Guía de autoaprendizaje de Ciencias Naturales - 2.º año de Bachillerato - PDF

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1 | Ciencias Naturales Guía de autoaprendizaje 2.o año de bachillerato Unidad 7. Compuestos orgánicos Fase 3, semana 8 Contenido Funciones orgánicas relacionadas con la industria y los procesos biológicos Evaluación sugerida Cuestionario Orientación sobre el uso de la guía Esta guía contiene actividades para que continúes con tus aprendizajes desde casa. Incluye recursos de lecturas, figuras y ejercicios que te permitirán fortalecer tus habilidades científicas, así como las tareas que debes realizar cada semana. Tu docente revisará las tareas en tu cuaderno, o en el formato que se solicite, cuando te presentes al centro educativo. A. ¿Qué debes saber? 1. Introducción Los seres vivos estamos formados por diversidad de moléculas como las proteínas, ácidos nucleicos, azúcares y grasas. Todos ellos son compuestos cuya base principal es el carbono. Las biomoléculas son importantes, no solo porque cumplen funciones vitales de sostén, regulación y transporte del cuerpo de los seres vivos, sino porque integran sus cuerpos mismos, o sea, nuestros cuerpos están hechos de ellas. Las biomoléculas se integran para formar compuestos más grandes sucesivamente, hasta formar así las células y los diversos tejidos del cuerpo. Sin ellas, sencillamente, no podríamos existir. 2. ¿Qué son las biomoléculas? Las biomoléculas son las moléculas características de los seres vivos y están constituidas principalmente por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, los cuales representan un 99% de la masa de la mayoría de las células. También están presentes en menor medida en el fósforo y sulfuro. Suelen incorporarse otros elementos, pero en menor frecuencia. Las biomoléculas son el fundamento de la vida y cumplen funciones imprescindibles para los organismos vivos. Según la naturaleza química, las biomoléculas se clasifican en: Biomoléculas inorgánicas: son sustancias no sintetizadas por los seres vivos, pero imprescindibles para ellos; por ejemplo, el agua, la biomolécula más abundante; los gases, como el oxígeno; y sales inorgánicas: aniones como fosfato (PO43-), bicarbonato (HCO3−) y cationes como amonio (NH4+). Biomoléculas orgánicas: son sintetizadas por los seres vivos y tienen una estructura a base de carbono. Están formadas principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno, y con frecuencia están presentes el nitrógeno, el fósforo y el azufre, como otros elementos, pero en menor proporción. Se agrupan en cuatro tipos: carbohidratos o glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. 3. Carbohidratos o glúcidos Son compuestos formados por carbono. Los más conocidos son los azúcares, los almidones y la celulosa; constituyen uno de los tres principales grupos químicos que conforman la materia orgánica, junto con las grasas y proteínas. Los carbohidratos son los compuestos orgánicos más abundantes de la biosfera y se presentan en mayor diversidad. Se encuentran en las partes estructurales de los vegetales y en los tejidos animales, en forma de glucosa o glucógeno. Sirven como fuente de energía para todas las actividades celulares vitales. Los glúcidos se dividen en monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. 2 | Ciencias Naturales Guía de autoaprendizaje 2.o año de bachillerato 3.1 Monosacáridos 3.2 Disacáridos Son la principal fuente de combustible para el Los disacáridos son glúcidos formados por la metabolismo, se usan como una fuente de unión de dos moléculas de monosacáridos que al energía (la glucosa es la más importante en la hidrolizarse producen dos monosacáridos libres. naturaleza). Otros monosacáridos importantes El enlace covalente que une a dos monosacáridos son la galactosa (figura 1 a), la fructosa (azúcar de se conoce como enlace glicosídico (figura 4). las frutas, figura 1b), la ribosa y la desoxirribosa. Según el número de átomos de carbono que forman la cadena, los carbohidratos se clasifican en triosas, si tienen tres carbonos; tetrosas, cuatro; pentosas, cinco; hexosas, seis; heptosas, siete. Haciendo algunas excepciones, los nombres de los carbohidratos tienen la terminación “osa”: ribosa (figura 2), glucosa, celulosa. Figura 4: Formación del enlace glucosídico entre la glucosa y la fructosa para formar la sacarosa, un disacárido. La sacarosa (C12H22O11), es el disacárido más abundante y la principal forma en la cual los glúcidos son transportados en las plantas. Está compuesta de una molécula de glucosa y una molécula de fructosa. Otro disacárido de mucha importancia es la lactosa Figura 1: Ejemplos de monosacáridos. (formada por galactosa y glucosa), está presente naturalmente solo en la leche. 3.3 Oligosacáridos Contienen de tres a diez moléculas de monosacáridos. Al hidrolizarse los oligosacáridos se obtienen los monosacáridos respectivos. En los organismos, los oligosacáridos se encuentran en las glucoproteínas, que son estructuras Figura 2: Ejemplo de cetosas de diferente cantidad de carbono en su estructura. compuestas por azúcares y proteínas. Los monosacáridos se clasifican de acuerdo con En los vegetales se encuentran otros oligosacáridos, tres características diferentes: la posición del dependiendo de la familia de que se trate. Así, en las grupo carbonilo, el número de átomos de umbelíferas se encuentra el trisacárido carbono que contiene y su quiralidad. Cuando el umbeliferosa. También se encuentran varios grupo carbonilo es proveniente de un aldehído es oligosacáridos poco comunes en la miel, en una aldosa (figura 3 a); en cambio, si el grupo pequeña cantidad. Uno de ellos es la erlosa, un carbonilo es una cetona, el monosacárido es una trisacárido formado por la unión de una glucosa a la cetosa (figura 3b). glucosa de la sacarosa. Otro es la melecitosa, cuyo nombre procede precisamente de este producto. Figura 3: Proyección de Fischer de: a) D-gliceraldehído y Figura 5: La rafinosa es un glúcido trisacárido compuesto b) dihidroxiacetona. por glucosa, fructosa y galactosa. 3 | Ciencias Naturales Guía de autoaprendizaje 2.o año de bachillerato 3.4 Polisacáridos 4. Lípidos Están constituidos por más de diez Forman parte de la estructura de las biomoléculas monosacáridos, formando cadenas que pueden orgánicas. Están constituidas básicamente por ser ramificadas o no ramificadas. Resultan de la carbono e hidrógeno y generalmente también condensación de muchas moléculas de oxígeno, pero en porcentajes mucho más bajos. monosacáridos con la pérdida de varias Otros elementos que pueden contener los lípidos moléculas de agua. son: fósforo, nitrógeno, azufre y, en ocasiones, algunos halógenos. Los lípidos presentan las Los polisacáridos son polímeros biológicos siguientes características: insolubles en agua, importantes, su función en los organismos vivos solubles en solventes orgánicos, como por está relacionada con estructura o almacenamiento. ejemplo en éter, cloroformo o benceno. Las El almidón es usado como una forma de principales funciones de los lípidos son: almacenamiento en las plantas, se encuentra en la Función de reserva: constituyen la principal forma de amilosa (figura 6) y amilopectina reserva energética del organismo. (ramificada, figura 7). La amilopectina se distingue de Función estructural: protegen los órganos, ya la amilosa por ser muy ramificada. Las moléculas de que los recubren y le dan consistencia por amilopectina pueden contener hasta dos millones medio de las bicapas lipídicas de las de unidades de glucosa. membranas. Función biocatalizadora: facilitan las reacciones químicas que se producen en los seres vivos. Esta función es realizada por las vitaminas lipídicas, las hormonas esteroideas y las prostaglandinas. Función transportadora: el transporte de lípidos desde el intestino hasta su lugar de destino se Figura 6: Estructura de la amilosa. realiza mediante su emulsión gracias a los ácidos biliares y a los proteolípidos. 4.1. Clasificación de los lípidos Lípidos saponificables a) Ácidos grasos: son las unidades básicas de los lípidos saponificables y consisten en moléculas formadas por una larga cadena hidrocarbonada y Figura 7: Estructura de la amilopectina. un grupo carboxilo terminal. La presencia de Los animales utilizan el glucógeno en lugar del dobles enlaces en el ácido graso reduce el punto almidón, el cual es estructuralmente similar, pero de fusión. Los ácidos grasos se dividen en más ramificado. La estructura ramificada le saturados e insaturados. permite al glucógeno ser metabolizado más Saturados: sin dobles enlaces entre átomos de rápidamente, lo cual se ajusta a la vida activa de carbono; por ejemplo, ácido láurico, ácido los animales con locomoción. mirístico, ácido palmítico, ácido margárico, ácido esteárico, etc. La celulosa y la quitina son ejemplos de polisacáridos estructurales. La celulosa compone las paredes celulares de las plantas y otros organismos, es la molécula más abundante sobre la tierra. Se Figura 8: Ácido mirístico. forma por la unión de moléculas de β-glucosa mediante enlaces β-1,2-O-glucosídico. La celulosa Insaturados: se caracterizan porque en su es un polisacárido estructural en las plantas, ya que estructura molecular poseen dobles enlaces forma parte de los tejidos de sostén. carbono-carbono. Las propiedades físicas 4 | Ciencias Naturales Guía de autoaprendizaje 2.o año de bachillerato (punto de fusión) de los ácidos grasos relacionados con las grasas y los aceites dependen del número de dobles enlaces. Los comunes. Los fosfolípidos tienen un gran interés aceites, por poseer gran cantidad de dobles biológico por ser componentes estructurales de enlaces, su estado físico a temperatura las membranas celulares, entre ellos se tienen ambiente es líquido (figura 9). fosfoglicéridos y fosfoesfingolípidos. Lípidos insaponificables a) Prostaglandinas: son derivados de los ácidos grasos, se encuentran generalmente en las Figura 9: Ácido oleico. secreciones de las glándulas prostáticas, tejidos y fluidos del cuerpo. Su función más importante es la b) Ácidos grasos esenciales: su nombre se debe a regulación de funciones diversas como la presión la función que realizan en el organismo, pero no sanguínea, la coagulación de la sangre, la respuesta se pueden metabolizar, por lo que es importante inflamatoria de alergias, la actividad del sistema consumirlos en la dieta alimenticia; además, digestivo y la inducción del parto (figura 12). disminuyen el colesterol en la sangre. Algunos ejemplos de ácidos grasos esenciales son: ácido linoleico, ácido linolénico o el araquidónico (figura 10). Figura 12: Estructura de la prostaglandina. Calvero. b) Esteroides: son moléculas policíclicas que se Figura 10: Ácido graso esencial (linoleico). encuentran en todas las plantas y animales; entre los esteroides se encuentran las hormonas, los c) Acilglicéridos: son lípidos simples que en su emulsionantes y los componentes de las estructura contienen glicerol esterificado con membranas. La estructura de los esteroides se uno, dos o tres ácidos grasos, llamados basa en el sistema de anillos del androstano monoacilglicéridos, diacilglicérido o tetracíclico; los cuatro anillos se designan como triacilglicéridos, respectivamente (figura 11). A, B, C y D (figura 13). Cuando su estado físico a temperatura ambiente es sólido se les llaman grasas y cuando son líquidos se llaman aceites. Figura 13: Los esteroides son derivados metabólicos de los terpenos. Figura 11: Triglicérido. Parte izquierda: glicerol; parte c) Terpenos o derivados del isopreno: son una derecha de arriba a abajo: ácido palmítico, ácido oleico, familia diversa de compuestos con esqueletos de ácido linolénico. carbono compuestos de cinco unidades de isopreno. Los terpenoides de las plantas son d) Céridos (ceras): son ésteres de ácidos grasos usados por sus cualidades aromáticas, juegan un de cadena larga, con alcoholes también de rol importante en la medicina tradicional y otros cadena larga. En general, son sólidas y totalmente usos farmacéuticos (figura 14). insolubles en agua. e) Fosfolípidos: son lípidos que contienen grupos derivados del ácido fosfórico. La mayoría de los fosfolípidos comunes son fosfoglicéridos, están Figura 14: Estructura del caroteno, un terpeno. 5 | Ciencias Naturales Guía de autoaprendizaje 2.o año de bachillerato 4.2. Vitaminas b) Globulares: se caracterizan por doblar sus Las vitaminas son lípidos que se clasifican como cadenas en una forma esférica apretada o solubles en agua y solubles en grasas. Además, son compacta, dejando grupos hidrófobos hacia biológicamente activas y necesarias para el adentro de la proteína y grupos hidrófilos hacia funcionamiento de los organismos. Pero se tienen afuera, lo que hace que sean solubles en que ingerir en la dieta diaria debido a que no se disolventes polares como el agua. pueden sintetizar en el cuerpo y su ausencia causa enfermedades. Entre las vitaminas liposolubles Clasificación de las proteínas de acuerdo con su están A, D, E y K; y dentro de las hidrosolubles se organización estructural: es frecuente considerar hallan el complejo B y la vitamina C. una división en cuatro niveles de organización, aunque el cuarto no siempre está presente. La vitamina C se elimina rápido del cuerpo y 1) Estructura primaria: es la secuencia de debido a eso es necesario ingerir niveles elevados. aminoácidos de la proteína. Indica los aminoácidos Las vitaminas solubles en grasas no son que componen la cadena polipeptídica y el orden fácilmente eliminadas y pueden acumularse en en que dichos aminoácidos se encuentran. niveles tóxicos si se consumen en grandes 2) Estructura secundaria: la estructura secundaria cantidades (figura 15). es la disposición de la secuencia de aminoácidos en el espacio. Existen dos tipos de estructura secundaria: la α (alfa)-hélice y β–hélice o lámina plegada. Estas se deben a las interacciones de los aminoácidos en las cadenas polipeptídicas, Figura 15: Estructura de: a) vitamina A, b) vitamina C principalmente de puentes de hidrógenos. 3) Estructura terciaria: informa sobre la 5. Proteínas disposición de la estructura secundaria de un Son polímeros de aminoácidos que están dentro de polipéptido al plegarse sobre sí misma, originando la clasificación de las biomoléculas. Químicamente una conformación globular. están formadas por cadenas lineales de 4) Estructura cuaternaria: esta estructura informa de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. El la unión, mediante enlaces débiles (no covalentes), de enlace peptídico es el que se forma entre el grupo varias cadenas polipeptídicas con estructura terciaria carboxilo (-COOH) de un aminoácido y el grupo para formar un complejo proteico. amino (-NH2) de otro aminoácido. Las proteínas tienen un papel fundamental en casi todos los procesos biológicos. La mayoría de las enzimas que son los catalizadores de las reacciones bioquímicas son proteínas; se agrupan en sencillas y conjugadas, de acuerdo con su composición química. Las proteínas sencillas son aquellas que se hidrolizan para formar solo aminoácidos, por ejemplo, la insulina, la ribonucleasa, la oxitocina y la bradicinina. Las proteínas conjugadas están unidas a un grupo prostético no proteínico como un azúcar, un ácido nucleico, un lípido o algún otro grupo. Son imprescindibles para el crecimiento del organismo. 5.1 Clasificación de las proteínas según su forma a) Fibrosas: presentan cadenas polipeptídicas largas y una estructura secundaria atípica. Son insolubles en agua y en disoluciones acuosas. Algunos ejemplos son: queratina, colágeno y fibrina. Figura 16: Estructura de las proteínas. 6 | Ciencias Naturales Guía de autoaprendizaje 2.o año de bachillerato 5.2 Desnaturalización de las proteínas Es un proceso en el cual las proteínas sufren la Por las bases nitrogenadas que contienen: el pérdida de las estructuras de orden superior ADN contiene adenina, guanina, citosina y (secundaria, terciaria y cuaternaria), pero no se timina; y el ARN, adenina, guanina, citosina y pierden los enlaces peptídicos de la estructura uracilo. primaria, es decir, se conserva la cadena Por la estructura: el ADN es de doble cadena, polipeptídica. La desnaturalización provoca mientras que la estructura del ARN es diversos efectos en la proteína: monocatenaria, aunque puede presentarse en Cambios en las propiedades hidrodinámicas de forma extendida, como el ARNm, o en forma la proteína: aumenta la viscosidad y disminuye plegada, como el ARNt y el ARNr (figura 17). el coeficiente de difusión. En la masa molecular: la del ADN es Drástica disminución de su solubilidad, ya que generalmente mayor que la del ARN. los residuos hidrofóbicos del interior aparecen en la superficie. 7. Importancia de las biomoléculas en la Pérdida de las propiedades biológicas producción de alimentos, jabones, medicinas y la agroindustria Los agentes que provocan la desnaturalización de En la producción de alimentos, la glucosa les una proteína se llaman agentes desnaturalizantes. confiere el sabor dulce a los alimentos; en la Se distinguen agentes físicos (calor, agitación) y producción de helados, disminuye el punto de químicos (detergentes, disolventes orgánicos, congelación, se aumenta su dureza; en la pH). producción de conservas de frutas, jugos, licores, vinos, refrescos, ya que la glucosa no 6. Ácidos nucleicos enmascara el olor y el gusto. Los ácidos nucleicos son polímeros formados por Los ácidos grasos son utilizados en la la repetición de monómeros llamados fabricación de jabones mediante un proceso nucleótidos, unidos mediante enlaces que es llamado saponificación; los ácidos fosfodiéster. Tienen masas molares elevadas y su grasos también son utilizados para la papel esencial es en la síntesis de proteínas. Las preparación de detergentes. Gran número de dos clases principales de ácidos nucleicos son: aceites se usan como excipientes, sustancias ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido incorporadas como vehículos para la ribonucleico (ARN). Estas dos clases de ácidos asimilación corporal de los principios activos. nucleicos se diferencian por: Los carotenoides, retinoides y tocoferoles son En el ADN se encuentra presente la azúcar usados por sus propiedades antioxidantes para desoxirribosa y en el ARN, la ribosa. la salud y la medicina preventiva. Figura 17: Estructura monocatenaria del ARN y de doble hélice para el ADN. 7 | Ciencias Naturales Guía de autoaprendizaje 2.o año de bachillerato B. Ponte a prueba Selecciona el literal correcto. 1. Son compuestos monosacáridos: a) Glucosa, maltosa b) Glucosa, fructosa c) Lactosa, sacarosa 2. Ejemplo de lípidos saponificables: a) Esteroide, ácidos grasos, ácidos grasos esenciales, acilglicéridos b) Prostaglandina, céridos, acilglicéridos c) Ácidos grasos, ácidos grasos esenciales, acilglicéridos 3. Agentes químicos que provocan la desnaturalización de las proteínas: a) Detergentes, calor, agitación b) Detergentes, disolventes orgánicos, agitación c) Detergentes, disolventes orgánicos, pH 4. Componentes que se encuentran en el ácido desoxirribonucleico (ADN): a) Adenina, guanina, citosina, timina y desoxirribosa b) Adenina, guanina, citosina, timina y ribosa c) Adenina, guanina, citosina, uracilo y desoxirribosa C. Tareas de la semana Contesta el siguiente cuestionario (100%) 1. Escribe los tipos de glúcidos que existen. 2. ¿Qué son los disacáridos? 3. Las principales funciones de los lípidos son: 4. Características de los lípidos. 5. Nombra tres ácidos grasos más comunes. 6. Menciona la clasificación de las proteínas de acuerdo con su organización estructural. 7. Clasificación de las proteínas según su forma. 8. Investiga al menos cinco fuentes de proteínas. 9. ¿Cuál es la función de los ácidos nucleicos ADN y ARN? 10. ¿Cuál es la diferencia entre el ADN y el ARN? D. ¿Saber más? Para más información sobre las funciones orgánicas, puedes ver el siguiente video: “Las biomoléculas”, disponible en https://www.youtube.com/watch?v=oNT5QVh5Ay4 No olvides sintonizar en Canal 10 la franja educativa "Aprendamos en casa" y visitar en YouTube, cuando lo requieras, el canal de Ciencia Educativa para consultar material adicional de todos los niveles. E. Respuestas de la prueba 1: b 2: c 3: c 4: a