Bio-Orgánica
0.1 Definición de Biomoléculas
Una biomolécula es un compuesto químico, constituido principalmente por átomos de C,H,O,N, P y S, que cumplen funciones específicas en los organismos vivos. Muchas de ellas, pueden clasificarse como macromoléculas por su gran cantidad de átomos constituyentes y su gran Masa Molar.
Se clasifican en 4 grandes grupos:
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Lípidos
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Carbohidratos (glúcidos)
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Proteínas
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Ácidos Nucleicos
1.1 Lípidos
Los lípidos son biomoléculas de composición ternarias, es decir, compuestos por C, H y O que son insolubles en agua, pero solubles en compuestos orgánicos.
1.2 Funciones de Lípidos
Las más importantes son 4:
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Estructural: Recubren órganos (dándoles consistencia y rigidez), protegen de forma mecánica (como el tejido adiposo que se encuentra en manos y pies) y algunos se encargan de formar las bicapas lipídicas de la membrana celular.
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Reserva: Son la principal reserva energética del organismo. Tan solo un gramo de grasa (lípido) produce cerca de 9,4 Kcal, mientras que proteínas y glúcidos sólo llegan a producir cerca de 4,1 Kcal por gramo.
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Transportadora: Gracias a proteolípidos y ácidos biliares, se transportan lípidos desde el intestino a su destino (o al tejido adiposo para almacenar), mediante su emulsión.
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Biocatalizadora: Los lípidos pueden actuar como catalizadores positivos o negativos (dependiendo de si es para favorecer o inhibir) reacciones químicas en los seres vivos.
Por ejemplo, las vitaminas, hormonas esteroideas y las prostaglandinas cumplen esta función.
Hay más, como la termoaislante (en la piel de Osos Polares), electroaislante (la mielina en las Neuronas), hormonal, protectora (como Cutina en las hojas) etc.
1.3 Ácidos Grasos en Lípidos
Los ácidos grasos que forman las biomoléculas son formados por una larga cadena hidrocarbonada lineal, es decir, no cíclica, en la cual hay un número par de átomos de Carbono. Al ser ácidos orgánicos, poseen en uno de sus extremos el grupo funcional carboxilo. Éstos se corresponden con:
CH3-(CH2)n-COOH *siendo “n” un número par*
Los ácidos grasos poseen una zona hidrófila, el grupo carboxilo (-COOH), y una zona lipófila, la cadena hidrocarbonada que presenta grupos metileno (-CH2-) y grupos metilo (-CH3) terminales.
Son capaces de formar enlaces éster al reaccionar con hidroxilos de algunos alcoholes y, al hacerlos reaccionar con un Hidróxido fuerte, sufren el proceso de saponificación.
1.4 Glicéridos
Un Acilglicérido, o glicérido, es un lípido saponificable compuesto por C, H y O que está formado por la esterificación de una, dos o tres moléculas de ácido graso (AG), que se hacen reaccionar con una molécula de glicerina.
Dependiendo de la cantidad de moléculas de ácido graso que formen al glicérido, este pertenecerá a una familia:
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Si hay una molécula de AG, la sustancia será un mono-glicérido
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Si hay dos moléculas de AG, la sustancia será un di-glicérido
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Si hay tres moléculas de AG, la sustancia será un tri-glicérido
1.5 Triglicéridos
Los triglicéridos son conocidos coloquialmente como grasas o aceites, dependiendo de su estado físico. Si a Temperatura ambiente es líquido será aceite y si es sólido, será grasa. Su estado físico dependerá de si sus AG son saturados o insaturados. Esto se debe a que las insaturaciones (enlaces dobles) que generan que la estructura de la molécula no sea lineal, sino que, permite que se doble.
Un claro ejemplo es el de la Margarina. La Margarina es un producto semi-sólido obtenido de la Hidrogenación de aceites. El proceso de Hidrogenación consiste en saturar parcialmente el aceite, rompiendo los dobles enlaces y llenándolos con Hidrógenos, enlaces simples. Una hidrogenación total, haría que el aceite se convierta en grasa.
1.6 Aceites Comestibles
Para los aceites comestibles, se toman en cuenta los siguientes parámetros:
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Índice de Acidez: Se define como el porcentaje de ácidos grasos libre que se encuentran en una muestra de triglicérido. Este se expresa en mgKOH por gramo del aceite.
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Índice de Saponificación: Se define como la cantidad de KOH necesario para saponificar un gramo de triglicérido (grasa o aceite).
Sirve para dar un aproximado del peso molecular de los ácidos grasos promedio y para saber la cantidad de ácidos grasos libres (en producción de Biodiesel, por ejemplo).
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Índice de Yodo: Es la forma de medir la insaturación del aceite, es decir, la cantidad de dobles enlaces por unidad. Es importante para conocer las propiedades físicas del aceite, cómo se comportará en diferentes temperaturas y su estabilidad ante agentes oxidantes. Mientras más alto sea el Índice de Yodo, más saludable será el aceite.
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Índice de peróxido: indica el grado de oxidación del aceite, este varía dependiendo el almacenamiento del aceite (luz, aire, temperatura y presión).
1.7 Producción de Biodiesel
Según ANCAP: “El biodiesel es un combustible biodegradable obtenido de fuentes renovables como ser aceites vegetales extraídos de semillas de oleaginosas, aceites vegetales usados o grasas animales.”
Químicamente podemos agregar que pertenece a la familia de los ésteres, y su nombre dependerá del alcohol utilizado en su obtención.
*La R de la imagen hace referencia a que puede ser cualquier ramificación hidrocarbonada*
“El proceso de producción se basa en una reacción química entre aceites con un alcohol (proceso llamado transesterificación) obteniéndose biodiesel y, como sub producto, glicerina.” El catalizador a utilizar debe ser un Hidróxido fuerte.
1.8 Saponificación de Triglicéridos
Al saponificar un triglicérido con Hidróxido de Sodio, en medio alcohólico, se obtiene una molécula de glicerina y una sal de Sodio con cada uno de los ácidos grasos que formaron el triglicérido (las cuales llamamos “jabones”).
Al ser la reacción con NaOH, el jabón obtenido será “duro”, como el de baño, y si la reacción es con KOH las sales serán de Potasio, en vez de ser de Sodio, y el jabón será “blando”, es decir, líquido.
¿Qué es un jabón?
Para empezar, vamos a hablar de su estructura. El jabón es una sal básica formada por un catión (Sodio o Potasio) de una base fuerte, es decir, ácido conjugado, y la base conjugada de un ácido graso, es decir, su larga cadena hidrocarbonada y su carboxilo desprotonado.
Responden a la fórmula de:
Como se ve en la imagen, al hablar de su estructura debemos separarlo en
dos partes:
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Una cabeza hidrofílica, polar, que es afín al agua y solventes polares.
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Y una cola lipofílica, apolar, afín a lípidos y solventes apolares.
1.9 Tensoactivos
Algo muy importante que se debe saber de los jabones es que son TENSOACTIVOS.
Definición de Tensoactivo:
Un tensoactivo es una sustancia orgánica con una “superficie activa” y ciertas propiedades a nivel de su estructura, esto significa que son sustancias que influyen (por medio de la tensión superficial) en la superficie de contacto entre dos fases.
Propiedades de los Tensoactivos:
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Estructura Anfipática: Su estructura tiene afinidad por los triglicéridos y, al mismo tiempo, hacia el agua.
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Solubilidad: Un tensoactivo es soluble en al menos una fase de un sistema líquido.
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Adsorción en las interfases: La concentración del soluto es mayor en la superficie de la interfase que en el seno de la solución.
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Orientación de las interfases: Forman capas monomoleculares orientadas, en la superficie de la interfase.
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Formación de Micelas: Forman agregados de moléculas después de cierta concentración.
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Propiedades Funcionales: Las soluciones de tensoactivos presentan un combinado de algunas de las siguientes propiedades.
1.10 Clasificación de Tensoactivos
Los tensoactivos se pueden clasificar por la carga de su masa de Superficie Activa:
1.11 Formación de Micelas
Cuando en un medio polar se colocan partículas anfipáticas (que tienen una parte polar y una apolar) se forman estructuras llamadas micelas.
En el caso del jabón:
Las micelas son estructuras en las cuales la parte polar de la molécula queda en la superficie de la misma y las partes apolares queda inmersas en el interior de la micela.
En su formación, hay que tener en cuenta el medio, ya que moléculas anfipáticas puestas en un medio apolar, formarían lo que llamamos una micela-inversa.
CMC: La concentración micelar crítica es la concentración mínima, del tensoactivo, a partir de la cual se forman micelas espontáneamente en una disolución.
¿Cómo limpia un jabón?
Cuando la concentración del jabón llega a la CMC, forman micelas, las cuales se "abren" parcialmente en presencia de un triglicérido, por la afinidad que presenta con el centro de la micela, haciendo que el tensoactivo (jabón) encierre a la partícula de grasa. Ya cerrada la micela, puede arrastrarse con agua (acción de detergente).
Ejercicio de ejemplo:
1.12 Colesterol
La fórmula química del colesterol se representa de dos formas:
C27H46O o C27H45OH.
Es un lípido esteroide, derivado del o Esterano, constituido por cuatro carboxilos condensados (fusionados), denominados A, B, C y D, que presentan las siguientes sustituciones:
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Dos radicales metilo en las posiciones C-10 y C-13.
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Una cadena alifática ramificada de 8 C en la posición C-17.
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Un grupo Hidroxilo en la posición C-3.
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Una insaturación (doble enlace) entre los carbonos C-5 y C-6.
Se puede distinguir una parte polar constituida por el grupo Hidroxilo y una gran parte apolar formada por los núcleos condensados y los sustituyentes alifáticos.
¿Qué importancia tiene en el organismo?
El Colesterol es un lípido esencial en el cuerpo humano. Entre sus funciones, podemos destacar que forma parte de la membrana celular, ayuda en la producción de hormonas, vitamina D, bilis, y es de gran ayuda para la absorción de ciertos metales como el Calcio
1.13 Lipoproteinas: HDL y LDL
Para que el Colesterol pueda llegar a cada célula y puedan cumplir sus funciones necesarias, este debe unirse a una molécula proteica para ser transportado, formando lipoproteínas (HDL y LDL).
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HDL: Lipoproteínas de Alta Densidad
Son partículas asociadas al “Colesterol bueno” y se llaman así porque en su composición hay más proteínas que lípidos. 40 - 60 mg/dL -
LDL: Lipoproteínas de Baja Densidad
Son partículas asociadas al “Colesterol Malo” y se llaman así porque en su composición hay más lípido que proteínas. 70 - 130 mg/dL -
Colesterol total: menos de 200 mg/dL
¿En qué se basa el tratamiento con Estatinas para controlar el Colesterol?
1.14 Hormonas
El sistema endocrino, también llamado sistema de glándulas de secreción interna, está constituido por un conjunto de órganos y tejidos del organismo; este se encarga de la regulación de las funciones de las células.
Uno de los órganos presentes, son las glándulas, que se encargan de elaborar y segregar sustancias (hormonas).
Las hormonas son sustancias segregadas por glándulas, células epiteliales e intersticiales con el fin de catalizar la función de otras células, afectando la actividad en un tejido u órgano determinado.
1.15 Transporte de Hormonas
Las hormonas proteicas, debido a su gran tamaño, no son capaces de entrar las células blanco (que es en donde deberían regular sus funciones). Para solucionar esto, se unen a moléculas receptoras (formando un segundo mensajero llamado AMP), que es el que producirá los cambios pertinentes en la célula, activando enzimas que producen el efecto metabólico esperado.
Por el espacio intersticial solas (biodisponibles) o asociadas a ciertas proteínas:
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Para el transporte y distribución de las hormonas, estas se disuelven en los componentes plasmáticos o se unen a proteínas plasmáticas.
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Las hormonas esteroides y tiroides, se unen a proteínas de transporte sintetizadas por el hígado como la globulina fijadora de testosterona.
Transporte por vía sanguínea:
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En este caso las glándulas liberan a las hormonas directamente al torrente sanguíneo, ejemplos de esto son la adrenalina y la noradrenalina, que circulan libremente por el plasma.
El transporte por medio de proteínas tiene tres funciones:
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Mejorar la transportabilidad de las hormonas hidrófobas
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Retrasar la perdida de pequeñas moléculas por filtración por el riñón y su salida del organismo por la orina
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Proporcionar una reserva hormonal en la sangre
1.16 Efecto de las Hormonas
En Órganos, Tejidos o Células:
A distancia de donde se sintetizaron. Al lugar al que son enviadas se les suele añadir el adjetivo de “Diana” o “Blanco”
Acción Parácrina:
Sobre células contiguas, interviniendo en la comunicación celular.
Acción Autócrina:
Sobre la misma célula que la sintetiza
1.17 ¿Qué tipos de Hormonas hay?
Según su naturaleza química, se reconocen dos grandes tipos de hormonas:
Hormonas peptídicas:
Son derivados de aminoácidos (como las Melatonina, Serotonina, Tiroxina. Adrenalina, Noradrenalina, Dopamina).
En general, este tipo de hormonas no pueden atravesar la membrana plasmática de la célula diana, por lo cual los receptores para estas hormonas se hallan en la superficie celular.
*Las hormonas tiroideas son una excepción, ya que se unen a receptores específicos que se hallan en el núcleo.*
Hormonas lipídicas:
Son esteroides (como la testosterona, Cortisol, Aldosterona) o eicosanoides (como las prostaglandinas). Dado su carácter lipófilo, atraviesan sin problemas la bicapa lipídica de las membranas celulares y sus receptores específicos se hallan en el interior de la célula diana.
1.18 Receptores Hormonales
Los distintos tipos de receptores hormonales se encuentran en los siguientes lugares:
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Receptores de membrana: Los usan las hormonas peptídicas.
Las hormonas peptídicas (1er mensajero) se fija a un receptor proteico que hay en la membrana de la célula, y estimula la actividad de otra proteína (unidad catalítica), que hace pasar el ATP (intracelular) a AMP (2do mensajero), que junto con el Calcio intracelular, activa la enzima protéica quinasa.
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Receptores intracelulares: Los usan las hormonas esteroideas (lipídicas). La hormona atraviesa la membrana de la célula diana por difusión. Una vez dentro del citoplasma, penetra incluso en el núcleo, donde se fija el ADN y hace que se sintetice ARNm, que induce a la síntesis de nuevas proteínas, que se traducirán en una respuesta fisiológica.
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En el citoplasma celular: Los receptores principales de las distintas hormonas esteroideas.
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En el núcleo celular: Los receptores de las hormonas tiroideas se encuentran en el núcleo.
1.19 Vitaminas
¿Qué son las vitaminas?
Las vitaminas son moléculas orgánicas vitales para el cuerpo humano, a menudo se califican como micronutrientes y tienen funciones muy variadas, entre las cuales se destaca su actuación como catalizadores para asimilar otros nutrientes, participar en síntesis de glóbulos rojos, material genético y algunas hormonas.
El nombre de “Vitamina” proviene de la palabra “vida” y “amina” (familia química de la cual se pensaba que pertenecían).
Se pensaba que habían 14 de ellas (13 en los humanos), pero actualmente se reconocen 10 como vitaminas (A, B1, B2, B3, B6, B12, C, D, E y K), y las podemos ingerir a través de los alimentos que se muestran en el dibujo.
Las sustancias que se creía eran vitaminas son el Ácido Fólico (B9), Ácido Pantoténico (B5), Biotina (B8), Carnitina (B11).
1.20 Clasificación de Vitaminas
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Vitaminas hidrosolubles
Como su nombre indica, estas son solubles en solventes acuosos. Esto trae consigo el hecho de que es relativamente fácil eliminar su exceso a través de la orina. Dentro de este grupo encontramos nueve vitaminas que son:
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Vitamina C o ácido ascórbico
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Vitamina B1 o tiamina
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Vitamina B2 o riboflavina
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Vitamina B3 o niacina
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Vitamina B5 o ácido pantoténico
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Vitamina B6 o piridoxina
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Vitamina B8 o biotina
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Vitamina B9 o ácido fólico
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Vitamina B12 o cianocobalamina
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Vitaminas liposolubles
Como su nombre indica, son solubles en compuestos apolares, como los lípidos. Estas vitaminas, al contrario que las hidrosolubles, se almacenan en tejidos grasos del organismo (hígado, tejido adiposo, etc), por lo que pueden dar, llegado el caso, problemas de toxicidad. Dentro de este grupo encontramos cuatro que son:
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Vitamina A o retinol
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Vitamina D o calciferol
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Vitamina E o tocoferol
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Vitamina K
1.21 Hipervitaminosis
Cuando hay un exceso en el consumo de cierta vitamina en el organismo, se puede producir una hipervitaminosis, la cual puede llevar a diversos problemas. Estos dependerán de la vitamina que se presente en exceso con respecto a su consumo recomendable.
Hay que tener en cuenta que no todas las vitaminas tienen la capacidad de acumularse en nuestro cuerpo.
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Las hidrosolubles, como la C y las del grupo B, son vitaminas que se eliminan a través de la orina, de forma que difícilmente dan casos de toxicidad crónica.
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Las liposolubles, que se acumulan en los tejidos grasos del organismo), como son la A, D, E y K, puede llevar a casos de hipervitaminosis.
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Hipervitaminosis A: Puede presentar síntomas similares a los de un tumor cerebral.
Por ejemplo: cefalea, vómitos, dolor en los huesos, visión borrosa.
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Hipervitaminosis D: Síntomas similares a los de una presencia excesiva de Calcio.
Por ejemplo: debilidad, cansancio, cefaleas y náuseas.
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Hipervitaminosis E: La vitamina E es de las menos tóxicas, por lo cual esta es muy poco frecuente; sus síntomas se presentan como mareos, dolor abdominal, diarrea, gases, hipertensión arterial e incluso sangrados, pues esta vitamina tiene un efecto anticoagulante.
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Hipervitaminosis K: No existen muchos estudios que evalúen la toxicidad de esta vitamina, pero a dosis muy altas y en animales, se ha observado signos adversos como anemia (en ratas) y en el lactante pueden darse casos de kernícterus (una afección neurológica grave que ocurre cuando hay ictericia severa), y en algunos casos puede verse afectado el hígado
