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Bioelementos y moléculas inorgánicas Glúcidos - Monografía



 
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Biología. Compuestos químicos. Biomoléculas. Oligoelementos. Agua. Sales minerales. Átomos de carbono. Monosacáridos. Disacáridos. Polisacáridos



Apuntes esquemáticos de dos temas



TEMA 2: BIOELEMENTOS Y MOLÉCULAS INORGÁNICAS.



1.    INTRODUCCIÓN



El carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P), y azufre (S)  son los 6 elementos fundamentales de la materia viva constituyendo los elementos biogénicos primarios. Además se encuentran oreos elementos imprescindibles como el Cl, Fe, Ca, Na. K, y Mg que constituyen los bioelementos secundarios. Al resto de elementos que presentan un porcentaje menor al 0′001% se les denomina oligoelementos, y destacamos el I (hormona tiroxina), Mn, Zn, F(esmalte de los dientes), y Cu.

2.    LAS BIOMOLÉCULAS



Las moléculas que componen los seres vivos están compuestas fundamentalmente por átomos de carbono enlazados entre si, formando cadenas de átomos, cuyas propiedades permiten a los organismos crecer multiplicarse… etc
Llamaremos biomoléculas a aquellas moléculas constituidas por átomos de carbono enlazados entre sí. Los seres vivos utilizan y producen moléculas inorgánicas que constituyen el mayor porcentaje en peso de la mayoría de organismos.

BIOLEMENTOS:



- PRIMARIOS



C, H, O, N, P, S


- SECUNDARIOS



Cl, Fe, Ca, Na, K y Mg


- OLIGOELEMENTOS



-    BIOMOLÉCULAS



- INORGÁNICAS



H2O, sales minerales, agua

- ORGÁNICAS


Glúcidos, Lípidos, Proteínas, Ácidos Nucleicos

3.    EL AGUA



Constituye alrededor del 70 por 100 del peso de las células Aunque la cantidad de agua depende de:

-    el tipo de organismo
-    la edad del organismo
-    El tipo de tejido

La mayoría de las reacciones químicas ocurren en medio acuoso, y participa en las reacciones químicas como reactivo, pudiéndose descomponer en H2O —- H + OH. En la molécula de agua H2O, los dos átomos de hidrógeno están unidos al oxigeno por enlaces covalentes. La molécula es fuertemente polar, porque el oxígeno atrae mas a los electrones que a los átomos de hidrógeno, por lo que la molécula actúa como un dipolo y posee un alta electronegatividad. Las moléculas de agua forman entre sí puentes de hidrógeno, que se crean y se destruyen constantemente, estos puentes son más débiles que los enlaces covalentes y de corta duración, sus efectos determinan las propiedades típicas del agua.

PROPIEDADES FISICAS



Es líquida a temperatura ambiente
Tiene alto calor de vaporización
Tiene elevada tensión superficial
Tiene elevado calor específico
Tiene cohesión (unión entre sus moléculas) y adhesión (unión a otras moléculas)
Es uno de los mejores disolventes
Tiene mayor densidad en estado líquido que en sólido
Disociación del agua

PROPIEDADES BIOLÓGICAS



Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas unidas. Por eso, aunque por su peso molecular debería ser gas, es un líquido
Para que el agua comience a evaporarse hay qye suministrar energía calororífica para que las moléculas rompan sus puentes de hidrógeno t salgan del líquido. Los seres vivos utilizan esta propuedad para refrescarse al evaporarse el sudor en verano
Las moléculas de la superficie están fuertemente unidas a otras del interior, algunos organismos se desplazan por la película superficial de agua
El agua puede absorber una gran cantidad de calor antes de elevar su temperatura, ya que lo emplea para romper los puentes de hidrógeno. Los seres vivos usan el agua como aislante térmico
Experimentan capilaridad. Es decir, movimiento por espacios pequeños con cargas eléctricas, y absorción, al poder penetrar en materiales sólidos porosos con cargas eléctricas hinchándolos.
La mayoría de las sustancias plares son capaces de disolverse en agua al formar puentes de hidrógeno con ella
Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas más separadas que en el estado líquido. El hielo flota sobre el agua. Por eso, en climas fríos los lagos y mares se hielan e superficie y el hielo, actúa como aislante para las capas inferiores, que permanecen líquidas
Permite estabñecer la escala del pH

3.1)    La disociación del agua. El pH


Las moléculas de agua están unidas entre sí por puentes de hidrógeno, no obstante aproximadamente una de cada 107 moléculas se disocia en sus iones. En el agua pura hay la misa cantidad de iones positivos H+ (protones)  que de iones negativos OH- (hidroxilos). Hay sustancias que al disolverse libera H+, se les llama ácido. Si una sustancia que disminuye la concentración de H+ o eleva la de los grupos OH- se denomina base.
Para conocer el grado de acidez o basicidad de una disolución, se debe medir la cantidad de iones H+, se llama pH a la expresión -log[H+]. El pH del agua pura será 7, las sustancias ácidas disueltas en agua bajará el pH, las sustancias básicas subirán el pH

4.    LAS SALES MINERALES



4.1)    Las sales Minerales Disueltas


-    Como consecuencia del metabolismo, las células producen ácidos y bases, para el correcto funcionamiento de la célula se requiere un pH constante de 7′4. Determinadas sales actúan como soluciones tampón. Un tampón es una mezcla de sal y ácido que es capaz de equilibrar el pH. Tenemos dos tipos de soluciones tampón:

- Tampón Bicarbonato: ((HCO3) - / (H2CO3)) equilibran el pH en el medio extracelular,
- Tampón fosfato: ((H2PO4)-/ (HPO4)2)

-    Las sales disueltas mantienen la concentración iónica de los organismo
-    La diferencia de concentración genera potenciales eléctricos que sirven de señales sobre el medio externo
-    Pueden intervenir en procesos biológicos, el Ca2+ es necesario para la contracción muscular, la coagulación de la sangre, liberación de neurotransmisores, transmisión del impulso nervioso…
-    Las sales minerales regulan la presión osmótica, que se ejerce cuando hay dos soluciones con concentración diferente separadas por una membrana semipermeable, que deja pasar el disolvente (agua) pero no el soluto (iones)
- Células animales en un medio HIPOTÓNICO [> concentración de sales]: el interior de la célula tiene una mayor concentración de sales, el agua entrará dentro de la célula (del hipotónico al hipertónico), llegará un momento en que la célula esté demasiado hinchada y estalle, (lisis celular)
- Células animales en un medio HIPERTÓNICO [< concentración de sales]: el interior de la célula tiene una menor concentración de sales, por lo que saldrá agua (del hipo al hiper), y la célula morirá deshidratada y arrugada.

- Medio ISOTÓNICO: medio óptimo para las celulas, ni entra ni sale agua

- Celulas vegetales en un medio HIPOTÓNICO: ocurrirá lo mismo que en el caso de la célula animal, a diferencia de que la célula no estallará puesto que tiene una gruesa pared celular. La célula se hinchará (turgencia)
- Celulas vegetales en un medio HIPERTONICO; ocurrirá lo miso que en la célula animal, y esta también morirá deshidratada y arrugada

4.2)    Las sales Minerales en Estado Sólido


Muchos seres vivos originan esqueletos externos que los defienden de los depredadores, o esqueletos interno capaces de crecer a medida que lo hace el animal. Les esqueletos externos son generalmente de carbonato cálcico CaCO3. Algunas esponjas, corales y dientes de vertebrados son de carbonato. La sílice SiO2 forma los caparazones de algas microscópicas. Los esqueletos internos de los vertebrados están formados por fosfato cálcico Ca3(PO)4


5.    EFECTO DE ALGUNAS MOLÉCULAS GASEOSAS EN LOS SERES VIVOS



Determinadas moléculas gaseosas son imprescindibles para el funcionamiento de los seres vivos. No se concibe la vida sin la toma de carbono a partir de CO2 por parte de las plantas. Ni se comprende la existencia de los seres vivos aerobios son el oxígeno O2.
Estos gases tan necesarios, se difunden en las estructuras intracelulares cuando se encuentran en disolución acuosa, pero cuando se encuentran en cantidades excesivas resultan tóxicos.
El óxido nitroso NO, y el monóxido de carbono CO, pueden difundirse en la célula para activar determinados procesos.


TEMA 4: GLÚCIDOS.



1.    CLASIFICACION



-    OSAS

: los monosacáridos son los glúcidos más sencillos, son cadenas de 3 - 5 átomos de carbono. Ribosa, Glucosa, Galactosa

-    ÓSIDOS:

glúcidos más complejos derivados de las osas se clasifican en:
i.    Holósidos; formados por la unión de monosacáridos, los más importantes son las asociaciones de monosacáridos
a.    Disacáridos: unión de 2 monosacáridos
b.    Polisacáridos: unión de muchos monosacáridos
i.    Heteropolisacáridos: mas de un tipo de monosacáridos
ii.    Homopolisacáridos: mismo tipo de monosacárido
ii.    Heterósidos: formados por dos tipos de componentes, una parte glucídica y otras de distinta composición “aglucona”

2.    MONOSACÁRIDOS



2.1)    Características Generales



Son los glúcidos más sencillos, cristalizan fácilmente, aparecen como sólidos, color blanco y muy solubles en agua. Tienen poder reductor, ya que pierden electrones  y reducen a los moléculas que los captan.

2.2)    Composición química general



Siempre tienen un grupo aldehído  -COH (aldosas) o grupo cetona C-O (cetosas), además de dos o más grupos hidroxilo -OH. Pueden tener de tres a ocho átomos de carbono y se nombran (triosas, tetrosas, pentosas…) y delante se coloca el grupo funcional, aldosa o cetosa.

2.3)    Isomería



Concepto de Isómero: dos o más moléculas que presenta la misma fórmula química pero distinta fórmula estructural
Muchos monosacáridos se diferencian en la orientación de sus grupos funcionales, son estereoisómeros, existe un carbono asimétrico o carbono quiral que está unido a cuatro sustituyentes diferentes, por lo tanto existen dos esteroisómeros de tipo enantiómeros, es decir, imágenes uno del otro no superponibles. Los enantiómeros reciben la letra D o L para denominarlos entre sí. El monosacárido más sencillo es la aldotriosa que puede presentar dos formas el D-gliceraldehído y el L-gliceraldehído , en la forma D, el hidroxilo se dibuja a la derecha del carbono asimétrico, y en la forma L, se dibuja a la izquierda


Tipos de Isomería:


-    De función: se diferencian en el grupo funcional
-    De geometría: las moléculas tienen diferente configuración y no tienen propiedades ópticas
-    Espacial: ciando varía la posición de los grupos funcionales (esterioisómeros),
-    Óptica: distintas propiedades ante la luz polarizada.


2.4)    Actividad Óptica



La asimetría de los estereoisómeros hace que tengas actividad óptica, es decir que giren el plano de polarización de la luz polarizada. Cuando un estereoisómero produce rotación dextrógira (derecha) se le designa con el signo (+), y cuando produce rotación levógira (izquierda), se le designa con el signo (-). Si el grupo hidroxilo del carbono asimétrico más alejado del grupo aldehído o cetona se encuentra situado hacia la derecha es un enantiómero D, si está a la izquierda es un enantiómero L. En los monosacáridos predomina la forma enantiomérica D. En los monosacáridos con mas de tres átomos de carbono, puede aparecer más de un carbono asimétrico, lo que da lugar a la posibilidad de que existan muchos estereoisómeros. Cuando dos de estos difieren únicamente en la configuración de un carbono asimétrico concreto, se denominan epímeros unos del otro.


2.5)    Formulas cíclicas de Fisher y Haworth



En disolución acuosa, el grupo aldehído o cetona puede reaccionar con un grupo hidroxilo de la misma molécula, dando lugar a una molécula con estructura cíclica. Cuando se forma un anillo de cinco se dice que el monosacárido tiene estructura de furanosa. Cuando se forma un anillo de seis, se dice que el monosacárido tiene estructura de piranosa. Cuando un monosacárido toma forma de anillo se crea un nuevo carbono asimétrico en el carbono que llevaba el grupo aldehído o cetona. Resultan dos nuevos esteroisóeros a lo que se llama anómeros. Anómero ?  en el que el nuevo grupo hidroxilo queda por debajo del plano, y anómero ? en el que está por encima del plano.
En realidad los anillos no son planos debido a los ángulos de enlace entre carbonos, pudiendo adoptar distintas conformaciones. En piranosas las más habituales son las que tienen forma de bote, y de silla. Para las furanosas es la de sobre.


2.6)    Principales Monosacáridos


-    Glucosa (D-glucopriranosa) principal fuente de energía, precursor de muchos otros compuestos, se utiliza como Moneda Energética-
-    Galactosa: (D- galactopiranosa) forma parte de la lactosa y de diferentes polisacáridos estructurales y glucolípidos también puede convertirse en moneda energética
-    Fructosa: se encuentra libre en muchas fructosas, forma parte de la sacarosa y sus estérese fosfato son intermediarios del metabolismo, su función es energética porque puede convertirse en glucosa
-    ?-D-Ribosa: Forma parte de los ácidos ribonucleótidos y ?-D-Desoxirribosa (como la ribosa pero sin grupo hidroxilo) forma parte de los desoxirribonucleótidos, en ambas su función es estructural
-    D-Ribulosa: cetopentosa, molécula intermediaria en las reacciones de la fotosíntesis, a la ribulosa se le une el CO2 atmosférico y tras una serie de reacciones se forma esta hexosa y como producto final la glucosa.


2.7)    Derivados de los Monosacáridos



Resultado de la enorme reactividad de sus grupos hidroxilo, aldehído o cetona
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3.    OLIGOSACÁRIDOS/ DISACÁRIDOS



3.1)    Enlace O-glucosídico


Es una cadena corta de monosacáridos unidos por enlaces O-glucosídicos. En el momento de la unión, la posición ? o ? del carbono anomérico queda fijada, por lo que el enlace puede ser de tipo ? o ?. Los enlaces de tipo ? son reconocidos por gran cantidad de enzimas y fácilmente hidrolizables. Los enlaces de tipo ? sólo son hidrolizables por un número muy escaso de enzimas. Los mas simples son los disacáridos, compuestos formados por 2 monosacáridos.


3.2)    Disacáridos de Interes biológico



DISACÁRIDOS: tienen propiedades similares a las de los monosacáridos, la mayoría están unidos por enlaces O-glucosídicos monocarbonílicos. Esto les permite seguir teniendo libre un grupo aldehído o cetona que puede oxidarse, se dice que son azúcares reductores. En algún disacáridos, el enlace es O-glucosídicos dicarbonílico con lo que son azúcares no reductores (sólo en sacarosa: glucosa + fructosa).

Principales disacáridos:



-    Sacarosa: ?-D-glucosa (1-2) ?-D-fructosa azúcar que se acumula en la caña de azúcar. Principal alimento de las células vegetales que no producen la fotosíntesis, se hidroliza orla enzima sacarasa
-    Lactosa: ?-D-galactosa (1-4)  ?-D-glucosa, azúcar de la leche de los mamíferos
-    Maltosa: ?-D-glucosa (1-4) ?-D-glucosa, formada cuando se hidrolizan polisacáridos como el glucógeno y el almidón
-    Celobiosa: ?-D-glucosa (1-4) ?-D-glucosa se forma cuando se hidroliza el polisacáridos celulosa.
Encontramos oligosacáridos formados por varias unidades, unidas a proteínas formando glucoproteínas, y unidos a lípidos formando glucolípidos. Estas moléculas (Heterósidos) son típicas de las membranas celulares y sirven para ser reconocidos selectivamente por otras células


4.    POLISACÁRIDOS



4.1)    Características Generales


Formados por la unión de miles de monosacáridos, mediante enlace O-glucosídicos, dando lugar a cadenas lineales o ramificadas. Compuesto de peso molecular alto, no dulces, no solubles en agua, no poder reductor.

4.2)    Homopolisacáridos


Moléculas formadas por la repetición de un mismo tipo de monosacárido

4.2)1.    De reserva



-    Glucógeno: formado por miles de glucosa mediante enlaces ? (1-4), cada diez residuos la cadena se ramifica lateralmente con la aparición de enlaces ? (1-6), la ceda tiende a adoptar forma de espiral lo que la hace inestable y fácilmente hidrolizable. Constituye una reserva de glucosa en animales, se acumula en hígado y riñón
-    Almidón: reserva de las células vegetales (macromoléculas), se acumula en los cloroplastos. Formado por miles de ?-D-glucosas pueden llegar a formar depósitos en semillas y tubérculos y está compuesto por dos tipos de polímeros
1.    Amilosa: polímero de glucosas unidas por enlace ? (1-4), su estructura es helicoidal. En caliente es soluble en agua
2.    Amilopectina: semejante al glicógeno pero con ramificaciones menos frecuentes
-    Dextrano: polisacárido de reserva en levaduras y bacterias, formado por ?-D-glucosas, predominan las uniones (1-6), y se forman ramificaciones ocasionales.

4.2)2.    Estructurales


-    Celulosa: macromolécula de glucosa unidas por enlace ? (1-4), las glucosas se unen formando una línea rígida, en la que cada residuo presenta un giro de 180º respecto al de al lado. Estas estructuras se estabilizan por puentes de hidrógeno entre glucosas adyacentes, varias cadenas de este tipo se colocan en paralelo formando estructuras empaquetadas, muy resistentes al ataque químico, los animales carecen de enzimas para digerirlas. Los animales herbívoros produce celulasas (enzimas que hidrolizan la celulosa.  >>puentes de hidrógeno en la misma cadena (intracatenarios), puentes de hidrógeno entre cadenas, (intercatenarias) < < , [ fibrilla (dos cadenas), microfibrilla (fibrillas empaquetadas), fibra (microfibrillas)]
-    Quitina: polisacárido estructural, se encuentra en la pared celular de los hongos y forma el exoesqueleto de los artrópodos, polímero de restos de N-acetilglucosamina unidos por enlace ? (1-4)

4.3)    Heteropolisacáridos



-    ORIGEN ANIMAL:

glucosaminoglucano o mucopolisacárido. Formados por la repetición de un disacárido que contiene derivados de aminoazúcares como “glucosamina, galactosamoina o ácido glucurónico”. Ejemplos:

i.    Proteoglucanos: se unen a proteínas que se localizan en el tejido conjuntivo, formando también la matriz del tejido óseo y cartilaginoso. Función estructural.
ii.    Ácido Hialurónico: se localiza en el humor vítreo del ojo y en el  liquido sinovial de las articulaciones. Función modificadores de la fluidez de líquidos
iii.    Heparina: tiene función anticoagulante se localiza fundamentalmente en el hígado t el pulmón.


-    ORIGEN VEGETAL:



i.    Pectina y Hemicelulosa: Forma parte de la pared celular de vegetales
ii.    Agar-Agar: se extrae de las algas rodifáceas (algas rojas), funciona en varios aspectos como espesante, y como medio de cultivo
iii.    Goma Arábiga: su función es protección en las heridas, a medida industrial se utiliza como pegamento.

-    ORIGEN BACTERIANO

. Es el componente de la pared de las bacterias. Esta formada por repeticiones de un disacárido N-Acetilglucosamina y N-acetilmuránico (NAG, NAM)

Autor:

Arancha





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