Polímeros naturales. Las proteínas tienen varias funciones, todas igual de importantes. Algunas son: (Chang, 2007)

Transcripción

1 Polímeros naturales Muchas moléculas de importancia biológica son muy grandes, por lo que se les cataloga como macromoléculas. Debido a que los polímeros naturales se manifiestan en muchos de los aspectos de nuestra vida cotidiana, los bioquímicos también trabajan actualmente con un alto porcentaje de ellos. Algunos de los polímeros naturales que podemos mencionar son: proteínas, ácidos nucleicos, celulosa, carbohidratos (hidratos de carbono) y lípidos, entre otros. 1) Proteínas Las proteínas están formadas básicamente por aminoácidos esenciales, dependiendo del tipo de proteína que se trate, tendrá los aminoácidos correspondientes. Por lo tanto, se puede decir que una proteína es un polímero de aminoácidos. Las proteínas tienen varias funciones, todas igual de importantes. Algunas son: (Chang, 2007) Función defensiva: Actúan como anticuerpos (contra infecciones) y también forman los coágulos para evitar hemorragias. Como ejemplo se tiene la fibrina que se forma en la sangre como respuesta a una herida, uniéndose varias moléculas entre sí, para formar la base en la que posteriormente se forma el coágulo. Función hormonal: Ayudan a controlar y regular el buen funcionamiento del cuerpo. Un ejemplo es la insulina (hormona de naturaleza proteica), que ayuda a regular los niveles de glucosa en sangre. Función de transporte: Como la hemoglobina (que se encuentra en la sangre), y se encarga de transportar el oxígeno a todo el organismo por el torrente sanguíneo. Función de movimiento: Se refiere a las funciones de motilidad y del buen funcionamiento de los músculos como las contracciones. Un ejemplo sería la actina, que es la proteína muscular que en interacción con la miosina produce contracción.

2 Podríamos seguir mencionando algunas otras funciones de las proteínas, sin embargo, toma en cuenta que en el organismo, se encuentran aproximadamente diferentes tipos de proteínas, cada una con funciones fisiológicas diferentes. Cómo es que hay tanta variabilidad?, pues por la composición química de cada proteína así como la estructura tan compleja de los polímeros naturales. Todas las proteínas están formadas por 20 aminoácidos esenciales. Éstos a su vez están compuestos por al menos un grupo amino (- NH 2 ) y un grupo carboxilo (- COOH) por lo que se encuentran como iones bipolares. Para formar las proteínas. Se llevan a cabo reacciones de polimerización por condensación para irse uniendo unos aminoácidos con otros. El primer paso de la síntesis de una proteína es la unión de un grupo amino de un aminoácido y de un grupo carboxilo de otro aminoácido. Esta primera molécula formada por dos aminoácidos se conoce como dipéptido y al enlace que los une se le conoce como enlace peptídico. Finalmente como la proteína es la unión de muchos aminoácidos, se puede decir que es un polipéptido. Los 20 aminoácidos esenciales son: Alanina (Ala) Ácido glutámico (Glu) Leucina (Leu) Serina (Ser) Arginina (Arg) Glutamina (Gln) Lisina (Lys) Treonina (Thr) Asparagina (Asn) Glicina (Gly)) Metionina (Met) Triptófano (Trp) Ácido aspártico (Asp) Histidina (His) Fenilalanina (Phe) Tirosina (Tyr) Cisteína (Cys) Isoleucina (Ile) Prolina (Pro) Valina (Val)

3 Algunas de las fórmulas de aminoácidos son: Aminoácido Estructura Alanina Ácido glutámico Glicina Fenilalanina Tirosina Un ejemplo en donde se muestra otro uso de los aminoácidos, es en la formación del edulcorante artificial conocido como aspartame, que proviene de la unión del ácido aspártico y la fenilalanina, posteriormente sufriendo una reacción de esterificación, para formar el éster metílico de dicho dipéptido.

4 La fórmula del aspartame es: 2) Carbohidratos Los carbohidratos son también conocidos como hidratos de carbono y están formados básicamente por carbono, hidrógeno y oxígeno cuya fórmula general podría escribirse de la siguiente manera: C x (H 2 O) y dónde se puede visualizar una proporción entre H y O como la del agua. De ahí que se les conozca como hidratos de carbono, aunque en realidad tengan más bien grupos funcionales como aldehídos, cetonas y alcoholes. Los carbohidratos son los compuestos orgánicos más abundantes y diversos que se pueden encontrar tanto en vegetales como en tejidos animales, ya que sirven como fuente de energía para realizar las actividades celulares y por consiguiente, del ser vivo. Todos los carbohidratos son azúcares pequeños o bien polímeros de azúcar (como el almidón). La clasificación de los carbohidratos es de la siguiente manera: Monosacáridos: El carbohidrato se compone de una sola molécula de azúcar, son azúcares de rápida absorción, solubles en agua y proporcionan energía de manera inmediata. Disacáridos: Formados por dos azúcares, es decir, por la unión de dos monosacáridos. Polisacáridos: Es en realidad un polímero de muchos monosacáridos. Estos, al igual que los disacáridos, son de lenta absorción y la energía que proporcionan puede ser almacenada para su posterior uso.

5 Cuando escuchamos la palabra azúcar, nos imaginamos algo dulce. En efecto, todos los azúcares son dulces, pero en diferente grado de dulzor, que podemos comprobar cuando los probamos. La sacarosa es seis veces más dulce que la lactosa, ligeramente más dulce que la glucosa, pero solamente la mitad de dulce que la fructuosa. En los seres vivos el carbohidrato más común es la glucosa (monosacárido). Su fórmula química es C 6 H 12 O 6. Existen muchos organismos que sintetizan otros monosacáridos que tienen la misma fórmula que la glucosa, aunque de estructura ligeramente diferente. Entre estos monosacáridos se encuentran la fructuosa (azúcar de la fruta) y la galactosa, que es parte de la lactosa (azúcar de la leche). Existen otros monosacáridos comunes como la ribosa y la desoxirribosa, que se encuentran en el ADN y ARN. Los monosacáridos se descomponen en las células, en donde liberan su energía química, utilizándola en diversas actividades celulares o bien, para formar disacáridos y polisacáridos, que se utilizan como reserva de energía a corto y largo plazo. Muchos de los alimentos que consumimos contienen disacáridos y polisacáridos. Supón que desayunaste café con crema y azúcar y un pan tostado. Obtuviste sacarosa (glucosa más fructuosa), lactosa (glucosa más galactosa) y maltosa (glucosa más glucosa) ésta última obtenida al descomponerse el almidón (polisacárido) del pan tostado. Otros ejemplos de polisacáridos son el glucógeno, que se sintetiza en el cuerpo de los animales, la celulosa que forma la unidad estructural de las plantas y la quitina, que tiene un grupo funcional nitrogenado, y se encuentra en las cubiertas externas duras de los insectos, cangrejos y arañas. Específicamente el glucógeno se almacena en los músculos de animales vertebrados (como el ser humano) y cuando se encuentra en exceso, se convierte en grasa para ser utilizado a largo plazo. En la actualidad uno de los mayores problemas de salud es el sobrepeso u obesidad. Por lo que los científicos de la industria alimenticia, están preocupados por resolver esta situación. Por lo tanto, están tratando de modificar las moléculas biológicas, para reducir su contenido calórico. Como ejemplos se tienen los edulcorantes aspartame (Nutrasweet ) y la sucralosa (Splenda ), que aportan un sabor dulce a los alimentos con poca o ninguna cantidad de calorías. (Audesirk, 2008)

6 Otra aplicación de los polisacáridos, es el llamado ácido hialurónico (el cual se encuentra en la cresta de los gallos como parte de su estructura), y que se utiliza en la medicina cosmética, cuya aplicación específica es en el relleno de arrugas y surcos de la cara. Algunos ejemplos de carbohidratos son: 3) Lípidos Los lípidos son biomoléculas es decir, son moléculas que forman parte de los seres vivos. Pueden ser utilizados para almacenar energía y posteriormente ser utilizada, también se usan para formar estructuras biológicas (como membranas celulares) y algunos otros son hormonas. Una de las características más importantes de los lípidos, es que tienen partes muy grandes que están formadas únicamente por hidrógeno y carbono, con enlaces no polares carbono carbono o bien carbono hidrógeno, y es precisamente por esos enlaces no polares, que los lípidos son insolubles en agua.

7 Los lípidos se clasifican principalmente en tres grupos. (Luna, 2005) 1. Aceites, grasas y ceras: son de estructuras semejantes y contienen solamente carbono, hidrógeno y oxígeno; de estructuras lineales; pueden tener una o más subunidades de ácidos grasos (cadenas largas de C H con un grupo carboxilo). Por ejemplo, para formar un triglicérido, se utilizan tres moléculas de ácidos grasos y una molécula de glicerol, donde también se producen tres moléculas de agua. 2. Fosfolípidos: Son de estructura similar a los aceites, pero también contienen elementos tales como fósforo y nitrógeno. Los fosfolípidos tienen dos extremos diferentes, uno que es insoluble en agua y otro soluble en agua. Esta característica le permite proporcionar un buen funcionamiento a la membrana plasmática de las células. 3. Esteroides: Formado por la fusión de cuatro anillos de carbono y de grupos funcionales. Son estructuras diferentes al resto de los lípidos. Un ejemplo de esteroide es el colesterol. Éste se utiliza por algunas células para sintetizar otros esteroides como la testosterona y el estrógeno así como la bilis, la cual ayuda a digerir las grasas. Las grasas y los aceites tienen dos veces más calorías por gramo, que los azúcares y las proteínas, por lo que son moléculas almacenadoras de energía muy efectivas para plantas y animales. Es por ello que las personas tienden a consumir menos alimentos con grasas que con carbohidratos. Es importante recordar que una grasa saturada, es aquella que tiene enlaces sencillos entre C C, por ejemplo la mantequilla y el tocino (de origen animal). Cuando se tiene una grasa que a temperatura ambiente es sólida y un aceite, que a temperatura ambiente es líquido, la diferencia de ese estado de agregación, se debe a la diferencia que hay entre los ácidos grasos que las forman. Los enlaces de los ácidos grasos de las grasas son saturados. Los enlaces de los ácidos grasos de los aceites son insaturados La mayor parte de los aceites insaturados, provienen de las semillas de las plantas (girasol, maíz, canola). Un aceite se puede convertir en grasa cuando se rompen los dobles enlaces entre átomos de carbono y se agregan átomos de hidrógeno. Como resultado se obtiene un aceite hidrogenado lo cual permite obtener productos de manera artificial (como la margarina).

8 Pues bien, este proceso de romper dobles enlaces de los aceites y someterlos a hidrogenación parcial, hace que algunos productos sean sólidos a temperatura ambiente. Dicha hidrogenación provoca una trans-configuración (cambio en la estructura de la molécula) permitiendo obtener las trans-grasas o grasas-trans. Estas trans-grasas se encuentran en alimentos procesados tales como galletas, frituras, etc. Si no lo has detectado aún, te preguntarás: Cuál es el problema de estas trans-grasas? La respuesta es sencilla. Que se han convertido en grasas saturadas, las cuales son más difíciles de desdoblar y ser digeridas por el organismo, provocando con ello una elevación del colesterol malo conocido como colesterol de alta densidad (LDL)* y reduciendo el colesterol bueno conocido como colesterol de baja densidad (HDL)*. También se ha considerado que elevan el nivel de triglicéridos. Entonces, si son tan dañinas, Por qué se utilizan? Esto es porque ayudan a mejorar la perdurabilidad, el sabor y la textura de los productos en los cuales son utilizados. Lee las etiquetas de los productos que compras. Si dice aceite parcialmente hidrogenado se trata entonces de trans-grasas. *Para tomarse en cuenta. (Audesirk, 2008) El ser humano consume alimentos que contienen colesterol. Sin embargo, el colesterol es no polar, por lo que no se disuelve en la sangre (básicamente formada por agua). Por lo que el colesterol se hace acompañar por moléculas portadoras de proteínas polares y de fosfolípidos para poder transportarse en la sangre. A esta combinación de moléculas de colesterol y proteínas, se le conoce como lipoproteínas. Si estas lipoproteínas tienen mayor cantidad de proteínas y menos cantidad de lípidos, se les llama lipoproteínas de alta densidad (HDL) en donde las proteínas son más densas que los lípidos. Por el contrario, si la lipoproteína tiene mayor cantidad de lípidos que de proteínas, se le llama lipoproteínas de baja densidad (LDL).

9 A continuación se te presentan algunas estructuras de lípidos: Colesterol Estrógeno Otro uso muy importante de las grasas y los aceites, es para la fabricación de jabón. La hidrólisis de un éster en presencia de una base fuerte (generalmente NaOH o bien KOH) se denomina saponificación, que no es otra cosa que formación de jabón. Pero, qué tienen qué ver los ésteres? Los ésteres que se encuentran en la naturaleza incluyen grasas y aceites. En el proceso de saponificación, la grasa animal o vegetal se calienta con la base fuerte, resultando un jabón que consta de una mezcla de sales de sodio de ácidos carboxílicos de cadena larga llamados ácidos grasos.

10 Referencias Audesirk, T., Audesirk, G. & Byers, B. (2008). Biología, ciencia y naturaleza. (2ª. ed.; Augusta Victoria Flores F., trad.). México: Pearson Prentice Hall. GrawHill. Chang, R. (2007). Química. México: Mc Luna, M. (2005). Química 2. (1ª. ed.). México: ST Distribución, S.A. de C.V.