Te 2. Las moléculas orgánicas. Estructura y función de los carbohidratos y lípidos. Notas de las diapositivas (1).docx

Te 2. Las moléculas orgánicas. Estructura y función de los carbohidratos y lípidos. Diapositiva 1. Iniciaremos el estudio de los compuestos orgánicos. Pero ¿qué son los compuestos orgánicos? ¿Qué los caracteriza? Son compuestos que tienen carbono. Estos carbonos forman enlaces carbono-carbono o carb...

Te 2. Las moléculas orgánicas. Estructura y función de los carbohidratos y lípidos. Diapositiva 1. Iniciaremos el estudio de los compuestos orgánicos. Pero ¿qué son los compuestos orgánicos? ¿Qué los caracteriza? Son compuestos que tienen carbono. Estos carbonos forman enlaces carbono-carbono o carbono- hidrógeno. Por ello el CO2 no es considerado un compuesto orgánico porque el carbono solo está unido al oxígeno y no a otro átomo de carbono o de hidrógeno. En cambio, el metano que tiene un solo carbono unido a 4 hidrógenos es considerado el compuesto orgánico más simple. El nombre de compuestos orgánicos se atribuye a que antes solo se podía obtener estos compuestos a partir de los organismos vivos. Actualmente es posible sintetizar una gran diversidad de compuestos orgánicos en el laboratorio. Estos compuestos orgánicos en muchos casos pueden formar estructuras complejas a partir de subunidades más pequeñas como es el caso de los carbohidratos que tienen como subunidades más pequeñas a los monosacáridos y como unidades más complejas a los polisacáridos. También estudiaremos a los lípidos, entre ellos los ácidos grasos que pueden estar formando parte de unidades mayores de la célula como las membranas. Diapositiva 2. De todos los elementos que existen en la naturaleza, que son más de 100, el carbono, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno son los bioelementos primarios, es decir los más abundantes e indispensables en los seres vivos. Los bioelementos primarios constituyen aproximadamente 99% de los tejidos vivos. En la corteza terrestre, el carbono, el hidrógeno y el nitrógeno no son los más abundantes. Solo el oxígeno lo encontramos abundantemente tanto en la materia animada como en la materia inanimada. ¿Qué características han favorecido que el carbono, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno sean los elementos más abundantes en los organismos vivos y no otros elementos? Veamos qué características tienen en común: 1. Son átomos pequeños, tienen solo una órbita, como es el caso del hidrógeno o dos órbitas como es el caso de los otros tres bioelementos. Por lo tanto, los electrones en la órbita más externa (órbita de valencia) son fuertemente atraídos por el núcleo. 2. Necesitan ganar electrones para completar sus órbitas de valencia formando para ello enlaces covalentes. Vemos que en el dióxido de carbono, el carbono comparte dos electrones con cada uno de los dos oxígenos, formando enlaces covalentes. Los oxígenos a su vez también comparten electrones y de este modo ambos átomos completan los 8 electrones de sus órbitas de valencia. 3. Con excepción del hidrógeno (que solo forma un enlace) pueden formar enlaces covalentes con dos o más átomos, como es el caso del metano en el que el carbono comparte electrones con 4 átomos de hidrógeno. Como consecuencia de ser átomos pequeños, los electrones de las órbitas de valencia están muy cercanos al núcleo, y por ello son atraídos por las cargas positivas de los protones que están en el núcleo y difícilmente son cedidos al otro átomo. Por eso forman enlaces covalentes que son muy estables y permiten que se formen moléculas muy estables. Además, al permitir formar enlaces con dos o más átomos (excepto el hidrógeno), favorecen la formación de una gran diversidad de estructuras ramificadas y complejas. La diversidad de estructuras, que además son estables, permite la diversidad de funciones que tienen las moléculas en los seres vivos. Diapositiva 3. El enlace covalente tiene un papel muy importante en las características de los compuestos orgánicos. Los bioelementos primarios, entre ellos el carbono, son capaces de formar enlaces covalentes muy estables al compartir sus electrones de su órbita de valencia. El carbono comparte 4 electrones con otros cuatro electrones de otros átomos para completar sus órbitas de valencia. Aquí tenemos a los 4 Bioelementos primarios, CHON y además al azufre que es un bioelemento secundario. Observamos que de acuerdo a la valencia del elemento, los átomos pueden formar un número determinado de enlaces covalentes. Es así que el hidrógeno, con valencia 1, puede formar 1 enlace covalente con 1 átomo. El oxígeno, con valencia 2, forma 2 enlaces simples con 2 átomos o 1 enlace doble con 1 solo átomo. El nitrógeno, con valencia 3, forma 3 enlaces simples con 3 átomos, o 1 enlace simple con 1 átomo y 1 enlace doble con otro átomo, o 1 enlace triple con 1 solo átomo. En el caso del carbono, que tiene valencia 4 vemos que tiene más posibilidades de unión: 4 enlaces simples con 4 átomos, 2 enlaces simples con 2 átomos y 1 enlace doble con otro átomo 2 enlaces dobles con 2 átomos 1 enlace simple con 1 átomo y 1 enlace triple con otro átomo Y en el caso del azufre que tiene valencia 2, formará 2 enlaces simples con 2 átomos y 1 enlace doble con 1 solo átomo Diapositiva 4. Estas posibilidades que tienen estos bioelementos de formar enlaces covalentes con varios átomos a la vez, y sobre todo el carbono que puede formar hasta cuatro enlaces covalentes, permite que las moléculas orgánicas tengan una gran diversidad de formas y bastante estables. Pueden formar moléculas con esqueletos de carbono de diferentes formas, no solo lineales, pueden formar ciclos, ciclos mixtos, estructuras ramificadas muy complejas, tan complejas como la enorme molécula de ADN presente en los cromosomas. Los términos saturación e insaturación se refiere a la ausencia o presencia respectivamente de dobles enlaces entre los carbonos de un compuesto. Cuando todos los enlaces entre carbonos son simples, el compuesto está saturado de hidrógeno y si existen dobles o triples enlaces entre carbonos, la cantidad de hidrógeno es menor y el compuesto es insaturado. Diapositiva 5. Aquí tenemos un ejemplo interesante sobre la relación entre la forma y función de las moléculas Las endorfinas son neurotransmisores de importancia para nuestra vida, son moléculas que nos provocan sensaciones de satisfacción y felicidad, y también nos ayudan a soportar el dolor. La morfina es una droga que tiene una forma similar a la región de la endorfina que es reconocida por su receptor, por lo que puede producir los mismos efectos que el ligando natural. Fíjense cómo al tener la morfina una semejanza con la forma del sitio de unión de la endorfina con el receptor, la morfina puede imitar la función de la endorfina. La morfina se utiliza para aliviar dolores muy fuertes como el que sufren los pacientes de cáncer. Diapositiva 6. Se denomina grupo funcional a los átomos o grupos atómicos que, unidos a los carbonos de los compuestos orgánicos, son determinantes de las propiedades físico-químicas de los compuestos que los portan. Los grupos funcionales son los componentes de las moléculas orgánicas que comúnmente están involucrados en las reacciones químicas. El número y disposición de los grupos funcionales le da a cada molécula sus propiedades únicas. Por ejemplo. Los grupos funcionales pueden tener características polares como el grupo hidroxilo que tiene el oxígeno muy electronegativo unido a un hidrógeno y que podría formar puentes de hidrógeno. El grupo carboxilo tiene carácter iónico porque puede ceder protones comportándose como un ácido. El grupo metilo es un grupo funcional no polar. Porque el carbono y el hidrógeno comparten por igual sus electrones, no como ocurre entre el oxígeno y el hidrógeno, donde el oxígeno es más electronegativo y se produce un enlace covalente polar. Al compartir por igual los electrones el carbono e hidrógeno (son igualmente electronegativos), el enlace covalente es no polar y por lo tanto no se formarían puentes de hidrógeno con el agua. La presencia del grupo metilo le da a las moléculas la característica de ser no polar. En la figura de la derecha podemos ver la diferencia en solo dos grupos funcionales entre el estradiol y la testosterona que son las hormonas sexuales, y esta pequeña diferencia en las moléculas produce grandes diferencias en el organismo como determinar si es hembra o macho. Diapositiva 7. Cuando dos o más sustancias tienen la misma fórmula molecular, pero con diferentes propiedades, estas sustancias son isómeros (iso: igual, mero: parte). Las moléculas de los isómeros están formadas por los mismos átomos, aunque distribuidos de distinta forma en el espacio. Los isómeros estructurales se diferencian en las asociaciones covalentes, como se muestra en este ejemplo de dos isómeros de pentano. Los Isómeros geométricos difieren en la disposición sobre un doble enlace. En este diagrama, X representa un átomo o grupo de átomos unidos a un carbono unido con doble enlace. En el Isómero cis : Las dos X están en el mismo lado. En el Isómero trans: las dos X están en lados opuestos. Los enantiómeros difieren en la disposición espacial alrededor de un carbono asimétrico, lo que resulta en moléculas que son imágenes especulares, como las manos izquierda y derecha. Los dos isómeros se designan los isómeros L y D del latín para la izquierda y la derecha (levo y dextro). Los enantiómeros no se pueden superponer unos sobre otros, son imágenes especulares (como imágenes de un espejo) Diapositiva 8. Para definir si es un isómero D o L, en los azúcares se considera al grupo funcional OH (oxhidrilo) del penúltimo carbono (por ser el carbono asimétrico más alejado del grupo aldehído o cetona). Cuando el grupo OH (oxihidrilo) se encuentra a la izquierda es un isómero L y si está a la derecha es un isómero D. En la naturaleza, la mayoría de los carbohidratos son isómeros D Para definir si es un isómero D o L en los aminoácidos, se considera al grupo funcional amino (NH2) del segundo carbono (carbono α). Cuando el grupo amino se encuentra a la izquierda, es un isómero L y si el grupo amino está a la derecha es un isómero D. En la naturaleza, son los isómeros L de los aminoácidos los más abundantes. Carbón asimétrico significa que los cuatro enlaces covalentes del carbono están unidos a cuatro sustituyentes diferentes. Eso lo podemos ver tanto en el penúltimo carbono más alejado del grupo aldehído o cetona en los azúcares, como en el carbono alfa de los aminoácidos. Diapositiva 9. Muchas de las moléculas orgánicas de importancia biológica tienen estructura de polímero. Un polímero (poli: mucho, mero: parte) es una molécula formada por un número grande de una o más moléculas “subunidad”, a las que se les llama monómeros (mono: uno). Existen homopolímeros (homo: igual) formados por la unión química de monómeros idénticos y heteropolímeros (hetero: distinto) que se obtienen por la unión de monómeros diferentes. Estos polímeros forman moléculas enormes y por ello se les llama macromoléculas. Antes de pasar a las siguientes diapositivas, traten de resolver las siguientes preguntas: El almidón, ¿es un homopolímero o un heteropolímero? ¿Cuál sería su subunidad? El glucógeno ¿es un homopolímero o un heteropolímero? ¿Cuál sería su subunidad? La celulosa ¿es un homopolímero o un heteropolímero? ¿Cuál sería su subunidad? Las proteínas ¿serían homopolímeros o heteropolímeros? ¿Cuál sería su subunidad? ¿Los ácidos nucleicos forman polímeros? ¿Por qué? ¿Los lípidos forman polímeros? ¿Por qué? Diapositiva 10. El agua participa en muchas reacciones químicas en las células. Aquí vemos un ejemplo de su participación. La síntesis de los polímeros a partir de la formación de nuevos enlaces covalentes con sus subunidades implica la formación de una molécula de agua. A estas reacciones las llamamos reacciones de condensación o deshidratación. Por el contrario, para que se rompa un enlace covalente entre las subunidades de un polímero, es necesario agregar una molécula de agua. A estas reacciones se les denomina reacciones de hidrólisis. (hidro=agua, lisis = ruptura) Los polímeros forman moléculas enormes y por ello se les llama macromoléculas. En el caso de los lípidos, éstos no forman cadenas de subunidades unidas covalentemente entre sí, una a continuación de la otra. Por lo tanto los lípidos no son considerados polímeros o macromoléculas. Diapositiva 11. Se les ha llamado carbohidratos o hidratos de carbono a estos compuestos porque algunos responden a la fórmula general donde el hidrógeno y el oxígeno son proporcionales al agua y también se les llama azúcares por su sabor dulce, aunque solo los de baja masa molecular lo tienen. Durante la fotosíntesis se originan los carbohidratos, que generan energía, y a partir de ellos se pueden sintetizar los demás compuestos orgánicos. Los monosacáridos son las unidades más simples, no hidrolizables de los carbohidratos. Forman cristales color blanco y dulces. Pueden ser unidades simples de polihidroxialdehído, como la glucosa , que tienen muchos grupos hidroxilo y un grupo carbonilo tipo aldehído Pueden ser unidades simples de polihidroxiacetona, como la fructosa, que tienen muchos grupos hidroxilo y un grupo carbonilo tipo cetosa Noten que tienen muchos grupos hidroxilo (OH) ¿Formarán puentes de hidrógeno con el agua? ¿Serán solubles en agua? Diapositiva 12. Las hexosas son los monosacáridos más abundantes en la naturaleza, entre ellos la glucosa (una aldohexosa), el azúcar que circula en sangre y es el combustible celular por excelencia y la fructosa (una cetohexosa), azúcar presente en los frutos y la miel. La clasificación de los monosacáridos se realiza según el número de carbonos en la cadena. En ese caso podemos clasificarlos en triosas, tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas y según el grupo carbonilo. Si el grupo carbonilo es un aldehído, decimos que son aldosas y si el grupo carbonilo es una cetona decimos que es una cetosa. Diapositiva 13. Los monosacáridos (especialmente los conformados por 5 y 6 carbonos) normalmente existen como moléculas cíclicas en vez de las formas de cadena lineal o abierta como suelen representarse. La ciclación tiene lugar como resultado de la interacción entre grupos funcionales en carbonos distantes, como C-1 y C-5. Esta ciclación se produce cuando los monosacáridos se encuentran en solución acuosa. Ambas formas anoméricas se pueden formar al azar en la misma proporción cuando la glucosa se encuentra en solución acuosa y por lo tanto los encontramos en iguales cantidades. 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. El hidroxilo (OH) de este carbono, (-OH) hemiacetálico, puede estar a uno u otro lado del plano de la molécula originándose dos nuevos isómeros ópticos. Cada uno de estos isómeros se distingue mediante los símbolos α y ß (formas α y ß). La forma α se representa situando el OH hemiacetálico por debajo del plano de la molécula; en la forma ß se sitúa por encima. Las formas α y ß de un monosacárido reciben el nombre de formas anoméricas. Diapositiva 14. Los oligosacáridos son moléculas formadas por la unión entre 2 y 10 monosacáridos a través de enlaces covalentes llamados enlaces glucosídicos. Con frecuencia los podemos encontrar en forma de disacáridos, es decir con dos subunidades. Los disacáridos y los trisacáridos conservan el sabor dulce. Los monosacáridos se unen por un enlace glucosídico a través de una reacción de condensación o deshidratación en la que se libera una molécula de agua. La ruptura del enlace glucosídico se produce por una reacción de hidrólisis en la que se agrega una molécula de agua. Diapositiva 15. Aquí mostramos tres de los disacáridos más comunes. Entre ellos, la maltosa o azúcar de malta, se le encuentra como producto de la hidrólisis del almidón; la sacarosa o azúcar de caña, transportada por las plantas a través de sus tallos y utilizada en la alimentación humana; y la lactosa o azúcar de leche. En los tres, la glucosa es uno de sus componentes. Observe los tipos de enlaces que se producen entre las subunidades de estos disacáridos. Observen en la tabla de la derecha, que las glucosas pueden formar enlaces de diferentes maneras, dependiendo si los enlaces se producen entre los OH de diferentes carbonos y si se produce entre los carbonos anoméricos alfa o beta y de esa manera se puede dar lugar a moléculas de disacáridos diferentes como la maltosa, isomaltosa, celobiosa, trehalosa y más aún pueden unirse con otros monosacáridos como es el caso de los disacáridos lactosa y la sacarosa No necesitan aprenderse de memoria esta tabla, solo comparen las diferentes maneras en las que se forman los enlaces glucosídicos. Diapositiva 16. Esta diapositiva muestra como dos glucosas se pueden unir de tantas formas diferentes y dar así lugar a once disacáridos diferentes, cada uno con características químicas diferentes. Diapositiva 17. Además de los disacáridos, en las células encontramos oligosacáridos con un mayor número de subunidades y que generalmente los encontramos formando parte de las membranas biológicas cumpliendo funciones de adhesión y reconocimiento celular. Diapositiva 18. Los polisacáridos son polímeros de subunidades repetitivas de cadena larga. Aquí tenemos dos ejemplos de polisacáridos: el almidón y la celulosa. Ambos tienen como subunidad a la glucosa y están unidos por enlaces glucosídicos entre los carbonos 1 y 4 de las glucosas. La diferencia entre el almidón y la celulosa es que los enlaces glucosídicos se producen entre anómeros alfa glucosa en el almidón, formando enlaces glucosídicos alfa (1-4) y anómeros beta glucosa en el caso de la celulosa formando enlaces glucosídicos beta (1-4). Mas adelante veremos que esa diferencia determina diferencias estructurales y funcionales entre ambos polímeros de la glucosa. El almidón tiene una función de almacenamiento de energía, mientras que la celulosa tiene una función estructural. Diapositiva 19. El almidón es el polisacárido de almacenamiento en los vegetales, almacenándose en organelas especializadas denominados amiloplastos. Lo encontramos abundantemente en estructuras de reserva como raíces, tubérculos, frutos y semillas. En el almidón encontramos dos tipos de polisacáridos. La amilosa y la amilopectina A) La amilosa que es un polisacárido formado por una larga cadena de glucosas unidas linealmente por enlaces alfa (1-4). Estas moléculas de glucosa unidas por enlaces alfa (1-4) adoptan una disposición tal que la molécula presenta una forma helicoidal El almidón se tiñe de color violeta intenso cuando se trata con yodo (lugol). Los átomos de yodo se introducen entre las espiras de las hélices de la amilosa dándole esa coloración. El color desaparece al calentar la disolución volviéndola transparente, pues los átomos de yodo se salen de la hélice. Al enfriar, la disolución se vuelve nuevamente violeta. B) En el almidón también encontramos la amilopectina que además de glucosas unidas por enlaces alfa (1-4) presenta ramificaciones debido a glucosas que forman enlaces glucosídicos alfa (1-6). En los animales, el glucógeno también tiene una estructura ramificada semejante a la amilopectina de las plantas pero con un mayor número de ramificaciones. Diapositiva 20. El glucógeno es el polisacárido de almacenamiento en los animales, almacenándose en el citosol de las células. En los mamíferos como el hombre podemos encontrar glucógeno almacenado en las células del hígado desde donde se puede liberar la glucosa a la sangre para ser utilizada por otros tejidos. También se encuentra glucógeno almacenado en los tejidos musculares. Los músculos tienen una gran demanda de energía y por ello requieren almacenar la glucosa en forma de glucógeno. Observen la estructura del glucógeno. El glucógeno es un polisacárido que al igual que la amilopectina, está formado por moléculas de α-D-glucosa unidas por enlaces glucosídicos α(1—›4) a lo largo de las cadenas, y con puntos de ramificación en los enlaces α(1—›6). La diferencia con respecto a la amilopectina del almidón se basa en que en el glucógeno, las ramificaciones se encuentran menos espaciadas. Esta mayor proximidad entre los puntos de ramificación hace que el glucógeno sea mucho más compacto que el almidón, pudiendo alcanzar pesos moleculares del orden de varios millones de daltons. Es una molécula extremadamente ramificada. Cuando las células recurren a sus reservas de almidón o de glucógeno, determinadas enzimas van liberando una a una moléculas de glucosa, en forma de derivados fosforilados, las cuales pueden después ser utilizadas como combustible metabólico. La naturaleza ramificada de ambos polisacáridos favorece el que estas enzimas degradativas puedan actuar simultáneamente en muchas ramas aumentando así la velocidad de liberación de glucosa, lo que resulta de gran utilidad para las células cuando necesitan un aporte energético importante de una manera inmediata. ¿Cree usted que la estructura más ramificada el glucógeno en los animales en comparación a la amilopectina en los vegetales, tenga una ventaja funcional para los animales? ¿Por qué? Diapositiva 21. La celulosa: sintetizada por los vegetales, tiene función estructural, formando parte importante de la pared celular. Está formada por la unión ß (1 🡪 4) de varios millares de moléculas de glucosa. Debido al tipo de enlace cada molécula de glucosa está girada 180o respecto a la anterior, lo que le da a la celulosa una estructura lineal pero "retorcida". Esta disposición permite que se formen gran cantidad de puentes de hidrógeno entre cadenas vecinas paralelas , lo que produce fibras muy resistentes a manera de cuerdas. Esta estructura es la que confiere a la celulosa su insolubilidad en agua y su resistencia mecánica características, propiedades que la hacen idónea para desempeñar en las células una función estructural. La celulosa es el principal componente de las paredes celulares vegetales, las cuales proporcionan a las células de las plantas y las algas sostén mecánico y protección frente a fenómenos osmóticos desfavorables. Las enzimas que degradan el almidón y el glucógeno no pueden romper los enlaces β glucosídico de la celulosa. El intestino humano (y el de la mayoría de los animales) carece de enzimas que puedan romper este tipo de enlace, por lo que este polisacárido no nos proporciona energía. Este hecho está compensado por la capacidad de la celulosa para generar una gran cantidad de residuos que a su paso limpian y facilitan el buen funcionamiento del aparato digestivo. Algunos animales como las termitas o los rumiantes, como la vaca de la figura, viven en simbiosis con determinados microorganismos poseedores de enzimas específicos, llamados celulasas, que sí son capaces de degradar la celulosa, por lo que estos animales pueden aprovechar la glucosa como fuente de energía. Diapositiva 22. La quitina está formada por un derivado nitrogenado de la glucosa: la N-acetil-glucosamina. Constituye los exoesqueletos de los artrópodos. Pueden notar que también la quitina forma enlaces beta (1-4) dando lugar a una estructura lineal a manera de fibras. Pregunta ¿En qué otros organismos encontramos quitina?¿Qué función tiene en esos organismos? Y por último, como habrán visto en esta clase, estudiar la estructura de los compuestos químicos nos lleva a entender mejor cuál es su función en los organismos vivos. No nos limitemos a estudiar las estructuras de memoria. Detalles que podrían parecer insignificantes como el que un grupo OH se encuentra hacia arriba o hacia abajo del plano de una molécula de glucosa tienen una gran importancia para determinar que esa glucosa sea utilizada para almacenamiento de energía o con funciones estructurales como la pared celular. Que una molécula de polisacárido tenga más o menos ramificaciones podría ser la diferencia entre la sobrevivencia de una especie o su extinción. Diapositiva 23. Dentro del grupo de los compuestos orgánicos que encontramos en los seres vivos están los lípidos. Nos centraremos en algunos de los tipos más importantes para la vida: Los acilglicéridos, los ácidos grasos, los fosfolípidos, las ceras y los esteroides. Hemos visto que varias subunidades pequeñas se unen mediantes enlaces covalentes para construir polímeros, a estas moléculas muy grandes las denominados “macromoléculas”. Los lípidos pueden ser moléculas grandes pero no forman polímeros, por lo tanto no los podemos denominar macromoléculas. No hay un tipo de molécula pequeña con ciertas características que haga las veces de bloques de construcción. Entonces ¿Qué tienen en común las moléculas que son consideradas lípidos? El rasgo que caracteriza a los compuestos que se agrupan dentro de los lípidos es que todos tienen poca o ninguna afinidad por el agua, son hidrofóbicos. Como mencionamos, los lípidos no forman polímeros, no son macromoléculas. Son un grupo de moléculas muy diverso que cumplen funciones también diversas entre los organismos vivos. Los lípidos son conocidos como moléculas de almacenamiento de energía, produciendo aproximadamente 9 kilocalorías /g, en comparación de las aproximadamente 4 kilocalorías/g que proporcionan los carbohidratos y las proteínas. Otros lípidos pueden tener funciones estructurales como es el caso de los fosfolípidos, que forman las membranas biológicas, y las ceras. Algunos lípidos funcionan como señales químicas, tanto intracelulares como entre células, como es el caso de las hormonas esteroideas Diapositiva 24. Los acilglicéridos son ésteres en los que uno, dos o tres ácidos grasos se unen a una molécula de glicerol, formando monoglicéridos, diglicéridos y triglicéridos respectivamente. El glicerol es un alcohol de 3 carbonos con un grupo hidroxilo unido a cada carbono. Un ácido graso tiene un grupo carboxilo en un extremo (que le da el carácter de ácido y por eso se llaman ácidos grasos). Este grupo carboxilo está unido a un largo esqueleto de carbonos, generalmente de 16 o 18 carbonos. Es este largo esqueleto de carbonos el que le da la característica hidrofóbica a la molécula. Si recuerdan, el carbono y el hidrógeno son igualmente electronegativos, de manera que cuando comparten sus electrones forman enlaces covalentes no polares. Al ser enlaces no polares, los hidrógenos no pueden formar puentes de hidrógeno con el agua y por ello son insolubles en el agua. La reacción entre el grupo carboxilo del ácido graso y el grupo hidroxilo del glicerol para formar un enlace tipo éster implica la liberación de una molécula de agua. ¿Reconocen que tipo de reacción es? ……¿Una reacción de deshidratación o condensación? Aunque los acilglicéridos no son polímeros, son moléculas grandes que se ensamblan a partir de moléculas más pequeñas como el glicerol y los ácidos grasos mediante reacciones de deshidratación. Este ensamblaje no es de manera que se formen cadenas repetitivas de ácidos grasos. Hemos dicho que los acilglicéridos son ésteres en los que uno, dos o tres ácidos grasos se unen a una molécula de glicerol, formando monoglicéridos, diglicéridos y triglicéridos respectivamente. Los acilglicéridos tienen una mayor proporción de enlaces carbono- hidrógeno ricos en energía que los carbohidratos, y como consecuencia contienen más energía química. Por ello producen ~ 9 Kcal/g, en comparación de las ~ 4 Kcal/g de carbohidratos o proteínas. A diferencia de muchas plantas como la papa, los animales tienen una capacidad limitada de almacenar carbohidratos. En los vertebrados, el exceso de azúcares que ya no se pueden almacenar como glucógeno, se convierten en triglicéridos. Los seres humanos y otros mamíferos almacenan los triglicéridos como reserva energética de largo plazo en forma de gotas lipídicas en las células adiposas o adipocitos. Además de almacenar energía, el tejido adiposo también amortigua órganos vitales como los riñones y forman una gruesa capa debajo de la piel como aislante térmico que puede ser bastante gruesa en mamíferos que viven en condiciones de mucho frío como los osos polares y mamíferos marinos como las ballenas y lobos marinos. En las plantas se pueden almacenar lípidos como reserva energética sobre todo en las semillas. Aquí les dejo una pregunta para pensar ¿Por qué creen que en los animales, a diferencia de las plantas, los lípidos son la principal forma de almacenar energía y no los carbohidratos? Las plantas no tienen “rollos de grasa” en sus tallos u hojas y principalmente encontramos lípidos de almacenamiento en las semillas. ¿Por qué? Diapositiva 25. A temperatura ambiente algunos acilglicéridos pueden encontrarse en estado sólido y se les denomina “grasas”. Esto se debe a la presencia de ácidos grasos saturados (con temperaturas de fusión más elevadas) como ocurre con las grasas animales como la mantequilla, manteca o tocino. Encontrarán con frecuencia en los textos que se les denomina grasas a los acilglicéridos, pero para tener coherencia con los que se les enseña en química y no confundirlos, llamaremos grasas cuando a temperatura ambiente los acilglicéridos se encuentran en estado sólido por la presencia de ácidos grasos saturados. Otros acilglicéridos pueden encontrarse en estado líquido a temperatura ambiente y se les denomina “aceites”. Esto se debe a la presencia de ácidos grasos insaturados (con temperaturas de fusión más bajas) como ocurre con los aceites de los peces como el aceite de hígado de bacalao y de los vegetales como el aceite de oliva, aceite de maní, aceite de maíz. ¿Pero por qué la presencia de ácidos grasos saturados o ácidos grasos insaturados determina que un acilglicérido sea sólido o líquido a temperatura ambiente? La cadena hidrocarbonada de los ácidos grasos saturados carecen de dobles enlaces y las moléculas pueden empaquetarse estrechamente una al lado de la otra permitiendo que se produzcan interacciones de van der Waals entre las moléculas adyacentes. Aunque las interacciones de van der Waals son atracciones débiles, adquieren fuerza cuando muchas de ellas actúan entre largas cadenas de carbonos e hidrógenos. Estas interacciones de van der Waals tienden a hacer más sólida una sustancia al limitar el movimiento de sus moléculas Los ácidos grasos insaturados tienen un doble enlace cis que produce una torsión de sus colas de ácidos grasos a manera de un codo, por lo que no pueden acercarse lo suficiente como para que se produzcan suficientes interacciones de van der Waals. Esto permite que las moléculas se muevan más libremente haciendo que el lípido sea más fluido en comparación a lo que ocurre con los ácidos grasos saturados. Nota: Interacciones de van der Waals: Las moléculas no polares eléctricamente neutras pueden desarrollar de manera transitoria regiones con cargas positiva y negativa débiles. Esto se presenta porque el movimiento constante de sus electrones hace que algunas regiones tengan un exceso temporal de electrones, mientras que otras regiones tienen un déficit temporal. Estas débiles cargas opuestas generan como resultado fuerzas de van der Waals entre las moléculas adyacentes. Diapositiva 26. Los dobles enlaces pueden ser cis (donde los hidrógenos están hacia el mismo lado) o trans (en lados contrarios) Cuando la molécula es saturada, no tiene dobles enlaces, la forma de la cadena de carbonos es recta como en el ácido esteárico. Cuando está presente un doble enlace cis como el caso del ácido oleico se produce una curvatura como si el esqueleto de carbonos estuviera quebrado. Cuando la molécula tiene un doble enlace trans no se produce la curvatura como ocurre con los enlaces cis y más bien tiene una estructura semejante a la de los ácidos grasos saturados. Una dieta rica en grasas saturadas es uno de los factores que contribuyen a la aterosclerosis. En esta enfermedad se producen unos depósitos llamados placas dentro de las paredes de los vasos sanguíneos y reducen su elasticidad. Los procesos de hidrogenación de los aceites vegetales para solidificarlos y producir margarinas o mantecas de origen vegetal no solo producen grasas saturadas, sino también ácidos grasos trans que pueden contribuir aún más a la aterosclerosis y otros problemas. Diapositiva 27. Existen algunos ácidos grasos poliinsaturados de cadena larga que son esenciales, es decir que nuestro organismo es incapaz de fabricarlos, y tiene que ser tomado con el alimento. Estos ácidos grasos esenciales participan como señales celulares modulando una serie de procesos fisiológicos. Son los omega-3 (ω-3) y los omega-6 (ω-6). Se les denomina así por la posición de su primer doble enlace, contando desde el carbono ω (el carbono más alejado del carboxilo), estos ácidos grasos pueden ser de tipo ω-3 u ω-6. Ustedes habrán escuchado mencionar de los ácidos grasos poliinsaturados omega 3 como componentes importantes en nuestra dieta y se ofrecen comercialmente extractos de ellos o agregados a leches u otros alimentos. Habrán escuchado del ALA (ácido alfa linolénico), EPA (ácido eicosapentaenoico) y DHA (ácido docosahexaenoico). Mientras que el ALA lo encontramos abundantemente en aceites vegetales como el de linaza o el de sacha –inchi, los ácidos grasos esenciales EPA y DHA se encuentran abundantemente en los peces azules o grasos como el bonito, caballa, atún y anchoveta. El ALA (ácido alfa-linolénico) es un verdadero omega-3 "esencial" porque nuestro cuerpo no lo puede producir por cuenta propia. Debemos obtener ALA de nuestra dieta consumiendo alimentos ricos en ALA como semillas de linaza, sacha-inchi, chía, nueces y en el brócoli. ALA es el precursor de EPA y DHA, pero el porcentaje de conversión en nuestro cuerpo es extremadamente bajo - generalmente menos de 1 por ciento de ALA es convertido a EPA y DHA. En cambio los ácidos grasos EPA y DHA, de origen animal , luego de ser ingeridos, se incorporan rápidamente a los fosfolípidos de las membranas celulares donde pueden ser liberados por enzimas, originando productos con potentes propiedades de protección para las células y especialmente antiinflamatorias. Diapositiva 28. Hemos dicho que los ácidos grasos poliinsaturados omega 6 y omega 3 participan como señales celulares modulando una serie de procesos fisiológicos. Los ácidos grasos omega 3 lentifican la coagulación intravascular ayudando a prevenir infartos. Suprimen la inflamación previniendo la sobrerreacción a alérgenos y enfermedades inflamatorias. Dilatan los vasos sanguíneos reduciendo la hipertensión Controlan el crecimiento celular haciendo más lento el crecimiento de células cancerosas. Los ácidos grasos omega 6 por el contrario aumentan la coagulación incrementando el riesgo de infarto Promueven la inflamación incrementando el riesgo de alergias y enfermedades inflamatorias (obesidad, diabetes, aterosclerosis, cáncer) Aumentan el crecimiento celular pudiendo promover el crecimiento de células cancerosas Favorecen la formación de nuevos vasos sanguíneos facilitando la alimentación de células cancerosas. A primera vista parecería que los ácidos grasos omega-3 son mejores que los omega-6…. Pero que sería de nosotros si, nos hacemos una herida y no podemos coagularla o regenerar las células afectadas y formar nuevos vasos sanguíneos, o si no pudiéramos regular la intensidad de nuestra respuesta inmune: la inflamación es parte de los mecanismos de defensa de nuestro sistema inmune. En realidad, lo importante es el balance entre omega 6 y omega 3… ¿y cuál es el “balance” perfecto? Esto es algo que aún está en discusión… El balance adecuado puede estar entre 5:1 y 10:1 de omega 6 y omega 3 El óptimo debería estar entre 1:1 y 4:1 de omega 6 y omega 3 ¿Pero cuál es el balance de nuestra dieta promedio actual? Nosotros consumimos en una proporción de 14 de omega 6 versus 1 de omega 3 o de 20 de omega 6 y 1 de omega 3 Esto se debe a que hay pocos alimentos que contienen omega 3 y además no acostumbramos a consumirlos, mientras que los omega 6 se encuentran en abundancia en los alimentos grasos, entre ellos los alimentos grasos que consumimos como “comida chatarra”. Hacer un cambio en nuestra dieta de manera que nos acerquemos al balance óptimo entre omega 6 y omega 3 nos permitirá estar saludables y mejor protegidos de muchas enfermedades y tener una mejor calidad de vida. Diapositiva 29. A semejanza de los acilglicéridos, tanto los fosfolípidos como los glucolípidos están compuestos de cadenas de ácidos grasos unidas a un esqueleto de glicerol. En los fosfolípidos el tercer carbono del glicerol no está ocupado por un ácido graso, sino por un grupo fosfato con carga negativa, al que por lo general está unido otro grupo polar, lo que permite que tengan una cabeza polar que interacciona con el agua, mientras que las porciones de los ácidos grasos corresponden a las colas hidrofóbicas que no interaccionan con el agua. Dependiendo de la presencia de ácidos grasos saturados o insaturados con doble enlace cis, los fosfolípidos serán menos o más fluidos cuando están empacados uno a lado del otro. Los fosfolípidos desempeñan papeles estructurales como componentes de las membranas biológicas. Son los componentes principales de todas las membranas. Los fosfolípidos demuestran un comportamiento ambivalente con el agua. Por eso se dice que son “anfipáticos”. Sus colas son hidrofóbicas y son excluidas del agua, y el grupo fosfato y sus anexos forman una cabeza hidrofílica que tiene afinidad por el agua. Cuando se añade fosfolípidos al agua, se autoensamblan formando una capa doble, una bicapa, que protege sus porciones hidrofóbicas del agua. En la superficie de una célula, los fosfolípidos se ordenan como una bicapa lipídica formando un límite entre las células y su medio externo. Diapositiva 30. Las ceras son ésteres de ácidos grasos de cadena larga, con alcoholes también de cadena larga y monohidroxilo (es decir, solo tiene un grupo funcional hidroxilo). En general son sólidas y totalmente insolubles en agua. Son sustancias duras en frío y blandas y moldeables al calor. Todas las funciones que realizan están relacionadas con su impermeabilidad al agua y con su consistencia firme. Así las plumas, el pelo, la piel, las hojas, frutos, están cubiertas de una capa de cera protectora. Una de las ceras más conocidas es la que segregan las abejas para confeccionar su panal. Diapositiva 31. El colesterol es una molécula relacionada con los lípidos que pertenece al grupo de los esteroides. Tiene una estructura cíclica y un grupo hidroxilo. Aunque predomina su parte apolar, puede considerárselo anfipático, puesto que el grupo funcional hidroxilo está haciendo las veces de una pequeña cabeza polar. Como tal, es un componente importante de las membranas celulares animales (no de las vegetales), especialmente en determinados órganos, como cerebro, hígado y riñón. Se sintetiza a partir de acetil Co A y tiene un rol importante en mantener la fluidez de las membranas Además, el colesterol es precursor o materia prima de muchas otras sustancias de importancia fisiológica como las hormonas esteroideas, cortisona, la vitamina D y las sales biliares. Las hormonas esteroideas, derivadas del colesterol, son importantes en los procesos de señalización celular. Al ser hidrofóbicos pueden atravesar la membrana citoplasmática, ser reconocidas por su receptor intracelular y permitir la expresión de genes específicos. Diapositiva 32. En las plantas también pueden estar presentes otras moléculas esteroideas, llamados fitoesteroles. En las membranas biológicas no es frecuente encontrar el colesterol, como lo podemos apreciar en la tabla, donde solo el aceite de palma tiene cantidades pequeñas de colesterol. Los fitoesteroles en las plantas estarían cumpliendo funciones semejantes a la del colesterol en las células animales. Esta tabla no es para que se la aprendan de memoria, solo para que comparen la diversidad de fitoesteroles que se encuentran en el aceite de las semillas de diferentes plantas y lo poco frecuente que es el colesterol, estando ausente en la mayoría de las especies vegetales.