciones amortiguadoras en todos los fluidos biológicos. Las más importantes son: el sistema tampón fosfato (H2PO4-/ HPO 42-) en el medio intracelular y el sistema tampón bicarbonato (HCO3-/ H2C0 3) en el medio extracelular

2.2. SALES MINERALES PRECIPITADAS Las sales minerales insolubles en la materia viva se encuentran en estado sólido. En cada organismo se forman diversos cristales de una o varias especies minerales con formas y tamaños específicos. Las sales minerales precipitadas que se encuentran en los seres vivos presentan diferencias importantes con respecto a las que se encuentran en la materia inorgánica. Se pueden asociar a macromoléculas, generalmente de tipo proteico, con las que interaccionan a través de grupos iónicos comunes y regulan el crecimiento de los cristales. Los cristales más abundantes en los organismos son de silicatos, carbonatos y fosfatos, estos últimos de calcio y magnesio. ► FUNCIONES DE LAS SALES PRECIPITADAS Su función es de tipo plástico, formando estructuras de protección y sostén, como por ejemplo: ●Forman parte de los capazones de crustáceos y moluscos (CaCO3) y caparazones silíceos de radiolarios y diatomeas ●Esqueleto interno en vertebrados (fosfato, cloruro, fluoruro y carbonato de calcio) y los dientes. ●El carbonato de calcio también se puede encontrar en el oído interno, formando los otolitos que intervienen en el mantenimiento del equilibrio interno o partículas de magnetita que, al parecer, pueden utilizar algunos animales con función de brújula para orientarse en sus desplazamientos Prueba de Acceso Grado Superior

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3. LA ÓSMOSIS La ósmosis es un fenómeno en el que se produce el paso o difusión de un disolvente a través de una membrana semipermeable (permite el paso de disolventes, pero no de solutos) desde una disolución más diluida a otra más concentrada. El agua es la molécula más abundante en el interior de todos los seres vivos y es capaz de atravesar las membranas celulares, que son semipermeables, para penetrar en el interior celular o salir de él. Esta capacidad depende de la diferencia de concentración entre los líquidos extracelular el intracelular, determinada por la presencia de sales minerales y moléculas orgánicas disueltas. Los medios acuosos separados por membranas semipermeables se denominan: ●Hipertónicos, los que tienen una elevada concentración de solutos con respecto a otros en los que la concentración es inferior. ●Hipotónicos, los que contienen una concentración de solutos baja con respecto a otros que la tienen superior. ●Isotónicos, si ambos lados tienen la misma concentración. Las moléculas de agua difunden desde los medios hipotónicos hacia los hipertónicos provocando un aumento de presión sobre la cara de la membrana del compartimiento hipertónico, denominada presión osmótica. Como consecuencia del proceso osmótico se puede alcanzar el equilibrio, igualándose las concentraciones, y entonces los medios serán isotónicos. La membrana plasmática de la célula puede considerarse como semipermeable, y por ello las células deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos que las bañan. Fig. 12 Cuando las concentraciones de los fluidos extracelulares e intracelulares son iguales, ambas disoluciones son isotónicas.


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Según entre o salga agua de las células se habla de dos fenómenos:

Plasmólisis: Efecto de salida de agua desde el interior de la célula al exterior, por un proceso de ósmosis, cuando se encuentra en un medio hipertónico (alta concentración salina), para igualar las concentraciones interna y externa. La célula perderá agua, volumen, se deshidrata y puede llegar a morir (lisará) si el proceso es muy acusado Turgencia: Efecto de entrada de agua al interior de la célula cuando se encuentra en un medio hipotónico (baja concentración salina), por un proceso de ósmosis. La célula se hinchará, aumentando de volumen y puede llegar a estallar si el proceso es muy acusado (Fig.12).

► OSMOREGULACIÓN Todos los seres vivos, sean acuáticos o terrestres, están obligados a la osmorregulación o regulación de la presión osmótica. Muchos de ellos han conseguido sobrevivir en medios hipotónicos o hipertónicos mediante mecanismos físicos o químicos que evitan los cambios de presión osmótica en su medio interno. ● Vegetales. Los organismos vegetales, que habitualmente viven en medios hipotónicos con respecto al medio interno de sus células, absorben agua por las raíces. La entrada de agua en las células provoca un grado de turgencia que facilita el crecimiento de las plantas. En el caso de vivir en medios hipertónicos, los vegetales expulsan agua y se marchitan. ● Animales pluricelulares. Presentan un medio interno que puede considerarse una prolongación del medio externo con el que sus células han de mantener el equilibrio osmótico. Todos consiguen, mediante diversos mecanismos, mantener en su interior la cantidad de agua suficiente y necesaria para vivir. ●Los peces de agua dulce viven en medios hipotónicos y absorben gran cantidad de agua, eliminando una orina muy diluida por la que expulsan el máximo de líquido con la mínima pérdida de sales. ● Los peces marinos, al vivir en un medio hipertónico, deben contrarrestar la constante entrada de sales minerales; eliminan una orina bastante concentrada o hipertónica y además expulsan el exceso de sales por las branquias. ● Los mamíferos mantienen constantemente el equilibrio hídrico a través de diversos mecanismos fisiológicos: ▪Riñones. Los glomérulos renales absorben gran cantidad de agua al filtrar continuamente la sangre, pero a través de los tubos contorneados y del asa de Henle se reabsorbe


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prácticamente toda el agua y una cantidad variable de sales. La eliminación, tanto de agua como de sales, en la orina depende de las cantidades ingeridas. ▪ Intestino grueso. La absorción de agua y sales a través de la mucosa intestinal origina la formación de heces más sólidas y más salinas a medida que se incrementan las pérdidas de agua. Esto ocurre, por ejemplo, en lugares con climas muy cálidos. ▪Piel. A través de la piel se eliminan cantidades variables de agua y sales en forma de sudor. En las zonas desérticas el sudor es menos concentrado que en las zonas templadas, y como el volumen excretado para regular la temperatura es muy elevado, es imprescindible el aporte exógeno de agua y sales

4. SOLUCIONES O DISPERSIONES ACUOSAS Ni el agua ni las sales, y mucho menos el resto de las biomoléculas, se encuentran aisladas en los organismos, sino que están mezclados formando disoluciones, donde el agua actúa como fase dispersante, y en ese medio ocurren todos los procesos bioquímicos de los seres vivos. Una disolución o dispersión es una mezcla homogénea de moléculas distintas, que son las del disolvente o fase dispersante y las de soluto o fase dispersa. En las disoluciones acuosas, la fase dispersante es el agua. Estas disoluciones se clasifican según la naturaleza de las moléculas de la fase dispersa, que serán las responsables de sus propiedades. DISOLUCIONES ACUOSAS Dispersiones Moleculares (o verdaderas): el soluto formado por moléculas de bajo peso molecular (sales minerales, azucares, aminoácidos, etc.) Dispersiones Coloidales: los solutos son moléculas de gran peso molecular y tamaño. No son disoluciones verdaderas ya que el soluto puede separarse por ultracentrifugación (que es un método físico). En estas dispersiones, los solutos son macromoléculas como las proteínas, los ácidos nucleicos y los polisacáridos.

D. C. hidrófilas: los solutos presentan afinidad por el agua y por tanto son estables (ya que el agua rodea sus grupos funcionales, aislándolos).. D. C. hidrófobas: los solutos no presentan afinidad por el agua, sino que la repelen, por lo que son inestables.


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Las dispersiones coloidales, aparte de por la afinidad entre soluto y disolvente, se pueden clasificar tomando como criterio el estado físico del soluto, de manera que serían suspensiones cuando el soluto es un sólido, y emulsiones cuando el soluto es un líquido. Las partículas dispersas pueden provocar tres fenómenos en relación con su movimiento en el seno del agua: difusión, diálisis y ósmosis.

La difusión y la diálisis Los líquidos presentes en los organismos son dispersiones de diversas sustancias en el seno del agua. Según el tamaño de las partículas se formarán dispersiones moleculares o disoluciones verdaderas como ocurre con las que se forman con las sales minerales o por sustancias orgánicas de moléculas pequeñas, como los azúcares o aminoácidos.

Las partículas dispersas pueden provocar además del movimiento de ósmosis, estos otros dos: ▪La diálisis. En este caso pueden atravesar la membrana además del disolvente, moléculas de bajo peso molecular y éstas pasan atravesando la membrana desde la solución más concentrada a la más diluida. (Figura 13). Es el fundamento de la hemodiálisis que intenta sustituir la filtración renal deteriorada.

Figura 13

▪La difusión sería el fenómeno por el cual las moléculas disueltas tienden a distribuirse uniformemente en el seno del agua. Puede ocurrir también a través de una membrana si es lo suficientemente permeable.

Así se realizan los intercambios de gases y de algunos nutrientes entre la célula y el medio en el que vive.


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ACTIVIDADES AGUA 1. Nombra el tipo de interacción que realizan las moléculas de agua entre sí en disolución y explica en qué consisten. ¿Qué se entiende por moléculas hidrófobas e hidrófilas? 2. Nombra y explica razonadamente dos propiedades físico-químicas del agua que sean de importancia biológica. 3. El agua es el principal componente molecular de los seres vivos: a. ¿A qué se debe que sea una molécula dipolar? b. Debido a ello, ¿qué tipo de interacciones se pueden establecer entre las moléculas de agua y entre ellas y otras moléculas? c. ¿Qué propiedades se derivan de ese carácter dipolar? d. En función de ese tipo de interacciones con otras moléculas, ¿cómo se pueden clasificar estas últimas moléculas? Explícalo. 4. El agua y las sales disueltas constituyen una gran proporción del volumen de la materia viva. a. Nombra y explica razonadamente cuatro propiedades físico-químicas del agua que sean de importancia biológica. b. ¿Qué es una solución tampón o amortiguadora? Sabiendo que el principal tampón intracelular es el tampón fosfato monobásico/dibásico (en el recuadro). Explica razonadamente qué ocurriría si en el interior de la célula se produjera una sobreproducción de protones. c. ¿Por qué es tan importante para los seres vivos mantener el pH en valores próximos a la neutralidad? Razónalo brevemente. 5. El agua es un compuesto de enorme importancia biológica, de hecho es el compuesto más abundante en la materia viva. a. Señala dos propiedades físico-químicas del agua e indica su importancia en la célula. b. ¿Qué es la ósmosis? ¿Qué efectos osmóticos se producen cuando células animales o vegetales se enfrentan con soluciones que tienen distinta osmolaridad? c. Explica el papel de las sales minerales disueltas en el control del pH. 6. En la figura adjunta se muestra el cambio en el volumen de células sanguíneas como consecuencia de la exposición de las células a dos soluciones anisotónicas (de distinta tonicidad).


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a. A partir de la gráfica, ¿qué podrías decir sobre las soluciones A y B respecto al medio intracelular? b. ¿Mediante qué proceso se produce el cambio del volumen de las células? Explícalo. c. Sabiendo que la membrana celular es hidrofóbica, ¿cómo pueden atravesar las moléculas polares la membrana celular? Describe los mecanismos que permiten este tipo de transporte. d. ¿Se producirían los mismos efectos si se tratara de células vegetales? Razona tu respuesta e. Explica el papel de las sales minerales disueltas en el control del pH.

SALES MINERALES 1. La ósmosis es la responsable de un fenómeno curioso: cuando células que carecen de pared celular (sólo con membrana) se encuentran en una disolución de sales altamente concentrada, su tamaño disminuye y se arrugan. Por el contrario, en agua pura se hinchan hasta explotar. a. Explica en qué consiste la ósmosis. b. ¿Cómo se explican las dos situaciones que se describen en el encabezado? 2. En la gráfica se muestra la variación del volumen de una célula frente al tiempo. Fue colocada en un medio con alta concentración de sales a tiempo cero y fue cambiada a los 10 min. a otro medio con agua pura. a. Describe con tus propias palabras cómo varia el volumen frente al tiempo, en función del medio donde se encuentre la célula. b. ¿Cual es la razón del fenómeno observado en la gráfica? Explicado brevemente.

3. ¿Que es la ósmosis? ¿Qué efectos osmóticos se producen cuando las células animales o vegetales se enfrentan con soluciones que tienen distinta osmolaridad? 4. Cuando células que carecen de pared celular (sólo con membrana) se encuentran en una disolución de sales altamente concentrada, su tamaño disminuye y se arrugan. Por el contrario, en agua pura se hinchan hasta explotar. ¿Como se explican estas dos situaciones?


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TEMA 3. GLÚCIDOS. 0. Introducción 1. Definición y clasificación 1.1. Definición de glúcidos. 1.2. Clasificación 2. Los monosacáridos. 2.1. Composición y nomenclatura. 2.2. Propiedades de los monosacáridos 2.3. Isomería. 2.4. Actividad óptica o isomería óptica. 2.5. Fórmulas lineales. 2.5.1. Fórmulas cíclicas 2.5.2. Principales monosacáridos ♦Glucosa. ♦Fructosa. ♦Ribosa. ♦Desoxirribosa. 3. Los oligosacáridos. El enlace o-glucosídico. 3.1. Enlace o-glucosídico. 3.2. Disacáridos ♦Sacarosa. ♦Maltosa. ♦Lactosa. 4. Polisacáridos ♦Almidón ▪Amilasa. ▪Amilopectina. ♦Glucógeno. ♦Celulosa. ♦Quitina. 5. Funciones principales de los glúcidos. ► Energética. ► De reserva. ► Estructurales.

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0. INTRODUCCIÓN: Antes de empezar a estudiar estos compuestos orgánicos. Debes recordar algunos de los grupos funcionales responsables en gran parte de la diversidad de las moléculas que forman los seres vivos. NOMBRE Y FÓRMULA Hidroxilo:

Carbonilo:

- OH

COMPUESTOS DE LOS QUE FORMAN PARTE Alcoholes Situado en un carbono secundario: Cetona

=O

Situado en un carbono primario: Aldehído

Carboxilo:

O || - C- OH

Amino:

- NH2

| C=O | H- C = O |

Ácidos carboxílicos Aminas

A.1.- Las moléculas que poseen el grupo hidroxilo (-OH), son los alcoholes. Esta molécula es un alcohol. ¿Por qué la reconoces? CH3 | CH2OH

A.2.- Las siguientes moléculas son alcoholes o ácidos. A

H | C=O | H - C - OH | CH2OH

B CH 2OH | C=O | CH 2OH

A.3.- ¿Qué grupos funcionales presentan? En caso de ser alcoholes. ¿Qué serian aldehídos o cetonas?. A.4.- De las siguientes moléculas indica cuáles son aldosas y cuáles cetosas. C

H | C=O | H - C - OH | H - C - OH | CH 2OH

D

E CH 2OH | C=O | H - C - OH | 0H - C - H | CH 2OH

H | OH - C - H | C= O | OH -C-H | H - C - OH | H - C - OH | CH 2OH


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1. DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN 1.1. DEFINICIÓN DE GLÚCIDOS. Los glúcidos, también denominados azúcares, son compuestos químicos formados por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O). Su fórmula empírica es parecida a Cn H2n O n , es decir (C H2 O)n . Por ello, se les suele llamar también hidratos de carbono o carbohidratos. Este nombre es en realidad poco apropiado, ya que no se trata de átomos de carbono hidratados, es decir, enlazados a moléculas de agua, sino de átomos de carbono unidos a grupos alcohólicos (-OH), llamados también hidroxilos, y a radicales hidrógeno (-H). Además, siempre hay un grupo cetónico o un grupo aldehído. Así, los glúcidos pueden definirse como un monómero o polímeros de polialcoholes con una función aldehída (polihidroxialdehídos) o cetona (polihidroxicetona).

1.2. CLASIFICACIÓN ■Monosacáridos u osas. Poseen de 3 a 8 átomos de carbono en su molécula. ■ Ósidos. Están formados por la unión de varios monosacáridos, pudiendo existir además otros compuestos en su molécula. ●Holósidos. Están formados sólo por monosacáridos. ▪Oligosacáridos. Si está formado entre 2 y 10 monosacáridos. ▪Polisacáridos. Si su número es superior a 10 monosacáridos. - Homopolisacáridos. Si son todos iguales. - Heteropolisacáridos. Si hay más de un tipo de monosacáridos. ●Heterósidos. Están formados por monosacáridos y otros compuestos no glucídicos. GLUCIDOS Osas o

Aldosas y Cetosas

Monosacáridos

Holósidos

Triosas: 3 átomos de C Tetrosas: 4 átomos de C Pentosas: 5 átomos de C Hexosas: 6 átomos de C Heptosas: 7 átomos de C Octosas: 8 átomos de C Oligosacáridos: Disacáridos: formados por la unión de 2 monosacáridos de 2 a 10 Trisacáridos: 3 monosacáridos monosacáridos. ... Polisacáridos más de 10

Osidos

Heterósidos

Homopolisacáridos: un sólo tipo de monosacárido Heteropolisacáridos: dos o más tipos de monosacáridos

Glucoproteidos: formados por glúcidos y proteínas Glucolípidos: formados por glúcidos y lípidos Glúcidos de los ácidos nucleicos:

Cuadro 1.- Clasificación de los glúcidos.


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2. LOS MONOSACÁRIDOS. Los monosacáridos son los azúcares más simples (monómeros), y por lo tanto no son hidrolizables. Químicamente son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas, pueden tener entre tres y ocho átomos de carbonos en su molécula y responden a la fórmula general CnH 2nOn. La presencia del grupo aldehído o cetona les confiere carácter reductor .

2.1. COMPOSICIÓN Y NOMENCLATURA. Según posean la función aldehído o cetona, se clasifican en dos familias: en el primer caso se denominan aldosas (poseen la función aldehído en el primer carbono), y en el segundo cetosas (localizándose el grupo cetona en el segundo carbono, siempre). Dentro de cada familia, se clasifican en distintos grupos, dependiendo del número de átomos que posean, se nombran anteponiendo el prefijo aldo- o ceto- al prefijo que indica el número de carbono (tri-, tetra, etc) y añadiendo el sufijo -osa. Se denominan triosas (3 átomos de carbono), tetrosas (4), pentosas (5), hexosas (6), heptosa (7). Por ejemplo, si tienen tres átomos (C 3H6O3) serian: H-C= O | H-C-OH | CH2OH

CH2OH | C= O | CH2OH

Aldotriosa

Cetotriosa

A.5. Siguiendo el anterior criterio. ¿Cómo se denominan las anteriores moléculas (A-E)? A.6. ¿Qué diferencia hay entre una aldopentosa y una cetopentosa?, y ¿entre una aldohexosa y una aldotetrosa? A.7. Escribe las siguientes fórmulas de monosacáridos: cetopentosa, aldopentosa, cetohexosa, aldotetrosa. A.8. De las siguientes moléculas cuáles son monosacáridos, pon les nombres basándote en los criterios que ya conoces. H –C= O | H – C- OH | H – C- OH | CH2OH

N H2 – C - COOH | C- H | CH3

CH2OH | C= O | H – C- OH | H – C- OH | CH2OH

CH3O | C- H2 | C- H2 | COOH

H–C=O | H – C- H | H – C- OH | CH 2OH

CH2OH | C= O | HO-C-H | H – C- OH | H – C- OH | CH2OH

H– C = O | H – C- OH | HO-C-H | H – C- OH | H – C- OH | CH2OH


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2.2. PROPIEDADES DE LOS MONOSACÁRIDOS ♦Son cristalizables, sólidos ♦De color blanco. ♦Sabor dulce. ♦Solubles en agua. ♦Con poder reductor, debido a la presencia del grupo aldehído o cetona. ♦No son hidrolizables. ♦Presentan actividad óptica. ♦Isomería.

2.3. ISOMERÍA. Cuando dos o más compuestos presentan la misma fórmula molecular y distintas fórmulas estructurales, se dice que cada uno de ellos es isómero de los demás. Los isómeros se diferencian por presentar distintas propiedades, ya sean físicas o químicas. En los monosacáridos podemos encontrar isomería de función, isomería espacial e isomería óptica. 

Isomería de función. Los isómeros se distinguen por tener distintos grupos funcionales. Las aldosas son isómeros de las cetosas.



Isomería espacial. Los isómeros espaciales, o estereoisómeros, se producen cuando la molécula presenta uno o más carbonos asimétricos (carbono unido a cuatro radicales químicos distintos). Los radicales unidos a estos carbonos pueden disponerse en el espacio en distintas posiciones. Cuantos más carbonos asimétricos tenga la molécula, más tipos de isomería se presentan.

El carbono asimétrico más alejado del grupo funcional sirve como referencia para nombrar la isomería de una molécula. Cuando el grupo alcohol de este carbono se encuentra representado a su derecha en la proyección lineal se dice que esa molécula es D. Cuando el grupo alcohol de este carbono se encuentra representado a su izquierda en la proyección lineal se dice que esa molécula es L.

♦Enantiómeros, son moléculas que tienen los grupos -OH de todos los

carbonos asimétricos, en posición opuesta, reflejo de la otra molécula isómera.

♦Epímeros a las moléculas isómeras que se diferencian en la posición de un único -OH en un carbono asimétrico.


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A.9. Señala que moléculas son D y cuáles L.

2.4. ACTIVIDAD ÓPTICA o ISOMERÍA ÓPTICA. Cuando se hace incidir un plano de luz polarizada sobre una disolución de monosacáridos que poseen carbonos asimétricos el plano de luz se desvía. Si la desviación se produce hacia la derecha se dice que el isómero es dextrógiro y se representa con el signo (+). Si la desviación es hacia la izquierda se dice que el isómero es levógiro y se representa con el signo (-).

2.5. FÓRMULAS LINEALES. Las fórmulas con estructura en forma de cadena abierta de los monosacáridos se denominan "proyección de Fischer", se sitúa el grupo funcional principal en la parte superior y los grupos hidroxilos a la derecha o a la izquierda.


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Aldosas

Cetosas

2.5.1. FÓRMULAS CÍCLICAS Las aldopentosas y las hexosas en disolución no presentan estructura lineal, sino que presentan estructuras cerradas o cíclicas llamadas “proyección de Hawort”. El enlace de ciclación se genera entre el grupo carbonilo (=O), y el hidroxilo (-OH) del carbono asimétrico más alejado del grupo funcional, el carbono 4, en las aldopentosas, o del carbono 5, en las hexosas. Si la reacción es entre un alcohol y un grupo aldehído el enlace se llama hemiacetal, y si es entre un alcohol y una cetona se llama hemicetal.


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El ciclo resultante puede tener forma pentagonal (furano) o hexagonal (pirano), denominándose los monosacáridos furanosas o piranosas respectivamente. En esta representación se sitúan hacia abajo todos los grupos situados hacia la derecha en la representación lineal y hacia arriba los situados hacia la izquierda (exceptuando, claro está, el (-OH) implicado en la formación del puente hemiacetal o hemicetal). Cuando se produce la ciclación de la molécula aparece un nuevo átomo de carbono asimétrico, el carbono 1 en las aldosas o el 2 en las cetosas. Este carbono recibe el nombre de carbono anomérico. Existen dos formas anoméricas:

♦Alfa (α ). El OH del carbono anomérico queda hacia abajo ♦Beta (ß). El OH del carbono anomérico queda hacia arriba


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Debido a la presencia de enlaces covalentes sencillos, las moléculas del anillo de piranosas no pueden ser planas, y puede adoptar dos disposiciones diferentes: de silla, si el carbono 1 y el 4 están a ambos lados del plano formado por los carbonos 2, 3 y 5, y el oxígeno, y de bote o nave si están a un mismo lado.

A.10.- Escribe las fórmulas simplificadas de los siguientes azúcares

CHO | HOCH | HCOH | CH20H D - treosa

CHO | HCOH | HCOH | HCOH | CH20H D - ribosa

CHO | HOCH | HCOH | HCOH | CH20H o - arabinosa

CHO | HOCH | HOCH | HCOH | HCOH | CH20H D - manosa

A.11.- Escribe las fórmulas completas de las siguientes moléculas.

Ribulosa

Sorbosa

A.12. Cicla las siguientes moléculas. H-C=O | H-C-OH | OH-C-H | H-C-OH | H-C-OH | CH,OH D- glucosa

H-C=O | H-C-OH | HO-C-H | HO-C-H | H-C-OH | CH,OH D- galactosa

H-C=O | HO-C-H | HO-C-H | H-C-OH | H-C-OH | CH,OH D- Manosa

CH,OH | C=O | OH-C-H | H-C-OH | H-C-OH | CH,OH D - Fructosa

Manosa

H-C=O | H-C-OH | H-C-OH | H-C-OH | CH,OH

H-C=O | H-C-H | H-C-OH | HO-C-H | CH,OH

D-Ribosa

L-Dexosirribosa


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2.5.2. PRINCIPALES MONOSACÁRIDOS Los monosacáridos más corrientes reciben nombres vulgares distintos a los científicos, los más importantes son la glucosa, la fructosa, la ribosa y la desoxirribosa.

♦Glucosa. También llamada azúcar de la uva, es una aldohexosa. Es el azúcar más utilizado por las células como fuente de energía. Se encuentra en forma libre en la sangre. Se puede obtener de la digestión de los glúcidos que tomamos con el alimento (los almacenamos en el hígado y en los músculos, como un polisacárido de reserva llamado glucógeno). Al degradarse en CO2 y H2O proporciona la energía que nuestras células necesitan para sus múltiples actividades. En los vegetales se encuentra formando parte de polisacáridos de reserva (amilosa y amilopectina) o estructurales (celulosa).

♦Fructosa. Es una cetohexosa que se encuentra estado libre en las frutas y que forma parte junto con la glucosa del disacárido sacarosa. En el hígado se transforma en glucosa, por lo que posee para nuestro organismo el mismo valor energético que ésta.

♦ Ribosa. Es una aldopentosa que forma parte de la estructura de los ácidos

nucleicos (ARN o ácido ribonucleico)

♦Desoxirribosa. Es un monosacárido que se origina por reducción de la ribosa en el carbono 2. Es el azúcar que forma parte del ADN o ácido desoxirribonucleico.

3. LOS OLIGOSACÁRIDOS. EL ENLACE O-GLICOSÍDICO. Los oligosacáridos están formados por la unión de 2 a 10 monosacáridos mediante un enlace O-glucosídico. Los más importantes son los disacáridos.

3.1. Enlace O-glucosídico. Se establece entre dos grupos hidroxilos (OH) de diferentes monosacáridos, en esta unión se pierde una molécula de agua. La unión de los monosacáridos puede dar origen a oligosacáridos o polisacáridos. Si en el enlace interviene el hidroxilo del carbono anomérico del primer monosacárido y otro grupo alcohol del segundo monosacárido, se establece un enlace monocarbonílico.


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Si intervienen los dos grupos hidroxilos de los carbono anomérico de los dos monosacáridos, será un enlace dicarbonílico. En este caso el disacárido resultante pierde el poder reductor.

Estos enlaces pueden ser " o $-glucosídicos, dependiendo de la posición que ocupa el grupo -OH del primer carbono (en la posición ", el grupo -OH del primer carbono está hacia abajo en la representación de Haworth, y en la $, hacia arriba). A.13. Realiza el enlace O-Glucosídico entre las siguientes moléculas: Maltosa [dos "-Dglucopiranosas (1-4)]; Lactosa [ $-D- galactopiranosa (1-4) "–D-glucopiranosa]; Celobiosa [dos $–D-glucopiranosas $ (1-4)]; Sacarosa [" –D-glucopiranosa (1-2) $–D-fructofuranosa]

3.2. DISACÁRIDOS: Son oligosacáridos formados por dos monosacáridos. Son solubles en agua, dulces y cristalizables. Pueden hidrolizarse y ser reductores cuando el carbono anomérico de alguno de sus componentes no está implicado en el enlace entre los dos monosacáridos. La capacidad reductora de los glúcidos se debe a que el grupo aldehído o cetona puede oxidarse dando un ácido. C6 H12O6 + C6 H12O6  C12H22O 11 + H2O

♦ Sacarosa. Está formada por la unión " (1-2) de una molécula de " -Dglucopiranosasa con una molécula de $-D-fructofuranosa. No posee poder reductor al no tener libre ningún grupo -OH de los carbonos anoméricos. Es el azúcar que consumimos normalmente, se obtiene principalmente a partir de la caña de azúcar y de la remolacha.

♦ Maltosa. Formada por dos moléculas de "-D-glucopiranosa (1-4). Recibe el nombre de azúcar de malta, se obtiene de la hidrólisis parcial del almidón y del glucógeno. Es un azúcar reductor, pues tiene libre el carbono 1 de la segunda glucosa.

♦ Lactosa. Formada por la unión (1-4) de la $-D-galactopiranosa y la $-D-

glucopiranosa es un disacárido con poder reductor al conservar libre el -OH del C anomérico de la glucosa. Se encuentra en la leche de los mamíferos, siendo ésta su única fuente natural. 11 Prueba de Acceso Grado Superior

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4. POLISACÁRIDOS Los polisacáridos son polímeros formados por la unión de muchos monosacáridos mediante enlaces O-glucosídicos. En el proceso de unión de n monosacáridos se liberan (n-1) moléculas de agua. Poseen características diferentes a las de los azúcares más sencillos, son insolubles en agua, insípidos y amorfos. Algunos como el almidón, pueden formar dispersiones coloidales en el agua. Ninguno de ellos posee carácter reductor. Desempeñan generalmente funciones de reserva o estructurales; los que realizan funciones estructurales presentan enlaces $-glucosídicos (celulosa, quitina), mientras que los que actúan como reserva energética presentan enlaces "-glucosídicos (almidón, glucogeno).

♦ Almidón. Es un polisacárido de reserva de los vegetales, se acumulan en los amiloplastos, es especialmente abundante en semillas y tubérculos. Estructuralmente es un polímero de alto peso molecular formado por miles de moléculas de "-D-glucopiranosa, unidas por enlaces O-glucosídicos " (1-4) y " (1-6). Los granos de almidón constan de dos unidades estructurales, la amilasa y la amilopectina.

▪Amilasa. Está constituida por unas 200 ó 300 moléculas de glucosa unidas por

enlaces " (1-4). Esta cadena a su vez adopta una disposición helicoidal, con 6 glucosas cada vuelta.

▪Amilopectina. La molécula adopta una disposición en hélice, dando una vuelta por

cada 6 moléculas de glucosa, además, cada 12 glucosas, presenta ramificaciones por uniones " (1-6)


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♦Glucógeno. Es la molécula de reserva energética que poseemos los animales. Se acumula en el hígado y los músculos, donde cuando es necesario se moviliza convirtiéndose en glucosa. Posee una estructura molecular helicoidal ramificada de hasta 30.000 moléculas de glucosa con enlaces " (1-4), y con gran cantidad de ramificaciones con enlaces " (1-6), cada 8 ó 10 glucosas.

♦Celulosa. Se encuentra exclusivamente en las células vegetales, formando parte de la pared celular (función esquelética o estructural). Es una molécula de estructura lineal, no ramificada, constituida por más de mil moléculas de glucosa, unidas por enlaces $ (1-4). Debido al tipo de enlace cada molécula de glucosa está girada 180º respecto a la anterior. Varias cadenas paralelas se unen entre sí por puentes de hidrógeno, formando las microfibrillas, estas a su vez se unen formando fibrillas, y estas forman fibras. Esta estructura hace que las fibras sean muy rígidas e insolubles en agua, por lo que es un importante elemento estructural en las plantas. El hombre no tiene enzimas capaces de hidrolizar los enlaces $ (1-4), y por lo tanto no puede utilizarla como alimento, sin embargo, la ingestión de celulosa genera residuos, que facilitan el buen funcionamiento del aparato digestivo. Los animales herbívoros tienen microorganismos como bacterias que producen celulasa, enzima que hidroliza la celulosa.


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Celulosa

♦ Quitina. Es un polisacárido que realiza una función de sostén. Se encuentra ampliamente difundido entre los hongos (en los que forma la membrana de secreción), y entre los artrópodos, en los que es el principal constituyente de su exoesqueleto. Es decir, desempeña en estos seres la misma acción protectora que tiene la celulosa en las células vegetales. Su estructura es un polímero cuyos monómeros son un derivado de la glucosa.

5. FUNCIONES PRINCIPALES DE LOS GLÚCIDOS. Las principales funciones que realizan los glúcidos, en las que radica su importancia biológica, son:

► Energética. Constituye el material energético de uso inmediato para los seres vivos; entre ellos, la glucosa es el azúcar más utilizado para este fin. Su oxidación libera energía que nos permite la realización de los procesos vitales.

► De reserva. Actúan como material de reserva energética, como ocurre con el almidón (vegetales) y el glucógeno (animales). Cuando las células lo necesitan, movilizan estas reservas, liberando moléculas de glucosa.

► Estructurales. Algunos azúcares forman parte esencial de las paredes

celulares de los vegetales (celulosa, pectina, hemicelulosa), de las paredes bacterianas (peptidoglicanos), del exoesqueleto de los artrópodos, de los caparazones de los crustáceos (quitina) y de los ácidos nucleicos (ribosa y desoxirribosa). 14 Prueba de Acceso Grado Superior

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6 ACTIVIDADES

Actividad 1: ¿Te gusta lo dulce? Actividad 2: ¿Con qué relacionas lo dulce? Actividad 3: ¿Sabes qué es un ósido? Actividad 4: ¿Relacionas los ósidos? Actividad 5: ¿Relacionas los enlaces? Actividad 6: ¿Relacionas las moléculas?

A.1.- Las moléculas que poseen el grupo hidroxilo (-OH), son los alcoholes. Esta molécula es un alcohol. ¿Por qué la reconoces? CH3 | CH2OH A.2.- Las siguientes moléculas son alcoholes o ácidos.

A

H | C=O | H - C - OH | CH2OH

B CH2OH | C=O | CH2OH

A.3.- ¿Qué grupos funcionales presentan? En caso de ser alcoholes. ¿Qué serian aldehídos o cetonas?. A.4.- De las siguientes moléculas indica cuáles son aldosas y cuáles cetosas.

C

H | C=O | H - C - OH |

D

E CH2OH | C=O |

H | OH - C - H | C= O | 15


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H - C - OH | CH2OH

H - C - OH | 0H - C - H | CH2OH

OH-C-H | H - C - OH | H - C - OH | CH2OH

A.5. Siguiendo el anterior criterio. ¿Cómo se denominan las anteriores moléculas (A-E)? A.6. ¿Qué diferencia hay entre una aldopentosa y una cetopentosa?, y ¿entre una aldohexosa y una aldotetrosa? A.7. Escribe las siguientes fórmulas de monosacáridos: cetopentosa, aldopentosa, cetohexosa, aldotetrosa. A.8. De las siguientes moléculas cuáles son monosacáridos, pon les nombres basándote en los criterios que ya conoces. H– C=O | H – C- OH | H – C- OH | CH2OH

N H 2 – C - COOH | C- H | CH3

CH2OH | C= O | H – C- OH | H – C- OH | CH2OH

CH3O | C- H2 | C- H2 | COOH

H –C=O | H – C- H | H – C- OH | CH2OH

CH2 OH | C= O | HO-C-H | H – C- OH | H – C- OH | CH2OH

A.9. Señala que moléculas son D y cuáles L.

A.10.- Escribe las fórmulas simplificadas de los siguientes azúcares


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H-C=O H-C=O | | H-C=O H-C-OH HO-C-H | | | HO-C-H H-C-OH H-C-OH | | | H-C-OH H-C-OH H-C-OH | | | CH20H CH20H CH20H D - treosa D - ribosa o - arabinosa A.11.- Escribe las fórmulas completas de las siguientes moléculas.

Ribulosa A.12. Cicla las siguientes moléculas. H-C=O | H-C-OH | OH-C-H | H-C-OH | H-C-OH | CH,OH D- glucosa

H-C=O | H-C-OH | HO-C-H | HO-C-H | H-C-OH | CH,OH D- galactosa

Sorbosa

H-C=O | HO-C-H | HO-C-H | H-C-OH | H-C-OH | CH,OH D- Manosa

H-C=O | HO-C-H | HO-C-H | H-C-OH | H-C-OH | CH20H D - manosa

Manosa CH,OH | C=O | OH-C-H | H-C-OH | H-C-OH | CH,OH D - Fructosa

H-C=O | H-C-OH | H-C-OH | H-C-OH | CH,OH

H-C=O | H-C-H | H-C-OH | HO-C-H | CH,OH

D-Ribosa

L-Dexosirribosa

A.13. Realiza el enlace O-Glucosídico entre las siguientes moléculas: Maltosa [dos "-D-glucopiranosas (1-4)]; Lactosa [$-D- galactopiranosa (1-4) "– D-glucopiranosa]; Celobiosa [dos $–D-glucopiranosas $ (1-4)]; Sacarosa ["–Dglucopiranosa (1-2) $–D-fructofuranosa] A.14.- Haz corresponder los glúcidos de la izqda. con las características de la drcha. que puedan poseer. 1. Galactosa a. polsacárido 2. Maltosa b. disacárido 3. Quitina c. monosacárido 4. Celulosa d. función energética 5. Fructosa e. función de reserva 6. Sacarosa f. función estructural o de sostén 7. Almidón g. contiene únicamente glucosa 8. Ribosa h. contiene otro monosacárido además de glucosa i. aldosa j. cetosa 17 Prueba de Acceso Grado Superior

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BLOQUE DE BIOQUÍMICA 1. a. Diferencia una aldohexosa de una cetohexosa. Pon un ejemplo de cada una Escríbelas en forma abierta (representación de Fischer) y en forma cerrada (representación de Haworth). b. ¿Qué tipos de enlace se forman en cada caso al ciclarse? c. ¿Qué tipo de isomería aparece al ciclarse la molécula? ¿A qué se debe que aparezcan estos nuevos isómeros? Pon un ejemplo. 2. Los hidratos de carbono son una de las biomoléculas más relevantes de la célula. a. Define cuál es la unidad básica de los hidratos de carbono. b. Nombra un hidrato de carbono que se use como reserva energética. c. Nombra otro que tenga función estructural. d. La figura adjunta representa una aldosa y una cetosa. Identifica cada una de ellas. 3. a. Representa, mediante un ejemplo (elige los monosacáridos que tú quieras de los que conoces), cómo se forma un enlace O-glicosídico. b. ¿Has representado un enlace αo β? ¿Cómo lo sabes? c. ¿Es un enlace monocarbonílico o dicarbonílico? ¿Cómo lo sabes? Por lo tanto, ¿se sigue manteniendo el poder reductor o se ha perdido? d. ¿Se desprendería o se ganaría agua en esa reacción? ¿Qué tipo de reacción es?

3. La celulosa es un polímero lineal de ß-D-glucosa unida por enlaces ß(1�4) . a) Formula un fragmento de este polímero que contenga tres monómeros . b) Describe en una frase la función de este polímero.


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PREGUNTAS PAU 1. (Junio 03-04) La leche es uno de los alimentos más completos, contiene agua, azúcares, lípidos, proteínas, vitaminas y sales minerales. La figura adjunta corresponde a uno de sus componentes. a. ¿A qué tipo de biomoléculas pertenece? b. ¿Mediante qué enlace se unen las unidades? c. Dibuja las moléculas resultantes de la hidrólísis de la molécula de la figura. d. Indica el tipo de unidades estructurales en base a los grupos funcionales y números de carbono.

CH 2OH H º OH H CH2OH OH H OH O H º H H OH OH H H H H OH (Junio 01) 2. Los azúcares son compuestos principalmente por Carbono, Hidrógeno y oxígeno.

orgánicos

constituidos

a) Copia la tabla adjunta en tu hoja de examen y coloca en ella, en la casilla correspondiente, cada una de las siguientes afirmaciones: Sólo se encuentra en los animales. Es una cetosa. Es el azúcar de mesa. Es una aldosa. Tiene función estructural. Tiene función de almacenamiento de azúcares. Es una hexosa. Es un disacárido. Es una pentosa. Sólo se encuentra en los vegetales. 1 punto. b) A partir de la fórmula de la ά-D-glucosa que se muestra, escribe la del disacárido maltosa, que está formado por dos moléculas de ά-D-glucosa (o lo que es lo mismo, ά-D-glucopiranosa) unidas mediante un enlace O-glucosídico ά(1→ 4). 1 punto.


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c) Explica a grandes rasgos (sin fórmulas) la estructura de los fosfolípidos de membrana. ¿Qué hay en esta estructura que los hace idóneos para formar membranas? 1 Punto. Se debe explicar que tienen una cabeza polar derivada del glicerol y dos colas apolares formadas por dos ácidos grasos (0,6). Las membranas esconden lejos del agua las colas apolares, dejando expuestas las cabezas polares (0,4).

9) La figura adjunta corresponde a una α- D-glucosa ( o lo que es lo mismo, α- Dglucopiranosa): a) ¿A que tipo de biomolécula pertenece? b) Escribe la fórmula del disacárido maltosa sabiendo que está compuesto por dos moléculas de glucosa unidas mediante enlace α(1-4). c) ¿Mediante que enlaces se unen ambas moléculas?

10) En la membrana podemos encontrar azucares. Separa en monómeros el disacárido que se adjunta y explica mediante que tipo de enlaces estaban unidos.

1. (Sept 05) Dentro de un grupo de biomoléculas orgánicas, se puede establecer la clasificación de: I.- Monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos II.- Homopolisacáridos y Heteropolisacáridos III.- Función energética (reserva) y función estructural a. ¿De qué grupo de biomoléculas se trata? b. Cita un ejemplo diferente para cada uno de los tipos diferenciados en la clasificación I, II y III (total 7 moléculas) c. ¿En base a qué criterio se establece la clasificación nº 2?


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TEMA 4. LÍPIDOS 1. Generalidades. 1.1. Concepto de lípidos. 2. Ácidos grasos. 2.1. Estructura. 2.2. Clasificación. ► Saturados ► Insaturados 2.3. Propiedades. 3. Acilglicéridos. 3.1. Estructura. ► Esterificación ► Saponificación 3.2. Propiedades. 3.3. Función biológica de las grasas. 4. Ceras. 5. Lípidos de membranas 5.1. Glicerolípidos. a) Gliceroglucolípidos. b) Fosfolípidos. ●Micelas. ●Bicapas 5.2. Esfingolípidos. a) Esfingoglucolípidos. ●Cerebrósidos. ●Gangliósidos b) Esfingofosfolípidos. 6. Esteroides. 7. Terpenos (o isoprenoides). 8. Funciones biológicas de los lípidos. 8.1. Energéticas. 8.2. Estructurales. 8.3. Protectoras. 8.4. Reguladoras.


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1. GENERALIDADES. 1.1. CONCEPTO DE LÍPIDOS: Los lípidos son biomoléculas orgánicas, compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno, presenta en ciertas ocasiones, otros elementos como nitrógeno, fósforo y azufre. Este grupo incluye moléculas de estructuras muy diferentes, aunque todas ellas se caracterizan, sin embargo, por su insolubilidad en agua y por su solubilidad en disolvente orgánico (no polares), como el alcohol, benceno, acetona, éter, cloroformo,...

CLASIFICACIÓN DE LOS LÍPIDOS Ácidos grasos

Saturados Insaturados Acilglicéridos

Lípidos saponificables

Lípidos insaponificables

Ceras Lípidos complejos o de membrana Terpenos Esteroides

Triglicéridos

Aceites Mantecas Sebos

Fosfolípidos Esfingolípidos

2. ÁCIDOS GRASOS. Constituyen el grupo de lípidos más sencillos. Participan en la constitución de otros lípidos y son una importante fuente de energía química. Generalmente no aparecen libres en la naturaleza sino forman parte de lípidos saponificables.

2.1. ESTRUCTURA. Los ácidos grasos son moléculas que poseen una larga cadena lineal hidrocarbonada (alifática), por regla general de un número par de átomos de carbono, que oscila entre 10 y 22, (aunque los más abundantes tienen 16 ó 18) y con un grupo carboxílico (-COOH) en el primer carbono de la molécula.


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2.2. CLASIFICACIÓN. Existen dos tipos de ácidos grasos:

► Saturados, en los que la cadena hidrocarbonada simples

posee

únicamente

enlaces

Insaturados ,

si la cadena hidrocarbonada, además de enlaces simples posee uno o varios dobles enlaces.

►

Nombre trivial Ác. Láurico Ác. Mirístico Ác. Ác. Ác. Ác. Ác. Ác. Ác. Ác. Ác.

Palmítico Esteárico Araquídico Lignocérico Palmitoleico Oleico Linoleico Linolénico Araquidónico

Átomos de carbono 12 14

Estructura Ácidos grasos saturados CH 3(CH2) 10COOH CH 3(CH2) 12COOH

Punto de fusión 44´2 54´0

16 18 20 24

CH 3(CH2) 14COOH CH 3(CH2) 16COOH CH 3(CH2) 18COOH CH3(CH2 )22COOH

63´0 69´6 76´5 86´0

16 18 18 18 20

Ácidos grasos insaturados CH 3(CH2) 5CH= CH(CH2)7COOH CH 3(CH2) 7CH= CH(CH2)7COOH CH 3(CH2) 4CH= CHCH2CH=CH(CH2)7COOH CH3CH 2CH= CHCH2CH=CHCH2=CH(CH2) 7COOH CH 3(CH2) 4CH =CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2) 3COOH

-0´5 13´4 -3´0 -11´0 -49´5

A.1.- Sabiendo que el ácido palmítico presenta como fórmulas empíricas, desarrollada, y desarrollada abreviada las siguientes: - C16 H 32 O 2 - CH 3 -CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH2 -CH2 -CH2 -CH2-COOH - CH 3-(CH2) 14-COOH a.- Escribe la forma desarrollada del ácido esteárico, cuya fórmula empírica es C18 H36 O2 b.- Escribe la fórmula abreviada y la desarrollada abreviada del ácido oleico cuya fórmula desarrollada es CH3 -CH2 -CH 2 -CH2 -CH2 -CH2 -CH 2 -CH2 -CH =CH-CH 2 -CH2 CH2 -CH2 -CH2 -CH 2 -CH 2-COOH A.2.- Dibuja la estructura de los siguientes ácidos grasos: ácido esteárico (saturado, 18 C), ácido oleico (18 C, monoinsaturado en posición 9), ácido linolénico (18 C, triinsaturado en posiciones 9, 12 y 15). 3 Prueba de Acceso Grado Superior

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2.3. PROPIEDADES. La estructura y propiedad de los ácidos grasos depende del tipo y de la posición de los enlaces que poseen y de la longitud de la cadena de átomos de carbono. Son moléculas bipolares o anfipáticas (del griego amphi, doble). La cabeza de la molécula (-COOH) es polar o iónica y, por tanto, hidrófila y puede unirse a otros grupos similares por medio de enlaces del tipo puente de hidrógeno. La cadena (grupos -CH 2- y -CH3 terminal) es apolar o hidrófoba mostrando tendencia a establecer enlaces de Van der Waals con otras cadenas semejantes. Estas características justifican dos importantes propiedades de los ácidos grasos: ●En un medio acuoso, los grupos hidrófilos se orientan hacia las moléculas de agua mientras que los hidrófobos se alejan de éstas. Este hecho explica la formación de películas superficiales, bicapas y micelas. ● El punto de fusión de los ácidos grasos insaturados es menor que el de los saturados. Este hecho explica el que entre los animales homeotermos (entre los que la temperatura del cuerpo es constante), predominen los compuestos que derivan de los ácidos grasos saturados, mientras que en aquellos en los que la temperatura es variable, abundan los ácidos grasos insaturados. El punto de fusión asciende cuando aumenta el número de átomos de carbono que posee la molécula.


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A.4.- Explica razonadamente si es verdadera o falsa la siguiente frase: «el punto de fusión de los ácidos grasos es tanto más bajo cuanto mayor es el número de insaturaciones que contienen y mayor el número de átomos de Carbono que poseen».

3. ACILGLICÉRIDOS. Las grasas son los lípidos más abundantes en la naturaleza, tanto en el Reino Animal como en el Vegetal. Forman parte de los llamados lípidos saponificables, los cuales poseen enlaces de tipo éster y forman jabones por medio de hidrólisis alcalina (de ahí su nombre).

3.1. ESTRUCTURA. Los acilglicéridos son ésteres de la glicerina en los que uno, dos o los tres grupos alcohol de la misma han sido sustituidos por ácidos grasos. De esta forma dan lugar, respectivamente, a los monoacilglicéridos, los diacilglicéridos y los triacilglicéridos (también llamados triglicéridos o grasas).

► ESTERIFICACIÓN Es una reacción entre un ácido carboxilico (-COOH) y un alcohol en la que se obtiene un éster y agua. Al reaccionar tres moléculas de ácidos grasos (Por ejemplo, ácido palmítico) con una molécula de glicerina, dan lugar a una molécula de grasa más tres de agua. Esta reacción recibe el nombre de esterificación, y al producto de la misma es un éster .


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► SAPONIFICACIÓN Los éster se descomponen hirviéndolos con soluciones diluidas de hidróxido sódico (NaOH) o potásico (KOH). A esta reacción inversa se la conoce como saponificación, obteniéndose, como producto resultante glicerol y sales sódicas o potásicas de los ácidos grasos, que reciben el nombre de jabones .

3.2. PROPIEDADES. No poseen carga eléctrica, de ahí que también se las denomine grasas neutras. Los grupos polares que poseen (radicales =O) no se encuentran en el exterior de la molécula, por lo que son absolutamente insolubles en agua. Se disuelven en disolventes orgánicos y son malas conductoras del calor. Las grasas con ácidos grasos insaturados son líquidas a temperatura ambiente y reciben el nombre de aceites. Por su parte, si los ácidos grasos son saturados, los triglicéridos correspondientes son sólidos, de aspecto céreo blanquecino, y se denominan sebos (grasa de oveja o ternera). Las mantecas son grasas semisólidas (grasa de cerdo). El punto de fusión de las grasas depende de la longitud de las cadenas hidrocarbonadas (alifáticas) y de su grado de insaturación.

3.3. FUNCIÓN BIOLÓGICA DE LAS GRASAS. Constituyen la reserva energética de los seres vivos. Se acumulan en las células adiposas de los animales y en las vacuolas de las células vegetales (principalmente en los frutos y semillas de plantas como el girasol, el olivo, etc.). Los mamíferos almacenamos la grasa en el tejido adiposo, debajo de la piel, en el llamado panículo adiposo. Cuando se consumen alimentos abundantes, el exceso ingerido es transformado en grasas que se almacenan en este panículo. En épocas de escasez, el organismo recurre a estas reservas: metaboliza las grasas almacenadas y obtiene de ellas la energía que necesita. Además, en los organismos de temperatura constante, el 6 Prueba de Acceso Grado Superior

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panículo adiposo constituye un eficaz aislante térmico y da protección a distintas zonas del cuerpo del efecto de golpes o contusiones. La insolubilidad de las grasas en agua permite que éstas sean utilizadas también por las aves y lo mamíferos, como impermeabilizante de las plumas y los pelos, respectivamente.

4. CERAS. Son ésteres de monoalcoholes de cadena larga con ácidos grasos también de cadena larga; por ello, los dos extremos de la molécula son de naturaleza hidrófoba. Son insolubles en agua, lo que explica sus funciones protectoras y de revestimiento. Se localizan en la piel, pelo, plumas, epidermis de las hojas, etc.

5. LÍPIDOS DE MEMBRANA. Son moléculas anfipáticas con una zona hidrófoba, en la que los ácidos grasos están unidos mediante enlaces éster a un alcohol (glicerina o esfingosina), y una zona hidrófila, originada por los restantes componentes no lipídicos que también están unidos al alcohol. Encontramos los siguientes tipos: Glicerolípidos

a) Gliceroglucolípidos b) Glicerofosfolípidos, fosfoglicéridos (fosfolípidos)

Esfingolípidos

a) Esfingoglucolípidos b) Esfingofosfólípidos

5.1. GLICEROLÍPIDOS. Poseen dos moléculas de ácidos grasos unidas mediante enlaces éster a dos grupos alcohol de la glicerina (posiciones y ). Según sea el sustitúyete unido al tercer grupo alcohol de la glicerina se forman los: a) Gliceroglucolípidos. Si se une un glúcido. Lípidos que se encuentran en membranas de bacterias y células vegetales. 7 Prueba de Acceso Grado Superior

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b) Fosfolípidos. Se une el ácido fosfórico y constituye el ácido fosfatídico. Los fosfolípidos son lípidos saponificables que también se denominan fosfogliceridos o glicerofosfolípidos. Constituyen la mayor parte de los lípidos que podemos encontrar en las membranas celulares. Poseen una glicerina ésterificada en el carbono 3 con un grupo fosfato y en los carbonos 1 y 2 por sendos ácidos grasos. Generalmente el ácido que esterifica en el C1 es saturado, mientras que el del C2 es insaturado. El grupo fosfato está unido mediante enlace éster a un sustituyente polar que puede ser aminoalcohol (formando un fosfoaminolípido) o polialcohol.

Los fosfolípidos, cuando se encuentran en un medio acuoso, se asocian formando varios tipos de estructuras. En ellas, los grupos hidrófilos se orientan hacia las moléculas de agua y los hidrófobos se alejan, ocultándose dentro de la estructura. Esto explica que formen bicapas y micelas, que son estructuras básicas en las membranas biológicas. ●Micelas. Tienen forma más o menos esféricas. La superficie está formada por las cabezas hidrófilas que están en contacto con el medio acuoso, mientras que hacia el interior se disponen las cadenas hidrófobas. ● Bicapas. Las cabezas hidrófilas están en contacto con el medio acuoso existente a ambos lados de la bicapa y las cadenas hidrófobas se orientan hacia el interior.


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Las membranas celulares. Consta de una matriz fluída de doble capa lipídica, con sus zonas hidrófilas [polares (grupos -COOH)] en ambos lados de la membrana y sus zonas hidrófobas (cadenas hidrocarbonadas). Los lípidos en bicapa son fosfo y glucolípidos (lípidos de membrana), con un fuerte carácter anfipático, y otros que confieren estabilidad estructural (colesterol).

5.2. ESFINGOLÍPIDOS. Todos ellos poseen una estructura derivada de la ceramida, formada por un ácido graso unido por enlace amida a la esfingosina y una sustancia polar que puede ser un aminoalcohol o un glúcido. a) Esfingoglucolípidos. El grupo polar que se les une es un glucido. ● Cerebrósidos. Tienen un monosacárido (glucosa o galactosa) unida a la ceramida. Son abundantes en las membranas de las células nerviosas del cerebro y del sistema nervioso periférico. ●Gangliósidos, que poseen un oligosacárido unido a la ceramida. Estas moléculas forman parte de las membranas celulares y especialmente de la plasmática, donde se intercalan con los fosfolípidos. b) Esfingofosfolípidos. El grupo alcohol de la ceramida se une a una molécula de ácido fosfórico que a su vez lo hace con otra de etanolamina o de colina. Así se originan las esfingomielinas muy abundantes en el tejido nervioso, donde forman parte de las vainas de mielina. 9 Prueba de Acceso Grado Superior

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6. ESTEROIDES. Son lípidos complejos, derivados del ciclo pentano-perhidro-fenantreno. Dentro de este grupo, los más importantes son los esteroles, que poseen en el tercer carbono una función alcohol (-OH). Un esterol muy abundante en los vertebrados es el colesterol, que es un componente muy importante de las membranas celulares a las que confiere fluidez, siendo esencial para el crecimiento en los organismos superiores. En estados patológicos, se presentan problemas con el colesterol, al depositarse éste en las paredes de los vasos sanguíneos, causando así la enfermedad conocida como arteriosclerosis .

El colesterol es también precursor de otros esteroles, como son: ► Vitamina D, su ausencia provoca el raquitismo, al impedir la correcta mineralización de los huesos. ► Hormonas sexuales andrógenas, como la testosterona, que se forma en los testículos. ► Hormonas de la corteza suprarrenales, como la aldosterona, que incrementan la reabsorción de iones sodio, cloruro y bicarbonato en el riñón


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7. TERPENOS (o isoprenoides). Son derivados del isopreno, formados por la unión de muchas unidades del mismo. Son muy abundantes entre los vegetales, formando parte de los aceites esenciales de las plantas, a las que dan su olor característico, como el geraniol del geranio, el limoneno del limón, o el mentol de la menta. Los carotenoides están formados por ocho unidades de isopreno; son, por tanto, tetraterpenos. Tienen una gran importancia biológica y están ampliamente difundidos en la naturaleza. Dentro de este grupo se encuentran muchos pigmentos vegetales, como xantofila, responsable del color amarillo de la mayoría de las plantas, el β-caroteno, pigmento de color rojo anaranjado, queda su color característico a la zanahoria, etc.


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8. FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LOS LÍPIDOS. 8.1. Energéticas. Almacenan gran cantidad de energía por unidad de masa

(recuerda que al oxidarse las grasas neutras desprenden 9´4 Kcal/g), por lo que constituyen un excelente material de reserva energético que al no almacenarse con agua, resulta relativamente ligero.

8.2. Estructurales.

La naturaleza anfipática (bipolar) de algunos lípidos (ácidos grasos, fosfolípidos y glicolípidos) les permite organizarse en bicapas en medios acuosos, por ello, constituyen el material ideal para formar los sistemas de membranas de las células animales y vegetales. La particular estructura del colesterol es utilizada para conferir “fluidez” a estas membranas.

8.3. Protectoras. La insolubilidad en agua de grasas y ceras les permite desempeñar funciones de aislante de la humedad. Asimismo, la escasa conductividad térmica de las grasas del panículo adiposo (capa de grasa bajo la piel) de aves y mamíferos posibilita su uso como aislante térmico. También, el tejido adiposo que rodea algunas vísceras actúa como protección y amortiguador de golpes.

8.4.

Reguladoras. Ciertas hormonas como las sexuales (andrógenos,

estrógenos y progesterona) y las hormonas de la corteza suprarrenal son derivados del colesterol, lo que les permite atravesar la membrana celular con facilidad ya que ejercen su acción desde el interior de la célula (a diferencia de otras hormonas como la adrenalina que lo hacen sin atravesarla). Algunas vitaminas como la A, E, K y D también tienen naturaleza lipídica.

ACTIVIDADES. Act. 1 ¿Hablamos de grasas? 1) La publicidad de cierto producto lácteo dice “Si esta preocupado por el colesterol y los triglicéridos, le interesa saber que existen dos tipos de grasas: las saturadas e insaturadas, siendo estas últimas las más beneficiosazas”. a) ¿A qué tipo de biomoléculas hace referencia el anuncio? b) ¿Cómo son químicamente los ácidos grasos? c) ¿Qué significa que son moléculas anfipáticas? d) ¿Qué significa que pueden ser saturadas e insaturadas? 12 Prueba de Acceso Grado Superior

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2. (Sept 02) El agua es, sin duda, el componente más abundante de los seres vivos y en ella se disuelven el resto de los componentes de la materia viva. a) Nombra el tipo de interacción que realizan las moléculas de agua entre sí en disolución y explica en qué consisten. ¿Qué se entiende por sustancias hidrófobas e hidrófilas? 1 punto. b) El ácido fosfatídico (formado por glicerol, dos ácidos grasas y una molécula de ácido fosfórico) es el más sencillo de los glicerofosfolípidos, ya que contiene sólo una molécula de ac. fosfórico en la posición 3 del glicerol. Une una molécula de A dos de B y una de C para formar el ácido fosfatídico. 1 punto. c) Los glicerofosfolípidos son un componente fundamental de cierto tipo de estructuras biológicas. Nombra esta estructura, haz un dibujo (poniendo nombre a las diferentes partes) y di en qué consisten sus propiedades fundamentales: fluidez y asimetría. 1 punto. d) Otro componente de las células, el ADN, tiene la particularidad de que se organiza de diferente manera en las células en división y en las que no lo CH2 OH están. Nombra y describe brevemente estos dos modelos de CHOH organización. 1 punto. CH2 OH A: Glicerol 3. (Sept 02) El ácido fosfatídico (formado por glicerol, dos ácidos grasos y una molécula de ácido fosfórico) es el más CH -(CH ) -COOH 3 2 14 sencillo de los glicerofosfolípidos, ya que contiene sólo una B: Ac. palmítico molécula de ac. fosfórico en la posición 3 del glicerol. Une una O molécula de A, dos de B y una de C para formar el ácido HO P OH fosfatídico. 1 punto OH a) Los glicerofosfolípidos son un componente fundamental C: Ac. fosfórico de cierto tipo de estructuras biológicas. Nombra esta estructura, haz un dibujo (poniendo nombre a las diferentes partes) y di en qué consisten sus propiedades fundamentales: fluidez y asimetría. 1 punto. Membrana plasmática, dibujo de bicapa de fosfolípidos con proteínas y azúcares en lípidos o proteínas. Definir ambos términos. 4. (Sept-03) La publicidad de cierto producto lácteo dice “Si está preocupado por el colesterol y los triglicéridos, le interesa saber que existen dos tipos de grasas: las saturadas y las insaturadas, siendo éstas últimas más saludables por lo que el producto está enriquecido con ácidos grasos Omega-3 para el control de los niveles....”. a) ¿A qué tipo de biomoléculas (ac. nucleicos, HO O lípidos, glúcidos o proteínas) hace C HO O C CH referencia el anuncio? b) ¿Cómo son 1 CH CH CH CH H O químicamente los ácidos grasos? c) 4 C CH CH CH CH CH CH CH CH CH H C OH ¿Qué significa que son moléculas CH CH CH OH C H CH CH anfipáticas? d) ¿Qué significa que H C OH CH CH pueden ser saturadas o insaturadas? H C OH CH CH 2

2

3

2

2

2

3

2

2

3

2

3

2

2

3

2

2

2

CH 2OH

5. (Sep 04) La soja constituye una excelente fuente de proteínas vegetal, además de contener glúcidos, lípidos, vitaminas y minerales. En la información nutricional de cierta bebida a base de soja se especifica que no contiene colesterol y se detalla el contenido en grasas

2

2

2

HO

CH 2 CH

2 CH 2OH H C O OH C H H C OH H C OH

CH CH 2 CH 2 CH 2 CH2

CH 2OH

3

CH 2 CH2 CH2 CH 3

H OH H

CH 2OH H OH H

º O H OH

H

CH2 OH º OH H OH H H H OH

5

CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3

6


H 2 C OH H 2 C OH www.trasteandoencontre.com H 2 C OH Glicerina

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saturadas, monoinsaturadas y poliinsaturadas. a.- ¿A qué tipo de biomoléculas pertenecen el colesterol y las grasas? b.- Identifica los dos tipos de ácidos grasos que hay de las moléculas del recuadro adjunto. c.- Dibuja la molécula resultante de la esterificación de la glicerina con el ácido graso saturado en el carbono 1 y el ac. graso insaturado en posición 2. 6. La mayoría de los lípidos se caracteriza por tener una cabeza polar (es decir, hidrófila o hidrofílica) y una cola apolar (es decir, hidrófoba ó hidrofóbica). a. Este diseño es fundamental para que se pueda construir cierta estructura de la célula. Di de qué estructura se trata y nombra al menos dos orgánulos de la célula que la contengan. b. En general, las colas apolares de los lípidos están compuestas por sólo dos tipos de elementos químicos. ¿De qué elementos se trata? c. Aparte de su papel estructural, los lípidos tienen otras funciones. Explica una. 7. (Jun 05) Los lípidos son un grupo de moléculas orgánicas con estructuras químicas diversas y funciones muy diferentes. a. Explica qué significa que sean moléculas anfipáticas. b. Representa mediante un esquema la molécula de un fosfolípido, señalando en ella su carácter anfipático. c. Cita al menos tres funciones biológicas de los lípidos.


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