Macromoléculas: Lípidos

Los lípidos son sustancias naturales que se disuelven en hidrocarburos pero no en agua. Realizan un conjunto extraordinario de funciones en los seres vivos. Algunos lípidos son reservas energéticas vitales. Otros son los componentes estructurales primarios de las membranas biológicas. Así mismo, otras moléculas lipídicas actúan como hormonas, antioxidantes, pigmentos o factores de crecimiento vitales y vitaminas.

Los lípidos son un grupo heterogéneo de biomoléculas. Se consideran lípidos como los fosfolípidos, los esteroides, los carotenoides, las grasas y los aceites, que se diferencian mucho en cuanto a estructura y función. A causa de su diversidad el término lípido tiene una definición más operativa que estructural.

Los lípidos se definen como aquellas sustancias de los seres vivos que se disuelven el solvente no polares, como el éter, el cloroformo y la acetona, y que no lo hacen de manera perceptible en el agua.

Las funciones de los lípidos también son variadas. Diversas clases de moléculas lipídicas (fosfolípidos y los esfingolípidos) son componentes estructurales importantes de las membranas celulares. Otro tipo, las grasas y los aceites (ambos son triacilgliceroles), almacenan energía de forma eficaz. Otras clases de moléculas lipídicas son señales químicas, vitaminas o pigmentos. Por último, algunas moléculas lipídicas que se encuentran en las cubiertas externas de varios organismos tienen funciones protectoras o impermeabilizantes.

Clases de lípidos:

•  Ácidos grasos: Los ácidos grasos son monocarboxílicos que contienen en general cadenas hidrocarbonadas de longitudes variables (entre 12 y 20 carbonos). Los ácidos grasos se numeran a partir del extremo carboxilato. Se emplean letras griegas para designar determinados átomos de carbono. El carbono α de un ácido graso es adyacente al grupo carboxilato, el carbono β está a dos átomos del grupo carboxilato y así en forma sucesiva. El carbono metilo terminal es el carbono ω. Las cadenas de los ácidos grasos que solo contiene enlaces sencillos carbono-carbono se denominan saturadas, mientras que las moléculas que contienen uno o varios enlaces dobles se denominan insaturadas. 

• 1.       Triacilglicerol: Son ésteres de glicerol con tres moléculas de ácidos grasos. Son intermediarios metabólicos. Se encuentran en general en cantidades pequeñas, se les denomina grasas neutras. La mayoría de las moléculas de triacilglicerol contienen ácidos grasos de diversas longitudes, que pueden ser saturados o insaturados o una combinación de ambos. 

• 1.      Ésteres de cera: Las ceras son mezclas complejas de lípidos no polares. Son cubiertas protectoras de las hojas de los tallos y de las frutas de los vegetales y de la piel de los animales. 
  
  

• 1.       Fosfolípidos (fosfoglicéridos y esfingomielinas): Son los primeros y más importantes componentes estructurales de las membranas, son agentes emulsionantes y agentes superficiales activos, es decir actúan como sustancias que disminuyen la tensión superficial de un líquido, de forma que se disperse por una superficie. Son molecula anfipáticas.
  
  
• Existen dos tipos de fosfolípidos los fosfoglicéridos que son moléculas que contienen glicerol, ácidos grasos, fosfato y un alcohol. Las esfingomielinas se diferencian de los fosfoglicéridos en que tienen una esfingosina en lugar del glicerol. 
  
  

• 1.       Esfingolípidos: Todas las moléculas de esfingolípidos contienen un aminoalcohol de cadena larga. El núcleo de cada clase de esfingolípido es una ceramida, un derivado amida de ácido graso de esfingosina.  

• 1.       Isoprenoides (moléculas formadas por unidades repetidas de isopreno, un hidrocarburo ramificado de cinco carbonos). Los isoprenoides no se sintetizan a partir del isopreno sino que todas sus vías de biosíntesis, comienzan con la formación de isopentenilpirofosfato a partir de acetil-CoA 

  
  

• McKEE, Trudy, McKEE, James. Bioquímica. Las bases moleculares de la vida. 4 ed. México. Mc Graw Hil, 2009. 777p.

Macromoléculas: Carbohidratos

Los carbohidratos no son solo la fuente importante de producción rápida de energía en las células, sino que son también las estructuras fundamentales de las células y componentes de numerosas rutas metabólicas. En la actualidad se reconoce que son los polímeros de azucares unidos a proteínas y a lípidos son un sistema de codificación de alta densidad. Los seres vivos aprovechan la vasta diversidad estructural de estas moléculas para producir la capacidad informática necesaria para los procesos vitales.

Los carbohidratos son las biomoléculas más abundantes de la naturaleza, son un vínculo directo entre la energía solar y la energía de los enlaces químicos de los seres vivos. Se forman durante la fotosíntesis un proceso bioquímico en el que se captura la energía luminosa y se utiliza para impulsar la biosíntesis de moléculas orgánicas con energía abundante a partir de las moléculas con poca energía: CO₂ H ₂O. La mayoría de los carbohidratos contienen carbono, hidrogeno y oxígeno en una porción (CH₂O)_n de aquí su nombre. Entre sus principales funciones está ser la principal fuente de energía de las células, ser elementos estructurales y ser precursores de la producción de otras biomoléculas como aminoácidos, lípidos, purinas y pirimidinas. Los carbohidratos se clasifican se clasifican en monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos, según el número de unidades de azucares sencillos que contengan. 

En años  recientes se ha hecho cada vez más evidente que los carbohidratos  proporcionan a los seres  vivos  capacidades informativas  enormes. Las investigaciones de los procesos biológicos, como la transducción   de señales, las interacciones célula - célula  y la endocitosis, han descubierto  que en general implican la unión de glucoconjugados, como las glucoproteinas y los glucolípidos, o de carbohidratos libres con receptores complementarios. 

McKEE, Trudy, McKEE, James. Bioquímica. Las bases moleculares de la vida. 4 ed. México. Mc Graw Hil, 2009. 777p.

Amortiguadores de pH y su importancia en biología

Determinadas reacciones, especialmente las bioquímicas, requieren medios de pH constante (la sangre por ejemplo tiene un pH de 7,4 y una variación de o, 5 unidades es mortal). Las disoluciones reguladoras, llamadas también amortiguadoras o tampón, son disoluciones capaces de mantener un pH casi constante aunque se añadan pequeñas cantidades de ácido o base.

Estas disoluciones están formadas por un acido débil (o una base débil) y su base conjugada o su ácido conjugado en concentraciones relativamente elevadas. Los sistemas de bicarbonato (HCO^-₃) y fosfato son los sistemas amortiguadores inorgánicos mas importantes en la fisiología humana. El tampón de bicarbonato se examina detalladamente debido a su propiedad única de poseer un componente ácido volátil.

El control del pH de los líquidos corporales se centra fundamentalmente en torno a las funciones pulmonar y real, por medio de  las cuales se elimina el exceso de hidronios. La función pulmonar reduce la presión de dióxido de carbono en la sangre, aumentando así la relación bicarbonato/acido carbónico. La función de los riñones es la de extraer de la sangre tanto bicarbonato como sea necesario, así como producir mas transformando el dióxido de carbono en bicarbonato e iones hidronio. El H⁺ se elimina mediante el sistema tampón del fosfato. 

MONTGOMERY, Rex. Bioquímica. Casos y texto. 5 ed. España: Mosby-Year Book Wolfe Publihing, 1992. 881p. 

Fisicoquímica del agua

La mayoría de las reacciones químicas que pasan en la naturaleza se dan en forma líquida. Estas reacciones son disoluciones homogéneas:

Soluto + disolvente = disolución

Desde la antigua Grecia, el agua era un elemento vital, tanto así que Tales de Mileto creía que el agua era la sustancia de donde surgió el universo y proponía que todo había nacido de ella y a ella debía volver, luego Empédocles propuso que hacia parte de los cuatro elementos esenciales junto con el aire, el fuego y tierra y que estos elementos unidos a dos fuerzas motrices, amor y lucha, dan origen a todo lo existente.

El disolvente universal es el agua. El agua es una molécula compuesta por oxigeno y dos átomos de hidrogeno, que se unen a través de enlaces covalentes que los separan ángulos de 104.5º. El oxigeno es un átomo por excelencia electronegativo, tiene 6 electrones en su última capa de valencia, lo que permite atraer fácilmente mas electrones para completar la ley del octeto. Aparte del enlace covalente existe una fuerza intermolecular que le asigna al agua la mayoría de sus cualidades: los puentes de hidrogeno. Los puentes de hidrogeno son las atracciones entre un átomo altamente electronegativo (O, N, S) y un hidrogeno unido a otro átomo electronegativo.  

Lavoisier fue el primero en demostrar que el agua era un elemento que se forma a partir de dos gases: hidrógeno y oxígeno.

El agua en el planeta se encuentra en tres fases: líquida, sólida y gaseosa.

Propiedades físicas del agua en estado líquido

La estructura del agua, su geometría y el tipo de enlace entre sus moléculas son claves para comprender sus propiedades

1. Calor latente de vaporización: A nivel del mar, la temperatura de ebullición del agua es de 100 ºC y la de fusión es de 0ºC. El calor latente de vaporización es la cantidad de calor que se debe suministrar para que un mol de agua líquida se convierta en vapor de agua. El calor latente de vaporización del agua es mucho mayor que el de otras sustancias de peso molecular similar y esto es porque hay que romper tres puentes de hidrogeno para pasar de estado liquido a gaseoso.

2. Comportamiento inusual del agua: Cuando el agua cambia de estado líquido al sólido se comporta en forma inusual: en vez de contraerse o reducir su volumen, como el resto de los líquidos, se expande, es decir, las moléculas de agua se organizan en el espacio, conformando una estructura molecular abierta. Esto determina que el hielo sea menos denso que el agua líquida, y por lo tanto flote en el agua.

3. Tensión superficial: las fuerzas de cohesión que se establecen entre las moléculas superficiales son diferentes a las del interior. Mientras las moléculas bajo la superficie líquidas experimentan fuerzas de atracción con otras moléculas vecinas en todas las direcciones, las que se encuentran en la superficie están ligadas sólo por otras moléculas superficiales y por aquellas ubicadas inmediatamente debajo. Esto crea una mayor tensión sobre la superficie del líquido, llamada tensión superficial. Con la sola excepción del mercurio, el agua tiene la tensión superficial más elevada de todos los líquidos comunes.

4. El agua como solvente: El agua es el mejor disolvente que la mayoría de los líquidos corrientes. Las sales y otros compuestos iónicos se disuelven en agua con facilidad, pero son insolubles en otros en otros solventes, como la acetona. En la naturaleza es de considerable importancia que el agua sea un buen disolvente, ya que muchas reacciones transcurren en medio acuoso.

Fuentes y evaluación de su utilidad