INTRODUCCIÓN

META DEL PROYECTO

MODELOS MOLECULARES.

Los modelos moleculares son representaciones tridimensionales categorizadas según clasificaciones específicas, teniendo en cuenta aspectos diferentes de las moléculas a las que representan.

BIOMOLECULAS

Las biomoléculas son las moléculas constituyentes de los seres vivos. Los cuatro bioelementos más abundantes en los seres vivos son el carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N), representando alrededor del 99 por ciento de la masa de la mayoría de las células. Estos cuatro elementos son los principales componentes de las biomoléculas debido a que:

1.- Permiten la formación de enlaces covalentes entre ellos, compartiendo electrones, debido a su pequeña diferencia de electronegatividad.

2.- Permiten a los átomos de carbono la posibilidad de formar esqueletos tridimensionales –C–C–C– para formar compuestos con número variable de carbonos.

3.- Permiten la formación de enlaces múltiples (dobles y triples) entre C y C, C y O, C y N, así como estructuras lineales ramificadas cíclicas, heterocíclicas, etc.

4.- Permiten la posibilidad de que con pocos elementos se den una enorme variedad de grupos funcionales (alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos, aminas, etc.) con propiedades químicas y físicas diferentes.

Se pueden clasificar en:

a) Biomoléculas inorgánicas: agua y sales minerales

b) Biomoléculas orgánicas: glúcidos (hidratos de carbono), lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

Las biomoléculas orgánicas forman cuatro grupos:

Glúcidos

Los glúcidos (llamados hidratos de carbono o carbohidratos o sacáridos) son la fuente de energía primaria que utilizan los seres vivos para realizar sus funciones vitales. La glucosa está al principio de una de las rutas metabólicas productoras de energía más antigua, la glucólisis, usada en todos los niveles evolutivos, desde las bacterias hasta los vertebrados.

Muchos organismos, especialmente los de estirpe vegetal (algas, plantas) almacenan sus reservas en forma de almidón. Algunos glúcidos forman importantes estructuras esqueléticas, como la celulosa, constituyente de la pared celular vegetal, o la quitina, que forma la cutícula de los artrópodos.

Lípidos

Los lípidos saponificables cumplen dos funciones primordiales para las células; por una parte, los fosfolípidos forman el esqueleto de las membranas celulares (bicapa lipídica); por otra, los triglicéridos son el principal almacén de energía de los animales.

Los lípidos insaponificables y los isoprenoides desempeñan funciones reguladoras (colesterol, hormonas sexuales, prostaglandinas).Otros lípidos son el ácido esteárico, el ácido oleico y el ácido elaídico.

Proteínas

Las proteínas son las biomoléculas que más diversidad de funciones realizan en los seres vivos; prácticamente todos los procesos biológicos dependen de su presencia y/o actividad.

Son proteínas casi todas las enzimas, catalizadores de reacciones metabólicas de las células; muchas hormonas, reguladores de actividades celulares; la hemoglobina y otras moléculas con funciones de transporte en la sangre; los anticuerpos, encargados de acciones de defensa natural contra infecciones o agentes extraños; los receptores de las células, a los cuales se fijan moléculas capaces de desencadenar una respuesta determinada; la actina y la miosina, responsables finales del acortamiento del músculo durante la contracción; el colágeno, integrante de fibras altamente resistentes en tejidos de sostén.

Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos (ADN y ARN), desempeñan, tal vez, la función más importante para la vida: contener, de manera codificada, las instrucciones necesarias para el desarrollo y funcionamiento de la célula. El ADN tiene la capacidad de replicarse, transmitiendo así dichas instrucciones a las células hijas que heredarán la información. Algunas, como ciertos metabolitos (ácido pirúvico, ácido láctico, ácido cítrico, etc.) no encajan en ninguna de las anteriores categorías citadas.

MOLECULA DEL AGUA

El agua pura no es posible encontrarla en la naturaleza, para obtenerla es necesario realizar un proceso denominado destilación, se hierve el agua salada o dulce y luego se enfría, y lo que obtenemos es Agua Destilada, que no es apta para el consumo. El agua es el sustento de la vida sobre el planeta Tierra, la vida apareció y se desarrolló en lo océanos. Todos los seres vivos necesitan agua para vivir y están formados por agua. Los seres humanos usamos y necesitamos el agua para vivir y para nuestras actividades, pero no toda el agua del planeta Tierra puede ser utilizada por los seres vivos. La molécula de agua está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno unidos por un enlace covalente. Es decir, los dos átomos de hidrógeno y el de oxígeno se unen compartiendo electrones. Su fórmula es H2O.

El agua es una molécula polar, pues tiene una parte o polo negativa y otra positiva, aunque el conjunto de la molécula es neutro. De este carácter polar derivan casi todas sus propiedades fisicoquímicas y biológicas. En cuanto a las propiedades fisicoquímicas del agua podemos destacar la gran capacidad disolvente, su elevado calor específico y elevado calor de vaporización, gran cohesión y adhesión, densidad anómala y reactivo químico. La cohesión es la tendencia de dos moléculas a estar unidas, y el agua tiene alta cohesión debido a sus puentes de hidrógeno. La adhesión es la tendencia de dos moléculas distintas a unirse, y el agua tiene elevada adhesión hacia compuestos iónicos y polares. El agua presenta también una elevada cohesión y adhesión.

DIÓXIDO DE CARBONO

El dióxido de carbono es un gas inodoro e incoloro, ligeramente ácido y no inflamable.

El dióxido de carbono es una molécula con la fórmula molecular CO2. Esta molécula linear está formada por un átomo de carbono que está ligado a dos átomos de oxígeno, O = C = O. A pesar de que el dióxido de carbono existe principalmente en su forma gaseosa, también tiene forma sólida y líquida.

Importancia:

El dióxido de carbono es uno de los gases más abundantes en la atmósfera. El dióxido de carbono juega un papel importante en los procesos vitales de plantas y animales, tales como fotosíntesis y respiración. A continuación explicaremos brevemente estos procesos.

Las plantas verdes transforman el dióxido de carbono y el agua en compuestos alimentarios, tales como glucosa y oxígeno. Este proceso se denomina fotosíntesis. La reacción de la fotosíntesis es como sigue: 6 CO2 + 6 H2O --> C6H12O6 + 6 O2

Las plantas y los animales, a su vez, transforman los componentes alimentarios combinándolos con oxígeno para obtener energía para el crecimiento y otras funciones vitales. Este es el proceso de respiración, el inverso de la fotosíntesis. La reacción de la respiración es como sigue: C6H12O6 + 6 O2 --> 6 CO2 + 6 H2O

Propiedades del dióxido de carbono

El dióxido de carbono posee ciertas propiedades físicas y químicas. A continuación las resumimos en una tabla.

Propiedad Valor

Masa molecular 44.01

Gravedad específica 1.53 a 21 oC

Densidad crítica 468 kg/m3

Concentración en el aire 370,3 * 107 ppm

Estabilidad Alta

Líquido Presión < 415.8 kPa

Sólido Temperatura < -78 oC

Constante de solubilidad de Henry 298.15 mol/ kg * bar

Solubilidad en agua 0.9 vol/vol a 20 oC

BIOQUÍMICA ELEMENTAL DE LOS HIDRATOS DE CARBONO

Según el número de moléculas que tengan los glúcidos se los puede dividir en cuatro grandes grupos:

- Monosacáridos que se subdividen Pentosas y Hexosas

1. Las Pentosas Xilosa Se encuentra como componente en la madera Ribosa Es un constituyente de los ácidos nucleicos Arabinosa Forma parte de las gomas, mucilagos y pectinas (de este grupo, estas son las

únicas que normalmente ingerimos dentro de mermeladas y dulces)

2. Las Hexosas (son 24 pero, solamente 4 tienen importancia biológica) D-glucosa aparece en los frutos maduros, sangre y tejidos animales. Esta constituye el

azúcar del organismo, es muy soluble en agua, y es el carbohidrato que transporta la sangre y el que principalmente utilizan los tejidos.

D-manosa Siempre aparece combinado en la naturaleza. Nunca libre por tanto preferimos no enunciar ningún componente.

D-galactosa Aparece en lípidos complejos. El hígado puede convertirla en glucosa y después en energía.

D-fructosa Se lo denomina azúcar de frutas. Aparece libre en la miel y en los jugos de frutas. Tiene un sabor muy dulce.

- Disacáridos se subdividen en maltosa, lactosa y sacarosa

Maltosa: Aparece en la malta o cebada germinada y es muy soluble en agua. Lactosa: Es el azúcar de la leche y es poco soluble en agua. Sacarosa: Es el azúcar de mesa. Se obtiene de la caña de azúcar y de la remolacha, y como

todos saben, es muy soluble en agua.

- Oligosacáridos:

Trisacáridos: La rafignosa se encuentra en las legumbres. Tetrasacáridos: La esteaquiosa, el más estudiado, se encuentra en las semillas de soja.

- Polisacáridos:

Almidón: Este se encuentra en los vegetales en forma de granos, ya que son la reserva nutritiva de ellos. Aparecen en la papa, arroz, maíz, y demás cereales.

Glucógeno: Se encuentra en los tejidos animales, donde desempeña la función de reserva nutritiva. Aparece en el hígado y en los músculos.

Celulosa: Cumple funciones estructurales en los vegetales. Inulina: Aparece en los tubérculos de dalia, en alcauciles, ajos y cebollas. Liquenina: Aparece en los musgos y líquenes. Mucopolisacáridos: Cumplen función de sostén, nutrición y comunicación intercelular.

Inicialmente solamente se les dio un papel estructural y energético, pero se han reconocido nuevas funciones celulares como decir que son combustibles o reservas energéticas celulares.

D-GLUCOSA

Es el hidrato de carbono simple más importante. Presenta un aspecto cristalino y de color blanco y su fórmula es C6H 12O6. Se conoce también como azúcar de la uva.

Importancia

La glucosa aparece en las células y líquidos corporales siendo muy importante la manera en que el organismo regula sus niveles y su distribución, lo que se conoce como glucemia o nivel de glucosa en la sangre, plasma sanguíneo o suero. De esta manera la glucemia constituye un indicador de como el organismo regula el contenido de glucosa en la sangre.

Propiedades físicas y químicas

Apariencia

Forma: Líquida

Color: Incoloro

Olor: Inodoro

Salud, seguridad e información medioambiental

pH (25° C): 7,0

Solubilidad en agua: Muy miscible

Densidad (20 °C) 1,012 g/mL

Punto de inflamación no combustible

Temperatura de ebullición aprox. 100ºC

Punto de fusión aprox. 0ºC

CELULOSA

Importancia:

La Celulosa es la principal componente de las paredes celulares de los árboles y otras plantas. Es una fibra vegetal que al ser observada en el microscopio es similar a un cabello humano, cuya longitud y espesor varía según el tipo de árbol o planta. Las fibras de algodón, por ejemplo, tienen una longitud de 20-25 mm., las de Pino 2-3 mm. Y las de Eucalipto 0,6-0,8 mm. . De igual manera, el contenido de celulosa varía según el tipo de árbol o planta que se considere.

Desde el punto de vista bioquímico, la celulosa (C6H10O5)n con un valor mínimo de n = 200, es un polímero natural, constituido por una larga cadena de carbohidratos polisacáridos. La estructura de la celulosa se forma por la unión de moléculas de ß-glucosa a través de enlaces ß-1,4-glucosídico, lo que hace que sea insoluble en agua. La celulosa tiene una estructura lineal o fibrosa, en la que se establecen múltiples puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa, haciéndolas muy resistentes e insolubles al agua. De esta manera, se originan fibras compactas que constituyen la pared celular de las células vegetales, dándoles así la necesaria rigidez. Su fórmula es: (C6H10O5)n

PROTEÍNAS

La definición de proteínas nos indica que estas son las estructuras que tienen la mayor cantidad de funciones en las células del cuerpo humano y del resto de los seres vivientes. Por una parte tiene la función de formar todas las estructuras básicas de la mayoría de los tejido como los músculos, tendones, uñas, piel, algunos órganos, etc. y por otro lado tienen la función de transportar el oxígeno a través del torrente sanguíneo, asimilación de los nutrientes y grasas aportadas por las comidas, también cumplen funciones metabólicas y reguladoras, aparte de anular sustancias tóxicas entre tantas otras funciones.

ACTINA:

La actina es una familia de proteínas globulares que forman los micro filamentos, uno de los tres componentes fundamentales del citoesqueleto de las células de los organismos eucariotas (también denominados eucariontes). La miosina es un ejemplo de proteína que une actina. La actina se presenta en la célula en dos formas: como monómeros globulares denominados actina G y como polímeros filamentosos denominados actina F.

Actina G

Actina G (código PDB: 1j6z). Se representan en el centro activo las moléculas de ADP y el catión divalente.

En cuanto a su estructura molecular, posee una apariencia globular al microscopio electrónico de barrido; mediante cristalografía de rayos X puede apreciarse que, está compuesta de dos lóbulos separados por una hendidura

Sólo es funcional cuando posee ADP o bien ATP en su hendidura.

Actina F

Actina F; representación de la superficie de una repetición de 13 subunidades basada en el modelo de Ken Homes del filamento de actina.

Posee una estructura filamentosa de aspecto helicoidal cuando se observa mediante microscopía electrónica. Mediante esta técnica se detecta un diámetro que oscila entre 7 y 9 nm.

MIOSINA

La miosina es una proteína fibrosa, más abundante del músculo esquelético. Representa entre el 60% y 70% de las proteínas totales y es el mayor constituyente de los filamentos gruesos. Estructura de la miosina: La miosina hidroliza el ATP para formar ADP y Pi, reacción que proporciona la energía para la contracción muscular. La miosina es una proteína fibrosa, cuyos filamentos tienen una longitud de 1,5 µm y un diámetro de 15 nm, y está implicada en la contracción muscular, por interacción con la actina.

La miosina es la proteína más abundante del músculo esquelético. Representa entre el 60% y 70% de las proteínas totales y es el mayor constituyente de los filamentos gruesos.

La miosina está compuesta de 2 cadenas pesadas idénticas, cada una de 230 kDa, y 4 cadenas livianas de 20 kDa cada una. La molécula tiene una región globular de doble cabeza unida a una larga cadena helicoidal de doble hebra. Cada cabeza se une a dos diferentes cadenas ligeras. Todas las miosinas tienen la secuencia:

Gly - Glu - Ser - Ala - Gly - Lys - Thr

Que es similar a la secuencia encontrada en el sitio activo de otras ATPasas. La lisina se une al alfa fosfato del ATP.

LÍPIDOS

Una definición práctica de lípidos: formaciones moleculares que sirven como reserva de energía y son la base de las estructuras bióticas.

Los lípidos, un grupo heterogéneo de sustancias orgánicas que se encuentran en los organismos vivos, son biomoléculas orgánicas formadas básicamente por carbono e hidrógeno y generalmente también oxígeno; pero en porcentajes mucho más bajos. Además pueden contener también fósforo, nitrógeno y azufre. Están constituidas básicamente por tres elementos: carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O); en menor grado aparecen también en ellos nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S).

Entonces, una característica básica de los lípidos, y de la que derivan sus principales propiedades biológicas es la hidrofobicidad. En el uso coloquial, a los lípidos se les llama incorrectamente grasas, aunque las grasas son sólo un tipo de lípidos procedentes de animales.

Los lípidos desempeñan cuatro tipos de funciones:

1. Son la principal reserva energética del organismo. Un gramo de grasa produce 9,4 kilocalorías en las reacciones metabólicas de oxidación, mientras que proteínas y glúcidos sólo producen 4,1 kilocaloría/gr.

2. Función estructural. Forman las bicapas lipídicas de las membranas. Recubren órganos y le dan consistencia, o protegen mecánicamente como el tejido adiposo de pies y manos.

3. Función biocatalizadora. En este papel los lípidos favorecen o facilitan las reacciones químicas que se producen en los seres vivos. Cumplen esta función las vitaminas lipídicas, las hormonas esteroideas y las prostaglandinas.

4. Función transportadora. El transporte de lípidos desde el intestino hasta su lugar de destino se realiza mediante su emulsión gracias a los ácidos biliares y a los proteolípidos.

Entre los lípidos más importantes se hallan los fosfolípidos, componentes mayoritarios de la membrana de la célula. Los fosfolípidos limitan el paso de agua y compuestos hidrosolubles a través de la membrana celular, permitiendo así a la célula mantener un reparto desigual de estas sustancias entre el exterior y el interior. Las grasas y aceites, también llamados triglicéridos, son también otro tipo de lípidos. Sirven como depósitos de reserva de energía en las células animales y vegetales. Cada molécula de grasa está formada por cadenas de ácidos grasos unidas a un alcohol llamado glicerol o glicerina.

FOSFOLÍPIDOS

Los fosfolípidos, un tipo especial de lípido, son los componentes primarios de las membranas celulares. En su estructura química podemos observar una molécula de glicerol, dos ácidos grasos, un grupo fosfato y una base nitrogenada. Su fórmula general se representa de la siguiente manera:

Los fosfolípidos están formados por dos cadenas de ácidos graso, una molécula de glicerol y un grupo fosfato que a su vez se une a una base nitrogenada. Su principal característica es que son Anfipáticos, es decir son hidrofobos e hidrófilos al mismo tiempo, esto se debe a que tienen una zona apolar o

sin carga -que son las cadenas de carbonos- y también una zona polar -el grupo fosfato y la base nitrogenada-.

Esto le da la capacidad de formar crear en medios acuosos "micelas" que son esferas en las cuales sus cadenas de carbono quedan adentro y los fosfatos en la superficie. O también "bicapas" en las que la parte hidrofóbica se juntan en el centro y las hidrofìlicas se orientan hacia el agua.

La importancia de estas dos estructuras es que las micelas pueden envolver otros materiales hidrófobos para dispersarlos en el medio acuoso, y las bicapas (junto con proteínas) permiten crear membranas como la de la célula y de otros organelos. Además estas dos son semipermeables para permitir una entrada y salida de materiales específicos.

COLESTEROL

El colesterol es una molécula compleja que generalmente se la ha asociado a los peores riesgos cardiovasculares, por formación de ateromas o placas aterogénicas en los vasos sanguíneos. Si bien esto es verdad hay que tener en cuenta también la importancia biológica que tiene en el metabolismo y por lo tanto en nuestra salud. El colesterol es la materia prima para la formación de hormonas esteroideas, como testosterona estrógenos y otras. Por otro lado le da fluidez a la membrana celular, sin la cual muchas de las funciones celulares se verían seriamente afectadas llevándola a su destrucción. A partir del colesterol se forman las sales biliares, indispensables para

la digestión, también de vitamina D, fundamental para el metabolismo del calcio esencial para los huesos. Con estos ejemplos vemos que es fundamental el colesterol en nuestro metabolismo.

La fórmula química del colesterol se representa de dos formas: C27H46O, C27H45OH. Del colesterol se puede distinguir una cabeza polar constituida por el grupo hidroxilo y una cola o porción apolar formada por el carbociclo de núcleos condensados y los sustituyentes alifáticos

Peso molecular 386,66

Formula C27H45OH

Apariencia Cristales blancos.

Olor Casi inoloro.

Solubilidad Casi insoluble en agua.

Densidad. 1,03.

pH

Punto de ebullición

360 ºC

Punto de fusión 148 º C

Densidad de Vapor (Aire= 1)

Estabilidad y reactividad. Estable bajo condiciones de uso y almacenaje

Productos peligrosos de descomposición Se puede formar Dióxido y monóxido de carbono cuando se descompone por calentamiento.

Polimerización, peligrosa No sucede

Incompatibilidad. Con oxidantes fuertes.

Condiciones a evitarse Calor, llama, fuentes de ignición, luz e incompatibles.