C U R S O : BIOLOGÍA COMÚN MATERIAL BC N 03 UNIDAD I: LA CÉLULA CARBOHIDRATOS Y LÍPIDOS
INTRODUCCIÓN Al estudiar la composición química de la materia viva se observa que los carbohidratos y lípidos no son los compuestos orgánicos más abundantes ni los más diversos (tabla 1). Pero los carbohidratos y lípidos han sido escogidos por la evolución biológica, en virtud de sus particulares propiedades químicas y físicas. Los carbohidratos sirven para formar ciertas estructuras celulares, como fuente y almacén de energía. Los lípidos son usados para almacenar energía, formar bicapas lipídicas, como mensajeros químicos (hormonas) y vitaminas. Porcentaje del peso total Célula bacteriana Agua Proteínas DNA RNA Polisacáridos Lípidos Moléculas simples Iones inorgánicos 70 15 1 6 3 2 2 1 Hepatocito 75 11 0,5 1 6 3,5 2 1 Tabla 1. Componentes moleculares a nivel celular. 1. CARBOHIDRATOS Son compuestos orgánicos formados por C, H, O. También son llamados glúcidos, azúcares e hidratos de carbono. Estos dos últimos nombres no son del todo apropiados, pues no todos son dulces ni se trata de moléculas cuyos carbonos estén hidratados. Quimicamente hablando son aldehídos (R-CHO) o cetonas hidroxiladas (R-CO-R). Clasificación: Monosacáridos Oligosacáridos Polisacáridos 2
Carbohidratos Tabla 2. Cuadro resumen de los carbohidratos. Características Función Fuente o localización Su versión fosforilada (PGAL) es Citoplasma, mitocondrias, un importante intermediario Cloroplastos. metabólico. Gliceraldehído Triosa Ribosa Pentosa ( C5H10O5 ) Precursor de nucleótidos y Ácidos nucleicos (RNA). Citoplasma y núcleo. Desoxirribosa Pentosa ( C5H10O4 ) Precursor de nucleótidos y Ácidos nucleicos (DNA) Citoplasma y núcleo. Glucosa Hexosa Fuente de energía, estructural Almidón, glucógeno, maltosa, lactosa, sacarosa, celulosa y quitina. Fructosa Hexosa Convertirse en glucosa y fuente Jugo de frutas, sacarosa, de energía para el espermio. Semen. Galactosa Hexosa Convertirse Estructural Maltosa Disacárido = glucosa + Fuente de energía. glucosa. Degradación incompleta del almidón. Semillas. Sacarosa Disacárido = glucosa + Fuente de energía. fructosa. Remolacha, caña de azúcar. Lactosa Disacárido = glucosa + Fuente de energía. galactosa. Leche. Almidón Polisacárido de glucosas. Reserva plantas Glucógeno Polisacárido de glucosas. Reserva de energía en los Hígado, músculo esquelético. animales Forma parte de la pared celular Madera. Polisacárido de glucosas. vegetal. Otorga rigidez a células y tejidos. Celulosa Quitina de en energía glucosa. Leche (lactosa). en las Raíces, plantas. tallos, hojas Polisacárido de glucosas Forma parte de la pared celular Hongos. con nitrógeno. de los hongos y exoesqueleto Artrópodos. de artrópodos. Tabla 3. Dulzor de algunos carbohidratos y de la sacarina. Carbohidratos Sacarosa Glucosa Fructosa Maltosa Lactosa Sacarina La sacarina fue el primer edulcorante acalórico (sin calorías) que se descubrió y produjo una gran expectación a personas diabéticas y obesas. De forma casual, el joven químico alemán Constantin Fahlberg que estudiaba en la Universidad Johns Hopkins (EE.UU.) descubrió en 1879 que un derivado del alquitrán, al que llamó sacarina (O-sulfamida benzoica). Dulzor relativo (%) 100 70 170 30 16 40.000 3 de
Figura 1. Cuando se unen dos monosacáridos a través de un enlace glucosídico se libera una molécula de agua, proceso llamado síntesis por deshidratación. La Hidrólisis es el proceso inverso. Figura 2. El almidón es un ejemplo de un polisacárido de almacenamiento en vegetales. 4
ACTIVIDAD 1. Señale las principales funciones de los carbohidratos.... 2. Señale los monosacáridos que estructuran a la Maltosa Lactosa Sacarosa.. 3. Términos pareados a) pentosa b) enlace glucosídico c) disacárido d) glicolípido e) glicerol f) polisacárido 4. lactosa celulosa C5H10O5 carbohidrato + lípido liberación de H2 O Completar. a) La glucosa es una molécula con átomos de carbono, por lo tanto corresponde a una.. b) La.es el constituyente principal de la pared celular de las células vegetales c) Las plantas en la fotosíntesis sintetizan glucosa en sus hojas y partes verdes, la transportan como sacarosa por vasos conductores (floema), y la almacenan en tallos y raíces en forma de. D) Un alza de la glicemia corresponde a un aumento del nivel de. en el plasma sanguíneo. 5
2. LÍPIDOS Son una familia bastante heterogénea de compuestos orgánicos, formados principalmente por C, H y O unidos por enlaces covalentes apolares, que casi lo único que tienen en común es su gran insolubilidad en agua (hidrofóbicas). Esta propiedad permite a los lípidos ser extraídos desde los tejidos y órganos mediante solventes orgánicos apolares (éter, benceno, bencina, cloroformo, acetona, etc.). Además no forman polímeros y presentan en su estructura una menor proporción de oxígeno que los carbohidratos. Los Ácidos Grasos son moléculas que en general, no se encuentran libres en la célula debiendo obtenerlos por hidrólisis desde los lípidos en donde están almacenados.presentan un grupo carboxilo polar e hidrofílico (-COOH) unido a una cadena hidrocarbonada apolar e hidrofóbica (que puede ser saturada o insaturada). Es esta doble naturaleza la que permite considerarlos moléculas anfipáticas. Es por ello que, al aumentar el tamaño de la cadena apolar hidrofóbica disminuye notablemente su solubilidad en agua, haciendo de los ácidos grasos naturales muy poco solubles en agua. Como muestra la figura 3, algunos ácidos grasos contienen dobles enlaces entre los carbonos del hidrocarburo (insaturaciones), que causan que la cadena se flexione e impide que las moléculas se empaqueten fuertemente entre sí y que solidifiquen a la temperatura ambiente (menor punto de fusión).por lo tanto los ácidos grasos que poseen dobles enlaces se denominan insaturados a diferencia de los que presentan enlaces simples denominados saturados, los cuales al tener un mayor punto de fusión hace que sean sólidos a temperatura ambiente. Figura 3. Esquema de 2 ácidos grasos. El ácido palmitico es un ejemplo de una ácido graso del tipo saturado (no presenta dobles enlaces entre los carbonos) y el ácido linoleico es un ejemplo de un ácido graso, insaturado. Los ácidos grasos insaturados y de cadena corta forman estructuras más fluidas 6
Los Acilglicéridos también llamados glicéridos (figura 4). Son lípidos constituidos por una molécula de glicerol (alcohol) a la cual se le pueden unir; uno (monoglicérido), dos (diglicéridos) o tres moléculas de ácidos grasos (triglicéridos). Los triglicéridos se clasifican según su estado físico, en aceites y grasas. Aceites: Son líquidos a temperatura ambiente pues los ácidos grasos presentes en el lípido son del tipo insaturado y de cadena corta. Son de origen vegetal. Grasas: Son sólidos a temperatura ambiente pues los ácidos grasos presentes en el lípido son del tipo saturado y de cadena larga. Son de origen animal. Figura 4. Diagrama que muestra la formación de un triglicérido a partir de una molécula de glicerol más tres ácidos grasos del tipo saturado. El enlace se llama tipo éster o estérico y el proceso, esterificación o condensación. De derecha a izquierda se indica la hidrólisis. Los glicéridos son de importancia biológica debido a sus múltiples funciones entre ellas: reserva energética: A diferencia de muchas plantas, los animales sólo tienen una capacidad limitada para almacenar carbohidratos. En los vertebrados, cuando los azúcares que se ingieren sobrepasan las posibilidades de utilización o de transformación en glucógeno, se convierten en grasas. De modo inverso, cuando los requisitos energéticos del cuerpo no son satisfechos por la ingestión inmediata de comida, el glucógeno y posteriormente la grasa son degradados para llenar estos requerimientos. Las grasas y los aceites contienen una mayor proporción de enlaces carbono-hidrógeno ricos en energía que los carbohidratos y, en consecuencia, contienen más energía química. En promedio, las grasas producen aproximadamente 9,3 kilocalorías por gramo, en comparación con las 3,79 kilocalorías por gramo de carbohidrato, o las 3,12 kilocalorías por gramo de proteína. aislantes térmicos contra las bajas temperaturas. El tejido adiposo (que almacena grasa) esta particularmente bien desarrollado en los mamíferos marinos. amortiguador: Grandes masas de tejido graso rodean a algunos órganos como, por ejemplo, a los riñones de los mamíferos, y sirven para protegerlos de una conmoción física. Estos depósitos de grasa permanecen intactos, aun en épocas de inanición. 7
Los Fosfolípidos corresponden a una familia de lípidos anfipáticos que por sus particulares propiedades físicas estructuran membranas celulares. Se trata de lípidos polares que, en presencia de agua, espontáneamente adoptan la estructura de bicapas lipídicas. Poseen un grupo fosfato y dos ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol en su estructura. (Figura 5 y 6). Figura 5. Fosfolípido de membrana. Figura 6. Esquema que muestra un fosfolípido de membrana y su comportamiento con respecto al agua. Esta disposición de las moléculas de fosfolípido, con sus cabezas hidrofílicas expuestas y sus colas hidrofóbicas agrupadas, forma la base estructural de las membranas celulares. 8
Los Terpenos son lípidos que resultan de la unión de muchas unidades pequeñas, llamadas isoprenos. Son terpenos las vitaminas liposolubles: A: que participa de la fisiología de la visión, al formar parte de la rodopsina, un pigmento fotosensible presente en los bastones retinianos. E: es un antioxidante intracelular que impide el deterioro prematuro de los tejidos. K: forma parte de una enzima que interviene en la coagulación sanguínea. Figura 7 Figura 7. Estructura molecular de la vitamina K. Los Esteroides son una familia de lípidos que no se asemejan estructuralmente a los otros lípidos, pero, se les agrupa con ellos porque son insolubles en agua. Pertenecen a este grupo el colesterol, la vitamina D, los ácidos biliares, las hormonas de la corteza suprarrenal (aldosterona, cortisol y andrógenos corticales), las hormonas sexuales femeninas (progesterona y estrógenos) y masculina (testosterona). (Figura 8). Figura 8. Algunos integrantes de la familia de los lípidos esteroidales. En general las funciones desempeñadas por los lípidos son formar parte de las membranas celulares. regular la actividad de las células y tejidos (Hormonas). constituir las principales formas de almacén de energía en los seres vivos. Constituir las vitaminas liposolubles (A, D, E, K) 9
ACTIVIDAD Cuál es la diferencia entre ácido graso saturado e insaturado?.... Cuál es la diferencia entre un Aceite y una Grasa?...... Cuáles son las Vitaminas liposolubles?..... Cuáles son las hormonas de origen lipídico? Por qué sólo se forman micelas en medios acuosos con fosfolípidos y no con triglicéridos?... El colibrí Garganta de Rubí macho cuya masa corporal es de 2,5 gr. al migrar de Florida (USA) a Yucatán (México) recorre 2.000 Km. Antes de migrar acumula 2 gr. de grasa, masa similar a su masa corporal. Por qué no almacena glucógeno en vez de grasa?.... 10
PREGUNTAS 1. Los carbohidratos o azúcares son moléculas orgánicas que I) están formadas por CHO. II) sólo son sintetizados por vegetales. III)cumplen una función solamente energética. A) B) C) D) E) Sólo I Sólo II Sólo III Sólo I y II I,II y III 2. Cuál de las siguientes moléculas no se clasifica como lípido? A) B) C) D) E) Glicerol. Colesterol. Monoglicérido. Vitamina A. Testosterona. 3. Se obtienen 3 molécula glucosas y 1 de galactosa al hidrolizar una molécula de I) lactosa y otra de sacarosa. II) sacarosa y otra de maltosa. III) maltosa y otra de lactosa. A) B) C) D) E) Sólo Sólo Sólo Sólo Sólo I II III I y II II y III 4. Cuál de las siguientes afirmaciones es incorrecta? A) La fructosa es fuente de energía para los espermios. B) Los carbohidratos sirven como aislante térmico C) La celulosa forma parte de la pared de la célula vegetal. D) La lactosa es un disacárido presente en la leche materna E) La sacarosa es un disacárido formado por la unión de glucosa y fructosa. 5. En la formación del enlace glucosídico I) se necesita ATP II) participan enzimas III) se ocupa una molécula de agua A) B) C) D) E) Sólo I Sólo II Sólo I y II Sólo II y III I, II y III 11
6. La siguiente figura representa un A) aceite y se señala su cabeza apolar. B) esteroide y se señala su cabeza polar. C) fosfolípido y se señala su cabeza hidrofílica D) triglicérido de membrana y se señala su cabeza polar. E) ácido graso insaturado y se señala su grupo carboxilo (-COOH). 7. La molécula orgánica más abundante en la célula es el (la) A) B) C) D) E) maltosa. almidón. celulosa. proteína. glucosa. 8. La hidrólisis, a diferencia de la síntesis por deshidratación I) libera una molécula de agua. II) destruye una molécula de agua. III) forma enlaces entre las moléculas. A) Sólo B) Sólo C) Sólo D) Sólo E) Sólo I II III I y III II y III 9. Se forman tres moléculas de glucosa y una de fructosa al digerir A) B) C) D) E) dos moléculas de sacarosa y una de maltosa. una molécula de maltosa y una de lactosa. dos moléculas de maltosa y una de sacarosa. una molécula de sacarosa y una de lactosa. una molécula de maltosa y una de sacarosa. 10. Son funciones de los lípidos I) ser aislante térmico. II) formar estructuras celulares. III) ser precursores de hormonas sexuales. A) Sólo I B) Sólo II C) Solo III D) Sólo I y II E) I,II y III DMN-BC03 Puedes complementar los contenidos de esta guía visitando nuestra web http://www.pedrodevaldivia.cl/ 12