Los carbohidratos (también llamados sacáridos), con base en su masa, son la clase más abundante de moléculas biológicas en la Tierra. Aunque todos los organismos pueden sintetizar carbohidratos, muchos de ellos se producen en organismo fotosintéticos, como bacterias, plantas y algas. Los carbohidratos tienen varios papeles fundamentales en los organismos vivos tales como productores de energía.
El nombre carbohidrato “hidrato de carbono” indica que su formula empírica es (CH2O)n, donde “n” es un subíndice que debe ser igual a 3 o mayor (en generaln es 5 o 6, pero puede ser hasta 9).
Los carbohidratos más simples son los monosacáridos; los oligosacaridos hacen referencia a una polímeros de 20 monosacáridos o menos (unidos por enlaces glicosídicos), en tanto que los polisacáridos son a su vez polímeros demás de 20 residuos de monosacáridos.
El enlace glicosídico es el principal enlace estructural en todos los polímeros de los monosacáridos. Es un enlace acetal, donde el carbono mas oxidado de un azúcar se condensa con un alcohol, una amina o un tiol.
Las moléculas que tienen la misma fórmula empírica, pero presentan una disposición distinta en el espacio, se denominan isómeros. Los isómeros pueden presentar unas características químicas y una reactividad diferentes. Cuando dos isómeros presentan una estructura tal que uno es la imagen especular del otro, se dice que son enantiómeros. Se dice que una molécula es quiral cuando no es superponible con su imagen especular; este concepto fue introducido por Pasteur. Una molécula es quiral cuando no posee ni plano de simetría ni centro de simetría. Una molécula quiral es ópticamente activa, y hace girar el plano de polarización de la luz polarizada a la derecha o a la izquierda.
EQUILIBRIO EN DISOLUCIONES, IONIZACIÓN DEL AGUA, EQUILIBRIO DE DISOCIACIÓN Y CONCEPTO DE PH (ARRHENIUS, BROSTEAD Y LOWRY, LEWIS).
El equilibrio es un estado en el que no se encuentran cambios durante el tiempo transcurrido. Cuando una reacción química llega al equilibrio, las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes en el tiempo sin que se produzcan cambios visibles en el sistema. Así bien, es el equilibrio en las disoluciones. Después de un tiempo, las reacciones que estén ocurriendo en dicha disolución entraran en un estado estacionario, como bien se dijo, donde las concentraciones de reactivos y productos serán constantes.
Ionización del agua.
Como es bien conocido, el agua un compuesto inorgánico esencial para la vida, y posee características muy particulares, entre ellas, la capacidad de autoionizarse, es decir, el agua desde su estado más común se disocia en dos productos, así:
H2O↔ H(+) + OH(-)
El agua se disocia en el ion hidronio (H3O+ ), que para efectos prácticos se escribe , y ion hidróxido (OH- ). Cada uno con una carga parcial positiva y negativa, respectivamente.
La doble flecha indica que esta en un equilibrio de disociación, es decir, tanto el H2O se convierte en H(+) + OH(-), como este ultimo se convierte en H2O . Este concepto de autoionizacion del agua nos lleva a trabajar una definición más compleja como es la concentración de iones dentro del agua.
Según pruebas experimentales, la concentración del H+ en el agua es de 1*10 a la -7 M, al igual que la concentraciones de OH- . Así pues, a la medida de concentración de bajo la función logarítmica se le llama pH, que se define de la siguiente manera:
pH =-log [H+ ].
Bajo este concepto de pH, que se refiere a una escala de 1-14 se tendrán en cuenta tres tipos de definiciones según la concentración de iones hidronio en una disolución. Se dirá que el pH es neutro cuando este es de 7(pH del Agua), mientras que se define que una disolución tendrá un pH acido si este es menor a 7, y básico si es mayor a 7.
Siguiendo las definiciones según el pH de una disolución de acidez o basicidad, se extenderán estos conceptos según las definiciones que se darán a continuación.
Arrhenius fue el primero en definir un ácido como una sustancia que tiene hidrógenos y en disolución acuosa puede donarlos al agua. En tanto una base es una sustancia que puede donar iones hidroxilo al agua. Estas definiciones aunque fueron fundamentales para el estudio de los sistemas ácido-base, eran bastante limitantes, pues solo se refería a ellos en disolución acuosa.
Según Brostead Un acido es una sustancia que es capaz de ceder protones, y una base aquel compuesto que en cambio puede aceptar protones. Así pues, la definición de Brostead-Lowry se extenderá al concepto de par ácido-base conjugado, que se define como un ácido y la base que de el resulta (base conjugada), o base y el ácido que de ella resulta (base conjugada).
El concepto ácido-base, desarrollado por Brostead-lowry, aunque fue buena era muy limitante, así que G.N Lewis, para compensar lo teorizado por Brostead-Lowry, definió a las ácidos como sustancias que son capaces de recibir un , es decir es deficiente en electrones y por ello tiene tendencia a cargarse positivamente. Por otro lado Lewis definió a las bases como compuestos químicos con exceso de y con tendencia a cargarse negativamente.
Estas tres definiciones dieron fruto y son la base para todos los planteamientos ácido base que hoy en día se desarrollan.
Una disolución amortiguadora es una disolución de un ácido débil, o una base débil y su sal; esto es, ambos componentes deben estar presentes. La disolución tiene la capacidad de resistir los cambios de pH cuando se agregan pequeñas cantidades de ácido o de base. Las sustancias amortiguadoras son muy importantes en los sistemas tanto químicos como biológicos, pues regulan el pH fisiológico de una célula impidiendo que las enzimas, proteínas, o cualquier macromolécula de importancia biológica se vean desnaturalizada o limitada en actuar por un cambio en el pH de su entorno.
Los aminoácidos son compuestos constituidos por grupos Carboxilo (COOH) y Amino (NH2) y un grupo Hidrocarbonado (Grupo R) figura1.
Estos compuestos químicos, " los Aminoácidos" son parte esencial de la vida pues son constituyentes de las proteínas, quienes a su vez, son base de la vida celular y molecular.
Lista aminoacidos esenciales
Es importante aclarar que en la naturaleza existen al rededor de 300 aminoácidos, pero de esta cantidad, solo 20son bases para la vida, es decir, los llamados Aminoácidos esenciales son aquellos quienes hacen enteramente parte de los procesos biológicos. A continuación se presentara una lista con las características químicas de estos aminoácidos.
De los 20 aminoácidos que se hallan corrientemente en las proteínas uno de los últimamente descubiertos es la Treonina, aislada por primera vez por W:C Rose, en 1935, de un hidrolizado de Fibrina. Además de los 20 Aminoácidos hallados como sillares de las proteínas, otros muchos aminoácidos presentes biológicamente desempeñan otras funciones en las células.
El agua (H2O), es una molécula polar con forma tetraedrita angular y un peso molecular de 18g/mol. Sus interacciones intramoleculares son por enlaces covalentes polares, en tanto que sus interacciones intermoleculares, en su mayoría son debido a los puentes de hidrogeno entre el Hidrogeno y el Oxigeno.
Las interacciones puente de hidrogeno entre las moléculas de agua, le confieren a esta propiedades físicas importantes y especiales, con respecto a otras moléculas con conformación molecular parecida. El punto de Ebullición alto, el bajo punto de congelación, la alta de tensión superficial y elevado calor especifico son algunas de las importantes propiedades físicas del agua, propiedades además de las químicas, que la hacen un importante solvente, mas aun, llamada el solvente universal.
IMPORTANCIA BIOLÓGICA DEL AGUA.
Del 50 al 90% de la masa de los organismos vivos está constituida por agua. Su función termorreguladora debida a su elevado calor específico permite mantener constante la temperatura interna de los seres vivos. Además de esta, el Agua posee otras propiedades de importancia biológica, tales como, sufunción metabólica, estructural, amortiguadora son algunas de sus características.
DISPERSIONES DE SOLUBILIDAD.
Soluto en un disolvente
Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. El soluto es la sustancia presente en mayor cantidad, en tanto que el solvente es el que se encuentra en mayor cantidad. Una disolución puede ser gaseosa, liquida o solida.
Al igual existen varios tipos de disoluciones, que se refieren a la capacidad del solvente de disolver el soluto. A las disoluciones donde el solvente que ya tiene diluido soluto, pero tiene la capacidad de solventar mas soluto se le llama disolución insaturada; una disolución saturada es aquella que ya disolvió la mayor cantidad de soluto, y por ultimo una disolución sobresaturada es aquella en que el nivel el solvente no logra disolver mas soluto y este se precipita.
Pero existe una medida cualitativa para medir la el nivel de soluto en una cantidad de solvente, a esta medida se le llama concentración. Molaridad, Molalidad, porcentaje peso/volumen (%P/V), porcentaje peso/peso (%P/P), son algunas de las importantes y se definen de la siguiente manera:
Molaridad (M)=Nsto/Lsln
Molalidad (m)=Nsto/Kgsvte
%P/V= Psto/Vsln *100
%P/P= Psto/Psln *100.
Donde Nsto es moles de soluto, svte es solvente, Lsln litros de solución, Vsln volumen de solución, Psln peso solución.
PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS DISOLUCIONES.
Proceso de osmosis
Las propiedades coligativas son propiedades que dependen del número de partículas de soluto en la disolución y no de la naturaleza de las partículas de soluto.
OSMOSIS Y PRESION OSMOTICA.
Se define como osmosis, al paso selectivo de las moléculas de disolvente a través de una membrana porosa desde una disolución diluida a una de mayor concentración.
Por otro lado la presión osmótica (π) de una disolución es la presión que se requiere para detener la osmosis y esta se define mediante operaciones como:
Π= iMRT
Donde i es el coeficiente de Van Hoff, M la concentración molar, R la constante de los gases y T la temperatura absoluta del sistema.
FUENTE ORAL:
Carlos Guillermo Paucar.
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FUENTE ESCRITA:
QUIMICA GENERAL. CHANG, Raymond. Séptima edición. 969 Pág. Año 2002.
BIOQUIMICA: LAS BASES MOLECULARES DE LA ESTRUCTURA Y FUNCION CELULAR. LEHNINGER, Albert L., Segunda edición. 1978. 1118 pág.
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