Glúcids, Sals Minerals i Aigua: Guia de Bioquímica Bàsica

Glúcids: Els compostos orgànics més comuns

Els glúcids, també anomenats hidrats de carboni o carbohidrats, són els compostos orgànics més comuns a la natura.

Classificació dels glúcids

Els glúcids es poden classificar en diferents tipus segons la seva estructura:

Monosacàrids

Són els glúcids més simples, formats per 3 a 7 àtoms de carboni. Poden ser:

• Aldoses: Contenen un grup aldehid (per exemple, la glucosa).
• Cetoses: Contenen un grup cetona (per exemple, la fructosa).

Oligosacàrids

Són glúcids formats per la unió de 2 a 10 monosacàrids. Un exemple important són els disacàrids, formats per la unió de dos monosacàrids (com la lactosa).

Polisacàrids

Són glúcids formats per més de 10 monosacàrids. Es classifiquen en:

• Homopolisacàrids: Formats per la repetició del mateix monosacàrid (per exemple, el midó o la cel·lulosa).
• Heteropolisacàrids: Formats per diferents tipus de monosacàrids (per exemple, la pectina o l’agar-agar).

Glúcids associats a altres molècules

Són glúcids units a altres tipus de molècules, com lípids o proteïnes. Alguns exemples són:

• Heteròsids
• Peptidoglicans
• Proteoglicans
• Glicoproteïnes
• Glicolípids

Tipus de monosacàrids segons el nombre de carbonis

• Trioses: Són molècules amb 3 àtoms de carboni. Són abundants a les cèl·lules, ja que es formen com a part del procés de degradació de la glucosa.
• Pentoses: La ribosa i la desoxiribosa són components essencials de l'ARN i l'ADN, respectivament. La ribulosa és important en la fotosíntesi.
• Hexoses: La glucosa és el sucre més comú a la natura i és fonamental per obtenir energia per a les cèl·lules. La fructosa es troba a la fruita i la galactosa a la llet.

Estructura cíclica

En les pentoses i hexoses, l'estructura més estable no és la lineal, sinó la cíclica. En dissolució aquosa, els àtoms de la molècula s'aproximen i s'uneixen, formant una estructura tancada.

Tipus d'estructures cícliques

Les estructures cícliques es representen amb les projeccions de Haworth. Les aldopentoses (com la ribosa) i les cetohexoses (com la fructosa) formen un cicle de cinc costats (furanoses), mentre que les aldohexoses (com la glucosa) es ciclen en un anell de sis costats (piranoses).

Estructura cíclica de la glucosa (esquerra) i la fructosa (dreta)

Les sals minerals i les seves funcions

Formes de les sals minerals en els éssers vius

Les sals minerals es poden trobar en els éssers vius de tres formes diferents:

• Precipitades: Són substàncies sòlides i insolubles. Tenen una funció estructural, com el carbonat càlcic en les closques de mol·luscs, el fosfat càlcic en els ossos i la sílice en les gramínies.
• Dissoltes: Quan es dissolen en aigua, es dissocien formant ions. Alguns exemples són els anions (com el clorur, carbonat, fosfat, nitrat) i els cations (com el calci, sodi, potassi).
• Associades a molècules orgàniques: Es poden unir a proteïnes (fosfoproteïnes), lípids (fosfolípids) o glúcids (agar-agar).

Funcions de les sals minerals

Funció estructural (sals precipitades)

Les substàncies precipitades tenen una funció estructural, ja que formen parts de l'esquelet, tant extern (exosquelet) com intern (endosquelet). Alguns exemples són:

• Carbonat càlcic: Es troba a les closques dels mol·luscs.
• Fosfat càlcic i carbonat càlcic: Es dipositen sobre el col·lagen i formen els ossos.
• Sílice (SiO₂): Present als exosquelets de les diatomees, a les tiges de les gramínies i a les dents.

Funcions reguladores (sals dissoltes)

Les substàncies dissoltes tenen dues funcions importants:

• Regulació de l'osmosi: Ajuden a mantenir constant el nivell de sal dins la cèl·lula. L'osmosi és el procés en què l'aigua passa a través de la membrana cel·lular, movent-se d'un medi amb menys concentració de soluts a un altre amb més concentració.
• Estabilitat de l'acidesa (pH): Mantenen el pH del medi intern gairebé constant, al voltant de la neutralitat (pH ≈ 7), controlant la concentració d'ions d'hidrogen (H⁺).

Funcions específiques dels ions

Els ions tenen accions específiques fonamentals per a la vida:

• Potencial d'acció cardíac: Els ions Na⁺ i K⁺ controlen el ritme del cor (aturant-lo en la diàstole), mentre que els ions Ca²⁺ provoquen la seva contracció (sístole).
• Turgència cel·lular: Els ions K⁺ afavoreixen l'absorció d'aigua a la cèl·lula (augmenten la turgència), mentre que els ions Ca²⁺ la disminueixen.
• Sinapsis neuronals: Els ions Na⁺, K⁺, Cl⁻ i Ca²⁺ creen gradients elèctrics que permeten la comunicació entre neurones.
• Síntesi d'hemoglobina: L'ió Fe²⁺ és essencial per produir hemoglobina.
• Síntesi de clorofil·la: L'ió Mg²⁺ és necessari per formar clorofil·la.
• Contracció muscular: Els ions Ca²⁺ són clau per a la contracció muscular, mentre que els ions Mg²⁺ la inhibeixen.

L'aigua: la molècula de la vida

L'aigua és el compost més abundant en els éssers vius, i la seva quantitat varia segons l'espècie, l'edat i el tipus de teixit o òrgan.

La molècula d'aigua

L’aigua és una molècula dipolar i neutra, formada per un àtom d'oxigen i dos àtoms d'hidrogen. Els hidrogens tenen una càrrega parcial positiva, i l'oxigen, una càrrega parcial negativa. A causa d’aquesta polaritat, les molècules d’aigua s’uneixen entre si per enllaços d’hidrogen, formant grups de 3 a 9 molècules. Aquesta propietat fa que l’aigua sigui líquida a temperatura ambient, mentre que altres molècules de mida similar, com el CO₂ o el NO₂, són gasos.

Formes de l'aigua en l'organisme

L'aigua es pot trobar en tres formes principals:

• Aigua circulant (8%): Forma part de líquids com la sang o la saba.
• Aigua intersticial (15%): Es troba entre les cèl·lules, formant part del medi intern.
• Aigua intracel·lular (40%): És la major part de l'aigua, present al citosol i a l'interior dels orgànuls.

Propietats fisicoquímiques de l'aigua

L'aigua és líquida entre 0 °C i 100 °C gràcies als ponts d'hidrogen, la qual cosa permet que la vida es desenvolupi en un ampli rang de temperatures.

• Elevada força de cohesió: Els enllaços d'hidrogen mantenen les molècules d'aigua fortament unides, la qual cosa ajuda a mantenir el volum cel·lular i la turgència de les plantes. Aquesta cohesió genera una alta tensió superficial.
• Elevada força d'adhesió: L'aigua tendeix a adherir-se a altres molècules polars. Aquesta adhesió, juntament amb la cohesió, permet la capil·laritat, que fa possible l'ascens de la saba pels vasos de les plantes.
• Elevada calor específica: Necessita absorbir molta calor per augmentar la seva temperatura. Això ajuda a evitar canvis tèrmics bruscos i actua com un eficaç amortidor tèrmic.
• Elevada calor de vaporització: Per passar de líquid a gas, cal molta energia per trencar els enllaços d'hidrogen. Aquesta propietat és clau en la refrigeració del cos mitjançant l'evaporació de la suor.
• Elevada constant dielèctrica: La seva polaritat la converteix en un excel·lent dissolvent per a compostos iònics i polars, per la qual cosa és un mitjà ideal per al transport de substàncies i les reaccions metabòliques.
• Major densitat en estat líquid que sòlid: El gel és menys dens que l'aigua líquida i flota. Aquesta capa de gel actua com un aïllant tèrmic, permetent la vida aquàtica a sota.
• Baix grau d'ionització: Només una petita fracció de les molècules es troba ionitzada, la qual cosa és clau per a l'equilibri del pH.

L'osmosi i la cèl·lula

L'osmosi és el moviment de l'aigua a través d'una membrana semipermeable i depèn de la concentració de soluts en el medi extern. Hi ha tres situacions possibles:

• Medi extern isotònic: Té la mateixa concentració de soluts que la cèl·lula. El flux net d'aigua és zero i la cèl·lula no es deforma.
• Medi extern hipotònic: Té menys concentració de soluts. L'aigua entra a la cèl·lula i aquesta s'infla (turgència).
• Medi extern hipertònic: Té més concentració de soluts. La cèl·lula perd aigua, es deshidrata i s'arruga (plasmòlisi).

Funcions de l'aigua en els éssers vius

L’aigua té diverses funcions essencials:

• Funció estructural: La pressió interna de l'aigua ajuda a mantenir la forma i el volum de les cèl·lules.
• Funció de dissolvent, transport i metabòlica: La majoria de les reaccions biològiques tenen lloc en medi aquós. L’aigua participa en reaccions com la hidròlisi i transporta substàncies.
• Funció mecànica amortidora: Actua com a lubricant, evitant la fricció entre òrgans, com en el líquid sinovial a les articulacions.
• Funció excretora: Ajuda a eliminar substàncies tòxiques del cos a través de l'orina o la suor.
• Funció termoreguladora: Gràcies a la seva elevada calor específica i de vaporització, l'aigua manté estable la temperatura corporal.