Conceptos Esenciales de Bioquímica: Agua, Glúcidos y Lípidos

Agua: Propiedades Fundamentales

Carácter Polar del Agua

El agua (H₂O) posee un carácter polar distintivo: el átomo de oxígeno presenta una carga parcial negativa (δ-) y los átomos de hidrógeno una carga parcial positiva (δ+). Esta polaridad le permite formar hasta cuatro enlaces de hidrógeno por molécula, lo que le confiere propiedades únicas y esenciales para la vida.

Concepto de pH

El pH es una medida de la acidez o basicidad de una disolución acuosa. Se define como el logaritmo negativo de la concentración de iones hidronio (H₃O⁺):

pH = -log [H₃O⁺]

Por ejemplo, en una disolución neutra a 25°C, la concentración de H₃O⁺ es 10⁻⁷ M, por lo que el pH es 7.

Tipos de Disoluciones según el pH

• Disoluciones Neutras: La concentración de iones hidronio (H₃O⁺) es igual a la de iones hidroxilo (OH⁻). (pH = 7 a 25°C)
• Disoluciones Ácidas: La concentración de iones H₃O⁺ es mayor que la de OH⁻. (pH < 7)
• Disoluciones Básicas (Alcalinas): La concentración de iones OH⁻ es mayor que la de H₃O⁺. (pH > 7)

Disoluciones Amortiguadoras (Sistemas Tampón o Buffer)

Las disoluciones amortiguadoras, también conocidas como sistemas tampón o buffer, son mezclas de sustancias que tienen la capacidad de mantener el pH de una disolución relativamente constante, incluso cuando se añaden pequeñas cantidades de un ácido o una base. Son cruciales en sistemas biológicos para mantener la homeostasis.

Presión Osmótica

La presión osmótica es la presión que se debe aplicar a una disolución para detener el flujo neto de disolvente a través de una membrana semipermeable. Este fenómeno se produce cuando las moléculas de agua (o disolvente) difunden desde un medio con menor concentración de solutos (hipotónico) hacia uno con mayor concentración de solutos (hipertónico), generando un aumento de presión en el compartimento hipertónico.

Glúcidos (Carbohidratos): Estructura y Función

Características Generales de los Glúcidos

Los glúcidos, también conocidos como carbohidratos o hidratos de carbono, son biomoléculas cuya fórmula empírica general es (CH₂O)n o CnH₂nOn. Son la principal fuente de energía para los seres vivos y desempeñan roles estructurales.

Isomería D y L

La configuración espacial de los monosacáridos se clasifica en forma D (grupo hidroxilo del carbono quiral más alejado del grupo carbonilo a la derecha en la proyección de Fischer) y forma L (grupo hidroxilo a la izquierda).

Configuración Anomérica (α y β)

En la ciclación de los monosacáridos, el carbono anomérico (el carbono del grupo carbonilo original) puede adoptar dos configuraciones:

• Configuración Alfa (α): El grupo hidroxilo (-OH) del carbono anomérico se encuentra por debajo del plano del anillo (configuración trans respecto al grupo CH₂OH).
• Configuración Beta (β): El grupo hidroxilo (-OH) del carbono anomérico se encuentra por encima del plano del anillo (configuración cis respecto al grupo CH₂OH).

Clasificación de Monosacáridos por Número de Carbonos

• Pentosas (5 carbonos): Ribosa, Xilosa, Arabinosa, Ribulosa.
• Hexosas (6 carbonos): Glucosa, Galactosa, Manosa, Fructosa.

Enlace O-glucosídico

El enlace O-glucosídico es un tipo de enlace covalente que se forma entre el grupo hidroxilo anomérico de un monosacárido y un grupo hidroxilo de otro monosacárido, liberando una molécula de agua. Es fundamental para la formación de disacáridos y polisacáridos.

Disacáridos: Ejemplos y Estructura

Los disacáridos son glúcidos formados por la unión de dos monosacáridos mediante un enlace O-glucosídico.

• Maltosa: α-D-glucopiranosil-(1→4)-β-D-glucopiranosa. (Formada por dos unidades de glucosa, azúcar de malta).
• Lactosa: β-D-galactopiranosil-(1→4)-β-D-glucopiranosa. (Azúcar de la leche, formada por galactosa y glucosa).
• Sacarosa: α-D-glucopiranosil-(1→2)-β-D-fructofuranosa. (Azúcar de mesa, formada por glucosa y fructosa).

Polisacáridos: Tipos y Funciones

Homopolisacáridos Estructurales

• Celulosa: Polímero lineal de unidades de β-D-glucosa unidas por enlaces β(1→4). Sus cadenas se estabilizan mediante puentes de hidrógeno intercatenarios, lo que le confiere una gran resistencia estructural en las paredes celulares vegetales.
• Quitina: Polímero de N-acetil-β-D-glucosamina unidas por enlaces β(1→4). Es el componente principal del exoesqueleto de artrópodos y de las paredes celulares de hongos.

Homopolisacáridos de Reserva

• Almidón: Principal polisacárido de reserva en plantas. Está compuesto por dos tipos de polímeros de α-D-glucosa:
  • Amilosa: Cadena lineal de glucosas unidas por enlaces α(1→4).
  • Amilopectina: Cadena ramificada de glucosas con enlaces α(1→4) y puntos de ramificación α(1→6).
  El almidón es hidrolizado por enzimas conocidas como amilasas.

Lípidos: Clasificación y Funciones Biológicas

Clasificación de los Lípidos

Lípidos Saponificables

Son aquellos que contienen ácidos grasos en su estructura y pueden sufrir hidrólisis alcalina (saponificación) para formar jabones. Incluyen:

• Acilglicéridos (Grasas y Aceites): Ésteres de glicerol y ácidos grasos. Su función principal es la reserva energética.
• Ceras: Ésteres de un ácido graso de cadena larga y un alcohol de cadena larga. Desempeñan funciones de revestimiento y protección.
• Fosfolípidos: Contienen un grupo fosfato, glicerol y ácidos grasos. Son componentes esenciales de las membranas biológicas, formando la bicapa lipídica.
• Esfingolípidos: Derivados de la esfingosina. También presentes en membranas biológicas, especialmente abundantes en el tejido nervioso.

Lípidos Insaponificables

Son aquellos que no contienen ácidos grasos en su estructura y, por lo tanto, no pueden formar jabones mediante hidrólisis alcalina. Ejemplos:

• Terpenos: Derivados del isopreno. Incluyen vitaminas (A, E, K), pigmentos (carotenoides) y aceites esenciales.
• Esteroides: Derivados del ciclopentanoperhidrofenantreno. Incluyen hormonas (sexuales, suprarrenales) y el colesterol, un componente importante de las membranas celulares animales.
• Prostaglandinas: Derivados de ácidos grasos de 20 carbonos. Actúan como mediadores locales en diversos procesos fisiológicos (inflamación, coagulación sanguínea, contracción muscular).

Ácidos Grasos: Estructura y Propiedades

Los ácidos grasos son ácidos carboxílicos de cadena larga, con la fórmula general CH₃-(CH₂)n-COOH. Son los componentes básicos de muchos lípidos.

Propiedades de los Ácidos Grasos

• Anfipáticos: Poseen una cabeza polar (grupo carboxilo -COOH) que es hidrófila (afín al agua) y una cola apolar (cadena hidrocarbonada) que es hidrófoba (repele el agua). Esta propiedad es fundamental para la formación de membranas.
• Puntos de Fusión: La presencia de dobles enlaces en la cadena (ácidos grasos insaturados) introduce"codo" o curvaturas que impiden un empaquetamiento compacto, resultando en puntos de fusión más bajos en comparación con los ácidos grasos saturados.