Propiedades Bioquímicas del Agua y Estructura de Monosacáridos

Propiedades y Funciones del Agua

Gran poder disolvente

El agua es considerada el disolvente universal. Su polaridad molecular le permite establecer puentes de hidrógeno con compuestos iónicos y con moléculas que poseen grupos polares. Esto facilita:

• El transporte de sustancias en el interior de los seres vivos (SV).
• Actuar como medio para las reacciones del metabolismo, ya que la mayoría de las moléculas deben encontrarse en disolución para poder interactuar entre ellas.

Elevado calor específico

Se define como la cantidad de calor que se debe suministrar a un gramo de dicha sustancia para que su temperatura aumente 1 grado Celsius. El agua posee un elevado calor específico, lo que significa que puede absorber una gran cantidad de calor sin que se produzca un aumento apreciable de su temperatura. Actúa como un amortiguador térmico, manteniendo la temperatura del organismo relativamente constante aunque fluctúe la temperatura ambiental.

Elevado calor de vaporización

Es la energía que debe absorber 1 gramo de una sustancia líquida para convertirse en gas. El agua tiene un alto calor de vaporización, lo que le confiere una importante acción refrigerante. Ayuda a regular la temperatura corporal, ya que la evaporación del agua (sudoración) elimina el exceso de calor y estabiliza la temperatura del organismo.

Elevada fuerza de cohesión

El agua presenta una elevada cohesión debido a su capacidad para establecer puentes de hidrógeno entre sus moléculas. Esta propiedad permite al agua:

• Actuar como esqueleto hidrostático en algunos seres vivos.
• Dar volumen a las células.
• Proporcionar turgencia a las plantas.

Elevada capacidad de adhesión

El agua es capaz de unirse a diversas superficies o a las paredes de conductos. Esta propiedad es responsable de fenómenos de capilaridad, que permiten, por ejemplo, el ascenso de la savia bruta por el xilema en las plantas.

Elevada tensión superficial

La superficie del agua opone una resistencia a romperse debido a la cohesión entre sus moléculas. Esto permite la existencia de vida asociada a esta película superficial (por ejemplo, algunos insectos que caminan sobre el agua).

Reactividad química

El agua es un potente reactivo gracias a su capacidad para disociarse en iones hidronio (H₃O⁺) e hidroxilo (OH^-). Participa en reacciones de hidrólisis, que consisten en la ruptura de enlaces moleculares por acción del agua.

Densidad anómala

El agua presenta una mayor densidad en estado líquido que en estado sólido. Esto explica por qué el hielo flota sobre el agua líquida. Esta propiedad es crucial para la vida acuática en climas fríos, ya que la capa de hielo actúa como aislante, manteniendo la temperatura del agua por debajo de los 0ºC y permitiendo la supervivencia de los organismos.

Monosacáridos: Estructura y Tipos

Tipos de Isomería en Monosacáridos

Isomería de función

Son compuestos con igual fórmula química pero que se diferencian en el grupo funcional. Por ejemplo, la fórmula molecular C₆H₁₂O₆ corresponde tanto a la glucosa (un aldehído) como a la fructosa (una cetona).

Estereoisomería

Los estereoisómeros son compuestos que se diferencian únicamente en la disposición espacial de sus átomos. Esta isomería se debe a la existencia de carbonos asimétricos (carbonos unidos a cuatro radicales diferentes), presentes en todos los monosacáridos excepto en la dihidroxiacetona. El número de estereoisómeros que presenta un monosacárido depende del número de carbonos asimétricos (n), siendo igual a 2ⁿ.

Cuando los monosacáridos tienen más de un carbono asimétrico, presentan:

• Forma D: Si el grupo –OH del carbono asimétrico más alejado del grupo funcional principal (carbonilo) está a la derecha en la proyección de Fischer.
• Forma L: Si el grupo –OH del carbono asimétrico más alejado del grupo funcional principal está a la izquierda en la proyección de Fischer.

Isomería óptica

También se debe a la presencia de carbonos asimétricos. Los isómeros ópticos desvían el plano de la luz polarizada que atraviesa una disolución de los mismos:

• Si la rotación tiene lugar en el sentido de las agujas del reloj, los monosacáridos son dextrógiros o (+).
• Si la rotación es contraria a las agujas del reloj, se denominan levógiros o (-).

Nota: La pertenencia a la serie D o L es independiente de si son dextrógiros (+) o levógiros (-).

Estructura Cíclica de los Monosacáridos

En disolución acuosa, la mayor parte de los monosacáridos con 5 o más átomos de carbono no existen como cadenas lineales, sino que se disponen en estructuras cíclicas cerradas. Esto ocurre por la formación de un enlace intramolecular entre el grupo carbonilo (aldehído o cetona) y un grupo hidroxilo (-OH) de la misma molécula.

• Cuando reaccionan aldehídos con alcoholes, se forman hemiacetales.
• Cuando reaccionan cetonas con alcoholes, se forman hemicetales.

La ciclación crea un nuevo centro quiral (un nuevo carbono asimétrico) llamado carbono anomérico (el carbono que originalmente formaba el grupo carbonilo). La presencia de este nuevo carbono asimétrico permite la existencia de dos nuevos estereoisómeros, llamados anómeros:

• Si el grupo –OH unido al carbono anomérico se sitúa hacia abajo (en la proyección de Haworth) o hacia la derecha (en la proyección de Fischer modificada), el estereoisómero se llama anómero α.
• Si el grupo –OH unido al carbono anomérico se sitúa hacia arriba (en la proyección de Haworth) o hacia la izquierda (en la proyección de Fischer modificada), el estereoisómero se llama anómero β.

Ciclación de Aldohexosas

Se origina al reaccionar el grupo aldehído del C1 con el grupo hidroxilo del C5. El anillo resultante es un ciclo de seis miembros (cinco carbonos y un oxígeno), similar al pirano, por lo que se denomina piranosa. Por ejemplo:

• Si el grupo hidroxilo (-OH) del C1 (carbono anomérico) en la D-glucosa ciclada se sitúa hacia abajo, recibe el nombre de α-D-glucopiranosa.
• Si se sitúa hacia arriba, se denomina β-D-glucopiranosa.

Ciclación de Cetohexosas

En las cetohexosas como la fructosa, el grupo cetónico en el C2 reacciona generalmente con el grupo hidroxilo del C5 para formar el hemicetal intramolecular. El anillo resultante es de cinco miembros (cuatro carbonos y un oxígeno), similar al furano, por lo que se denomina furanosa.

Monosacáridos Relevantes Biológicamente

Triosas (C₃H₆O₃)

El gliceraldehído y la dihidroxiacetona son intermediarios clave en el metabolismo de la glucosa (glucólisis) y de las grasas.

Pentosas (C₅H₁₀O₅)

• La ribosa es un componente estructural del ARN (ácido ribonucleico) y de coenzimas como el ATP y el NAD.
• La desoxirribosa (más precisamente 2-desoxirribosa) es el componente estructural del ADN (ácido desoxirribonucleico). Se diferencia de la ribosa en que carece de un átomo de oxígeno en el carbono 2'.

Hexosas (C₆H₁₂O₆)

(Ejemplos como Glucosa y Fructosa ya mencionados anteriormente)