martes, 27 de julio de 2010

UNIDAD 4 ANALISIS DE BIOMOLECULAS

CROMATOGRAFIA DE CAPA FINA


La cromatografía en capa fina se basa en la preparación de una capa, uniforme, de un adsorbente mantenido sobre una placa de vidrio u otro soporte. Los requisitos esenciales son, pues, un adsorbente, placas de vidrio, un dispositivo que mantenga las placas durante la extensión, otro para aplicar la capa de adsorbente, y una cámara en la que se desarrollen las placas cubiertas.


La fase móvil es líquida y la fase estacionaria consiste en un sólido. La fase estacionaria será un componente polar y el eluyente será por lo general menos polar que la fase estacionaria, de forma que los componentes que se desplacen con mayor velocidad serán los menos polares.
Polaridad de los compuestos orgánicos en orden creciente:


hidrocarburos < olefinas < fluor < cloro < nitro < aldehído
aldehído < ester < alcohol < cetonas < aminas < ácidos < amidas
Ventajas de la cromatografía en capa fina


La cromatografía en capa fina presenta una serie de ventajas frente a otros métodos cromatográficos (en columna, en papel, en fase gaseosa, ...) ya que el utillaje que precisa es más simple. El tiempo que se necesita para conseguir las separaciones es mucho menor y la separación es generalmente mejor. Pueden usarse reveladores corrosivos, que sobre papel destruirían el cromatograma. El método es simple y los resultados son fácilmente reproducibles, lo que hace que sea un método adecuado para fines analíticos.


-CROMATOGRAFIA DE AFINIDAD


Es una cromatografíaque utiliza la alta especificidad de las reacciones biológicas del tipo antígeno-anticuerpo, hormona-receptor…Para ello un ligando de afinidad se une al soporte de la FE. Cuando la muestra atraviese la columna solo se retendrá la sustancia capaz de reaccionar con dicho ligando.Una vez concluida la separación hay que provocar la salida de la sustancia que dio la reacción específica.

-CROMATOGRAFIA DE INTERCAMBIO IONICO


La Cromatografía líquida de alta eficacia o High performance liquid chromatography (HPLC) es un tipo de cromatografía en columna utilizada frecuentemente en bioquímica y química analítica. También se la denomina a veces Cromatografía líquida de alta presión o High pressure liquid chromatography (HPLC), aunque esta terminología se considera antigua y está en desuso.

El HPLC es una técnica utilizada para separar los componentes de una mezcla basándose en diferentes tipos de interacciones químicas entre las sustancias analizadas y la columna cromatográfica.


*Cromatografía de fase normal


La cromatografía de fase normal o "Normal phase HPLC" (NP-HPLC) fue el primer tipo de sistema HPLC utilizado en el campo de la química, y se caracteriza por separar los compuestos en base a su polaridad. Esta técnica utiliza una fase estacionaria polar y una fase móvil apolar, y se utiliza cuando el compuesto de interés es bastante polar. El compuesto polar se asocia y es retenido por la fase estacionaria.

La fuerza de absorción aumenta a medida que aumenta la polaridad del compuesto y la interacción entre el compuesto polar y la fase estacionaria polar (en comparación a la fase móvil) aumenta el tiempo de retención.


La fuerza de interacción no sólo depende de los grupos funcionales del compuesto de interés, sino también en factores estericos de forma que los isómeros estructurales a menudo se pueden diferenciar el uno del otro. La utilización de disolventes más polares en la fase móvil disminuye el tiempo de retención de los compuestos mientras que los disolventes más hidrofóbicos tienden a aumentar el tiempo de retención.


La NP-HPLC cayó en desuso a los años setenta con el desarrollo del HPLC de fase reversa o Reversed-phase HPLC debido a la falta de reproductibilidad de los tiempos de retención puesto que los disolventes próticos cambiaban el estado de hidratación de la silica o alúmina de la cromatografía.


*Cromatografía de fase reversa


La HPLC de fase reversa (RP-HPLC) consiste en una fase inmóvil apolar y una fase móvil de polaridad moderada. Una de las fases estacionarias más comunes de este tipo de cromatografía es la silica tratada con RMe2SiCl, dónde la R es una cadena alquil tal como C18H37 ó C8H17. El tiempo de retención es mayor para las moléculas de naturaleza apolar, mientras que las moléculas de carácter polar eluyen más rápidamente.


El tiempo de retención aumenta con la adición de disolvente apolar a la fase móvil y disminuye con la introducción de disolventes mas hidrofobicos. La cromatografía de fase reversa es tan utilizada que a menudo se lo denomina HPLC sin ninguna especificación adicional. La cromatografía de fase reversa se basa en el principio de las interacciones hidrofóbicas que resultan de las fuerzas de repulsión entre un disolvente relativamente polar, un compuesto relativamente apolar, y una fase estacionaria apolar.

La fuerza conductora en la unión del compuesto a la fase estacionaria es la disminución del área del segmento apolar del analito expuesto al disolvente.Este efecto hidrofóbico está dominado por la disminución de la energía libre de la entropía asociada con la minimización de la interfase compuesto-disolvente polar. El efecto hidrofóbico disminuye con la adición de disolvente apolar a la fase móvil. Esto modifica el coeficiente de partición de forma que el compuesto se mueve por la columna y eluye.


Las características del compuesto de interés juegan un papel muy importante en la retención. En general, un compuesto con una cadena alquil larga se asocia con un tiempo de retención mayor porque aumenta la hidrofobicidad de la molécula.

Aun así, las moléculas muy grandes pueden ver reducida la interacción entre la superficie del compuesto y la fase estacionaria.

El tiempo de retención aumenta con el área de superficie hidrofóbica que suele ser inversamente proporcional al tamaño del compuesto. Los compuestos ramificados suelen eluir más rápidamente que sus isómeros lineales puesto que la superficie total se ve reducida.


Aparte de la hidrofobicidad de la fase móvil, otras modificaciones de la fase móvil pueden afectar la retención del compuesto; por ejemplo, la adición de sales inorgánicas provoca un aumento lineal en la tensión superficial, y como que la entropía de la interfase compuesto-disolvente está controlada precisamente por la tensión superficial, la adición de sales tiende a aumentar el tiempo de retención.


Otra variable importante es el pH puesto que puede cambiar la hidrofobicidad del compuesto. Por este motivo, la mayoría de métodos utilizan un tampón como el fosfato de sodio para controlar el valor del pH. Estos tampones controlan el pH, pero también neutralizan la carga o cualquiera resto de silica de la fase estacionaria que haya quedado expuesta y actúan como contraiones que neutralizan la carga del compuesto.

El efecto de los tampones sobre la cromatografía puede variar, pero en general mejoran la separación cromatográfica.


Las columnas de fase reversa se echan a perder con menor facilidad que las columnas de silica normales. Aun así, muchas columnas de fase reversa están formadas por silica modificada con cadenas alquil y no se deben utilizar nunca con bases en medio acuoso puesto que éstas podrían dañar el esqueleto de silica subyacente. Las columnas se pueden utilizar en ácidos en medio acuoso pero no deberían estar expuestas demasiado tiempo al ácido porque puede corroer las partes metálicas del aparato de HPLC.


*Cromatografía de exclusión molecular


La cromatografía de exclusión molecular, también conocida como cromatografía por filtración en gel, separa las partículas de la muestra en función de su tamaño. Generalmente se trata de una cromatografía de baja resolución de forma que se suele utilizar en los pasos finales del proceso de purificación. También es muy útil para la determinación de la estructura terciaria y la estructura cuaternaria de las proteínas purificadas.


La cromatografía de filtración molecular es un método de cromatografía en columna por el cual las moléculas se separan en solución según su peso molecular, o más precisamente, según su radio de Stokes.


En esta cromatografía, la fase estacionaria consiste en largos polímeros entrecruzados que forman una red tridimensional porosa. A los fines prácticos, la columnas se empaquetan con pequeñas partículas esferoidales formadas por esos polímeros entrecruzados.

En consecuencia, estas partículas son porosas, y el tamaño de los poros es tal que algunas moléculas (las demasiado grandes) no podrán ingresar a esos poros, en tanto que otras (las suficientemente pequeñas) podrán pasar libremente. Los poros quedan conectados formando una malla o red, lo cual determina una serie de caminos a ser recorridos por las moléculas que acceden al interior de esta.


*Cromatografía de intercambio iónico


Artículo principal: Cromatografía de intercambio iónico
En la cromatografía de intercambio iónico, la retención se basa en la atracción electrostática entre los iones en solución y las cargas inmovilizadas a la fase estacionaria. Los iones de la misma carga son excluidos mientras que los de carga opuesta son retenidos por la columna.

Algunos tipos de intercambiadores iónicos son:

i) Resinas de poliestireno,

ii) intercambiadores iónicos de celulosa y dextranos (geles)

iii) Silica porosa o vidrio de tamaño de poro controlado.

En general los intercambiadores iónicos favorecen la unión de iones elevada carga y radio pequeño. Un incremento en la concentración del contraión (respeto a los grupos funcionales de la resina) reduce el tiempo de retención.

Un incremento en el pH reduce el tiempo de retención en las cromatografías de intercambio catiònico mientras que una disminución del pH reduce el tiempo de retención en las cromatografías de intercambio aniònic. Este tipo de cromatografía es ampliamente utilizado en las siguientes aplicaciones: purificación de agua, concentración de componentes traza, Ligand-exchange chromatography, Ion-exchange chromatography of proteins, High-pH anion-exchange chromatography of carbohydrates and oligosaccharides, etc.


*Cromatografía basada en bioafinidad


Este tipo de cromatografía se basa en la capacidad de las sustancias biológicamente activas de formar complejos estables, específicos y reversibles.

La formación de estos complejos implica la participación de fuerzas moleculares como las interacciones de Van der Waals, interacciones electrostáticas, interacciones dipolo-dipolo, interacciones hidrofóbicas y puentes de hidrógeno entre las partículas de la muestra y la fase estacionaria.


CROMATOGRAFIA DE GASES ACOPLADA A MASAS


Esta técnica es la más confiable. Se utiliza al cromatógrafo de gases como separador de la muestra desconocida en sus componentes El espectrómetro de masas ioniza los componentes separados y realiza un barrido electrónico de todos los iones para ubicar iones de BPCs comparando sus masas teóricas.


Esta es una técnica absoluta y muy confiable ya que realiza el barrido de todos los congéneres basándose en el hecho de que la muestra es una familia de isómeros. Los isómeros son dos o más moléculas que tienen el mismo peso molecular pero diferente estructura.

Al barrer electrónicamente solamente 10 pesos moleculares se obtiene un resultado absoluto. Sin lugar a dudas este es el medio más seguro para detectar y cuantificar BPCs.



ESPECTROMETRIA INMUNODETECCION ELISA



La técnica ELISA (Enzyme Linked Inmunoabsorvent Assay) se basa en la detección de un antígeno inmovilizado sobre una fase sólida mediante anticuerpos que directa o indirectamente producen una reacción cuyo producto, por ejemplo un colorante, puede ser medido espectofotométricamente. Este principio tiene muchas de las propiedades de un inmunoensayo ideal : es versátil, robusto, simple en su realización, emplea reactivos económicos y consigue, mediante el uso de la fase sólida, de una separación fácil entre la fracción retenida y la fracción libre.


Además se han propuesto y desarrollado diferentes métodos de amplificación de la señal (luminiscentes, cascadas enzimáticas,...) que han permitido elevar la sensibilidad de algunos ELISA a la obtenida en el RIA (radioinmunoensayo) hormonal.


Este método ha tenido una enorme aplicación en todos aquellos campos en los que se precisaba la cuantificación de productos mediante anticuerpos : diagnóstico clínico, detección viral, clasificación de anticuerpos en isotipos, búsqueda de anticuerpos monoclonales, etc..


Se han ensayado numerosas fases sólidas, desde los tubos de cristal de los orígenes a las actuales microplacas de 96 pocillos de plástico tratado para aumentar su capacidad de absorción de moléculas y con fondos de pocillo ópticamente claros para poder realizar las medidas de densidad óptica en instrumentos específicos, espectrofotómetros de lectura de placas que han recibido el nombre de lectores ELISA.
Actualmente se están desarrollando dispositivos de mayor capacidad, por ejemplo con 384 y 1536 pocillos, adecuados para los sistemas de 'screening' masivo de los sistemas robotizados (HTS, 'High troughput system').

Los lectores ELISA son espectrofotómetros capaces de realizar lecturas seriadas de cada uno de los pocillos de la placa ELISA. A diferencia de un espectrofotómetro convencional, con capacidad de leer todas las longitudes de onda del ultravioleta y el visible de manera continua, los lectores de ELISA disponen de sistemas de filtros que sólo permiten la lectura de una o pocas longitudes de onda.
Son la que se corresponden con las necesarias para determinar la densidad óptica de los cromógenos más comúnmente utilizados.

Las 4 fases de un ensayo ELISA son las siguientes :

-Conjugación del anticuerpo o del antígeno con un enzima (peroxidasa, fosfatasa alcalina,...).
-El anticuerpo conjugado al enzima se emplea en los ensayos directos e indirectos, sandwich, etc..
-El antígeno marcado se emplea en ensayos de competición de antígeno.

-Unión del antígeno (o del anticuerpo) a los pocillos. La unión de anticuerpos o antígenos se realiza con facilidad a la superficie de plásticos tratados que tienen gran afinidad por proteínas.

Formación de una o más capas de inmunocomplejos.
En el caso del antígeno unido a la placa se puede detectar mediante un anticuerpo anti-antígeno marcado (ELISA directo) o empleando un anticuerpo primario anti-antígeno y un secundario anti primario marcado (ELISA indirecto). Este segundo método permite la amplificación de la señal al poderse unir uno o más anticuerpos secundarios a cada anticuerpo primario.
En el caso del anticuerpo unido a la placa se incuba con una mezcla de antígeno y antígeno marcado. Se ensayan diferentes relaciones de antígeno frio frente a una cantidad fija de antígeno marcado. Es el ensayo de competición del antígeno.

Revelado de la reacción enzimática. Después de un lavado para eliminar todos las moléculas marcadas no fijadas en forma de inmunocomplejos se añade el sustrato enzimático en solución. Se deja reaccionar y se lee la densidad óptica (D.O.) mediante espectrofotometría. En el esquema se muestra la reacción asociada a un ELISA directo.

Se han desarrollado múltiples variantes de ensayos ELISA que permiten desde la cuantificación de un antígeno en solución, la detección de un anticuerpo en una solución (por ej. en el clonaje de anticuerpos monoclonales), o la determinación de la subclase (idiotipo) de un anticuerpo. A continuación se describen los más comunes.

ELISA directo (ensayo ELISA simple de dos capas). Las placas ELISA se preparan recubriendo los pocillos con las soluciones en las que se sospecha se encuentra el antígeno. Se incuban con anticuerpos marcados. Indican la presencia de antígeno en la solución analizada.
Es necesario incluir controles negativos que serán muestras del mismo tipo de las analizadas (sangre, orina, ...) pero en las que se tenga la certeza de la ausencia del antígeno buscado. Asimismo se incluyen controles positivos (soluciones donde se encuentra el antígeno buscado, o bien se le ha añadido).

ELISA indirecto.
Las placas ELISA se preparan de una forma idéntica a la anterior. Los controles positivos y negativos son los mismos. El sistema de detección emplea dos anticuerpos : uno primario contra el antígeno, y uno secundario marcado contra el primario.
La detección tiene mayor sensibilidad por presentar una amplificación de señál debida a la unión de dos o más anticuerpo secunadarios por cada primario. Es el ensayo más popular, como lo es la inmunofluorescencia indirecta, pues un mismo secundario marcado y un mismo sistema enzimático permite cuantificar una gran cantidad de antígenos.

ELISA 'sandwich'. (ensayo de captura de antígeno y detección mediante inmunocomplejos).
Se trata de un ensayo muy empleado en el que se recubre el pocillo con un primer anticuerpo anti-antígeno. Después de lavar el exceso de anticuerpo se aplica la muestra problema en la que se encuentra el antígeno, que será retenido en el pocillo al ser reconocido por el primer anticuerpo.
Después de un segundo lavado que elimina el material no retenido se aplica una solución con un segundo anticuerpo anti-antígeno marcado. Así pues cada molécula de antígeno estará unida a un anticuerpo en la base que lo retiene y un segundo anticuerpo, al menos, que lo marca.
Este ensayo tiene una gran especificidad y sensibilidad debido a la amplificación de señal que permite el segundo anticuerpo



CENTRIFIGURACION

La centrifugación es un método por el cual se pueden separar sólidos de líquidos de diferente densidad mediante una fuerza rotativa , la cual imprime a la mezcla con una fuerza mayor que la de la gravedad, provocando la sedimentación de los sólidos o de las partículas de mayor densidad.
Este es uno de los principios en los que la densidad: Todas lículas, por posa, sectadas por cualquier y una extensa variedad de técnicas derivadas de esta. Donde la fuerza es mayor a la gravedad.

Tipos de centrífugas

Los aparatos en los que se lleva a cabo la centrifugación son las centrífugas. Una centrífuga tiene dos componentes esenciales: rotor (donde se coloca la muestra a centrifugar) y motor. Existen dos tipos de rotores:
De ángulo fijo: Los tubos se alojan con un ángulo fijo respecto al eje de giro. Se usa para volúmenes grandes.

Basculante: Los tubos se hallan dentro de unas carcasas que cuelgan. Estas carcasas están unidas al rotor con un eje y cuando la centrífuga gira, se mueven. Se usan para volúmenes pequeños y para separar partículas con un mismo o casi igual coeficiente de sedimentación.

Las centrífugas están metidas en el interior de una cámara acorazada a unos 4ºC. Si esta cámara no estuviese presente, al comenzar la centrifugación, y debido al rozamiento con el aire, subiría la temperatura de la muestra y podría llegar a desnaturalizarse.

Una centrífuga debe tener las masas de las muestras compensadas unas con otras. En caso contrario, la centrífuga podría "saltar por los aires". Aunque hoy en día, para que esto no ocurra, casi todas las centrífugas se detienen si las masas no están compensadas.

Existen dos grandes grupos de centrífugas:
Analíticas: Con las que se obtienen datos moleculares (masa molecular, coeficiente de sedimentación, etc.). Son muy caras y escasas.
Preparativas: Con las que se aíslan y purifican las muestras. Hay 4 tipos de centrífugas
De mesa: Alcanzan unas 5.000 rpm (revoluciones por minuto). Se produce una sedimentación rápida.
Hay un subtipo que son las microfugas que llegan a 12.000-15.000 rpm. Se obtiene el precipitado en muy poco tiempo.

De alta capacidad: Se utilizan para centrifugar volúmenes de 4 a 6 litros. Alcanzan hasta 6.000 rpm. Son del tamaño de una lavadora y están refrigeradas.

De alta velocidad: Tienen el mismo tamaño que las de alta capacidad y llegan a 25.000 rpm.

Ultracentrífugas: Pueden alcanzar hasta 100.000 rpm. También están refrigeradas. Son capaces de obtener virus.


CENTRIFUGACION DIFERENCIAL

A.- Centrifugación diferencial.En este método, el tubo de centrífuga se llena con una mezcla uniforme problema. Tras la centrifugación se obtienen dos fracciones: un pellet que contiene el material sedimentado y un sobrenadante con el material no sedimentado. Es una técnica muy útil, sobre todo para aislamiento de células y orgánulos subcelulares.
Es un tipo de separación logrado en base al tamaño de las partículas.Esta técnica consiste en someter a una muestra heterogénea de partículas a fuerzas de centrifugación crecientes por períodos de tiempo crecientes. Los precipitados obtenidos luego de cada centrifugación estarán enriquecidos en una determinada partícula.
Para lograr la separación, los coeficientes de sedimentación de las partículas deben diferir en al menos un factor de tres (moléculas con s mayores precipitan primero).La centrifugación es un método que utiliza la propiedad de sedimentación de partículas con base en la masa de las moléculas para la separación de partículas de una solución.
Una vez obtenido el lisado o homogenado celular se ha de proceder a su fraccionamiento. Una de las técnicas más empleadas es la centrifugación. Se basa en hacer girar el tubo a gran velocidad de forma que se produzca la acumulación en el fondo del mismo de las partículas que tienden a hundirse por tener una densidad menor que la del medio en que se encuentran.
Así, después de la centrifugación la muestra, homogénea, se habrá separado en dos fracciones : sobrenadante (supernatant), fracción homogénea que no ha sedimentado, y el sedimento (pellet) que ha quedado adherida al fondo del tubo.
CENTRIFUGACION DIFERENCIAL
La centrifugación diferencial se basa en la existencia de diferentes partículas en la suspensión que difieren en su densidad de la del medio. Si se centrifuga en condiciones suaves (poco tiempo, poco fuerza de aceleración) sedimentarán las partículas mayores y/o más densas.
Cuando el sobrenadante de la primera centrifugación es centrifugado de nuevo en condiciones de mas tiempo y más fuerza de aceleración sedimentan de nuevo las partículas más densas presentes y así sucesivamente. Se pueden aplicar condiciones crecientes de severidad en la centrifugación y obtener una colección de sedimentos que corresponden sucesivamente a fracciones de partículas de diferente tamaño y/o densidad.

ULTRACENTRIFUGACION

Ultracentrifugación: una técnica de separación bioquímica
Consideremos una solución que contiene diferentes tipos de macromoléculas biológicas
como pueden ser trozos de ADN, proteínas, enzimas etc. Una técnica muy utilizada para
separar macromoléculas y organelos celulares es la ultacentrifugación.
En este problema pretendemos estudiar esta técnica.
El principio de la técnica es simple; mediante un movimiento
circular uniforme, aumentamos la aceleración normal generando un campo gravitacional local
mayor. Es decir, deseamos pasar de ~a = ~g a ~a _ ~g. Como ejemplo de trabajo vamos a
estudiar la separación de la mioglobina.

lunes, 26 de julio de 2010

UNIDAD 3 BIOMOLECULAS

BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS

BIOELEMENTOS

Son los elementos químicos que forman parte de la materia viva. Según su importancia y abundancia se clasifican en:

• Elementos primarios: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Representan algo más del 96% del peso de cualquier organismo. Son elementos imprescindibles para la creación de moléculas orgánicas.

• Elementos secundarios:fósforo, azufre, sodio, potasio, calcio, magnesio y cloro. Constituyen el 3% en peso aproximadamente.

• Oligoelementos: Representan menos del 1%. No todos forman parte de los seres vivos. Cabe citar por ejemplo el hierro, cinc, bromo, yodo y silicio.

Al contrario que en los seres inertes, donde el silicio es la base, en los seres vivos se utiliza la química del carbono por varias razones:

• Al tener peso atómico bajo permite enlaces covalentes estables, pero no tanto para impedir las reacciones metabólicas.

• La estructura del átomo de carbono permite conseguir largas cadenas ramificadas que pueden romperse con facilidad.

• Los átomos de carbono se unen con facilidad al nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y azufre, facilitando así la unión de diferentes grupos funcionales.

Función de los bioelementos primarios y secundarios

El carbono, hidrógeno y oxigeno (respiración aerobia incorpora electrones) constituyen la estructura básica de las moléculas orgánicas.
• El nitrógeno participa en la construcción de proteínas y ácidos nucleicos.
• El fósforo forma parte de los ácidos nucleicos y sus enlaces son utilizados en la obtención de energía (ATP).
• El azufre constituye parte de la mayoría de las proteínas.

LAS BIOMOLÉCULAS

Inorgánicas (agua, sales minerales y gases), en la naturaleza y seres vivos.
Orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y enzimas), solo en seres vivos.

Estructura de la molécula de AGUA

El agua es la molécula más abundante en los seres vivos, y representa entre el 70 y 90% del peso de la mayor parte de los organismos. El contenido varia de una especie a otra; también es función de la edad del individuo (su % disminuye al aumentar la edad) y el tipo de tejido.

El papel primordial del agua en el metabolismo de los seres vivos se debe sus propiedades físicas y químicas, derivadas de la estructura molecular.A temperatura ambiente es líquida, al contrario de lo que cabría esperar, ya que otras moléculas de parecido peso molecular (SO2, CO2, SO2, H2S, etc) son gases. Este comportamiento se debe a que los dos electrones de los dos hidrógenos están desplazados hacia el átomo de oxigeno, por lo que en la molécula aparece un polo negativo, donde está el oxígeno, debido a la mayor densidad electrónica, y dos polos positivos, donde están los dos hidrógenos, debido a la menor densidad electrónica. La molécula de agua son dipolos.
Los enlaces por puentes de hidrógeno son, aproximadamente, 1/20 más débiles que los enlaces covalentes, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras moléculas unidas por puentes de hidrógeno, permite que se forme en el seno del agua una estructura ordenada de tipo reticular, responsable en gran parte del comportamiento anómalo y de sus propiedades físicas y químicas.

2. Propiedades físico-químicas del agua
El agua presenta las siguientes propiedades físico-químicas:
a) Acción disolvente.Esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, ya que estas se disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua.
b) Fuerza de cohesión entre sus moléculas.Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un liquido casi incompresible.

c) Elevada fuerza de adhesión.
De nuevo los puentes de hidrógeno del agua son los responsables, al establecerse entre estos y otras moléculas polares, y es responsable, junto con la cohesión de la capilaridad, al cual se debe, en parte, la ascensión de la sabia bruta desde las raíces hasta las hojas.
d) Gran calor específico. El agua absorbe grandes cantidades de calor que utiliza en romper los puentes de hidrógeno. Su temperatura desciente más lentamente que la de otros líquidos a medida que va liberando energía al enfriarse. Esta propiedad permite al citoplasma acuoso servir de proteccción para las moléculas orgánicas en los cambios bruscos de temperatura.

e) Elevado calor de vaporización.A 20ºC se precisan 540 calorías para evaporar un gramo de agua, lo que da idea de la energía necesaria para romper los puentes de hidrógeno establecidos entre las moléculas del agua líquida y, posteriormente, para dotar a estas moléculas de la energía cinética suficiente para abandonar la fase líquida y pasar al estado de vapor.

f) Elevada constante dieléctrica.
Por tener moléculas dipolares, el agua es un gran medio disolvente de compuestos iónicos, como las sales minerales, y de compuestos covalentes polares como los glúcidos.
Las moléculas de agua, al ser polares, se disponen alrededor de los grupos polares del soluto, llegando a desdoblar los compuestos iónicos en aniones y cationes, que quedan así rodeados por moléculas de agua. Este fenómeno se llama solvatación iónica.
g) Bajo grado de ionización. De cada 107 de moléculas de agua, sólo una se encuentra ionizada.
H2O H3O+ + OH-

Propiedades Bioquímicas del agua

Los seres vivos se han adaptado para utilizar químicamente el agua en dos tipos de reacciones:
a) En la fotosíntesis en la que los enzimas utilizan el agua como fuente de átomos de hidrógeno.

b) En las reacciones de hidrólisis, en que los enzimas hidrolíticos han explotado la capacidad del agua para romper determinados enlaces hasta degradar los compuestos orgánicos en otros más simples, durante los procesos digestivos.
Ionización del agua y escala de pH.

Un ion hidrogeno se disocia de su átomo de oxigeno de la molécula (unidos por enlace covalente), y pasa a unirse con el átomo de oxígeno de la otra molécula, con el que ya mantenía relaciones mediante el enlace de hidrógeno.

El agua no es un líquido químicamente puro, ya que se trata de una solución iónica que siempre contiene algunos iones H3O+ y OH- . (Se utiliza el símbolo H+, en lugar de H3O+).El producto [H+]·[OH-]= 10-14, se denomina producto iónico del agua, y constituye la base para establecer la escala de pH, que mide la acidez o alcalinidad de una disolución acuosa.
pH=-log[H+]

El pH del agua es 7 y lo consideramos neutro. Valores mayores serán básicos o alcalinos y valores menores ácidos.
Sistemas tampón o buffer

El sistemas tampón o buffer que mantienen el pH constante, mediante mecanismos homeostáticos. Las variaciones de pH, afectan a la estabilidad de las proteínas y, en concreto, en la actividad catalítica de los enzimas, pues en función del pH, pueden generar cargas eléctricas que modifiquen su actividad biológica.

Los sistemas tampón que tienden a impedir la variación del pH cuando se añaden pequeñas cantidades de iones H+ o OH- consisten en un par ácido-base conjugada que actúan como dador y aceptor de de protones, respectivamente.
Osmosis y presión osmótica

Se define ósmosis como una difusión pasiva, caracterizada por el paso del agua, disolvente, a través de la membrana semipermeable, desde la solución más diluida a la más concentrada.
Y entendemos por presión osmótica, a aquella que seria necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable. Al considerar como semipermeable a la membrana plasmática, las células de los organismos pluricelulares deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos tisulares que los bañan.
Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos, se haría hipertónica respecto a las células, como consecuencia se originan pérdida de agua y deshidratación (plasmólisis).
En el caso de los eritrocitos sanguíneos la plasmólisis se denomina crenación y la turgescencia el de hemólisis.

Sales Minerales

En función de su solubilidad se pueden distinguir:a) Sales inorgánicas insolubles en agua.Su función es de tipo plástico, formando estructuras de protección y sostén, como por ejemplo:
Caparazones de crustáceos y moluscos (CaCO3) y caparazones silíceos de radiolarios y diatomeas.
Esqueleto interno en vertebrados (fosfato, cloruro,fluoruro y carbonato de calcio) y los dientes.

Determinadas células incorporan sales minerales, como las que se pueden encontrar en la pared de celulosa de los vegetales.

El carbonato de calcio también se puede encontrar en el oído interno, formando los otolitos que intervienen en el mantenimiento del equilibrio interno o partículas de magnetita que,
b)Sales inorgánicas solubles en agua.La actividad biológica que proporcionan se debe a sus iones y desempeñan, fundamentalmente, las siguientes funciones:

Funciones catalíticas. Algunos iones como Mn+2, Cu+2, Mg+2, Zn+2, etc. actúan como cofactores enzimáticos siendo necesarios para el desarrollo de la actividad catalítica de ciertas enzimas .

Funciones osmóticas. Intervienen en la distribución del agua intra y extra celulares. Los iones Na+, K+, Cl-, Ca+2, participan en la generación de gradientes electroquímicos, que son imprescindibles en el potencial de membrana y del potencial de acción en los procesos de la sinapsis neuronal, transmisión del impulso nervioso y contracción muscular. Función tamponadora. Se lleva a cabo por los sistemas carbonato-bicarbonato y monofosfato-bifosfáto.
GLUCIDOS

1. CONCEPTO Y CLASIFICACIÓN
· Son biomoléculas constituidas por C, H, y O (a veces tienen N, S, o P)El nombre de glúcido deriva de la palabra "glucosa" que proviene del vocablo griego glykys que significa dulce, aunque solamente lo son algunos monosacáridos y disacáridos. Su fórmula general suele ser (CH2O)n.
· CLASIFICACIÓN


· MONOSACÁRIDOS U OSAS. Glúcidos de 3 a 8 átomos de C., con propiedades reductoras.ÓSIDOS. Asociación de monosacáridos.

· - HOLÓSIDOS
· * OLIGOSACARIDO. De 2 a 10 monosacáridos. Resultan de especial interés disacáridos y trisacáridos. * POLISACÁRIDOS. Mas de 10 monosacáridos.- HETERÓSIDOS. Monosacáridos y otras sustancias no glucídicas.

Monosacáridos

Se nombran haciendo referencia al nº de carbonos (3-12), terminado en el sufijo osa. Así para 3C: triosas, 4C:tetrosas, 5C:pentosas, 6C:hexosas, etc.

No son hidrolizables y a partir de 7C son inestables.
Presentan un esqueleto carbonado con grupos alcohol o hidroxilo y son portadores del grupo aldehído (aldosas) o cetónico (cetosas).

Propiedades: Son solubles en agua, dulces, cristalinos y blancos. Cuando son atravesados por luz polarizada desvían el plano de vibración de esta.
Estructura e isomerías. Los azúcares mas pequeños pueden escribirse por proyección en el plano.

Si dos monosacáridos se diferencian solo en el -OH de un carbono se denominan epímeros. Si son imagenes especulares entre sí se denominan enantiomeros.
PRINCIPALES MONOSARIDOS

ALDOSAS
CETOSAS

Triosas: Destacan el D-gliceraldehído y la dihidroxiacetona.

Pentosas: La D-ribosa forma parte del ácido ribonucleico y la 2-desoxirribosa del desoxirribonucleico. En la D-ribulosa destaca su importancia en la fotosíntesis.

Hexosas: La D-Glucosa se encuentra libre en los seres vivos. Es el mas extendido en la naturaleza, utilizandólo las células como fuente de energía. La D-fructosa se encuentra en los frutos y la D-Galactosa en la leche.

Enlaces
N-glucosídico y O-glucosídico


Hay dos tipos de enlaces entre un monosacárido y otras moléculas.
a) El enlace N-Glucosídico se forma entre un -OH y un compuesto aminado, originando aminoazúcares.

b) El enlace O-Glucosídico se realiza entre dos -OH de dos monosacáridos.
Será -Glucosídico si el primer monosacárido es , y -Glucosídico si el primer monosacárido es .


Disacáridos
La capacidad reductora de los glúcidos se debe a que el grupo aldehído o cetona puede oxidarse dando un ácido.
azucarera. Es el único disacárido no reductor, ya que los dos carbonos anoméricos de la glucosa y fructosa están implicados en el enlace G(1 ,2 ).


Polisacáridos

Están formados por la unión de muchos monosacáridos, de 11 a cientos de miles.Sus enlaces son O-glucosídicos con pérdida de una molécula de agua por enlace.
Características
c) Proteoglucanos. El 80% de sus moléculas están formadas por polisacáridos y una pequeña fracción proteica. Son heteropolisacáridos animales como el ácido hialurónico (en tejido conjuntivo), heparina (sustancia anticoagulante), y condroitina (en cartílagos, huesos, tejido conjuntivo y córnea)

e) Glucolípidos. Están formados por monosacáridos u oligosacáridos unidos a lípidos. Se les puede encontrar en la membrana celular. Los mas conocidos son los cerebrósidos y gangliósidos.



Funciones de los Glúcidos.

Energética. El glúcido más importante y de uso inmediato es la glucosa. Sacarosa, almidón (vegetales) y glucógeno (animales) son formas de almacenar glucosas.

Estructural. El enlace impide la degradación de estas moléculas y hace que algunos organismos puedan permanecer durante cientos de años.
LIPIDOS

Concepto y Clasificación
·
· Con características químicas diversas, pero propiedades físicas comunes: poco o nada solubles en agua, siéndolo en los disolventes orgánicos (éter, benceno, cloroformo, acetona, alcohol).

Dada la diversidad de características químicas, su clasificación también lo es: puede hacerse atendiendo a criterios de saponificación, por simples o complejos o resaltando su importancia biológica, que será lo suficientemente destacada a lo largo de este tema.
Estructura y características de los ácidos grasos


Son ácidos carboxílicos de cadena larga, suelen tener nº par de carbonos (14 a 22), los más abundantes tienen 16 y 18 carbonos.
Los ácidos grasos son saturados cuando no poseen enlaces dobles, son flexibles y sólidos a temperatura ambiente.

Los Insaturados o poliinsaturados si en la cadena hay dobles o triples enlaces, rígidos a nivel del doble enlace siendo líquidos aceitosos.
Propiedades físicas.
A)Solubilidad. Son moléculas bipolares o anfipáticas (del griego amphi, doble).

B) Punto de fusión. En los saturados, el punto de fusión aumenta debido al nº de carbonos, mostrando tendencia a establecer enlaces de Van der Waals entre las cadenas carbonadas.

Los Insaturados tienen menos interacciones de este tipo debido al codo de su cadena.
Propiedades químicas.
A) Esterificación. El ácido graso se une a un alcohol por enlace covalente formando un ester y liberando una molécula de agua.
B)Saponificación. Reaccionan los álcalis o bases dando lugar a una sal de ácido graso que se denomina jabón. El aporte de jabones favorece la solubilidad y la formación de micelas de ácidos grasos.

Acilglicéridos, grasa simples o neutras

Son lípidos simples formados por
glicerol esterificado por uno, dos, o tres ácidos grasos, en cuyo caso: monoacilglicérido, diacilglicérido o triacilglicérido respectivamente.
Clasificación.
A) Aceites. Si los ácidos grasos son Insaturados o de cadena corta o ambas cosas a la vez, la molécula resultante es líquida a temperatura ambiente y se denomina aceite.

B) Mantecas. Son grasas semisólidas a temperatura ambiente. La fluidez de esta depende de su contenido en ácidos Insaturados y esto último relacionado a la alimentación.
C)Sebos. Son grasas sólidas a temperatura ambiente, como las de cabra o buey. Están formadas por ácidos grasos saturados y cadena larga.

1.-Glicerolípidos. Poseen dos moléculas de ácidos grasos mediante enlaces ester a dos grupos alcohol de la glicerina (posiciones y ). Según sea el sustituyente unido al tercer grupo alcohol de la glicerina se forman los:

a) Gliceroglucolípidos. Si se une un glúcido. Lípidos que se encuentran en membranas de bacterias y células vegetales.
b) Fosfolípidos. Se une el ácido fosfórico y constituye el ácido fosfatídico.

La estructura de los distintos Fosfolípidos se pueden considerar derivados del ácido fosfatídico, y por ello se nombran con el prefijo fosfatidil seguido del nombre del derivado aminado o polialcohol con el que se une.

4.- Céridos o ceras

Son ésteres de un ácido graso de cadena larga. Sólidos a temperatura ambiente, poseen sus dos extremos hidrófobos, lo que determina su función impermeabilizar y proteger.

5.- Esteroides

Son lípidos que derivan del ciclopentano perhidrofenantreno, denominado gonano (antiguamente esterano). Su estructura la forman cuatro anillos de carbono (A, B, C y D). Los esteroides se diferencian entre sí por el nº y localización de sustituyentes.

6.- Terpenos o Isoprenoides


Están formados por polimerización del isopreno.

Son moléculas muy abundantes en los vegetales y su clasificación se determina por el nº de isoprenos que contienen.

a) Monoterpenos: (dos isoprenos)Se encuentran aquí los aceites esenciales de muchas plantas, a las que dan su olor sabor característicos: mentol, geraniol, limoneno, pineno, alcanfor etc.

b) Diterpenos: (cuatro isoprenos) Es de destacar el fitol que forma parte de la clorofila y ser precursor de la vitamina A. Las vitaminas A, E y K también son diterpenos.

c) Tetraterpenos: (ocho isoprenos) En este grupo son abundantes las xantofilas y carotenos, pigmentos vegetales amarillo y anaranjado respectivamente. Dan color a los frutos, raíces (zanahoria) flores etc.En la fotosíntesis desempeñan un papel clave absorbiendo energía luminosa de longitudes de onda distinta a las que capta la clorofila. El caroteno es precursor de la vitamina A.

d) Politerpenos: (muchos isoprenos) Es de destacar el caucho, obtenido del Hevea Brasiliensis, que contiene varios miles de isoprenos. Se usa en la fabricación de objetos de goma.

7.- Funciones de los lípidos

Reserva.
Constituyen la principal reserva energética del organismo. Sabido es que un gramo de grasa produce 9,4 Kc. En las reacciones metabólicas de oxidación, mientras que los prótidos y glúcidos solo producen 4,1 Kc./gr. La oxidación de los ácidos grasos en las mitocondrias produce una gran cantidad de energía.Los ácidos grasos y grasas (Acilglicéridos) constituyen la función de reserva principal.

Estructural.
Forman las bicapas lipídicas de las membranas citoplasmáticas y de los orgánulos celulares. Fosfolípidos, colesterol, Glucolípidos etc. son encargados de cumplir esta función. En los órganos recubren estructuras y les dan consistencia, como la cera del cabello. Otros tienen función térmica, como los acilglicéridos, que se almacenan en tejidos adiposos de animales de clima frío.
También protegen mecánicamente, como ocurre en los tejidos adiposos de la planta del pie y en la palma de la mano del hombre.Resumiendo: la función estructural está encargada a Glucolípidos, Céridos, Esteroles, Acilglicéridos y Fosfolípidos.

Transportadora.
El transporte de lípidos, desde el intestino hasta el lugar de utilización o al tejido adiposo (almacenaje), se realiza mediante la emulsión de los lípidos por los ácidos biliares y los proteolípidos, asociaciones de proteínas específicas con triacilglicéridos, colesterol, fosfolípidos, etc., que permiten su transporte por sangre y linfa.
PROTEINAS
1. Son constituyentes químicos fundamentales e imprescindibles en la materia viva porque:

2. a)son los "instrumentos moleculares" mediante los cuales se expresa la información genética; es decir, las proteinas ejecutan las órdenes dictadas por los ácidos nucléicos.

3. b)son sustancias "plásticas" para los seres vivos, es decir, materiales de construcción y reparación de sus propias estructuras celulares. Sólo excepcionalmente sirven como fuente de energía.

4. c)muchas tienen "actividad biológica" (transporte, regulación, defensa, reserva, etc...). Esta característica diferencia a las proteinas de otros principios inmediatos como glúcidos y lípidos que se encuentran en las células como simples sustancias inertes.



Composición Química y Clasificación

Las proteinas son biopolímeros (macromoléculas orgánicas), de elevado peso molecular, constituidas basicamente por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N); aunque pueden contener también azufre (S) y fósforo (P) y, en menor proporción, hierro (Fe), cobre (Cu), magnesio (Mg), yodo (Y), etc...

Estos elementos químicos se agrupan para formar unidades estructurales (monómeros) llamados AMINOACIDOS, a los cuales podriamos considerar como los "ladrillos de los edificios moleculares protéicos".

Los aminoácidos.

Son las unidades básicas que forman las proteinas. Su denominación responde a la composición química general que presentan, en la que un grupo amino (-NH2) y otro carboxilo o ácido (-COOH) se unen a un carbono (-C-).
Las otras dos valencias de ese carbono quedan saturadas con un átomo de hidrógeno (-H) y con un grupo químico variable al que se denomina radical (-R).
.

En la naturaleza existen unos 80 aminoácidos diferentes, pero de todos ellos sólo unos 20 forman parte de las proteinas. .

Los aminoácidos que un organismo no puede sintetizar y, por tanto, tienen que ser suministrados con la dieta se denominan aminoácidos esenciales; y aquellos que el organismo puede sintetizar se llaman aminoácidos no esenciales.

Para la especie humana son esenciales ocho aminoácidos: treonina, metionina, lisina, valina, triptófano, leucina, isoleucina y fenilalanina (además puede añadirse la histidina como esencial durante el crecimiento, pero no para el adulto)

Propiedades de los aminoácidos.

Los aminoácidos son compuestos sólidos; incoloros; cristalizables; de elevado punto de fusión (habitualmente por encima de los 200 ºC); solubles en agua; con actividad óptica y con un comportamiento anfótero.

La actividad óptica se manifiesta por la capacidad de desviar el plano de luz polarizada que atraviesa una disolución de aminoácidos, y es debida a la asimetría del carbono , ya que se halla unido (excepto en la glicina) a cuatro radicales diferentes.
Esta propiedad hace clasificar a los aminoácidos en Dextrogiros (+) si desvian el plano de luz polarizada hacia la derecha, y Levógiros (-) si lo desvian hacia la izquierda

Péptidos y Enlace peptídico.

Los péptidos son cadenas lineales de aminoácidos enlazados por enlaces químicos de tipo amídico a los que se denomina Enlace Peptídico. Así pues, para formar péptidos los aminoácidos se van enlazando entre sí formando cadenas de longitud y secuencia variable. Para denominar a estas cadenas se utilizan prefijos convencionales como:

a)Oligopéptidos.- si el nº de aminoácidos es menor 10.

Dipéptidos.- si el nº de aminoácidos es 2.

Tripéptidos.- si el nº de aminoácidos es 3.
Tetrapéptidos.- si el nº de aminoácidos es 4.

etc...
b) Polipéptidos o cadenas polipeptídicas.- si el nº de aminoácidos es mayor 10.

Cada péptido o polipéptido se suele escribir, convencionalmente, de izquierda a derecha, empezando por el extremo N-terminal que posee un grupo amino libre y finalizando por el extremo C-terminal en el que se encuentra un grupo carboxilo libre, de tal manera que el eje o esqueleto del péptido, formado por una unidad de seis átomos (-NH-CH-CO-), es idéntico a todos ellos.
Estructura tridimensional.

La estructura tridimensional de una proteina es un factor determinante en su actividad biológica. Tiene un carácter jerarquizado, es decir, implica unos niveles de complejidad creciente que dan lugar a 4 tipos de estructuras: primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.
Cada uno de estos niveles se construye a partir del anterior.

Propiedades de las proteínas


SOLUBILIDAD
Las proteinas son solubles en agua cuando adoptan una conformación globular. La solubilidad es debida a los radicales (-R) libres de los aminoácidos que, al ionizarse, establecen enlaces débiles (puentes de hidrógeno) con las moléculas de agua.

CAPACIDAD AMORTIGUADORA
Las proteinas tienen un comportamiento anfótero y ésto las hace capaces de neutralizar las variaciones de pH del medio, ya que pueden comportarse como un ácido o una base y por tanto liberar o retirar protones (H+) del medio donde se encuentran.

DESNATURALIZACION Y RENATURALIZACION
La desnaturalización de una proteina se refiere a la ruptura de los enlaces que mantenian sus estructuras cuaternaria, terciaria y secundaria, conservandose solamente la primaria. En estos casos las proteinas se transforman en filamentos lineales y delgados que se entrelazan hasta formar compuestos fibrosos e insolubles en agua. Los agentes que pueden desnaturalizar a una proteina pueden ser: calor excesivo; sustancias que modifican el pH; alteraciones en la concentración; alta salinidad; agitación molecular; etc...

ESPECIFICIDAD
Es una de las propiedades más características y se refiere a que cada una de las especies de seres vivos es capaz de fabricar sus propias proteinas (diferentes de las de otras especies) y, aún, dentro de una misma especie hay diferencias protéicas entre los distintos individuos. Esto no ocurre con los glúcidos y lípidos, que son comunes a todos los seres vivos.
7.- Funciones de las proteínas

Función ESTRUCTURAL
-Algunas proteinas constituyen estructuras celulares:
Ciertas glucoproteinas forman parte de las membranas celulares y actuan como receptores o facilitan el transporte de sustancias.
Las histonas, forman parte de los cromosomas que regulan la expresión de los genes.

- Función ENZIMATICA
-Las proteinas con función enzimática son las más numerosas y especializadas. Actúan como biocatalizadores de las reacciones químicas del metabolismo celular.

Función HORMONAL

-Algunas hormonas son de naturaleza protéica, como la insulina y el glucagón (que regulan los niveles de glucosa en sangre) o las hormonas segregadas por la hipófisis como la del crecimiento o la adrenocorticotrópica (que regula la síntesis de corticosteroides) o la calcitonina (que regula el metabolismo del calcio).

Función REGULADORA
-Algunas proteinas regulan la expresión de ciertos genes y otras regulan la división celular (como la ciclina).

Función HOMEOSTATICA
-Algunas mantienen el equilibrio osmótico y actúan junto con otros sistemas amortiguadores para mantener constante el pH del medio interno.

Función DEFENSIVA
Las inmunoglogulinas actúan como anticuerpos frente a posibles antígenos.
La trombina y el fibrinógeno contribuyen a la formación de coágulos sanguíneos para evitar hemorragias.

Las mucinas tienen efecto germicida y protegen a las mucosas.
Algunas toxinas bacterianas, como la del botulismo, o venenos de serpientes, son proteinas fabricadas con funciones defensivas.

Función de TRANSPORTE

La hemoglobina transporta oxígeno en la sangre de los vertebrados.
La hemocianina transporta oxígeno en la sangre de los invertebrados.
La mioglobina transporta oxígeno en los músculos.
Las lipoproteinas transportan lípidos por la sangre.
Los citocromos transportan electrones.

Función CONTRACTIL

La actina y la miosina constituyen las miofibrillas responsables de la contracción muscular.
La dineina está relacionada con el movimiento de cilios y flagelos.

Función DE RESERVA
La ovoalbúmina de la clara de huevo, la gliadina del grano de trigo y la hordeina de la cebada, constituyen la reserva de aminoácidos para el desarrollo del embrión.
La lactoalbúmina de la leche.
ACIDOS NUCLEICOS
Son biopolímeros, de elevado peso molecular, formados por otras subunidades estructurales o monómeros, denominados nucleótidos.

El descubrimiento de los ácidos nucleicos se debe a Meischer (1869), el cual trabajando con leucocitos y espermatozoides de salmón, obtuvo una sustancia rica en carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y un porcentaje elevado de fósforo. A esta sustancia se le llamó en un principio nucleina, por encontrarse en el núcleo.
1.- Composición de los ácidos nucleicos


Son biopolímeros formados por unidades llamadas monómeros, que son los
nucleótidos.
Los nucleótidos están formados por la unión de:
a) Una pentosa, que puede ser la D-ribosa en el ARN; o la D-2- desoxirribosa en el ADN
b) Una base nitrogenada, que puede ser:
- Púrica, como la Guanina (G) y la Adenina (A)
- Pirimidínica, como la Timina (T), Citosina (C) y Uracilo (U)

C) Ácido fosfórico, que en la cadena de ácido nucleico une dos pentosas a través de una unión fosfodiester. Esta unión se hace entre el C-3´de la pentosa, con el C-5´de la segunda.
A la unión de una pentosa con una base nitrogenada se le llama nucleósido. Esta unión se hace mediante un enlace -glucosídico.
- Si la pentosa es una ribosa, tenemos un ribonucleósido. Estos tienen como bases nitrogenadas la adenina, guanina, citosina y uracilo.
Si la pentosa es un desoxirribosa, tenemos un desoxirribonucleósido. Estos tienen como bases nitrogenadas la adenina, citosina, guanina y timina.
A.- ESTRUCTURA.

Está formado por la unión de muchos desoxirribonucleótidos. La mayoría de las moléculas de ADN poseen dos cadenas antiparalelas ( una 5´-3´y la otra 3´-5´) unidas entre sí mediante las bases nitrogenadas, por medio de puentes de hidrógeno.

La adenina enlaza con la timina, mediante dos puentes de hidrógeno, mientras que la citosina enlaza con la guanina, mediante tres puentes de hidrógeno.
El ADN es el portador de la informacion genética, se puede decir por tanto, que los genes están compuestos por ADN.

ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ADN
Se trata de la secuencia de desoxirribonucleótidos de una de las cadenas. La información genética está contenida en el orden exacto de los nucleótidos.

ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
Es una estructura en doble hélice. Permite explicar el almacenamiento de la información genética y el mecanismo de duplicación del ADN. Fué postulada por Watson y Crick,basandose en:
- La difracción de rayos X que habían realizado Franklin y Wilkins

- La equivalencia de bases de Chargaff,que dice que la suma de adeninas más guaninas es igual a la suma de timinas más citosinas.

ESTRUCTURA TERCIARIA DEL ADN.

Se refiere a como se almacena el ADN en un volumen reducido. Varía según se trate de organismos procariontes o eucariontes:
a) En procariontes se pliega como una super-hélice en forma, generalmente, circular y asociada a una pequeña cantidad de proteinas. Lo mismo ocurre en la mitocondrias y en los plastos.

b) En eucariontes el empaquetamiento ha de ser más complejo y compacto y para esto necesita la presencia de proteinas, como son las histonas y otras de naturaleza no histona (en los espermatozoides las proteinas son las protaminas). A esta unión de ADN y proteinas se conoce como cromatina, en la cual se distinguen diferentes niveles de organización:
-
Nucleosoma
- Collar de perlas
- Fibra cromatínica
- Bucles radiales
- Cromosoma.

B.- DESNATURALIZACIÓN DEL ADN.

Cuando la temperatura alcanza el punto de fusión del ADN, la agitación térmica es capaz de separar las dos hebras y producir una desnaturalización. Este es un proceso reversible, ya que al bajar la temperatura se puede producir una renaturalización. En este proceso se rompen los puentes de hidrógeno que unen las cadenas y se produce la separación de las mismas, pero no se rompen los enlaces fosfodiester covalentes que forman la secuencia de la cadena.
La desnaturalización del ADN puede ocurrir, también, por variaciones en el pH.
4.- ARN o ácidos ribonucleico o RNA


A.- ESTRUCTURA

Está formado por la unión de muchos ribonucleótidos, los cuales se unen entre ellos mediante enlaces fosfodiester en sentido 5´-3´( igual que en el ADN ).
Están formados por una sola cadena, a excepción del ARN bicatenario de los reovirus.

ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ARN

Al igual que el ADN, se refiere a la secuencia de las bases nitrogenadas que constituyen sus nucleótidos.

ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ARN

Alguna vez, en una misma cadena, existen regiones con secuencias complementarias capaces de aparearse.

ESTRUCTURA TERCIARIA DE ARN
Es un plegamiento, complicado, sobre al estructura secundaria.

B.- CLASIFICACIÓN DE LOS ARN.
Para clasificarlos se adopta la masa molecular media de sus cadenas, cuyo valor se deduce de la velocidad de sedimentación. La masa molecular y por tanto sus dimensiones se miden en svedberg (S). Según esto tenemos:

ARN MENSAJERO (ARNm)

Sus características son la siguientes:

- Cadenas de largo tamaño con estructura primaria.
- Se le llama mensajero porque transporta la información necesaria para la síntesis proteica.
- Cada ARNm tiene información para sintetizar una proteina determinada.
- Su vida media es corta.

a) En procariontes el extremo 5´posee un grupo trifosfato
b) En eucariontes en el extremo 5´posee un grupo metil-guanosina unido al trifosfato, y el el extremo 3´posee una cola de poli-A

En los eucariontes se puede distinguir también:
- Exones, secuencias de bases que codifican proteinas

- Intrones, secuencias sin información.
Un ARNm de este tipo ha de madurar (eliminación de intrones) antes de hacerse funcional. Antes de madurar, el ARNm recibe el nombre de ARN heterogeneonuclear (ARNhn ).
ARN RIBOSÓMICO (ARNr)
Sus principales características son:

- Cada ARNr presenta cadena de diferente tamaño, con estructura secundaria y terciaria.
- Forma parte de las subunidades ribosómicas cuando se une con muchas proteinas.
- Están vinculados con la síntesis de proteinas.

ARN NUCLEOLAR (ARNn)

Sus características principales son:
- Se sintetiza en el nucleolo.
- Posee una masa molecular de 45 S, que actua como recursor de parte del ARNr, concretamente de los ARNr 28 S (de la subunidad mayor), los ARNr 5,8 S (de la subunidad mayor) y los ARNr 18 S (de la subunidad menor)

ARN TRANSFERENTE (ARNt)

Sus principales características son.

- Son moléculas de pequeño tamaño
- Poseen en algunas zonas estructura secundaria, lo que va hacer que en las zonas donde no hay bases complementarias adquieran un aspecto de bucles, como una hoja de trebol.

- Los plegamientos se llegan a hacer tan complejos que adquieren una estructura terciaria
- Su misión es unir aminoácidos y transportarlos hasta el ARNm para sintetizar proteinas.

C.- SINTESIS Y LOCALIZACIÓN DE LOS ARN

En la célula eucarionte los ARN se sintetizan gracias a tres tipos de enzimas:
- ARN polimerasa I, localizada en el nucleolo y se encarga de la sinteis de los ARNr 18 S, 5,8 S y 28 S.
- ARN polimerasa II, localizada en el nucleoplasma y se encarga de la síntesis de los ARNhn, es decir de los precursores de los ARNm
- ARN polimerasa III, localizada en el nucleoplasma y se encarga de sintetizar los ARNr 5 S y los ARNm.

5.- Funciones de los ácidos nucleicos

Entre las principales funciones de estos ácidos tenemos:
- Duplicación del ADN
- Expresión del mensaje genético:
- Transcripción del ADN para formar ARNm y otros
- Traducción, en los ribosomas, del mensaje contenido en el ARNm a proteinas.





uni

uni

UNIDAD 2 QUIMICA ORGANICA


Estructura y nomenclatura de hidrocarburos











Alcanos y halogenuros de alquilo
En el sistema IUPAC, un nombre químico tiene al menos tres partes principales:
prefijo(s), padre y sufijo. El o los prefijos especifican el número, localización, naturaleza y
orientación espacial de los sustituyentes y otros grupos funcionales de la cadena.
Alcanos lineales. Alcanos ramificados no cíclicos.
El nombre del compuesto se formaba mediante una raíz que indicaba la longitud de la cadena carbonada, a la que se añadían diversos sufijos y prefijos que indicaban las "sustituciones" en la molécula considerada como inicial. "met", "et", "prop" y "but". Para señalar las insaturaciones en la cadena carbonada se aprobó el empleo de los sufijos "-an", "-en" e "-in". También acordaron indicar las ramificaciones y el empleo del prefijo "ciclo-" para designar las cadenas cíclicas.







•átomo de carbono primario: un átomo de carbono vecino
•átomo de carbono secundario: dos átomos de carbono vecinos
•átomo de carbono terciario: tres átomos de carbono vecinos
átomo de carbono cuaternario: cuatro átomos de carbono vecinos.






CLASIFICACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS



HIDROCARBUROS CÍCLICOS

Son hidrocarburos de cadena cerrada. Según tengan o no instauraciones, se clasifican en:
• Hidrocarburos monocíclicos saturados (cicloalcanos).
Hidrocarburos monocíclicos no saturados

Los compuestos aromáticos que tienen sustituyentes se nombran anteponiendo los nombres de los radicales a la palabra benceno.




Acíclicos: Son hidrocarburos de cadenas carbonadas abiertas.

Cadenas ramificadas:
están constituidas por dos o más cadenas lineales enlazadas;
Para nombrar un radical ramificado como éste, CH3—CH2—CH—CH2—, se considera que hay un grupo metilo unido a la cadena del radical, y para señalar el número que corresponde al átomo de carbono al que está unido, se numera la cadena más larga, asignando el número 1 al átomo de carbono que ha perdido el átomo de hidrógeno. Dicho número, llamado localizador, se escribe delante del nombre del radical, separado de él por un guión.


Cuando hay dos sustituyentes, su posición relativa se indica mediante los prefijos orto (o), meta (m) y para (p), respectivamente.

HIDROCARBUROS SATURADOS, PARAFINAS O ALCANOS
Se llaman hidrocarburos saturados o alcanos los compuestos constituidos por car­bono e hidrógeno, que son de cadena abierta y tienen enlaces simples.
Alcanos de cadena lineal
Su fórmula empírica es CnH2n+2, siendo n el número de átomos de carbono. Forman series homólogas, conjuntos de compuestos con propiedades químicas similares y que difieren en el número de átomos de carbono de la cadena.


DERIVADOS HALOGENADOS DE LOS HIDROCARBUROS

Son hidrocarburos que contienen en su molécula átomos de halógeno. Se nombran anteponiendo el nombre del halógeno (fluoro, cloro, bromo, yodo).

COMPUESTOS ORGANICOS CON OXIGENO


Son cadenas de carbonos con uno o varios átomos de oxígeno. Pueden ser:
Alcoholes
Aldehídos
Cetonas
Ácidos carboxílicos

Son compuestos constituidos por carbono, hidrógeno y oxígeno.
Estudiamos a continuación las funciones oxigenadas siguientes: alcoholes, fenoles, éteres, aldehídos, cetonas, ácidos y ésteres.

ALCOHOLES Y FENOLES

Los alcoholes pueden considerarse derivados de los hidrocarburos al sustituir un átomo de hidrógeno por el grupo -OH (hidroxilo).
• Si el hidrocarburo es alifático, da lugar a los alcoholes.

• Si el hidrocarburo es aromático, se obtienen los fenoles.

Alcoholes con un solo grupo funcional
Estos alcoholes pueden ser primarios, secundarios o terciarios, según esté unido el grupo funcional (-OH)a un carbono primario, secundario o terciario*.


Compuestos importantes de los esteres

Los Éteres son un grupo de compuestos orgánicos que responden a la fórmula general R—O—R¢, en donde O es un átomo de oxígeno, y R y R¢ representan los mismos o distintos radicales orgánicos.

COMPUESTOS IMPORTANTES DE LOS ETERES


LOS ALDEHÍDOS


Los aldehídos contienen el grupo carbonilo (CO) y que responden a la fórmula general
Nomenclatura de los aldehídos.
Para nombrar a los aldehídos se cambia la terminación o de los alcanos por al para denotar la presencia de un aldehído.
El grupo carbonilo de los alcanales o aldehídos siempre está al final de la cadena. Este hecho lo hace química y físicamente diferente a las cetonas, por eso se considera como un grupo funcional aparte El hidrógeno vecino al oxígeno es fácilmente oxidable y esta es una de las principales diferencias entre estas dos familias de compuestos
Como este grupo funcional siempre está al final de la cadena no se usan números localizadores.
Propiedades físicas.
No es de sorprender que los aldehídos y las cetonas se asemejen en la mayoría de sus propiedades como consecuencia de poseer el grupo carbonilo. Sin embargo, en los aldehídos el grupo carbonilo esta unido a un átomo de hidrógeno, mientras que en las cetonas se une a dos grupos orgánicos. Esta diferencia estructural afecta a sus propiedades de dos formas fundamentales:
Los aldehídos se oxidan con facilidad mientras que las cetonas lo hacen con dificultad Los aldehídos suelen ser más reactivos que las cetonas en adiciones nucleofílicas, que es la reacción más característica de este tipo de compuestos
Los aldehídos son compuestos de fórmula general R-CHO. Este compuesto tiene una amplia aplicación tanto como reactivos y disolventes así como su empleo en la fabricación de telas, perfumes, plásticos y medicinas. En la naturaleza se encuentran ampliamente distribuidos como proteínas, carbohidratos y ácidos nucleicos tanto en el reino animal como vegetal, controlando el proceso para evitar que el aldehído pase a ácido.


CETONAS

Son cada uno de los compuestos orgánicos que contienen el grupo carbonilo (CO) y que responden a la fórmula general R—CO—R¢, en la que R y R¢ representan radicales orgánicos y donde los grupos R y R´ pueden ser alifáticos o aromáticos.
Nomenclatura de las cetonas
Para nombrar los cetonas tenemos dos alternativas:
El nombre del hidrocarburo del que procede terminado en -ona .Como sustituyente debe emplearse el prefijo oxo-.
Citar los dos radicales que están unidos al grupo carbonilo por orden alfabético y a continuación la palabra cetona.
Propiedades físicas
Los compuestos carbonílicos presentan puntos de ebullición más bajos que los alcoholes de su mismo peso molecular .No hay grandes diferencias entre los puntos de ebullición de aldehídos y cetonas de igual peso molecular.
Los compuestos carbonílicos de cadena corta son solubles en agua y a medida que aumenta la longitud de la cadena disminuye la solubilidad.
El grupo funcional de las cetonas es:
R C=O 'R
Al grupo carbonilo se debe la disolución de las cetonas en agua. Son compuestos relativamente reactivos, y por eso resultan muy útiles para sintetizar otros compuestos; también son productos intermedios importantes en el metabolismo de las células. Se obtienen a partir de los alcoholes secundarios.La cetona más simple, la propanona o acetona, CH3COCH3, es un producto del metabolismo de las grasas, pero en condiciones normales se oxida rápidamente a agua y dióxido de carbono. Sin embargo, en la diabetes mellitus la propanona se acumula en el cuerpo y puede ser detectada en la orina. Otras cetonas son el alcanfor, muchos de los esteroides, y algunas fragancias y azúcares

ÁCIDOS ORGÁNICOS

El término ácidos orgánicos engloba aquellos ácidos cuya estructura química se basa en el carbono. Se añaden al pienso por su capacidad para reducir el pH de los alimentos, favoreciendo su conservación. Simultáneamente ejercen una influencia positiva a nivel digestivo y metabólico, mejorando los rendimientos productivos de los animales. Los de mayor interés en producción animal son el acético, butírico, cítrico, fórmico, láctico, málico, propiónico, y sórbico.
El modo de acción de los ácidos orgánicos no es totalmente conocido. Su acción beneficiosa parece estar relacionada con un incremento en la digestibilidad y retención de diversos nutrientes (minerales, proteína y energía), acompañado de una alteración de la población microbiana del tracto .
La efectividad de inhibición del crecimiento microbiano depende no sólo de su poder acidificante sino también de la capacidad del ácido para penetrar a través de la pared celular del microorganismo en forma no disociada. Una vez dentro, el ácido se disocia y presenta un doble mecanismo de acción:
El hidrogenión (H+) reduce el pH del citoplasma, lo que obliga a la célula a incrementar sus gastos energéticos a fin de mantener su equilibrio osmótico
El anión (A-) perjudica la síntesis de DNA, evitando la replicación de los microorganismos. En principio pues, serían más interesantes los ácidos orgánicos de cadena corta con un pKa superior al pH fisiológico ya que permitiría que una mayor cantidad de ácido en forma no disociada penetrara en el interior del microorganismo.


LOS ÉTERES

Los Éteres son un grupo de compuestos orgánicos que responden a la fórmula general R—O—R¢, en donde O es un átomo de oxígeno, y R y R¢ representan los mismos o distintos radicales orgánicos.
La mayoría de los éteres son líquidos volátiles, ligeros e inflamables, solubles en alcoholes y otros disolventes orgánicos. Desde el punto de vista químico, son compuestos inertes y estables; los álcalis o los ácidos no los atacan fácilmente. Están estrechamente relacionados con los alcoholes, y se obtienen directamente de ellos. El compuesto más típico y más utilizado de este grupo es el éter común o etílico, normalmente denominado éter.
Propiedades físicas de los éteres
Debido a que el ángulo del enlace C-o-C no es de 180º, los momentos dipolares de los dos enlaces C-O no se anulan; en consecuencia, los éteres presentan un pequeño momento dipolar neto (por ejemplo, 1.18 D para el dietil éter).



En la cadena principal sitúa los radicales y las insaturaciones junto con el grupo nitrilo. Completa por último los hidrógenos.

NITRODERIVADOS

Los nitroderivados (o nitrocompuestos o compuestos nitro) son compuestos orgánicos que contienen uno o más grupos funcionales nitro (-NO2). Son a menudo altamente explosivos; impurezas varias o una manipulación inapropiada pueden fácilmente desencadenar una descomposición exotérmica violenta.

Los compuestos nitro aromáticos son sintetizados por la acción de una mezcla de ácidos sulfúrico y nítrico sobre la molécula orgánica correspondiente. Algunos ejemplos de este tipo de compuestos son el 2,4,6-trinitrofenol (ácido pícrico), el 2,4,6-trinitrotolueno (TNT) y el 2,4,6-trinitroresorcinol (ácido estífnico).

En
síntesis orgánica existen varios métodos para preparar compuestos nitro.
Compuestos nitro alifáticos.


El nitrometano se adiciona a aldehídos en una adición 1,2 en la reacción nitroaldólica.
El nitrometano se adiciona a compuestos carbonílicos alfa-beta insaturados en la adición 1,4 de la reacción de Michael actuando como un "dador" de Michael.
El
nitroetileno es un "aceptor" de Michael en la reacción de Michael con compuestos enolato.
En reacciones de
sustitución nucleófila sobre haluro de alquilo mediante nitrito de sodio (NaNO2) se obtienen nitroalcanos.
Compuestos nitro aromáticos
· En una
sustitución electrófila aromática el ácido nítrico reacciona con compuestos aromáticos en lo que se conoce como nitración.
· Un método clásico partiendo de
fenoles halogenados es la nitración de Zincke.
Reacciones
Los compuestos nitro participan en varias
reacciones orgánicas. El grupo nitro posee un fuerte efecto atractor o aceptor de electrones y esta propiedad gobierna la química de las moléculas que lo contienen. De ahí que, por ejemplo, los nitroalquenos sean poderosos dienófilos o sufran con facilidad la adición de nucleófilos. Ambos tipos de reacciones, Diels-Alder y Michael, son de extraordinario interés en síntesis orgánica.

Compuestos nitro alifáticos
· Los compuestos nitro
alifáticos son reducidos a aminas con hierro y ácido clorhídrico.
· Conversión de los compuestos nitro a
aldehídos o cetonas mediante la reacción de Nef.

Compuestos nitro aromáticos
· La
reducción de compuestos nitro aromáticos con hidrógeno sobre un catalizador de paladio/carbono conduce a anilinas.
· La presencia de grupos nitro facilita las
sustituciones nucleófilas aromáticas.


AMINAS

De los compuestos nitrogenados con un enlace simple C-N, los más importantes son las aminas que son derivados del amoniaco en los que uno o más hidrógenos son sustituidos por un grupo alquilo.
Las aminas, como el NH3 tiene una estructura piramidal con tres enlaces (sp3 ) y un par de electrones no compartidos .


CLASIFICACIÒN DE AMINAS

Las aminas son derivados del amoniaco, uno, dos o los tres hidrógenos de la molécula del amoniaco pueden reemplazarse por estos grupos. El grupo funcional caracteristico de las aminas se denomina “Grupo amino” y se escribe como -NH2 , asì, las aminas se clasifican en primarias, secundarias y terciarias de acuerdo con el nùmero de grupos orgànicos enlazados al nitrógeno.

NOMENCLATURA AMINAS
En los nombres de las aminas, se mencionan primero los grupos alquilo unidos al nitrógeno, seguidos del sufijo -amina. Se pueden emplear los prefijos di, tri y tetra para describir a dos, tres o cuatro sustituyentes idénticos.
Al dar nombre a las aminas con estructura más complicadas, al grupo -NH2 se le llama grupo amino. El grupo amino se nombra como cualquier otro constituyente, con un número u otro símbolo que indique su posición en el anillo o cadena de carbonos.
Con este sistema, las aminas secundarias y terciarias se nombran clasificando al átomo de nitrógeno (junto con sus grupos alquilo) como grupo alquilamino. Se toma el grupo alquilo mayor o más complicado como la molécula matriz.
NOMBRES IUPAC
La nomenclatura IUPAC para las aminas es semejante a la correspondiente a los alcoholes. El nombre de la raíz lo determina la cadena continua más larga de átomos de carbono. La terminación -o del nombre del alcano se cambia a la terminación -amina y se emplea un número para indicar la posición del grupo amino en la cadena. A los sustituyentes a lo largo de la cadena de carbonos se les asignan números para especificar sus ubicaciones, y se usa el prefijo N- para cada sustituyente en el átomo de nitrógeno.
1- butamina 2- butamina 3-metil-1-butamina N-metil-2-butamina
2,4N,N-tetrametil-3-hexanamina N,N-dietiletanamina (trietilamina)
A las aminas aromáticas y heterociclicas se les conoce por lo general por sus nombres históricos. Por ejemplo, a la fenilamina se le llama anilina, y sus derivados se nombran como derivados de la anilina.
Anilina p-nitroanilian 3,5-dietilanilina N,N-dietilanilina
A continuación se muestran los nombres y estructuras de algunos heterociclos comunes con nitrógeno y sus derivados. Por lo general se asigna la posición 1 al heteroátomo.
Aziridina pirrol pirrolidina 1-metilpirrolidina imidazol indol
Piridina 2-metilpiridina piperidina pirimidina purina
MÉTODOS DE OBTENCIÓN O RUTAS DE SÍNTESIS
Se dispone de muchos métodos para su sinterización, algunos derivan de las reacciones de las amidas. Los métodos o síntesis se dividen en generales y específicos, que a continuación se describen.
 SÍNTESIS POR AMINACIÓN REDUCTIVA.-Este método es el mas general de síntesis de amidas , implica la reducción de la imina u oxima de una acetona o aldeido, esta se reduce con hidruro de litio y aluminio (LiAlH4 )o por hidrogenación catalítica. Este proceso agrega un grupo alquilo al átomo de nitrógeno el producto pude ser una amina primaria secundaria terciaria dependiendo si la amina que se utilizo como materia prima tenia cero, uno o dos grupos alquilos.
a) Aminas primarias, se forman por condensación de la hidroxilamina (cero grupo alquilo) con una cetona o un aldeido seguida de la reducción de la oxima. La mayor parte de las oximas son compuestos estables que se aíslan fácilmente se reduce mediante reducción catalitica con hidruro de litio y aluminio o con cianobrorhiduro de sodio (NaBH3CN )

 Aminas secundarias La condensación de una cetona o un aldehído con una amina primaria forma una imina N -sustituida (base de Schiff). La reducción de esta imina produce una amina secundaria.
 Aminas terciarias. La condensación de una cetona o un aldehído con una amina secundaria produce una sal de iminio. Estas sales son frecuencia inestable y por o mismo no se aíslan. Un agente reductor en la solución reduce la sal de iminio, pero no se reduce el grupo carbonilo de la cetona o aldehído. El cianoborohidrodruro de sodio (Na BH3CN) trabaja bien en esta reducción, por que es menos reactivo que el borohidroburo de sodio, y no reduce al grupo carbonilo.
2) SÍNTESIS POR ACILACIÓN--REDUCCIÓN.- Esta es la segunda síntesis general, y como la anterior agrega un grupo alquiloal átomo de nitrógeno de la amina inicial. La acilacion de la amina inicial por un cloruro de ácido produce una amida, sin tendencia a la sobreacilación . La reducción de una amida mediante el hidruro de litio y aluminio ( LiAlH4) produce la amina correspondiente.
Esta síntesis convierte el amoniaco en una amina primaria, las aminas primarias en secundarias y las secundarias en terciarias. Estas reacciones son generales aunque tienen una restricción: el grupo alquilo que se añade siempre es primario , porque el carbono unido al nitrógeno se deriva del grupo carbonilo de la amida , que se reduce al grupo metileno(-CH2-).
 Aminas primarias.
 Aminas secundarias.
 Aminas terciarias.
REDUCCIÓN DE NITRO COMPUESTOS; SÍNTESIS DE ARILAMINAS. Los grupos nitro tanto aromáticos como alifáticos se reducen con facilidad a grupos amino. Los métodos más comunes son la hidrogenación catalítica y la reducción en ácido mediante un metal activo.
La reducción de compuestos nitro se emplea principalmente para la síntesis de anilinas sustituidas.
ALQUILACIÓN DIRECTA DEL AMONIO Y LAS AMINAS. La redacción de la aminas con halógenos de aquilo se complica por la tendencia a la sobre alquilación para formar una mezcla de productos mono y polialquilados. Sin embargo las aminas simples se pueden sintetizar agregando exceso deaminiaco a un amoniaco a un halogenuro o tosilato que sea buen sustrato SN2. como esta presente gran exceso de amoniaco, la probabilidad de que una molécula del halogenuro alquile el amoniaco es mucho mayor que la probabilidad de sobrealquilar una amina.
Se puede emplear al sustitución nucleofilica aromática para sintetizar las arilaminas si hay un grupo que atrae electrones en posición orto o para, con respecto al lugar de la sustitución. Esta reacción se detiene por lo general en el producto deseado, por éste (una arilamina) es menos básico y menos nucleofilico que el reactivo (una aiquilamina)
REACCIONES DE AMINAS
Una amina puede funcionar como base de Bronsted-Lowry aceptando el protón de un ácido.
RNH2 -- H - X RNH3+ X-
Como las aminas son bases fuertes, sus soluciones acuosas son básicas. Una amina puede sustraer un protón del agua, produciendo un ión amonio y un ión hidroxilo. A la constante de equilibrio de esta reacción se le llama constante de basicidad para la amina y se representa por Kb.
RNH2 + H2O RNH3+ + OH -
Y Kb está dada por la expresión:
Kb =
Mientras mayor sea el valor de Kb, mayor será la tendencia de la amina a aceptar un protón del agua y, así pues, mayor será la concentración de RNH3+ Y OH - en la solución. Los valores altos de Kb están por lo tanto asociados con aquellas aminas que son bases más fuertes y los valores menores de Kb corresponden a las aminas que son bases débiles.
ALQUILACIÓN DE AMINAS POR HALOGENUROS DE ALQUILO
Las aminas reaccionan con los halogenuros de alquilo primarios formando halogenuros de amonio alquilados. La alquilación se lleva a cabo mediante el mecanismo SN2, de modo que no se lleva a cabo con los halogenuros terciarios, porque están demasiado impedidos. Los halogenuros secundarios con frecuencia dan bajos rendimientos y la eliminación predomina sobre la sustitución.
Desafortunadamente, la sal que se forma inicialmente puede desprotonarse. La amina secundaria resultante es nucleofílica, y puede reaccionar con otra molécula del halogenuro.
La dificultad al emplear esta alquilación directa estriba en detenerla en la etapa deseada. Aún si se agrega sólo un equivalente del halogenuro, algunas moléculas de amina reaccionan una, dos y hasta tres veces (produciendo la sal de tetraalquil amonio). Sin embargo, hay dos tipos de reacción donde la alquilación de las aminas da buenos rendimientos de los productos alquilados que se desean:
 La alquilación “exhaustiva” para obtener la sal de tetraalquil amonio. Se evitan las mezclas de diferentes productos alquilados si se agrega suficiente halogenuro de alquilo para alquilar la amina tantas veces como sea posible. Esta alquilación exhaustiva da la sal de tetraalquil amonio. Se agrega una base débil (con frecuencia NaHCO3 o NaOH diluido) para desprotonar las aminas alquiladas intermedias y para neutralizar las grandes cantidades de HX que se forman en lareacción.
 Reacción con un gran exceso de amoniaco. Como el amoniaco es barato y de bajo peso molecular, se puede emplear en exceso. Si se agrega lentamente un halogenuro de alquilo primario a un exceso de amoniaco, se forma la amina primaria y es reducida la probabilidad de dialquilación. El amoniaco restante se deja evaporar.


REACCIONES DE AMINAS CON ÁCIDO NITROSO

Las reacciones de las aminas con ácido nitroso (H - O - N = O) son especialmente útiles. Como el ácido nitroso es inestable, se genera in sitru (en el medio de reacción) mezclando nitrito de sodio (NaNO2) con ácido clorhídrico diluido y frío.
En una solución ácida, el ácido nitroso se puede protonar y perder agua para formar el ion nitrosonio, +N = O. Este ion nitrosonio parece ser el intermediario resctivo en la mayor parte de las reacciones entre aminas y ácido nitroso.
· Reacción con aminas primarias: formación de sales de diazonio. Las aminas primarias reaccionan con el ácido nitroso , a través del ion nitrosonio, para producir cationes de diazonio de la forma R - N = N. A este procedimiento se le llama diazoación de la amina. Las sales de diazonio son los productos más útiles que se obtienen con reacciones de aminas con ácido nitroso. El mecanismo de la formación de la sal de diazonio comienza con un ataque nucleofílico del ion nitrosonio para formar una N-nitrosoamina.
A continuación, la transferencia de un protón de un átomo de nitrógeno al oxígeno forma un grupo hidroxilo y un segundo enlace N - N.
La protonación del grupo hidroxilo, seguida de pérdida de agua, produce el catión diazonio.
La reacción total de diazoación es:
Las sales de alcanodiazonio son inestables. Se descomponen rápidamente en nitrógeno y carbocationes.
La fuerza impulsora para esta reacción es la formación de N2, una molécula excepcionalmente estable. Los carbocationes que se generan de este modo reaccionan como otros cationes que se han visto: por ataque nucleofílico para dar sustitución, por sustracción de protón para dar eliminación, y por rearreglo.
· Reacciones con aminas secundarias: formación de N-nitrosoaminas. Las aminas secundarias reaccionan con el ion nitrosonio para formar N-nitrosoaminas secundarias.
Las N-nitrosoaminas secundarias son estables bajo las condiciones de reacción, porque no tienen al protón N - H necesario para participar en la segunda etapa de la reacción de formación de cationes de diazonio.
· Reacción con aminas terciarias. Las aminas terciarias reaccionan con el ion nitrosonio formando sales de N-nitrosoamonio. Como no hay protón N - H ácido en la sal de N-nitrosoamonio terciario, es posible la pérdida de un protón para dar la N-nitrosoamina. Simplemente se presenta un equilibrio entre la amina y la sal de N-nitrosoamonio.


REACCIONES DE COPULACIÓN DE LAS SALES DE DIAZONIO

Las sales de diazonio son electrófilos débiles; reaccionan con compuestos aromáticos muy reactivos produciendo compuestos azo. Esta reacción de sustitución aromática electrofílica se conoce con frecuencia como reacción de copulación diazo.
Las reacciones de copulación entre las sales de diazonio y los fenoles se llevan a cabo con mucha rapidez en solución ligeramente alcalina. Bajo estas condiciones gran parte del fenol presente se encuentra como ion fenóxido, ArO - y los iones fenóxidos son todavía más reactivos en las sustituciones electrofílicas que los fenoles mismos. Sin embargo, si la solución es demasiado alcalina (pH mayor que 10) la sal de diazonio misma reacciona con el ion hidróxido formando un diazohidróxido o ion diazotato no reactivo:
La reacción de copulación de las aminas se llevan a cabo con mayor rapidez en soluciones ligeramente ácidas (pH 5-7). Bajo estas condiciones la concentración de la sal de diazonio es máxima; al mismo tiempo no es grande la cantidad de amina que se ha convertido en una sal de amina no reactiva
USOS E IMPORTANCIA DE LAS AMINAS A NIVEL INDUSTRIAL.
Las aminas como compuestos son muy importantes y reconocidas en industrias como las cosméticas y textiles por el uso o aplicación de la p-Fenilendiamina y algunos derivados se usan en composiciones para teñir el pelo y como antioxidantes para caucho.
La dimetilanilina se obtiene en la industria por reacciones de la anilina con metanol.
H N NH (p-Fenilendiamina)
CH
NH + 2H C-OH H N + 2H O
200 ºC CHEste producto se utiliza en cantidades importantes en la industria de colorantes (como copulante en colorantes azoicos y es la base de la fabricación de colorantes de trifenil metano.
AMIDAS
Las amidas son derivados del amoniaco o de las aminas, éstas son productos que se obtienen por acilación de aminas alifáticas o aromáticas, también son derivados de los ácidos carboxílicos. Las amidas secundarias se conocen con el nombre de imidas; las amidas derivadas de tres sustituciones de hidrógeno del amoniaco por grupos acilos son las amidas terciarias.
Las amidas son sólidos a temperatura ambiente y poseen un punto de ebullición muy alto. Fundamentalmente ello se debe a la posibilidad de asociación por puentes de hidrogeno entre el grupo carbonilo de la amida y los hidrógenos del grupo amino, que dan lugar a una estructura del siguiente tipo entre moléculas, lo que hace que presenten formas cristalinas estables: C=O….H-N
La polarización del grupo carbonilo hace que posean un momento bipolar elevado por tanto presentan simultáneamente una capacidad de asociación al margen de los puentes de hidrógeno, debida a los momentos bipolares permanentes, que producen atracciones electroestáticas adicionales. La sustitución de los hidrógenos por grupos alquílicos en el grupo amino hacen que disminuya su capacidad de formación de puentes de hidrogeno, por la que las amidas de estas características poseen puntos de fusión y ebullición mas bajos.

CLASIFICACION DE AMIDAS

Una amida se forma por la reacción de un àcido carboxilico con amoniaco o una amina, se considera que el grupo funcional de la amida es neutro. Las amidas se clasifican en primarias, secundarias y terciarias.
A una amida de la forma R----CO----NH2 se le llama amida primaria porque solo tiene un àtomo de carbono unido al àtomo de nitrógeno.
R----C----NH2
Amida primaria
A una amida que tenga un grupo alquilo en el nitrógeno R----CO----NHR' se le conoce como amida secundaria o bien amida N-sustituida.
R----C----N----R' amida secundaria
(amida N-sustituida)
A las amidas con dos grupos alquilo en el nitrógeno (R----CO----NR'2) se le llama amidas terciarias o amidas N,N-disustituidas.
R----C----N----R'
amida terciaria.
(amida N,N-disustituida)

NOMENCLATURA DE AMIDAS.

Para dar nombre a una amida primaria , se menciona primero el ácido correspondiente. Se eliminan la palabra ácido y el sufijo ico, o el sufijo oico del nombre del ácido carboxílico, y se le agrega el sufijo amida. Las amidas secundarias y terciarias se nombran tratando a los grupos alquilo en el nitrógeno como sustituyentes, especificando su posición mediante el prefijo N-.
Nombre IUPAC: N-etiletanamida N, N-dimetilmetamida N-etil-N,2-dimetilpropanamida.
Nombre común: N-etilacetamida N,N-dimetilformamida N-etil-N-metilisobutiramida.
Para los ácidos llamados alcanocarboxílicos, las amidas correspondientes se designan empleando el sufijo carboxamida. Algunas amidas, como la acetanilida, tienen nombres históricos que todavía se emplean.
Ciclopentanocarboxamida N,N-dimetilciclopropanocarboxamida Acetanilida.
Lactamas A las amidas cíclicas se les llama lactamas. Estás se forman a partir de los aminoácidos, donde el grupo amino y el grupo carboxilo se han unido para formar la amida. Las lactamas se nombran como a las lactonas, y se emplean con mayor frecuencia los nombres comunes que los nombres IUPAC.
Nombre IUPAC: ácido 4-aminobutanoico lactama del ácido 4-aminobutanoico
Nombre común: ácido y- aminobutíricol y- butirolactama.


REACCIONES DE LAS AMIDAS

Como las amidas son los derivados de ácido más estables, no se convierten fácilmente en otros derivados por sustitución nucleofílica de acilo. Desde el punto de vista de la síntesis, su reacción más importante es la reducción para formar una amina; este es uno de los mejores métodos para sintetizar este grupo funcional. El rearreglo de Hoffman convierte también las amidas en aminas, con pérdida de un átomo de carbono. Aunque se considera que una amida es un grupo funcional neutro, es débilmente básico y débilmente ácido, y se hidroliza mediante ácidos o bases fuertes.
Deshidratación de amidas a notrilos. Los agentes deshidratantes fuertes pueden eliminar una molécula de agua de una amida primaria para formar un nitrilo. La deshidratación de las amidas es uno de los métodos más comunes para síntesis de nitrilos. El pentóxido de fósforo (P2O5) es el reactivo tradicional para esta deshidratación, pero a veces el oxicloruro de fósforo (POCl3) da mejores rendimientos.



ACRILAMIDA

USOS INDUSTRIALES
La acrilamida es un compuesto orgánico de tipo amida. Es blanca, inodora y cristalina, soluble en agua, etanol y éter. Se emplea en la fabricación de papel, extracción de metales, industria textil y obtención de colorantes. También se emplea en la síntesis de poliacrilamidas.
La acrilamida se puede formar al calentar comida (especialmente compuestos que contienen almidón), friéndola o asándola a más de 120 ºC, se podría formar a través de diferentes mecanismos a partir de diferentes compuestos presentes en la comida, como aminoácidos, proteínas, carbohidratos, lípidos, etc. esto puede suponer un problema pues según estudios en animales la acrilamida es un probable carcinógeno en humanos.
El acido sulfanilico también se usa en la industria de colorantes azoicos y se obtiene calentando el sufato de anina. Las sulfanilamida y sus derivados tienen un alto poder bacteriostatico; constituyen el arma poderosa contra las enfermedades infecciosas antes del descubrimiento de la penicilina y todavía hoy se consumen extensamente.
La primera sulfamida utilizada fuel el prontosil , un colorante azoico de sulfanilamida, que es el agente activo. Sean sintetizados varios miles de derivados de los que unos 40 se han comercializado, por ejemplo:
Sulfapiridina, sulfapirimidina, sulfameacina, sulfatiazol, sulfametoxazol, acilsulfatiazoles, sulfaguanidina.
La actividad antibacteriana de las sulfamidas se debe a que son antagonistas (antimetabolitos) del acido p-aminobenzoico(pab), que es un metabolito esencial para el crecimiento de las bacterias. La semejanza entre el paba y las sulfas hace que estas ocupen el lugar de aquel en la síntesis de acido folico dando un compuesto análogo sin actividad vitaminica.
Algunos medicamentos antidiabéticos son sulfonamidas mas complejas como: carbutamida, tolbutamida y sulfonamidas
Las sulfonamidas fueron las primeras drogas eficaces empleadas para el tratamiento sistémico de infecciones bacterianas en el ser humano. Les caracteriza compartir una estructura química similar al ácido para-amino-benzoico (paba).
La evolución en la investigación, con la aparición de nuevos agentes, limitó su uso. Actualmente el cotrimoxazol aumenta su interés clínico. Esta es una combinación a dosis fijas de sulfametoxazol (smx) con trimetoprim (tmp). Inicialmente aprobado por la food and drug administration (fda) para su uso en: infección urinaria crónica, neumonía por pneumocystis carinii, shigelosis y otitis media, posteriormente se le asignó otros usos.
Estructura química. El compuesto base de las sulfonamidas es la sulfanilamida, cuya estructura es similar al paba, factor requerido por las bacterias para la síntesis del ácido fólico. Importa el grupo amino libre en posición 4 pues se relaciona con su actividad. Las sustituciones a nivel del radical sulfonilo modifican las características farmacocinéticas, pero no la actividad antibacteriana. Las sustituciones en el grupo amino en posición 4 dan compuestos de menor absorción intestinal.
Mecanismo de acción. Las sulfonamidas son análogos estructurales y antagonistas del paba (ácido para amino benzoico) e impiden la utilización de este compuesto para la síntesis de ácido fólico. Este a su vez actúa en la síntesis de timina y purina. Esta acción se ejerce compitiendo por la acción de una enzima bacteriana responsable de la incorporación de paba al ácido dihidropteroico, precursor del ácido fólico.

Derivados de Ácidos Carboxílicos

Los ácidos carboxílicos y los derivados de ácidos carboxílicos son una clase de compuestos que se denominan en general Derivados de Acilo, R-CO-Y, donde el grupo acilo está unido a un sustituyente electronegativo -Y, que puede actuar como grupo saliente en diversas reacciones de sustitución.
La reacciones químicas de los distintos derivados de ácidos carboxílicos están representadas por un tipo de reacción general: la reacción de sustitución nucleofílica en el acilo. Mecanísticamente, estas reacciones se realizan por medio de la adición de un nucleófilo al grupo carbonilo polar del derivado de ácido, seguida de la expulsión de un grupo saliente del intermediario tetraédrico:
La reactividad de un derivado de ácido hacia la sustitución nucleofílica depende tanto del entorno estérico alrededor del grupo carbonilo como de la naturaleza electrónica del sustituyente, Y. De este modo, se he encontrado el siguiente orden de reactividad:

Halogenuro de ácido > Anhídrido > Éster > Amida.

Todos ellos pueden ser obtenidos de los respectivos ácidos carboxílicos, los cloruros de ácidos a su vez se pueden transformar en cualquier otro derivado de ácido y así con cada uno de ellos tal como se muestra a continuación en forma de esquema incluidos los nitrilos. Sus respectivas reacciones se mostraran en forma de resumen con un ejemplo, siguiendo la metodología expuesta para los otros grupos funcionales ya estudiados.
Reacción de los ésteres con alcoholes: transesterificación

Esta reacción permite la conversión de un éster en otro sin necesidad de obtener el ácido libre. La transesterificación es una reacción de equilibrio. Para desplazar el equilibrio se utiliza normalmente un gran exceso de alcohol, muchas veces como disolvente. La reacción tiene utilidad dado que las lactonas (ésteres cíclicos) se abren mediante transesterificación a hidroxiésteres.
Los ésteres reaccionan con las aminas por un método típico de sustitución nucleofílica en el acilo para producir amidas. La reacción en si no necesita catalizador dado que las aminas, son buenos nucleófilos. Sin embargo, la reacción no tiene mucho uso debido a que se obtienen mayores rendimientos por la aminolisis de los cloruros de ácido
Reactivos de Grignard con ésteres producen alcoholes terciarios:

La reacción de los ésteres con dos equivalentes de un reactivo de Grignard, los transforma en alcoholes terciarios, mientras que los ésteres del ácido metanoico (fórmico) conducen a alcoholes secundarios. La reacción en si es una adición nucleofílica del organometálico a la función carbonílica para dar la sal de magnesio de un hemiacetal y formación de una cetona intermedia, a continuación tiene lugar otra adición de un segundo equivalente de reactivo de Grignard sobre el grupo carbonílico formado. Por ultimo, se obtiene el alcohol al añadir agua a la mezcla de reacción.
Reducción de ésteres a alcoholes:

Los ésteres se reducen fácilmente por tratamiento con hidruro de litio y aluminio (LiAlH4) para producir alcoholes primarios, el mecanismo consiste en la unión de un hidruro al grupo carbonilo, a lo cual sigue la eliminación del ion alcóxido para producir un aldehído como intermedio. La posterior adición de un hidruro al aldehído forma el alcohol primario.
Ácidos Carboxílicos.
R-COOH
Los ácidos carboxílicos constituyen un grupo de compuestos que se caracterizan porque poseen un grupo funcional COOH ó -COH
llamado carboxilo, se produce cuando se une un grupo hidroxilo (-OH) y carbonilo ( C=O). Se puede representar como COOH ó CO2H.
Nomenclatura
A) Los nombres de los ácidos carboxílicos se designan según la fuente natural de la que inicialmente se aislaron.
Nombres y fuentes naturales de ácidos
carboxílicos.
Estructura Nombre IUPAC Nombre común Fuente natural HCOOH Ácido metanoico Ácido fórmico Procede de la destilación destructiva de hormigas (fórmica es hormiga en latín) CH3COOH Ácido estanoico Ácido acético Vinagre (acetum es vinagre en latín)
CH 3 CH 2 COOH Ácido propanoico Ácido propiónico Producción de lácteos (pion es grasa en griego) CH 3 CH 2 CH 2 COOH Ácido butanoico Ácido butírico Mantequilla (butyrum, mantequilla en latín) CH3(CH2)3COOH Ácido pentanoico Ácido valérico Raíz de valeriana CH3(CH2)4COOH Ácido hexanoico Ácido caproico Olor de cabeza (caper, cabeza en latín)
B) En el sistema IUPAC los nombres de los ácidos carboxílicos se forman reemplazando la terminación “o” de los alcanos por “oico”, y anteponiendo la palabra ácido. El esqueleto de los ácidos alcanoicos se enumera asignando el N° 1 al carbono carboxílico y continuando por la cadena más larga que incluya el grupo COOH. Ejemplo:
Br
Ácido 2-bromopropanoico.
CH3CHCOOH
3 2 1


3 2 1
CH2=CHCOOH Ácido propenoico.
En los ácidos carboxílicos poli sustituidos, la cadena principal se escoge de forma que incluya tantos grupos funcionales como sea posible:
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2?
Un enlace carbono-carbono es un enlace covalente entre dos átomos de carbono.[1] La forma más común es el enlace simple - un enlace compuesto por dos electrones, uno de cada uno de los dos átomos. El enlace simple carbono-carbono es un enlace sigma y se dice que se forma entre un orbital híbrido de cada uno de los átomos de carbono. En el etano, los orbitales son sp3, pero también pueden existir enlaces simples formados por átomos de carbono con otras hibridaciones (por ejemplo, sp2 a sp2). En efecto, los átomos de carbono en el enlace simple no necesitan ser de la misma hibridación. Los átomos de carbono también pueden formar enlace doble, constituyendo alquenos, o enlace triple, en alquinos. Un enlace doble está formado con un orbital híbrido sp2 y un orbital p que no está involucrado en la hibridación. Un enlace triple está formado con un orbital híbrido sp y dos orbitales p de cada átomo. El uso de los orbitales p forma un enlace pi.
El carbono tiene la característica única entre todos los elementos de formar cadenas largas y estables de sus propios átomos, una propiedad llamada
catenación. Esto, junto con la fuerza del enlace carbono-carbono da origen a un número enorme de formas moleculares, muchas de las cuales son importantes elementos estructurales de la vida, así los compuestos de carbono tienen su propio campo de estudio: la química orgánica.
COMPUESTOS NITROGENADOS

—De los compuestos nitrogenados con un enlace C-N, los importantes son las aminas, que son derivados del amoniaco en los que uno o mas hidrogenos son sustituidos por un alquilo.
—Las amidas como el NH3 tiene una estructura piramidal con tres enlaces y un par de electrones no compartidos.
BENCEDRINA
La anfetamina es un agente adrenérgico sintético, potente estimulante del sistema nervioso central. La dexanfetamina (dextro-anfetamina), surge de la separación del compuesto racémico (d, l-anfetamina) en sus dos configuraciones ópticas posibles, y la extracción de aquella que corresponda isómero óptico dextrógiro.
EFEDRINA

La molécula de la efedrina Se trata de un compuesto quiral, por lo que puede presentar configuración de isómero óptico levógiro (levo-efedrina) o dextrógiro (dextro-efedrina). La efedrina presente como alcaloide en las especies vegetales es normalmente una mezcla racémica equimolar de ambos estereoisómeros.