Glúcidos, Lípidos y el Átomo de Carbono

Área Temática B: Forma y Función Nivel 1: Moléculas B.1.1 Glúcidos y Lípidos

• Adaptaciones responden a la función y persisten para aumentar la supervivencia.

Propiedades Químicas del Carbono

• Las propiedades químicas de un átomo de carbono permiten la formación de diversos compuestos en los que se basa la vida.
• El átomo de carbono puede formar 4 enlaces covalentes.

Características Importantes del Átomo de Carbono

• Un compuesto orgánico contiene carbono y está en los seres vivos, con excepciones como carburos, carbonatos, óxidos de carbono y cianuros.
• El carbono forma la base de los compuestos orgánicos debido a su capacidad para formar moléculas grandes y complejas mediante enlaces covalentes.
• Los átomos de carbono pueden formar cuatro enlaces covalentes, lo que permite una amplia variedad de estructuras ramificadas o en anillos.

Carbono y Enlace Covalente

• Un átomo de carbono puede formar hasta 4 enlaces covalentes con otros átomos de carbono o no metálicos.
• Estos enlaces pueden ser simples, dobles o triples.

Biomoléculas

• Hay cuatro grupos principales de compuestos orgánicos que contribuyen a la estructura y función de una célula: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
• Los ácidos grasos están formados por muchos átomos de carbono unidos por enlaces covalentes, lo que proporciona estabilidad a la molécula.
• El glucógeno se compone de miles de moléculas de glucosa y tiene una forma ramificada.

Características Generales de Carbohidratos

• Los carbohidratos contienen carbono, hidrógeno y oxígeno, generalmente en una proporción constante de (CH2O)n.
• La subunidad monomérica de un carbohidrato comúnmente adopta una estructura de anillo cerrado y pueden formar diferentes estereoisómeros.
• Los carbohidratos son una fuente de energía en la nutrición y también se emplean en el reconocimiento celular (glicoproteínas) y la estructura (celulosa).
• Las subunidades monoméricas también son componentes en el ADN y las coenzimas (ATP y NADH).

Características Generales de Lípidos

• Los lípidos son moléculas hidrófobas no polares formadas por cadenas no ramificadas (ácidos grasos) o estructuras anilladas (esteroides).
• Los lípidos son el principal componente estructural de las membranas celulares (fosfolípidos y colesterol) y se almacenan para obtener energía (triglicéridos).
• Algunos lípidos actúan como moléculas de señalización (hormonas esteroides).

Características Generales de Ácidos Nucleicos

• Los ácidos nucleicos son subunidades monoméricas (nucleótidos) con un azúcar pentosa, un grupo fosfato y una base nitrogenada.
• Los ácidos nucleicos funcionan como material genético y determinan las características hereditarias de un organismo.
• El ADN funciona como una copia maestra y el ARN es responsable del ensamblaje de proteínas.

Características Generales de Proteínas

• Las proteínas están compuestas por una o más cadenas de aminoácidos y representan más del 50% del peso seco de la célula.
• Las proteínas realizan funciones dentro de la célula, incluida la catálisis (enzimas), la estructura, la señalización y el transporte.
• Algunas proteínas tienen grupos no peptídicos unidos (cofactores/grupos prostéticos) que contribuyen a su función general.

Producción de Macromoléculas

• Las macromoléculas se producen mediante reacciones de condensación, uniendo monómeros para formar un polímero.
• Los monómeros son subunidades individuales que se unen para formar cadenas o polímeros más largas.

Formación y Descomposición de Polímeros

• La condensación es una reacción de polimerización donde dos moléculas se unen, formando una molécula de agua y un nuevo enlace covalente.
• La hidrólisis es una reacción química que utiliza moléculas de agua para dividir un polímero en sus monómeros individuales, rompiendo los enlaces covalentes.

Monómeros y Polimerización

• Los compuestos orgánicos suelen estar compuestos de subunidades recurrentes (monómeros) que se unen covalentemente para formar polímeros.
• La subunidad monomérica de los carbohidratos es un monosacárido.
• Los ácidos nucleicos están formados por nucleótidos repetidos, que incluyen un azúcar, un fosfato y una base nitrogenada.
• Las proteínas están formadas por cadenas de aminoácidos que se diferencian por una cadena lateral variable (grupo 'R').
• Los lípidos pueden estar compuestos de subunidades distintas (cadenas de ácidos grasos).
• La polimerización es el proceso de formación de polímeros a partir de subunidades monoméricas mediante condensación.
• Un grupo hidroxilo (-OH) de un monómero se combina con un átomo de hidrógeno (-H) de otro monómero.
• Los monómeros se unen covalentemente y producen una molécula de agua como subproducto.

Digestión de Polímeros

• La digestión de polímeros en monómeros se realiza mediante reacciones de hidrólisis.
• Los polímeros se descomponen en sus subunidades monoméricas mediante reacciones de hidrólisis.
• Una molécula de agua se divide para proporcionar los grupos -H y -OH necesarios para romper el enlace covalente entre dos monómeros.

Tipos y Formación de Polímeros

• Los polímeros son macromoléculas grandes compuestas de subunidades repetidas más pequeñas (monómeros) a través de reacciones de condensación.
• Los monosacáridos se unen para formar polisacáridos a través de enlaces glucosídicos.
• Los nucleótidos están conectados por enlaces fosfodiéster para formar cadenas de polinucleótidos (ADN o ARN).
• Los aminoácidos están unidos por enlaces peptídicos para formar cadenas polipeptídicas, y las proteínas pueden tener múltiples cadenas.
• Los lípidos no tienen monómeros, pero las cadenas de ácidos grasos pueden conectarse mediante enlaces éster para formar triglicéridos y fosfolípidos.

Forma y Función de Monosacáridos

• Los carbohidratos son macromoléculas formadas por C, O y H y están esenciales para la vida.
• Los carbohidratos se dividen en simples (monosacáridos y disacáridos) y complejos (oligosacáridos y polisacáridos).

Características de los Carbohidratos

• Los carbohidratos incluyen carbono, hidrógeno y oxígeno.
• Los carbohidratos están formados por monómeros recurrentes llamados monosacáridos.
• Los monosacáridos generalmente forman estructuras de anillo debido a una reacción química entre grupos funcionales en extremos opuestos de la molécula.
• Un grupo hidroxilo (-OH) se une a un grupo carbonilo (=O) para formar una estructura cíclica conectada por un átomo de oxígeno.

Tipos de Monosacáridos

• La mayoría de los monosacáridos tienen 5 (pentosas) o 6 carbonos (hexosas).
• Los nucleótidos de ADN tienen una forma modificada de este azúcar pentosa en la que se elimina un átomo de oxígeno (desoxirribosa).
• La glucosa se utiliza principalmente como fuente de energía.
• La glucosa puede existir como uno de dos isómeros (α-D glucosa ο β-D glucosa) dependiendo de la orientación del grupo 1'-OH.
• Los monosacáridos no pueden descomponerse en unidades más pequeñas.

Función de los Monosacáridos

• Los monosacáridos funcionan como fuente de energía para la célula:
• Se oxidan para producir grandes cantidades de energía biológica (ATP) a través de la respiración celular.
• La glucosa es el monosacárido más común debido a sus diversas propiedades químicas.
• Solubilidad: La glucosa es polar y se disuelve en agua.
• Estabilidad: La glucosa es muy estable debido a sus estructuras cíclicas.
• Transporte: Es fácil de transportar en soluciones acuosas.
• Energía potencial: Tiene muchos electrones de alta energía que pueden liberarse mediante oxidación.
• Rendimiento de ATP: Se puede oxidar para producir una gran cantidad de ATP a través de la respiración celular aeróbica.

Propiedades y Usos de la Glucosa

• La glucosa tiene diferentes isómeros dependiendo de la posición del grupo hidroxilo del carbono unido al átomo de O.
• El grupo hidroxilo puede estar por debajo (alfa-glucosa) o por encima (beta-glucosa).

Solubilidad y Transporte de Glucosa

• La glucosa es una molécula polar debido a los grupos -OH y a las cargas negativas y positivas parciales.
• Debido a lo anterior, es soluble en agua y se transporta fácilmente en la sangre y el floema.

Estabilidad Química de Glucosa

• Los grupos -OH situados en las regiones axiales de la molécula minimizan las repulsiones electrostáticas, lo que hace que la glucosa sea estable.
• La glucosa se utiliza para crear estabilidad estructural de la celulosa y para el almacenamiento en glucógeno y almidón.

Oxidación de Glucosa

• La oxidación es una reacción química que implica la pérdida de electrones de un átomo o molécula.
• Durante la respiración celular, la glucosa, en presencia de O2, se oxida, descomponiéndose en CO2 y H2O.
• En este proceso, la energía se produce en forma de ATP.

Almacenamiento de Glucosa

• El almidón es el almacenamiento de glucosa en plantas, se encuentra en las formas de amilosa y amilopectina
• El glucógeno es una forma de almacenamiento de glucosa en animales (músculo e hígado).

Funciones de las Glicoproteínas

• Las glicoproteínas son proteínas con uno o más carbohidratos unidos y participan en el reconocimiento célula-célula.
• Las glicoproteínas tienen funciones importantes en la señalización y la comunicación celular, como el reconocimiento entre células, receptores, ligandos y soporte estructural.
• El sistema de grupos sanguíneos ABO se basa en la presencia de glucoproteínas específicas en la superficie de los glóbulos rojos (antígenos A y B).