Bioelementos y Biomoléculas: Agua, Sales Minerales, Glúcidos y Lípidos

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TEMA 1: BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS. BIOELEMENTOS Los bioelementos son los elementos químicos que forman parte de la materia viva. Las proporciones pueden variar de unos organismos a otros y algunos se presentan en proporciones muy pequeñas. De todos los elementos químicos que se conocen, apenas unos 70 forman parte de los seres vivos, y solo unos 25 son comunes a todos ellos. Los bioelementos se combinan para formar las moléculas de los seres vivos, las denominadas biomoléculas o principios inmediatos. Las biomoléculas exclusivas de los seres vivos reciben el nombre de compuestos orgánicos y son fabricadas exclusivamente por éstos.

Las moléculas que encontramos tanto dentro como fuera de los seres vivos reciben el nombre de compuestos inorgánicos. Podemos clasificarlos, atendiendo a su abundancia, en: Primarios. Están presentes en grandes cantidades en los seres vivos, constituyendo entre el 9799% de la materia celular. Son el C, H, O y N mayoritariamente y, en menor proporción S y P. Su principal función es estructural al formar la mayor parte de todas las biomoléculas. Aunque estos son los elementos químicos mayoritarios en los seres vivos, sin embargo, no coinciden con los mayoritarios en la corteza terrestre. ¿Qué tienen de especial estos bioelementos para ser los mayoritarios en los seres vivos?

- Pueden unirse entre ellos con facilidad para formar las biomoléculas de los seres vivos. Lo consiguen formando enlaces covalentes estables por compartición de electrones entre sus orbitales de valencia. - Son de fácil adquisición por los seres vivos al estar presentes en moléculas tan abundantes como el agua, oxígeno, dióxido de carbono, nitratos, fosfatos, etc. De entre todos los elementos químicos destaca el carbono como el elemento esencial que forma la base estructural de las moléculas biológicas.

Esto se debe a sus propiedades físico-químicas de las que destacan las siguientes: - El hecho de poseer 4 electrones en su última capa le permite unirse hasta con 4 átomos o grupos funcionales diferentes, por lo que puede formar gran variedad de moléculas con propiedades diferentes. 1 - Los átomos de carbono pueden unirse entre ellos mediante enlaces sencillos, dobles o triples, formando largas cadenas lineales, ramificadas e, incluso cíclicas pudiendo formar moléculas grandes y complejas como glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. - Estabilidad y reactividad equilibradas.

Los enlaces C–C y C–H son suficientemente fuertes para dar estabilidad, pero no tan fuertes como para impedir reacciones químicas. Esto permite que las moléculas de carbono sean estables en condiciones ambientales, pero también que participen en reacciones metabólicas. Secundarios. Están presentes en todos los seres vivos, pero en mucha menor proporción, entre el 3 y el 0,1%. Se suelen presentar como iones desempeñando funciones de vital importancia en la fisiología celular.

En este grupo encontramos elementos como: - Potasio (K), sodio (Na) y cloro (Cl) mantienen el balance hídrico entre el interior y exterior de las células y son fundamentales para generar el potencial de membrana y la transmisión del impulso nervioso. - Calcio (Ca) que interviene en procesos metabólicos tan importantes como la contracción muscular, la coagulación sanguínea o la activación de enzimas. También forma parte de las sales que mineralizan el tejido óseo. - Magnesio (Mg) forma parte de la clorofila necesaria para el proceso de la fotosíntesis. Oligoelementos. Pertenecen a este grupo los elementos químicos que se presentan en proporción por debajo del 0,1%.

En contra de lo que se pueda pensar por su escasez, resultan imprescindibles, ya que su falta provoca enfermedades. A este grupo pertenecen elementos como: - Hierro (Fe) que forma parte de la hemoglobina para el transporte de O2 por la sangre. - Cobre (Cu) es un cofactor necesario para el funcionamiento de muchas enzimas y forma parte de la hemocianina pigmento respiratorio de muchos invertebrados. - Yodo (I) necesario para sintetizar las hormonas tiroideas. - Cobalto (Co) necesario para sintetizar la vitamina B12. 2 RELACIÓN DE LOS BIOELEMENTOS CON LA SALUD Las consecuencias de la ingesta inadecuada de bioelementos esenciales por exceso o defecto.

Los bioelementos esenciales son aquellos elementos químicos que los organismos vivos necesitan para llevar a cabo funciones vitales y mantener su salud. La ingesta inadecuada de estos bioelementos, ya sea por exceso o defecto, puede tener consecuencias significativas para la salud. Algunos ejemplos por exceso son: - Calcio (Ca): Un exceso de calcio puede conducir a la formación de cálculos renales y deposición de calcio en tejidos blandos. - Potasio (K): Niveles altos pueden afectar el ritmo cardíaco y causar problemas en el sistema nervioso. Algunos ejemplos por defecto: - Calcio (Ca): La deficiencia puede resultar en debilidad ósea, osteoporosis y trastornos del desarrollo en niños.

- Fósforo (P): La falta de fósforo puede afectar la formación de huesos y dientes, así como el metabolismo energético. - Potasio (K): La deficiencia puede llevar a trastornos neuromusculares y problemas cardiovasculares. - Hierro (Fe): La deficiencia de hierro es común y puede causar anemia, fatiga y disminución de la función cognitiva. Es importante destacar que las necesidades de bioelementos varían entre individuos y etapas de la vida, y una dieta equilibrada es esencial para prevenir deficiencias o excesos. 3 TEMA 2: BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS: EL AGUA Y SALES MINERALES. AGUA El agua es la sustancia más abundante de la materia viva.

Sin embargo, aunque su porcentaje es alto en todos los seres vivos varía de un organismo a otro e incluso entre los distintos tejidos y órganos de los individuos de una misma especie. Estructura. La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno unidos covalentemente a un átomo de oxígeno, adoptando una estructura con un ángulo de 104,5º. El oxígeno es un elemento químico muy electronegativo, lo que significa que ejerce una gran atracción sobre los electrones compartidos en los enlaces covalentes.

Como consecuencia, la densidad electrónica se desplaza hacia el oxígeno, generando en torno a él una carga parcial negativa (δ⁻), mientras que los hidrógenos adquieren una carga parcial positiva (δ⁺). Esto confiere a la molécula de agua un carácter de dipolo eléctrico. Esta polaridad permite que las moléculas de agua se unan entre sí mediante interacciones electrostáticas denominadas puentes de hidrógeno (o enlaces de hidrógeno).

Cada molécula de agua puede establecer hasta cuatro enlaces de hidrógeno con otras moléculas de agua, originando una red molecular altamente cohesionada, responsable de sus propiedades fisicoquímicas singulares, esenciales para el mantenimiento de la vida (alta tensión superficial, elevado calor específico, punto de ebullición anómalo, etc.). Propiedades físico-químicas y sus funciones biológicas. Como hemos dicho la elevada cohesión molecular del agua derivada de los enlaces de hidrógeno que forma entre sus moléculas hace que tenga unas propiedades físico-químicas que permiten a esta sustancia desempeñar importantes funciones en los seres vivos.

Las principales son: 1 PROPIEDADES FUNCIONES BIOLÓGICAS Alto calor específico: El agua Permite a los seres vivos mantener una absorbe o libera grandes temperatura interna constante, esencial cantidades de energía antes de para las reacciones biológicas. Función: que su temperatura cambie Termorregulación. significativamente. Alto calor de vaporización: Se Funciona como refrigerante térmico (por requiere mucha energía para que ejemplo, el sudor absorbe calor para el agua pase de líquido a gas. evaporarse). Función: Termorregulación. Bajo grado de ionización: Solo Estos iones intervienen en reacciones una pequeña fracción de orgánicas como la hidrólisis.

Función: moléculas se disocia en H⁺ y OH⁻. Metabólica Estos dipolos se pueden unir a - Disuelve compuestos iónicos y compuestos iónicos polares, facilitando transporte de y polares, sustancias. Función: Transportadora. convirtiendo al agua - Permite reacciones entre moléculas en un gran disueltas. Función: Metabólica.

disolvente Alta Convierte al agua en un líquido Las moléculas de polaridad: prácticamente incompresible que da forma agua se atraen entre Las a células, esqueleto hidrostático de sí generando una moléculas muchos animales invertebrados como la red molecular de de agua estrella de mar y formar parte de los gran cohesión forman líquidos que se presentan en las interna dipolos articulaciones. Función: Estructural. Los dipolos presentan gran Permite fenómenos como la capilaridad, capacidad de esencial para el ascenso de la savia en adhesión a plantas. Función: Transporte en superficies polares vegetales.

que junto con su gran cohesión Forma una capa termoprotectora en Menor densidad en estado ecosistemas acuáticos, evitando que ríos sólido que en líquido: El hielo y lagos se congelen en su totalidad, flota. manteniendo vida durante el frío. Función: Protección de ecosistemas acuáticos. Permite a algunos organismos Alta tensión superficial: desplazarse o vivir sobre la superficie del Cohesión en la superficie del agua agua (ejemplos los insectos zapateros o crea una “película” resistente. los nenúfares). Función: Adaptaciones ecológicas.

2 SALES MINERALES Las sales minerales son biomoléculas inorgánicas que pueden encontrarse en forma sólida formando precipitados o bien en disolución formando iones. En estado sólido. Son insolubles en agua y desempeñan funciones estructurales formando partes de tejidos u órganos que protegen o dan forma al organismo. Así tenemos por ejemplo el carbonato cálcico que forma parte de caparazones, conchas y el fosfato de calcio que forma parte de la matriz mineral de los tejidos óseos de los vertebrados. En estado disuelto. Se encuentran como iones y tienen funciones metabólicas en el interior de los seres vivos. Estas funciones pueden ser generales o específicas: - Funciones específicas.

Como ejemplos destacamos las siguientes funciones: • Ca2+ interviene en el proceso de la contracción muscular y la coagulación sanguínea. • Mg2+ es constituyente de las clorofilas necesarias para el proceso de la fotosíntesis. • Fe2+/Fe3+ los iones ferroso y férrico forman parte del grupo hemo de la hemoglobina y mioglobina encargadas del transporte del oxígeno. - Funciones generales. • Potencial de membrana. La desigual distribución de los iones de Na+, K+ y Cl-, a través de la membrana, hace que se encuentre polarizada, más positiva en el exterior y negativa en el interior. Las neuronas son capaces de alterar la polaridad y transmitirla a través de su membrana formando el impulso nervioso.

• Mantienen el grado de salinidad. De esta manera son las responsables de los procesos osmóticos (intercambios de agua entre el interior y exterior celular) y del volumen celular (dan forma y evitan los procesos de deshidratación). • Regulan el pH (el equilibrio ácido-base). Ósmosis. Es un tipo de difusión pasiva (sin gasto de energía) mediante el cual un disolvente pasa de la disolución más diluida (hipotónica) a la más concentrada (hipertónica) a través de una membrana semipermeable hasta igualar las concentraciones a ambos lados.

En las células el disolvente es el agua que pasa a través de la membrana celular, que es permeable para el agua e impermeable para las sales minerales, para igualar las concentraciones entre el exterior e interior celular. En condiciones normales celulares las concentraciones de solutos o sales son iguales a ambos lados de la membrana, se dice que son isotónicas. Se producen pequeñas corrientes de agua a 3 ambos lados de la membrana que permiten el transporte de sustancias permeables pero el trasvase neto de agua es nulo, por lo que el volumen celular no varía.

Cuando el medio extracelular es hipertónico con respecto al interior se produce una salida neta de agua al exterior perdiendo volumen la célula. En el caso de las células animales la célula se arruga debido a la pérdida de volumen proceso conocido como crenación. La célula pierde parte de sus funciones y si la pérdida de agua es grande y el proceso perdura en el tiempo conlleva a la muerte celular. En las células vegetales la pérdida de agua despega la membrana celular de la pared, proceso conocido como plasmólisis, que conlleva irremediablemente a la muerte celular.

Cuando el medio extracelular es hipotónico con respecto a su interior, que será por tanto hipertónico, se produce una entrada masiva de agua aumentando el volumen celular. En el caso de las células animales lleva a la turgencia celular, pero si las diferencias de concentración son muy grandes, puede llevar a la muerte al reventar la célula por la entrada masiva de agua al interior (lisis celular). La rotura de los glóbulos rojos de la sangre por este proceso se conoce como hemólisis.

En el caso de las células vegetales se produce la turgencia celular, es decir, la célula se hincha por la entrada de agua, pero no muere gracias a la presencia de su pared celular que resiste el efecto de la presión ejercida por el agua. Diálisis. Es una técnica que permite separar en una disolución los solutos de bajo peso molecular. Si el diámetro de los poros de la membrana semipermeable es lo suficientemente grande para dejar pasar solutos de bajo peso molecular, éstos pasarán atravesando la membrana desde la disolución más concentrada a la más diluida. Ejemplo. Introducimos una bolsa de diálisis con una mezcla de solutos de distintos tamaños en agua destilada.

Al cabo de un momento empieza a entrar agua en la bolsa, que se hincha, y al aumentar la presión salen los solutos de pequeño tamaño (son los únicos que pueden salir por el diámetro de la membrana). Sistemas tampón. Casi todos los procesos vitales se desarrollan a un pH próximo al neutro. Las bruscas variaciones de pH son incompatibles con la vida, ya que los organismos no soportan variaciones del pH mayores de unas décimas de unidad, debido a que afectan fundamentalmente a la estabilidad de las moléculas, provocando por ejemplo desnaturalización de proteínas y ácidos nucleicos.

Por esta razón a lo largo de la evolución los seres vivos han desarrollado los sistemas tampón para impedir las variaciones de pH en su medio interno. Estas sustancias están formadas por un ácido débil y su base conjugada que neutralizan la subida o bajada de protones, regulando el pH. 4 Los tampones más comunes en los seres vivos son el tampón fosfato en los medios celulares y el tampón bicarbonato en los extracelulares. Veamos como se regula el pH de la sangre. Su pH es de 7,4 gracias al tampón bicarbonato.

Si se liberan protones a la sangre (acidificación), el equilibrio de la reacción se desplaza hacia la derecha aumentando la concentración de ácido carbónico y su posterior descomposición en CO2, que se libera en los pulmones, y H2O. Si por el contrario aumenta el pH sanguíneo, el equilibrio se desplaza a la izquierda, el CO2 reacciona con el H2O, se forma ácido carbónico y éste se descompone en bicarbonato y protones que hacen baja el pH. RELACIÓN DE LOS BIOMOLÉCULAS CON LA SALUD Las consecuencias de la ingesta inadecuada de agua por exceso o defecto. Situación Déficit de agua (deshidratación) Exceso de agua (hiperhidratación) Consecuencias a corto plazo - Sed intensa.

- Sequedad de boca y mucosas. - Disminución de la sudoración y orina. - Mareos, dolor de cabeza, fatiga. - Náuseas, vómitos. - Calambres musculares. - Confusión y dolor de cabeza Consecuencias a largo plazo - Trastornos renales (cálculos, insuficiencia renal). - Alteraciones circulatorias (hipotensión, colapso). - Problemas digestivos (estreñimiento). - Deterioro cognitivo y disminución del rendimiento físico. - Edema cerebral (grave, potencialmente mortal). - Alteraciones cardiacas (arritmias por desequilibrio electrolítico). - Sobrecarga renal. 5 TEMA 3: GLÚCIDOS Definición.

Los glúcidos son compuestos orgánicos formados principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno, aunque algunos pueden contener también nitrógeno, azufre o fósforo. Reciben también el nombre de hidratos de carbono debido a que muchos de ellos responden a la fórmula general (CH₂O)ₙ, aunque los átomos de carbono no se encuentran realmente hidratados, como antiguamente se suponía. Desde un punto de vista químico, se definen como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. Realizan diversas funciones en los seres vivos, entre las que destaca su papel como fuente de energía, como la glucosa y el almidón, y función estructural, como la celulosa y la quitina. Clasificación. - Osas o monosocáridos.

Son los glúcidos más sencillos y los monómeros constituyentes de glúcidos más complejos. - Ósidos. Son aquellos que están formados por la polimerización de monosacáridos. Dentro de este grupo tenemos: • Holósidos. Aquellos formados exclusivamente por monosacáridos. Dentro de este grupo tenemos: § § Oligosacáridos. Son aquellos formados entre 2 y 10 restos de monosacáridos. Los más abundantes son los disacáridos (2 monosacáridos). Polisacáridos. Formados por aquellos que presenten más de 10 monosacáridos. Lo normal es que presenten de centenares a miles de unidades de monosacáridos. Dentro de este grupo destacamos: • • • Homopolisacáridos.

Formados por la misma unidad de monosacárido como la celulosa o el almidón. Heteropolisacáridos. Formados por la polimerización de distintas unidades de monosacáridos como por ejemplo la pectina de la pared celular de las células vegetales. Heterósidos. Formados por, además de glúcidos, de otros tipos de moléculas. Destacamos: § § Glucoproteínas. Formadas por la unión de un glúcido y de una proteína como por ejemplo las inmunoglobulinas. Glucolípidos. Formados por la unión de un glúcido y de un lípido como por ejemplo los cerebrósidos. 1 OSAS O MONOSACÁRIDOS Son los glúcidos más sencillos no hidrolizables.

Están formados como todos los glúcidos por C, H y O y responden a la fórmula general (CH2O)n donde n varía de 3 a 7. Son las unidades estructurales de todos los glúcidos. Químicamente son polialcoholes (múltiples grupos OH) con un grupo aldehído o un grupo cetona. Clasificación. Se pueden realizar diferentes clasificaciones según el criterio utilizado. - Según el número de átomos de carbono que presenten se clasifican en: • • • • • Triosas si tienen 3. Tetrosas si tienen 4. Pentosas si presentan 5. Hexosas si tienen 6. Heptosas si presentan 7. - Según el grupo funcional que presenten se clasifican en: • • Aldosas si presentan el grupo aldehído. Cetosas si presentan el grupo cetona.

2 Propiedades. Son sólidos, cristalizables, solubles en agua y de sabor que también reciben el nombre de azúcares (atención que no todos los son azúcares). Además, presentan: dulce por lo glúcidos - Poder reductor. Su poder reductor se localiza en el grupo carbonilo que puede ser aldehído o cetona (siempre que estén libres el glúcido va a tener poder reductor). - Isomería. Se dice que dos moléculas son isómeras cuando teniendo la misma fórmula molecular presentan diferentes propiedades. Existen distintos tipos de isomería: - De función. Cuando las moléculas teniendo la misma fórmula molecular tienen grupos funcionales diferentes. - Estereoisomería.

Es aquella que presentan las moléculas que teniendo la misma fórmula molecular se diferencian en la posición de sus átomos en el espacio, en concreto los grupos OH de los carbonos asimétricos. Un carbono es asimétrico cuando presenta los cuatro radicales distintos, es decir, cuando tiene un átomo, ión o grupo diferente para cada uno de sus enlaces. Todos los monosacáridos presentan estereoisómeros menos la dihidroxiacetona porque no presenta ningún carbono asimétrico. Epímeros. Son aquellos estereoisómeros que se diferencian sólo en la posición de un OH. Enantiómeros. Son aquellos que se diferencian en la posición de todos los OH de todos sus carbonos asimétricos.

Los enantiómeros se parecen extraordinariamente al ser imágenes especulares (como la imagen que se proyecta en un espejo). ¿Cómo podemos diferenciarlos? Se dice que un monosacárido pertenece a la familia D cuando su último carbono asimétrico presenta el OH a la derecha y su enantiómero será L al presentar su carbono asimétrico a la izquierda. 3 - Actividad óptica. Los monosacáridos en disolución son capaces de desviar la luz polarizada por presentar carbonos asimétricos (los estereoisómeros siempre tienen actividad óptica). Los monosacáridos que desvían la luz polarizada a la derecha son dextrógiros y los que desvían dicha luz a la izquierda levógiros.

El desviar la luz a la derecha o a la izquierda es independiente si los monosacáridos son D o L. Estructura. Los monosacáridos presentan una estructura lineal que se representa con la proyección de Fischer, donde los átomos de la molécula se sitúan en un mismo plano y los carbonos presentan los enlaces formando ángulos de 90 grados y el grupo carbonilo (aldehído o cetona) al principio de la cadena.

En disolución acuosa, las aldopentosas y las hexosas adoptan una estructura cíclica mediante la formación de un enlace entre el grupo carbonilo y el OH del carbono asimétrico más alejado del grupo funcional, llamado hemiacetálico si es con el grupo aldehído y hemicetálico si se produce con el grupo cetona. Para su representación se utiliza la llamada proyección de Haworth. Al formarse la estructura cíclica el carbono del grupo carbonilo que era simétrico se convierte en asimétrico y se llama ahora carbono anomérico. Si los OH caen hacia abajo el enlace reciben el nombre de a y si se dirige hacia arriba b.

Los anillos formados por el proceso de ciclación pueden ser hexagonales (anillo de pirano) y los monosacáridos que los presentan reciben el nombre de piranosas o pentagonales (anillo de furano) y los monosacáridos que los presentan se nombran como furanosas. Importancia biológica de los monosacáridos. Los monosacáridos, desde un punto de vista general, son importantes porque son los monómeros constituyentes de todos los glúcidos. Las principales propiedades de algunos monosacáridos particulares son: • Triosas. El gliceraldehido y la dihidroxiacetona son intermediarios de importantes rutas metabólicas como la glucólisis (función metabólica). 4 • • Pentosas.

La ribosa es un componente estructural de los nucleótidos que forman los ARN y la desoxirribosa del ADN (función estructural). La ribulosa 1,5 bifosfato es la molécula que fija el CO2 en el ciclo de Calvin de la fotosíntesis (función metabólica). Hexosas. La glucosa es la molécula energética más utilizada por las células (función energética). Fórmulas de los principales monosacáridos 5 DISACÁRIDOS Resultan de la unión de dos monosacáridos mediante un enlace O-glucosídico. Enlace O-glucosídico. Es el enlace que une a los monosacáridos. Es un enlace covalente que se establece entre el OH del carbono anomérico de un monosacárido y el OH de otro monosacárido liberándose una molécula de agua.

Es una reacción de condensación (la reacción inversa, romper un enlace covalente utilizando una molécula de agua, recibe el nombre de hidrólisis). Este enlace puede ser monocarbonílico, si interviene en el enlace el OH de un solo carbono anomérico, o dicarbonílico si intervienen los OH de los dos carbonos anoméricos. Además, el enlace puede ser a o b dependiendo si la configuración del carbono anomérico que participa en el enlace es a o b (en el caso que sean los dos será a y b). Para terminar de caracterizar el enlace se indica el número de los carbonos cuyos OH intervienen en el enlace.

Así si reaccionan el OH del carbono del primer monosacárido y el OH del cuarto carbono del segundo se pondrá 1® 4. Propiedades. Son sólidos, cristalinos, solubles en agua y de sabor dulce. Casi todos tienen poder reductor excepto los dicarbonílicos ya que sus dos grupos funcionales (que son los que se pueden oxidar) intervienen en el enlace. Tipos. Los principales son: Maltosa. Es el azúcar de malta y producto de digestión común de almidón y glucógeno por acción de la enzima amilasa presente en la saliva y en los jugos intestinales. Está formada por dos moléculas de a-D glucosa unidas por enlace a 1® 4. Presenta poder reductor. Lactosa. Es el azúcar de la leche.

Está formada por una molécula de b D galactosa unida por enlace b 1® 4 a una molécula de a-D glucosa. Presenta poder reductor. 6 Sacarosa. Es el azúcar de la fruta y el que se utiliza de consumo habitual. Está formada por la unión de una molécula de a-D glucosa unida mediante enlace a 1® 2 a una molécula de b D fructosa. No tiene poder reductor por intervenir en el enlace los OH de los dos carbonos anoméricos. POLISACÁRIDOS. Están formados por muchas moléculas de monosacáridos unidas por enlaces O-glucosídicos (normalmente miles). Los enlaces que unen a los polisacáridos pueden ser a o b y van a determinar claramente sus funciones.

Si los enlaces son de tipo a, como son fáciles de formar y destruir, los polisacáridos que los presenten van a tener función de reserva de energía (por ejemplo, el exceso de glucosa en sangre provoca que la glucosa se integre al glucógeno mediante enlaces a como reserva de glucosas y si, por el contrario, el nivel de glucosa disminuye en sangre, los enlaces a se hidrolizan para liberar glucosas). Por el contrario, si los enlaces presentes en el polisacárido son de tipo b, que son muy estables y difíciles de romper, tendrá dicho polisacárido una función estructural o de sostén de las estructuras de las que forme parte.

Como ejemplo tipo tenemos la celulosa que el primer polisacárido que vamos a ver a continuación. Entre sus propiedades destacan su elevado peso molecular, no ser cristalizables, no tener sabor dulce y sin poder reductor. Homopolisacáridos estructurales. Presentan enlaces de tipo b que les da su gran resistencia. Los principales son: Celulosa. Es un homopolisacárido formado por miles de moléculas de b-D glucosa unidas por enlaces b 1®4 formando cadenas paralelas sin ramificar.

Estas cadenas presentan una gran estabilidad debido a los enlaces b y a los puentes de hidrógeno intra e intercatenarios que se forman entre los monosacáridos contiguos de la misma cadena y los que se forman entre las cadenas paralelas que convierten a la celulosa en un polímero muy compacto insoluble en agua. De 60 a 70 cadenas de celulosa se unen para formar una micela. Cuando se unen de 20 a 30 micelas se forma una microfibrilla y miles de microfibrillas se unen para formar una fibra de celulosa, componente estructural fundamental de las paredes de las células vegetales.

Los animales no tienen enzimas capaces de hidrolizar el enlace b de la celulosa y todos los alimentos ricos en fibra (ricos en celulosa) no son digeribles por ellos y son expulsados con las heces. Sin embargo, la fibra es parte fundamental de la dieta porque al absorber agua sirve para aumentar lo movilidad intestinal y facilitan la evacuación de las heces. Los animales herbívoros y 7 algunos insectos como las termitas presentan en su aparato digestivo una flora intestinal bacteriana que si presentan las enzimas capaces de hidrolizar los enlaces b y es la razón por la cual estos animales son capaces de digerir la celulosa. Quitina.

Es un homopolisacárido estructural formando por moléculas de N acetil b-Dglucosamina unidas por enlaces b 1® 4. Forma parte de la pared celular de los hongos y el exoesqueleto de los artrópodos. Su estructura es similar a la de la celulosa, es decir, cadenas lineales sin ramificar. Homopolisacáridos de reserva. Presentan enlaces de tipo a que se forman y se destruyen con cierta facilidad. Los principales son los siguientes: Almidón. Polisacárido de reserva de energía en las células vegetales. Está formado por moléculas de a-D-glucosa unidas por enlaces a 1® 4. Existen dos tipos de moléculas de almidón: • • Amilosa. Representa el 30% de todo el almidón.

Forman cadenas lineales de moléculas a-D-glucosa unidas por enlaces a 1® 4 sin ramificar, pero formando una estructura helicoidal de 6 monómeros por vuelta de hélice. Amilopectina. Representa el 70% de todo el almidón. Forman cadenas lineales de moléculas a-D-glucosa a 1® 4 con ramificaciones a 1® 6 cada 25 ó 30 moléculas. Se forman por el proceso de la fotosíntesis y se acumula en los amiloplastos. La amilasas digestivas hidrolizan los enlaces a 1® 4 liberando restos de glucosa y de maltosa. Glucógeno. Polisacárido de reserva de energía en las células animales.

Está formado por cadenas de a-D-glucosa unidas por enlaces a 1® 4 con ramificaciones a 1® 6 cada 8 ó 12 moléculas (presentan una estructura similar a la amilopectina pero con más ramificaciones). El nivel de glucosa en sangre en el ser humano es constante, aproximadamente 0,9 g/l. Después de comer los niveles de glucosa aumentan en sangre y el “exceso” de glucosa se transforma en glucógeno que se acumula en los músculos esqueléticos y en el hígado. La cantidad de glucógeno viene a ser de aproximadamente 500 gramos entre los dos órganos.

Cuando los niveles de glucosa disminuyen en sangre el glucógeno del hígado se hidroliza liberando restos de glucosa para cubrir las necesidades energéticas de las células. En el caso de ejercicios físicos de una cierta intensidad se hidroliza en los músculos esqueléticos para ser utilizados por éstos. 8 Los principales almacenes de energía en los animales son almacenes de grasas en lugar de glucógeno a pesar de ser más fácil de movilizar que las grasas, ¿por qué? HETEROpolisacáridos. Entre los principales destacamos: Hemicelulosa. Forma parte de la matriz de la pared celular de los vegetales. Mureína.

Componente principal del peptidoglicano de la pared celular de las bacterias que gracias a sus enlaces de tipo b dan la rigidez característica de estas estructuras. Glicosaminoglicanos. Son de origen animal. Se caracterizan por su aspecto viscoso, su variada composición y muchos se encuentran formando parte de las sustancias intercelulares de los tejidos conectivos. Uno de los principales es el ácido hialurónico. Se encuentra en los tejidos conjuntivos, en el líquido sinovial y del humor vítreo del ojo dando viscosidad al medio. HETERÓSIDOS. Están formados por una parte glucídica más otra que no lo es y que recibe el nombre de aglucón.

Entre ellos destacan los glucolípidos y las glucoproteínas. Glucolípidos. La parte no glucídica es un lípido. Como ejemplo tenemos aquellos que forman parte de las membranas biológicas y su función por tanto es estructural. Glucoproteínas. El aglucón es una proteína. Existen una gran variedad de estas moléculas con distintas funciones. Como ejemplo característico tenemos los que forman parte de las membranas celulares con función estructural. CONSECUENCIAS PARA LA SALUD DE UNA INGESTA INAPROPIADA DE GLÚCIDOS Situación Consecuencias a corto plazo Ingesta - Hipoglucemia: DEFICIENTE mareos, fatiga, debilidad, desmayo. - Bajo rendimiento físico y mental (el cerebro se queda sin glucosa).

- Uso de grasas y proteínas como combustible (cetosis). Ingesta - Hiperglucemia EXCESIVA (subida de glucosa en sangre). - Somnolencia y cansancio tras comidas abundantes en azúcares simples. Consecuencias a largo plazo - Pérdida de masa muscular por degradación de proteínas. - Acidosis metabólica por exceso de cuerpos cetónicos. - Estreñimiento y alteraciones digestivas por falta de fibra. - Retraso en el crecimiento (niños/adolescentes). - Aumento de peso y obesidad. - Mayor riesgo de diabetes tipo 2 y resistencia a la insulina. - Enfermedades cardiovasculares (colesterol y triglicéridos altos). - Caries dental. 9 TEMA 4: LÍPIDOS.

INTRODUCCIÓN Los lípidos son compuestos orgánicos muy heterogéneos tanto del punto de vista estructural como funcional. Están compuestos por carbono, hidrógeno y oxígeno y, a veces, por nitrógeno, fósforo y azufre. Su composición es, por tanto, muy parecida a la de los glúcidos salvo que el porcentaje de oxígeno que presentan es mucho menor. Por tanto, para caracterizar a los lípidos tenemos que tener en cuenta sus propiedades físicas que cumplen prácticamente todos en su gran mayoría: - Presentan una baja densidad. - Son untuosos al tacto. - Son insolubles en agua, pero solubles en disolventes orgánicos como éter o cloroformo.

FUNCIONES Presentan una gran variedad de funciones: - Reserva de energía. Constituyen una importante reserva de energía sobre todo en animales ya que se almacenan con facilidad, presentan baja densidad (lo que permite poder llevar grandes cantidades sin elevar excesivamente el peso del animal) y producen el doble de energía que los glúcidos y las proteínas. - Estructural. Constituyen la base de las membranas biológicas. - Aislantes térmicos en los animales. - Muchos son vitaminas y hormonas.

ÁCIDOS GRASOS Son ácidos orgánicos de cadena larga alifática (abierta), hidrocarbonada con un grupo carboxilo respondiendo a la fórmula general CH3-(CH2)n-COOH donde n, generalmente siempre es par y varía de 10 a 22 átomos de carbono. Se clasifican según presenten o no dobles enlaces entre los carbonos. Así tenemos: - Ácidos grasos saturados. Son aquellos que no presentan dobles enlaces en su cadena. Son de origen animal y suelen ser sólidos a temperatura ambiente. Un ejemplo es el palmítico de 16 átomos de carbono. - Ácidos grasos insaturados. Son aquellos que presentan dobles enlaces en su cadena.

Si presentan uno reciben el nombre de monoinsaturados y si presentan más de uno poliinsaturados. Un ejemplo es el ácido graso monoinsaturado oleico de 18 átomos de carbono. Propiedades. Presentan las siguientes propiedades: - Son sustancias insolubles en agua debido a su larga cadena hidrocarbonada. No obstante, la presencia del grupo carboxilo la convierten en moléculas anfipáticas, es decir, presentan una parte polar con carácter hidrófilo (capacidad de unirse al agua) y una apolar con carácter hidrófobo (que no se une con el agua). - Su punto de fusión suele ser bajo y disminuye tanto al disminuir la longitud de sus cadenas como al aumentar el grado de insaturación.

1 - Experimentan reacciones de esterificación cuando se unen a alcoholes mediante una reacción de condensación (pérdida de una molécula de agua) al reaccionar el OH del grupo carboxilo con el OH del alcohol formando el enlace éster –O–. - Experimentan reacciones de saponificación cuando se someten a una hidrólisis alcalina con una base fuerte como el HONa o el OHK formando sales de ácidos grasos que forman los jabones. ¿Por qué limpian los jabones? Las manchas suelen tener un componente graso difícil de limpiar al ser insolubles en agua. Para limpiarlas se utiliza jabón que hace disolverlas. Esto se debe al carácter anfipático de las sales de ácidos grasos.

Sus colas hidrófobas se unen a las manchas, quedando sus cabezas hidrófilas en el exterior, uniéndose a las moléculas de agua permitiendo su disolución CLASIFICACIÓN Una clasificación de los lípidos se puede hacer en función de la presencia o no de ácidos grasos en su estructura. Así tenemos: - Lípidos saponificables. Son aquellos que presentan ácidos grasos en su estructura y por tanto pueden formar jabones. Los lípidos saponificables de origen animal suelen presentar ácidos de tipo saturado mientras que los de origen vegetal presentan ácidos grasos insaturados. A este grupo pertenecen los acilglicéridos, las ceras, los fosfoglicéridos y los esfingolípidos - Lípidos insaponificables.

No presentan ácidos grasos en su estructura y no pueden formar jabones. A este grupo pertenecen los terpenos, los esteroides y los eicosanoides. LÍPIDOS SAPONIFICABLES Aquellos que pueden formar jabones por presentar ácidos grasos en su estructura. Acilglicéridos. Son aquellos que están formados por la molécula de glicerina esterificada con uno, dos o tres ácidos grasos. Cuando están formadas por un ácido graso se llaman monoacilglicéridos, con dos moléculas reciben el nombre de diacilglicéridos y cuando presentan tres, triacilglicéridos. Éstos últimos son los más abundantes y reciben también el nombre de grasas.

La descomposición química de las grasas se lleva a cabo mediante la reacción de hidrólisis que se puede lleva a cabo de dos formas: 2 • • Enzimática. Las enzimas lipasas presentes en el jugo pancreático rompen los enlaces éster rindiendo glicerina y ácidos grasos. Química. Experimentan reacciones de saponificación cuando se unen a bases fuertes como el hidróxido potásico o sódico. Las grasas, a temperatura ambiente, pueden ser: • • Líquidas. Son de origen vegetal y presentan ácidos grasos de tipo insaturado. Son los aceites. Sólidas. Son triacilglicéridos de origen animal y presentan ácidos grasos de tipo saturado. Son los sebos y las mantecas.

Las grasas presentan las siguientes funciones: • • Como fuente y reserva de energía. Al producir más energía que los glúcidos y las proteínas se puede almacenar más energía con menor masa y además al ser insolubles en agua y tener poca densidad hacen que las reservas de energía sean máximas con el menor peso posible lo que facilita la movilidad de los animales. Aislamiento térmico y protección mecánica. Los animales de climas fríos presentan bajo la piel una gruesa capa de grasa que los aíslan de las bajas temperaturas. Además todos los órganos vitales están recubiertos de una capa de grasa que los amortigua de posibles daños. Ceras.

Se forman al esterificarse un ácido graso de cadena larga con un monoalcohol también de cadena larga. Se caracterizan porque son sólidos y altamente hidrófobos por lo que los seres vivos los suelen utilizar como impermeabilizante. Así las aves acuáticas sus plumas están recubiertas de cera para permanecer siempre secas y la cutícula del tejido epitelial de las plantas presentan una cubierta de cera para evitar la evapotranspiración y, por tanto, la pérdida de agua. Fosfoglicéridos.

Están formados por una molécula de glicerina esterificada en el carbono 1 por un ácido graso saturado, en el carbono 2 por un ácido graso insaturado y en el carbono 3 por un ácido fosfórico al que se une una molécula polar que suele ser un aminoalcohol. En la estructura de un fosfolípido podemos apreciar una cabeza polar hidrófila formada por el ácido fosfórico y el grupo polar y dos colas apolares constituidas por los ácidos grasos. 3 En cuanto a sus propiedades son moléculas muy anfipáticas con una cabeza polar hidrófila que corresponde al ácido fosfórico y al aminoalcohol y una parte apolar e hidrófoba que se corresponde con las dos colas de ácidos grasos.

Esto hace que en disolución formen bicapas y micelas, con las cabezas hacia fuera en contacto con el agua y las colas enfrentadas evitando el contacto con el agua. Esta propiedad convierte a los fosfolípidos en la base estructural de las membranas biológicas teniendo, por tanto, una función estructural en los sistemas biológicos. Esfingolípidos. Son semejantes a los fosfoglicéridos tanto estructural como funcionalmente, formando junto a ellos los fosfolípidos. Son sustancias anfipáticas y, cuando se encuentran en medios acuosos se disponen formando bicapas.

Están presentes formando parte de la estructura de todas las membranas celulares pero especialmente abundantes en las células que forman parte de los tejidos del sistema nervioso. Desde un punto de vista químico están formados por un aminoalcohol de cadena larga que generalmente es la esfingosina, un ácido graso de cadena larga (estos dos unidos forman las dos colas hidrófobas) y un grupo de carácter polar de distinta naturaleza. Su estructura quedaría de la siguiente forma: Según la naturaleza química de la cabeza polar tenemos los siguientes tipos: • • Esfingomielinas. Su cabeza polar es un ácido fosfórico. Glicoesfingolípidos.

Su cabeza polar es un glúcido que puede ser un monosacárido (cerebrósido) o un oligosacárido (gangliósido). 4 LÍPIDOS INSAPONIFICABLES Son aquellos que no forman jabones al carecer de ácidos grasos en su estructura. Los principales son los terpenos, esteroides y los eicosanoides. Terpenos. Se denominan también isoprenoides al derivar de la polimerización del isopreno dando lugar a estructuras lineales o cíclicas. Suelen presentar una gran cantidad de dobles enlaces y son abundantes en los vegetales. Según el número de moléculas de isopreno se clasifican en: • • • • • Monoterpenos (formados por dos moléculas de isopreno). Suelen ser moléculas volátiles y aromáticas.

Sus esencias se utilizan en la industria de la perfumería. Como ejemplos tenemos el geraniol (del geranio) y el mentol (de la menta) Diterpenos (formados por dos moléculas de terpeno). Un terpeno importante es el fitol, que forma parte de la clorofila y otros van a ser vitaminas como la A, que interviene en el proceso fisiológico de la visión y es un poderoso antioxidante). Triterpenos (presentan 3 terpenos). Como ejemplo tenemos el escualeno que es un intermediario en el metabolismo de la biosíntesis del colesterol. Tetraterpenos (presentan 4 terpenos o lo que es lo mismo 8 isoprenos).

Reciben también el nombre de carotenoides, pigmentos fotosintéticos que intervienen en la fase luminosa de la fotosíntesis capturando fotones de distintas longitudes de onda. Dentro de estos pigmentos destacan las xantofilas (color amarillo), los betacarotenos (color anaranjado) y el licopeno (color rojo) Politerpenos (miles de unidades de isopreno). Dentro de este grupo se encuentra el caucho. Esteroides. Son derivados del anillo del esterano o ciclopentanoperhidrofenantreno. En función de los sustituyentes en los carbonos o la localización de los dobles enlaces, tenemos los siguientes grupos: Esteroles. En el carbono número 3 tiene un OH y en el 17 una larga cadena carbonada.

Es una molécula ligeramente anfipática por presentar el OH en el carbono nº 3. Dentro de este grupo tenemos: • Colesterol. Se encuentra en las células animales formando parte de las membranas o en el plasma sanguíneo formando lipoproteínas transportadoras. Podemos encontrar 2 tipos de lipoproteínas.

Las LDL (lipoproteínas de baja densidad) que transportan colesterol 5 • desde el hígado a las células del organismo (las células del organismos presentan receptores para estas lipoproteínas pero si las células no necesitan más cantidad estos receptores desaparecen y las LDL siguen dando vueltas por el plasma sanguíneo terminando por acumularse en los vasos sanguíneos formando las placas de ateroma) y las HDL (lipoproteínas de alta densidad) que son los transportadores que retiran el colesterol del plasma sanguíneo hasta el hígado (es lo que se conoce como colesterol bueno.

Se trata de una molécula importante y necesaria que tiene una importante función estructural al formar parte de las membranas celulares. Dan la rigidez necesaria para su correcto funcionamiento. Vitamina D. Favorece la absorción de calcio y fósforo en el intestino. La fuente de esta vitamina puede ser exógena con la dieta o endógena (es una de las pocas vitaminas que podemos fabricar) sintetizándose en la piel a partir de colesterol gracias a los rayos ultravioletas que inciden en ella. Hormonas esteroideas. Tenemos las siguientes: • • Hormonas sexuales.

Están producidas por los órganos sexuales primarios, que en los hombres son los testículos, que producen testosterona y en las mujeres son los ovarios que producen estrógenos y progesterona. Son los responsables de los caracteres sexuales secundarios y en las mujeres además regulan el ciclo ovárico. Hormonas de la corteza de las glándulas suprarrenales. Son la aldosterona que regula la concentración de minerales en sangre favoreciendo su reabsorción en los riñones, y el cortisol que en situaciones de estrés movilizan los glúcidos, lípidos y proteínas de reserva necesarios para la reconstrucción celular en las zonas dañadas. Ácidos biliares.

El hígado produce la bilis rica en ácidos biliares que gracias a su carácter anfipático actuarían como los detergentes produciendo la emulsión de las grasas acelerando su proceso de digestión por las lipasas. Eicosanoides. Se forman a partir de ácidos grasos poliinsaturados. Los más importantes son las prostaglandinas. Unos de los más importantes son las prostaglandinas, que son derivados del ácido araquidónico 6 Realizan funciones reguladoras en muchos tejidos, donde ejercen una acción local. Las principales funciones de los eicosanoides son: • Regulan el flujo sanguíneo. • Controlan contracción del músculo liso durante el parto o la mestruación.

• Regulan los procesos inflamatorios en infecciones y heridas. • Regulan la coagulación sanguínea CONSECUENCIAS PARA LA SALUD DE UNA INGESTA INADECUADA DE LÍPIDOS Situación Déficit de lípidos Consecuencias a corto Consecuencias a largo plazo plazo - Falta de energía (los lípidos - Déficit de vitaminas aportan >30% de la energía liposolubles (A, D, E, K) → total). problemas de visión, coagulación, huesos y - Sensación de cansancio y antioxidantes. debilidad. - Alteraciones en piel y mucosas (sequedad, descamación). - Retraso en el crecimiento y desarrollo en niños. - Alteración de la regulación hormonal (las hormonas esteroideas derivan del colesterol).

Exceso de lípidos - Malestar digestivo - Obesidad y sobrepeso. (náuseas, digestiones - Enfermedades pesadas, diarrea por cardiovasculares exceso de grasas). (aterosclerosis, infartos, ictus) por exceso de grasas saturadas y colesterol. - Riesgo de diabetes tipo 2 (resistencia a la insulina). - Enfermedades hepáticas (hígado graso no alcohólico). - Algunos tipos de cáncer relacionados con la dieta rica en grasas. 7