Fundamentos de Química: Biomoléculas y Compuestos Orgánicos Esenciales

Definiciones Clave en Química y Bioquímica

• Proteínas: Polímero natural formado por la unión de aminoácidos mediante enlaces peptídicos.
• Vitamina: Sustancia orgánica necesaria en pequeñas cantidades para el mantenimiento de las funciones metabólicas del organismo.
• Carbohidratos: Sustancia orgánica, sólida, blanca y soluble en agua que constituye las reservas energéticas de las células animales y vegetales.
• Lípidos: Biomoléculas orgánicas insolubles en agua y solubles en disolventes apolares.
• Minerales: Compuesto inorgánico de composición definida y una estructura cristalina, resultado de procesos geológicos o biológicos.
• Alcohol: Compuesto orgánico que presenta un grupo hidroxilo (-OH) unido a un átomo de carbono.
• Aldehídos: Compuesto orgánico que contiene el grupo carbonilo (-CHO) en el extremo de la cadena.
• Cetona: Compuesto químico orgánico que se caracteriza por poseer un grupo funcional carbonilo (C=O) unido a dos átomos de carbono.
• Ácidos Carboxílicos: Grupo de compuestos químicos que se caracterizan por poseer un grupo funcional carboxilo (-COOH).
• Calorías: Unidad de energía correspondiente a la cantidad de energía térmica transferida a un gramo de agua para que su temperatura aumente en 1°C.
• Química Orgánica: Rama de la química que estudia los compuestos derivados del carbono.
• Macromoléculas: Estructura molecular gigante que posee una masa elevada, generalmente superior a 1000 g/mol.

Propiedades y Características de Compuestos Orgánicos

Alcoholes

Propiedades Químicas

• Sufren deshidratación.
• Reaccionan con ácidos hidrácidos.
• La oxidación produce ácidos carboxílicos.

Propiedades Físicas

• La densidad aumenta con el número de carbonos.
• La solubilidad en agua disminuye a partir de hexano.
• El punto de ebullición aumenta con el número de átomos de carbono.

Características

• Derivados de hidrocarburos.
• Fórmula general: R-OH.
• Contienen el grupo hidroxilo (-OH).

Cetonas

Propiedades Químicas

• Al adicionar alcoholes, resultan hemicetales.
• Reaccionan con amoniaco.
• Al añadir una molécula de agua, se produce una reacción de hidratación.

Propiedades Físicas

• Son líquidos hasta aproximadamente 10 carbonos, y luego sólidos.
• Las cetonas de bajo peso molecular son solubles en agua; las de mayor peso molecular son insolubles.
• Poseen un olor característico, a menudo agradable.

Características

• Se nombran reemplazando la terminación -ano por -anona.
• Contienen el grupo carbonilo (C=O).
• Se clasifican de acuerdo a la posición del grupo carbonilo.

Aldehídos

Propiedades Químicas

• Reaccionan mediante adición nucleofílica.
• Pueden sufrir reacciones de sustitución, por ejemplo con halógenos.
• Se comportan como agentes reductores y se oxidan fácilmente a ácidos carboxílicos.

Propiedades Físicas

• Los aldehídos de bajo peso molecular son solubles en agua y en la mayoría de los solventes orgánicos.
• Poseen puntos de fusión y ebullición menores que los alcoholes de peso molecular similar.
• Poseen olores fuertes, algunos irritantes y lacrimógenos.

Características

• Contienen el grupo funcional aldehído (-CHO).
• Contienen un grupo carbonilo.
• Se obtienen a partir de la oxidación de alcoholes primarios.

Ácidos Carboxílicos

Propiedades Químicas

• El grupo carboxilo es resistente a la oxidación.
• Reaccionan con bases para formar sales.
• Pueden formarse por hidrólisis de nitrilos.

Propiedades Físicas

• Los ácidos carboxílicos de bajo peso molecular son solubles en agua y en la mayoría de los solventes orgánicos.
• Son más densos que el agua.
• En estado líquido, son incoloros.

Características

• Moléculas con geometría trigonal plana alrededor del carbono carbonílico.
• Contienen un átomo de carbono unido a un oxígeno por doble enlace (C=O) y a un grupo hidroxilo (-OH).
• Se convierten en ésteres mediante la esterificación.

Propiedades y Relevancia Biológica de Biomoléculas

Vitaminas

Características

• Son sustancias orgánicas, naturales y de composición variada.
• Se necesitan en pequeñas cantidades para el desarrollo y funcionamiento del organismo.
• Se clasifican según su solubilidad (liposolubles e hidrosolubles).

Propiedades Químicas

• Contienen una estructura química variada.
• Son participantes esenciales en las vías metabólicas (coenzimas).
• No desempeñan funciones plásticas ni energéticas directas.

Propiedades Físicas

• Su exceso (hipervitaminosis) puede influir negativamente.
• Son liposolubles (A, D, E, K) e hidrosolubles (complejo B, C).
• Son sensibles a la oxidación.

Enfermedades Asociadas a Deficiencias

• Anemia (deficiencia de B12, folato).
• Escorbuto (deficiencia de Vitamina C).
• Hipovitaminosis (término general para deficiencia vitamínica).

Proteínas

Características

• Son macromoléculas compuestas principalmente por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N), y a veces azufre (S).
• Son esenciales para la vida por su función estructural o plástica, enzimática, de transporte, etc.
• Consisten en una cadena lineal de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos.

Propiedades Químicas

• Pueden adoptar estructuras secundarias como la hélice alfa o la lámina beta.
• La desnaturalización se refiere a la ruptura de enlaces que mantienen su estructura tridimensional, perdiendo su función biológica.
• La solubilidad depende de su estructura y del pH del medio.

Propiedades Físicas

• Contienen grupos carboxilo y amino en sus aminoácidos constituyentes.
• La estabilidad de su estructura tridimensional es sensible a la temperatura.
• Pueden adoptar diferentes conformaciones tridimensionales, sensibles a cambios de temperatura y pH.

Enfermedades Asociadas a Deficiencias o Disfunciones

• Marasmo (desnutrición calórico-proteica severa).
• Enfermedad Celíaca (intolerancia al gluten, una proteína).
• Kwashiorkor (desnutrición proteica severa).

Carbohidratos

Características

• Son las biomoléculas más predominantes en la naturaleza.
• Formados por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O).
• Se clasifican en monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.

Propiedades Químicas

• Pueden oxidarse (función energética).
• Pueden sufrir fermentación.
• Pueden formar enlaces glucosídicos para crear polímeros.

Propiedades Físicas

• Los monosacáridos y disacáridos son generalmente sólidos cristalinos.
• La presencia de grupos hidroxilo (-OH) permite la formación de puentes de hidrógeno, lo que los hace solubles en agua (monosacáridos y disacáridos).
• Son hidratos de carbono.

Enfermedades Asociadas

• Diabetes Mellitus.
• Obesidad.
• Enfermedades Cardiovasculares (relacionadas con el metabolismo de carbohidratos).

Minerales

Características

• Son compuestos inorgánicos.
• Poseen dureza y colores característicos.
• Algunos son radiactivos.
• Algunos son solubles en agua.
• Presentan una estructura cristalina.

Enfermedades Asociadas a Desequilibrios

• Osteoporosis (deficiencia de calcio).
• Anemia (deficiencia de hierro).
• Bocio (deficiencia de yodo).