Bioquimica 3u293i

COMPOSICION QUIMICA DE LOS SERES VIVOS INTRODUCCIÓN Como hemos visto los seres vivos están caracterizados, entre otras cosas, por poseer una organización celular, es decir determinadas moléculas se organizan de una forma particular y precisa e interactúan entre sí para establecer la estructura celular. Así como las células son los ladrillos con los que se construyen los tejidos y los organismos, las moléculas son los bloques con que se construyen las células. Al estudiar químicamente estas moléculas observamos que las mismas están constituidas en un 98% por elementos tales como C, H, O, N, P y S; ( el 2 % restante esta representado por elementos como el Fe, Ca , Na, K, Cu, Mg, I, Cl. Etc.) La combinación de estos seis elementos puede dar lugar a la formación de millones de moléculas distintas, sin embargo como veremos más adelante, la mayoría de los seres vivos está formado por un número relativamente bajo de tipos de compuestos. Aquellos compuestos en cuya composición interviene el carbono se los denomina compuestos orgánicos; dentro de este grupo podemos mencionar a los monosacáridos , polisacáridos, aminoácidos, proteínas, lípidos , nucleótidos y ácidos nucleicos ( no son los únicos compuestos orgánicos que existen, pero sí son la mayoría). Estos representan aproximadamente el 30% de la composición química de los seres vivos . El 70% lo constituye el agua. También encontramos algunos iones tales como el Na, Fe, Ca, K, etc. en proporciones muy pequeñas. ÁTOMOS Y MOLÉCULAS Toda la materia, incluyendo a los seres vivos, esta compuesta por distintos átomos. Un átomo es la partícula más pequeña de materia que puede existir libre conservando las propiedades fisico-químicas características de ese elemento y que es capaz de intervenir en reacciones químicas. En la estructura del átomo encontramos una región central muy densa formada por dos tipos de partículas los protones y los neutrones. Ambos le otorgan masa al núcleo, los protones son partículas con carga positiva y los neutrones no están cargados. Los neutrones contribuyen a mantener la estabilidad del núcleo y también impiden que las cargas de los protones se repelan y provoquen la desintegración del núcleo. En torno a este núcleo encontramos otras partículas cargadas negativamente llamadas electrones. Estos electrones giran alrededor del núcleo en zonas denominadas orbitales; los orbitales son las zonas del espacio cercana al núcleo donde hay mayor probabilidad de encontrar electrones. Los orbitales se organizan en niveles de energía. A medida que nos alejamos del núcleo los niveles de energía aumentan, de manera que los electrones cercanos al núcleo poseen menor nivel de energía que los que se encuentran alejados.

Los electrones de los niveles de energía más externos son los que determinan la capacidad de reaccionar químicamente. En estado elemental o no-combinado el átomo es eléctricamente neutro, ya que posee igual número de electrones que de protones. Los átomos de distintos elementos químicos poseen un número característico de protones. El número de protones se denomina NUMERO ATOMICO ( Z) La suma de protones y neutrones (no se tiene en cuenta a los electrones ya que su masa es despreciable) se conoce como NUMERO MASICO (A).

Fig. 2.1 - Dos maneras de representar un átomo. (a) Modelo de Bohr de un átomo de carbono. Aunque este modelo no es un modo preciso de ilustrar la configuración de electrones, es de uso frecuente por su sencillez y conveniencia. (b) Nube de electrones. Los puntos indican las probabilidades de que un electrón esté en un sitio en un momento dado. Existen átomos que tienen el mismo número de protones pero distinta cantidad de neutrones; si poseen el mismo número de protones y estos son los que les confieren las propiedades químicas, estamos en presencia de átomos del mismo elemento, es decir de ISOTOPOS. ( poseen el mismo Z, pero tienen distinto número másico). Algunos átomos que raramente reaccionan con otros, se encuentran formando parte del grupo VIII de la tabla periódica y constituyen los llamados gases nobles o raros. Este grupo se caracteriza por la baja reactividad de los átomos. Al estudiarse la configuración electrónica (la distribución de los electrones en los distintos niveles de energía) se observa que dichos elementos poseen en su nivel de energía más alto ( el más alejado o externo) ocho electrones. Es decir que la estabilidad esta dada por esa configuración electrónica (dijimos anteriormente que la capacidad de reaccionar estaba dada por la distribución de los electrones de los niveles más externos). El resto de los átomos no posee esa configuración electrónica por lo tanto son inestables de modo que tienden a reaccionar entre sí. En general los átomos que reaccionan para formar una molécula tienden a adquirir una configuración similar a la del gas noble, es decir tienden a completar ocho electrones en su nivel más externo. Esto es conocido como la REGLA DEL OCTETO, pero como toda regla siempre hay excepciones.

UNIONES QUÍMICAS Una de las fuerzas impulsoras en la naturaleza es la tendencia de la materia a alcanzar el estado de energía libre más bajo posible, este estado de menor energía implica una mayor estabilidad, en las moléculas los núcleos y los electrones de los átomos interactúan, logrando una mayor estabilidad (ya que tratan de adquirir la configuración electrónica de un gas noble). Los átomos se mantienen unidos formando moléculas por medio de fuerzas, estas reciben el nombre de ENLACES O UNIONES QUIMICAS. En las reacciones metabólicas se generan y se degradan continuamente moléculas, es decir que se forman y se rompen uniones químicas UNIÓN IÓNICA Algunos átomos tienden a ganar o a perder electrones con gran facilidad (debido a su configuración electrónica) formando partículas cargadas que se denominan IONES. Aquellos átomos que ganan con facilidad electrones se dice que son electronegativos, formarán entonces iones con carga negativa que se denominan ANIONES. Si el átomo pierde electrones predominarán las cargas positivas del núcleo y por lo tanto se formarán iones con carga positiva o CATIONES. En las uniones iónicas los átomos se mantienen unidos debido a las fuerzas de atracción que surgen por tener cargas opuestas (catión – anión). Los compuestos iónicos se caracterizan por un alto punto de fusión, alto punto de ebullición, en general son solubles en agua, por lo tanto en solución acuosa conducen la corriente eléctrica Un ejemplo de este tipo de unión lo constituye el cloruro de sodio, el átomo de cloro es mucho más electronegativo (atrae con mucha fuerza a los electrones) que el sodio, de modo que le arranca el electrón del último nivel de energía a éste último. El cloro se transforma entonces en el anión cloruro, y el sodio en un catión, la atracción eléctrica hace que los iones permanezcan unidos.

Fig. 2.2- Unión iónica : cloruro de sodio Las uniones iónicas son importantes desde el punto de vista biológico, ya que forman parte de las interacciones entre ácidos nucleicos y proteínas. Sin embargo este tipo de uniones no las encontramos entre los átomos que predominan en la composición química de los seres vivos ( C, H, O, N , S, y P)

UNIÓN COVALENTE Algunos átomos no tienen tendencia a ganar o perder electrones, sino que los comparten con otros átomos. Cuando la diferencia de electronegatividad no existe o es muy baja, los átomos que intervienen comparten electrones. El gas hidrógeno está compuesto por moléculas de hidrógeno y no por átomos de hidrógeno separados. Una molécula compuesta por dos átomos se llama diatómica. Cuando un átomo de H se une a otro átomo de H ambos tienen la misma capacidad de atraer electrones, por lo tanto el par compartido se ubicará a igual distancia de ambos núcleos . Los átomos de H comparten sus electrones para adquirir la configuración del gas noble, los electrones compartidos pertenecen a ambos átomos simultáneamente. Muchos elementos de importancia biológica son diatómicos ( H, O, F, Cl, etc.) Esquemáticamente cada par de electrones compartidos se simboliza con una línea, dos átomos pueden compartir 1, 2 o 3 pares de electrones.

Fig. 2.3- Ejemplo de unión covalente En algunos casos existe una diferencia de electronegatividad entre los átomos que hace que él o los pares de electrones comprar-tidos no se encuentren equidistantes de los núcleos, sino que están más cerca del átomo con mayor electronega-tividad. De esta forma la distribución de los electrones es asimétrica, creándose zonas donde predominan las cargas negativas de los electrones (cerca del elemento más electronegativo) y zonas donde predominan las cargas positivas de los núcleos (el elemento menos electronegativo, ya que sus electrones están lejos). Este tipo de unión covalente recibe el nombre de unión covalente polar.

Fig.2.4 - Cloruro de hidrógeno

Este tipo de unión es la que encontramos en la mayor parte de las moléculas biológicas. El carbono (C) se une con los otros elementos (H, O, N, P, S) por medio de uniones covalentes, así como también se une a otros átomos de carbono dando largas cadenas, como veremos más adelante. UNIÓN PUENTE HIDRÓGENO Es una unión sumamente lábil, formándose y destruyéndose continuamente, dependiendo su efecto estabilizador más a la cantidad de dichas uniones, que a la fuerza de atracción entre los átomos. Es muy importante en los sistemas biológicos ya que contribuyen a dar estabilidad a macromoléculas tales como las proteínas, los ácidos nucleicos, etc. Cuando un átomo de hidrógeno se une a un átomo muy electronegativo ( como ser el oxígeno o el nitrógeno) el par compartido se sitúa lejos del núcleo del hidrógeno , por lo tanto se crea una pequeña separación de cargas, quedando el hidrógeno ligeramente positivo (d+)y el oxigeno o el nitrógeno levemente negativo (d -). (d Indica la separación parcial de cargas). La d+ del hidrógeno es atraída por la d- del elemento electronegativo de otra molécula, de manera que el H queda formando un puente entre dos moléculas.

Fig. 2.5- Enlace de hidrógeno. El átomo de Nitrógeno de una molécula de amoniaco (NH3) está unido a un átomo de hidrógeno de una molécula de agua (H2O) por un enlace de hidrógeno. En este último, un átomo de hidrógeno combinado con un átomo electronegativo en un enlace covalente polar es compartido por otro átomo electronegativo por medio de una atracción eléctrica débil. FUERZAS DE VAN DER WAALS Son fuerzas de atracción inespecíficas que ocurren cuando los átomos se encuentran a distancias pequeñas y cuando momentáneamente se forman diferencias de cargas en torno al átomo debido a los movimientos de los electrones. Esta distribución de carga fluctuante da al átomo una polaridad: una parte de él tiene una carga ligeramente negativa respecto a las demás que quedan ligeramente positivas de manera que una zona negativa momentánea de un átomo interactúa con una positiva de otro. Estas interacciones son aproximadamente 100 veces más débiles que las uniones

covalentes; sin embargo son muy importantes porque se pueden establecer cientos de interacciones simultáneas, manteniendo a las moléculas juntas con bastante cohesión. Este tipo de interacción juega un papel muy importante en la unión de los sustratos a las enzimas. INTERACCIONES HIDROFÓBICAS También son importantes en las propiedades biológicas de distintas moléculas. Estas interacciones ocurren porque las moléculas no polares tienden a agruparse cuando están en un medio acuoso para repeler el agua o “esconderse” de ella. Ciertas moléculas presentan partes que se pueden intercalar con el agua (partes hidrofílicas) a parte de las porciones hidrofóbicas , de manera que las zonas hidrofílicas establecen o con el agua y las zonas hidrofóbicas quedan resguardadas en el interior ( adoptan en general una forma esférica), este tipo de ordenamiento estabiliza la estructura de la macromolécula, contribuyendo a mantener su conformación activa. Estas interacciones tiene importancia en el plegamiento de las proteínas y en la asociación entre una enzima con su sustrato REACCIONES QUÍMICAS Dijimos que los átomos reaccionan entre sí formando moléculas (reacciones químicas), estas reacciones se representan por medio de ecuaciones químicas, en donde se colocan los reactivos (materia prima) y los productos de la reacción y el sentido de la reacción. Estas ecuaciones químicas se balancean de manera que la cantidad de átomos de un elemento en ambos lados de la ecuación, es la misma.

Existen distintos tipos de reacciones químicas, las cuales pueden ocurrir tanto en los seres vivos como “ in vitro”. En el metabolismo se llevan a cabo reacciones de oxidoreducción o redox, reacciones de adición, de disociación , etc. COMPOSICIÓN QUIMICA DE LOS SERES VIVOS Todas las células están gobernadas por los mismos principios físicos y químicos de la materia inerte. Si bien dentro de las células encontramos moléculas que usualmente no existen en la materia inanimada, en la composición química de los seres vivos encontramos desde sencillos iones inorgánicos, hasta complejas macromoléculas orgánicas siendo todos igualmente importantes para constituir , mantener y perpetuar el estado vivo.

Cuadro 2.1- Composición química de la materia viva Tabla 2.1 - Composición porcentual de la materia viva Porcentaje Compuesto de peso total Agua 70 * Constituido aproximadamente por 1% de ADN y 6% Macromoléculas: de ARN. Proteínas 15 Ácidos Nucleicos 7* ** Incluyen los bloque de construcción para generar Polisacáridos 3 macromoléculas y otras moléculas en los procesos de Lípidos 2 síntesis o degradación Molécula s 2** orgánicas pequeñas Iones inorgánicas 1 IONES Sodio (Na+) y Potasio (K+): están ampliamente distribuidos en los organismos. Están íntimamente relacionados en sus funciones y de su proporción depende el mantenimiento de constantes fisiológicas vitales , tales como la presión osmótica, el equilibrio electrolítico, etc.. Contribuyen a proporcionar el medio iónico apropiado para diversas reacciones enzimáticas, regulan el potencial de membrana e intervienen en la conducción del impulso nervioso y la contracción muscular. El sodio forma parte de las secreciones digestivas e interviene a nivel intestinal en la absorción activa de numerosos nutrientes. Se halla en el medio extracelular. El potasio es esencial para el automatismo cardíaco, la actividad de enzimas relacionadas con la síntesis proteica y para evitar la desagregación de los ribosomas. La pérdida de potasio causa hipotonía, hiporreflexia, alteración de la conducción del impulso nervioso y puede llevar a la muerte por paro cardíaco. El potasio del organismo es sobretodo intracelular a diferencia del sodio que es extracelular.

Calcio (Ca2+): el organismo humano adulto contiene entre 850 y 1500 gr. El 99 % está localizado en el tejido óseo formando con el fósforo un complejo llamado hidroxipatita. El 1% restante está en fluidos y tejidos, es el llamado calcio soluble es esencial para regular las funciones fisiológicas como la irritabilidad neuromuscular, el automatismo cardíaco, la contracción muscular, y la coagulación sanguínea. El calcio que está en los huesos está en equilibrio dinámico con el plasmático mediante un proceso continuo de formación y resorción ósea. El pico de máxima densidad ósea depende de la ingesta de calcio durante la etapa de crecimiento y condiciona la pérdida posterior, con el consiguiente deterioro de la resistencia y el aumento de riesgo de fracturas (osteoporosis). Magnesio (Mg2+): el magnesio se localiza en el esqueleto y en los tejidos blandos. Es un catión fundamentalmente intracelular, que interviene en más de 300 reacciones enzimáticas relacionadas con el metabolismo energético y proteico como ser la formación de AMP cíclico, transporte a través de membrana, transmisión del código genético, etc. En los vegetales forma parte de la molécula de clorofila. También interviene en la transmisión del impulso nervioso, ayuda a mantener la integridad del sistema nervioso central. Su carencia produce irritación nerviosa, convulsiones y en casos extremos la muerte. Hierro (Fe2+ ; Fe3+): El hierro es un mineral esencial para el metabolismo energético y oxidativo. Se encuentra en todas las células, estableciéndose dos compartimentos: funcional y de reserva. El funcional comprende al hierro del anillo central del grupo hemo que forma parte de proteínas que intervienen en el transporte y almacenamiento del oxígeno ( hemoglobina y mioglobina), también forma parte de enzimas como los citocromos y las peroxidasas. El de reserva se sitúa en el hígado, bazo, médula ósea , está unido a proteínas( ferritina y hemosiderina). No se encuentra libre en el plasma, sino que circula unido a una proteína , la transferrina. El hierro es necesario para el normal funcionamiento de los mecanismos de defensa del organismo a nivel celular, humoral y secretorio, por lo tanto su deficiencia produce un aumento a la susceptibilidad a las infecciones. La deficiencia de hierro se caracteriza por astenia, anorexia, fatiga, y deterioro del rendimiento físico. Zinc (Zn2+): Es esencial para la actividad de más de 70 enzimas, ya sea porque forma parte de su molécula o porque lo requieren como cofactor. Se lo relaciona con la utilización de energía, la síntesis de proteínas y la protección oxidativa. Cobre (Cu+; Cu2+): forma parte de distintas enzimas que intervienen en reacciones oxidativas relacionadas con el metabolismo del hierro, de los aminoácidos precursores de neurotransmisores, Es necesario para la síntesis de elastina, proteína fibrosa de la matriz extracelular. Yodo (I-): el 80% se localiza en la glándula tiroides, siendo indispensable para la síntesis de las hormonas tiroides, la tetraiodotironina ( tiroxina- T4 y la triiodotironina (T3). Las hormonas tiroides son esenciales para el desarrollo normal y su deficiencia causa

retardo del crecimiento, alteraciones permanentes en el sistema nervioso y disminución del coeficiente intelectual. Fosfato (PO4)3-: Se encuentra en el tejido óseo, formando la hidroxiapatita.. aproximadamente un 15 % se halla presente en fluidos y tejidos blandos, puesto que todas las células lo contienen como fosfatos orgánicos o inorgánicos. Formando parte de compuestos orgánicos, podemos mencionar a los nucleótidos trifosfatados, fosfolípidos de membrana, ácidos nucleicos etc. Como fosfato inorgánico cumple una función estructural, en el tejido óseo y además se encuentra en los fluidos contribuyendo a mantener la capacidad buffer Cloruro (Cl-): es un regulador de la presión osmótica y junto con los protones forma parte del jugo gástrico, producido por las células parietales de las glándulas corpofúndicas de estómago. Azufre: integra diversas moléculas orgánicas como polisacáridos complejos y aminoácidos (cisteína, cistina, metionina, etc). Manganeso (Mn2+): actúa activando importantes enzimas. Su carencia afecta el crecimiento del esqueleto, la actividad muscular y la reproducción. Flúor (F-): es importante para la formación del hueso y de los dientes. Su exceso tiene efecto desfavorable pues inhibe algunas enzimas. Inhibe el crecimiento y la actividad tiroidea. En intoxicaciones crónicas es frecuente la aparición de bocio.

AGUA La química de la vida ocurre en el agua. De hecho, las células contienen entre un 70 a un 90 % de agua, y todas las reacciones que ocurren en el citoplasma de una célula tiene lugar en un medio acuoso. El agua es el solvente biológico ideal. Sin embargo el agua no solo es el medio en el que se desarrollan las reacciones químicas sino que también en muchos casos participa activamente de ellas ya sea como reactivo o producto de una reacción [1]. Por todo esto no resulta sorprendente que las propiedades del agua sean un factor clave para comprender la bioquímica.

La molécula de agua consta de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, unidos covalentemente. Debido a la diferencia de electronegatividad entre los mismos se crea una distribución asimétrica de cargas lo que llega a la formación de una molécula polar. Como hemos visto anteriormente esa polaridad permite la aparición de los puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua.

Fig. 2.6 -(a) Estructura de la molécula de agua. (b) Las moléculas de agua en disolución interactúan entre si a través de los puentes de hidrógeno. Muchas de las propiedades del agua se explican debido al gran número de puentes de hidrógeno que existen entre sus moléculas. El agua es líquida en un amplio intervalo de temperaturas que va desde los 0 °C a los 100 °C, lo que indica que no solo debemos entregarle calor para que ocurra el cambio de estado sino para poder romper los puentes de hidrógeno. El calor de evaporación del agua es muy superior al de otros

líquidos por lo que muchos organismos utilizan esta propiedad para el mantenimiento de la temperatura corporal. El hielo flota en el agua, es decir que el agua al estado sólido es más liviana que al estado liquido, (debido a que por la acción de los puentes de hidrógeno en el estado sólido se forma una verdadera red cristalina por lo que el agua al congelarse se dilata, disminuyendo así su peso específico). Esta propiedad permite que la capa de hielo que cubre un río o un lago, flote sirviendo entonces como aislante, permitiendo que la vida acuática continúe. El agua actúa como disolvente para moléculas polares, principalmente para aquellas con las que puede formar puentes de hidrógeno. La alta polaridad del agua favorece también a la célula porque fuerza a las sustancias no polares a agregarse y permanecer juntas, contribuyendo así a la estructura de las membranas. Como veremos más adelante las membranas biológicas están constituidas principalmente por sustancias no polares (lípidos) los cuales se agregan y cumplen una función de barrera selectiva.

Fig. 2.7- Las moléculas de agua facilitan la separación de los iones en disolución. Cada ion está "recubierto" de moléculas de agua.

Fig. 2.8- En general las proteínas globulares tienen un interior hidrofóbico y residuos hidrofílicos de aminoácidos en la superficie. que interactúan con el disolvente acuoso que las rodea.

INFORMACIÓN GENERAL: PROPIEDADES QUÍMICAS DEL AGUA moléculas hidrofóbicas y estructuras acuosas

Las moléculas que son no polares y no pueden formar enlaces de hidrógeno (por ej. Hidrocarburos) sólo tienen una limitada solubilidad en agua, y se denominan hidrofóbicas. Cuando estás moléculas se encuentran con agua, las moléculas de agua se disponen a su alrededor de manera ordenada, como bloques de hielo. Estas estructuras son más ordenadas que el agua libre y por lo tanto generan una disminución de la entropía del medio. En la figura contigua, se muestra estas estructuras (gris) rodeando al hidrocarburo (negro) en el centro.

Ácidos y bases Un ácido es una molécula que, en solución, cede un ion H + (protón). Por ejemplo:

Una Base es una molécula que, en solución, acepta un ion H + (protón). Por ejemplo:

El agua por si misma tiene una débil tendencia a ionizarse, actuando tanto como ácido débil y como base débil. Cuando actúa como ÁCIDO DÉBIL libera un protón, generando un ion hidroxilo. Como BASE DÉBIL acepta un protón formando ion hidronio. En solución acuosa la mayoría de protones están como iones hidronio. ÓSMOSIS

Si dos soluciones acuosas están separadas por una membrana que únicamente permite el paso de las moléculas de agua, dichas moléculas pasaran hacia la solución que contiene la mayor concentración de moléculas solubles, denominándose a dicho proceso ósmosis. pH

Este pasaje del agua desde una solución hipotónica a una hipertónica, puede provocar un aumento de la presión hidrostática en el compartimiento hipertónico. Cuando las dos soluciones se equilibran, teniendo concentraciones idénticas de solutos, se dice que son isotónicas.

MOLECULAS ORGÁNICAS Y MACROMOLÉCULAS EL ÁTOMO DE CARBONO La química de los compuestos que contienen carbono se denomina química orgánica. Originalmente se la llamaba así porque se creía que solo los organismos vivos podían fabricar o poseer estos compuestos. Los compuestos orgánicos se basan en el carbono combinado con otros átomos de carbono y con otros elementos como el hidrógeno, el nitrógeno, el azufre , etc. Formando grandes estructuras con distinta complejidad y diversidad, el átomo de carbono puede unirse a otros átomos de carbono formando largas cadenas las cuales pueden ser lineales, ramificadas o bien cíclicas. Se han aislado miles de compuestos de carbono de varios sistemas biológicos, aquí algunos ejemplos:

Fig. 2.9 - Los átomos de carbono pueden unirse con otros átomos de carbono y con muchos de otro tipo para formar una gran variedad de compuestos orgánicos. Las mismas fuerzas que mantienen unido al metano (CH 4) también permiten la formación de moléculas extremadamente complicadas pero estables. En diversas estructuras, como los triacilgliceroles. predominan las cadenas lineales. En otras, como el azúcar glucosa. son anillos. La muscona, el atrayente sexual del venado almizclero del Tibet, también se basa en un anillo de carbonos. Otras moléculas vitales como la clorofila y la vitamina B12 contienen cadenas, anillos e iones metálicos. El átomo de carbono tiene seis protones y seis electrones ubicados en dos niveles de energía, en la capa interna encontramos dos y en la más externa cuatro. Dada esta configuración el carbono tiene poca tendencia a ganar o perder electrones , sino que tiende a compartirlos con otros átomos, por lo tanto se forman uniones covalentes. Los electrones que participan de dichas uniones covalentes son los cuatro que se ubican en el nivel exterior y son conocidos como electrones de valencia. Estos cuatro electrones de valencia se ubican hacia los vértices de un tetraedro equilátero, es decir que los ángulos de unión no son en 90° ( de lo que resultaría una estructura plana) si no que son superiores a los 100°. Como resultado de está estructura tetraédrica las moléculas tienen entonces estructuras tridimensionales. Cuando el carbono se une a cuatro átomos distintos, éstos se pueden unir a él de dos maneras distintas.

Fig. 2.10 - (a) Cuando un átomo de carbono forma enlaces covalentes con otros cuatro átomos, los electrones de su nivel de energía exterior forman nuevos orbitales. Estos nuevos orbitales, que son todos de la misma configuración, se orientan hacia los cuatro vértices de un tetraedro. Así, los cuatro orbitales e encuentran separados tanto como es posible. (b) Cuando un átomo de carbono reacciona con cuatro átomos de hidrógeno, cada uno de los electrones en su nivel de energía exterior forma un enlace covalente con el único electrón de un átomo de hidrógeno, produciéndose una molécula de metano. (c) Cada par de electrones se mueve en un orbital molecular nuevo. La molécula adopta configuración de un tetraedro.

Fig. 2.11 - Como las valencias del carbono están ordenadas en forma tetraédrica, la molécula tridimensional que se muestra puede construirse en dos formas que son imágenes especulares una de la otra. Esto se aplica a cualquier átomo de carbono que tenga cuatro grupos distintos unidos a él. Aunque las propiedades químicas de estos pares de compuestos son similares, sus propiedades biológicas suelen ser muy distintas. Esto se debe a que el reconocimiento biológico funciona por interacciones entre moléculas que tienen formas complementarias. Generalmente una de las moléculas tendrá actividad biológica y la otra será totalmente inactiva. La molécula tridimensional se puede construir en dos formas que son imágenes especulares una de la otra (como observamos en la fig. ) y aunque estos compuestos tengan propiedades físico-químicas muy semejantes, su comportamiento en los seres vivos es bastante diferente. Mientras que uno de los compuestos es aceptado con facilidad por un sistema biológico, el otro puede ser ignorado, o hasta resultar tóxico. Esto se debe a que los sistemas biológicos trabajan reconociendo las formas o las configuraciones moleculares, que son las posiciones relativas precisas que los átomos y grupos de átomos guardan entre sí. Esto es de importancia en compuestos tales como monosacáridos y aminoácidos. GRUPOS FUNCIONALES Las propiedades químicas específicas de una molécula orgánica derivan principalmente de los grupos de átomos conocidos como grupos funcionales. Estos grupos están unidos al esqueleto de carbono, reemplazando a uno o más de los hidrógenos que estarían presentes en un hidrocarburo. Un grupo -OH (hidroxilo) es un ejemplo de un grupo funcional. Cuando un hidrógeno y un oxígeno se unen covalentemente, un electrón exterior del oxígeno sobra, queda no apareado, puede entonces ser compartido con un electrón exterior que, de modo semejante, quedó disponible en un átomo de carbono, formando así un enlace covalente con el carbono. Un compuesto con un grupo hidroxilo que reemplaza a uno o más de los hidrógenos de un hidrocarburo, se conoce como alcohol. Así, el metano (CH 4), en el que un átomo de hidrógeno es reemplazado por un grupo hidroxilo, se transforma en metanol o alcohol de madera (CH3OH), que es un compuesto de olor agradable, tóxico, notable por su capacidad para causar ceguera y muerte. De modo semejante, el etano se transforma en etanol (C2 H5 OH), que está presente en todas las bebidas alcohólicas. El glicerol, C3 H5 (OH)3 , contiene, según indica su fórmula, tres átomos de carbono, cinco átomos de hidrógeno y tres grupos hidroxilo.

En la tabla 2.2 se ilustran los grupos funcionales que serán de mayor interés para nosotros en nuestra exploración de los sistemas vivos. Un conocimiento de los grupos funcionales facilita reconocer moléculas particulares y predecir sus propiedades. Por ejemplo, el grupo carboxilo (CO-OH), mencionado en el capítulo anterior, es un grupo funcional que da a una molécula las propiedades de ácido. Los alcoholes, con sus grupos hidroxilos polares, tienden por ejemplo, a ser solubles en agua, mientras los hidrocarburos como el butano, que tienen solamente grupos funcionales no polares (como los grupos metilo), son altamente insolubles en agua. Los grupos aldehído a menudo están asociados con olores y sabores acres. Las moléculas más pequeñas con grupos aldehído, como el formaldehído, tienen olores desagradables mientras que las más grandes, como aquellas que dan a las vainillas, las manzanas, las cerezas y las almendras sus aromas característicos, tienden a ser agradables para el aparato sensorial humano. Tabla 2.2 - Grupos Funcionales Grupo Fórmula Clase de Ejemplo funcional estructura compuestos

Hidroxilo

Alcoholes Etanol

Amino

Aminas Aminoácido

Carboxilo

Estér

Ácidos carboxílicos (orgánicos)

Aminoácido

Esteres Metilacetato

Carbonil o

Aldehídos

Descripción Compuesto polar porque el oxígeno electronegativ o capta electrones de átomo covalentes Iónico, el grupo amino actúa como base. Iónico, el hidrógeno puede disociarse como hidrogenión Relacionado con el grupo carboxilo, pero tiene un grupo en lugar del hidrógeno del hidroxilo; polar Carbono de carbonilo enlazado con

Formaldehído

Cetonas Acetona

Metilo

Fosfato

Component e de muchos compuestos orgánicos.

No polar

Metano

Fosfatos orgánicos Ester de fosfato

Sulfidrilo

al menos un átomo de hidrógeno; polar Grupo carbonilo enlazado con otros dos átomos de carbono; polar

Tioles Cisteína

Forma disociada del ácido fosfórico, el ion fosfato se enlaza en forma covalente, por medio de uno de sus átomos de óxigeno, con uno de los átomos de carbono; iónico. Ayuda a estabilizar la estructura interna de las proteínas

MONÓMEROS , POLÍMEROS Y MACROMOLÉCULAS Los monómeros son unidades moleculares sencillas agrupadas de acuerdo a sus propiedades químicas; podemos mencionar a los: monosacáridos, aminoácidos y los nucleótidos. Cuando los monómeros de un mismo grupo se unen entre sí en forma covalente obtenemos un polímero que es una molécula de gran tamaño. Los polímeros pueden ser cadenas relativamente sencillas de unidades monoméricas idénticas o pueden ser en extremo complejos. Las cadenas pueden ser ramificadas o sin ramificaciones. Cuando las unidades son idénticas reciben el nombre de homopolímero; si las unidades son distintas se denominan heteropolímero, pero siempre hablando de unidades diferentes pero dentro de un mismo grupo, por ejemplo aminoácidos distintos, o azúcares distintos, nunca vamos a encontrar un polímero formado simultáneamente por distintos grupos de monómeros. Los compuestos en los organismos son utilizados de distintas formas, para almacenar o liberar energía, para actuar como catalizadores, para guardar información, para construir estructuras que se requieren, etc. La mayoría de las biomoléculas que utilizan los organismos en su funcionamiento son polímeros. El término macromolécula se usa para designar a moléculas de “ gran tamaño”, sin embargo no define que se entiende por gran tamaño, muchas macromoléculas son polímeros (polisacáridos, ácidos nucleicos, proteínas) pero otros no (esteroides, triglicéridos, etc.) Se han identificado en los sistemas vivientes unos 30.000 compuestos orgánicos diferentes, sin embargo un pequeño grupo de ellas son las que cumplen funciones principales en los organismos.

Fig. 2.12 - Esquema de polímero Existen cuatro grandes grupos de biomoléculas: Lípidos Glúcidos Proteínas Ácidos Nucleicos Lípidos

Constituyen un grupo de compuestos muy heterogéneo, cuya única característica común es la insolubilidad en agua y otros solventes polares. Son solubles solamente en solventes no polares como el éter, benceno, cloroformo, etc. Entre las biomoléculas, los lípidos son los únicos que en general no forman polímeros, aunque algunos pueden considerarse macromoléculas. Aunque existen otras, una manera sencilla de clasificarlos es la siguiente:

Cuadro 2.2- Clasificación de los Lípidos ÁCIDOS GRASOS

Fig. 2.13- Algunos ácidos grasos de importancia biológica Están formados por cadenas hidrocarbonadas, que tienen número par de carbonos (entre 4 y 22 átomos) y un grupo carboxilo en uno de los extremos. Los ácidos grasos pueden ser saturados o insaturados. En los primeros los átomos de carbono de la cadena están unidos mediante enlaces simples, en cambio en los insaturados la cadena presenta dobles enlaces entre carbonos. Funciones biológicas Son constituyentes de moléculas más grandes, como por ejemplo: grasas, fosfolípidos, etc. Son combustibles celulares de elección. GRASAS NEUTRAS

Fig. 2.14 - Fórmula de un triacilglicérido Una grasa neutra consiste en una molécula de glicerol unida a uno, dos o tres ácidos grasos. El glicerol es un alcohol de tres carbonos. A temperatura ambiente, estos lípidos pueden resultar líquidos o sólidos, dependiendo del largo de las cadenas de ácidos grasos y si están saturados o no.. Cuánto más saturados y largos sean los ácidos grasos de una grasa neutra, podrán compactarse e interactuar mejor, determinando la formación de un compuesto sólido a la temperatura ambiente, a los que vulgarmente llamamos grasas. Por el contrario, cuanto más insaturados y más cortos sean los ácidos grasos, más inconvenientes tendrán para interactuar, pues los dobles enlaces impiden que las colas de los ácidos grasos de las moléculas de grasa puedan moverse libremente, determinando así una sustancia líquida a la temperatura ambiente llamada aceite. Funciones biológicas Las grasas y aceites cumplen principalmente con la función de reserva de energía en forma más eficiente que los glúcidos. Esto se debe a que son hidrofóbicos y al no hidratarse ocupan menos volumen que el glucógeno y además, tienen más hidrógenos en su estructura, por lo cual rinden más energía que los azucares

Actúan en la termorregulación, como aislante térmico. Por ejemplo en los animales que viven en las zonas frías del planeta tienen una importante capa de grasa subdérmica que ayuda a mantener la temperatura interna. Además como repelen al agua evitan la perdida de calor corporal por efectos de la transpiración CERAS Las ceras son lípidos compuestos por alcoholes y ácidos grasos de alto número de carbonos. También son importantes las ceras que se forman con el colesterol. Funciones biológicas Sirven de cubierta protetora en la piel, pelos, plumas y estructuras delicadas como los oídos de los animales. En las plantas las encontramos recubriendo por ejemplo las hojas y los frutos. Las abejas utilizan ceras con fines estructurales, para fabricar los panales de las colmenas. FOSFOGLICÉRIDOS

Fig. 2.15 - (a) Ácido fosfatídico (b) Lecitina

Son conocidos con el nombre de fosfolípidos. Poseen una molécula de glicerol unida a dos ácidos grasos y un ácido fosfórico. Además el grupo fosfato puede llevar unida una molécula de naturaleza variable a la que llamamos resto (R), por ejemplo un alcohol.

Fig.

2.16

-

Esquema

de

un

fosfolípido

Los fosfoglicéridos poseen una cabeza polar o hidrofílica constituida por el ácido fosfórico y el resto (generalmente un alcohol o base nitrogenada) y dos colas no polares o hidrofóbicas que corresponden a las cadenas hidrocarbonadas de los ácidos grasos. Por este motivo se dice que son moléculasanfipáticas. En solución acuosa éstas se ordenan formando bicapas. Funciones biológicas Son componentes principales de las membranas biológicas. Forman parte de la vaina de mielina que recubre a los axones de las células nerviosas.

Fig. 2.17 - (a) Bicapa fosfolipídica; (b) Vésicula fosfolipídica GLUCOLÍPIDOS Y ESFINGOLÍPIDOS Estos lípidos están formados por una ceramida, es decir, un ácido graso unido a un alcohol llamado esfingosina por medio de una unión amida.

Fig. 2.18 - Fórmula de la Esfingosina Si además del ácido graso, también lleva unido un grupo fosfato tenemos un esfingofosfolípido. Si al grupo fosfato se une un alcohol y éste es la colina, obtenemos la esfingomielina.

Fig. 2.19 - Cerebrósido Los glupolípidos están formados por la ceramida unida a un monosacárido u oligosacárido. Los cerebrósidos son los más sencillos, en cambio, otros como los gangliósidos son más complejos porque presentan un oligosacárido ramificado. Funciones biológicas Al igual que los fosfolípidos y el colesterol los glucolípidos son moléculas anfipáticas y junto a éstos forma parte de la estructura básica de las membranas biológicas. LIPOPROTEÍNAS Resultan de la unión de lípidos con proteínas solubles. En éste complejo la proteína ocuparía la parte periférica de modo que puede interactuar con el agua de esta manera circulan los lípidos por el plasma. De acuerdo al porcentaje relativo de lípidos y proteínas presentes se los clasifica en: Lipoproteínas de alta densidad ( HDL) Lipoproteínas de densidad intermedia ( IDL) Lipoproteínas de baja densidad (LDL) Lipoproteínas de muy baja densidad ( VLDL) Quilomicrones Las primeras son ricas en proteínas y son las que producen el recambio de colesterol de los tejidos hacia el hígado. El colesterol que forma parte de estas lipoproteínas es el que se conoce como colesterol “ bueno”. Las lipoproteínas de baja y muy baja densidad son ricos en lípidos y son las que transportan el colesterol y los trigliceridos desde el hígado a los tejidos. El colesterol asociado a estas lipoproteínas se conoce como colesterol “malo”, ya que es el responsable de los depósitos grasos que se forman en algunos vasos sanguíneos provocando los llamados ateromas

PROSTAGLANDINAS

Fig. 2.20 - Prostaglandina (PGF2) Constituyen una familia de derivados de ácidos grasos insaturados de 20 C, como el araquidónico. Tienen una gran variedad de efectos biológicos de naturaleza regulatoria. Por ejemplo: modulan la actividad hormonal y producen la contracción del músculo liso. TERPENOS

Fig 2.21 - Isopreno Están constituidos por unidades múltiples del hidrocarburo de cinco átomos de carbono isopreno.

Fig. 2.22 - Ejemplos de Terpenos

Pueden formar moléculas lineales o cíclicas. En los vegetales se han encontrado un número importante de terpenos. Por ejemplo el caucho, el fitol que forma parte de la clorofila, o el b-caroteno precursor de la vitamina A y el retinal, esencial para la visión. ESTEROIDES Están formados básicamente, por un esqueleto carbonado de cuatro ciclos llamado Ciclopentanoperhidrofenantreno, formado a su vez por la repetición de muchos isoprenos.

Fig. 2.23- Ciclopentanoperhidrofenantreno y Colesterol Funciones biológicas El esteroide más conocido es el colesterol, presente en las membranas biológicas de todos las células excepto la de las bacterias. Este, a su vez, es precursor de muchos esteroides como las hormonas sexuales (Progesterona, estrógenos, testosterona), las hormonas de la corteza suprarenal (glucorticoides, mineralocorticoides), los ácidos biliares y la vitamina A, que son solo algunos ejemplos. Los esteroides desempeñan funciones diferentes de acuerdo a los grupos químicos que están unidos a su estructura básica. Tabla 2.3 - Principales hormonas esteroideas Hormona

Clase

Estradiol

Estrógeno

Estructura

Lugar de Acción biológica síntesis Desarrollo y mantenimiento de las ovario características sexuales femeninas

Progesteron a

Testosterona Andrógeno

Aldosterona

Cortisol

Mineralocorticoid e

Glucocorticoide

Prepara al útero para la Cuerpo implantación. lúteo, Suprime la placenta ovulación durante el embarazo Desarrollo y mantenimiento de las Testículo características sexuales masculinas Favorece la absorción de Corteza Na+ en los suprarrena túbulos renales. l Favorece la gluconeogénesis Corteza . Suprime la suprarrena respuesta l inflamatoria.

Fig. 2.24 - Principales metabolitos de la vitamina D La vitamina D (Calcitriol) se considera actualmente como una hormona y no como una vitamina, ya que la vitamina D3 (colecalciferol) se produce por irradiación con luz ultravioleta del 7-deshidrocolesterol, el cual es un metabolito normal del colesterol que se encuentra en la piel. La vitamina D que se absorbe de la dieta o que se forma en la piel se hidroxila para dar lugar a 1,25-dihidroxicolecalciferol en dos pasos, gracias a enzimas específicas del hígado y del riñón. Esta hormona controla el metabolismo del Ca2+ y del fosfato en tejidos blanco. GLÚCIDOS

La mayor fuente de glúcidos, también llamados hidratos de carbono o azúcares, se encuentra en los vegetales, los cuales a través del proceso de fotosíntesis combinan el dióxido de carbono (CO2) y el agua (H2O) para dar las moléculas hidrocarbonadas que son los glúcidos. Estas moléculas proporcionan a las plantas y a los animales que se alimentan de ellas, la energía necesaria para los procesos metabólicos. A excepción de la vitamina C, los glúcidos no son esenciales en la dieta, ya que el organismo mediante procesos metabólicos intracelulares puede sintetizar los azúcares necesarios a partir de otras moléculas, como los lípidos y aminoácidos. CLASIFICACIÓN Los glúcidos se clasifican en primer lugar, teniendo en cuenta el número de unidades constitutivas de los mismos en: Monosacáridos: constituidos por un azúcar simple. Oligosacáridos: Resultantes de la unión de 2 a 10 unidades de monosacáridos. Polisacáridos: formados por cadenas compuestas de muchas unidades de monosacáridos (más de 10). Estas cadenas pueden ser lineales o ramificadas. MONOSACÁRIDOS Son los monómeros de los glúcidos. Son polialcoholes con una función aldehido o cetona. Según el número de carbonos, un monosacárido será una triosa(3C), tetrosa (4C), pentosa (5C), hexosa (6C) o heptosa (7C). Además se les agrega el prefijo ceto o aldo de acuerdo a la función que posean.

Fig.

2.25

-

Ejemplos

de

Monosacáridos

Las pentosas y las hexosas suelen formar estructuras cíclicas. La formación de estos anillos es espontánea y las formas abiertas y cerradas están en equilibrio. Al ciclarse el monosacárido, los átomos se reacomodan de tal forma que donde había un grupo aldehído o cetona, aparece un grupo hidroxilo, el cual puede ubicarse por debajo o por encima del plano de la molécula, originando formas a o b, respectivamente.

Fig. 2.26 - Isómeros de D-Glucosa. a-D- Glucosa y b-D-Glucosa

Estas son formas isoméricas, sin embargo no son las únicas, ya que como podemos ver, los monosacáridos presentan carbono asimétrico y por lo tanto también poseen isómeros ópticos Funciones biológicas Los monosacáridos, especialmente la glucosa, constituyen la principal fuente de energía celular. Por ejemplo la oxidación completa de un mol de glucosa produce 673 kilocalorias. También forman parte de moléculas más complejas. Por ejemplo la ribosa y desoxirribosa, componentes de los ácidos nucleícos. Otros monosacáridos presentan alguno de sus grupos OH sustituidos por otros átomos. Se conocen como azúcares derivados, y en su mayoría son monómeros de heteropolisacáridos que cumplen funciones estructurales.

Fig. 2.27- Unión glucosídica: formación de un disacárido OLIGOSACÁRIDOS Se forman por la unión covalente de entre 2 y 10 monosacáridos. Se los nombra de acuerdo al número de monosacáridos que los constituye, de este modo tenemos: disacáridos, trisacáridos, etc.

De todos ellos los más importantes fisiológicamente son los disacáridos, como la sacarosa o azúcar común formada por la unión de glucosa y fructosa, la lactosa o azúcar de la leche (Galactosa + glucosa), o la maltosa o azúcar de malta formada por la unión de dos glucosas. Los monosacáridos se unen mediante uniones glucosídicas, donde dos átomos de carbono de dos monosacáridos se vinculan por medio de un átomo de oxígeno. En la reacción se libera una molécula de agua. Funciones biológicas Son formas de transporte en los vegetales y en algunos animales. Forman parte de moléculas más complejas, como las glucoproteínas y glucolípidos. Intervienen en la estructura de la membrana plasmática, participando en el reconocimiento celular. POLISACÁRIDOS Están constituidos por un gran número de monosacáridos unidos mediante enlaces glucosídicos, constituyendo largas cadenas. Los polisacáridos pueden ser homopolímeros, cuando la unidad repetitiva es un solo tipo de monosacárido o heteropolímeros, cuando las unidades repetitivas están constituidas al menos por dos monómeros diferentes.Los polisacáridos más importantes presentes en la naturaleza son el almidón, el glucógeno y la celulosa. ALMIDÓN

Fig. 2.28 - Amilosa (uniones a-1,4)

Fig. 2.29 - Amilopectina (uniones a-1,4 y a-1,6) El almidón es una mezcla de dos polisacáridos, la amilosa y la amilopectina. La función del almidón es la de ser la principal reserva de energía en las plantas.

Fig. 2.30 - Representación esquemática del glucógeno GLUCÓGENO Presenta una estructura similar a la de la amilopectina, pero mucho más ramificada (cada 12 a 14 unidades del polímero lineal). El glugógeno constituye una importante reserva de energía para los animales y se almacena principalmente en el hígado y en los músculos CELULOSA

Es el polisacárido estructural más abundante y se lo encuentra formando las paredes celulares de los vegetales. Está constituida por cadenas lineales deb-glucosa. La característica estructural de del enlace glucosídico b 1-4 es que forma una cadena extendida que permite la interacción con otras cadenas paralelas formando puentes de hidrógeno. De este modo se forma una trama en forma de red muy resistente.

Fig. 2.31- Celulosa

Fig. 2.32 Aspectos de la configuración y estructura de la celulosa. Tendencia del polímero lineal a extenderse totalmente (a y b) y asociarse después para formar microfibrillas (c) que a su vez se alinean con otras (d y e) para dar lugar a una fibra de celulosa (f). (g) Orientación de las fibras en una capa de pared secundaria. Otras capas de pared secundaria tienen distintas orientaciones. La extensión y asociación de las moléculas de quitina, sigue el mismo patrón. OTROS POLISACÁRIDOS Además de estos polisacáridos, existen otros que también cumplen funciones estructurales importantes, como por ejemplo la mureína de las paredes celulares de

bacterias o la quitina del exoesqueleto de los insectos. Esta última es un polímero de N-acetilglucosamina, un azúcar derivado en el que un grupo hidroxilo (-OH) fue sustituido por un grupo amino (-NH2).

Fig. 2.33- Quitina Otros polisacáridos como los glicosaminoglicanos (GAG) se encuentran unidos a proteínas constituyendo los proteinglicanos de la matriz extracelular. Los proteoglicanos son responsables del carácter viscoso de la matriz extracelular. Consisten en proteínas (~5%) y cadenas de polisacáridos (~95%), unidos covalentemente a las proteínas. Las cadenas del polisacárido pertenecen a uno de los cinco tipos de GAG (glicosaminoglicanos) que forma la mayor parte de los polisacáridos en la matriz extracelular. Estos GAG se forman por la polimerización de unidades de disacáridos. Los disacáridos constituyentes están formados por una molécula de ácido glucurónico y un ázucar derivado como la N-acetil glucosamina o la Nacetilgalactosamina. El ácido hialurónico (o hialuronato) es el GAG no sulfatado dominante en el tejido conjuntivo. El peso molecular de ácido hialurónico es muy alto (alrededor de 1.000.000), alcanzado una longitud de aproximadamente 2.5 µm, ( ¡ Estamos hablando de una molécula ! ). El ácido hialurónico es de importancia para el ensamble de otros GAG en los tejidos conjuntivos y óseo, lo que resulta en la formación de una molécula compleja aún de mayor tamaño (Fig. 2.35). Es el componente más abundante del fluido sinovial (el contenido fluido de la cavidad de las junturas sinoviales) y del humor vítreo del ojo. Los cuatro GAG sulfatados son condroitín sulfato, dermatán sulfato, keratán sulfato y heparán sulfato. Estos GAG se unen a las proteínas formando un eslabón y las proteínas del eslabón se unen al espinazo formado por el ácido hialurónico, formando el proteoglicano (Fig. 2.34). El peso molecular del complejo resultante es de 30.000.000 a 200.000.000. La distribución enrollado del ácido del hialurónico y de otros GAG unidos llena un espacio

más o menos esférico de un diámetro de aproximadamente 0.5 µm. Este espacio se llama "dominio". Los dominios forman la red tridimensional más continua en el espacio extracelular.

Fig. 2.34 - Composición química de algunos glicosaminoglicanos (GAG) La trama formada por los dominios actúa como un filtro molecular en los espacios intersticiales. Los glúcidos polianiónicos de los GAG retienen grandes cantidades de agua y cationes. El agua que limita a los dominios forma el medio, por ejemplo, para la difusión de sustancias de peso molecular bajo como gases, iones y moléculas pequeñas que pueden tomar la ruta más corta, desde los capilares a las células. Quedan excluidas, las moléculas grandes que tienen que hallar paso a través de los espacios entre los dominios. El movilidad restringida de las moléculas más grandes en el espacio extracelular, inhibe el pasaje de microorganismos a través de él. Una bacteria típica (0.5 x 1 µm) se inmoviliza esencialmente en esta trama formada por los dominios. El patogenicidad de una bacteria es de hecho determinada por su habilidad de encontrar la manera de moverse a través del entramado, y algunas de las más invasoras producen hialuronidasa, la enzima que despolimeriza el ácido hialurónico.

Fig. 2.35 - Monómero de proteoglucano (derecha) . Molécula de ácido hialurónico (AH) formando un conglomerado lineal con múltiples monómeros de proteoglucano (elipses negras) entretejida en una malla de fibras colágenas.(izquierda)

AGUA Para otros usos de este término, véase Agua (desambiguación) y H2O (desambiguación). Para las propiedades físicas y químicas del agua. El agua en la naturaleza se encuentra en sus tres estados: líquido fundamentalmente en los océanos, sólido (hielo en los glaciares y casquetes polares así como nieveen las zonas frías) y vapor (invisible) en el aire. El ciclo hidrológico: el agua circula constantemente por el planeta en un ciclo continuo de evaporación, transpiración, precipitaciones, y desplazamiento hacia el mar. El agua es un elemento esencial para mantener nuestras vidas. El a un agua potable segura nos garantiza inmunidad frente a las enfermedades. Necesidades vitales humanas como el abastecimiento de alimentos dependen de ella. Los recursos energéticos y las actividades industriales que necesitamos también dependen del agua. El agua (del latín aqua) es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida. En su uso más común, con agua nos referimos a la sustancia en su estado líquido, pero la misma puede hallarse en su forma sólida llamada hielo, y en forma gaseosa que llamamosvapor. El agua cubre el 71% de la superficie de la corteza terrestre. En nuestro planeta, se localiza principalmente en los océanosdonde se concentra el 96,5% del agua total, los glaciares y casquetes polares tiene el 1,74%, los depósitos subterráneos en (acuíferos), los permafrost y los glaciares continentales suponen el 1,72% y el restante 0,04% se reparte en orden decreciente entre lagos, la humedad del suelo, atmósfera, embalses, ríos y seres vivos.3 Contrario a la creencia popular, el agua es un elemento bastante común en nuestro sistema solar y esto cada vez se confirma con nuevos descubrimientos. Podemos encontrar agua principalmente en forma de hielo; de hecho, es el material base de los cometas, y el vapor compone la cola de ellos. Desde el punto de vista físico, el agua circula constantemente en un ciclo de evaporación o transpiración (evapotranspiración),precipitación, y desplazamiento hacia el mar. Los vientos transportan tanto vapor de agua como el que se vierte en los mares mediante su curso sobre la tierra, en una cantidad aproximada de 45.000 km³ al año. En tierra firme, la evaporación y transpiración contribuyen con 74.000 km³ anuales a causar precipitaciones de 119.000 km³ al año. 4 Se estima que aproximadamente el 70% del agua dulce se consume en la agricultura.

El agua en la industria absorbe una media del 20% del consumo mundial, empleándose como medio en la refrigeración, el transporte y como disolvente de una gran variedad de sustancias químicas. El consumo doméstico absorbe del orden del 10% restante. El agua potable es esencial para todas las formas de vida, incluida la humana. El al agua potable se ha incrementado sustancialmente durante las últimas décadas en la práctica totalidad de la superficie terrestre. 7 8 Sin embargo estudios de la FAO, estiman que uno de cada cinco países en vías de desarrollo tendrá problemas de escasez de agua antes del 2030; en esos países es urgente un menor gasto de agua en la agricultura modernizando los sistemas de riego.

Tipos de agua El agua se puede presentar en tres estados siendo de las pocas sustancias que pueden encontrarse en sus tres estados de forma natural. El agua adopta formas muy distintas sobre la tierra: como vapor de agua, conformando nubes en el aire; como agua marina, eventualmente en forma de icebergs en los océanos; en glaciares y ríos en las montañas, y en los acuíferos subterráneos su forma líquida. El agua puede disolver muchas sustancias, dándoles diferentes sabores y olores. Como consecuencia de su papel imprescindible para la vida, el ser humano —entre otros muchosanimales— ha desarrollado sentidos capaces de evaluar la potabilidad del agua, que evitan el consumo de agua salada o putrefacta. Los humanos también suelen preferir el consumo de agua fría a la que está tibia, puesto que el agua fría es menos propensa a contener microbios. El sabor perceptible en el agua de deshielo y el agua mineral se deriva de los minerales disueltos en ella; de hecho el agua pura es insípida. Para regular el consumo humano, se calcula la pureza del agua en función de la presencia de toxinas, agentes contaminantes ymicroorganismos. El agua recibe diversos nombres, según su forma y características:

Estas gotas se forman por la elevada tensión superficialdel agua.

Copo de nieve visto a través de un microscopio. Está coloreado artificialmente. 

Según su estado físico:



Hielo (estado sólido)



Agua (estado líquido)



Vapor (estado gaseoso)



Según su posición en el ciclo del agua:



Hidrometeoro



Precipitación Precipitación según desplazamiento

Precipitación según estado



precipitación vertical



precipitación líquida



lluvia



lluvia



lluvia congelada



lluvia helada



llovizna



llovizna



lluvia helada



llovizna helada



nieve



rocío



granizo blando



precipitación sólida



gránulos de nieve



nevasca



perdigones de hielo



granizo blando



aguanieve



gránulos de nieve



pedrisco



perdigones de hielo



cristal de hielo



lluvia helada



precipitación (asentada)

 granizo horizontal 

prismas de hielo



rocío



escarcha



escarcha



congelación atmosférica



congelación atmosférica



hielo glaseado



hielo glaseado



aguanieve



precipitación mixta



con temperaturas cercanas a los 0 °C

 

partículas en suspensión



nubes



niebla



bruma



partículas en ascenso (impulsadas por el viento)



ventisca



nieve revuelta



según su circunstancia



agua subterránea



agua de deshielo



agua meteórica



agua inherente – la que forma parte de una roca



agua fósil



agua dulce



agua superficial



agua mineral – rica en minerales



Agua salobre ligeramente salada



agua muerta – extraño fenómeno que ocurre cuando una masa de agua dulce o ligeramente salada circula sobre una masa de agua más salada, mezclándose ligeramente. Son peligrosas para la navegación.



agua de mar



salmuera - de elevado contenido en sales, especialmente cloruro de sodio.



según sus usos



agua entubada



agua embotellada



agua potable – la apropiada para el consumo humano, contiene un valor equilibrado de minerales que no son dañinos para la salud.



agua purificada – corregida en laboratorio o enriquecida con algún agente – Son aguas que han sido tratadas para usos específicos en la ciencia o la ingeniería. Lo habitual son tres tipos:



agua destilada



agua de doble destilación



agua desionizada



atendiendo a otras propiedades



agua blanda – pobre en minerales



agua dura – de origen subterráneo, contiene un elevado valor mineral



agua de cristalización — es la que se encuentra dentro de las redes cristalinas.



hidratos — agua impregnada en otras sustancias químicas



agua pesada – es un agua elaborada con átomos pesados de hidrógeno-deuterio. En estado natural, forma parte del agua normal en una concentración muy reducida. Se ha utilizado para la construcción de dispositivos nucleares, como reactores.



agua de tritio



agua negra



aguas grises



agua disfórica



según la microbiología



agua potable



agua residual



agua lluvia o agua de superficie



El agua es también protagonista de numerosos ritos religiosos. Se sabe de infinidad de ceremonias ligadas al agua. El cristianismo, por ejemplo, ha atribuido tradicionalmente ciertas características al agua bendita. Existen también otros tipos de agua que después de cierto proceso adquieren supuestas propiedades, como el agua vitalizada.

Propiedades físicas y químicas

Modelo mostrando los enlaces de hidrógeno entremoléculas de agua.

El impacto de una gota sobre la superficie del agua provoca unas ondas características, llamadasondas capilares.

Acción capilar del agua y el mercurio. El agua es una sustancia que químicamente se formula como H2O; es decir, que una molécula de agua se compone de dos átomos de hidrógeno enlazadoscovalentemente a un átomo de oxígeno. Fue Henry Cavendish quien descubrió en 1781 que el agua es una sustancia compuesta y no un elemento, como se pensaba desde la Antigüedad. Los resultados de dicho descubrimiento fueron desarrollados por Antoine Laurent de Lavoisier dando a conocer que el agua estaba formada por oxígeno e hidrógeno. En 1804, el químico francés Joseph Louis Gay-Lussac y el naturalista y geógrafo alemán Alexander von Humboldt demostraron que el agua estaba formada por dos volúmenes de hidrógeno por cada volumen de oxígeno (H 2O).

Las propiedades fisicoquímicas más notables del agua son: 

El agua es insípida e inodora en condiciones normales de presión y temperatura. El color del agua varía según su estado: como líquido, puede parecer incolora en pequeñas cantidades, aunque en el espectrógrafo se prueba que tiene un ligero tono azul verdoso. El hielo también tiende al azul y en estado gaseoso (vapor de agua) es incolora.



El agua bloquea sólo ligeramente la radiación solar UV fuerte, permitiendo que las plantas acuáticas absorban su energía.



Ya que el oxígeno tiene una electronegatividad superior a la del hidrógeno, el agua es una molécula polar. El oxígeno tiene una ligera carga negativa, mientras que los átomos de hidrógenos tienen una carga ligeramente positiva del que resulta un fuerte momento dipolar eléctrico. La interacción entre los diferentes dipolos eléctricos de una molécula causa una atracción en red que explica el elevado índice de tensión superficial del agua.



La fuerza de interacción de la tensión superficial del agua es la fuerza de van der Waals entre moléculas de agua. La aparente elasticidad causada por la tensión superficial explica la formación de ondas capilares. A presión constante, el índice de tensión superficial del agua disminuye al aumentar sutemperatura. También tiene un alto valor adhesivo gracias a su naturaleza polar.



La capilaridad se refiere a la tendencia del agua de moverse por un tubo estrecho en contra de la fuerza de la gravedad. Esta propiedad es aprovechada por todas las plantas vasculares, como los árboles.



Otra fuerza muy importante que refuerza la unión entre moléculas de agua es el enlace por puente de hidrógeno.



El punto de ebullición del agua (y de cualquier otro líquido) está directamente relacionado con la presión atmosférica. Por ejemplo, en la cima del Everest, el agua hierve a unos 68º C, mientras que al nivel del mar este valor sube hasta 100º. Del mismo modo, el agua cercana a fuentes geotérmicas puede alcanzar temperaturas de cientos de grados centígrados y seguir siendo líquida. Su temperatura crítica es de 373.85 °C (647,14º K), su valor específico de fusión es de 0,334 kJ/g y su índice específico de vaporización es de 2,23kJ/g.



El agua es un disolvente muy potente, al que se ha catalogado como el disolvente universal, y afecta a muchos tipos de sustancias distintas. Las sustancias que se mezclan y se disuelven bien en agua —como las sales, azúcares, ácidos, álcalis, y algunos gases (como el oxígeno o el dióxido de carbono, mediante carbonación)— son llamadas hidrófilas, mientras que las que no combinan bien con el agua —como lípidos y grasas— se denominan sustancias hidrofóbicas. Todos los componentes principales de las células de proteínas, ADN y polisacáridos se disuelven en agua. Puede formar unazeótropo con muchos otros disolventes.



El agua es miscible con muchos líquidos, como el etanol, y en cualquier proporción, formando un líquido homogéneo. Por otra parte, los aceites soninmiscibles con el agua, y forman capas de variable densidad sobre la superficie del agua. Como cualquier gas, el vapor de agua es miscible completamente con el aire.



El agua pura tiene una conductividad eléctrica relativamente baja, pero ese valor se incrementa significativamente con la disolución de una pequeña cantidad de material iónico, como el cloruro de sodio.



El agua tiene el segundo índice más alto de capacidad calorífica específica — sólo por detrás del amoníaco— así como una elevada entalpía de vaporización (40.65 kJ mol-1); ambos factores se deben al enlace de hidrógeno entre moléculas. Estas dos inusuales propiedades son las que hacen que el agua "modere" las temperaturas terrestres, reconduciendo grandes variaciones de energía.

Animación de cómo el hielopasa a estado líquido en unvaso. Los 50 minutos transcurridos se concentran en 7 segundos.



La densidad del agua líquida es muy estable y varía poco con los cambios de temperatura y presión. A la presión normal (1 atmósfera), el agua líquida tiene una mínima densidad (0,958 kg/l) a los 100 °C. Al bajar la temperatura, aumenta la densidad (por ejemplo, a 90 °C tiene 0,965 kg/l) y ese aumento es constante hasta llegar a los 3,8 °C donde alcanza una densidad de 1 kg/litro. Esa temperatura (3,8 °C) representa un punto de inflexión y es cuando alcanza su máxima densidad (a la presión mencionada). A partir de ese punto, al bajar la temperatura, la densidad comienza a disminuir, aunque muy lentamente (casi nada en la práctica), hasta que a los 0° disminuye hasta 0,9999 kg/litro. Cuando pasa al estado sólido (a 0 °C), ocurre una brusca disminución de la densidad pasando de 0,9999 kg/l a 0,917 kg/l.



El agua puede descomponerse de hidrógeno y oxígeno mediante electrólisis.

en

partículas



Como un óxido de hidrógeno, el agua se forma cuando el hidrógeno —o un compuesto conteniendo hidrógeno— se quema o reacciona con oxígeno — o un compuesto de oxígeno—. El agua no es combustible, puesto que es un producto residual de la combustión del hidrógeno. La energía requerida para separar el agua en sus dos componentes mediante electrólisis es superior a la energía desprendida por la recombinación de hidrógeno y oxígeno. Esto hace que el agua, en contra de lo que sostienen algunos rumores, 16 no sea una fuente de energía eficaz.



Los elementos que tienen mayor electropositividad que el hidrógeno —como el litio, el sodio, el calcio, el potasio y el cesio— desplazan el hidrógeno del agua, formando hidróxidos. Dada su naturaleza de gas inflamable, el hidrógeno liberado es peligroso y la reacción del agua combinada con los más electropositivos de estos elementos es una violenta explosión.

Actualmente se sigue investigando sobre la naturaleza de este compuesto y sus propiedades, a veces traspasando los límites de la ciencia convencional.18En este sentido, el investigador John Emsley, divulgador científico, dijo en cierta ocasión del agua que "(Es) una de las sustancias químicas más investigadas, pero sigue siendo la menos entendida".

Distribución de agua en la naturaleza El agua en el Universo

Contrario a la creencia popular, el agua es un elemento bastante común en nuestro sistema solar; principalmente en forma de hielo y, poco menos, de vapor. Constituye una gran parte del material que compone los cometas y recientemente se han encontrado importantes yacimientos de hielo en la luna. Algunos satélites como Europa y Encélado poseen posiblemente agua líquida bajo su gruesa capa de hielo. Esto permite a estas lunas tener una especie de tectónica de placas donde el agua líquida cumple el rol del magma en la tierra, mientras que el hielosería el equivalente a la corteza terrestre. La mayoría del agua que existe en el universo puede haber surgido como derivado de la formación de estrellas que posteriormente expulsaron el vapor de agua al explotar. El nacimiento de las estrellas suele causar un fuerte flujo de gases y polvo cósmico. Cuando este material colisiona con el gas de las zonas exteriores, las ondas de choque producidas comprimen y calientan el gas. Se piensa que el agua es producida en este gas cálido y denso. Se ha detectado agua en nubes interestelares dentro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Estas nubes interestelares pueden condensarse eventualmente en forma de una nebulosa solar. Además, se piensa que el agua puede ser abundante en otras galaxias, dado que sus componentes (hidrógeno y oxígeno) están entre los más comunes del universo. Se ha detectado vapor de agua en:

Gotas de rocío suspendidas de una telaraña. 

Mercurio - Un 3,4% de su atmósfera contiene agua, y grandes cantidades en la exosfera.



Venus - 0.002% en la atmósfera



Tierra - cantidades reducidas en la atmósfera (sujeto a variaciones climáticas)



Marte - 0.03% en la atmósfera



Júpiter - 0.0004% en la atmósfera



Saturno - sólo en forma de indlandsis



Encélado (luna de Saturno) - 91% de su atmósfera



Exoplanetas conocidos, como el HD 189733 b y HD 209458 b.

El agua en su estado líquido está presente en: 

Tierra - 71% de su superficie



Luna - en 2008 se encontraron pequeñas cantidades de agua en el interior de perlas volcánicas traídas a la Tierra por la expedición delApolo 15, de 1971.



Encélado (luna de Saturno) y en Europa (luna de Júpiter) existen indicios de que el agua podría existir en estado líquido.

Se ha detectado hielo en: 

Tierra, sobre todo en los casquetes polares.



Marte, en los casquetes polares, aunque están compuestos principalmente de hielo seco.



Titán



Europa



Encélado



En cometas y objetos de procedencia meteórica, llegados por ejemplo desde el Cinturón de Kuiper o la Nube de Oort.



Podría aparecer en estado de hielo en la Luna, Ceres y Tetis.

Es probable que el agua forme parte de la estructura interna de planetas como Urano y Neptuno. El agua y la zona habitable 

Zona habitable en el Sistema Solar donde el sol genera unas condiciones de presión y temperatura que permite la existencia de agua en sus tres estados (marcada en azul). Interpolación de la zona habitable en otros sistemas planetarios con soles de diferentes tamaños. La existencia de agua en estado líquido —en menor medida en sus formas de hielo o vapor— sobre la Tierra es vital para la existencia de la vida tal como la

conocemos. La Tierra está situada en un área del sistema solar que reúne condiciones muy específicas, pero si estuviésemos un poco más cerca del Sol —un 5%, o sea 8 millones de kilómetros— ya bastaría para dificultar enormemente la existencia de los tres estados de agua conocidos. La masa de la Tierra genera una fuerza de gravedad que impide que los gases de la atmósfera se dispersen. El vapor de agua y el dióxido de carbono se combinan, causando lo que ha dado en llamarse el efecto invernadero. Aunque se suele atribuir a este término connotaciones negativas, el efecto invernadero es el que mantiene la estabilidad de las temperaturas, actuando como una capa protectora de la vida en el planeta. Si la Tierra fuese más pequeña, la menor gravedad ejercida sobre la atmósfera haría que ésta fuese más delgada, lo que redundaría en temperaturas extremas, evitando la acumulación de agua excepto en los casquetes polares (tal como ocurre en Marte). Algunos teóricos han sugerido que la misma vida, actuando como un macroorganismo, mantiene las condiciones que permiten su existencia. La temperatura superficial de la tierra ha estado en relativamente constante variación a través de las eras geológicas, a pesar de los cambiantes niveles de radiación solar. Este hecho ha motivado que algunos investigadores crean que el planeta está termorregulado mediante la combinación de gases del efecto invernadero y el albedo atmosférico y superficial. Esta hipótesis, conocida como la teoría de Gaia, no es sin embargo la posición más adoptada entre la comunidad científica. El estado del agua también depende de la gravedad de un planeta. Si un planeta es lo bastante grande, el agua que exista sobre él permanecería en estado sólido incluso a altas temperaturas, dada la elevada presión causada por la gravedad.

El agua en la Tierra

Representación gráfica de la distribución de agua terrestre.

Los océanos cubren el 71% de la superficie terrestre: su agua salada supone el 96,5% del agua del planeta.

El 70% del agua dulce de la Tierra se encuentra en forma sólida (Glaciar Grey, Chile). El agua es fundamental para todas las formas de vida conocida. Los humanos consumen agua potable. Los recursos naturales se han vuelto escasos con la creciente población mundial y su disposición en varias regiones habitadas es la preocupación de muchas organizaciones gubernamentales. El total del agua presente en el planeta, en todas sus formas, se denomina hidrosfera. El agua cubre 3/4 partes (71%) de la superficie de la Tierra.

Se puede encontrar esta sustancia en prácticamente cualquier lugar de la biosfera y en los tres estados de agregación de la materia: sólido, líquido y gaseoso. El 97 por ciento es agua salada, la cual se encuentra principalmente en los océanos y mares; sólo el 3 por ciento de su volumen es dulce. De esta última, un 1 por ciento está en estado líquido. El 2% restante se encuentra en estado sólido en capas, camposy plataformas de hielo o banquisas en las latitudes próximas a los polos. Fuera de las regiones polares el agua dulce se encuentra principalmente en humedales y, subterráneamente, en acuíferos. El agua representa entre el 50 y el 90% de la masa de los seres vivos (aproximadamente el 75% del cuerpo humano es agua; en el caso de las algas, el porcentaje ronda el 90%). En la superficie de la Tierra hay unos 1.386.000.000 km3 de agua que se distribuyen de la siguiente forma: Distribución del agua en la Tierra

Volumen en km³

Porcentaje

Agua dulce Agua salada

de agua de agua dulce total

Situación del agua

Océanos y mares

Casquetes polares

y

-

glaciares

1.338.000.000 -

96,5

24.064.000 -

68,7

1,74

Agua subterránea salada

-

-

0,94

Agua subterránea dulce

10.530.000 -

30,1

0,76

0,86

0,022

Glaciares continentales 300.000 yPermafrost

12.870.000

-

Lagos de agua dulce

91.000

-

0,26

0,007

Lagos de agua salada

-

85.400

-

0,006

Humedad del suelo

16.500

-

0,05

0,001

Atmósfera

12.900

-

0,04

0,001

Embalses

11.470

-

0,03

0,0008

Ríos

2.120

-

0,006

0,0002

Agua biológica

1.120

-

0,003

0,0001

Total agua dulce

35.029.110

100

-

Total agua en la tierra

1.386.000.000

-

100

La mayor parte del agua terrestre, por tanto, está contenida en los mares, y presenta un elevado contenido en sales. Las aguas subterráneas se encuentran en yacimientos subterráneos llamados acuíferos y son potencialmente útiles al hombre como recursos. En estado líquido compone masas de agua como océanos, mares,lagos, ríos, corrientes, canales, manantiales, y estanques. El agua desempeña un papel muy importante en los procesos geológicos. Las corrientes subterráneas de agua afectan directamente a las capas geológicas, influyendo en la formación defallas. El agua localizada en el manto terrestre también afecta a la formación de volcanes. En la superficie, el agua actúa como un agente muy activo sobre procesos químicos y físicos deerosión. El agua en su estado líquido y, en menor medida, en forma de hielo, también es un factor esencial en el transporte de sedimentos. El depósito de esos restos es una herramienta utilizada por la geología para estudiar los fenómenos formativos sucedidos en la Tierra.

El ciclo del agua

El ciclo del agua implica una serie de procesos físicos continuos. Con ciclo del agua —conocido científicamente como el ciclo hidrológico— se denomina al continuo intercambio de agua dentro de la hidrosfera, entre la atmósfera, el agua superficial y subterránea y los organismos vivos. El agua cambia constantemente su posición de una a otra parte del ciclo de agua, implicando básicamente los siguientes procesos físicos: 

evaporación de los océanos y otras masas de agua y transpiración de los seres vivos (animales y plantas) hacia la atmósfera,



precipitación, originada por la condensación de vapor de agua, y que puede adaptar múltiples formas,



escorrentía, o movimiento de las aguas superficiales hacia los océanos.

La energía del sol calienta la tierra, generando corrientes de aire que hacen que el agua se evapore, ascienda por el aire y se condense en altas altitudes, para luego caer en forma de lluvia. La mayor parte del vapor de agua que se desprende de losocéanos vuelve a los mismos, pero el viento desplaza masas de vapor hacia la tierra firme, en la misma proporción en que el agua se precipita de nuevo desde la tierra hacia los mares (unos 45.000 km³ anuales). Ya en tierra firme, la evaporación de cuerpos acuáticos y la transpiración de seres vivos contribuye a incrementar el total de vapor de agua en otros 74.000 km³ anuales. Lasprecipitaciones sobre tierra firme —con un valor medio de 119.000 km³ anuales— pueden volver a la superficie en forma de líquido —como lluvia—, sólido —nieve o granizo—, o de gas, formando nieblas o brumas. El agua condensada presente en el aire es también la causa de la formación del arco iris: La refracción de la luz solar en las minúsculas partículas de vapor, que actúan como múltiples y pequeños prismas. El agua de escorrentía suele formar cuencas, y los cursos de agua más pequeños suelen unirse formando ríos. El

desplazamiento constante de masas de agua sobre diferentes terrenos geológicos es un factor muy importante en la conformación del relieve. Además, al arrastrarminerales durante su desplazamiento, los ríos cumplen un papel muy importante en el enriquecimiento del suelo. Parte de las aguas de esos ríos se desvían para su aprovechamientoagrícola. Los ríos desembocan en el mar, depositando los sedimentos arrastrados durante su curso, formando deltas. El terreno de estos deltas es muy fértil, gracias a la riqueza de los minerales concentrados por la acción del curso de agua. El agua puede ocupar la tierra firme con consecuencias desastrosas: Las inundaciones se producen cuando una masa de agua rebasa sus márgenes habituales o cuando comunican con una masa mayor —como el mar— de forma irregular. Por otra parte, y aunque la falta de precipitaciones es un obstáculo importante para la vida, es natural que periódicamente algunas regiones sufran sequías. Cuando la sequedad no es transitoria, la vegetación desaparece, al tiempo que se acelera la erosión del terreno. Este proceso se denomina desertización y muchos países adoptan políticas para frenar su avance. En 2007, la ONU declaró el 17 de junio como el Día mundial de lucha contra la desertización y la sequía". El océano

Evaporación del agua del océano. El océano engloba la parte de la superficie terrestre ocupada por el agua marina. Se formó hace unos 4.000 millones de años cuando la temperatura de la superficie del planeta se enfrió hasta permitir que el agua pasase a estado líquido. Cubre el 71% de la superficie de la Tierra. La profundidad media es de unos 4 km. La parte más profunda se encuentra en la fosa de las Marianas alcanzando los 11.033 m. En los océanos hay una capa superficial de agua templada (12º a 30 °C), que ocupa entre varias decenas de metros hasta los 400 o 500 metros. Por debajo de esta capa el agua está fría con temperaturas de entre 5º y -1 °C. El agua está más cálida en las zonas templadas, ecuatoriales y tropicales, y más fría cerca de los polos. Contiene sustancias sólidas en disolución, siendo las más abundantes el sodio y el cloro que, en su forma sólida, se combina para formar el cloruro de sodio o sal

común y, junto con el magnesio, el calcio y el potasio, constituyen cerca del 90% de los elementos disueltos en el agua de mar. El océano está dividido por grandes extensiones de tierra que son los continentes y grandes archipiélagos en cinco partes que, a su vez, también se llaman océanos: océano Antártico, océano Ártico, océano Atlántico, océano Índico y océano Pacífico. Se llama mar a una masa de agua salada de tamaño inferior al océano. Se utiliza también el término para designar algunos grandes lagos. Mareas

Pleamar y bajamar en el puerto de la Flotte en la isla Ré (Francia). Las mareas son movimientos cíclicos de las grandes masas de agua causadas por la fuerza gravitatoria lunar y el sol, en conjunción con los océanos. Las mareas se deben a movimientos de corrientes de grandes masas de agua, como mares, que oscilan en un margen constante de horas. La marea se refleja perceptiblemente en una notable variación de la altura del nivel del mar —entre otras cosas— originado por las posiciones relativas del Sol y la Luna en combinación con el efecto de la rotación terrestre y la batimetría local. La franja de mar sometida a estos cambios —expuesta en bajamar y cubierta en pleamar— se denomina zona entre mareas y representa un nicho ecológico de gran valor. El agua dulce en la naturaleza El agua dulce en la naturaleza se renueva gracias a la atmósfera que dispone de 12.900 km³ de vapor de agua. Sin embargo, se trata de un volumen dinámico que constantemente se está incrementando en forma de evaporación y disminuyendo en forma de precipitaciones, estimándose el volumen anual en forma de precipitación o agua de lluvia entre 113.500 y 120.000 km³ en el mundo. Estos volúmenes suponen la parte clave de la renovación de los recursos naturales de agua dulce. En los países de clima templado y frío la precipitación en forma de nieve supone una parte importante del total. El 68,7% del agua dulce existente en el mundo está en los glaciares y mantos de hielo. Sin embargo, en general, no se consideran recursos hídricos por ser

inaccesibles (Antártida, Ártico y Groenlandia). En cambio los glaciares continentales son básicos en los recursos hídricos de muchos países. Las aguas superficiales engloban los lagos, embalses, ríos y humedales suponiendo solamente el 0,3% del agua dulce del planeta, sin embargo representan el 80% de las aguas dulces renovables anualmente de allí su importancia. También el agua subterránea dulce almacenada, que representa el 96% del agua dulce no congelada de la Tierra, supone un importante recurso. Según Morris los sistemas de aguas subterráneas empleados en abastecimiento de poblaciones suponen entre un 25 y un 40% del agua potable total abastecida. Así la mitad de las grandes megalópolis del mundo dependen de ellas para su consumo. En las zonas donde no se dispone de otra fuente de abastecimiento representa una forma de abastecimiento de calidad a bajo coste. 32 La mayor fuente de agua dulce del mundo adecuada para su consumo es el Lago Baikal, de Siberia, que tiene un índice muy reducido en sal y calcio y aún no está contaminado. Efectos sobre la vida

El arrecife de coral es uno de los entornos de mayorbiodiversidad. Desde el punto de vista de la biología, el agua es un elemento crítico para la proliferación de la vida. El agua desempeña este papel permitiendo a los compuestos orgánicos diversas reacciones que, en último término, posibilitan la replicación de ADN. De un modo u otro, todas las formas de vida conocidas dependen del agua. Sus propiedades la convierten en un activo agente, esencial en muchos de los procesos metabólicos que los seres vivos realizan. Desde esta perspectiva metabólica, podemos distinguir dos tipos de funciones del agua: anabólicamente, la extracción de agua de moléculas —mediante reacciones químicas enzimáticas que consumen energía— permite el crecimiento de

moléculas mayores, como los triglicéridos o las proteínas; en cuanto al catabolismo, el agua actúa como un disolvente de los enlaces entre átomos, reduciendo el tamaño de las moléculas (como glucosas, ácidosgrasos y aminoácidos), suministrando energía en el proceso. El agua es por tanto un medio irremplazable a nivel molecular para numerosos organismos vivos. Estos procesos metabólicos no podrían realizarse en un entorno sin agua, por lo que algunos científicos se han planteado la hipótesis de qué tipo de mecanismos — absorción de gas, asimilación de minerales— podrían mantener la vida sobre el planeta. Es un compuesto esencial para la fotosíntesis y la respiración. Las células fotosintéticas utilizan la energía del sol para dividir el oxígeno y el hidrógeno presentes en la molécula de agua. El hidrógeno es combinado entonces con CO2 (absorbido del aire o del agua) para formar glucosa, liberando oxígeno en el proceso. Todas las células vivas utilizan algún tipo de "combustible" en el proceso de oxidación del hidrógeno y carbono para capturar la energía solar y procesar el agua y el CO2. Este proceso se denomina respiración celular.

Vegetación de un oasis en el desierto. El agua es también el eje de las funciones enzimáticas y la neutralidad respecto a ácidos y bases. Un ácido, un "donante" de ion de hidrógeno (H+, es decir, de un protón) puede ser neutralizado por una base, un "receptor" de protones, como un ion hidróxido (OH-) para formar agua. El agua se considera neutra, con un pH de 7. Los ácidos tienen valores pH por debajo de 7, mientras que las bases rebasan ese valor. El ácido gástrico (HC1), por ejemplo, es el que posibilita la digestión. Sin embargo, su efecto corrosivo sobre las paredes del esófago puede ser neutralizado gracias a una base como el hidróxido de aluminio, causando una reacción en la que se producen moléculas de agua y cloruro de sal de aluminio. La bioquímica humana relacionada con enzimas funciona de manera ideal alrededor de un valor pH biológicamente neutro de alrededor de 7.4. Las diversas funciones que un organismo puede realizar —según su complejidad celular— determinan que la cantidad de agua varíe de un organismo a otro. Una célula de Escherichia coli contiene alrededor de un 70% de agua, un cuerpo

humano entre un 60 y 70%, una planta puede reunir hasta un 90% de agua, y el porcentaje de agua de una medusa adulta oscila entre un 94 y un 98%. Formas de vida acuática. Circulación vegetal

Diatomeas marinas, un importante grupo de fitoplancton. Las aguas están llenas de vida. Al parecer, las primeras formas de vida aparecieron en el agua, que en la actualidad no sólo es el hábitat de todas las especies de peces y también a algunos mamíferos y anfibios. El agua es también esencial para el kelp, el plancton y las algas, que son la base de la cadena trófica submarina, y provee por tanto no sólo el medio sino el sustento de toda la fauna marina. Los animales acuáticos deben obtener oxígeno para respirar, extrayéndolo del agua de diversas maneras. Los grandes mamíferos como las ballenasconservan la respiración pulmonar, tomando el aire fuera del agua y conteniendo la respiración al sumergirse. Los peces, sin embargo, utilizan lasagallas para extraer el oxígeno del agua en vez de pulmones. Algunas especies como los dipnoos conservan ambos sistemas respiratorios. Otras especies marinas pueden absorber el oxígeno mediante respiración cutánea. El arrecife de coral se ha calificado en ocasiones como "el animal vivo más grande del mundo", y con sus más de 2.600 km de extensión es posible verlo desde el espacio. La circulación vegetal de plantas terrestres también se efectúa gracias a determinadas propiedades del agua, que hace posible la obtención de energía a partir de la luz solar. Efectos sobre la civilización humana La historia muestra que las civilizaciones primitivas florecieron en zonas favorables a la agricultura, como las cuencas de los ríos. Es el caso de Mesopotamia, considerada la cuna de la civilización humana, surgida en el fértil valle del Éufrates y el Tigris; y también el de Egipto, una espléndida civilización que dependía por completo del Nilo y sus periódicas crecidas. Muchas otras grandes ciudades, como Rotterdam, Londres, Montreal, París, Nueva York, Buenos Aires, Shanghái, Tokio, Chicago o Hong Kong deben su riqueza a la conexión con alguna gran vía de agua que favoreció su crecimiento y su

prosperidad. Las islas que contaban con un puerto natural seguro — como Singapur— florecieron por la misma razón. Del mismo modo, áreas en las que el agua es muy escasa, como el norte de África o el Oriente Medio, han tenido históricamente dificultades de desarrollo. Agua para beber: necesidad del cuerpo humano

Una niña bebiendo agua embotellada. El cuerpo humano está compuesto de entre un 55% y un 78% de agua, dependiendo de sus medidas y complexión. Para evitardesórdenes, el cuerpo necesita alrededor de siete litros diarios de agua; la cantidad exacta variará en función del nivel de actividad, la temperatura, la humedad y otros factores. La mayor parte de esta agua se absorbe con la comida o bebidas —no estrictamente agua—. No se ha determinado la cantidad exacta de agua que debe tomar un individuo sano, aunque una mayoría de expertos considera que unos 6-7 vasos de agua diarios (aproximadamente dos litros) es el mínimo necesario para mantener una adecuada hidratación. La literatura médica defiende un menor consumo, típicamente un litro de agua diario para un individuo varón adulto, excluyendo otros requerimientos posibles debidos a la pérdida de líquidos causada por altas temperaturas o ejercicio físico.39 Una persona con los riñones en buen estado tendrá dificultades para beber demasiado agua, pero —especialmente en climas cálidos y húmedos, o durante el ejercicio— beber poco también puede ser peligroso. El cuerpo humano es capaz de beber mucha más agua de la que necesita cuando se ejercita, llegando incluso a ponerse en peligro por hiperhidratación, o intoxicación de agua. El hecho comúnmente aceptado de que un individuo adulto debe consumir ocho vasos diarios de agua no tiene ningún fundamento científico. Hay otros mitos sobre la relación entre agua y salud que poco a poco van siendo olvidades. Una recomendación43 sobre consumo de agua de la Plataforma de Alimentación y Nutrición señalaba:

Una cantidad ordinaria para distintas personas es de un 1 mililitro de agua por cada caloría de comida. La mayor parte de esta cantidad ya está contenida en los alimentos preparados" FNB, Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos, 1945 La última referencia ofrecida por este mismo organismo habla de 2.7 litros de agua diarios para una mujer y 3.7 litros para un hombre, incluyendo el consumo de agua a través de los alimentos. Naturalmente, durante el embarazo y la lactancia la mujer debe consumir más agua para mantenerse hidratada. Según el Instituto de Medicina —que recomienda una media de 2.2 litros/día para una mujer, y 3.0 litros/día para un varón— una mujer embarazada debe consumir 2.4 litros, y hasta 3 litros durante la lactancia, considerada la gran cantidad de líquido que se pierde durante la cría. También se señala que normalmente, alrededor de un 20% del agua se absorbe con la comida, mientras el resto se adquiere mediante el consumo de agua y otras bebidas. El agua se expulsa del cuerpo de muy diversas formas: a través de la orina, las heces, en forma de sudor, o en forma de vapor de agua, por exhalación delaliento. Una persona enferma, o expuesta directamente a fuentes de calor, perderá mucho más líquido, por lo que sus necesidades de consumo también aumentarán. Desinfección del agua potable

Población con al agua potable en el mundo: Entre 22

Entre 82

y y 51% Entre93% Entre 51 y93 y 71% Entre100% Sin 67 y 82% datos

Una niña con una botella de agua en África donde la diarrea es frecuente en los niños. La escasez de agua y la deficiente infraestructura causan más de 5 millones de muertes al año por consumo de agua contaminada. El agua de boca es uno de los principales transmisores de microorganismos causantes de enfermedades, principalmente bacterias, virus y protozoos intestinales. Las grandes epidemias de la humanidad han prosperado por la contaminación del agua de boca. Por referencias se conoce que se recomendaba hervir el agua desde quinientos años antes de nuestra era. Actualmente en los países desarrollados están prácticamente controlados los problemas que planteaban las aguas contaminadas. Los procesos de filtración y desinfección mediante cloro a los que se somete al agua antes del consumo humano se han impuesto en el siglo XX y se estima que son los causantes del 50% de aumento de la expectativa de vida de los países desarrollados en el siglo pasado. La cloración y filtración del agua fue considerada por la revista Life probablemente el más importante progreso de salud pública del milenio. El cloro es el material más usado como desinfectante del agua. La hipótesis más aceptada de cómo actúa y destruye el cloro estos microorganismos patógenos es que produce alteraciones físicas, químicas y bioquímicas en la membrana o pared protectora de las células ocasionando el fin de sus funciones vitales.46 El cloro puede resultar irritante para las mucosas y la piel por ello su utilización está estrictamente vigilada. La proporción usada varía entre 1ppm cuando se trata de purificar el agua para su consumo, y entre 1-2 ppm para la preparación de agua de baño. La aplicación inadecuada de componentes químicos en el agua puede resultar peligroso. La aplicación de cloro como desinfectante comenzó en 1912 en los Estados Unidos. Al año siguiente Wallace y Tiernan diseñaron unos equipos que podían medir el cloro gas y formar una solución concentrada que se añadía al agua a tratar. Desde entonces la técnica de cloración ha seguido

progresando. Además de su capacidad destructora de gérmenes, su capacidad oxidante es muy grande y su acción también es muy beneficiosa en la eliminación del hierro, manganeso, sulfhídricos, sulfuros y otras sustancias reductoras del agua. Muchos países en sus normativas establecen desinfecciones mediante cloro y exigen el mantenimiento de una determinada concentración residual de desinfectante en sus redes de tuberías de distribución de agua. A veces se emplea cloraminas como desinfectante secundario para mantener durante más tiempo una determinada concentración de cloro en el sistema de abastecimiento de agua potable. Dificultades en el mundo para acceder al agua potable El agua adecuada para el consumo humano se llama agua potable. Como se ha explicado el agua que no reúne las condiciones adecuadas para su consumo puede ser potabilizada mediante filtración o mediante otros procesos fisicoquímicos. La población mundial ha pasado de 2.630 millones en 1950 a 6.671 millones en 2008. En este periodo (de 1950 a 2010) la población urbana ha pasado de 733 millones a 3.505 millones. Es en los asentamientos humanos donde se concentra el uso del agua no agrícola y donde se contraen la mayoría de las enfermedades relacionadas con el agua. Ante la dificultad de disponer de agua potable para consumo humano en muchos lugares del planeta, se ha consolidado un concepto intermedio, el agua segura como el agua que no contiene bacterias peligrosas, metales tóxicos disueltos, o productos químicos dañinos a la salud, y es por lo tanto considerada segura para beber, por tanto se emplea cuando el suministro de agua potable está comprometido. Es un agua que no resulta perjudicial para el ser humano, aunque no reúna las condiciones ideales para su consumo. Por diversos motivos, la disponibilidad del agua resulta problemática en buena parte del mundo, y por ello se ha convertido en una de las principales preocupaciones de gobiernos en todo el mundo. Actualmente, se estima que alrededor de mil millones49 de personas tienen un deficiente al agua potable. Esta situación se agrava por el consumo de aguas en malas condiciones, que favorece la proliferación de enfermedades y brotes epidémicos. Muchos de los países reunidos en Evian en la XXIXª conferencia del G-8 se marcaron 2015 como fecha límite para conseguir el universal a agua en mejores condiciones en todo el mundo. Incluso si se lograse este difícil objetivo, se calcula que aún quedaría alrededor de 500 millones sin al agua potable, y más de mil millones carecerían de un adecuado sistema de saneamiento. La mala calidad

el agua y el saneamiento irregular afectan gravemente el estado sanitario de la población: sólo el consumo de agua contaminada causa 5.000.000 de muertes al año, según informes de las Naciones Unidas, que declararon 2005-2015 la "Década de la acción". La OMS estima que la adopción de políticas de agua segura podría evitar la muerte de 1.400.000 niños al año, víctimas de diarrea. 50 países que reúnen a casi un tercio de la población mundial carecen de un adecuado suministro de agua, y 17 de ellos extraen anualmente más agua de sus acuíferos de la que puede renovarse naturalmente. La contaminación, por otra parte, no sólo contamina el agua de ríos y mares, sino los recursos hídricos subterráneos que sirven de abastecimiento del consumo humano. El uso doméstico del agua

Niña en Malíabasteciéndose para su consumo doméstico del agua del subsuelo mediante unabomba manual. Además de precisar los seres humanos el agua para su existencia precisan del agua para su propio aseo y la limpieza. Se ha estimado que los humanos consumen «directamente o indirectamente» alrededor de un 54% del agua dulce superficial disponible en el mundo. Este porcentaje se desglosa en: 

Un 20%, utilizado para mantener la fauna y la flora, para el transporte de bienes (barcos) y para la pesca, y



el 34% restante, utilizado de la siguiente manera: El 70% en irrigación, un 20% en la industria y un 10% en las ciudades y los hogares. 57 58

El consumo humano representa un porcentaje reducido del volumen de agua consumido a diario en el mundo. Se estima que un habitante de un país desarrollado consume alrededor de 5 litros diarios en forma de alimentos y bebidas.59 Estas cifras se elevan dramáticamente si consideramos el consumo industrial doméstico. Un cálculo 60 aproximado de consumo de agua por

persona/día en un país desarrollado, considerando el consumo industrial doméstico arroja los siguientes datos: Consumo aproximado de agua por persona/día

Actividad

Consumo de agua

Lavar la ropa

60-100 litros

Limpiar la casa

15-40 litros

Limpiar la vajilla a máquina

18-50 litros

Limpiar la vajilla a mano

100 litros

Cocinar

6-8 litros

Darse una ducha

35-70 litros

Bañarse

200 litros

Lavarse los dientes

30 litros

Lavarse los dientes (cerrando el grifo) 1,5 litros

Lavarse las manos

1,5 litros

Afeitarse

40-75 litros

Afeitarse (cerrando el grifo)

3 litros

Lavar el coche con manguera

500 litros

Descargar la cisterna

10-15 litros

Media descarga de cisterna

6 litros

Regar un jardín pequeño

75 litros

Riego de plantas domésticas

15 litros

Beber

1,5 litros

Estos hábitos de consumo señalados y el aumento de la población en el último siglo ha causando a la vez un aumento en el consumo del agua. Ello ha provocado que las autoridades realicen campañas por el buen uso del agua. Actualmente, la concienciación es una tarea de enorme importancia para garantizar el futuro del agua en el planeta, y como tal es objeto de constantes actividades tanto a nivel nacional como municipal. Por otra parte, las enormes diferencias entre el consumo diario por persona en países desarrollados y países en vías de desarrollo señalan que el modelo hídrico actual no es sólo ecológicamente inviable: también lo es desde el punto de vista humanitario, por lo que numerosas ONGs se esfuerzan por incluir el derecho al agua entre los Derechos humanos. Durante el V Foro Mundial del agua, convocado el 16 de marzo de 2009 en Estambul (Turquía), Loic Fauchon (Presidente del Consejo Mundial del Agua) subrayó la importancia de la regulación del consumo en estos términos: "La época del agua fácil ya terminó...desde hace 50 años las políticas del agua en todo el mundo consistieron en aportar siempre más agua. Tenemos que entrar en políticas de regulación de la demanda"

El agua en la agricultura

Sistema de irrigación de Dujiangyan(China) realizado en el siglo III a. C. Varias exclusas desvían parte del río Min a un canal hasta Chengdu. Desde entonces funciona.

Riego mediante un Pivot en un campo dealgodón. La mayor parte del agua se destina a la agricultura, y es utilizada para irrigar los cultivos. La relación directa entre recursos hídricos y producción de alimentos es crítica por tanto para una población humana en constante crecimiento. 67 La irrigación absorbe hasta el 90% de los recursos hídricos de algunos países en desarrollo. La agricultura es un sistema de producción tan antiguo que se ha sabido adaptar a los diferentes regímenes hídricos de cada país: Así, en zonas donde se den abundantes precipitaciones suelen realizarse cultivos de regadío, mientras que en zonas más secas son comunes los cultivos de secano. Más recientemente, y en entornos más adversos, como el desierto se ha experimentado con nuevas formas de cultivo, centradas en minimizar el consumo de agua. En la actualidad una de las vertientes más activas de la investigación genética intenta optimizar las especies que el hombre usa como alimento. También se ha empezado a hablar de agricultura espacial para referirse a los experimentos destinados a difundir la agricultura por otros planetas. Actualmente la agricultura supone una importante presión sobre las masas naturales de agua, tanto en cantidad como en calidad. Así, el agua que precisan los regadíos supone una disminución de los caudales naturales de los ríos y un descenso de los niveles de las aguas subterráneas que ocasionan un efecto negativo en los ecosistemas acuáticos. Por ejemplo, en España se riegan 3,4

millones de hectáreas que supone el 7% de la superficie nacional y emplea el 80% de los recursos hídricos disponibles. También el uso de nitratos y pesticidas en las labores agrícolas suponen la principal contaminación difusa de las masas de agua tanto superficial como subterránea. La más significativa es la contaminación por nitratos que produce la eutrofización de las aguas. En España el consumo anual de fertilizantes se estima en 1.076.000 toneladas de nitrógeno, 576.000 toneladas de fósforo y 444.000 toneladas de potasio. La mayor parte de los abonos son absorbidos por los cultivos, el resto es un potencial contaminante de las aguas. El uso del agua en la industria La industria precisa el agua para múltiples aplicaciones, para calentar y para enfriar, para producir vapor de agua o como disolvente, como materia prima o para limpiar. La mayor parte, después de su uso, se elimina devolviéndola nuevamente a la naturaleza. Estos vertidos, a veces se tratan, pero otras el agua residual industrial vuelve al ciclo del agua sin tratarla adecuadamente. La calidad del agua de muchos ríos del mundo se está deteriorando y está afectando negativamente al medio ambiente acuático por los vertidos industriales de metales pesados, sustancias químicas o materia orgánica. También se puede producir una contaminación indirecta: residuos sólidos pueden llevar agua contaminada u otros líquidos, el lixiviado, que se acaban filtrando al terreno y contaminando acuíferos si los residuos no se aíslan adecuadamente.72 Los mayores consumidores de agua para la industria en el año 2000 fueron: EE.UU. 220,7 km³; China 162 km³; Federación Rusa 48,7 km³; India 35,2 km³; Alemania 32 km³; Canadá 31,6 km³ y Francia 29,8 km³. En los países de habla hispana, España 6,6 km³; México 4,3 km³; Chile 3,2 km³ y Argentina 2,8 km³. 73 En algunos países desarrollados y sobre todo en Asia Oriental y en el África subsahariana, el consumo industrial de agua puede superar ampliamente al doméstico. El agua es utilizada para la generación de energía eléctrica. La hidroelectricidad es la que se obtiene a través de la energía hidráulica. La energía hidroeléctrica se produce cuando el agua embalsada previamente en una presa cae por gravedad en una central hidroeléctrica, haciendo girar en dicho proceso una turbina engranada a un alternador de energía eléctrica. Este tipo de energía es de bajo coste, no produce contaminación, y es renovable. El agua es fundamental para varios procesos industriales y maquinarias, como la turbina de vapor, el intercambiador de calor, y también su uso

como disolvente químico. El vertido de aguas residuales procedentes de procesos industriales causan varios tipos de contaminación como: la contaminación hídrica causada por descargas de solutos y la contaminación térmica causada por la descarga del refrigerante. Otra de las aplicaciones industriales es el agua presurizada, la cual se emplea en equipos de hidrodemolición, en máquinas de corte con chorro de agua, y también se utiliza en pistolas de agua con alta presión para cortar de forma eficaz y precisa varios materiales como acero, hormigón, hormigón armado, cerámica, etc. El agua a presión también se usa para evitar el recalentamiento de maquinaria como las sierras eléctricas o entre elementos sometidos a un intenso rozamiento. El agua como transmisor de calor El agua y el vapor son usados como transmisores de calor en diversos sistemas de intercambio de calor, debido a su disponibilidad, por su elevada capacidad calorífica, y también por su facultad de enfriar y calentar. El vapor condensado es un calentador eficiente debido a su elevado calor de vaporización. Una desventaja del agua y el vapor es que en cierta manera son corrosivos. En la mayoría de centrales eléctricas, el agua es utilizada como refrigerante, la cual posteriormente se evapora y en las turbinas de vapor se genera energía mecánica, permitiendo el funcionamiento de los generadores que producen electricidad. En la industria nuclear, el agua puede ser usada como moderador nuclear. En un reactor de agua a presión, el agua actúa como refrigerante y moderador. Esto aumenta la eficacia del sistema de seguridad pasivo de la central nuclear, ya que el agua ralentiza la reacción nuclear, manteniendo la reacción en cadena. Procesamiento de alimentos Véase también: Dureza del agua El agua desempeña un papel crucial en la tecnología de alimentos. El agua es básica en el procesamiento de alimentos y las características de ella influyen en la calidad de los alimentos. Los solutos que se encuentran en el agua, tales como las sales y los azucares, afectan las propiedades físicas del agua y también alteran el punto de ebullición y de congelación del agua. Un mol de sacarosa (azúcar) aumenta el punto de ebullición del agua a 0.52 °C, y un mol de cloruro de sodio aumenta el punto de ebullición a 1.04 °C a la vez que disminuye del mismo modo el punto de congelamiento del agua.75 Los solutos del agua también afectan la actividad de esta, y a su vez afectan muchas reacciones químicas y el crecimiento de microorganismos en los alimentos.76 Se denomina actividad del agua a la relación que existe entre la presión de vapor de la solución y la presión de vapor de agua

pura. Los solutos en el agua disminuyen la actividad acuosa, y es importante conocer esta información debido a que la mayoría del crecimiento bacteriano cesa cuando existen niveles bajos de actividad acuosa. 76 El crecimiento de microbios no es el único factor que afecta la seguridad de los alimentos, también existen otros factores como son la preservación y el tiempo de expiración de los alimentos. Otro factor crítico en el procesamiento de alimentos es la dureza del agua, ya que esta puede afectar drásticamente la calidad de un producto a la vez que ejerce un papel en las condiciones de salubridad. La dureza del agua mide la concentración de compuestos minerales que hay en una determinada cantidad de agua, especialmente carbonato de calcio y magnesio. La dureza del agua se clasifica en: 

Agua blanda,

17 mg/l



Moderadamente dura,



Agua dura,

120 mg/l

180 mg/l

La dureza del agua puede ser alterada o tratada mediante el uso de un sistema químico de intercambio iónico. El nivel de pH del agua se ve alterado por su dureza, jugando un papel crítico en el procesamiento de alimentos. Por ejemplo, el agua dura impide la producción eficaz de bebidas cristalinas. La dureza del agua también afecta la salubridad; de hecho, cuando la dureza aumenta, el agua pierde su efectividad desinfectante. Algunos métodos populares utilizados en la cocción de alimentos son: la ebullición, la cocción al vapor, y hervir a fuego lento. Estos procedimientos culinarios requieren la inmersión de los alimentos en el agua cuando esta se encuentra en su estado líquido o de vapor. Aplicaciones químicas Las reacciones orgánicas generalmente se tiemplan con agua o con una solución acuosa que puede estar compuesta por ácido, por una base o por un tampón químico. El agua es generalmente eficaz para eliminar sales inorgánicas. En las reacciones inorgánicas el agua es un solvente común, debido a que no disuelve los reactivos en su totalidad, también esanfótera (puede reaccionar en su estado ácido y base) y nucleófila. Sin embargo, estas propiedades a veces son deseadas. También se ha observado que el agua causa una aceleración en la reacción de Diels-Alder. Los fluidos supercríticos están siendo investigados en la actualidad, ya que el agua supercrítica (saturada en oxígeno) hace combustión en los contaminantes de manera eficiente. El agua empleada como disolvente

El agua es descrita muchas veces como el solvente universal, porque disuelve muchos de los compuestos conocidos. Sin embargo no llega a disolver todos los compuestos. En términos químicos, el agua es un solvente eficaz porque permite disolver iones y moléculas polares. La inmensa mayoría de las sustancias pueden ser disueltas en agua. Cuando el agua es empleada como solvente se obtiene una disolución acuosa; por lo tanto, a la sustancia disuelta se la denomina soluto y al medio que la dispersa se lo llama disolvente. En el proceso de disolución, las moléculas del agua se agrupan alrededor de los iones o moléculas de la sustancia para mantenerlas alejadas o dispersadas. Cuando un compuesto iónico se disuelve en agua, los extremos positivos (hidrógeno) de la molécula del agua son atraídos por los aniones que contienen iones con carga negativa, mientras que los extremos negativos (oxígeno) de la molécula son atraídos por los cationes que contienen iones con carga positiva. Un ejemplo de disolución de un compuesto iónico en agua es el cloruro de sodio (sal de mesa), y un ejemplo de disolución de un compuesto molecular en agua es el azúcar. Las propiedades del agua son esenciales para todos los seres vivientes, su capacidad como solvente le convierte en un componente necesario de los fluidos vitales como el citoplasma de la sangre, la savia de las plantas, entre otros. De hecho, el citoplasma está compuesto en un 90% de agua, las células vivas tienen un 60 a 90% de agua, y las células inactivas de un 10% a un 20%. La solvatación o la suspensión se emplean a diario para el lavado tales como vestimenta, pisos, alimentos, mascotas, automóviles y el cuerpo humano. Los residuos humanos también son conducidos por el agua a las instalaciones de tratamiento de aguas residuales. El uso del agua como solvente de limpieza consume una gran cantidad de agua en los países industrializados. El agua facilita el procesamiento biológico y químico de las aguas residuales. El ambiente acuoso ayuda a descomponer los contaminantes, debido a su capacidad de volverse una solución homogénea, que puede ser tratada de manera flexible. Los microorganismos que viven en el agua pueden acceder a los residuos disueltos y pueden alimentarse de ellos, descomponiéndoles en sustancias menos contaminantes. Para ello los tratamientos aeróbicos se utilizan de forma generalizada añadiendo oxígeno o aire a la solución, incrementando la velocidad de descomposición y reduciendo la reactividad de las sustancias nocivas que lo componen. Otros ejemplos de sistemas biológicos para el tratamiento de las aguas residuales son los cañaverales y los biodigestores anaeróbicos. Por lo general en los tratamientos químicos y biológicos de los desperdicios, quedan

residuos sólidos del proceso de tratamiento. Dependiendo de su composición, el residuo restante puede ser secado y utilizado como fertilizante si sus propiedades son beneficiosas, o puede ser desechado en un vertedero oincinerado. Otros usos El agua como extintor de fuego

El agua también es utilizada para apagar incendios forestales. El agua posee un elevado calor latente de vaporización y es relativamente inerte, convirtiéndole en un fluido eficaz para apagar incendios. El calor del fuego es absorbido por el agua para luego evaporarse, extinguiendo por enfriamiento. Sin embargo, el agua no debe ser utilizada para apagar el fuego de equipos eléctricos, debido a que el agua impura es un buen conductor de electricidad. Asimismo, no debe ser empleada para extinguir combustibles líquidos o solventes orgánicos puesto que flotan en el agua y la ebullición explosiva del agua tiende a extender el fuego. Cuando se utiliza el agua para apagar incendios se debe considerar el riesgo de una explosión de vapor, ya que puede ocurrir cuando se la utiliza en espacios reducidos y en fuegos sobrecalentados. También se debe tomar en cuenta el peligro de una explosión de hidrógeno, que ocurre cuando ciertas sustancias, como metales o el grafito caliente, se descomponen en el agua produciendo hidrógeno. El accidente de Chernóbil es un claro ejemplo de la potencia de este tipo de explosiones, aunque en este caso el agua no provino de los esfuerzos por combatir el fuego sino del propio sistema de enfriamiento del reactor, ocasionando una explosión de vapor causada por el sobrecalentamiento del núcleo del reactor. También existe la posibilidad de que pudo haber ocurrido una explosión de hidrógeno causada por la reacción química entre el vapor y el circonio caliente. Deportes y diversión

Los humanos utilizan el agua para varios propósitos recreativos, entre los cuales se encuentran la ejercitación y la práctica de deportes. Algunos de estos deportes incluyen la natación, elesquí acuático, la navegación, el surf y el salto. Existen además otros deportes que se practican sobre una superficie de hielo como el hockey sobre hielo, y el patinaje sobre hielo. Las riberas de los lagos, las playas, y los parques acuáticos son lugares populares de relajación y diversión. Algunas personas consideran que el sonido del flujo del agua tiene un efecto tranquilizante. Otros personas tienen acuarios o estanques con peces y vida marina por diversión, compañía, o para exhibirlos. Los humanos también practican deportes de nieve como elesquí o el snowboarding. También se utiliza para juegos de pelea mediante el lanzamiento de bolas de nieve, globos de agua, e inclusive con el uso de pistolas de agua. Otra de las aplicaciones del agua es para decorar lugares públicos o privados con la construcción de fuentes o surtidores de agua. Como estándar científico El 7 de abril de 1795, el gramo fue definido en Francia como "el peso absoluto de un volumen de agua pura igual a un cubo de la centésima parte de un metro, a la temperatura de fusión del hielo".80 Por motivos prácticos, se popularizó una medida mil veces mayor de referencia para los metales. El trabajo encargado era por tanto calcular con precisión la masa de un litro de agua. A pesar del hecho de que la propia definición de gramo especificaba los 0º C —un punto de temperatura muy estable— los científicos prefirieron redefinir el estándar y realizar sus mediciones en función de la densidad más estable, es decir, alrededor de los 4 °C. La escala de temperaturas Kelvin del SI se basa en el punto triple del agua, definido exactamente como 273.16º K (0.01º C). La escala Kelvin es una evolución más desarrollada de laCelsius, que está definida tan sólo por el punto de ebullición (=100º C) y el punto de fusión (=0º C) del agua. El agua natural se compone principalmente de isótopos hidrógeno-1 yoxígeno-16, pero hay también una pequeña cantidad de isótopos más pesados como hidrógeno-2 (deuterio). La cantidad de óxidos de deuterio del agua pesada es también muy reducida, pero afecta enormemente a las propiedades del agua. El agua de ríos y lagos suele tener menos deuterio que el agua del mar. Por ello, se definió un estándar de agua según su contenido en deuterio: El VSMOV, o Estándar de Viena Agua del Océano Promedio.

La contaminación y la depuración del agua

Contaminación en un río de Brasil.

Depuradora de aguas residuales en el río Ripoll (Castellar del Vallés). Los humanos llevamos mucho tiempo depositando nuestros residuos y basuras en la atmósfera, en la tierra y en el agua. Esta forma de actuar hace que los residuos no se traten adecuadamente y causen contaminación. La contaminación del agua afecta a las precipitaciones, a las aguas superficiales, a las subterráneas y como consecuencia degrada los ecosistemas naturales. El crecimiento de la población y la expansión de sus actividades económicas están presionando negativamente a los ecosistemas de las aguas costeras, los ríos, los lagos, los humedales y los acuíferos. Ejemplos son la construcción a lo largo de la costa de nuevos puertos y zonas urbanas, la alteración de los sistemas fluviales para la navegación y para embalses de almacenamiento de agua, el drenaje de humedales para aumentar la superficie agrícola, la sobreexplotación de los fondos pesqueros, las múltiples fuentes de contaminación provenientes de la agricultura, la industria, el turismo y las aguas residuales de los hogares. Un dato significativo de esta presión es que mientras la población desde 1900 se ha multiplicado por cuatro, la extracción de agua se ha multiplicado por seis. La calidad de las masas naturales de agua se está reduciendo debido al aumento de la contaminación y a los factores mencionados. La Asamblea General de la ONU estableció en el año 2000 ocho objetivos para el futuro (Objetivos de Desarrollo del Milenio). Entre ellos estaba el que los países se esforzasen en invertir la tendencia de pérdida de recursos medioambientales, pues se reconocía la necesidad de preservar los ecosistemas, esenciales para mantener la biodiversidad y el bienestar humano, pues de ellos depende la obtención de agua potable y alimentos.

Para ello además de políticas de desarrollo sostenible, se precisan sistemas de depuración que mejoren la calidad de los vertidos generados por la actividad humana. La depuración del agua es el conjunto de tratamientos de tipo físico, químico o biológico que mejoran la calidad de las aguas o que eliminan o reducen la contaminación. Hay dos tipos de tratamientos: los que se aplican para obtener agua de calidad apta para el consumo humano y los que reducen la contaminación del agua en los vertidos a la naturaleza después de su uso.

La depuración del agua para beber El agua destinada al consumo humano es la que sirve para beber, cocinar, preparar alimentos u otros usos domésticos. Cada país regula por ley la calidad del agua destinada al consumo humano. La ley europea protege la salud de las personas de los efectos adversos derivados de cualquier tipo de contaminación de las aguas destinadas al consumo humano garantizando su salubridad y limpieza y por ello no puede contener ningún tipo de microorganismo, parásito o sustancia, en una cantidad o concentración que pueda suponer un peligro para la salud humana. Así debe estar totalmente exenta de las bacterias Escherichia coli y Enterococcus, limita por litro de agua tener menos de 50 miligramos de nitratos, menos de 2 miligramos decobre y otras sustancias químicas.85 Habitualmente el agua potable es captada de manantiales, o extraída del suelo mediante túneles artificiales o pozos de un acuífero. Otras fuentes de agua son el agua lluvia, los ríos y los lagos. No obstante, el agua debe ser tratada para el consumo humano, y puede ser necesaria la extracción de sustancias disueltas, de sustancias sin disolver y de microorganismos perjudiciales para la salud. Existen diferentes tecnologías para potabilizar el agua. Habitualmente incluyen diversos procesos donde toda el agua que se trata puede pasar por tratamientos de filtración, coagulación, floculación o decantación. Uno de los métodos populares es a través de la filtración del agua con arena, en donde únicamente se eliminan las sustancias sin disolver. Por otro lado mediante la cloración se logra eliminar microbios peligrosos. Existen técnicas más avanzadas de purificación del agua como la ósmosis inversa. También existe el método de desalinización, un proceso por el cual se retira la sal del agua de mar; sin embargo, es costoso por el elevado gasto de energía eléctrica y suele emplearse con más frecuencia en las zonas costeras con clima árido. La distribución del agua potable se realiza a través de la red de abastecimiento de agua potable por tuberías subterráneas o mediante el agua embotellada.

En algunas ciudades donde escasea, como Hong Kong, el agua de mar es usada ampliamente en los inodoros con el propósito de conservar el agua potable. La depuración del agua residual El tratamiento de aguas residuales se emplea en los residuos urbanos generados en la actividad humana y en los residuos provenientes de la industria. El agua residual, también llamada negra o fecal, es la que usada por el hombre ha quedado contaminada. Lleva en suspensión una combinación de heces fecales y orina, de las aguas procedentes del lavado con detergentes del cuerpo humano, de su vestimenta y de la limpieza, de desperdicios de cocina y domésticos, etc. También recibe ese nombre los residuos generados en la industria. En la depuración se realizan una serie de tratamientos en cadena. El primero denominado pretratamiento separa los sólidos gruesos mediante rejas, desarenadores o separadores de grasas. Después un tratamiento denominado primario separa mediante una sedimentación física los sólidos orgánicos e inorgánicos sedimentables. Necesidad de políticas proteccionistas

Tendencias del consumo y la evaporación de acuíferos durante el último siglo.

Aproximación de la proporción de personas en los países en desarrollo con a agua potable desde 1970 al 2000. La política del agua es la política diseñada para asignar, distribuir y istrar los recursos hídricos y el agua. La disponibilidad de agua potable per cápita ha ido disminuyendo debido a varios factores como la contaminación, la sobrepoblación, el riego excesivo, el mal uso y el creciente ritmo de consumo. Por esta razón, el agua es un recurso estratégico para el mundo y un importante factor en muchos conflictos contemporáneos. Indudablemente, la escasez de agua tiene un impacto en la salud y la biodiversidad. Desde 1990, 1.6 mil millones de personas tienen a una fuente de agua potable. Se ha calculado que la proporción de gente en los países desarrollados con a agua segura ha mejorado del 30% en 19707 al 71% en 1990, y del 79% en el 2000 al 84% en el 2004. Se pronostica que esta tendencia seguirá en la misma dirección los próximos años.8 Uno de los Objetivos de Desarrollo del Milenio(ODM) de los países de las Naciones Unidas es reducir al 50% la proporción de personas sin sostenible a fuentes de agua potable y se estima que la meta será alcanzada en el 2015. La ONU pronostica que el gasto necesario para cumplir dicho objetivo será de aproximadamente 50 a 102 mil millones de dólares. Según un reporte de las Naciones Unidas del año 2006, «a nivel mundial existe suficiente agua para todos», pero el ha sido obstaculizado por la corrupción y la mala istración. En el Informe de la Unesco sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos en el Mundo (WWDR, 2003) de su Programa Mundial de Evaluación de los Recursos Hídricos (WWAP) predice que en los próximos veinte años la cantidad de agua disponible para todos disminuirá al 30%; en efecto, el 40% de la población mundial tiene insuficiente agua potable para la higiene básica. Más de 2.2 millones de personas murieron en el año 2000 a consecuencia de enfermedades

transmitidas por el agua (relacionadas con el consumo de agua contaminada) o sequías. En el 2004 la organización sin ánimo de lucro WaterAid, informó que cada 15 segundos un niño muere a causa de enfermedades relacionadas con el agua que pueden ser prevenidas y que usualmente se deben a la falta de un sistema de tratamiento de aguas residuales. Estas son algunas de las organizaciones que respaldan la protección del agua: International Water Association (IWA), WaterAid, Water 1st, y American Water Resources Association. También existen varios convenios internacionales relacionados con el agua como: laConvención de las Naciones Unidas de Lucha contra la Desertificación (CNULD), el Convenio Internacional para prevenir la contaminación por los Buques, la Convención de las Naciones Unidas sobre el Derecho del mar, y el Convenio de Ramsar. El Día Mundial del Agua se celebra el 22 de marzo y el Día Mundial del Océano se celebra el 8 de junio. Religión, filosofía y literatura

Ceremonia hinduista de purificación con agua en el estado de Tamil Nadu, India. El agua es considerada como un elemento purificador en la mayoría de religiones. Algunas de las doctrinas religiosas que incorporan el ritual de lavado o abluciones son: el cristianismo, el hinduismo, el movimiento rastafari, el islam, el sintoísmo, el taoísmo y el judaísmo. Uno de los sacramentos centrales del cristianismo es el bautismo y el cual se realiza mediante la inmersión, aspersión o afusión de una persona en el agua. Dicha práctica también se ejecuta en otras religiones como el judaísmo donde es denominada mikve y en el sijismodonde toma el nombre de Amrit Sanskar. Asimismo, en muchas religiones incluyendo el judaísmo y el islam se realizan baños rituales de purificación a los muertos en el agua. Según el islam, las cinco oraciones al día (o salat) deben llevarse a cabo después de haber lavado ciertas partes del cuerpo usando agua limpia o abdesto; sin embargo, en caso de que no hubiese agua limpia se realizan abluciones con polvo o arena las cuales son denominadas tayammum. En el sintoísmo el agua es empleada en casi todos los rituales para purificar una persona o un lugar, como es el caso del ritual misogi. El

agua es mencionada 442 veces en la Nueva Versión Internacional de la Biblia y 363 veces en laBiblia del rey Jacobo: Pedro 2:3-5 establece, «Estos ignoran voluntariamente que en el tiempo antiguo fueron hechos por la palabra de Dios los cielos y también la tierra, que proviene del agua y por el agua subsiste». Algunos cultos emplean agua especialmente preparada para propósitos religiosos, como el agua bendita de algunas denominaciones cristianaso el amrita en el sijismo y el hinduismo. Muchas religiones también consideran que algunas fuentes o cuerpos de agua son sagrados o por lo menos favorecedores; y algunos ejemplos incluyen: la ciudad de Lourdes de acuerdo con el catolicismo, el río Jordán (al menos simbólicamente) en algunas iglesias cristianas, el pozo de Zamzam en el islam, y el río Ganges en el hinduismo y otros cultos de la región. Muchos etnólogos, como Frazer, han subrayado el papel purificador del agua. Usualmente se cree que el agua tiene poderes espirituales. En la mitología celta, Sulis es la diosa de las aguas termales; en el hinduismo, el Ganges es personificado por una diosa, y según los textos Vedas la diosa hindú Sárasuati representa al río del mismo nombre. El agua es también en el vishnuísmo uno de los cinco elementos básicos o mahābhūta, entre los que constan: el fuego, la tierra, el espacio y el aire. Alternativamente, los dioses pueden ser considerados patrones de fuentes, ríos o lagos. De hecho, en la mitología griega y romana, Peneo era el dios río, uno de los tres mil ríos o a veces incluido entre las tres mil Oceánidas. En el islam el agua no es sólo la fuente de vida, pero cada vida está compuesta de agua: «¿Y que sacamos del agua a todo ser viviente?». En cuanto a la filosofía, podemos encontrar a Tales de Mileto, uno de los siete sabios griegos, que afirmó que el agua era la sustancia última, el Arjé, del cosmos, de donde todo está conformado por el agua. Empédocles, un filósofo de la antigua Grecia, sostenía la hipótesis de que el agua es uno de los cuatro elementos clásicos junto al fuego, la tierra y el aire, y era considerada la sustancia básica del universo o ylem. Según la teoría de los cuatro humores, el agua está relacionada con la flema. En la filosofía tradicional china el agua es uno de loscinco elementos junto a la tierra, el fuego, la madera, y el metal. El agua también desempeña un papel importante en la literatura como símbolo de purificación. Algunos ejemplos incluyen a un río como el eje central donde se desarrollan las principales acciones, como es el caso de la novela Mientras agonizo de William Faulkner y el ahogamiento de Ofelia en Hamlet.

Composición del Agua (2 moléculas de Hidrogeno y 1 de Oxigeno)

CARBOHIDRATOS Introducción Los carbohidratos, hidratos de carbono y también simplemente azúcares. En su composición entran los elementos carbono, hidrógeno y oxígeno, con frecuencia en la proporción Cn(H20)n, por ejemplo, glucosa C6(H2O)6 de aquí los nombres carbohidratos o hidratos de carbono. Estos compuestos, abarcan sustancias muy conocidas y al mismo tiempo, bastante disímiles, azúcar común, papel, madera, algodón, son carbohidratos o están presentes en ello en una alta proporción. A partir del dióxido de carbono y agua, las plantas sintetizan los carbohidratos, en un proceso denominado fotosíntesis.

El pigmento verde de las plantas, la clorofila, pone a disposición del vegetal, la energía que absorbe de la luz solar. En este proceso tienen lugar numerosas reacciones catalizadas por enzimas, no todas se comprenden, queda el CO2 reducido como carbohidrato y a su vez se libera oxígeno. La energía solar quedó transformada en energía química a disposición de las plantas y de animales, los cuales metabolizan los carbohidratos realizando la operación inversa y utilizando la energía para diversos fines.

Ingerimos cereales, pero los cereales, digamos arroz, maíz, contienen almidones, estos son macromoléculas poliméricas de glucosa, que nuestro organismo procesa y transforma con sus enzimas para nuestro beneficio:

La glucosa, no solamente la utiliza el organismo como fuente de energía, puede transformarla en otras macromoléculas, el glucógeno, que se acumula en el hígado y músculos y sirve de reserva de energía, la transforma en colesterol y hormonas esferoidales imprescindibles para numerosas funciones. Si se ingieren excesos de carbohidratos estos se transforman en grasas. De modo que, estos compuestos resultan importantes para nosotros, no solo por el algodón, papel y madera, los carbohidratos constituyen uno de los tres grandes grupos de alimentos. Clasificación Los carbohidratos se clasifican en monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. Un monosacárido, es una unidad, ya no se subdivide más por hidrólisis ácida o enzimática, por ejemplo glucosa, fructosa o galactosa.

Los oligosacáridos están constituidos por dos a diez unidades de monosacáridos. La palabra viene del griego, oligo = pocos. Digamos el azúcar que utilizamos es un disacárido y por tanto un oligosacárido.

Los polisacáridos son macromoléculas, por hidrólisis producen muchos monosacáridos, entre 100 y 90 000 unidades.

Como primera aproximación, desde el punto de vista químico, los carbohidratos son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas o compuestos que los producen por hidrólisis ácida o enzimática. Esto es solo parcialmente cierto, pues en solución acuosa, las estructuras de polihidroxialdehídos o de polihidroxicetonas, permanecen en pequeña proporción en equilibrio con sus formas cíclicas, que son las más abundantes. Estos aspectos interesantes los veremos más adelante. Monosacáridos Como ya señalamos, en una primera aproximación, son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. La estructura contiene pues, varios gruposhidroxilos y un grupo carbonilo. El sufijo que se utiliza al referirnos a ellos es "osa". Una hexosa es por tanto, un monosacárido de seis átomos de carbono. Si el carbonilo se presenta como aldehído será una aldohexosa y si se presenta de forma similar a una cetona, diremos es unacetohexosa. La mayoría de los monosacáridos naturales son pentosas o hexosas.

Pentosa Hexosa Hexosa Aldopentosa Aldohexosa Cetohexosa Para representar estructuras de carbohidratos, se utiliza una representación abreviada, las fórmulas de proyección de Fischer. Las fórmulas de proyección de Fischer, resultan cómodas para representar estructuras y por tanto, se continúan utilizando, igual que el convenio de clasificar los carbohidratos como pertenecientes a las familias D o L, en lugar de utilizar el convenio mucho más actual de clasificar R o S

(Cahn-Igold-Prelog). Digamos D(+) gliceraldehido, D porque el –OH está a la derecha y el signo (+) se refiere solo a la rotación de luz polarizada, es una molécula dextrógira. Así un carbohidrato que presenta el –OH del estereocentro más alejado del carbonilo a la derecha, se clasifica como D. si estuviera a la izquierda, se clasifica como perteneciente a la familia L o serie L. Algunas aldopentosas naturales:

D-Ribosa 2- Dexoxi- D-Xilosa D-Arabinosa D-ribosa La ribosa y la dexoxiribosa forman parte de los ácidos nucleicos. La ribosa también se aisla de la hidrólisis de la riboflavina (vitamina B2). El prefijo "dexoxi" se refiere a que este monosacárido contiene menos átomos de oxígeno que lo común, incumple con la fórmula Cn(H20)n. La xilosa y la arabinosa, pueden aislarse de los productos de hidrólisis de las resinas vegetales, recibiendo la xilosa también la denominación de "azúcar de madera". La D(-) Arabinosa se encuentra también en bacterias y esponjas. Las hexosas naturales más comunes son:

D(+)- Glucosa D(+)-Manosa D(+)-Galactosa L(+)- Ramnosa D(-)- Fructosa La glucosa también recibe el nombre de dextrosa por ser dextrorrotatoria (D(+)Glucosa), también azúcar de sangre, pues está presente en la sangre humana en concentración de 65-110 mg/100 ml. Es posiblemente el producto natural más abundante pues se encuentra como polisacárido en el almidón, la celulosa y el glucógeno. También aparece combinada como disacárido en el azúcar común, la sacarosa (fructosa y glucosa) y en la leche de todos los mamíferos, lactosa, azúcar de leche (galactosa y glucosa). La glucosa, galactosa y ramnosa forman con frecuencia parte de glicósidos naturales. Los glicósodos son compuestos con una estrucura formada por uno o más carbohidratos que se enlazan a una molécula que no es un carbohidrato. El conjunto se llama glicósido y la porción que no es un carbohidrato se denomina aglicón. La fructosa es un ejemplo de cetohexosa, es entre los azúcares el compuesto más dulce, tiene bastante más poder edulcorante que la sacarosa, donde se encuentra

enlazada con la glucosa. Esta cetohexosa se encuentra libre en la miel y en muchas frutas. La D(+)-Manosa, se encuentra formando muchos polisacáridos naturales. Ciclación de los monosacáridos Analicemos lo dicho anteriormente respecto a que los carbohidratos, en forma de polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas, en solución acuosa, permanecen en pequeñas proporciones con sus formas cíclicas, que son las más abundantes. Por ataque nucleofílica de los electrones del oxígeno hidroxílico, sobre el carbono carbonílico, las aldosas o cetosas, de cuatro, cinco y seis átomos de carbono formas estrucrtura cíclicas hemiacetálicas.

Aldotetrosa forma hemiacetálica Forma aldehídica de cadena abierta La estructura cíclica posee un carbono hemiacetálico, a él están unidos, un hidrógeno, un hidroxilo, un grupo R-O- y un grupo R. Debemos decir que en solución acuosa el equilibrio es muy favorable a la forma cíclica. Las aldopentosas se convierten en formas hemiacetálicas cíclicas, por reacción entre su grupo carbonilo y los hidroxilos situados en los C4 y en C5. De esto resultan anillos de 5 y seis . Lo mismo ocurre con las aldohexosas, aunque estas forman peferentemente ciclos o anilos de seis . Muy importante es tener en cuenta que el grupo carbonilo es plano, puede recibir el ataque nucleofílico del hidroxilo por cualquiera de sus dos caras, el carbono carbonílico se convirtió en un estereocentro tetraédrico, la ciclación ha generado dos nuevos diasteroisómeros que se denominan anómeros, son los anómeros α y β y el nuevo estereocentro se llama el carbono anomιrico. En solución acuosa, la forma abierta de la D-ribosa, permanece en equilibrio con cuatro formas cíclicas: Reacción del –OH del C4 con el C=O Dos anillos de cinco . Reacción del –OH del C5 con el C=O Dos anillos de seis . Un monosacárido formando anillos de cinco , se dice que es una furanosa, si es de seis se dice que es una piranosa. Las denominaciones provienen de los heterociclos furano y pirano.

Furano Pirano Representación de lo que ocurre en solución acuosa de la D-ribosa, utilizando las fórmulas de Fischer-Tollens, en los que se alargan los enlaces delátomo de oxígeno.

Anómero β Anómero α Trazas Anómero α Anómero β 18% 6% 20% 56% Anillos de cinco Anillos de seis (furanósicos) (piranósicos) En estas estructuras, el anómero α, se representa con el hidroxilo del carbono 1, carbono anoméroco, a la derecha y en el anómero β a la izquierda. En la glucosa, las ciclaciones importantes son las que forman anillos de seis , formas piranósicas, dos anómeros el α y el β que se forman por ataque nucleofνlico del –OH del C5 sobre el carbonilo. Aunque las fórmulas de Fischer son útiles para representar estructuras abiertas y hemos visto ya las denominadas fórmulas de Fischer-Tollens, son más próximas a la realidad y mejores para discutir estructuras cíclicas, las fórmulas perspectivas de Haworth. ¿Cómo son estas fórmulas de Haworth y cómo se representa? Resulta muy sencillo representarlas. Vamos explicar cómo se representa una estructura piranósica, las que existen en solución acuosa de la D-glucosa. Primero: Se representa un anillo de seis con el oxígeno a la derecha y arriba. Luego: Si es un monosacárido que pertenece a la familia D, el grupo terminal, en la glucosa y otras aldohexosas o cetohexosas –CH2OH, se representa arriba del anillo y si fuera de la familia L, se representa abajo:

Ahora: Todos los hidroxilos que en una estructura de Fischer están a la derecha, en la fórmula perspectiva de Haworth se representan abajo y todos los hidroxilos que en la representación de Fischer están a la izquierda, en la de Haworth se representarán arriba del ciclo o anillo, los átomos de hidrógeno no se representan.

D-glucosa Anómero α Anómero β α –D-glucopiranosa β –D-glucopiranosa Por reacción entre el hidroxilo del C5 y el carbonilo, se cicló la molécula, se producen dos estructuras cíclicas hemiacetálicas, dos diasteroisómeros, los anómeros α y β. Las fórmulas perspectivas de Haworth se acercan más a la realidad, son superiores sin dudas a las de Fischer-Tollens. Las furanosas con sus anillos de 5 son casi planas, para las piranosas, aún más acorde con la realidad, son las denominadas fórmulas o estructuras conformacionales, las piranosas presentan estructuras de silla.

Haworth Conformacional Haworth Conformacional α –D-glucopiranosa β –Dglucopiranosa En la estructura conformacional, los sustituyentes que quedan arriba en la fórmula de Haworth, se sitúan arriba en esta también y los que quedan abajo en la fórmula de Haworth, pues se colocan abajo en la conformacional. Propiedades químicas de los monosacáridos Muchas reacciones de los monosacáridos, son debidas a la pequeña cantidad de forma abierta, acíclica, en equilibrio con las estructuras cíclicas. Algunas reacciones que requieren una concentración inicial mayor fallan, el fallo se debe a que la forma aldehídica no tiene concentración suficiente para que se produzca la reacción, no obstante los monosacáridos presentan una variedad de reacciones que se producen bien, las reacciones son la típicas de las funciones presentes, carbonilo e hidrixilo y por supuestos a interacciones entre ambos grupos. Reacciones del grupo carbonilo Oxidación. Las aldosas reciben el nombre genérico de "azúcares reductores", reducen oxidantes suaves como los reactivos de Tollens (espejo de plata), Fehling y Benedit (Pptado. Rojizo de Cu2O). Todo esto se debe a la presencia de la estructura abierta en el equilibrio de la ciclación.

Un monosacárido con el C1 oxidado a carboxilo, recibe el nombre de ácido Aldónico.

D-glucosa línea ondulada forma abierta anión de un ácido (α, β o mezcla) aldςnico o glicςnico

Complejo tártaro-cúprico ácido R. de Fehling aldónico o glicónico Los tres reactivos, Tollens, Fehling y Bénedic, son básicos, por lo que las cetosas, también los reducen, pues en medio alcalino, están en equilibrio con dos aldosas epímericas a través de un Enodiol intermediario.

Esto se puede representar:

D- fructosa Aniones de ácidos aldónicos

Para preparar ácidos aldónicos, no es conveniente el medio básico, de los reactivos mencionados, pues el medio básico induce otros cambios en los monosacáridos. Se utiliza mejor agua de bromo ( pH ~ 6). Para ver la fórmula seleccione la opción "Descargar" del menú superior Aldosa ác. aldónico Con un oxidante energético, HNO3, se oxida también el hidroxilo terminal, se obtienen los ácidos Aldáricos o Scáridos. Para ver la fórmula seleccione la opción "Descargar" del menú superior Aldosa ác. aldárico En los organismos vivos, ocurre la oxidación del grupo terminal sin afectarse el C1. Éstos compuestos reciben el nombre de ácidos Urónicos. Para ver la fórmula seleccione la opción "Descargar" del menú superior Aldosa ác. Urónico Reacciones de los grupos hidroxilos Acilación. Los grupos hidroxilos de los monosacáridos, se pueden esterificar. Por ejemplo tratando la glucosa u otra hexosa con anhídrido acético, se pueden obtener los derivados pentacetilados estereoisoméricos, el α o el β. El curso estereoquνmico de la reacciσn, depende de los catalizadores y otras condiciones. Para ver la fórmula seleccione la opción "Descargar" del menú superior α, β-glucopiranosa α, β-pentacetilglucopiranosa Estereoquímica de los monosacáridos En ocasiones has encontrado términos tales como, dextrógira o levógira, la designación están referida a las propiedades que presentan los carbohidratos en disolución de originar un giro en el plano de vibración de la luz polarizada, bien hacia la derecha o hacia la izquierda. En el primer caso se denominan dextrorrotatorias y en el segundo levorrortatorias. Estos compuestos que presentan esta propiedad se plantea que son óptimamente activos y el fenómeno se conoce como actividad óptica, (isómeros ópticos, estereoisómeros). La luz polarizada. La luz polarizada es un fenómeno electromagnético. Un rayo de luz consiste en dos campos oscilantes mutuamente perpendiculares: un campo eléctrico y un campo magnético. Si se pudiera observar un rayo de luz ordinaria en un extremo, pudiéramos ver que los planos en los cuales la oscilación eléctrica se produce, están en todas direcciones y perpendiculares a la dirección de la propagación. Cuando la luz ordinaria pasa a trabes de un polarizador, el polarizador interactúa con el campo eléctrico de forma tal que en el campo eléctrico de la luz que emerge del polarizador (y el campo

magnético asociado a él) está oscilando en un plano. Tal luz es llamada luz polarizada en un plano. Luz ordinaria Luz polarizada en un plano El polarímetro es el equipo que se utiliza para determinar actividad óptica. Fuente de luz Polarizador Tubo con la muestra Analizador Si el analizador rota en el sentido de las agujas del reloj se dice que es (+) y si lo hace en sentido contrario es negativa (-).

(+) (-) dextrorrotatoria levororrotatoria El número de estereoisómeros de una de las estructuras de los monosacáridos, se puede calcular utilizando la fórmula del químico alemán Emil Fischer: N=2n N= número de estereoisómeros n= números de carbonos estereogénicos (estereocentros) Por lo tanto para las aldohexosas tendremos N=24=16 estereoisómeros.

Átomo de carbono con cuatro átomos o grupos de átomos diferentes. Se señala con un asterisco (*). Enantiómeros. Existen estereoisómeros cuya relación entre sí, es el de objeto-imagen. Estos estereoisómeros se conocen como Enantiómeros, el fenómeno recibe el nombre de enantiomería.

Diasteroisómeros. Parejas de estereoisómeros que no son imágenes especulares. Es importante darse cuenta de que los conceptos de Enantiómeros y Diasteroisómeros carecen de sentido considerados aisladamente. Para ver la fórmula seleccione la opción "Descargar" del menú superior D (+)- Glucosa D (+)-Manosa (I) (II) (III) I y II Enantiómeros. II y III Diasteroisómeros. 4. Oligosacáridos Generalidades sobre los disacáridos. Como su nombre lo indica un disacárido, es un carbohidrato formado por dos unidades de monosacáridos. Estas unidades están unidas mediante un enlace glicosídico. ¿Qué es un enlace glicosídico? Es un éter formado en el hidroxilo hemiacetálico y se clasifica bajo la denominación de Glicósido. Para ver la fórmula seleccione la opción "Descargar" del menú superior Un carbono hemiacetálico, es aquel al que están unidos, un hidrógeno, un hidroxilo, un grupo R-O- y un grupo R. Un glicósido sera:

Donde R" puede ser un carbohidrato u otro tipo de molécula que no es un carbohidrato (la porción que no es azúcar se le llama aglicón). En los disacáridos existe unión glicosídica, entre dos monosacáridos. En ellos es importante saber: cómo se verifica esta unión, a dónde, en qué posición está situado el enlace.

Una unión muy común es la 1-4´, quiere decir, están comprometidos en el enlace, el C1, carbono anomérico de una unidad y el C4 de la otra unidad. β Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior Enlace 1-4´ β En este tipo de unión queda libre el hidroxilo del carbono anomérico de la segunda unidad y por lo tanto, el disacárido en solución acuosa estará en equilibrio con la forma aldehídica. También ocurre lo mismo, en el otro tipo muy común de unión, la 16´.

Disacárido con enlaceβ 1-4´ Un disacárido con enlace 1-4´ ó 1-6´, está capacitado para establecer equilibrio con la forma aldehídica y por tanto, presentará las reacciones típicas de los aldehídos que ya estudiamos; reducirá los reactivos de Tollens, Fehling y Benedict. Por el contrario, si el enlace compromete los dos carbonos anoméricos, no hay posibilidades de que se establezca el equilibrio con la forma aldehídica y por tanto este disacárido no presentará ninguna de las propiedades y reacciones que hemos mencionado. El enlace entre los monosacáridos se define como α σ β en dependencia de la estereoquνmica del enlace de la primera unidad. Como sabemos, todos los monosacáridos son reductores, la mayoría de los disacáridos también. Cuatro disacáridos naturales más importantes son la sacarosa, la celobiosa, la lactosa y la maltosa. Celobiosa. La celobiosa se obtiene por hidrólisis parcial de la celulosa, es un disacárido formado por dos unidades de glucosas unidas por enlaces β-1,4´. Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior Sacarosa. El azúcar de mesa, sacarosa, es un disacárido formado por fructosa y glucosa, es el disacárido más abundante en el reino vegetal. La sacarosa no es reductora, pues el enlace entre los dos monosacáridos está formado por los hidroxilos de los carbonos anoméricos. Sacarosa: α-glucopiranosil-β- D- fructofuranςsido

Lactosa. Es un disacárido formado por una unidad de galactosa y otra de glucosa, unidas por enlaces β-1,4΄. Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior Lactosa 4-O-(β-galactopiranosil)-D-glucopiranosa La lactosa, está presente en la leche de los mamíferos, la leche de vaca contiene de 4-6 % y la humana de 5-8 %. La lactosa puede también existir en dos formas puede ser α, o puede ser β. A la temperatura del cuerpo la leche materna consiste aproximadamente en una mezcla de 2 partes de α-lactosa y tres de β-lactosa. Maltosa. La maltosa, es un alimento para niños. Es un disacárido formado por dos unidades de glucosa con enlace α-1,4΄. Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior Maltosa 4-O-(α-glucopiranosil)-D-glucopiranosa De este disacárido se conocen las dos formas en dependencia de la estereoquímica del hidroxilo hemiacetálico que puede ser α, o puede ser β que es la forma habitual de la maltosa. 5. Polisacáridos. Son polímeros naturales, macromoléculas, formadas por monosacáridos, cientos de unidades enlazadas y a veces están constituidas por miles de unidades. Dos ejemplos típicos de polisacáridos son el almidón y la celulosa. Almidón. Reserva energética de las plantas y para nosotros un alimento. Se encuentra en forma en forma de pequeños granos en muchas partes, u órganos constituyentes de las plantas, especialmente en semillas y tejidos vegetales embrionarios, en tubérculos de papa, semillas de arroz, maíz o trigo. Ellos sirven de nutrientes para el proceso germinativo y en general para el desarrollo de las plantas. Como primera aproximación, se puede decir que el almidón está constituido por unidades de D(+)-glucosa enlazadas α-1,4´. Nuestras enzimas hidrolizan los almidones

hasta sus unidades constituyentes de glucosa, la cual, como ya hemos expresado, sirve a nuestro organismo de nutriente y es utilizada para diferentes transformaciones metabólicas. Al tratar el almidón con agua caliente, este se separa en dos fracciones: una dispersable, que se conoce como amilasa y otra no dispersable, que es la mayoritaria, que se conoce como amilopectina. Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior Los dos constituyentes del almidón difieren en diversos aspectos y por tanto los consideramos por separado. Amilosa Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior Amilopectina. Está también constituido por unidades de D(+)-glucosa, con enlaces α-1,4΄, pero las cadenas son de 1000 unidades o mαs y presentan ramificaciones cada 25 unidades α1,6΄. La hidrólisis de la amilopectina van produciendo mezclas de Oligosacáridos, de masa moleculares gradualmente menores, que se conocen como "Dextrinas" que se utilizan en el acabado de tejidos y en la fabricación de pegamentos, etc. Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior Amilopectina Por hidrólisis parcial, se puede detectar la presencia de isomaltosa, disacárido que tiene enlaces α-1,6΄, Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior Celulosa. La celulosa es el polisacárido más abundante en la naturaleza, es el tejido de sostén de las plantas, formando aproximadamente la mitad de las paredes o membranas de las células vegetales. Pero la celulosa, no está sola, está asociada con las hemicelulas y la lignina. La celulosa está formada por unidades de D(+)-glucosa, los enlaces en el polisacáridos son β 1,4´: este tipo de enlace los carnívoros no pueden romperlo y por tanto no pueden utilizar la glucosa como nutriente. Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior Celulosa La celulosa forma microfibrillas de 14 000 unidades o más, que se torcionan y se unen a otras por puente de hidrógeno. La masa molecular varía entre 250 000 y 1 x 106 o más. Si se trata celulosa con NaOH con concentración de 17,5 %, una parte (cadenas menores) resulta soluble, la β celulosa. Lo que no resulta disuelto (cadenas mayores) la llaman α celulosa.

Para obtener pulpa de celulosa, con un 90 % de pureza a partir de madera, existen diversos procedimientos: en uno calientan virutas de madera con solución de hidróxido de sodio, o bien con solución de hidrógenosulfito de sodio y ácido sulfuroso; usan digestores, reactores a presión a 4 atm. En esteprocedimiento de "celulosa de sulfito", las hemicelulosas resultan disueltas y también las ligninas (en forma de sulfonatos). Este "licor de sulfito" lo utilizan para la producción colateral de etanol. La pulpa de celulosa, lavada, la tratan con "polvos de blanqueo" (mezclas de clorato de calcios, cloruro e hidróxido de calcio). Para la producción del papel de filtro y papel de alta calidad, se aplican posteriores purificaciones y en el caso del papel, se utilizan aditivos como el sulfato de bario o sulfato de calcio y colofonia para cerrar los poros. Derivados de la celulosa. Durante décadas el hombre, en su esfuerzo por vivir mejor ha desarrollado derivados de la celulosa, por ejemplo el nitrato de celulosa, con contenido de nitrógeno mayor a 11 %, está constituidos por mezclas de di y trinitrato, se utiliza como explosivo de impulsión. Esto se prepara a partir del algodón y con mezcla nitrante (HNO3/H2SO4), por lo que se conoce como "algodón pólvora" y también pólvora sin humo. El acetato de celulosa: los tres hidroxilos de la glucosa de la celulosa, pueden ser acetilados. Para ello se trata la celulosa con una mezcla de ácido acético y anhídrido acético, adicionando cantidad catalítica de H2SO4 (conc.). Este triacetato, se hridroliza obteniéndose diacetato, cadenas de 200 a 300 unidades, con esto se obtienen películas de fotografías. También a partir del diacetato, se obtienen hilos, fibra textil, láminas para retroproyector, películas, etc. Los ésteres metílicos importancia comercial.

y

etílicos, de

la

celulosa

que

son plásticos de

LÍPIDOS

Fosfolípidos organizados en liposomas, micelasy bicapa lipídica. Los lípidos son un conjunto de moléculas orgánicas, la mayoría biomoléculas, compuestas principalmente por carbono e hidrógeno y en menor medida oxígeno, aunque también pueden contener fósforo, azufre y nitrógeno, que tienen como característica principal el serhidrofóbicas o insolubles en agua y sí en disolventes orgánicos como la bencina, el alcohol, el benceno y el cloroformo. En el uso coloquial, a los lípidos se les llama incorrectamente grasas, ya que las grasas son sólo un tipo de lípidos procedentes de animales. Los lípidos cumplen funciones diversas en los organismos vivientes, entre ellas la de reserva energética (triglicéridos), la estructural (fosfolípidos de lasbicapas) y la reguladora (esteroides).

Características generales Los lípidos son biomoléculas muy diversas; unos están formados por cadenas alifáticas saturadas o insaturadas, en general lineales, pero algunos tienen anillos (aromáticos). Algunos son flexibles, mientras que otros son rígidos o semiflexibles hasta alcanzar casi una total flexibilidad molecular; algunos comparten carbonos libres y otros forman puentes de hidrógeno. La mayoría de los lípidos tiene algún tipo de carácter polar, además de poseer una gran parte apolar o hidrofóbico ("que le teme al agua" o "rechaza al agua"), lo que significa

que no interactúa bien con solventes polares como el agua. Otra parte de su estructura es polar o hidrofílica ("que ama el agua" o "que tiene afinidad por el agua") y tenderá a asociarse con solventes polares como el agua; cuando una molécula tiene una región hidrófoba y otra hidrófila se dice que tiene carácter anfipático. La región hidrófoba de los lípidos es la que presenta solo átomos de carbono unidos a átomos de hidrógeno, como la larga "cola" alifática de los ácidos grasos o los anillos de esterano del colesterol; la región hidrófila es la que posee grupos polares o con cargas eléctricas, como el hidroxilo (–OH) del colesterol, el carboxilo (–COO–) de los ácidos grasos, el fosfato (–PO4–) de los fosfolípidos, etc. Clasificación biológica Los lípidos son un grupo muy heterogéneo que usualmente se clasifican en dos grupos, atendiendo a que posean en su composición ácidos grasos (lípidos saponificables) o no lo posean (lípidos insaponificables). Lípidos saponificables Simples. Lípidos que sólo contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. Acilglicéridos. Cuando son sólidos se les llama grasas y cuando son líquidos a temperatura ambiente se llaman aceites. Céridos (ceras) Complejos. Son los lípidos que además de contener en su molécula carbono, hidrógeno y oxígeno, también contienen otros elementos como nitrógeno, fósforo, azufre u otra biomolécula como un glúcido. A los lípidos complejos también se les llama lípidos de membrana pues son las principales moléculas que forman las membranas celulares. Fosfolípidos Fosfoglicéridos Fosfoesfingolípidos Glucolípidos Cerebrósidos Gangliósidos Lípidos insaponificables Terpenoides Esteroides Eicosanoides Lípidos saponificables

Ácidos grasos

Estructura 3D del ácido linoleico, un tipo de ácido graso. En rojo se observa la cabeza polar correspondiente a un grupo carboxilo. Son las unidades básicas de los lípidos saponificables, y consisten en moléculas formadas por una larga cadena hidrocarbonada con un número par de átomos de carbono (12-24) y un grupo carboxilo terminal. La presencia de dobles enlaces en el ácido graso reduce el punto de fusión. Los ácidos grasos se dividen en saturados e insaturados. 

Saturados. Sin dobles enlaces entre átomos de carbono; por ejemplo, ácido láurico, ácido mirístico, ácido palmítico, acido margárico, ácido esteárico, ácido araquídico y ácido lignogérico.



Insaturados. Los ácidos grasos insaturados se caracterizan por poseer dobles enlaces es su configuración molecular. Éstas son fácilmente identificables, ya que estos dobles enlaces hacen que su punto de fusión sea menor que en el resto. Se presentan ante nosotros como líquidos, como aquellos que llamamos aceites. Este tipo de alimentos disminuyen el colesterol en sangre y también son llamados ácidos grasos esenciales. Los animales no son capaces de sintetizarlos, pero los necesitan para desarrollar ciertas funciones fisiológicas, por lo que deben aportarlos en la dieta. La mejor forma y la más sencilla para poder enriquecer nuestra dieta con estos alimentos, es aumentar su ingestión, es decir, aumentar su proporción respecto los alimentos que consumimos de forma habitual.Con uno o más dobles enlaces entre átomos de carbono; por ejemplo, ácido palmitoleico, ácido oleico, ácido linolénico y ácido araquidónico y acido nervónico.

elaídico, ácido

linoleico, ácido

Los denominados ácidos grasos esenciales no pueden ser sintetizados por el organismo humano y son el ácido linoleico, el ácido linolénico y el ácido araquidónico, que deben ingerirse en la dieta.

Propiedades físicoquímicas 

Carácter Anfipático. Ya que el ácido graso esta formado por un grupo carboxilo y una cadena hidrocarbonada, esta última es la que posee la característica hidrófoba; siendo responsable de su insolubilidad en agua.



Punto de fusión: Depende de la longitud de la cadena y de su número de insaturaciones, siendo los ácidos grasos insaturados los que requieren menor energía para fundirse.



Esterificación. Los ácidos grasos pueden formar ésteres con grupos alcohol de otras moléculas



Saponificación. Por hidrólisis alcalina los ésteres formados anteriormente dan lugar a jabones (sal del ácido graso)



Autooxidación. Los ácidos grasos insaturados pueden oxidarse espontáneamente, dando como resultado aldehídos donde existían los dobles enlaces covalentes. Acilglicéridos

Representación tridimensional de un triglicérido. Los acilglicéridos o acilgliceroles son ésteres de ácidos grasos con glicerol (glicerina), formados mediante una reacción de condensación llamadaesterificación. Una molécula de glicerol puede reaccionar con hasta tres moléculas de ácidos grasos, puesto que tiene tres grupos hidroxilo. Según el número de ácidos grasos que se unan a la molécula de glicerina, existen tres tipos de acilgliceroles: 

Monoglicéridos. Sólo existe un ácido graso unido a la molécula de glicerina.



Diacilglicéridos. La molécula de glicerina se une a dos ácidos grasos.



Triacilglicéridos. Llamados comúnmente triglicéridos, puesto que la glicerina está unida a tres ácidos grasos; son los más importantes y extendidos de los tres.

Los triglicéridos constituyen la principal reserva energética de los animales, en los que constituyen las grasas; en los vegetales constituyen losaceites. El exceso de lípidos es almacenado en grandes depósitos en el tejido adiposo de los animales. Céridos Las ceras son moléculas que se obtienen por esterificación de un ácido graso con un alcohol monovalente lineal de cadena larga. Por ejemplo la cera de abeja. Son sustancias altamente insolubles en medios acuosos y a temperatura ambiente se presentan sólidas y duras. En los animales las podemos encontrar en la superficie del cuerpo, piel, plumas, cutícula, etc. En los vegetales, las ceras recubren en la epidermis de frutos, tallos, junto con la cutícula o la suberina, que evitan la pérdida de agua por evaporación. Fosfolípidos Los fosfolípidos se caracterizan por poseer un grupo fosfato que les otorga una marcada polaridad. Se clasifican en dos grupos, según posean glicerol o esfingosina. Fosfoglicéridos

Estructura de un fosfoglicérido; X representa el alcohol o aminoalcohol que se esterifica con el grupo fosfato; el resto representa el ácido fosfatídico. Los fosfoglicéridos están compuestos por ácido fosfatídico, una molécula compleja compuesta por glicerol, al que se unen dos ácidos grasos (uno saturado y otro insaturado) y un grupo fosfato; el grupo fosfato posee un alcohol o un aminoalcohol, y el conjunto posee una marcada polaridad y forma lo que se denomina la "cabeza" polar del fosfoglicérido; los dos ácidos grasos forman las dos "colas" hidrófobas; por tanto, los fosfoglicéridos son moléculas con un fuerte carácter anfipático que les permite formar bicapas, que son la arquitectura básica de todas las membranas biológicas. Los principales alcoholes y aminoalcoholes de los fosfoglicéridos que se encuentran en las membranas biológicas son la colina (para formar lafosfatidilcolina o lecitina), la etanolamina (fosfatidiletanolamina o cefalina), serina (fosfatidilserina) y el inositol (fosfatidilinositol).

Fosfoesfingolípidos

Imagen en 3D de la molécula de la esfingosina. Los fosfoesfingolípidos son esfingolípidos con un grupo fosfato, tienen una arquitectura molecular y unas propiedades similares a los fosfoglicéridos. No obstante, no contienen glicerol, sino esfingosina, un aminoalcohol de cadena larga al que se unen un ácido graso, conjunto conocido con el nombre deceramida; a dicho conjunto se le une un grupo fosfato y a éste un aminoalcohol; el más abundante es la esfingomielina, en la que el ácido graso es elácido lignocérico y el aminoalcohol la colina; es el componente principal de la vaina de mielina que recubre los axones de las neuronas. Glucolípidos Los glucolípidos son esfingolípidos formados por una ceramida (esfingosina + ácido graso) unida a un glúcido, careciendo, por tanto, de grupo fosfato. Al igual que los fosfoesfingolípidos poseen ceramida, pero a diferencia de ellos, no tienen fosfato ni alcohol. Se hallan en las bicapas lipídicas de todas las membranas celulares, y son especialmente abundantes en el tejido nervioso; el nombre de los dos tipos principales de glucolípidos alude a este hecho: 

Cerebrósidos. Son glucolípidos en los que la un monosacárido (glucosa o galactosa) o a un oligosacárido.

ceramida

se

une



Gangliósidos. Son glucolípidos en los que la ceramida se une a un oligosacárido complejo en el que siempre hay ácido siálico. Los glucolípidos se localizan en la cara externa de la bicapa de las membranas celulares donde actúan de receptores. Lípidos insaponificables Terpenos Los terpenos,

terpenoides

o

isoprenoides,

son

lípidos

derivados

del hidrocarburo isopreno (o 2-metil-1,3-butadieno). Los terpenos biológicos constan, como mínimo de dos moléculas de isopreno. Algunos terpenos importantes son

los aceites esenciales (mentol, limoneno, geraniol), el fitol (que forma parte de la molécula de clorofila), las vitaminas A, K y E, loscarotenoides (que son pigmentos fotosintéticos) y el caucho (que se obtiene del árbol Hevea brasiliensis).Desde el punto de vista farmacéutico, los grupos de principios activos de naturaleza terpénica más interesantes son: monoterpenos y sesquiterpenos constituyentes de los aceites esenciales, derivados de monoterpenos correspondientes a los iridoides, lactonas sesquiterpénicas que forman parte de los principios amargos, algunos diterpenos que poseen actividades farmacológicas de aplicación a la terapéutica y por último, triterpenos y esteroides entre los que se encuentran las saponinas y los heterósidos cardiotónicos. Esteroides

Colesterol; los 4 anillos son el núcleo de esterano, común a todos los esteroides. Los esteroides son lípidos derivados del núcleo del hidrocarburo esterano (o ciclopentanoperhidrofenantreno), esto es, se componen de cuatro anillos fusionados de carbono que posee diversos grupos funcionales (carbonilo, hidroxilo) por lo que la molécula tiene partes hidrofílicas e hidrofóbicas (carácter anfipático). Entre los esteroides más destacados se encuentran los ácidos biliares, las hormonas sexuales, las corticosteroides, la vitamina D y el colesterol. El colesterol es el precursor de numerosos esteroides y es un componente más de la bicapa de las membranas celulares.Esteroides Anabólicos es la forma como se conoce a las substancias sintéticas basadas en hormonas sexuales masculinas (andrógenos). Estas hormonas promueven el crecimiento de músculos (efecto anabólico) así como también en desarrollo de las características sexuales masculinas (efecto andrógeno). Los esteroides anabólicos fueron desarrollados a finales de 1930 principalmente para tratar el Hipogonadismo, una condición en la cual los testículos no producen suficiente testosterona para garantizar un crecimiento, desarrollo y función sexual normal del individuo. Precisamente a finales de 1930 los científicos también descubrieron que estos esteroides facilitaban el crecimiento de músculos en los animales de laboratorio,

lo cual llevo al uso de estas sustancias por parte de físicos culturistas y levantadores de pesas y después por atletas de otras especialidades. El abuso de los esteroides se ha diseminado tanto que hoy en día afecta el resultado de los eventos deportivos. Eicosanoides Los eicosanoides o icosanoides son lípidos derivados de los ácidos grasos esenciales de 20 carbonos tipo omega-3 y omega-6. Los principales precursores de los eicosanoides son elácido araquidónico, el ácido linoleico y el ácido linolénico. Todos los eicosanoides son moléculas de 20 átomos de carbono y pueden clasificarse en tres tipos: prostaglandinas,tromboxanos y leucotrienos. Cumplen amplias funciones como mediadores para el sistema nervioso central, los procesos de la inflamación y de la respuesta inmune tanto de vertebrados como invertebrados. Constituyen las moléculas involucradas en las redes de comunicación celular más complejas del organismo animal, incluyendo el hombre. Funciones de los lípidos Los lípidos desempeñan diferentes tipos de funciones biológicas: 

Función de reserva energética. Los triglicéridos son la principal reserva de energía de los animales ya que un gramo de grasa produce 9,4 kilocalorías en las reacciones metabólicasde oxidación, mientras que las proteínas y los glúcidos sólo producen 4,1 kilocalorías por gramo.

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Función estructural. Los fosfolípidos, los glucolípidos y el colesterol forman las bicapas lipídicas de las membranas celulares. Los triglicéridos del tejido adiposo recubren y proporcionan consistencia a los órganos y protegen mecánicamente estructuras o son aislantes térmicos.

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Función reguladora, hormonal o de comunicación celular. liposolubles son de naturaleza lipídica (terpenos, esteroides);

Las vitaminas las hormonas

esteroides regulan elmetabolismo y las funciones de reproducción; los glucolípidos actúan como receptores de membrana; los eicosanoides poseen un papel destacado en la comunicación celular,inflamación, respuesta inmune, etc. 

Función transportadora. El transporte de lípidos desde el intestino hasta su lugar de destino se realiza mediante su emulsión gracias a los ácidos biliares y a las lipoproteínas.

Importancia para los organismos vivientes Las vitaminas A, D, E y K son liposolubles, lo que significa que estas solo pueden ser digeridas, absorbidas y transportadas en conjunto con las grasas. Las grasas son fuentes de ácidos grasos esenciales, un requerimiento dietario importante. Las grasas juegan un papel vital en el mantenimiento de una piel y cabellos saludables, en el aislamiento de los órganos corporales contra el shock, en el mantenimiento de la temperatura corporal y promoviendo la función celular saludable. Estos además sirven como reserva energética para el organismo. Las grasas son degradadas en el organismo para liberar glicerol y ácidos grasos libres. El glicerol puede ser convertido por el hígado y entonces ser usado como fuente energética. El contenido de grasas de los alimentos puede ser analizado por extracción. El método exacto varía según el tipo de grasa a ser analizada, por ejemplo, las grasas poliinsaturadas y monoinsaturadas son analizadas de forma muy diferente. Las grasas también sirven como un buffer muy útil hacia una gran cantidad de enfermedades. Cuando una sustancia particular sea química o biotica, alcanza niveles no seguros en el torrente sanguíneo, el organismo puede efectivamente diluir (o al menos mantener un equilibrio) las sustancias dañinas almacenándolas en nuevo tejido adiposo. Esto ayuda a proteger órganos vitales, hasta que la sustancia dañina pueda ser metabolizada y/o retirada de la sangre a través de la excreción, orina, sangramiento accidental o intencional, excreción de cebo y crecimiento del pelo. Aunque es prácticamente imposible remover las grasas completamente de la dieta, sería equivocado hacerlo. Algunos ácidos grasos son nutrientes esenciales, significando esto que ellos no pueden ser producidos en el organismo a partir de otros componentes y por lo tanto necesitan ser consumidos en pequeñas cantidades. Todas las otras grasas requeridas por el organismo no son esenciales y pueden ser producidas en el organismo a partir de otros componentes.

Tejido adiposo El tejido adiposo o graso es el medio utilizado por el organismo humano para almacenar energía a lo largo de extensos períodos de tiempo. Dependiendo de las condiciones fisiológicas actuales, los adipocitos almacenan triglicéridos derivadas de la dieta y el metabolismo hepático o degrada las grasas almacenadas para proveer ácidos grasos y glicerol a la circulación. Estas actividades metabólicas son reguladas por varias hormonas (insulina, glucagón y epinefrina). La localización del tejido determina su perfil metabólico: la grasa visceral está localizada dentro de la pared abdominal (debajo de los músculos de la pared abdominal) mientras que la grasa subcutánea está

localizada debajo de la piel (incluye la grasa que está localizada en el área abdominal debajo de la piel pero por encima de los músculos de la pared abdominal). Durante un tiempo se pensó que la grasa visceral producía una hormona involucrada en la resistencia a la insulina, pero esto ha sido desechado por las pruebas clínicas.

LAS VITAMINAS INTRODUCCIÓN El término Vitamina se le debe al Bioquímico polaco Casimir Funk quien lo planteó en 1912. Consideraba que eran necesarias para la vida (vita) y la terminación Amina es porque creía que todas estas sustancias poseían la función Amina. Las Vitaminas son esenciales en el metabolismo y necesarias para el crecimiento y para el buen funcionamiento del cuerpo. Solo la Vitamina D es producida por el organismo, el resto se obtiene a través de los alimentos. Todas las vitaminas tienen funciones muy específicas sobre el organismo y deben estar contenidas en la alimentación diaria para evitar deficiencias. No hay alimento mágico que contenga todas las vitaminas, solo la combinación adecuada de los grupos de alimentos hacen cubrir los requerimientos de todos los nutrimentos esenciales para la vida. Tener una buena alimentación es indispensable para el desarrollo de todas nuestras habilidades físicas y mentales; además la deficiencia de vitaminas puede llevarnos a contraer enfermedades graves que podríamos corregir con una alimentación balanceada. La carencia de vitaminas se denomina Hipovitaminosis y el exceso de alguna de ellas puede producir Hipervitaminosis. Son sustancias indispensables en la nutrición de los seres vivos; no aportan energía, pero sin ellas el organismo no podría aprovechar los elementos constructivos y energéticos suministrados por medio de la alimentación. El consumo de tabaco, alcohol o drogas provoca un mayor gasto de algunas vitaminas por lo cual es necesario suministrarlas en mayor cantidad o hacer un aporte suplementario teniendo en cuenta que las que vienen naturalmente en los alimentos son más efectivas que las que se producen en laboratorio. Las Vitaminas se dividen en dos grupos, LIPOSOLUBLES que se disuelven en grasas y aceites, e HIDROSOLUBLES que se disuelven en agua. Veremos pues la importancia de estas sustancias, sus características generales, sus rasgos principales, estructuras, las consecuencias de su deficiencia, aplicabilidad industrial y algunos otros datos de importancia en el estudio de LAS VITAMINAS. OBJETIVO GENERAL Conocer la importancia de las vitaminas en cualquier función del cuerpo para comprender cómo sin ellas no sería posible que se dieran reacciones dentro del organismo para así cumplir con sus funciones normales. Por medio de un conocimiento más a fondo de las vitaminas y su importancia, aprender a tener mayor control sobre las dosis adecuadas para no caer en el error de sufrir deficiencias o excesos vitamínicos. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Identificar las diferentes Vitaminas que necesita nuestro cuerpo para su normal funcionamiento. Conocer algunas enfermedades producidas por la deficiencia de Vitaminas.

Estudiar las principales funciones y fuentes de obtención de las vitaminas más importantes. Comprender la importancia de las vitaminas en nuestro desarrollo físico y mental. Determinar la utilización de las sustancias vitamínicas dentro de la industria. LAS VITAMINAS Las vitaminas son sustancias orgánicas, de naturaleza y composición variada. Imprescindibles en los procesos metabólicos que tienen lugar en la nutrición de los seres vivos. No aportan energía, ya que no se utilizan como combustible, pero sin ellas el organismo no es capaz de aprovechar los elementos constructivos y energéticos suministrados por la alimentación. Normalmente se utilizan en el interior de las células como antecesoras de las coenzimas, a partir de las cuales se elaboran los miles de enzimas que regulan las reacciones químicas de las que viven las células. Suefecto consiste en ayudar a convertir los alimentos en energía. La ingestión de cantidades extras de vitaminas no eleva la capacidad física, salvo en el caso de existir un déficit vitamínico (debido, por ejemplo, a un régimen de comidas desequilibrado y a la fatiga). Entonces se puede mejorar dicha capacidad ingiriendo cantidades extras de vitaminas. Las necesidades vitamínicas varían según las especies, con la edad y con la actividad. Las vitaminas deben ser aportadas a través de la alimentación, puesto que el cuerpo humano no puede sintetizarlas. Una excepción es la vitamina D, que se puede formar en la piel con la exposición al sol, y las vitaminas K, B1, B12 y ácido fólico, que se forman en pequeñas cantidades en la flora intestinal. Ciertas vitaminas son ingeridas como provitaminas (inactivas) y posteriormente el metabolismo animal las transforma en activas (en el intestino, en el hígado, en la piel, etc.), tras alguna modificación en sus moléculas. Los vegetales, hongos y microorganismos son capaces de elaborarlas por sí mismos. Los animales, salvo algunas excepciones, carecen de esta capacidad, por lo que deben obtenerlas a partir de los alimentos de la dieta. En algunos casos los animales obtienen algunas vitaminas a través de sus paredes intestinales, cuya flora bacteriana las producen. Son sustancias lábiles, ya que se alteran fácilmente por cambios de temperatura y PH, y también por almacenamientos prolongados. Los trastornos orgánicos en relación con las vitaminas se pueden referir a: Avitaminosis: si hay carencias totales de una o varias vitaminas. Hipovitaminosis: si hay carencia parcial de vitaminas. Hipervitaminosis: si existe un exceso por acumulación de una o varias vitaminas, sobre todo las que son poco solubles en agua y, por tanto, difíciles de eliminar por la orina. Las vitaminas se designan utilizando letras mayúsculas, el nombre de la enfermedad que ocasiona su carencia o el nombre de su constitución química. Tradicionalmente se establecen 2 grupos de vitaminas según su capacidad de disolución: vitaminas hidrosolubles y liposolubles. VITAMINAS LIPOSOLUBLES

Las vitaminas liposolubles, A, D, E y K, se consumen junto con alimentos que contienen grasa. Son las que se disuelven en grasas y aceites. Se almacenan en el hígado y en los tejidos grasos, debido a que se pueden almacenar en la grasa del cuerpo no es necesario tomarlas todos los días por lo que es posible, tras un consumo suficiente, subsistir una época sin su aporte. Si se consumen en exceso (más de 10 veces las cantidades recomendadas) pueden resultar tóxicas. Esto les puede ocurrir sobre todo a deportistas, que aunque mantienen una dieta equilibrada recurren a suplementos vitamínicos en dosis elevadas, con la idea de que así pueden aumentar su rendimiento físico. Esto es totalmente falso, así como la creencia de que los niños van a crecer si toman más vitaminas de las necesarias. Las Vitaminas Liposolubles son: Vitamina A (Retinol) Vitamina D (Calciferol) Vitamina E (Tocoferol) Vitamina K (Antihemorrágica) Vitamina A La vitamina A también se conoce como Retinol o Antixeroftálmica. La vitamina A sólo está presente como tal en los alimentos de origen animal, aunque en los vegetales se encuentra como provitamina A, en forma de carotenos. Los diferentes carotenos se transforman en vitamina A en el cuerpo humano. Se almacena en el hígado en grandes cantidades y también en el tejido graso de la piel (palmas de las manos y pies principalmente), por lo que podemos subsistir largos períodos sin su consumo. Es una sustancia antioxidante, ya que elimina radicales libres y protege al ADN de su acción mutágena, contribuyendo, por tanto, a frenar el envejecimiento celular. La función principal de la vitamina A es intervenir en la formación y mantenimiento de la piel, membranas mucosas, dientes y huesos. También participa en la elaboración de enzimas en el hígado y de hormonas sexuales y suprarrenales. Uno de los primeros síntomas de insuficiencia es la ceguera nocturna (dificultad para adaptarse a la oscuridad). Otros síntomas son excesiva sequedad en la piel; falta de secreción de la membrana mucosa y sequedad en losojos debido al mal funcionamiento del lagrimal. En cambio, el exceso de esta vitamina produce interferencia en el crecimiento, trastornos como alteraciones óseas, detenimiento de la menstruación y además, puede perjudicar los glóbulos rojos de la sangre. El consumo de alimentos ricos en vitamina A es recomendable en personas propensas a sufrir infecciones respiratorias (gripas, amigdalitis o inflamaciones), problemas oculares (fotofobia, sequedad o ceguera nocturna) o con la piel reseca y áspera (acné incluido). Al cocinar los alimentos poco tiempo se puede lograr un mejor aprovechamiento de las vitaminas que contienen, pero dejarlos por largo tiempo reduce sus propiedades vitamínicas, por lo que es más conveniente consumir, en lo posible, los alimentos frescos.

PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA A Aceite de Hígado de Pescado Yema de Huevo Aceite de Soya Mantequilla Zanahoria Espinacas Hígado Perejil Leche Queso Tomate Lechuga Estructura de la Vitamina A:

Vitamina D Calciferol o Antirraquítica. Esta vitamina da la energía suficiente al intestino para la absorción de nutrientes como el calcio y las proteínas. Es necesaria para la formación normal y protección de los huesos y dientes contra los efectos del bajo consumo de calcio. Esta vitamina se obtiene a través de provitaminas de origen animal que se activan en la piel por la acción de los rayos ultravioleta cuando tomamos "baños de sol". La carencia de vitamina D produce en los niños malformaciones óseas, caries dental y hasta Raquitismo, una enfermedad que produce malformación de los huesos. En los adultos puede presentarseosteoporosis, reblandecimiento óseo u osteomalacia. Dosis insuficientes de vitamina D puede contribuir a la aparición del cáncer de mama, colon y próstata. Debido a que la vitamina D es soluble en grasa y se almacena en el cuerpo, exceder su consumo produce trastornos digestivos, vó mito,diarrea, daños al riñón, hígado, corazón y pérdida de apetito. PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA D Leche Enriquecida Yema de Huevo Sardina Atún

Queso Hígado cereales Estructura de la Vitamina D:

Vitamina E Tocoferol o restauradora de la fertilidad. Esta vitamina participa en la formación de glóbulos rojos, músculos y otros tejidos. Se necesita para la formación de las células sexuales masculinas y en la antiesterilización. Tiene como función principal participar como antioxidante, es algo así como un escudo protector de las membranas de las células que hace que no envejezcan o se deterioren por los radicales libres que contienen oxígeno y que pueden resultar tóxicas y cancerígenas. La participación de la vitamina E como antioxidante es de suma importancia en la prevención de enfermedades donde existe una destrucción de células importantes. Protege al pulmón contra la contaminación. Proporciona oxígeno al organismo y retarda el envejecimiento celular, por lo que mantiene joven el cuerpo. También acelera la cicatrización de las quemaduras, ayuda a prevenir los abortos espontáneos y calambres en las piernas. La deficiencia de la vitamina E puede ser por dos causas, por no consumir alimentos que la contenga o por mala absorción de las grasas; la vitamina E por ser una vitamina liposoluble, necesita que para su absorción en el intestino se encuentren presentes las grasas. Su deficiencia produce distrofia muscular, pérdida de la fertilidad y Anemia. Al parecer, su exceso no produce efectos tóxicos masivos.

Estructura de la Vitamina E:

PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA E Aceites Vegetales Germen de Trigo Chocolates Legumbre Verduras Leche Girasol Frutas Maíz Soya Hígado VITAMINA K Antihemorrágica o filoquinona. Es un diterpeno (C20 H32) con cuatro formas moleculares: K1, K2, K3, K4 (ésta última se obtuvo sintéticamente). La vitamina K participa en diferentes reacciones en el metabolismo, como coenzima, y también forma parte de una proteína muy importante llamada protombina que es la proteína que participa en la coagulación de la sangre. La deficiencia de vitamina K en una persona normal es muy rara, solo puede ocurrir por una mala absorción de grasas. Dosis altas de vitamina K sintética puede producir lesión cerebral en los niños y anemia en algunos adultos. Su deficiencia produce alteraciones en la coagulación de la sangre y Hemorragias difíciles de detener. K1 se obtiene a partir de vegetales de hoja verde (espinacas, coles, lechuga, tomate,..) K2 se obtiene a partir de derivados de pescados. K3 se obtiene a partir de la producción de la flora bacteriana intestinal. Por ello, las necesidades de esta vitamina en la dieta son poco importantes. PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA K Legumbres Hígado de Pescado Aceite de Soya Yema de Huevo Verduras

Estructura de Vitamina K:

VITAMINAS HIDROSOLUBLES Las vitaminas hidrosolubles son aquellas que se disuelven en agua. Se trata de coenzimas o precursores de coenzimas, necesarias para muchas reacciones químicas del metabolismo. Se caracterizan porque se disuelven en agua, por lo que pueden pasarse al agua del lavado o de la cocción de los alimentos. Muchos alimentos ricos en este tipo de vitaminas no nos aportan al final de prepararlos la misma cantidad que contenían inicialmente. Para recuperar parte de estas vitaminas (algunas se destruyen con el calor), se puede aprovechar el agua de cocción de las verduras para caldos o sopas. A diferencia de las vitaminas liposolubles no se almacenan en el organismo. Esto hace que deban aportarse regularmente y sólo puede prescindirse de ellas durante algunos días. El exceso de vitaminas hidrosolubles se excreta por la orina, por lo que no tienen efecto tóxico por elevada que sea su ingesta, aunque se podría sufrir anormalidades en el riñón por no poder evacuar la totalidad de líquido. Vitaminas Hidrosolubles: VITAMINA C. Ácido Ascórbico. Antiescorbútica. VITAMINA B1. Tiamina. Antiberibérica. VITAMINA B2. Riboflavina. VITAMINA B3. Niacina. Ácido Nicotínico. Vitamina PP. Antipelagrosa. VITAMINA B5. Ácido Pantoténico. Vitamina W. VITAMINA B6. Piridoxina. VITAMINA B8. Biotina. Vitamina H. VITAMINA B9. Ácido Fólico. VITAMINA B12. Cobalamina. VITAMINA C Ácido Ascórbico o vitamina Antiescorbútica. Esta vitamina es necesaria para producir colágeno que es una proteína necesaria para la cicatrización de heridas. Es importante en el crecimiento y reparación de las encías, vasos, huesos y dientes, y para la metabolización de las grasas, por lo que se le atribuye el poder de reducir el colesterol.

El consumo adecuado de alimentos ricos en vitamina C es muy importante porque es parte de las sustancias que une a las células para formar los tejidos. Las necesidades de vitamina C no son iguales para todos, durante el crecimiento, el embarazo y las heridas hay requerimientos aumentados de este nutrimento. El contenido de vitamina C en las frutas y verduras varía dependiendo del grado de madurez, el menor cuando están verdes, aumenta su cantidad cuando esta en su punto y luego vuelve a disminuir; por lo que la fruta madura a perdido parte de su contenido de vitamina C. Lo más recomendable es comer las frutas y verduras frescas puesto la acción del calor destruye a la vitamina C. También hay que mencionar que la vitamina C en o con elaire se oxida y pierde su actividad, y esto hay que recordarlo cuando uno se prepara un jugo de fruta como el de naranja, de no tomárselo rápidamente habrá perdido un gran cantidad de vitamina C. La otra forma de destrucción de la vitamina C, es al tener o con alcohol etílico, por ejemplo con lacerveza o el tequila. El déficit de vitamina C produce Escorbuto, que se caracteriza por hinchamientos, hemorragias en las encías y caída de los dientes. Algunos otros efectos atribuidos a esta vitamina son: mejor cicatrización de heridas, alivio de encías sangrantes, reducción de alergias, prevención del resfriado común, y en general fortalecimiento del organismo. PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA C Leche de Vaca Hortalizas Verduras Cereales Carne Frutas Cítricos Estructura de la vitamina C:

Complejo B: Son sustancias frágiles, solubles en agua, varias de las cuales son sobre todo importantes para metabolizar los hidratos de carbono. El factor hidrosoluble B, en un principio considerado como una sola sustancia, demostró contener diferentes componentes con actividad vitamínica. Los distintos compuestos se designaron con la letra B y un subíndice numérico. La tendencia actual es utilizar los nombres de cada sustancia. El denominado complejo

vitamínico B incluye los siguientes compuestos: tiamina (B1), riboflavina (B2), ácido Pantoténico (B3), ácido nicotínico (B5), Piridoxina (B6), biotina (B7), y cobalamina (B12) 5.2.1 Vitamina B1 Tiamina, Aneurina O Antiberibérica. Desempeñan un papel fundamental en el metabolismo de los glúcidos y lípidos, es decir, en la producción de energía. Es la gran aliada del estado de ánimo por su efecto benéfico sobre el sistema nervioso y la actitud mental. Ayuda en casos de depresión, irritabilidad, pérdida de memoria, pérdida de concentración y agotamiento. Favorece el crecimiento y ayuda a la digestión de carbohidratos. Regula las funciones nerviosas y cardiacas. Su deficiencia puede causar una enfermedad llamada Beriberi que se caracteriza por debilidad muscular,inflamación del corazón y calambres en las piernas y, en casos graves, incluso ataque al corazón y muerte. PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA B1 Vísceras (hígado, corazón y riñones) Levadura de Cerveza Vegetales de Hoja Verde Germen de Trigo Legumbres Cereales Carne Frutas Estructura de la vitamina B1:

Vitamina B2 Riboflavina. Al igual que la tiamina, actúa como coenzima, es decir, debe combinarse con una porción de otra enzima para ser efectiva en el metabolismo de los hidratos de carbono, grasas y especialmente en el metabolismo de las proteínas que participan en el transporte de oxígeno. También actúa en el mantenimiento de las membranas mucosas. La insuficiencia de riboflavina puede complicarse si hay carencia de otras vitaminas del grupo B. Sus síntomas, no tan definidos como los de la insuficiencia de tiamina, son lesiones en la piel, en particular cerca de los labios y la nariz, y sensibilidad a la luz.

PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA B2 Levadura de Cerveza Germen de Trigo Verduras Cereales Lentejas Hígado Leche Carne Coco Pan Queso Estructura de la vitamina B2:

Vitamina B3 Vitamina PP o nicotinamida. Interviene en el metabolismo de los hidratos de carbono, las grasas y las proteínas. Es un vasodilatador que mejora la circulación sanguínea, participa en el mantenimiento fisiológico de la piel, la lengua y el sistema digestivo. Es poco frecuente encontrarnos con estados carenciales, ya que nuestro organismo es capaz de producir una cierta cantidad de niacina a partir del triptófano, aminoácido que forma parte de muchas proteínas que tomamos en una alimentación mixta. Consumirla en grandes cantidades reduce los niveles de colesterol en la sangre. Aunque las grandes dosis en periodos prolongados pueden ser perjudiciales para el hígado. Sin embargo, en países del Tercer Mundo, que se alimentan a base de maíz aparece la pelagra, enfermedad caracterizada por dermatitis, diarrea y demencia (las tres D de la pelagra). Es vital en la liberación de energía para el mantenimiento de la integridad de todas las células del organismo y para formar neurotransmisores. Es esencial para la síntesis de hormonas sexuales, y la elaboración de cortisona, tiroxina e insulina en el organismo, ayudando, por tanto a mantener una piel sana y un sistema digestivo eficiente. Es indispensable para la salud del cerebro y del sistema nervioso. PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA B3 Harina Integral de Trigo Pan de Trigo Integral Levadura de Cerveza

Salvado de Trigo Hígado de Ternera Germen de Trigo Arroz Integral Almendras Estructura de la vitamina B3:

Vitamina B5 Ácido Pantoténico o vitamina W. Desempeña un papel aun no definido en el metabolismo de las proteínas. Interviene en el metabolismo celular como coenzima en la liberación de energía a partir de las grasas, proteínas y carbohidratos. Se encuentra en una gran cantidad y variedad de alimentos (pantothen en griego significa "en todas partes"). Forma parte de la Coenzima A, que actúa en la activación de ciertas moléculas que intervienen en el metabolismo energético, es necesaria para la síntesis de hormonas antiestrés, a partir del colesterol, necesaria para la síntesis y degradación de losácidos grasos, para la formación de anticuerpos, para la biotransformación y detoxificación de las sustancias tóxicas. Su carencia provoca falta de atención, apatía, alergias y bajo rendimiento energético en general. Su falta en los animales produce caída del pelo y canicie; en los humanos se observa malestar general, molestias intestinales y ardor en los pies. A veces se istra para mejorar la cicatrización de las heridas, sobre todo en el campo de la cirugía. PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA B5 Levadura de Cerveza Vegetales Verdes Yema de Huevo Cereales Vísceras Maní Carnes Frutas

Estructura de la vitamina B5:

Vitamina B6 Piridoxina. Actúa en la utilización de grasas del cuerpo y en la formación de glóbulos rojos. Mejora la capacidad de regeneración del tejido nervioso, para contrarrestar los efectos negativos de la radioterapia y contra el mareo en los viajes. El déficit de vitamina B6 produce alteraciones como depresión, convulsiones, fatiga, alteraciones de la piel, grietas en la comisura de los labios, lengua depapilada, convulsiones, mareos, náuseas, anemia y piedras en el riñón.... Es esencial para el crecimiento ya que ayuda a asimilar adecuadamente las proteínas, los carbohidratos y las grasas y sin ella el organismo no puede fabricar anticuerpos ni glóbulos rojos. Es básica para la formación de niacina (vitamina B3), ayuda a absorber la vitamina B12, a producir el ácido clorhídrico del estómago e interviene en el metabolismo del magnesio. También ayuda a prevenir enfermedades nerviosas y de la piel. Esta vitamina se halla en casi todos los alimentos tanto de origen animal como vegetal, por lo que es muy raro encontrarse con estados deficitarios. PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA B6 Carne de Pollo Espinacas Garbanzos Cereales Aguacate Sardinas Plátano Lentejas Hígado Granos Atún Pan Estructura de la Vitamina B6:

VITAMINA B8

Vitamina H o Biotina. Es una coenzima que participa en la transferencia de grupos carboxilo (-COOH), interviene en las reacciones que producen energía y en el metabolismo de los ácidos grasos. Interviene en la formación de la glucosa a partir de los carbohidratos y de las grasas. Es necesaria para el crecimiento y el buen funcionamiento de la piel y sus órganos anexos (pelo, glándulas sebáceas, glándulas sudoríparas) así como para el desarrollo de las glándulas sexuales. Una posible causa de deficiencia puede ser la ingestión de clara de huevo cruda, que contiene una proteína llamada avidina que impide la absorción de la biotina. Su carencia produce depresión, dolores musculares, anemia, fatiga, nauseas, dermatitis seborreica, alopecia y alteraciones en el crecimiento. PRINCIPALES FUENTES DE BIOTINA Levadura de Cerveza Yema de Huevo leguminosas Riñones Coliflor Hígado Leche Frutas Estructura de la Vitamina B8:

Vitamina B12 Cianocobalamina. Esta vitamina Interviene en la síntesis de ADN, ARN. Es necesaria para la formación de nucleoproteínas, proteínas, glóbulos rojos y para el funcionamiento del sistema nervioso, para la movilización (oxidación) de las grasas y para mantener la reserva energética de los músculos. La insuficiencia de vitamina B12 se debe con frecuencia a la incapacidad del estómago para producir una glicoproteína que ayuda a absorber esta vitamina. El resultado es una anemia perniciosa, con los característicos síntomas de mala producción de glóbulos rojos, síntesis defectuosa de la mielina, pérdida del tejido del tracto intestinal, psicosis, degeneración nerviosa, desarreglos menstruales, úlceras en la lengua y excesiva pigmentación en las manos (sólo afecta a las personas de color). Es la única vitamina que no se encuentra en productos vegetales.

PRINCIPALES FUENTES DE VITAMINA B12 Pescado Riñones Huevos Quesos Leche Carne

Estructura de la Vitamina B12:

VITAMINOIDES Falsas vitaminas. Son sustancias con una acción similar a la de las vitaminas, pero con la diferencia de que el organismo las sintetiza por sí mismo. Entre ellas están: Inositol, Colina Ácido fólico Inositol: Forma parte del complejo B y está íntimamente unido a la colina y la biotina. Forma parte de los tejidos de todos los seres vivos: en los animales formando parte de los fosfolípidos, y en las plantas como ácido fítico, uniendo al hierro y al calcio en un complejo insoluble de difícil absorción. El inositol interviene en la formación de lecitina, que se usa para trasladar las grasas desde el hígado hasta las células, por lo que es imprescindible en el metabolismo de las grasas y ayuda a reducir el colesterol sanguíneo. Colina:

También se le puede considerar un componente del grupo B. Actúa al mismo tiempo con el inositol en la formación de lecitina, que tiene importantes funciones en el sistema lipídico. La colina se sintetiza en el intestino delgado por medio de la interacción de la vitamina B12 y el ácido fólico con el aminoácido metionina, por lo que un aporte insuficiente de cualquiera de estas sustancias puede provocar su escasez. También se puede producir una deficiencia de colina si no tenemos un aporte suficiente de fosfolípidos o si consumimos alcohol en grandes cantidades. Ácido Fólico: Se le llama ácido fólico por encontrarse principalmente en las hojas de los vegetales (en latín folia significa hoja). Junto con la vitamina B12 participa en la síntesis del ADN, la proteína que compone los cromosomas y que recoge el código genético que gobierna el metabolismo de las células, por lo tanto es vital durante el crecimiento. Previene la aparición de úlceras bucales y favorece el buen estado del cutis.También retarda la aparición de las canas, ayuda a aumentar la leche materna, protege contra los parásitos intestinales y la intoxicación por comidas en mal estado. Es imprescindible en los procesos de división y multiplicación celular, por este motivo las necesidades aumentan durante el embarazo (desarrollo delfeto). En el embarazo las células se multiplican rápidamente y se forma una gran cantidad de tejido. Esto requiere bastante ácido fólico, razón por la que es frecuente una deficiencia de este elemento entre mujeres embarazadas. Participa en el metabolismo del ADN y ARN y en la síntesis de proteínas. Es un factor antianémico, porque es necesaria para la formación de las células sanguíneas, concretamente, de los glóbulos rojos. Su carencia se manifiesta de forma muy parecida a la de la vitamina B12 (debilidad, fatiga, irritabilidad, etc.). Produce en los niños detenimiento en su crecimiento y disminución en la resistencia de enfermedades. En adultos, provoca anemia, irritabilidad, insomnio, pérdida de memoria, disminución de las defensas, mala absorción de los nutrimentos debido a un desgaste del intestino. Está relacionada, en el caso de dietas inadecuadas, con malformaciones en los fetos, dada la mayor necesidad de ácido fólico durante la formación del feto. PRINCIPALES FUENTES DE ÁCIDO FÓLICO Vegetales Verdes Yema de Huevo Champiñones Legumbres Naranjas Cereales Hígado Nueces

Estructura del Ácido Fólico:

ALIMENTACIÓN BALANCEADA Todas las vitaminas tienen funciones muy específicas sobre el organismo y deben estar contenidas en la alimentación diaria para evitar deficiencias. No hay alimento mágico que contenga todas las vitaminas, solo la combinación adecuada de los grupos de alimentos cubren los requerimientos. Sin embargo de no tener una alimentación que cubra todos los nutrimentos esenciales (proteínas, hidratos de carbono, grasas, vitaminas y minerales) para la vida, ninguna vitamina por si sola va a resolver el problema de la desnutrición, ni del crecimiento ni de las infecciones. Las vitaminas son igual de importantes que las proteínas, los minerales, los hidratos de carbono, las grasas y el agua. Todos estos nutrimentos juegan un papel muy importante para que funcione adecuadamente el organismo y deben estar presentes en la alimentación diaria para evitar deficiencias, desnutrición o deshidratación en el caso del agua. El ser humano por su naturaleza tiende a creer que si sucede algo en nuestro organismo es por falta de un elemento, y es tanta la promoción o elmercadeo de las vitaminas, que se llega a una solución fácil, al extremo de ir a la farmacia, tienda naturista o "especializada" en complementos alimenticios y tabletas de vitaminas y minerales más cercana a buscar el multivitamínico (medicamento) que contenga las vitaminas que según nuestro criterio nos hacen falta. Al tocar el tema de las vitaminas, lo más importante de todo es hablar de los alimentos que las contienen y de como podemos consumirlas en nuestra alimentación diaria. Erróneamente se cree que existen alimentos milagrosos o alimentos dañinos. Sin embargo, el problema son los excesos o las deficiencias en la alimentación. Una buena manera de aportar al organismo los elementos minerales que necesita es consumir diariamente un buenplato de ensalada y uno de fruta. Una buena manera puede ser también el tomar todos los días un jugo preparado en la licuadora, preferiblemente en ayunas, ya que la absorción de vitaminas es mejor cuando el estómago y el intestino están vacíos. No debemos pelar la fruta puesto que el mayor contenido de minerales se encuentra en la piel. Sí es conveniente lavarla bien para retirar los posibles restos de pesticidas. Otra buena medida es aprovechar el agua de cocer los alimentos para hacer caldos y sopas. Una persona sana solo va ha prevenir la deficiencias de vitaminas llevando a cabo una dieta equilibrada, por que es la única forma de consumir todas las vitaminas y minerales esenciales para la vida, así como las proteínas para crecer y reconstitución de órganos y tejidos, y los hidratos de carbono y lípidos para tener mucha energía. Y para llevar a cabo esa alimentación equilibrada debemos incluir dentro de la dieta diaria alimentos de los diferentes grupos (cereales, leguminosas, productos de origen animal, frutas, verduras y en pequeñas cantidades grasas y azúcares).

El consumo de tabaco, alcohol o drogas en general provoca un mayor gasto de algunas vitaminas, por lo que en estos casos puede ser necesario un aporte suplementario. Debemos tener en cuenta que la mayor parte de las vitaminas sintéticas no pueden sustituir a las orgánicas, es decir, a las contenidas en los alimentos o extraídas de productos naturales (levaduras, germen de trigo, etc.). Aunque las moléculas de las vitaminas de síntesis tengan los mismos elementos estructurales que las orgánicas, en muchos casos no tienen la misma configuración espacial, por lo que cambian sus propiedades. Si en nuestra dieta no faltan alimentos integrales y productos frescos y crudos, preferiblemente de cultivo biológico, es realmente difícil que lleguemos a padecer un estado carencial de alguna vitamina. En algunas circunstancias o etapas de la vida, las necesidades de algunas vitaminas aumentan. Recomendaciones para casos especiales: Dietas para adelgazar: Controlar el aporte de vitamina B2 y ácido fólico. Embarazo: Aumentan las necesidades de vitaminas B1, B2, B6 y ácido fólico. Lactancia: Prestar especial atención a un aporte suficiente de vitamina A, B6, D, C y ácido fólico. Bebés y lactantes : Prestar atención a que la madre no sufra ninguna carencia vitamínica. Si se vive en una zona poco soleada se debe cuidar que el bebé tenga un aporte suficiente de vitamina D. Niños: Es importante que no falten las vitaminas A, C, D, B1, B2 y ácido fólico. Vejez: La mayor parte de los ancianos siguen dietas monótonas y de escasa riqueza vitamínica. Puede ser conveniente un aporte suplementario de vitaminas A, B1, C, ácido fólico y D (si además salen poco y no les da mucho el sol). Entre los factores que neutralizan o destruyen ciertas vitaminas están: Las bebidas alcohólicas: ya que el alcohol aporta calorías sin contenido vitamínico disminuye el apetito y se producen carencias, especialmente de vitaminas B1, B2, B3, B6, y ácido fólico. El tabaco: ya que la vitamina C interviene en los procesos de desintoxicación reaccionando con los tóxicos del tabaco, se recomienda un aporte superior al recomendado (a veces incluso el doble o el triple). Drogas: Puesto que son tóxicos para el organismo se deberá incrementar el aporte de vitamina C. Debido a que en muchos casos también disminuye el apetito, deben aportarse suplementos de vitaminas del grupo B y ácido fólico. Situaciones estresantes: Bajo tensión emocional o psíquica, las glándulas suprarrenales segregan una mayor cantidad de adrenalina, que consume una gran cantidad de vitamina C. También se necesitan mayores cantidades de vitamina E y de las del grupo B. Azúcar o alimentos azucarados: El azúcar blanca no aporta ninguna vitamina a nuestro organismo. Por el contrario, requiere de un aporte de vitaminas y minerales de nuestras propias reservas para metabolizarse (sobre todo B1).

Medicamentos: Los estrógenos (anticonceptivos femeninos) repercuten negativamente en la disponibilidad de la mayoría de las vitaminas. Los antibióticos y los laxantes destruyen la flora intestinal, por lo que se puede sufrir déficit de vitaminas K, H o B12. Dosis requeridas en una dieta equilibrada: Grasas 22% Proteínas 18% Carbohidratos 60% Necesidades nutricionales diarias: Tres cuartos de litro de leche o tres raciones de derivados lácteos Dos raciones de fruta, siendo una de ellas un cítrico Una ración de verdura Tres o cuatro raciones de cereales y derivados (pan, pasta, arroz y maíz) Beber alrededor de dos litros de agua de 6 a 8 raciones de verduras de 1 a 2 raciones de legumbres de 1 a 2 raciones de pastas y arroces de 1 a 4 huevos a la semana de 2 a 3 raciones de carne de ave (pollo, pavo...) 2 raciones de carne de 5 a 7 raciones de pescado Dieta elaborada para una semana: Lunes: Desayuno: Una taza de leche con café o cacao. 4 galletas, una pieza de fruta y un zumo de naranja. Almuerzo: Garbanzos guisados, huevos con tomates y una pieza de fruta. Comida: berenjenas, boquerones al horno y una ensalada de frutas. Martes: Desayuno: un yogurt con cereales y una ración de fruta. Almuerzo: ensalada, gallo a la plancha y macedonia. Comida : Setas a la casera, pollo al orégano y fruta. Miércoles: Desayuno: una taza de leche, tostadas y fruta. Almuerzo: lentejas, jamón y fruta. Comida: sopa de champiñones, ensalada de maíz y un yogurt. Jueves: Desayuno: taza de leche con cereales, zumo de naranja. Almuerzo: judías verdes con tomate, filete a la plancha y fruta.

Comida: sopa de pollo, croquetas y cuajada con poca miel. Viernes: Desayuno: leche con cacao, pan tostado con aceite de oliva y zumo. Almuerzo: spaghetti a la boloñesa, y macedonia. Comida: ensalada al gusto, pescado al horno y yogurt. Sábado: Desayuno: café con leche, galletas y fruta. Almuerzo: ensalada, paella y mus de melocotón. Comida: sopa de verduras, tortilla sa y postre a elegir. Domingo: Desayuno: café con churros y zumo. Almuerzo: sopa, filete a la plancha y fruta. Comida: acelgas rehogadas, croquetas y kiwi. Dosis diarias recomendadas para algunas vitaminas: A: 800-1000 µg D: 5-10 µg E: de 8 a 10 mg. K: Mujeres y hombres: 65 mcg. C: Mujeres y hombres: 60 mg. B1: 1100-1500 µg B2: 1300-1800 µg. B3: 15-20 mg. B5: entre los 50 y los 500 mg. B6: Mujeres: 1,6 mg. Hombres: 2 mg. B12: 2 µg para el adulto. H: de 150 a 300 gr. Ácido Fólico: Mujeres: 180 mcg. Hombres: 200 mcg. Niacina: Mujeres: 15 mg. Hombres: 19 mg. Inositol: entre los 50 y los 500 mg. al día. Colina: entre los 100 y los 500 mg. Aplicación Industrial de Las Vitaminas La industria vitamínica avanza con gran rapidez debido a los descubrimientos médicos sobre la importancia de las vitaminas, incluso algunos se atreven a decir que serán los suplementos vitamínicos el arma principal de la medicina para mantener una salud óptima y prevenir enfermedades crónicas. Debido a esto ha venido dándose

una " fiebre vitamínica", a pesar de que muchas investigaciones pueden demorar décadas para demostrar las afirmaciones que se vienen haciendo. Una buena parte de esta fiebre surgió por las obsesivas campañas sobre cómo alimentarse para no perjudicar la salud y también por afirmaciones científicas sobre el potencial de ciertas vitaminas. El consumo de suplementos dietéticos ha aumentado considerablemente y con ellos la competencia industrial por producir mayores cantidades para cubrir la demanda. Las vitaminas liposolubles, consumidas en grandes cantidades son tóxicas. Mientras que las hidrosolubles son menos riesgosas ya que se eliminan constantemente por medio de la orina; esto ha permitido que su producción industrial se maneje con facilidad. Antes los médicos recomendaban solo una dieta balanceada para no tener deficiencias vitamínicas, ahora también recomiendan tomar dosis diarias de vitaminas farmacéuticas para evitar deficiencias agudas, combatir la pérdida de la masa ósea y hasta el cáncer. Los elementos principales de la fiebre vitamínica vienen siendo principalmente los antioxidantes: vitamina C, E y los Beta Carotenos. Sólo en el mercado estadounidense, desde el año 1988, los Beta Carotenos han aumentado la venta de siete millones a 82 millones de dólares anualmente, y la vitamina E ha saltado de 260 millones de dólares a 338 millones. El éxito de los antioxidantes se debe a su efecto sobre los Radicales Libres capaz de provocar una reacción en cadena y destruir células al desgastar sus membranas y afectar su material genético. Los químicos que estudian este proceso sostienen la hipótesis de que las vitaminas E y C y los Beta Carotenos pueden neutralizar los radicales libres amarrando sus electrones libres. De probarse científicamente que los antioxidantes tienen capacidad para neutralizar los radicales libres surgiría una posibilidad real para reducir la mortalidad por cáncer. Si las esperanzas puestas en las vitaminas se llegasen a comprobar, la ciencia médica tendría una nueva revolución en la que no necesita inventar lasarmas porque cualquier farmacia de esquina está armada hasta los dientes de estos productos. Aun sin comprobar algunas hipótesis, ya hay consumidores adictos a tales suplementos vitamínicos. Esto ha provocado que las autoridades sanitarias, internacionalmente, hayan comenzado a preocuparse por sobre cómo controlar la certeza de la calidad de esta industria multimillonaria. Las vitaminas farmacéuticas, al ser consideradas como complemento alimenticio de comidas, no se someten a los controles de seguridad que se les exige a otros productos médicos. Investigaciones realizadas por asociaciones de consumidores en algunos países revelan que no siempre los suplementos vitamínicos cumplen con la pureza y cualidades anunciadas por el fabricante y hasta incluso pueden variar de píldora a píldora en un mismo frasco. Algunos doctores consideran una exageración tan alto consumo de suplementos vitamínicos, opinan que basta con la dieta balanceada y con el aumento en el consumo de algunas vitaminas solo en situaciones necesarias como embarazo e infancia.

Los ciudadanos de Inglaterra, Estados Unidos y Japón, principalmente, prefieren comprar en los supermercados, junto a las lechugas y los huevos, inmensos botes con todo tipo de vitaminas. Quizás la mayor parte de estas personas no están totalmente convencidas de los beneficios de los suplementos vitamínicos, pero por si acaso siguen tragando píldoras para ver si así le ganan un día más a la muerte. Los fabricantes de carbohidratos enriquecen con vitamina productos como leche, arroz, harina y muchos otros elementos que se consumen en la canasta familiar; haciendo más rentable el comercio de alimentos. Últimamente se ha podido observar los comerciales mostrando productos como pañales, cosméticos y cremas que en su composición incluyen vitaminas. Es una industria que cada día progresa un poco más a medida que se hacen descubrimientos científicos sobre estas pequeñas pero importantes sustancias: las Vitaminas. CONCLUSIONES Las vitaminas son parte esencial de nuestro desarrollo, participan en el metabolismo de muchas sustancias ayudando a liberar energía necesaria para las actividades que el cuerpo necesita llevar a cabo. Una adecuada alimentación es la fuente perfecta de vitaminas, minerales y demás elementos necesarios para un buen desarrollo. Todas las vitaminas son importantes ya que cada una de ellas desempeña papeles diferentes, una sola vitamina no puede sustituir a las demás ya que no poseen propiedades iguales. La carencia de vitaminas puede conducirnos a contraer graves enfermedades que evitaríamos con una balanceada alimentación, cuidándonos de no consumir unas en exceso y otras en poca o nula cantidad. La millonaria industria vitamínica crece a medida que se dan más descubrimientos científicos. La demanda de suplementos vitamínicos conduce a tener grandes reservas de éste. Debe hacerse un control sanitario más estricto a las vitaminas de farmacia para corroborar su calidad y que si se cumplan las expectativas brindadas por el fabricante

HORMONA

Representación 3D de un hexámero de insulina humana Las hormonas son sustancias segregadas por células especializadas, localizadas en glándulas de secreción interna o glándulas endócrinas (carentes de conductos), o también por células epiteliales e intersticiales con el fin de afectar la función de otras células. Hay hormonas animales y hormonas vegetales como las auxinas, ácido abscísico, citoquinina, giberelina y el etileno. Son transportadas por vía sanguínea o por el espacio intersticial, solas (biodisponibles) o asociadas a ciertas proteínas (que extienden su vida media al protegerlas de la degradación) y hacen su efecto en determinados órganos o tejidos diana (o blanco) a distancia de donde sesintetizaron, sobre la misma célula que la sintetiza (acción autócrina) o sobre células contiguas (acción parácrina) interviniendo en lacomunicación celular. Existen hormonas naturales y hormonas sintéticas. Unas y otras se emplean como medicamentos en ciertos trastornos, por lo general, aunque no únicamente, cuando es necesario compensar su falta o aumentar sus niveles si son menores de lo normal. Las hormonas pertenecen al grupo de los mensajeros químicos, que incluye también a los neurotransmisores. A veces es difícil clasificar a un mensajero químico como hormona o neurotransmisor. Todos los organismos multicelulares producen hormonas, incluyendo las plantas(fitohormona). Las hormonas más estudiadas en animales (y humanos) son las producidas por las glándulas endocrinas, pero también son producidas por casi todos los órganos humanos y animales. La especialidad médica que se encarga del estudio de las enfermedades relacionadas con las hormonas es la endocrinología.

Historia El concepto de secreción interna apareció en el siglo XIX, cuando Claude Bernard lo describió en 1855, pero no especificó la posibilidad de que existieran mensajeros que transmitieran señales desde un órgano a otro. El término hormona fue acuñado en 1905, a partir del verbo griego ὁρμἀω (poner en movimiento, estimular), aunque ya antes se habían descubierto dos funciones hormonales. La primera fundamentalmente del hígado, descubierta por Claude Bernard en 1851. La segunda fue la función de la médula suprarrenal, descubierta por Vulpian en 1856. La primera hormona que se descubrió fue la adrenalina, descrita por el japonés Takamine en 1901. Posteriormente el estadounidense Kendall aisló la tiroxina en 1914 .

Fisiología Cada célula es capaz de producir una gran cantidad de moléculas reguladoras.las glándulas endócrinas y sus productos hormonales están especializados en la regulación general del organismo así como también en la autorregulación de un órgano o tejido. El método que utiliza el organismo para regular la concentración de hormonas es balance entre la retroalimentación positiva y negativa, fundamentado en la regulación de su producción, metabolismo y excreción. Las hormonas pueden ser estimuladas o inhibidas por: 

Otras hormonas.



Concentración plasmática de iones o nutrientes.



Neuronas y actividad mental.



Cambios ambientales, por ejemplo luz, temperatura, presión atmosférica.

Un grupo especial de hormonas son las hormonas tróficas que actúan estimulando la producción de nuevas hormonas por parte de las glándulas endócrinas. Por ejemplo, la TSHproducida por la hipófisis estimula la liberación de hormonas tiroideas además de estimular el crecimiento de dicha glándula. Recientemente se han descubierto las hormonas del hambre:ghrelina, orexina y péptido Y y sus antagonistas como la leptina. Tipos de hormonas Según su naturaleza química, se reconocen dos grandes tipos de hormonas: 

Hormonas peptídicas. Son derivados de aminoácidos (como las hormonas tiroideas), o bien oligopéptidos (como la vasopresina) o polipéptidos (como

la hormona del crecimiento). En general, este tipo de hormonas no pueden atravesar la membrana plasmática de la célula diana, por lo cual los receptores para estas hormonas se hallan en la superficie celular. Las hormonas tiroideas son una excepción, ya que se unen a receptores específicos que se hallan en el núcleo. 

Hormonas lipídicas. Son esteroides (como la testosterona) o eicosanoides (como las prostaglandinas). Dado su carácter lipófilo, atraviesan sin problemas la bicapa lipídica de las membranas celulares y sus receptores específicos se hallan en el interior de la célula diana.



Mecanismos de acción hormonal Las hormonas tienen la característica de actuar sobre las células diana, que deben disponer de una serie de receptores específicos. Hay dos tipos de receptores celulares: Receptores de membrana: los usan las hormonas peptídicas. Las hormonas peptídicas (1er mensajero) se fija a un receptor proteico que hay en la membrana de la célula, y estimula la actividad de otra proteína (unidad catalítica), que hace pasar el ATP (intracelular) a AMP (2º mensajero), que junto con el calcio intracelular, activa la enzima proteína quinasa (responsable de producir la fosforilación de las proteínas de la célula, que produce una acción biológica determinada). Esta es la teoría o hipótesis de 2º mensajero o de Sutherland. Receptores intracelulares: los usan las hormonas esteroideas. La hormona atraviesa la membrana de la célula diana por difusión. Una vez dentro del citoplasma, penetra incluso en el núcleo, donde se fija el DNA y hace que se sintetice ARNm, que induce a la síntesis de nuevas proteínas, que se traducirán en una respuesta fisiológica.

Principales hormonas humanas Hormonas peptídicas Son péptidos o derivados de aminoácidos; dado que la mayoría no atraviesan la membrana plasmática de las células diana, éstas disponen de receptores específicos para tales hormonas en su superficie.

Nombre

Abrevi aOrigen tura

Meca nismo de Tejido diana acció n

Efecto

Melatonina

Glándula pineal

Hipocampo, tall o Antioxidante e encefálico, retin el sueño. a,intestino, etc.

Serotonina

Sistema nervioso "5central, tracto HT" gastrointestinal

Tallo encefálico

5-HT

Tetrayodotironi T4 na

Triyodotironina T3

Adrenalina (o epinefrina)

EPI

Tiroides

Tiroides

Médula adrenal

induce

Controla el humor, el apetito y el sueño.

Direct o

La menos activa de las hormonas tiroideas; aumento del metabolismo basal y de la sensibilidad a las catecolaminas, afecta la síntesis de proteínas.

Direct o

La más potente de las hormonas tiroideas: aumento del metabolismo basal y de la sensibilidad a las catecolaminas, afecta la síntesis de proteínas. Corazón, vasos sanguíneos,híga do, tejido adiposo, ojo,ap

Respuesta de lucha o huida: aumento del ritmo cardíaco y del volumen sistólico,vasodilatación,

arato digestivo

Noradrenalina (o norepinefrina NRE )

Dopamina

Hormona antimulleriana

Adiponectina

aumento del catabolismo del glucó geno en el hígado, de la lipólisis en losadipocitos; todo ello incrementa el suministro de oxígeno y glucosa al ce rebro y músculo; dilatación de las pupilas; supresión de procesos no vitales (como la digestión y del sistema inmunitario). Respuesta de lucha o huida: como la adrenalina.

Médula adrenal

DPM,P Riñón, hipotálamo IH oD (neuronas delnúcl A eo infundibular)

Aumento del ritmo cardíaco y de la presión arterial inhibe la liberación de prolactina y hormona liberadora de tirotropina.

Testículos (células de Sértoli)

Inhibe el desarrollo de Testículo (tubos los tubos de Müller en de Müller) el embrión masculino.

AMH

Aumenta la sensibilidad a Hígado, múscul la insulina por lo que o regula el metabolismo de esquelético, teji la glucosa y losácidos do adiposo grasos.

Acrp3 Tejido adiposo 0

Estimula la producción Hormona de corticosteroides (gluco adrenocorticotr ACTH Hipófisis anterior AMPc Corteza adrenal corticoides y andrógenos) ópica . Angiotensinóge AGT

Hígado

IP3

Vasos

Vasoconstricción,

no yangiotensin a

sanguíneos,cort liberación eza adrenal de aldosterona.

Hormona antidiurética ADH (o vasopresina)

Hipotálamo (se Retención de agua en acumula en el riñón, vasoconstricción Riñón, vasos lahipófisis variab moderada; liberación sanguíneos,hipó posterior para su le de Hormona fisis anterior posterior adrenocorticotrópica de liberación) la hipófisis anterior.

Péptido natriurético ANP auricular (o atriopeptina)

Corazón (células musculares de la GMPc Riñón aurícula derecha)

Calcitonina

CT

Colecistoquinin CCK a

Hormona liberadora de CRH corticotropina

Eritropoyetina

Hormona estimuladora del folículo

EPO

FSH

Tiroides

Duodeno

Hipotálamo

Riñón

Regula el balance de agua y electrolitos, reduce la presión sanguínea.

Construcción del hueso, reducción del nivel 2+ de Ca sanguíneo, Intestino, riñón, AMPc incrementa el hueso almacenamiento de 2+ Ca en los huesos y su reabsorción en el riñón. Producción de enzimas Páncreas,vesícul digestivas (páncreas) y a biliar de bilis (vesícula biliar); supresión del apetito. Hipófisis AMPc anterior

Estimula la secreción de hormona adrenocorticotrópica.

Células Estimula la producción madre de de eritrocitos. la médula ósea

Mujer: estimula la maduración del folículo Hipófisis anterior AMPc Ovario, testículo de Graaf del ovario. Hombre:

estimula

la espermatogénesis y la producción de proteínas del semen p or lascélulas de Sértolis de los testículos.

Gastrina

GRP

Ghrelina

Glucagón

GCG

Estómago (células parietales),duode no

Estómago(célul Secreción as parietales) gástrico.

Estómago

Hipófisis anterior

Páncreas (células AMPc Hígado alfa)

Hormona liberadora de GnRH Hipotálamo gonadotropina

Somatocrinina

GHRH Hipotálamo

Gonadotropina coriónica hCG humana

Lactógeno placentario humano

HPL

de ácido

Estimula el apetito y la secreción de hormona del crecimiento. Glucogenólisis y gluconeo génesis, lo que incrementa el nivel de glucosa en sangre.

IP3

Hipófisis anterior

Estimula la liberación de Hormona estimuladora del folículo y de hormona luteinizante.

IP3

Hipófisis anterior

Estimula la de hormona crecimiento.

liberación del

Placenta (células delsincitiotrofobla AMPc sto)

Mantenimiento del cuerpo lúteo en el comienzo del embarazo; inhibe la respuesta inmunitaria contra el embrión.

Placenta

Estimula la producción de insulina y IGF-1, aumenta la resistencia a la insulina y la intolerancia a

los carbohidratos. Estimula el crecimiento y la mitosis celular, y la Hueso, músculo liberación de Factor de ,hígado crecimiento de tipo insulina tipo I.

Hormona del crecimiento GH oh Hipófisis anterior (o somatotropin GH a) Testículo (células de Sértoli),ovario (cél ulas granulosas), feto(t rofoblasto)

Inhibina

Insulina

INS

Factor de crecimiento de tipo insulina IGF (o somatomedin a)

Leptina

Hormona luteinizante

Hipófisis anterior

Tirosi Páncreas (células na tejidos beta) kinas a

Hígado

Tirosi na kinas a

Inhibe la producción de hormona estimuladora del folículo.

Estimula la entrada de glucosa desde la sangre a las células, la glucogenogénesis y laglucólisis en hígado y m úsculo; estimula la entrada de lípidos y la síntesis de triglicéridos en los adipocitos y otros efectos anabólicos. Efectos análogos a la insulina; regula el crecimiento celular y el desarrollo. Disminución del apetito y aumento del metabolismo.

LEP

Tejido adiposo

LH

Estimula la ovulación; estimula la producción Hipófisis anterior AMPc Ovario, testículo de testosterona por las células de Leydig.

Hormona MSH o Hipófisis estimuladora αanterior/pars de los MSH intermedia melanocitos

Orexina

Oxitocina

Parathormona

OXT

Hipófisis posterior IP3

Paratiroides

Prolactina

PRL

Hipófisis anterior, útero

Relaxina

RLN

Útero

SCT

Duodeno (células S)

Melanogénesis (oscureci miento de la piel).

Aumenta el gasto de energía y el apetito.

Hipotálamo

PTH

Secretina

AMPc Melanocitos

Estimula la secreción de leche; contracción del cérvix y la vagina; involucrada en Mama, útero,va el orgasmo y en la gina confianza entre la 1 gente; y los ritmos circadianos (temp eratura corporal, nivel de actividad, vigilia).2 Aumenta el Ca2+ sanguíneo e, indirectamente, estimula los osteoclastos; estimula la reabsorción de Ca2+ en el riñón; activa la vitamina D.

AMPc

Producción Mama, sistema leche; placer tras nervioso central relación sexual.

de la

Función poco clara en humanos. Hígado,páncrea s, duodeno (células de Brunner)

Estimula la secreción de bicarbonato; realza los efectos de la colecistoquinina; detiene la producción

de jugos gástricos.

SRIF

Hipotálamo (célul asneuroendocrina s del núcleo periventricular), is lotes de Langerhans (célul as delta),aparato gastrointestinal

Numerosos efectos: inhibe la liberación de hormona del crecimiento y hormona liberadora de tirotropina; suprime la liberación Hipófisis de gastrina, colecistoquin anterior,aparat ina, secretina, y otras o muchas hormonas gastrointestinal, gastrointestinales; reduce músculo las contracciones liso,páncreas del músculo liso intestinal;3 inhibe la liberación de insulina y glucagón; suprime la secreción exocrina del pá ncreas.

Trombopoyetin TPO a

Hígado, riñón, mú sculo estriado

Megacariocitos

Somatostatina

Tirotropina

Hormona liberadora tirotropina

TSH

de TRH

Factor liberador PRF de prolactina

Lipotropina

PRH

Producción de plaquetas.4

Hipófisis anterior AMPc Tiroides

Estimula la secreción de tiroxina y triyodotironi na.

Hipotálamo (neur onas neurosecretoras IP3 del núcleo paraventricular)

Hipófisis anterior

Estimula la liberación de tirotropina y de prolactina.

Hipotálamo

Hipófisis anterior

Estimula la liberación de prolactina.

Hipófisis anterior

Estimula la lipólisis y la Tejido síntesis de esteroides; adiposo,melano estimula la producción citos de melanina.

Corazón (células del miocardio)

Reducción de la presión sanguínea por reducción de la resistencia vascular de la circulación sistémica, de la cantidad de agua, sodio y grasas en la sangre.

Neuropéptido Y NPY

Estómago

Aumento de la ingestión de alimentos y disminución de la actividad física.

Histamina

Estómago (células ECL)

Estimula la secreción de ácidos gástricos.

Endotelina

Estómago (células X)

Músculo liso del Contracción del músculo estómago liso del estómago.5

Polipéptido pancreático

Páncreas (células PP)

Desconocido.

Renina

Riñón (células juxtaglomerulares )

Activa el sistema reninaangiotensina por la producción de la angiotensina I delangiotensinógeno.

Encefalina

Riñón (células cromafines)

Regula el dolor.

Péptido natriurético cerebral

BNP

Hormonas lipídicas Su naturaleza lipófila les permite atravesar la bicapa lipídica de las membranas celulares; sus receptores específicos se localizan en el citosol o en el núcleo de las células diana. Esteroides Nombre

Abre Origen via-

Mecan Teji Efecto ismo do

tura

Cortisol

Aldosterona

Testosterona

de dia acción na

Glándulas suprarrenales (cé lulas Directo fasciculadas yreti culares)

Estimula la gluconeogénesis; inhibe la captación de glucosa en el músculo y en el tejido adiposo; moviliza losaminoácidos de los tejidos extrahepáticos; estimula la lipólisis en el tejido adiposo; efectos antiinflamatorios einmunodep resivos.

Corteza adrenal(células glomerulares)

Directo

Estimula la reabsorción de sodio y la secreción de potasio y iones hidrógeno en el riñón, lo que hace aumentar el volumen sanguíneo.

Testículo (células Directo de Leydig)

Crecimiento, aumento de la masa muscular y de la densidad ósea; maduración de los testículos, formación delescroto, crecimiento del vello púbico y axilar, modificación del aparato vocal (la voz se hace más grave).

Testículo (células de Leydig), ovario (c Dehidroepiand DHE élulas de la Directo rosterona A teca), riñón (zona fasciculada zona reticular) Androstenedio na

Glándulas adrenales,gónad Directo as

Dihidrotestost DHT Múltiple erona

Directo

Similar a la testosterona.

Substrato para los estrógenos.

Controla el incremento del pelo en el cuerpo y la cara, influye sobre la

secreción de las glándulas sebáceas (causa acné), produce pérdida de cabello, HPB y cáncer de la próstata. Crecimiento;

Estradiol (17βE2 estradiol)

Ovario (folículo de Graaf, cuerpo Directo lúteo),testículo (c élulas de Sértoli)

promueve

la

diferenciación de los caracteres sexuales secundarios femeninos; estimula diversos factores de coagulación; incrementa la retención de agua y sodio. Refuerza los cánceres de mama sensibles a hormonas6 (la supresión de la producción de estrógenos es un tratamiento para dichos cánceres). En los hombres, previene la apoptosis de las células germinales;7 retroinhibidor negativo de la síntesis detestosterona en las células de Leydig.8

Estrona

Progesterona

Ovario (células granulosas),adip Directo ocitos

Actúa en el desarrollo de los caracteres sexuales y órganos reproductores femeninos, realiza el mantenimiento del control electrolítico y aumenta el anabolismo de proteínas.

Ovario (cuerpo lúteo),glándulas adrenales,placen Directo ta (durante elembarazo)

Mantiene el embarazo:9 convierte el endometrio en órgano secretor, hace al moco cervical permeable alesperma, inhibe la respuesta inmunitaria contra el embrión, disminuye la la coagulación sanguínea: incrementan la formación y la agregación plaquetarias, vasoconstricc ión; broncoconstricción.

Farmacología Una gran cantidad de hormonas son usadas como medicamentos. Las más comúnmente usadas son estradiol y progesterona en las píldoras anticonceptivas y en la terapia de reemplazo hormonal, la tiroxina en forma de levotiroxina en el tratamiento para el hipotiroidismo, los corticoides para enfermedades autoinmunes, trastornos respiratorios severos y ciertos cuadros alérgicos. La insulina es usada por muchos diabéticos. Preparaciones locales usadas en otorrinolaringología frecuentemente contienen equivalentes a la adrenalina. Los esteroides y lavitamina D son componentes de ciertas cremas que se utilizan en dermatología.

Feromonas Las feromonas son sustancias químicas secretadas por un individuo con el fin de provocar un comportamiento determinado en otro individuo de la misma u otra especie. Son por tanto un medio de señales cuyas principales ventajas son el gran alcance y la evitación de obstáculos, puesto que son arrastradas por el aire. Viene del griego y significa "llevo excitación". Algunas mariposas como la Saturnia pyri son capaces de detectar el olor de la hembra a 20,00 Km. de distancia.

PROTEÍNAS

Estructura tridimensional de la hemoglobina. La animación corresponde a la transición conformacional entre las formas oxigenada y desoxigenada. Las proteínas son macromoléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos. El nombre proteína proviene de la palabragriega πρώτα ("prota"), que significa "lo primero" o del dios Proteo, por la cantidad de formas que pueden tomar. Las proteínas desempeñan un papel fundamental para la vida y son las biomoléculas más versátiles y más diversas. Son imprescindibles para el crecimiento del organismo. Realizan una enorme cantidad de funciones diferentes, entre las que destacan: 

Estructural (colágeno y queratina)



Reguladora (insulina y hormona del crecimiento),



Transportadora (hemoglobina),



Defensiva (anticuerpos),



enzimática (sacarasa y pepsina),



Contráctil (actina y miosina).

Las proteínas están formadas por aminoácidos. Las proteínas de todo ser vivo están determinadas mayoritariamente por su genética (con excepción de algunos péptidos antimicrobianos de síntesis no ribosomal), es decir, la información genéticadetermina en gran medida qué proteínas tiene una célula, un tejido y un organismo. Las proteínas se sintetizan dependiendo de cómo se encuentren regulados los genes que las codifican. Por lo tanto, son susceptibles a señales o factores externos. El

conjunto de las proteínas expresadas en una circunstancia determinada es denominado proteoma.

Características Los prótidos o proteínas son biopolímeros, es decir, están constituidas por gran número de unidades estructurales simples repetitivas (monómeros). Debido a su gran tamaño, cuando estas moléculas se dispersan en un disolvente adecuado, forman siempre dispersiones coloidales, con características que las diferencian de las disoluciones de moléculas más pequeñas. Por hidrólisis, las moléculas de proteína se escinden en numerosos compuestos relativamente simples, de masa molecular pequeña, que son las unidades fundamentales constituyentes de la macromolécula. Estas unidades son los aminoácidos, de los cuales existen veinte especies diferentes y que se unen entre sí mediante enlaces peptídicos. Cientos y miles de estosaminoácidos pueden participar en la formación de la gran molécula polimérica de una proteína. Todas las proteínas tienen carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno y casi todas poseen también azufre. Si bien hay ligeras variaciones en diferentes proteínas, el contenido de nitrógenorepresenta, por término medio, 16% de la masa total de la molécula; es decir, cada 6,25 g de proteína contienen 1 g de N. El factor 6,25 se utiliza para estimar la cantidad de proteína existente en una muestra a partir de la medición de N de la misma. La síntesis proteica es un proceso complejo cumplido por las células según las directrices de la información suministrada por los genes. Las proteínas son largas cadenas de aminoácidos unidas por enlaces peptídicos entre el grupo carboxilo (-COOH) y el grupo amino (-NH2) de residuos de aminoácido adyacentes. La secuencia de aminoácidos en una proteína está codificada en su gen (una porción de ADN) mediante el código genético. Aunque este código genético especifica los 20 aminoácidos "estándar" más la selenocisteína y —en ciertos Archaea— la pirrolisina, los residuos en una proteína sufren a veces modificaciones químicas en la modificación postraduccional: antes de que la proteína sea funcional en la célula, o como parte de mecanismos de control. Las proteínas también pueden trabajar juntas para cumplir una función particular, a menudo asociándose para formar complejos proteicos estables.

Funciones Las proteínas ocupan un lugar de máxima importancia entre las moléculas constituyentes de los seres vivos (biomoléculas). Prácticamente todos los procesos biológicos dependen de la presencia o la actividad de este tipo de moléculas. Bastan algunos ejemplos para dar idea de la variedad y trascendencia de las funciones que desempeñan. Son proteínas: 

Casi todas las enzimas, catalizadores de reacciones químicas en organismos vivientes;



Muchas hormonas, reguladores de actividades celulares;



La hemoglobina y otras moléculas con funciones de transporte en la sangre;



Los anticuerpos, encargados de acciones de defensa natural contra infecciones o agentes extraños;



Los receptores de las células, a los cuales se fijan moléculas capaces de desencadenar una respuesta determinada;



La actina y la miosina, responsables finales del acortamiento del músculo durante la contracción;



El colágeno, integrante de fibras altamente resistentes en tejidos de sostén.

Estructura

Es la manera como se organiza una proteína para adquirir cierta forma. Presentan una disposición característica en condiciones fisiológicas, pero si se cambian estas condiciones como temperatura, pH, etc. pierde la conformación y su función, proceso denominado desnaturalización. La función depende de la conformación y ésta viene determinada por lasecuencia de aminoácidos. Para el estudio de la estructura es frecuente considerar una división en cuatro niveles de organización, aunque el cuarto no siempre está presente. Conformaciones o niveles estructurales de la disposición tridimensional: 

Estructura primaria.



Estructura secundaria. 

Nivel de dominio.



Estructura terciaria.



Estructura cuaternaria.

A partir del nivel de dominio sólo las hay globulares. Propiedades de las proteínas 

Solubilidad: Se mantiene siempre y cuando los enlaces fuertes y débiles estén presentes. Si se aumenta latemperatura y el pH, se pierde la solubilidad.



Capacidad electrolítica: Se determina a través de la electroforesis, técnica analítica en la cual si las proteínas se trasladan al polo positivo es porque su molécula tiene carga negativa y viceversa.



Especificidad: Cada proteína tiene una función específica que está determinada por su estructura primaria.



Amortiguador

de

pH (conocido

como efecto

tampón):

Actúan

como

amortiguadores de pH debido a su carácter anfótero, es decir, pueden comportarse como ácidos (aceptando electrones) o como bases (donando electrones).

Desnaturalización Si en una disolución de proteínas se producen cambios de pH, alteraciones en la concentración, agitación molecular o variaciones bruscas de temperatura, la solubilidad de las proteínas puede verse reducida hasta el punto de producirse su precipitación. Esto se debe a que los enlaces que mantienen la conformación

globular se rompen y la proteína adopta laconformación filamentosa. De este modo, la capa de moléculas de agua no recubre completamente a las moléculas proteicas, las cuales tienden a unirse entre sí dando lugar a grandes partículas que precipitan. Además, sus propiedades biocatalizadores desaparecen al alterarse el centro activo. Las proteínas que se hallan en ese estado no pueden llevar a cabo la actividad para la que fueron diseñadas, en resumen, no son funcionales. Esta variación de la conformación se denomina desnaturalización. La desnaturalización no afecta a los enlaces peptídicos: al volver a las condiciones normales, puede darse el caso de que la proteína recupere la conformación primitiva, lo que se denomina renaturalización. Ejemplos de desnaturalización son la leche cortada como consecuencia de la desnaturalización de la caseína, la precipitación de la clara de huevo al desnaturalizarse la ovoalbúmina por efecto del calor o la fijación de un peinado del cabello por efecto de calor sobre las queratinas del pelo.

Reacciones de reconocimiento 

Reacción de Biuret

El reactivo de Biuret está formado por una disolución de sulfato de cobre en medio alcalino, este reconoce el enlace peptídico de las proteínas mediante la formación de un complejo de coordinación entre los iones Cu 2+ y los pares de electrones no compartidos del nitrógeno que forma parte de los enlaces peptídicos, lo que produce una coloración rojo-violeta. 

Reacción de los aminoácidos Azufrados

Se pone de manifiesto por la formación de un precipitado negruzco de sulfuro de plomo. Se basa esta reacción en la separación mediante un álcali, del azufre de los aminoácidos, el cual al reaccionar con una solución de acetato de plomo, forma el sulfuro de plomo. 

Reacción de Millon

Reconoce residuos fenólicos, o sea aquellas proteínas que contengan tirosina. Las proteínas se precipitan por acción de los ácidos inorgánicos fuertes del reactivo, dando un precipitado blanco que se vuelve gradualmente rojo al calentar.



Reacción xantoproteica

Reconoce grupos aromáticos, o sea aquellas proteínas que contengan tirosina o fenilalanina, con las cuales el ácido nítrico forma compuestos nitrados amarillos.

Determinación de la estabilidad proteica La estabilidad de una proteína es una medida de la energía que diferencia al estado nativo de otros estados "no nativos" o desnaturalizados. Hablaremos de estabilidad termodinámicacuando podamos hacer la diferencia de energía entre el estado nativo y el desnaturalizado, para lo cual se requiere reversibilidad en el proceso de desnaturalización. Y hablaremos de estabilidad cinética cuando, dado que la proteína desnaturaliza irreversiblemente, sólo podemos diferenciar energéticamente la proteína nativa del estado de transición (el estado limitante en el proceso de desnaturalización) que da lugar al estado final. En el caso de las proteínas reversibles, también se puede hablar de estabilidad cinética, puesto que el proceso de desnaturalización también presenta un estado limitante. Actualmente se ha demostrado que algunas proteínas reversibles pueden carecer de dicho estado limitante, si bien es un tema aún controvertido en la bibliografía científica. La determinación de la estabilidad proteica puede realizarse con diversas técnicas. La única de ellas que mide directamente los parámetros energéticos es la calorimetría (normalmente en la modalidad de calorimetría diferencial de barrido). En esta se mide la cantidad de calor que absorbe una disolución de proteína cuando es calentada, de modo que al aumentar la temperatura se produce una transición entre el estado nativo y el estado desnaturalizado que lleva asociada la absorción de una gran cantidad de calor. El resto de técnicas miden propiedades de las proteínas que son distintas en el estado nativo y en el estado desplegado. Entre ellas se podrían citar la fluorescencia de triptófanos ytirosinas, el dicroísmo circular, radio hidrodinámico, espectroscopia infrarroja, resonancia magnética nuclear, etc. Una vez hemos elegido la propiedad que vamos a medir para seguir la desnaturalización de la proteína, podemos distinguir dos modalidades: Aquellas que usan como agente desnaturalizante el incremento de temperatura y aquellas que hacen uso de agentes químicos (como urea, cloruro de guanidinio, tiocianato de guanidinio, alcoholes, etc.). Estas últimas relacionan la concentración del agente utilizado con la energía necesaria para la desnaturalización. Una de las últimas técnicas que han emergido en el estudio de las proteínas es la microscopía de fuerza atómica. Esta técnica es cualitativamente distinta de las demás, puesto que no trabaja con sistemas macroscópicos sino con

moléculas individuales. Mide la estabilidad de la proteína a través del trabajo necesario para desnaturalizarla cuando se aplica una fuerza por un extremo mientras se mantiene el otro extremo fijo a una superficie. La importancia del estudio de la estabilidad proteica está en sus implicaciones biomédicas y biotecnológicas. Así, enfermedades como el Alzheimer o el Parkinson están relacionadas con la formación de amiloides (polímeros de proteínas desnaturalizadas). El tratamiento eficaz de estas enfermedades podría encontrarse en el desarrollo de fármacos que desestabilizaran las formas amiloidogénicas o bien que estabilizaran las formas nativas. Por otro lado, cada vez más proteínas van siendo utilizadas como fármacos. Resulta obvio que los fármacos deben presentar una estabilidad que les dé un alto tiempo de vida cuando están almacenados y un tiempo de vida limitado cuando están realizando su acción en el cuerpo humano. En cuanto a la importancia en las aplicaciones biotecnológicas radica en que pese a su extrema eficacia catalítica su baja estabilidad dificulta su uso (muchas proteínas de potencial interés apenas mantienen su configuración nativa y funcional por unas horas).

Clasificación Según su forma Fibrosas: presentan cadenas polipeptídicas largas y una estructura secundaria atípica. Son insolubles en agua y en disoluciones acuosas. Algunos ejemplos de éstas sonqueratina, colágeno y fibrina. Globulares: se caracterizan por doblar sus cadenas en una forma esférica apretada o compacta dejando grupos hidrófobos hacia adentro de la proteína y grupos hidrófilos hacia afuera, lo que hace que sean solubles en disolventes polares como el agua. La mayoría de las enzimas, anticuerpos, algunas hormonas y proteínas de transporte, son ejemplos de proteínas globulares. Mixtas: posee una parte fibrilar (comúnmente en el centro de la proteína) y otra parte globular (en los extremos). Según su composición química Simples: su hidrólisis sólo produce aminoácidos. Ejemplos de estas son la insulina y el colágeno (globulares y fibrosas). Conjugadas o heteroproteínas: su hidrólisis produce aminoácidos y otras sustancias no proteicas llamadas grupo prostético.

Fuentes de proteínas Las fuentes dietéticas de proteínas incluyen carne, huevos, soja, granos, legumbres y productos lácteos tales como queso o yogurt. Las fuentes animales de proteínas poseen los 20 aminoácidos. Las fuentes vegetales son deficientes en aminoácidos y se dice que sus proteínas son incompletas. Por ejemplo, la mayoría de las legumbres típicamente carecen de cuatro aminoácidos incluyendo el aminoácido esencial metionina, mientras los granos carecen de dos, tres o cuatro aminoácidos incluyendo el aminoácido esencial lisina. Sin embargo, para aquellas personas que tienen una dieta vegetariana, existe la opción de complementar la ingesta de proteínas de productos vegetales con diferentes tipos de aminoácidos para contrarrestar la falta de algún aminoácido componente. Calidad proteica Las diferentes proteínas tienen diferentes niveles de familia biológica para el cuerpo humano. Muchos alimentos han sido introducidos para medir la tasa de utilización y retención de proteínas en humanos. Éstos incluyen valor biológico, NPU (Net Protein Utilization) y PDCAAS (Protein Digestibility Corrected Amino Acids Score), la cual fue desarrollado por la FDA mejorando el PER (Protein Efficiency Ratio). Estos métodos examinan qué proteínas son más eficientemente usadas por el organismo. En general, éstos concluyeron que las proteínas animales que contienen todos los aminoácidos esenciales (leche, huevos, carne) y la proteína de soya son las más valiosas para el organismo. Deficiencia de proteínas Deficiencia de proteínas en el tercer mundo La deficiencia de proteína es una causa importante de enfermedad y muerte en el tercer mundo. La deficiencia de proteína juega una parte en la enfermedad conocida como kwashiorkor. La guerra, la hambruna, la sobrepoblación y otros factores incrementaron la tasa de malnutrición y deficiencia de proteínas. La deficiencia de proteína puede conducir a una inteligencia reducida o retardo mental. La malnutrición proteico calórica afecta a 500 millones de personas y más de 10 millones anualmente. En casos severos el número de células blancas disminuye, de la misma manera se ve reducida drásticamente la habilidad de los leucocitos de combatir una infección. Deficiencia de proteínas en países desarrollados La deficiencia de proteínas es rara en países desarrollados pero un pequeño número de personas tiene dificultad para obtener suficiente proteína debido a la pobreza. La deficiencia de proteína también puede ocurrir en países desarrollados en personas que están haciendo dieta para perder peso, o en adultos mayores quienes pueden tener una dieta pobre. Las

personas convalecientes, recuperándose de cirugía, trauma o enfermedades pueden tener déficit proteico si no incrementan su consumo para soportar el incremento en sus necesidades. Una deficiencia también puede ocurrir si la proteína consumida por una persona está incompleta y falla en proveer todos los aminoácidos esenciales. Exceso de consumo de proteínas Como el organismo es incapaz de almacenar las proteínas, el exceso de proteínas es digerido y convertido en azúcares o ácidos grasos. El hígado retira el nitrógeno de los aminoácidos, una manera de que éstos pueden ser consumidos como combustible, y el nitrógeno es incorporado en la urea, la sustancia que es excretada por los riñones. Estos órganos normalmente pueden lidiar con cualquier sobrecarga adicional pero si existe enfermedad renal, una disminución en la proteína frecuentemente será prescrita. El exceso en el consumo de proteínas también puede causar la pérdida de calcio corporal, lo cual puede conducir a pérdida de masa ósea a largo plazo. Sin embargo, varios suplementos proteicos vienen suplementados con diferentes cantidades de calcio por ración, de manera que pueden contrarrestar el efecto de la pérdida de calcio. Algunos sospechan que el consumo excesivo de proteínas está ligado a varios problemas: 

Hiperreactividad del sistema inmune.



Disfunción hepática debido a incremento de residuos tóxicos.



Pérdida de densidad ósea, la fragilidad de los huesos es debido a que el calcio y la glutamina son filtrados de los huesos y el tejido muscular para balancear el incremento en la ingesta de ácidos a partir de la dieta. Este efecto no esta presente si el consumo de minerales alcalinos (a partir de frutas y vegetales, los cereales son ácidos como las proteínas, las grasas son neutras) es alto. En tales casos, el consumo de proteínas es anabólico para el hueso. Muchos investigadores piensan que un consumo excesivo de proteínas produce un incremento forzado en la excreción del calcio. Si hay consumo excesivo de proteínas, se piensa que un consumo regular de calcio seré capaz de estabilizar, o inclusive incrementar la captación de calcio por el intestino delgado, lo cual sería más beneficioso a las mujeres mayores. Las proteínas son frecuentemente causa de alergias y reacciones alérgicas a ciertos alimentos. Esto ocurre porque la estructura de cada forma de proteína es ligeramente diferente, algunas pueden desencadenar una respuesta a partir del sistema inmune

mientras otros permanecen perfectamente seguros. Muchas personas son alérgicas a la caseína, la proteína en la leche; al gluten, la proteína en el trigo y otros granos; a la proteína particular encontrada en el maní; o aquellas encontradas en mariscos y otras comidas marinas. Es extremadamente inusual que una misma persona reaccione adversamente a más de dos tipos diferentes de proteínas, debido a la diversidad entre tipos de proteínas o aminoácidos. A parte de eso las proteinas ayudan a la formación de la masa moscular, para todas aquellas personas que le gusta hacer ejercicio, en lo cual se recomienda la pechuga de pollo salcochado debido al alto indice de proteina que esta trae y no se esta consumiendo la grasa.

Análisis de proteínas en alimentos El clásico ensayo para medir concentración de proteínas en alimentos es el método de Kjeldahl. Este ensayo determina el nitrógeno total en una muestra. El único componente de la mayoría de los alimentos el cual contiene nitrógeno son las proteínas (las grasas, los carbohidratos y la fibra dietética no contienen nitrógeno). Si la cantidad de nitrógeno es multiplicada por un factor dependiente del tipo de proteína esperada en el alimento, la cantidad total de proteínas puede ser determinada. En las etiquetas de los alimentos, la proteína es expresada como el nitrógeno multiplicado por 6,25, porque el contenido de nitrógeno promedio de las proteínas es de aproximadamente 16%. El método de Kjeldahl es usado porque es el método que la AOAC International ha adoptado y por lo tanto es usado por varias agencias alimentarias alrededor del mundo. Digestión de proteínas La digestión de las proteínas se inicia típicamente en el estómago cuando el pepsinógeno es convertido a pepsina por la acción del ácido clorhídrico, y continúa por la acción de la tripsinay la quimotripsina en el intestino. Las proteínas de la dieta son degradadas a péptidos cada vez más pequeños y éstos hasta aminoácidos y sus derivados, que son absorbidos por elepitelio gastrointestinal. La tasa de absorción de los aminoácidos individuales es altamente dependiente de la fuente de proteínas; por ejemplo la digeribilidad de muchos aminoácidos en humanos difiere entre la proteína de la soja y la proteína de la leche y entre proteínas de la leche individuales, como beta-lactoglobulina y caseína. Para las proteínas de la leche, aproximadamente el 50% de la proteína ingerida se absorbe en el estómago o el yeyuno y el 90% se ha absorbido ya cuando los alimentos ingeridos alcanzan el íleon. Además de su rol en la síntesis de proteínas, los aminoácidos también son una importante fuente nutricional de nitrógeno. Las proteínas, al igual que

los carbohidratos, contienen 4kilocalorías por gramo, mientras que los lípidos contienen 9 kcal y los alcoholes 7 kcal. Los aminoacidos pueden ser convertidos en glucosa a través de un proceso llamadogluconeogénesis.

ÁCIDO NUCLEICO

Representación 3D del ADN. Los ácidos nucleicos son macromoléculas, polímeros formados por la repetición de monómeros llamados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster. Se forman, así, largas cadenas o polinucleótidos, lo que hace que algunas de estas moléculas lleguen a alcanzar tamaños gigantes (de millones de nucleótidos de largo). El descubrimiento de los ácidos nucleicos se debe a Friedrich Miescher, quien en el año 1869 aisló de los núcleos de las células una sustancia ácida a la que llamó nucleína, nombre que posteriormente se cambió a ácido nucleico.

Tipos de ácidos nucleicos Existen dos tipos de ácidos nucleicos: ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido ribonucleico), que se diferencian: 

por el glúcido (pentosa) que contienen: la desoxirribosa en el ADN y la ribosa en el ARN;



por las bases nitrogenadas que contienen: adenina, guanina, citosina y timina, en el ADN; adenina, guanina, citosina y uracilo, en el ARN;



en los organismos eucariotas, la estructura del ADN es de doble cadena, mientras que la estructura del ARN es monocatenaria, aunque puede presentarse en forma extendida, como el ARNm, o en forma plegada, como el ARNt y el ARNr, y



en la masa molecular: la del ADN es generalmente mayor que la del ARN.



Nucleósidos y nucleótidos Las unidades que forman los ácidos nucleicos son los nucleótidos. Cada nucleótido es una molécula compuesta por la unión de tres unidades: un monosacárido de cinco carbonos (unapentosa, ribosa en el ARN y desoxirribosa en el ADN), una base nitrogenada purínica (adenina, guanina) o pirimidínica (citosina, timina o uracilo) y uno o varios grupos fosfato (ácido fosfórico). Tanto la base nitrogenada como los grupos fosfato están unidos a la pentosa. La unión formada por la pentosa y la base nitrogenada se denomina nucleósido. Cuando lleva unido una unidad de fosfato al carbono 5' de la ribosa o desoxirribosa y dicho fosfato sirve de enlace entre nucleótidos, uniéndose al carbono 3' del siguiente nucleótido; se denomina nucleótido-monofosfato (como el AMP) cuando hay un solo grupo fosfato, nucleótido-difosfato (como el ADP) si lleva dos y nucleótido-trifosfato (como el ATP) si lleva tres.

Listado de las bases nitrogenadas Las bases nitrogenadas conocidas son: 

adenina, presente en ADN y ARN



guanina, presente en ADN y ARN



citosina, presente en ADN y ARN



timina, exclusiva del ADN



uracilo, exclusiva del ARN.

Estructura química Estructura química de laguanina. Estructura química de Estructura química de laadenina. lacitosina. de latimina.

Estructura química Estructura química Estructura química de laribosa. delácido fosfórico. deluracilo.

ADN El ADN es bicatenario, está constituido por dos cadenas polinucleotídicas unidas entre sí en toda su longitud. Esta doble cadena puede disponerse en forma lineal (ADN del núcleo de las células eucarióticas) o en forma circular (ADN de las células procarióticas, así como de las mitocondrias y cloroplastos eucarióticos). La molécula de ADN porta la información necesaria para el desarrollo de las características biológicas de un individuo y contiene los mensajes e instrucciones para que las células realicen sus funciones. Dependiendo de la composición del ADN (refiriéndose a composición como la secuencia particular de bases), puede desnaturalizarse o romperse los puentes de hidrógenos entre bases pasando a ADN de cadena simple o ADNsc abreviadamente. Excepcionalmente, el ADN de algunos virus es monocatenario, es decir, está formado por un solo polinucleótido, sin cadena complementaria.

ARN El ARN difiere del ADN en que la pentosa de los nucleótidos constituyentes es ribosa en lugar de desoxirribosa, y en que, en lugar de las cuatro bases A, G, C, T, aparece A, G, C, U (es decir, uracilo en lugar de timina). Las cadenas de ARN son más cortas que las de ADN, aunque dicha característica es debido a consideraciones de carácter biológico, ya que no existe limitación química para formar cadenas de ARN tan largas como de ADN, al ser el enlace fosfodiéster químicamente idéntico. El ARN está constituido casi siempre por una única cadena (es monocatenario), aunque en ciertas situaciones, como en los ARNt y ARNr puede formar estructuras plegadas complejas. Mientras que el ADN contiene la información, el ARN expresa dicha información, pasando de una secuencia lineal de nucleótidos, a una secuencia lineal de aminoácidos en una proteína. Para expresar dicha información, se necesitan varias etapas y, en consecuencia, existen varios tipos de ARN:



El ARN mensajero se sintetiza en el núcleo de la célula, y su secuencia de bases es complementaria de un fragmento de una de las cadenas de ADN. Actúa como intermediario en el traslado de la información genética desde el núcleo hasta el citoplasma. Poco después de su síntesis sale del núcleo a través de los poros nucleares asociándose a los ribosomas donde actúa como matriz o molde que ordena los aminoácidos en la cadena proteica. Su vida es muy corta: una vez cumplida su misión, se destruye.



El ARN de transferencia existe en forma de moléculas relativamente pequeñas. La única hebra de la que consta la molécula puede llegar a presentar zonas de estructura secundaria gracias a los enlaces por puente de hidrógeno que se forman entre bases complementarias, lo que da lugar a que se formen una serie de brazos, bucles o asas. Su función es la de captar aminoácidos en el citoplasma uniéndose a ellos y transportándolos hasta los ribosomas, colocándolos en el lugar adecuado que indica la secuencia de nucleótidos del ARN mensajero para llegar a la síntesis de una cadena polipeptídica determinada y por lo tanto, a la síntesis de una proteína.



El ARN ribosómico es el más abundante (80 por ciento del total del ARN), se encuentra en los ribosomas y forma parte de ellos, aunque también existen proteínas ribosómicas. El ARN ribosómico recién sintetizado es empaquetado inmediatamente con proteínas ribosómicas, dando lugar a las subunidades del ribosoma.

Ácidos nucleicos artificiales Existen, aparte de los naturales, algunos ácidos nucleicos no presentes en la naturaleza, sintetizados en el laboratorio. 

Ácido nucleico peptídico, donde el esqueleto de fosfato-(desoxi)ribosa ha sido sustituido por 2-(N-aminoetil)glicina, unida por un enlace peptídico clásico. Las bases púricas y pirimidínicas se unen al esqueleto por el carbono carbonílico. Al carecer de un esqueleto cargado (el ión fosfato lleva una carga negativa a pH fisiológico en el ADN/ARN), se une con más fuerza a una cadena complementaria de ADN monocatenario, al no existir repulsión electrostática. La fuerza de interacción crece cuando se forma un ANP bicatenario. Este ácido nucleico, al no ser reconocido por algunos enzimas debido a su diferente estructura, resiste la acción de nucleasas y proteasas.



Morfolino y ácido nucleico bloqueado (LNA, en inglés). El morfolino es un derivado de un ácido nucleico natural, con la diferencia de que usa un anillo de morfolina en

vez del azúcar, conservando el enlace fosfodiéster y la base nitrogenada de los ácidos nucleicos naturales. Se usan con fines de investigación, generalmente en forma de oligómeros de 25 nucleótidos. Se usan para hacer genética inversa, ya que son capaces de unirse complementariamente a pre-ARNm, con lo que se evita su posterior recorte y procesamiento. También tienen un uso farmacéutico, y pueden actuar contra bacterias y virus o para tratar enfermedades genéticas al impedir la traducción de un determinado ARNm. 

Ácido nucleico glicólico. Es un ácido nucleico artificial donde se sustituye la ribosa por glicerol, conservando la base y el enlace fosfodiéster. No existe en la naturaleza. Puede unirse complementariamente al ADN y al ARN, y sorprendentemente, lo hace de forma más estable. Es la forma químicamente más simple de un ácido nucleico y se especula con que haya sido el precursor ancestral de los actuales ácidos nucleicos.



Ácido nucleico treósico. Se diferencia de los ácidos nucleicos naturales en el azúcar del esqueleto, que en este caso es una treosa. Se han sintetizado cadenas híbridas ATN-ADN usando ADN polimerasas. Se une complementariamente al ARN, y podría haber sido su precursor.