Características y Propiedades del Agua y Biomoléculas: Un Análisis Detallado
Características de la Molécula de Agua
La molécula de agua es eléctricamente neutra. El átomo de oxígeno es más electronegativo que el del hidrógeno, por lo que los electrones de los enlaces entre estos dos átomos están desplazados hacia el oxígeno. Esto genera un exceso de carga negativa sobre el átomo de oxígeno y un exceso de carga positiva sobre los dos átomos de hidrógeno. Este exceso recibe el nombre de densidad de carga. Esta distribución espacial de cargas eléctricas se define como momento dipolar y da lugar a una molécula caracterizada por la ausencia de carga neta, en la que se establece un dipolo y, además, adquiere carácter polar.
Interacciones y Propiedades del Agua
Debido a su carácter polar, las moléculas de agua pueden interaccionar entre sí mediante atracciones electrostáticas, estableciendo enlaces o puentes de hidrógeno. A pesar de la relativa debilidad de los enlaces de hidrógeno, su presencia confiere una estructura interna al agua que permite explicar algunas de sus características más importantes:
- Fluido en estado sólido: El agua puede existir en estado sólido a temperatura ambiente.
- Calor de vaporización: Posee un calor de vaporización superior al que cabría esperar en moléculas covalentes con similar masa molecular.
- Elevada cohesión molecular: La gran unión entre moléculas a través de los enlaces de hidrógeno permite al agua ser un fluido dentro de un amplio margen de temperatura.
- Líquido incomprensible: Mantiene constante el volumen, aun aplicando fuertes presiones.
- Elevada tensión superficial: Las moléculas de la superficie del agua experimentan fuerzas de atracción netas hacia el interior del líquido, lo que origina una película superficial.
- Fuerza de adhesión: Las moléculas de agua tienen gran capacidad de adherirse a las paredes de los conductos de diámetro pequeño, ascendiendo en contra de la acción de la gravedad. Este fenómeno se conoce como capilaridad.
- Densidad: El agua en estado sólido es menos densa que en estado líquido.
Importancia Biológica del Agua
El agua es el principal disolvente biológico y cumple funciones metabólicas, estructurales, mecánicas, amortiguadoras, de transporte y termorreguladoras, permitiendo la vida acuática en climas fríos.
Glúcidos
Los glúcidos son biomoléculas constituidas por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O). Se disuelven fácilmente en agua y son polialcoholes con función carbonilo. Tienen la función de ser fuente de energía a largo plazo.
Clasificación de los Glúcidos
- Osa: Glúcidos sencillos que al dividirse pierden el carácter químico.
- Holósidos: Son osas constituidas únicamente por osas.
- Tipos según el número de monómeros:
- Oligosacáridos: De 2 a 10 monosacáridos.
- Polisacáridos: Multitud de monosacáridos.
- Homopolisacáridos: Se forman por la repetición de un monosacárido.
- Heteropolisacáridos: Su compuesto contiene más de un tipo de monómero.
- Heterosidos: Compuestos complejos que surgen de la combinación de un conjunto de monosacáridos con fracciones moleculares de naturaleza no glucídica.
Isomería
La isomería es una característica de muchos compuestos que, siendo diferentes, tienen la misma fórmula molecular. Los monosacáridos presentan con frecuencia esta característica. La forma D tiene el penúltimo -OH a la derecha y la forma L lo tiene a la izquierda.
Enlace O-Glucosídico
Se establece entre dos grupos hidroxilo de diferentes monosacáridos. Se denomina síntesis por condensación de deshidratación debido a la liberación de agua.
Polisacáridos
Los polisacáridos están constituidos por la unión de muchos monosacáridos mediante enlaces β y α. Los homopolisacáridos β están constituidos por un solo tipo de monosacárido. Por ejemplo:
- Celulosa: Es un polímero lineal de moléculas de β-D-glucosa. Entre las moléculas se establecen enlaces de hidrógeno, y las cadenas lineales se disponen en paralelo.
- Quitina: Es un polímero lineal de N-acetil-β-glucosamina.
- Almidón: Es el homopolisacárido de reserva de las células vegetales.
- Glucógeno: Es el homopolisacárido de reserva de las células animales.
Lípidos
Los lípidos pertenecen a un grupo de sustancias químicas muy heterogéneas, tanto desde el punto de vista estructural como funcional. Se clasifican en:
- Saponificables: Contienen en su molécula ácidos grasos (doble enlace). Los líquidos forman jabones, como los acilgliceroles o grasas, y las ceras.
- Insaponificables: Son derivados de hidrocarburos lineales o cíclicos.
Propiedades de los Ácidos Grasos
Los ácidos grasos son anfipáticos, poseen dos zonas: una polar que contiene el grupo carboxilo de carácter hidrofílico y otra apolar que es la cadena carbonada e hidrofóbica. Reaccionan con los alcoholes formando ésteres y liberando agua. Se hidrolizan en presencia de álcalis formando sales de sodio y potasio. El grado de insaturación y la longitud de la cadena alifática determinan el punto de fusión.
Aminoácidos
Los aminoácidos son compuestos orgánicos sencillos de bajo peso molecular que, al unirse entre sí, forman las proteínas. El enlace peptídico se forma cuando los aminoácidos se unen mediante enlaces covalentes, dando lugar a la pérdida de una molécula de agua. Los aminoácidos unidos por enlaces peptídicos se denominan residuos para resaltar la pérdida de átomos en la formación del enlace peptídico.
Características del Enlace Peptídico
- El enlace peptídico es un enlace covalente más corto que la mayoría de los demás enlaces C-N.
- Posee cierto carácter de doble enlace, lo que le impide girar libremente.
- Los cuatro átomos del grupo péptido y los dos átomos de carbono se hallan situados sobre un mismo plano, manteniendo distancias y ángulos fijos.
- Los únicos enlaces que pueden girar, aunque no del todo libremente, son los formados C-C y N-C.
Estructura de las Proteínas
Las proteínas se disponen en el espacio formando una estructura tridimensional. Se clasifican en:
- Estructura primaria: Indica los aminoácidos presentes en la cadena.
- Estructura secundaria: Es la disposición espacial que adopta la estructura primaria para ser estable, consecuencia directa de la capacidad de giro que poseen los carbonos α de los aminoácidos.
- α-hélice: La cadena polipeptídica se enrolla en espiral sobre sí misma, mantenida gracias a los enlaces de hidrógeno intracatenarios.
- Conformación β: Algunas proteínas conservan su estructura primaria en zigzag y se asocian mediante enlaces de hidrógeno intercatenarios.
- Estructura terciaria: Se refiere al modo en que la proteína nativa se encuentra plegada en el espacio, estable gracias a las interacciones entre los radicales de los diferentes aminoácidos.
- Estructura cuaternaria: Es la estructura que poseen las proteínas formadas por dos o más cadenas polipeptídicas denominadas subunidades, que pueden ser iguales o diferentes, unidas mediante interacciones débiles como enlaces de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals e incluso puentes disulfuro.