Monosacáridos

Propiedades de los Monosacáridos

• Poder reductor: Los que tienen un grupo aldehído son reductores debido a la presencia de carbono carbonílico que se oxida a ácido carboxílico.
• Isomería: Compuestos que tienen la misma fórmula debido al carbono carbonílico.
• Carbono asimétrico: Carbono unido a cuatro radicales diferentes. Presente en todos los monosacáridos, excepto en la dihidroxiacetona.
• Serie D: Cuando los monosacáridos tienen más de un carbono asimétrico (se da en la naturaleza).
• Serie L: Presentan el último carbono asimétrico con el grupo OH a la derecha.

Importancia de los Monosacáridos

• Como monómeros constituyentes de todos los glúcidos.
• Libres, actuando como nutrientes para que la célula pueda obtener energía.
• Como intermediarios en el metabolismo energético celular.

Principales Tipos de Monosacáridos

• Triosas: El gliceraldehído y la dihidroxiacetona, que participan en el metabolismo de la glucosa y de las grasas. No forman estructuras cíclicas.
• Pentosas: No se encuentran libres en la naturaleza; forman parte de otros compuestos (polisacáridos). Pueden ser ribosa o ribulosa.
• Hexosas: Monosacáridos más abundantes en la naturaleza. Son glucosa, galactosa, manosa y fructosa.

Derivados de Monosacáridos

• Reducción: Desoxiazúcares.
• Oxidación: Azúcares ácidos.
• Sustitución: Aminoazúcares.

Disacáridos

• Maltosa: Se obtiene por hidrólisis del almidón y del glucógeno. Formada por la unión de dos moléculas de α-D-glucopiranosa. Posee carácter reductor.
• Lactosa: Presente en la leche de los mamíferos. Formada por β-D-galactosa y β-D-glucosa unidas mediante un enlace β(1→4).
• Sacarosa: Presente en la caña de azúcar y la remolacha azucarera. Es la reserva glúcida de las plantas y se encuentra en el néctar. Formada por la unión de α-D-glucopiranosa y β-D-fructofuranosa.

Homopolisacáridos

Función de Reserva

• Almidón: Glúcido principal para la dieta humana y reserva energética de las plantas. No es soluble y ayuda a mantener la presión osmótica. Formado por dos polímeros: amilosa y amilopectina.
• Glucógeno: Reserva energética de los animales, proporciona la energía que necesitan. Se almacena en el hígado y en el tejido muscular.

Función Estructural

• Celulosa: Componente principal de las paredes celulares de las células vegetales. Formada por glucosas conectadas por enlaces β(1→4). Contribuye al buen funcionamiento del aparato digestivo.
• Quitina: Polímero de N-acetilglucosamina. Forma parte del exoesqueleto de los artrópodos y de las paredes celulares de los hongos.

Heteropolisacáridos

• Hemicelulosas: Formadas por glucosa, galactosa y fucosa. Presentes en la pared celular de las células vegetales.
• Pectinas: Componentes de la pared celular de las células vegetales, formando la lámina media.
• Agar-agar: Polímero de D y L galactosa que se encuentra en las algas rojas.

Mucopolisacáridos

• Ácido hialurónico: Sustancia intercelular del tejido conjuntivo.
• Condroitina: Parte de los huesos, cartílagos, córnea y tejido conjuntivo.
• Heparina: Presente en pulmón, hígado y piel. Actúa como anticoagulante.

Heterósidos

• Glicolípidos: Componentes de la membrana externa de bacterias.
• Glicoproteínas: Presentes en vías respiratorias, leche, membrana celular y paredes bacterianas.

Lípidos

Biomoléculas formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno.

Funciones de los Lípidos

• Reserva energética.
• Aislante térmico.
• Protección de órganos.
• Componente estructural de la membrana biológica.

Clasificación de Lípidos

• Lípidos saponificables: Contienen ácidos grasos y pueden formar jabón mediante saponificación.
• Lípidos insaponificables: No contienen ácidos grasos y no pueden formar jabón.

Ácidos Grasos

• Ácido graso: Ácidos orgánicos monocarboxílicos con una cadena hidrocarbonada lineal y un grupo carboxilo terminal, lo que les confiere un carácter ácido.
• Ácido graso saturado: No presentan dobles enlaces entre los carbonos de la cadena hidrocarbonada. Tienen una temperatura de fusión elevada y son sólidos a temperatura ambiente (ejemplos: palmítico, esteárico).
• Ácido graso insaturado: Presentan uno o varios dobles enlaces entre los carbonos de la cadena hidrocarbonada. Tienen una temperatura de fusión más baja que los ácidos grasos saturados. Según el número de insaturaciones, pueden ser:
  • Monoinsaturados: Con un doble enlace (ejemplo: oleico).
  • Poliinsaturados: Con varios dobles enlaces (ejemplos: linoleico, linolénico, araquidónico). Estos son necesarios para los mamíferos, pero no pueden ser sintetizados por el organismo, por lo que deben ser ingeridos en la dieta; son los ácidos grasos esenciales.
• Anfipático: Moléculas en las que se diferencian dos zonas: una polar hidrófila (grupo carboxílico) y otra apolar hidrófoba (cadena hidrocarbonada).

Acilglicéridos (Glicéridos)

• Ésteres de ácidos grasos y glicerina. Según el número de ácidos grasos, se clasifican en: monoacilglicéridos, diacilglicéridos o triacilglicéridos.
• Sus funciones incluyen aislamiento térmico, reserva energética y protección.

Triglicéridos

• Se esterifican tres moléculas de ácidos grasos con una de glicerina.

Tipos de Hidrólisis de Triglicéridos

• Hidrólisis enzimática: Catalizada por enzimas (lipasas) presentes en los jugos digestivos. Estas rompen los enlaces éster del triglicérido, obteniéndose tres ácidos grasos y una glicerina. Ocurre en el tubo digestivo de animales y sirve para digerir grasas.
• Hidrólisis química (Saponificación en caliente): El triglicérido reacciona con una base, rompiéndose los enlaces éster y formándose tres moléculas de sales sódicas o potásicas de los ácidos grasos, liberándose una glicerina. Se forman sales (jabones).

Otros Lípidos

• Céridos: Se forman al esterificarse un ácido graso de cadena larga con un monoalcohol de cadena larga. Son sólidos e insolubles en agua (debido a sus extremos hidrófobos). Su función es impermeabilizante y protectora en animales y vegetales.
• Fosfolípidos: Lípidos que contienen ácido fosfórico en su molécula. Están formados por uno o dos ácidos grasos, un alcohol, una molécula de ácido fosfórico y un compuesto polar. Sus funciones incluyen formar parte de la membrana celular, activar enzimas y regular el colesterol, entre otras.
• Glicolípidos: Contienen uno o más glúcidos (monosacáridos u oligosacáridos). Su función es proteger la membrana y proporcionar aislamiento.
• Terpenos: Se forman por la unión de dos o más unidades de isopreno. Son abundantes en los vegetales y participan en la fotosíntesis.
• Esteroides: Lípidos derivados del ciclopentanoperhidrofenantreno. Sus funciones incluyen el control del metabolismo y la inmunología.
• Prostaglandinas: Producidas por casi todos los tejidos, derivan de la ciclación de ácidos grasos poliinsaturados. Sus funciones son regular actividades metabólicas, estimular la contracción de la musculatura lisa, la producción de moco y activar la respuesta inflamatoria.

Proteínas y Acción Enzimática

Aminoácidos

• Monómeros que constituyen los péptidos y las proteínas. Se clasifican según las características de sus cadenas laterales (aminoácidos neutros apolares, neutros polares, ácidos, básicos). Los que forman las proteínas de los seres vivos son de la serie L.
• Aminoácido esencial: Aquel que debe ser ingerido en la dieta, ya que el ser humano no es capaz de sintetizarlo.
• Anfótero: Los aminoácidos son sustancias anfóteras; en disolución acuosa, pueden comportarse como ácidos o como bases, dependiendo del pH de la disolución. Esto se debe a la presencia de los grupos carboxilo y amino.

Estructura de las Proteínas

Las proteínas adoptan una configuración espacial de la que dependen sus funciones. Se distinguen cuatro niveles estructurales: estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.

Propiedades y Funciones de las Proteínas

• Propiedades: Dependen de la naturaleza de los aminoácidos que las forman. Incluyen comportamiento químico, solubilidad, especificidad y desnaturalización.
• Funciones: Estructural, reserva, transporte, homeostática, defensiva-protectora, hormonal, contráctil y catalizadora.

Clasificación de Proteínas

• Heteroproteínas: Tienen en su composición otros compuestos de naturaleza no proteica (grupo prostético).
  • Glicoproteínas: El grupo prostético es un glúcido unido con enlaces covalentes a las cadenas polipeptídicas. Sus funciones incluyen coagulación, inmunoglobulinas y gonadotropinas.
  • Lipoproteínas: El grupo prostético es un lípido. Están presentes en el plasma.
• Holoproteínas: Constituidas únicamente por aminoácidos.
  • Proteínas globulares: Presentan una conformación globular, son solubles en agua o disoluciones polares y poseen gran actividad biológica (ejemplos: albúminas, globulinas).
  • Proteínas fibrosas: Presentan una conformación filamentosa, son insolubles en agua y tienen función estructural (ejemplos: colágeno, queratina, elastina).

Enzimas

• Moléculas de naturaleza proteica con actividad catalítica. Son catalizadores de los sistemas biológicos (biocatalizadores).
• Propiedades: Gran actividad catalítica, especificidad, actúan en condiciones suaves de pH y temperatura, y su actividad puede regularse.
• Naturaleza: Pueden estar formados solo por aminoácidos o llevar un cofactor, que puede ser un metal o una molécula orgánica (coenzima), en la mayoría de los casos una vitamina.

Energía de Activación

Es la energía mínima necesaria para que se produzca una reacción, generalmente aportada por el choque de las moléculas. Cuando las moléculas reaccionantes entran en contacto, la reacción transcurre a través de un complejo activado.

La energía de activación puede conseguirse por medios físicos (aumento de temperatura o descargas eléctricas). Dado que estas condiciones físicas extremas no se dan en los seres vivos, estos utilizan las enzimas (catalizadores biológicos), que disminuyen la energía de activación necesaria para que la reacción se produzca.

Se forma una asociación con el sustrato de la reacción, un complejo activado menos energético que el que se formaría sin la enzima. La reacción se produce más rápidamente, la enzima no se altera y puede utilizarse repetidamente.

Mecanismo de Acción Enzimática

• Centro activo: Parte de la molécula de la enzima formada por un número reducido de aminoácidos, donde se produce la unión entre la enzima y el sustrato para formar el complejo enzima-sustrato, que posteriormente se separa en los productos de la reacción química y la enzima libre.
• Especificidad enzimática: Determinada por las características del centro activo y el sustrato. Tiene dos niveles:
  • De acción: Una enzima realiza una transformación específica en el sustrato, mientras que otra enzima con una especificidad diferente puede provocar otra reacción en el mismo sustrato.
  • De sustrato: Cada enzima actúa sobre un sustrato específico o un número limitado de sustratos. La especificidad del sustrato puede ser: absoluta, de grupo o estereoquímica.

Factores que Afectan la Actividad Enzimática

• Ecuación de Michaelis-Menten: Define una constante (K_m) que representa la concentración de sustrato (en moles/litro) en la que la velocidad de reacción enzimática es la mitad de la velocidad máxima.
• Efecto del pH y la temperatura: Un incremento de la temperatura generalmente aumenta la velocidad de las reacciones químicas. Sin embargo, si las variaciones en el pH o la temperatura son muy elevadas, la enzima se desnaturaliza y deja de ser funcional.
• Efecto de los inhibidores: Sustancias químicas que disminuyen o bloquean la actividad de las enzimas.

Regulación Enzimática

• Ruta metabólica: Secuencias de reacciones químicas en las que las enzimas actúan llevando a cabo un proceso metabólico. En cada sistema, suele haber una enzima reguladora que establece la velocidad de la secuencia; las demás enzimas la siguen y promueven su reacción cuando se forman sus sustratos. De esta manera, la célula regula la síntesis de los productos que necesita.
• Enzimas alostéricas: Enzimas reguladas por la unión covalente de una molécula (modulador) que se une en un sitio distinto del centro activo (sitio alostérico). Pueden ser:
  • Inhibidores: Generalmente, productos finales de la ruta metabólica que detienen su propia producción cuando ya hay suficiente producto final.
  • Activadores: Generalmente, sustratos iniciales que aceleran la reacción para eliminar ese sustrato.

Una ruta metabólica puede tener tanto inhibidores como activadores a la vez, regulando así mejor su actividad.

Vitaminas

• Grupo de sustancias orgánicas de composición variada, necesarias en cantidades muy pequeñas para el correcto funcionamiento del organismo (micronutrientes).
• Son compuestos esenciales que no pueden ser sintetizados por la mayoría de los animales, por lo que deben ser ingeridos en la dieta.
• Pueden ser:
  • Hidrosolubles: Polares y se disuelven en agua (ejemplos: coenzimas, vitamina C, vitaminas del grupo B).
  • Liposolubles: Apolares, insolubles en agua y solubles en disolventes apolares (ejemplos: vitamina A, D, E, K).