Polímeros: Naturales y Sintéticos, Composición y Funciones
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Los polímeros o macromoléculas son moléculas muy grandes formadas por muchas unidades repetidas denominadas monómeros. Contienen cientos o miles de átomos y se distinguen por tener una masa molar elevada, que va desde miles a millones de gramos, cuyas propiedades físicas son muy distintas de las propiedades de moléculas pequeñas comunes. Se generan por un proceso denominado polimerización que consiste en la unión de muchas moléculas para dar origen a moléculas muy grandes.
Polímeros naturales fundamentales en todos los procesos de la vida
- Polisacáridos, almidón y celulosa: los cuales son alimento, vestuario y techo.
- Proteínas: forman parte importante del cuerpo animal, lo mantienen armado y lo hacen funcionar. Dentro del organismo las proteínas desempeñan funciones enzimáticas, estructurales, genéticas, de señalización, etc.
- Ácidos nucleicos: controlan la herencia a nivel celular.
Somos por completo dependientes de los polímeros sintéticos, por la composición de la ropa, muebles, piezas digitales, potes, envoltorios, prótesis dentales y ortopédicas, etc.
Entre los polímeros sintéticos más conocidos encontramos el nailon, los poliésteres, hule, teflón, utilizados en la industria alimenticia, textil y transformadora de materias primas en envases elaborados, como potes, envoltorios de alimentos, muebles...
- Homopolímeros: son polímeros hechos de un solo tipo de monómero, como por ejemplo: polietileno y el teflón.
- Copolímero: es un polímero que contiene dos o más monómeros distintos, como por ejemplo: hule sintético.
Polímeros naturales
Proteínas
Son polímeros naturales de masa molar elevada, que cumplen un rol específico en casi todos los procesos biológicos, como por ejemplo las enzimas, que son catalizadores biológicos específicos y de naturaleza proteica. Su unidad estructural fundamental son los aminoácidos. Si dos aminoácidos se unen, se forma un dipéptido; si son tres, un tripéptido y así sucesivamente. Cuando la masa molecular del polímero es inferior a 10.000 unidades, se habla de polipéptido, y si es superior a esta cifra, se llama proteína.
Los aminoácidos son compuestos que contienen al menos un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH) y se unen mediante enlaces peptídicos para dar origen a las proteínas.
Las proteínas se encuentran presentes en la sangre, en las membranas celulares, en los alimentos, facilitando no solo la catálisis de procesos bioquímicos, sino que también el transporte de sustancias vitales, movimiento coordinado, soporte mecánico (musculatura, fibras elásticas denominadas elastómeros) y la protección contra enfermedades.
Las proteínas son estructuras frágiles que están diseñadas para soportar ciertas temperaturas y niveles de pH. Si una proteína es sometida a cambios bruscos de temperatura o pH, su estructura se rompe, perdiendo así su actividad biológica y se dice que es una proteína desnaturalizada. En algunos casos puede ser reversible.
La composición y la forma de una proteína vienen definidas por cuatro estructuras: primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria. Los niveles estructurales de las proteínas se mantienen estables gracias a los enlaces entre los radicales R de los aminoácidos. Estos pueden ser de dos tipos: uno formado por enlaces covalentes fuertes, llamado puente disulfuro, y el otro constituido por enlaces intermoleculares débiles, denominados: puentes de hidrógeno, fuerzas de van der Waals y atracciones ion-dipolo y dipolo-dipolo.
Ácidos nucleicos
Son polímeros naturales de masa molar elevada cuyo papel es esencial en la síntesis de proteínas y herencia celular. El ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN) son los dos tipos de ácidos nucleicos existentes y estructuralmente difieren en las bases nitrogenadas y el azúcar que los conforma. Además, el ARN existe como una sola hebra mientras que el ADN se presenta en una doble hebra en forma de espiral.
Una molécula de ADN o de ARN contiene solo 4 componentes esenciales: purinas, pirimidinas, azúcares y un grupo fosfato.
Los ácidos nucleicos se construyen de nucleótidos de un modo bastante similar a la manera como las proteínas se construyen de aminoácidos. Así, presentan diferentes niveles de organización estructural: estructuras primarias, secundarias y terciarias.
Cada nucleótido tiene tres componentes fundamentales: un grupo fosfato, una pentosa o azúcar de 5 átomos de carbono, una base nitrogenada (estructura carbonada cíclica) que tiene átomos de carbono.
Cada hebra de ADN está formada por nucleótidos (monómeros de los ácidos nucleicos), que consta de una base nitrogenada (purinas o pirimidinas), una desoxirribosa (azúcar) y un grupo fosfato. Cabe destacar que las hebras se unen entre sí, por enlaces puente hidrógeno.
Hidratos de carbono (carbohidratos o glúcidos)
Son polímeros naturales, compuestos principalmente de hidrógeno, carbono y oxígeno. Están presentes en el organismo animal de los alimentos, su función principal es actuar como nutrientes y reserva energética.
La unidad estructural de los glúcidos son los monosacáridos que se unen mediante un enlace covalente, conocido como enlace glucosídico, para dar origen a las proteínas. De acuerdo al número de carbonos, las más comunes se clasifican en triosas (3), tetrosas (4), pentosas (5), hexosas (6) y así sucesivamente.
Los carbohidratos se clasifican en:
- Monosacáridos: aquellos formados por una unidad, son la base de los otros carbohidratos, entre aquellos tenemos la glucosa y sacarosa.
- Oligosacáridos: aquellos que tienen entre 2 y 10 monómeros.
- Polisacáridos: grandes cadenas lineales o ramificadas de monosacáridos iguales o diferentes. Los monosacáridos se unen por la reacción entre el grupo hidroxilo (-OH) del carbono uno con el grupo hidroxilo del carbono 4 o 6. Este proceso se repite innumerables veces hasta formar el polímero.
Lípidos
Polímeros naturales insolubles en agua, de peso molecular elevado, formado principalmente por hidrógeno, carbono y oxígeno. Sus funciones principales son de reserva energética, permeabilidad y movilidad celular.
Su monómero son los ácidos grasos, que forman parte de los fosfolípidos y glucolípidos presentes en la membrana plasmática. Los ácidos grasos se unen por medio de enlaces covalentes.
Entre los muchos tipos de ácidos grasos, encontramos los ácidos grasos saturados e insaturados, los cuales difieren en si contienen o no dobles enlaces carbono-carbono respectivamente.
Polímeros sintéticos
Poliéster
Es una categoría de polímeros que contiene el grupo funcional éster en su cadena principal. Corresponde a una resina termoestable obtenida por polimerización del estireno y otros productos químicos. Se endurece a la temperatura ordinaria y es muy resistente a la humedad, a los productos químicos y a las fuerzas mecánicas. Se usa en la fabricación de fibras, recubrimientos de láminas, etc.
Nailon
Es un polímero artificial que pertenece al grupo de las poliamidas. Es una fibra textil elástica y resistente que se utiliza en la confección de ropas y telas.
Polipropileno
Polímero sintético, muy resistente, parcialmente cristalino que se obtiene de la polimerización del propileno (o propeno). Es utilizado en una amplia variedad de aplicaciones que incluye empaques para alimentos, lanas, equipo de laboratorio, juguetes, muebles de terrazas, etc.