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Macromoleculas. Jose y Victor
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¿Que son las macromoleculas naturales?
Las macromoleculas naturales se encuentran en los seres vivos y estas poseen una elevada masa muscular, en el caso de los carbohidratos y proteínas están constituidos por la repetición de algún tipo de sub-unidad estructural pudiendo ser así lineales o ramificadas creando largas cadenas que se unen por fuerzas de Van der Wals o puentes de hidrógeno
Caption: : Macromoleculas naturales: carbohidratos, lipidos y proteinas
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Macromoleculas en la salud
Todos los seres vivos estamos constituidos de agua y moléculas orgánicas complejas llamadas macromoleculas , y se les conoce así porque son moléculas cuya masa molecular es superior a los 10 000 uma (unidad de masa atomica ). Sin embargo ,podemos encontrar moléculas de hasta un millon de uma. Estas moléculas están formadas por repeticiones de átomos. La importancia de las macromoleculas en el cuerpo humano es vital debido a que gracias a ellas el organismo realiza una gran cantidad de funciones para su desarrollo y supervivencia. Por ejemplo :correr, estudiar,platicar y caminar son de las muchas actividades que podemos realizar siempre y cuando tengamos energía en nuestro organismo, la cual es obtenida mediante el metabolismo de los alimentos.
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Los carbohidratos
Son biomoléculas constituidas por carbono, hidrógeno y oxigeno (en ocasiones contienen nitrógeno, azufre o fósforo); son muy abundantes en la naturaleza ya que son elaborados a partir de la reacción de fotosíntesis. Se les encuentra en las partes estructurales de los vegetales y también en los tejidos animales y sirven como fuente de energía
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División de los carbohidratos
Monosacáridos: son los azúcares más simples. Entre los más conocidos se encuentra la glucosa o dextrosa y la fructosa. La fórmula química general de un monosacárido no modificado es (CH2O)n, donde n es cualquier número igual o mayor a tres, su límite es de 7 carbonos.Disacáridos: (unión de dos monosacáridos a través de un enlace químico llamado glucosídico) cuando dos moléculas iguales o diferentes de monosacáridos reaccionan con eliminación de una molécula de agua, se forma un disacárido. La sacarosa es el disacárido más abundante y la principal forma en la cual los glúcidos son transportados en las plantas.Polisacáridos: son polímeros de aproximadamente 30 o más moléculas de monosacáridos. Los tres polisacáridos más importante son el almidón, el glucógeno y la celulosa. Están formados por largas cadenas de moléculas de glucosa. Los polisacáridos representan una clase importante de polímeros biológicos y su función en los organismos vivos está relacionada usualmente con estructura o almacenamiento. La celulosa y la quitina son ejemplos de polisacáridos estructurales.
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Lipidos
El término lípido lo propuso el bioquímico Bloor para dar nombre al grupo de sustancias insolubles o casi insolubles en agua, pero solubles en disolventes.Están formados por tres elementos principales: carbono, hidrógeno y generalmente en menor proporción oxígeno y, a veces, nitrógeno y fósforo.Este tipo de compuestos orgánicos lo constituyen las grasas y aceites, los cuales son constituyentes esenciales de todas las células animales y vegetales. En el cuerpo humano se concentran en las membranas celulares, en el cerebro y en el tejido nervioso.
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Clasificación de los lipidos
Simples: comprenden los lípidos más abundantes, grasas o triglicéridos, y las ceras que son menos abundantes.Fuentes: Aceites vegetales y grasas animales, ceras de frutas y verduras, esteorides, etc.
Compuestos: son los fosfolípidos que contienen fósforo y los galactolípidos que contienen galactosa.Fuentes: lípidos localizados en los tejidos nerviosos, lecitinas, cefalinas, etc.
Derivados: son los esteroides, los terpentenos y las vitaminas, entre otros, que son producidos por las células vivas.Fuentes: Lípidos localizados en el tejido cerebral, esfingomielinas.
Los lípidos se presentan en dos procesos químicos importantes: 1.-La hidrólisis es el proceso que consiste en agregar agua a un éster para obtener un ácido orgánico más un alcohol. En la hidrólisis se obtiene la glicerina y ácido graso en presencia de algún catalizador y agua.2.-La saponificación es el proceso mediante el cual las grasas reaccionan con la sosa o hidroxilo de sodio para obtener jabones, que se define como sales metálicas de ácidos grasos.
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Las proteínas
Éstas son macromoléculas compuestas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, la mayoría también contienen azufre y fósforo. Las mismas están formadas por la unión de varios aminoácidos, unidos mediante enlaces peptídicos. Son constituyentes esenciales del protoplasma. Constituyen alrededor del 50% del peso seco de los tejidos y no existe proceso biológico alguno que no dependa de la participación de este tipo de sustancias.
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Clasificación de las proteínas
Se clasifican según: Su forma:-Fibrosas: presentan cadenas polipeptídicas largas y una estructura secundaria atípica. Son insolubles en agua y en disoluciones acuosas. -Globulares: se caracterizan por doblar sus cadenas en una forma esférica apretada o compacta dejando grupos hidrófobos hacia adentro de la proteína y grupos hidrófilos hacia afuera, lo que hace que sean solubles en disolventes polares como el agua. La mayoría de las enzimas, anticuerpos, algunas hormonas y proteínas de transporte, son ejemplos de proteínas globulares.-Mixtas: posee una parte fibrilar (comúnmente en el centro de la proteína) y otra parte globular (en los extremos).Su composición química:-Simples: su hidrólisis sólo produce aminoácidos. Ejemplos de estas son la insulina y el colágeno (globulares y fibrosas).-Conjugadas o heteroproteínas: su hidrólisis produce aminoácidos y otras sustancias no proteicas con un grupo prostetico
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Ácidos nucelicos
Son biopolímeros, de elevado peso molecular, formados por otras subunidades estructurales o monómeros, denominados nucleótidos.El descubrimiento de los ácidos nucleicos se debe a Meischer (1869), el cual trabajando con leucocitos y espermatozoides de salmón, obtuvo una sustancia rica en carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y un porcentaje elevado de fósforo. A esta sustancia se le llamó en un principio nucleina, por encontrarse en el núcleo.
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Composición de Ácidos nucleicos
Son biopolímeros formados por unidades llamadas monómeros, que son los nucleótidos. Los nucleótidos están formados por la unión de:a) Una pentosa, que puede ser la D-ribosa en el ARN; o la D-2- desoxirribosa en el ADNb) Una base nitrogenada, que puede ser:- Púrica, como la Guanina (G) y la Adenina (A)
- Pirimidínica, como la Timina (T), Citosina (C) y Uracilo (U)
C) Ácido fosfórico, que en la cadena de ácido nucleico une dos pentosas a través de una unión fosfodiester. Esta unión se hace entre el C-3´de la pentosa, con el C-5´de la segunda.A la unión de una pentosa con una base nitrogenada se le llama nucleósido. Si la pentosa es una ribosa, tenemos un ribonucleósido. Estos tienen como bases nitrogenadas la adenina, guanina, citosina y uracilo.
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Enlaces de tipo glucosidico y peptidico
En el ámbito de los carbohidratos, el enlace glucosídico o glicosídico es el enlace para unir monosacáridos con el fin de formar disacáridos o polisacáridos. Su denominación más correcta es enlace O-glucosídico pues se establece en forma de éter siendo un átomo de oxígeno el que une cada pareja de unidades de monosacáridos.
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Explicación basado en el esequemaLa primera molécula que se ve es un monosacárido α, D,glucosa —es α porque el -OH del carbono (C) anomérico (C nº1 en el esquema) está hacia abajo— y la , D, glucosa.En el enlace O-glucosídico reaccionan los grupos -OH (hidroxilo) del C anoméricodel primer monosácarido con un -OH de otro C del otro monosacárido (ya sea C anomérico o no) formando un disacárido y una molécula de agua. El proceso es realmente una condensación, se le denomina deshidratación por la característica de la pérdida de la molécula de agua. (Al igual que en la formación del enlace peptídico).Dependiendo si la reacción de los -OH provengan de los dos C anómericos el disacárido será dicarbonílico y no tendrá poder reductor. Mientras que si participan los -OH de un C anomérico y de otro C no anomérico, el disacárido será monocarbonílico y tendrá poder reductor —ya que tendrá el -OH de un C anómerico libre. Este hecho se puede comprobar exprimentalmente mediante la reacción con el reactivo de Fehling o con el reactivo de Tollens.Al final del proceso ambos monosacáridos quedarán unidos por un oxígeno (O), de ahí que el enlace se llame O-glicosídico.
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Enlace Peptidico
En las proteínas, los aminoácidos están unidos uno seguido de otro, sin ramificaciones, por medio del enlace peptídico, que es un enlace amido entre el grupo a-carboxilo de un aminoácido y el grupo a-amino del siguiente. Este enlace se forma por la deshidratación de los aminoácidos en cuestión. Esta reacción es también una reacción de condensación, que es muy común en los sistemas vivientes: Tres aminoácidos pueden ser unidos por dos enlaces peptídicos para formar un tripéptido, de manera similar se forman los tetrapéptidos, pentapéptidos y demás. Los enlaces peptídicos no se rompen con condiciones que afectan la estructura tridimensional de las proteínas como la variación en la temperatura, la presión, el pH o elevadas concentraciones de moléculas como el SDS (dodecil sulfato de sodio, un detergente), la urea o las sales de guanidinio. Los enlaces peptídicos pueden romperse de manera no enzimática, al someter simultáneamente a la proteína a elevadas temperaturas y condiciones ácidas extremas.
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Polímeros sinteticos
Polimeros sintetico
Existen varios tipos de polímeros con propiedades y estructuras químicas diferentes. Los polímeros sintéticos son aquellos que son obtenidos en laboratorio o en la industria. Algunos ejemplos de polímeros sintéticos son el nylon, el poliestireno, el policloruro de vinilo (PVC), el polietileno, etc.Los Polímeros sintéticos son creados por el hombre a partir de elementos propios de la naturaleza. Estos polímeros sintéticos son creados para funciones especificas y poseen características para cumplir estas mismas.
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Estructura de un polímero
Un polímero está constituido por moléculas (unidad fundamental con que se forma un compuesto químico), denominadas monómeros, frecuentemente unidas unas a otras formando una cadena lineal. Cada molécula puede tener un origen natural o sintético, y tener bajo peso molecular (PM). Esta magnitud es la relación entre el promedio de la masa de una sustancia, por molécula de su composición isotópica específica, y 1/12 avos de la masa del átomo de carbono-12.La unión entre las moléculas ocurre por medio de reacciones químicas (Figura 1). La cantidad de monómeros unidos puede ser de cientos o miles llevando el peso molecular del polímero a valores del orden de 1.000 a 1.000.000. Este número n es el grado de polimerización (DP).
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Polímeros de adición
los polímeros de adición son polímeros en los que en su reacción no se produce la liberación de compuestos de masa molecular baja. Se lleva a cabo la polimerización en este tipo de polímeros, cuando está presente un catalizador, que provoca la unión de un polímero detrás del otro, hasta el final de la reacción. Es decir, un polímero de adición se forma cuando tiene un catalizador y también una temperatura favorable para su formación, pues dichos factores harán que el alqueno abra su doble enlace, de manera que quede una valencia libre de cada átomo de carbono participante, pudiendo así añadirse moléculas de monómeros, hasta llegar a conseguir un polímero concreto.
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Polímeros de condensación
Los polímeros por condensación son aquellos donde los monómeros deben tener, por lo menos, dos grupos reactivos por monómero para darle continuidad a la cadena.En este proceso, la unión química de dos moléculas sólo se consigue mediante la formación de una molécula secundaria (usualmente pequeña) con átomos de las dos moléculas para crear la unión (de las moléculas), con lo cual la polimerización puede continuar. En estas reacciones el producto secundario residual se extrae inmediatamente del polímero porque puede inhibir la polimerización subsiguiente o permanecer como impureza indeseable en los productos terminados.Un proceso de este tipo es por ejemplo el que tiene lugar en la fabricación de resinas sintéticas de fenol - formaldehído o baquelitas.
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Importancia de los polímeros sinteticos
Los polímeros sintéticos son usados en forma masiva en la manufactura de: embalajes para productos alimenticios, fármacos y químicos, electrodomésticos, herramientas, utensilios domésticos, juguetes, componentes automotrices; lo forman parte de una lista muy larga de aplicaciones. También, los polímeros tienen aplicación en diversas áreas de la ciencia y tecnología.Ese uso tan extendido se debe al bajo costo de producción, baja densidad, tenacidad adecuada, buen acabado superficial, durabilidad, versatilidad del sistema de producción, entre otras ventajas respecto a los materiales metálicos o cerámicos. También, es necesario notar que muchos productos hechos originalmente con otros materiales fueron suplantados por objetos diseñados en materiales plásticos. Así, por ejemplo, componentes automotrices tales como los paragolpes metálicos cromados han sido reemplazados por otros de plástico reforzado debido al menor costo de producción y mayor resistencia a la corrosión luego de sufrir impactos. Otras piezas sustituto han sido el panel, el volante, el forro del techo interno, el tapizado y el relleno de los asientos, componentes de los cinturones de seguridad, revestimiento de cables de eléctricos, las mangueras, los recipiente para líquidos y las juntas, etc. Además, este uso intensivo del plástico y del caucho permite la reducción de peso del automóvil, menor consumo de combustible, mayor comodidad y seguridad para el pasajero.Las ventajas mencionas se contraponen con la lenta degradación de estos materiales, que puede extenderse por varios años, generando importantes problemas ambientales. Todavía más costoso el reciclado de estos materiales que su producción a partir de materiales vírgenes.Los polímeros sintéticos provienen mayoritariamente del petróleo (mezcla de hidrocarburos). El 4 % de la producción mundial de petróleo se convierte en polímeros.
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Después de un proceso de cracking y reforming, se tienen moléculas simples, como etileno, benceno, etc., a partir de las que comenzará la síntesis del polímero.La síntesis de cualquier polímero, con una calidad controlada, es un proceso muy complejo, y encontraremos normalmente a la gran industria petroquímica asociada a la producción de los diversos materiales plásticos. Esta industria suministrará material acabado susceptible de posterior moldeo, en el caso de termoplásticos, o líquidos y polvos reactivos, en el caso de los termoestables, a falta de la reacción final de entrecruzamiento.
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