Hidrocarburos, Carbohidratos, Lípidos y Proteínas: Estructura y Función

Hidrocarburos (C-H)

Los hidrocarburos son compuestos orgánicos formados únicamente por átomos de carbono e hidrógeno. Presentan las siguientes características:

• Tetravalencia del carbono: El carbono forma cuatro enlaces covalentes.
• Hibridación: Los orbitales atómicos del carbono se combinan para formar orbitales híbridos, permitiendo la misma probabilidad de enlace con otros átomos.

Clasificación de los Hidrocarburos

Los hidrocarburos se clasifican en:

• Alifáticos: No poseen un anillo aromático. Pueden ser:
  • Saturados: Todos los enlaces carbono-carbono son simples (alcanos).
  • Insaturados: Contienen al menos un enlace doble (alquenos) o triple (alquinos) carbono-carbono.
• Aromáticos: Contienen al menos un anillo aromático (estructura cíclica con enlaces resonantes).

Nomenclatura de Hidrocarburos

La nomenclatura de los hidrocarburos sigue estas reglas:

• Prefijos: Indican el número de átomos de carbono en la cadena principal:
  • Met- (1), Et- (2), Prop- (3), But- (4), Pent- (5), Hex- (6), Hept- (7), Oct- (8), Non- (9), Dec- (10), Undec- (11), Dodec- (12), Tridec- (13), Tetradec- (14), Eicos- (20), Triacont- (30).
• Sufijos: Indican el tipo de enlace entre los átomos de carbono:
  • -ano (enlace simple, alcano)
  • -eno (enlace doble, alqueno)
  • -ino (enlace triple, alquino)

Ejemplos de Nomenclatura

Alcanos

CH₃ – CH₂ – CH₃: Propano (3 carbonos, enlaces simples)

Alquenos

CH₂ = CH₂: Eteno (2C, enlace doble)

CH₃ – CH = CH – CH = CH₂: 1,3-Pentadieno (5 carbonos, dos enlaces dobles en las posiciones 1 y 3)

Alquinos

CH ≡ CH: Etino (2 carbonos, enlace triple)

CH ≡ C – CH₂ - C ≡ C - CH₃: 1,4-Hexadiino (6 carbonos, dos enlaces triples en las posiciones 1 y 4)

Cíclicos

Si la estructura es cíclica, se antepone el prefijo "ciclo-". Ejemplo: 1,3-ciclopentadieno (anillo de 5 carbonos con dos enlaces dobles en las posiciones 1 y 3).

Alquilos (Radicales)

Son grupos alquilo que se forman al quitar un hidrógeno de un alcano. Se nombran cambiando la terminación -ano por -ilo (o -il). Ejemplo: CH₃ – CH₂ – CH₂ – (Propilo).

Para nombrar alcanos ramificados:

1. Se busca la cadena de carbonos más larga y se numera.
2. La numeración comienza por el extremo más cercano a un radical (o a un enlace múltiple si lo hubiera).
3. Los radicales se nombran en orden alfabético, precedidos por el número del carbono al que están unidos.

Ejemplos:

• 5-etil-3-metiloctano
• 2,2,4,4-tetrametiloctano

Formulación

Se utilizan las siguientes representaciones para formular los compuestos:

• Alcanos: CH₃– (inicio y fin de cadena), -CH₂- (en medio de la cadena)
• Alquenos: CH₂=CH (inicio y fin), -CH=CH- (medio)
• Alquinos: CH≡C (inicio y fin), -C≡C- (medio)

Grupos Funcionales

Un grupo funcional es un átomo, o grupo de átomos, que le confiere propiedades químicas características a una molécula orgánica. Algunos ejemplos importantes son:

• Cl: Cloro
• -OH: Alcohol
• -COOH: Ácido carboxílico
• -CHO: Aldehído
• -CO-: Cetona
• -COO-: Éster (Ej: -COOCH₃)
• -O-: Éter
• -NH₂: Amina
• -CO-NH₂: Amida
• -NO₂: Nitro
• -CN: Nitrilo

La numeración de la cadena principal comienza por el extremo más cercano al grupo funcional principal.

Carbohidratos

Los carbohidratos, también conocidos como hidratos de carbono, son las biomoléculas más abundantes en la naturaleza. Su fórmula general es (CH₂O)_n. Se clasifican en:

• Monosacáridos: Azúcares simples que no se pueden hidrolizar en unidades más pequeñas. Ejemplos: fructosa, glucosa (dextrosa), galactosa.
• Disacáridos: Formados por la unión de dos monosacáridos. Ejemplos: sacarosa (glucosa + fructosa), maltosa (glucosa + glucosa), lactosa (galactosa + glucosa).
• Polisacáridos: Formados por la unión de muchos monosacáridos. Ejemplos:
  • Animales: Quitina (en invertebrados), Glucógeno (reserva de glucosa).
  • Plantas: Celulosa (estructural), Almidón (reserva).
  • Levaduras y bacterias: Dextrano.

Lípidos

Los lípidos son un grupo heterogéneo de biomoléculas. Se caracterizan por:

• Estar compuestos principalmente por C, H y O (a veces P, N y otros elementos).
• Ser poco solubles en agua y líquidos polares, pero solubles en disolventes orgánicos.

Muchos lípidos se forman a partir de la unión de glicerol y ácidos grasos. Ejemplos de ácidos grasos:

• Ácido palmítico (ácido graso saturado)
• Ácido oleico (ácido graso monoinsaturado)
• Ácido linolénico (ácido graso poliinsaturado)

La unión de glicerol con ácidos grasos forma:

• Monoglicérido (glicerol + 1 ácido graso)
• Diglicérido (glicerol + 2 ácidos grasos)
• Triglicérido (glicerol + 3 ácidos grasos)

Los triglicéridos son la forma principal de almacenamiento de lípidos en el cuerpo y son predictores de enfermedades arteriales.

Fosfolípidos: Son lípidos que forman las membranas plasmáticas (aproximadamente el 50% de la membrana). Poseen una cabeza polar y dos colas hidrocarbonadas hidrofóbicas.

Proteínas

Las proteínas están formadas por aminoácidos. La estructura de un aminoácido es:

1. Grupo carboxilo (-COOH)
2. Grupo amino (-NH₂)
3. Átomo de Hidrógeno (H)
4. Átomo de Carbono central (C)
5. Cadena lateral R (grupo R variable, que diferencia a los distintos aminoácidos)

En condiciones fisiológicas (pH cercano a 7):

• El grupo carboxilo pierde un protón (pKa ≈ 2).
• El grupo amino está protonado (pKa ≈ 10).

Péptidos

Los péptidos se forman por la unión de aminoácidos mediante enlaces peptídicos (enlaces covalentes de tipo amida). Se clasifican en:

• Oligopéptidos: 2-9 aminoácidos
• Polipéptidos: 10-100 aminoácidos
• Proteínas: >100 aminoácidos

Los aminoácidos presentan una estructura tetraédrica.

Transcripción y Síntesis de Proteínas

La síntesis de proteínas es el proceso por el cual las células crean proteínas. Consta de dos etapas principales:

1. Transcripción: Ocurre en el núcleo. El ADN se utiliza como molde para crear una molécula de ARN mensajero (ARNm).
2. Traducción: Ocurre en los ribosomas (en el citoplasma). El ARNm se lee y se utiliza su código genético para ensamblar la proteína.

La transcripción es la primera parte del dogma central de la biología molecular: ADN → ARN. Es la transferencia de instrucciones genéticas del ADN al ARNm. Durante la transcripción, se crea una hebra de ARNm complementaria a la hebra de ADN.