Tema 23B – La base química de la vida: componentes inorgánicos y orgánicos. El agua y las sales minerales. Los glúcidos y los lípidos. Su biosíntesis.

Tema 23B – La base química de la vida: componentes inorgánicos y orgánicos. El agua y las sales minerales. Los glúcidos y los lípidos. Su biosíntesis.

1. INTRODUCCIÓN

Los seres vivos están formados por los mismos elementos químicos que los seres inertes, como minerales y rocas, solo que en proporciones diferentes. Esto es así por que los seres vivos se originaron a partir de sustancias existentes de la corteza terrestre y existe un constante intercambio de sus componentes con ella. Estos elementos químicos, llamados bioelementos o elementos biogénicos se unen para formar moléculas, las biomoléculas, que pueden ser orgánicas o inorgánicas, y de sus características y funciones depende toda la actividad vital.

2. LA BASE QUÍMICA DE LA VIDA: COMPONENTES INORGÁNICOS Y ORGÁNICOS.

2.1. LOS BIOELEMENTOS

Los bioelementos o elementos biogénicos son aquellos elementos químicos que forman parte de la materia viva, que intervienen en la composición de los seres vivos.

De los 70 elementos químicos que forman parte de los seres vivos sólo unos 25 son relativamente abundantes y comunes en todos ellos. Estos bioelementos se clasifican en función de su abundancia en los compuestos biológicos en:

Bioelementos mayoritarios: son 11 bioelementos que constituyen casi el 99% del peso de la materia viva. Podemos dividirlos en dos categorías:

Bioelementos primarios: el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y el azufre. Representan el 96% de la materia viva. Son las unidades básicas que constituyen los diferentes tipos de biomoléculas.

Bioelementos secundarios: el magnesio, calcio, potasio, sodio y cloro que constituyen menos de 3% en peso de la materia viva, desempeñan funciones vitales en fisiología celular.

Oligoelementos: se encuentran en cantidades inferiores al 0,1%, desempeñando diferentes funciones celulares. Se dividen en dos grupos:

Oligoelementos esenciales: son 14 bioelementos que aparecen en cantidades mínimas en los seres vivos pero que realizan funciones imprescindibles. Son: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, yodo, boro, silicio, vanadio, cromo, cobalto, selenio, molibdeno y estaño.

Oligoelementos no esenciales: son el resto de los elementos químicos hasta llegar a 70. Pueden faltar en algunos organismos.

Razones de la abundancia de los bioelementos primarios:

El carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre son los elementos mayoritarios en los seres vivos debido a las propiedades que presentan que los hacen idóneos para formar las biomoléculas:

– Masas atómicas pequeñas y capas electrónicas externas incompletas, lo que les permite formar enlaces que dan compuestos estables capaces de formar estructuras biológicas o de intervenir en reacciones metabólicas. Por ejemplo el carbono que tiene cuatro electrones desapareados que le permite formar enlaces covalentes con otros átomos bien de carbono o de otros elementos.

– Polaridad, lo que les permite ser solubles en agua, que es el lugar donde ocurren los procesos metabólicos. Por ejemplo el oxígeno y nitrógeno son elementos muy electronegativos que forman enlaces covalentes con otros elementos dando moléculas bipolares que se disuelven bien en el agua.

– Fácil incorporación desde la biosfera: en la vida hay un continuo intercambio de materia y energía con el medio ambiente.

– La liberación de una gran cantidad de energía necesaria para el mantenimiento de la vida, por ejemplo, el oxígeno tiende a oxidar a otros átomos lo que conlleva una gran liberación de energía. Y el nitrógeno es capaz de formar compuestos reducidos como de oxidarse lo que libera mucha energía al pasar de una forma a otra.

2.2. LAS BIOMOLÉCULAS O PRINCIPIOS INMEDIATOS.

Los bioelementos se combinan entre sí para formar las moléculas constituyentes de los seres vivos que reciben el nombre de biomoléculas o principios inmediatos (ya que se pueden extraer y separar de la materia viva por técnicas físicas: Filtración, centrifugación, destilación,…). Estas se pueden clasificar en:

Simples: si están formadas por la unión de átomos del mismo elemento. Por ejemplo: O2, N2

– Compuestas: si están formadas por la unión de átomos diferentes. Pudiendo distinguir dentro de este tipo dos: inorgánicas: agua y sales minerales y orgánicas: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

3. EL AGUA.

El agua es el compuesto químico más abundante de la materia viva. Supone alrededor del 75% del peso de un ser vivo, pero esta cifra varía de unas especies a otras (cangrejo 77%, Hombre 65%, algas 98%,…). La cantidad de agua depende: de la especie, en general las especies acuáticas poseen mayor cantidad que las terrestres. De la edad, los individuos jóvenes presentan más abundancia. Del órgano y tejido, cuanto mayor sea la actividad metabólica mayor será la cantidad de agua. El cerebro tiene 83% y el tejido óseo 22%.

El agua se puede encontrar en los seres vivos de varias formas: intracelular, (en el citosol y en el interior de orgánulos celulares) y extracelular, (como agua intersticial (entre las células) y como agua circulante (en la sangre, savia, etc.)).

3.1. ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA DE AGUA

La molécula de agua esta formada por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno, unidos por enlaces covalentes. Como el oxígeno es muy electronegativo atrae a los electrones compartidos hacía él, de forma que se crea una carga parcial negativa (de mayor densidad electrónica) en el polo donde se encuentra el oxígeno y una carga parcial positiva (de menor densidad electrónica) en el polo donde se encuentran los dos hidrógenos. Como consecuencia, aunque la carga neta es neutra, la molécula de agua es bipolar.

Esta disposición de la molécula de agua explica que sea líquida a temperatura ambiente (al estar cargadas las moléculas de agua se atraen y se mantienen unidas) y también explica las propiedades físico-químicas del agua y sus funciones.

3.2. PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DEL AGUA.

Gran fuerza de cohesión: se debe a la existencia de enlaces por puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua. Lo que permite que el agua sea un líquido prácticamente incompresible, ideal para dar volumen a las células, provocar turgencia en las plantas y servir de esqueleto hidrostático en algunos invertebrados como anélidos y celentéreos.

Elevada tensión superficial: su superficie opone una gran resistencia a romperse, lo que permite deformaciones del citoplasma celular que son la causa de los movimientos internos de la célula.

Elevada fuerza de adhesión: la adherencia es la fuerza de atracción entre la superficie de cuerpos diferentes. Así, las moléculas de agua tienden a adherirse a las moléculas cargadas en la superficie de un tubo lo cual permite junto con su elevada fuerza de cohesión los fenómenos de capilaridad, (el ascenso de savia bruta por los vasos del xilema).

Elevado calor específico: cuando aportamos una gran cantidad de calor al agua, la temperatura solo asciende ligeramente, debido a que una parte de esa energía se emplea en romper los enlaces por puente de H que unen las moléculas de agua. Esto permite al agua actuar como amortiguador térmico impidiendo cambios bruscos de temperatura.

Elevado calor de vaporización: para que el agua se evapore, hay que suministrarle gran cantidad de calor, para poder romper los enlaces por puente de H que hay entre sus moléculas, cuando esta en estado líquido. Esta propiedad permite la refrigeración del organismo, ya que al evaporar el agua, sudar, se consigue una disminución de la temperatura.

Elevada constante dieléctrica: al ser una molécula bipolar es capaz de disolver componentes iónicos, como las sales minerales, que se disocian en cationes y aniones, quedando rodeados de agua (Solvatación). También disuelve compuestos covalentes, polares, que contienen grupos iónicos como por ejemplo: alcoholes, aldehídos, cetonas,… No disuelve, pero si dispersa, compuestos anfipáticos que contienen grupos hidrófilos e hidrófobos, como es el caso de los ácidos grasos con los que forma micelas. Esta propiedad la convierte en un excelente vehículo de transporte de sustancias en los seres vivos y el medio donde ocurren las reacciones bioquímicas.

Baja densidad en estado sólido: al ser la densidad del hielo menor que la del agua líquida, este puede flotar sobre ella, lo cual permite la supervivencia de muchos seres vivos que viven en zonas frías. Ya que la costra de hielo que se forma sobre ríos y lagos permite que el agua bajo ella este en estado líquido.

3.3. FUNCIONES BIOLÓGICAS DEL AGUA

Las propiedades anteriores explican las funciones biológicas que puede desempeñar el agua:

1. Función de disolvente: es el disolvente por excelencia.

2. Función bioquímica: interviene en muchas reacciones químicas.

3. Función de transporte: es el vehículo de transporte de sustancias de un lugar a otro del organismo.

4. Función estructural: da forma y volumen a la célula, permite cambios y deformaciones del citoplasma y el ascenso de la savia por los vasos conductores.

5. Función mecánica: da lugar a líquidos con la viscosidad adecuada para actuar de lubricantes y evitar movimientos bruscos en las articulaciones.

6. Función termorreguladora: impide variaciones bruscas de temperatura en los organismos.

4. LAS SALES MINERALES.

Las sales minerales se encuentran en los seres vivos de tres formas:

Sales Precipitadas: son sustancias sólidas, insolubles que forman órganos de sostén y protección, como el esqueleto interno de vertebrados (fosfatos y carbonatos) o el caparazón de moluscos (carbonatos), o aparecen en el interior de determinadas células vegetales (cristales de oxalato cálcico).

Las sales minerales disueltas aportan aniones (Cl, SO4-2, PO4-3, CO3-2,HCO3y NO3) y cationes (Na+, Ca+2, K+, Mg+2):

Las sales disueltas desempeñan tres funciones:

Regulación de fenómenos osmóticos: las sales minerales mantienen el grado de salinidad del medio interno, impidiendo que por ósmosis, las células puedan sufrir fenómenos de plasmolisis o de turgencia. Por ello siempre los líquidos que rodean la célula deben ser isotónicos respecto al contenido salino del interior celular.

Regulación del pH: en las reacciones metabólicas se liberan sustancias que modifican el pH, pero los líquidos biológicos contienen sales minerales que se ionizan dando H3O+ o OH para contrarrestar el efecto ácido o básico y así mantener el pH. Estas disoluciones salinas que controlan el pH se llaman disoluciones tampón. En el medio extracelular actúa el tampón bicarbonato (H2CO3 HCO3+ H+) y en el medio intracelular actúa el tampón fosfato (HPO4-2 H2PO4+ H+).

Acción de cada catión: es específica y a veces antagónica. Tanto Na+, Ca+2, K+ paralizan el corazón pero Na+ y K+ lo hacen en diástole y el catión calcio en sístole. También el catión potasio aumenta la turgencia de la célula al favorecer la captación de agua, mientras que Ca2+ disminuye la turgencia. Además Na+, Ca+2, K+ y Clparticipan en la generación de gradientes electroquímicos imprescindibles para la transmisión del impulso nervioso.

Las sales minerales asociadas a moléculas orgánicas como por ejemplo fosfoproteínas, fosfolípidos, agar-agar.

5. GLÚCIDOS O CARBOHIDRATOS

5.1. CONCEPTO Y CLASIFICACIÓN

Los glúcidos son biomoléculas formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno y cuya formula empírica es Cn (H2O)n lo cual hizo pensar hace algunos años que los glúcidos estaban formados por la combinación de moléculas de agua con átomos de carbono. De ahí el nombre de hidratos de carbono, nombre poco apropiado ya que se trata átomos de carbono unidos a grupos alcohol (hidroxilo) y a radicales hidrógeno.

En todos los glúcidos hay un grupo carbonilo, formando un grupo aldehído si esta unido al primer carbono y un grupo cetona, si esta unido al segundo carbono. Por tanto los glúcidos, los podemos definir como polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas. Donde cada átomo de carbono esta unido a un grupo hidróxilo, excepto uno de ellos, que lo esta a una función aldehído o una función cetona.

Los glúcidos se pueden clasificar según su composición en:

– Osas o monosacáridos: son los más simples, formados por una sola cadena de 3 a 7 carbonos.

– Oligosacáridos: están formados por la unión de entre 2 y 10 monosacáridos. Los más importantes son los Disacáridos.

– Polisacáridos: formados por la unión de más de 10 monosacáridos.

– Heteropolisacáridos: además de glúcidos tienen otras moléculas orgánicas diferentes.

5.2. MONOSACÁRIDOS U OSAS.

● Definición y propiedades.

Son los glúcidos más simples, constituidos por una cadena de polialcoholes con un grupo aldehído o cetona.

Son sólidos cristalinos de color blanco, no hidrolizables, solubles en agua, y de sabor dulce. Tienen propiedades reductoras debido a la presencia del grupo carbonilo.

Están formados por una cadena que contiene de 3 a 7 átomos de carbono. Se nombran añadiendo la terminación –osas al número de átomos de carbono. Así tenemos triosas, tetrosas,…Por otro lado podemos llamarles aldohosas si tienen un grupo aldehído o cetosas si es grupo cetónico. Combinando ambas denominaciones, hablamos de aldotriosas, aldotetrosas o cetotetrosas.

– Estereoisomería o isomería espacial.

La mayoría de los monosacáridos tienen carbonos asimétricos, es decir, carbonos unidos a cuatro radicales o grupos químicos diferentes. Esta característica permite la existencia de isómeros espaciales o estereoisómeros, compuestos con igual fórmula empírica pero distinta fórmula estructural o espacial.

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Cuando los estereoisómeros son imágenes especulares no superponibles se les llama enantiómeros o enantiomorfos. Para el gliceraldehido el carbono asimétrico es el número dos, obteniendo dos estereoisómeros que son además enantiómeros. Denominamos D-gliceraldehido al compuesto que tiene el OH a la derecha y L-gliceraldehido al que lo tiene a la izquierda.

El número de estereoisómeros para cada tipo de monosacáridos es de 2n siendo n el número de carbonos asimétricos. Por ejemplo, las aldotetrosas tienen dos carbonos asimétricos, por tanto el número de estereoisómeros es de 4.

Para los monosacáridos con más de un carbono asimétrico se ha establecido que los prefijos D y L se refieran a la posición del OH del carbono asimétrico más alejado del grupo carbonilo.

Cuando dos estereoisómeros se diferencian sólo en la posición del grupo hidroxilo de un carbono asimétrico, se llaman epímeros. Por ejemplo, la D-eritrosa y la D-treosa.

D-eritrosa D-treosa

   CHO           CHO
   |             |
 H-C-O-H     H-O-C-H
   |             |
 H-C-O-H       H-C-O-H
   |             |
   CH2OH         CH2OH

– Actividad óptica.

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La presencia de carbonos asimétricos confiere a los monosacáridos las propiedades de desviar el plano de la luz polarizada, lo que se conoce como actividad óptica. Uno de los isómeros (que puede ser tanto el D como el L) desvía el plano de polarización a la derecha, se llama dextrógiro (+) y el otro que la desvía a la izquierda se llama levógiro (-).

● Formas cíclicas.

En disolución acuosa las pentosas y hexosas forman una estructura cíclica. Estas estructuras se forman al reaccionar el grupo aldehído o cetona con el OH del penúltimo carbono, dando lugar a un hemiacetal o a un hemicetal respectivamente, intramolecular, en el cual el carbono que antes tenía el grupo carbonilo se transforma en asimétrico, y da lugar a dos nuevos estereoisómeros. El nuevo carbono asimétrico se llama anomérico y los nuevos isómeros anómeros: la forma alfa (α) con el OH hacia abajo y la forma (β) con el OH hacia arriba.

Los anillos resultantes pueden ser pentagonales, como la de aldopentosas, se llaman furanosas, o hexagonales, como la de las aldohexosas y se llama piranosas. Así la forma cíclica de la fructosa se llama fructofuranosa.

La estructura cíclica de los anillos piránosicos no es plana, sino que puede adoptar dos configuraciones en el espacio: la forma Cis (o de nave) con ambos extremos hacía el mismo lado y la forma Trans (o de silla de montar) con los extremos dispuestos hacía distintos lados. Los anillos furanósicos adoptan una conformación denominada de media silla o de sobre.

5.2. DISACÁRIDOS

● Propiedades y nomenclatura.

Están formados por la unión de dos monosacáridos mediante enlace O-glucosídico con perdida de una molécula de agua.

Tienen propiedades similares a los monosacáridos, son dulces, solubles en agua, etc. Pueden hidrolizarse dando lugar a los monosacáridos correspondientes. Algunos son reductores, eso depende del tipo de enlace O-glucosídico que una los dos monosacáridos:

Es reductor si el enlace es monocarbonílico, este se forma entre el carbono anomérico del primer monosacárido y un carbono no anomérico del segundo monosacárido. Como el disacárido resultante tiene un carbono anomérico libre, conserva el poder reductor. Por ejemplo: La maltosa, la celobiosa y la lactosa.

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No es reductor si el enlace es dicarbonilo, este se forma entre los dos carbonos anoméricos de los dos monosacáridos. Por ejemplo la sacarosa.

A la hora de nombrarlos se añade el sufijo –osil al nombre del monosacárido que utiliza el –OH hemiacetálico, para formar el enlace O-glucosídico. A continuación se indican los carbonos participantes en este enlace, y, por último, el nombre del segundo monosacárido acabado en osa (cuando el enlace es monocarbonílico) y en ósido (cuando es dicarbonílico). Por ejemplo: La maltosa: α-D-glucopiranosil-(1→4)- α-D-glucopiranosa, la sacarosa: β-D-glucopiranosil-(1→2)-β-D-fructofuranosido

● Principales disacáridos de interés biológico.

– Sacarosa: es el azúcar común. Procede de la remolacha azucarera y de la caña de azúcar.

– Lactosa: se encuentra en la leche.

– Maltosa: se obtiene de la hidrólisis de dos polisacáridos el almidón y el glucógeno. Es el azúcar de grano que aparece durante la germinación de la cebada, que se emplea en la fabricación de cerveza y, una vez tostada como sucedáneo del café (malta).

– Celobiosa: no se encuentra libre en la naturaleza. Aparece por hidrólisis de la celulosa.

5.3. POLISACÁRIDOS

● Propiedades y clasificación.

Los polisacáridos están formados por la unión de muchos monosacáridos mediante enlaces O-glucosídicos con pérdida de agua por cada enlace. Son compuestos de pesos moleculares elevados. No son dulces. Pueden ser insolubles en agua como la celulosa o formar dispersiones coloidales como el almidón. No tienen poder reductor.

Los polisacáridos los podemos dividir en homopolisacáridos que son polímeros formados por la repetición del mismo tipo de monómero y heteropolisacáridos cuando intervienen varios tipos de monómeros para formar la molécula.

● Homopolisacáridos

Almidón: se trata de un polisacárido de reserva energética de los vegetales. Se localiza en órganos de reserva como semillas, raíces y tubérculos. Se acumula en forma de gránulos dentro de la célula vegetal, en los plastos (amiloplastos). Abunda en alimentos de consumo diario como: pan, cereales, papas, etc. Es un polímero de la α-D-glucopiranosa constituido por dos tipos de polímeros: la amilosa cadenas sin ramificar de α-D-glucopiranosa y amilopectina cadenas ramificadas de α-D-glucopiranosa.

Glucógeno: es el polisacárido de reserva energética de los animales, se acumula en el hígado y en el músculo estriado. Tiene una estructura similar a la amilopectina pero con más ramificaciones. Su peso molecular oscila entre uno y cinco millones. El mayor peso molecular y ramificación favorece la disponibilidad de glucosa.

Celulosa: es un polisacárido de función esquelética y principal componente de las paredes celulares vegetales. Está formada por más de 10.000 moléculas de β-d- glucopiranosas. Se encuentra en las fibras vegetales como algodón, lino, cáñamo y en la madera.

Quitina: es el principal componente del exoesqueleto de artrópodos y de la pared celular de muchos hongos. Es un polímero de la N-acetilglucosamina.

● Heteropolisacáridos

Pectina: es un polímero complejo que forma parte de la pared de las células vegetales. Abunda en muchos frutos como la ciruela, manzana,… Debido a su poder gelificante se utiliza en la fabricación de mermeladas.

Agar-agar: es un polímero que se extrae de las algas rojas. Se emplea en los laboratorios para preparar medios de cultivo y en la industria alimentaría como espesante.

Gomas vegetales: (arábica, de cerezo, de ciruelo,…) son exudados vegetales muy viscosos que segregan determinadas especies de vegetales para cerrar sus heridas. Disueltas en agua sirven de pegamento.

5.4. GLÚCIDOS ASOCIADOS A OTRAS MOLÉCULAS

Glucolípidos: monosacáridos u oligosacáridos unidos a lípidos. Suelen formar parte de las membranas celulares.

Glucoproteínas: formados por una pequeña fracción de glúcido y una gran fracción proteíca. Por ejemplo las mucinas de secreción, las glucoproteínas sanguíneas, hormonas hipofisiarias, mucoproteínas del tracto respiratorio, etc.

5.5. FUNCIONES DE LOS GLÚCIDOS

Aunque ya hemos referencia a lo largo del tema de las funciones de los glúcidos, a modo de síntesis, recordaremos que en los seres vivos realizan fundamentalmente dos funciones:

– Energética: los glúcidos son un material energético de uso inmediato, siendo la glucosa la principal fuente de energía usada por los seres vivos para llevar a cabo los procesos vitales. Almidón y glucógeno son formas de almacenar glucosa.

– Estructural: destacamos la celulosa, pectina y hemicelulosa que forman parte de las paredes de las células vegetales. La quitina que forma el exoesqueleto de artrópodos.

– Otras funciones: de antibiótico (estreptomicina), de vitamina (vitamina C), anticoagulante (heparina), hormonal, enzimática, lubricante, …

5.6 BIOSÍNTESIS DE GLÚCIDOS

Neoglucogénesis o síntesis de glucosa: es el proceso de obtención de glucosa a partir de ácido pirúvico o aminoácidos. En los animales ocurre sobretodo en el hígado y riñones. El pirúvico puede venir de la glucolisis, del catabolismo de aminoácidos o del ácido láctico de la fermentación en los músculos.

glucogenogénesis o síntesis de glúcogeno: ocurre cuando la glucosa-6-fosfato se transforma en glucosa-1-fosfato y luego reacciona con el UTP para formar UDPglucosa, que se adiciona a la cadena de glucógeno, al adicionarse el UDP se libera y la glucosa queda incorporada a la cadena.

Amilogénesis o síntesis de almidón: es similar a la glucogenogénesis pero con la diferencia de que la molécula activadora de la glucosa es el ATP y no el UTP.

6. LIPIDOS

6.1. CONCEPTO, FUNCIONES Y CLASIFICACIÓN

Son biomoléculas formadas por carbono, hidrógeno y en proporción menor oxígeno. Algunos lípidos contienen también nitrógeno, fósforo y azufre. Es un grupo muy heterogéneo, con estructuras químicas diversas, pero con las mismas propiedades físicas: son insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos como cloroformo, éter, benceno, etc.

Dada las características químicas tan diversas que poseen se pueden clasificar de muchas formas, la mas sencilla es dividirlos en dos grupos, según la posesión o no de ácido graso:

Lípidos saponificables: con ácidos grasos, se dividen a su vez en: simples (acilglicéridos y ceras) y compuestos (fosfolípidos y glucolípidos).

Lípidos insaponificables: sin ácidos grasos, son los terpenos, esteroides y prostaglandinas.

Los lípidos desempeñan cuatro funciones principalmente:

Reserva energética: la oxidación de un gramo da 9,4 kcal frente a 4,1 Kcal de los glúcidos.

Estructural: los lípidos forman parte de las membranas biológicas, recubren y protegen estructuras y actúan como aislante térmico.

Biocatalizadora: facilitan reacciones químicas.

Transportadora

6.2. ÁCIDOS GRASOS

Son moléculas formadas por una larga cadena hidrocarbonada, con un grupo carboxilo en uno de los extremos. La cadena tiene un número par de carbonos que oscila entre 12 y 24, aunque los más abundantes son los de 16 ó 18. Es muy raro encontrar ácidos grasos en estado libre, lo suelen hacer esterificados.

Se pueden clasificar en dos grupos: ácidos grasos saturados: con enlaces simples entre los átomos de carbono y cadenas lineales, por ejemplo: ácido palmítico, esteárico,…y ácidos grasos insaturados: con uno o varios enlaces dobles (hasta seis) y con ramificaciones en su cadena hidrocarbonada, por ejemplo: oleico, linoleico o araquidonico.

Existen ácidos grasos que no pueden ser sintetizados por los mamíferos y que hay que ingerirlos en la dieta, se llaman ácidos grasos esenciales como el linoleico y linolénico que se encuentran en aceites vegetales y el araquinódico en la grasa de pescados azules.

Propiedades físicas de los ácidos grasos

– Solubilidad: los ácidos grasos son prácticamente insolubles en agua. Cuanto mayor sea la cadena hidrocarbonada más insolubles en el agua y más solubles en disolventes orgánicos. Esto se explica porque los ácidos grasos son moléculas anfipáticas, esto es, una parte hidrófila o polar que se corresponde con el grupo carboxilo y el resto de la cadena es la parte hidrófoba o apolar. Debido a esta propiedad, pueden formar en la superficie del agua una fina película con las moléculas en empalizada, con la cabeza (parte polar) en contacto con el agua y la cadena hidrocarbonada sobresaliendo fuera de ella. En el seno del agua, forman estructuras no esféricas, llamadas micelas.

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– Punto de fusión: aumenta con el número de carbonos y disminuye con el número de enlaces dobles en la cadena. Ello se debe a que las cadenas forman enlaces por fuerzas de Van der Waals entre ellas que hay que romper para fundirlos. Cuanta más larga sea la cadena mayor número de enlaces y mayor punto de fusión. En cambio cuando hay dobles enlaces no se forman estos enlaces y por ello los puntos de fusión son menores.

Propiedades químicas de los ácidos grasos

– Esterificación: consiste en que el ácido graso se une a un alcohol mediante enlace covalente, formándose un éster, y liberándose una molécula de agua.

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– Saponificación: los ácidos grasos reaccionan con bases (NaOH ó KOH) dando lugar a la sal del ácido graso o jabón.

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6.3 LÍPIDOS SIMPLES O SAPONIFICABLES

Son lípidos en cuya composición sólo intervienen carbono, hidrógeno y oxígeno.

● ACILGLICÉRIDOS

Están formados por la unión mediante enlace éster de la glicerina con una, dos o tres moléculas de ácidos grasos. Si la glicerina se une con un solo ácido hablamos de mono glicéridos, si se une con dos diglicéridos y si es con tres hablaríamos de triglicéridos. Los más frecuentes son los triglicéridos o triacilglicéridos, también llamados grasas neutras. Si los tres ácidos grasos son iguales se habla de grasas simples y si no lo son de grasas mixtas. Las grasas naturales suelen ser mezclas de ambas. Que sean líquidas o sólidas a temperatura ambiente depende del tipo de ácidos grasos que lleven. Los sebos de animales son sólidas porque llevan gran cantidad de ácidos saturados y los aceites vegetales y de pescados son líquidas por que tienen gran proporción de insaturados.

Los acilglicéridos se usan como reserva energética ya que la combustión de un gramo de grasa proporciona 9,4 Kcal. Lo que permite almacenar gran cantidad de energía con el mínimo peso. También proporcionan aislamiento térmico y físico.

● CÉRIDOS O CERAS

Están formados por esterificación de un ácido graso con un monoalcohol de cadena larga.

Son insolubles en agua, lo que explica sus funciones protectoras y de revestimiento. Son empleadas en recubrimientos externos en tallos y frutos, así como en plumas y otras estructuras de la piel. Son sustancias moldeables (cera de abeja).

6.4 LÍPIDOS COMPLEJOS SAPONIFICABLES

Son lípidos en cuya composición además de carbono, hidrógeno y oxígeno tienen nitrógeno, fósforo, azufre e incluso algún glúcido.

● FOSFOGLICÉRIDOS

Están constituidos por una molécula de ácido fosfátidico unida a un grupo polar que, frecuentemente es un aminoalcohol. El ácido fosfatídico esta formado por glicerina, ácidos grasos y un ácido fosfórico, los dos primeros carbono de la glicerina están unidos a dos ácidos grasos y el tercer carbono esta unido al ácido fosfórico. El grupo polar que se une al ácido fosfatídico lo hace por el ácido fosfórico.

Como contienen fósforo, se les llama fosfolípidos y los encontramos formando parte de las membranas biológicas. Todos son antipáticos y se disponen formando bicapas en medio acuático.

● ESFINGOLÍPIDOS

Forman parte de las membranas celulares animales y vegetales, al igual que los fosfolípidos. Están formados por un aminoalcohol de cadena larga (esfingosina) que unido a un ácido graso da lugar a una ceramida que es la unidad básica de todos los esfingolípidos. Hay dos tipos:

Esfingomielinas: a la ceramida se le une un ácido fosfórico y un aminoalcohol. Se encuentran en las vainas de mielina de los axones de las neuronas

Glucolípidos: a la ceramida se une una o varias unidades glucídicas. No tienen ácido fosfórico. Hay dos tipos: cerebrósidos ( con una cabeza polar formada por un monosacárido: glucosa o galactosa) y gangliósidos (con una cabeza polar formada por un oligosacarido)

6.5 LÍPIDOS INSAPONIFICABLES

No contienen ácidos grasos y, por tanto, no son ésteres. Se encuentran en menor cantidad que los saponificables.

● TERPENOS O ISOPRENOIDES

Son polímeros del isopreno (2-metil-1,3 butadieno). Se clasifican según el número de unidades de isopreno que contienen:

– Monoterpenos: con dos unidades de isopreno. Poseen olores y sabores carcterísticos como el de algunos aceites esenciales aromáticos como el mentol, alcanfor, geraniol,…

– Diterpenos: con cuatro unidades de isopreno. Como el fitol que forma parte de las vitaminas A, E y K y de la clorofila.

– Triterpenos: formados por seis, como el escualeno precursor del colesterol.

– Tetraterpenos: contiene ocho unidades, como los carotenos y las xantofilas responsables del color de muchos vegetales.

– Politerpenos: formados por miles de unidades de isopreno, como el caucho.

● ESTEROIDES

Son derivados de un hidrocarburo tetracíclico saturado llamado ciclopentanoperhidrofenantreno o esterano. Los dividimos en dos grupos:

Los esteroles: son los más abundantes e incluyen muchas moléculas de interés biológico, entre las que destaca el colesterol: forma parte de las membranas celulares a las que da estabilidad y es el precursor para la síntesis de la mayoría de esteroides como. Ácidos biliares, hormonas sexuales, hormonas corticoides, etc.

Hormonas esteroideas: son las hormonas sexuales (andrógenos y estrógenos) y las hormonas de las cápsulas suprarrenales (aldosterona y cortisol). Todas ellas derivan del colesterol.

● LAS PROSTAGLANDINAS

Derivan del ácido graso araquidónico, tienen funciones muy variadas: modulan la actividad hormonal, inducen al parto, al aborto y las menstruaciones, reducen la secreción gástrica, inducen la dilatación de los vasos sanguíneos o sensibilizan receptores del dolor,…

● LIPOPROTEÍNAS

Son asociaciones de lípidos y proteínas, entre estas destacan: los quilomicrones (transportan triglicéridos, colesterol y otros lípidos desde el intestino hasta el tejido adiposo y el hígado), Lipoproteínas de baja densidad o LDL (transportan el colesterol desde el hígado a diversos puntos del cuerpo) y lipoproteínas de alta densidad o HDL (transportan los excesos de colesterol hasta el hígado para su eliminación).

6.6. BIOSÍNTESIS DE LOS LÍPIDOS

La mayoría de los lípidos constituyentes de las membranas biológicas se sintetizan en el retículo endoplasmático liso: colesterol, fosfolípidos, Glucolípidos, etc. Sólo los ácidos grasos se sintetizan en el citosol.

Nos centraremos en los triacilglicéridos como ejemplo de biosíntesis de lípidos. Esta requiere de tres etapas: síntesis de glicerina, síntesis de ácidos grasos y formación de triglicéridos.

– Síntesis de glicerina: la glicerina debe estar en forma de glicerol-3-fosfato para unirse al ácido graso, esto se consigue gracias a un intermediario de la glucolisis (dihidroxicetona-3-fosfato).

– Síntesis de ácidos grasos: ocurre a través de la condensación de unidades de dos carbonos, en el sentido opuesto a la b oxidación. Tiene lugar en el citosol a partir del acetil coenzima A procedente de las mitocondrias. Se añade un grupo carboxilo al acetilCoA que se convierte en malonil-CoA. Primero un acetilCoA cede el grupo acetilo a un complejo ácido graso-sintetasa (SAG) y luego el malonil-CoA cede dos carbonos más al SAG. La unión repetida de moléculas de malonilCoA permite que se añadan dos carbonos en cada ocasión, formándose una larga cadena con un número par de carbonos.

– Formación de triglicéridos: se produce en las células hepáticas y en el tejido adiposo mediante enlaces éster entre el glicerol-3-fosfato y los acilCoA-graso.

7. CONCLUSIÓN

Cuando estudiamos la composición química de los seres vivos, sorprende que los bioelementos no son exclusivos de los seres vivos, sino que también forman parte de la materia inerte. Ya que los seres vivos se originaron a partir de las sustancias existentes en la corteza terrestre y existe un constante intercambio de sus componentes con ella.

Hay que destacar la importancia de las biomoléculas ya que de sus características y funciones va a depender toda la actividad vital de los seres vivos. Cuanto mejor conozcamos sus estructuras, su composición, sus funciones, su procedencia,…tendremos más datos para mejorar nuestros hábitos alimenticios, para fabricar nuevos y mejores productos, descubrir nuevos fármacos,….en definitiva para mejorar y mantener nuestro entorno.

8. BIBLIOGRAFÍA

– Temario de oposiciones de Aula Abierta.

– Libro de Biología de C.O.U. de Anaya

– Páginas web: www.eltemario.com

www.um.es/molecula/lip01.htm

www.recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/contenidos7.htm

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