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Base molecular y fisicoquímica de la vida

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¿De qué estamos hechos? ¿De qué está hecho todo lo que nos rodea? Puedes pensar que estas preguntas son fáciles de responder. Sin embargo, si reflexionas un poco, te darás cuenta de que es difícil encontrar una respuesta concreta. Algunos dirán que la materia está compuesta por átomos, otros dirán que las partículas subatómicas son las partículas básicas de la materia y otros discutirán que las partículas elementales es decir, los componentes de las partículas subatómicas son el eslabón más pequeño que construye todo. Puede, incluso, que haya gente que discuta que el continuo espacio y tiempo son la base sobre la que se construye la materia.

En biología, el punto de partida para describir la materia suele ser el átomo y las partículas subatómicas que lo componen. Estas partículas subatómicas determinan las propiedades de los átomos de los distintos elementos químicos que forman la materia viva y materia no viva. Como veremos a continuación, la materia viva está formada por un selecto grupo de elementos químicos con propiedades concretas que permiten el desarrollo de la vida, tal y como la conocemos. Entre estos, el carbono es el más importante.

¿Qué es la base molecular y fisicoquímica de la vida?

Toda la materia conocida en el universo está formada por un número limitado de elementos químicos (tipos de átomos).

Los elementos adquieren sus propiedades únicas gracias al número de partículas subatómicas que contienen los átomos que los constituyen. Las partículas subatómicas son tres:

  • Los protones y neutrones en el núcleo del átomo (su centro)
  • Los electrones que orbitan alrededor del núcleo.

Los protones son unidades de materia con carga positiva, los neutrones no tienen carga y los electrones tienen carga negativa. Los protones tienen aproximadamente la misma masa que los neutrones, mientras que la masa de los electrones es insignificante.

Elemento químico: es cualquier materia que no puede descomponerse en formas más pequeñas y discretas mediante una reacción química.

Los elementos suelen estar equilibrados y sin carga, con igual número de protones y electrones. Sin embargo, existen otras formas de elementos. Entre ellas están los iones y los isótopos, que se distinguen por poseer números desiguales de protones, neutrones y electrones.

  • Los isótopos son elementos con diferente número de neutrones y protones.
  • Los iones son elementos con un número desigual de protones y electrones y, por tanto,no son electroquímicamente neutros es decir, tienen carga.

Existen 92 elementos naturales y 26 elementos artificiales. Estos elementos se representan en la tabla periódica.

Tanto la materia viva como la materia no viva está constituida por este mismo grupo de 92 elementos. No existe ningún elemento que sea exclusivo de la materia viva. Sin embargo, hay ciertos elementos que son esenciales para toda vida, otros que no son esenciales para la vida de todos los seres vivos y otros que simplemente no forman parte de la materia viva.

Es importante tener en cuenta que la materia muerta no es un sinónimo de la materia no viva. La materia muerta es un tipo de materia viva, que no cumple los criterios para la vida, pero cuya constitución molecular la clasifica como materia viva. Por ejemplo, un filete de carne es materia viva, a pesar de ya no tener vida.

Después de este repaso a los constituyentes básicos de la materia viva, te estarás preguntando cuál es la respuesta a la pregunta que encabeza esta sección.

La base molecular y fisicoquímica de la vida es, simplemente, el conjunto de elementos básicos, sus propiedades e interacciones que determinan las características físicas y químicas de la materia viva y los seres vivos.

Niveles de organización de los seres vivos - Base molecular y fisicoquímica de la vida

La interacción y agregación de los elementos da lugar a estructuras que, a su vez, abren espacio a otras estructuras. De esta manera se crean estructuras cada vez más complejas. A estos distintos niveles de organización estructural que se pueden encontrar en la materia viva se les denomina niveles de organización de los seres vivos.

Los niveles de organización de los seres vivos, de más simple a más complejo, son los siguientes:

  1. Partículas elementales
  2. Partículas subatómicas
  3. Átomos
  4. Moléculas
  5. Macromoléculas
  6. Complejos supramoleculares
  7. Orgánulos
  8. Células
  9. Tejidos
  10. Órganos
  11. Sistemas
  12. Individuos
  13. Población
  14. Comunidad
  15. Ecosistema
  16. Biósfera

Dentro de estos niveles, el celular es el nivel más simple de la vida. Por tanto, se distinguen dos tipos de niveles:

  • Los niveles 1 al 7 son abióticos (sin vida).
  • Los niveles 8 a 16 son bióticos (con vida).

Composición química de los seres vivos - Base molecular y fisicoquímica de la vida

Los elementos presentes en los seres vivos se denominan bioelementos. Las propiedades y abundancia específicas de los distintos bioelementos en los seres vivos permiten formar estructuras más complejas que denominamos moléculas. A diferencia de los bioelementos, algunas de las moléculas que forman parte de los seres vivos, conocidas como biomoléculas, son exclusivas de la materia viva. De hecho, se distinguen dos tipos de biomoléculas: orgánicas e inorgánicas.

A continuación describimos en más detalle los bioelementos y las biomoléculas.

Bioelementos - Base molecular y fisicoquímica de la vida

Los bioelementos son los elementos químicos que forman parte de la materia viva.

De acuerdo a la abundancia de los bioelementos en la materia viva, estos se clasifican en:

  • Bioelementos primarios: son los elementos más comunes. El carbono, el oxígeno o el nitrógeno son ejemplos de bioelementos primarios.
  • Bioelementos secundarios: son elementos que se encuentran en menor proporción. El calcio, el potasio o el magnesio son ejemplos de bioelementos secundarios.
  • Oligoelementos: son elementos que se encuentran en una mínima proporción y no en toda la materia viva. El silicio, el cobre o el níquel son ejemplos de oligoelementos.

Entre los bioelementos primarios cabe destacar el carbono. ¿Por qué destacar el carbono entre otros elementos? Porque es tan importante que divide la química en dos grandes grupos: la química orgánica (la química de los compuestos que contienen carbono) y la química inorgánica (la química de los compuestos sin carbono).

La importancia del carbono se debe a las siguientes propiedades químicas:

  • Puede formar hasta cuatro enlaces covalentes con otros elementos, por lo que hace parte de grandes compuestos químicos, como las biomoléculas.
  • Suele ser electroquímicamente estable, lo que le permite que las estructuras moleculares adopten formas y conformaciones diferentes, como anillos, ramas o cadenas.

El carbono es el principal contribuyente y forma la columna vertebral de las cuatro principales biomoléculas: los glúcidos, las proteínas, los lípidos y los ácidos nucleicos.

Biomoléculas orgánicas e inorgánicas - Base molecular y fisicoquímica de la vida

Las biomoléculas son moléculas construidas a partir de bioelementos.

Las biomoléculas se clasifican en:

  • Biomoléculas orgánicas: su estructura básica está compuesta de carbono y son exclusivas de los seres vivos.
  • Biomoléculas inorgánicas: su estructura básica no se basa en el carbono y no son exclusivas de los seres vivos.

Los cuatro tipos de biomoléculas orgánicas son:

Las biomoléculas inorgánicas más importantes para los seres vivos son:

  • El agua
  • Las sales minerales, como el cloruro de sodio o el carbonato de calcio.
  • Moléculas gaseosas, como el O2 o el CO2.

Si quieres saber más sobre las biomoléculas orgánicas e inorgánicas, lee nuestras explicaciones sobre cada una de las biomoléculas.

Enlaces químicos - Base molecular y fisicoquímica de la vida

Los átomos de los distintos elementos son capaces de unirse a través de enlaces químicos para formar estructuras más complejas, como las biomoléculas.

Los enlaces químicos son las uniones entre átomos.

Los enlaces químicos entre los átomos de las biomoléculas orgánicas e inorgánicas también determinan las propiedades de la biomolécula. Se pueden clasificar en:

  • Enlaces intramoleculares: son enlaces fuertes que implican un cambio químico, es decir, la creación de una nueva biomolécula.
  • Enlaces intermoleculares: son enlaces débiles que no implican un cambio químico en las biomoléculas que intervienen.

Los principales enlaces intramoleculares son:

  • El enlace iónico
  • El enlace covalente

Los principales enlaces intermoleculares son:

  • Los enlaces de hidrogeno
  • Las fuerzas de Van de Waals.

A continuación describimos en más detalle los distintos tipos de enlaces químicos.

Enlace iónico

Un enlace iónico se produce cuando un compuesto dona o transfiere sus electrones a otro compuesto, generando iones con cargas opuestas que quedan unidos mediante fuerzas electroestáticas. Los enlaces iónicos suelen producirse entre un metal (como el sodio, Na) y un no metal (como el cloro, Cl).

Enlace covalente

En un enlace covalente no se produce una transferencia de electrones, sino que los electrones se comparten. Para crear un enlace covalente se comparten electrones entre átomos o compuestos no metálicos.

Enlaces covalentes polares

Los enlaces covalentes polares son aquellos que se producen cuando los electrones se comparten, pero no por igual, por lo que la molécula tiene un extremo con carga negativa y otro con carga positiva.

Enlaces covalentes no polares

Los enlaces covalentes no polares son aquellos en los que los electrones se comparten en partes iguales

Enlaces de hidrógeno

Un enlace de hidrógeno es un tipo de interacción débil, que ocurre entre moléculas formadas por un átomo de hidrógeno y un átomo de oxígeno, nitrógeno o flúor. El hidrógeno forma enlaces covalentes polares con cualquiera de los otros átomos, y la distribución desigual de los electrones hace que las moléculas tengan una zona de carga positiva (el hidrógeno) y otra de carga negativa. Por tanto, la zona de carga positiva puede interaccionar con la zona de carga negativa de otra molécula, creando un enlace de hidrógeno.

Fuerzas de Van der Waals

Las fuerzas de Van der Waals son interacciones débiles entre átomos o moléculas, debidas a distribuciones desiguales de electrones. Estas distribuciones pueden dar lugar a zonas transitorias de cargas negativas y positivas que permiten a las moléculas interaccionar entre sí.

Base molecular y fisicoquímica de la vida - Puntos clave

  • Toda la materia conocida en el universo está formada por un número limitado de elementos químicos (tipos de átomos).
  • Los elementos adquieren sus propiedades únicas gracias al número de partículas subatómicas que contienen los átomos que los constituyen.
  • Hay ciertos elementos que son esenciales para la vida (bioelementos), otros que no son esenciales para la vida de todos los seres vivos y otros que simplemente no forman parte de la materia viva.
  • A los distintos niveles de organización estructural que se pueden encontrar en la materia viva se les denomina niveles de organización de los seres vivos (los niveles más bajos son abióticos (o sin vida) y los más complejos, bióticos (o con vida).
  • Los bioelementos son los elementos químicos que forman parte de la materia viva. Existen diferentes tipos de bioelementos (primarios, secundarios, y oligoelementos), dependiendo de su importancia para los seres vivos.
  • Las biomoléculas son moléculas construidas a partir de bioelementos. Las biomoléculas orgánicas son exclusivas de los seres vivos y el carbono forma su columna vertebral. Las biomoléculas inorgánicas no son exclusivas de los seres vivos y su química no depende del carbono.
  • Existen distintos enlaces químicos en las biomoléculas: enlaces intramoleculares (como los enlaces covalentes e iónicos) y enlaces intermoleculares (como los enlaces de hidrógeno y las fuerzas de Van der Waals).

Preguntas frecuentes sobre Base molecular y fisicoquímica de la vida

La base molecular y fisicoquímica de la vida es simplemente el conjunto de elementos básicos, sus propiedades e interacciones que determinan las características físicas y quimicas de la materia viva y los seres vivos.  

Los niveles de organización de los seres vivos, de más simple a más complejo, son los siguientes: 

  1. Partículas elementales
  2. Partículas subatómicas
  3. Átomos
  4. Moléculas
  5. Macromoléculas
  6. Complejos supramoleculares
  7. Orgánulos
  8. Células
  9. Tejidos
  10. Órganos
  11. Sistemas
  12. Individuos
  13. Población 
  14. Comunidad
  15. Ecosistema
  16. Biósfera

Los elementos químicos presentes en los seres vivos se denominan bioelementos. Las propiedades y la abundancia de los distintos bioelementos permite formar estructuras más complejas, que denominamos moléculas. Algunas de las moléculas que forman parte de los seres vivos, conocidas como biomoléculas, son exclusivas de la materia viva. 

Los bioelementos son los ladrillos químicos de la materia viva, que construyen las biomoléculas. 

Cuestionario final de Base molecular y fisicoquímica de la vida

Pregunta

¿Cuál es la definición de las biomóleculas?

Mostrar respuesta

Answer

Las biomóleculas son los componentes fundamentales de todos los seres vivos.

Show question

Pregunta

¿Qué tipo de moléculas son las biomoléculas?

Mostrar respuesta

Answer

Las biomoléculas son moléculas orgánicas, es decir, contienen carbono e hidrógeno. 

Show question

Pregunta

Todas las biomoléculas son orgánicas. 

¿Verdadero o falso?

Mostrar respuesta

Answer

Falso. El agua es un ejemplo de biomolécula inorgánica. 

Show question

Pregunta

¿Cuáles son los tres enlaces químicos en las biomoléculas?


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Answer

Enlaces covalentes, de hidrógeno e iónicos.

Show question

Pregunta

¿Qué enlace es el más frecuente en las biomoléculas? Elige la respuesta correcta.

Mostrar respuesta

Answer

Enlace ovalente

Show question

Pregunta

¿Qué tipo de enlaces covalentes se forman cuando hay una distribución desigual de electrones?


Mostrar respuesta

Answer

Un enlace covalente polar.

Show question

Pregunta

¿Cuántos enlaces covalentes puede formar un átomo de carbono?

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Answer

3

Show question

Pregunta

¿Cuáles son las cuatro principales biomoléculas orgánicas?

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Answer

Las cuatro principales biomoléculas orgánicas son:  

  • glúcidos
  • lípidos
  • proteínas 
  • los ácidos nucleicos: ADN y ARN.

Show question

Pregunta

¿Cuáles son los diferentes tipos de glúcidos?

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Answer

Monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.

Show question

Pregunta

¿Cómo se llama el enlace covalente entre monosacáridos?


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Answer

Un enlace glicosídico.

Show question

Pregunta

What are the building blocks of lipids? 


Mostrar respuesta

Answer

Aminoácidos y glicerol

Show question

Pregunta

¿Cuáles son los dos tipos principales de lípidos?


Mostrar respuesta

Answer

Triglicéridos y fosfolípidos.

Show question

Pregunta

¿Cómo se llama el enlace covalente en los lípidos?


Mostrar respuesta

Answer

Un enlace de éster.

Show question

Pregunta

¿Cuáles son las cuatro estructuras diferentes de las proteínas?


Mostrar respuesta

Answer

Primary, secondary, tertiary, and quaternary.  

Show question

Pregunta

El enlace covalente entre aminoácidos se llama enlace fosfodiéster. ¿Verdadero o falso?


Mostrar respuesta

Answer

Falso. Se llama enlace peptídico.

Show question

Pregunta

¿Cómo se llaman los monómeros de los ácidos nucleicos?


Mostrar respuesta

Answer

Nucleótidos.

Show question

Pregunta

¿Cuáles son los dos tipos de ácidos nucleicos?


Mostrar respuesta

Answer

ADN y ARN 

Show question

Pregunta

¿Cómo se llama el enlace covalente entre los nucleótidos?


Mostrar respuesta

Answer

Un enlace fosfodiéster. 

Show question

Pregunta

¿Cuál es la definición de las proteínas?

Mostrar respuesta

Answer

Las proteínas son biomoléculas esenciales para la vida, formadas por combinaciones de polímeros de aminoácidos conocidos como polipéptidos. Las proteínas pueden estar compuestas de uno o varios polipéptidos, que forman diferentes estructuras tridimensionales.

Show question

Pregunta

¿Cómo se llama la unidad básica de las proteínas?

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Answer

Aminoácido.

Show question

Pregunta

¿Qué cinco partes componen los aminoácidos? 

Mostrar respuesta

Answer

Un átomo de nitrógeno, un grupo amino, un átomo de hidrógeno central, un grupo R y un grupo carboxilo.

Show question

Pregunta

¿Cómo puedes diferenciar los aminoácidos?

Mostrar respuesta

Answer

Puedes distinguir los aminoácidos mirando sus grupos R, únicos para cada aminoácido.

Show question

Pregunta

¿Cómo se forman las proteínas? Elige la frase correcta.

Mostrar respuesta

Answer

Las proteínas se forman en una reacción de hidrólisis de aminoácidos.

Show question

Pregunta

Se forma un enlace peptídico entre dos átomos. ¿Qué átomos son?

Mostrar respuesta

Answer

Carbono (C) y nitrógeno (N).

Show question

Pregunta

Un enlace peptídico se forma entre grupos específicos de diferentes aminoácidos. 


Rellena los huecos para que la frase sea correcta: Un enlace peptídico se forma cuando el ____________ de un aminoácido reacciona con el ___________ de otro aminoácido. Se forma entre el átomo _______ del grupo __________ de un aminoácido y el átomo _______ del grupo ______ de otro aminoácido.

Mostrar respuesta

Answer

Un enlace peptídico se forma cuando el grupo carboxílico de un aminoácido reacciona con el grupo amino de otro aminoácido. Se forma entre el átomo de carbono del grupo carboxilo de un aminoácido y el átomo de hidrógeno del grupo amino de otro aminoácido.

Show question

Pregunta

¿Qué son los polipéptidos? 

¿Las proteínas son polipéptidos?

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Answer

Los polipéptidos son moléculas compuestas por más de 50 aminoácidos. 


Sí, las proteínas son polipéptidos. Pueden estar formadas por una o varias cadenas polipeptídicas.

Show question

Pregunta

¿Qué son las proteínas fibrosas?

Mostrar respuesta

Answer

Las proteínas fibrosas son proteínas estructurales responsables de las estructuras firmes de diversas partes de las células, los tejidos y los órganos. No participan en las reacciones químicas, sino que funcionan estrictamente como unidades estructurales y conectivas.

Show question

Pregunta

¿Cómo es la estructura de la proteína fibrosa?

Mostrar respuesta

Answer

Estructuralmente, las proteínas fibrosas son largas cadenas polipeptídicas que corren paralelas y están fuertemente enrolladas entre sí. Esta estructura es estable debido a los puentes cruzados que las unen. Esto hace que sean alargadas, en forma de fibra.

Show question

Pregunta

Nombra tres ejemplos de proteínas fibrosas.

Mostrar respuesta

Answer

Colágeno, queratina y elastina.

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Pregunta

¿Qué son las proteínas globulares?

Mostrar respuesta

Answer

Las proteínas globulares son proteínas funcionales. Desempeñan una gama de funciones mucho más amplia que las proteínas fibrosas: actúan como enzimas, transportadores, hormonas, receptores y mucho más. Se puede decir que las proteínas globulares desempeñan funciones metabólicas.

Show question

Pregunta

¿Cuál es la estructura de las proteínas globulares?

Mostrar respuesta

Answer

Estructuralmente, estas proteínas son esféricas o parecidas a un globo, con cadenas polipeptídicas que se pliegan para dar la forma.

Show question

Pregunta

Nombra al menos tres ejemplos de proteínas globulares.

Mostrar respuesta

Answer

Hemoglobina, insulina, actina y amilasa.

Show question

Pregunta

¿Para qué es importante la insulina?

Mostrar respuesta

Answer

La insulina es una hormona que ayuda a regular los niveles de glucosa en sangre.

Show question

Pregunta

La amilasa es una proteína que funciona como una enzima. ¿Qué significa esto?

Mostrar respuesta

Answer

Las enzimas, en su mayoría globulares, son proteínas especializadas que se encuentran en todos los organismos vivos, donde catalizan (aceleran) las reacciones bioquímicas. La amilasa es una enzima que hidroliza (descompone) el almidón en glucosa.

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Pregunta

¿Dónde se encuentran las proteínas de membrana en las células?

Mostrar respuesta

Answer

Las proteínas de membrana se encuentran en las bicapas de fosfolípidos de las membranas plasmáticas (membranas de la superficie celular).

Show question

Pregunta

Las proteínas de membrana pueden separarse en dos grupos: integrales y periféricas. ¿Cuál es la diferencia entre los grupos?

Mostrar respuesta

Answer

Las proteínas integrales de membrana son partes permanentes de la membrana plasmática; están incrustadas en ella. Las proteínas periféricas de membrana no están permanentemente unidas a la membrana: pueden adherirse y desprenderse, tanto de las proteínas integrales como de cualquiera de los lados de la membrana plasmática.

Show question

Pregunta

Las proteínas integrales de membrana pueden servir como proteínas de transporte. 

¿Cuáles son los dos tipos? ¿Para qué son esenciales?

Mostrar respuesta

Answer

Los dos tipos son proteínas de canal y transportadoras. Permiten el paso de moléculas como los iones, el agua y la glucosa, a través de la membrana. Son esenciales para el transporte a través de las membranas celulares, como el transporte activo, la difusión y la ósmosis.

Show question

Pregunta

¿Cuáles son las funciones de las proteínas de la membrana periférica?

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Answer

Sus funciones incluyen la señalización celular, la conservación de la estructura y la forma de la membrana celular, el reconocimiento proteínico y la actividad enzimática.

Show question

Pregunta

¿Cómo funciona la prueba de Biuret?

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Answer

La prueba de Biuret funciona utilizando un reactivo de Biuret: una solución que determina la presencia de enlaces peptídicos en una muestra.

Show question

Pregunta

¿Cómo se realiza la prueba de Biuret? Enumera todos los pasos.

Mostrar respuesta

Answer

  1. Vierte 1-2 ml de la muestra líquida en el tubo de ensayo. 
  2. Añade la misma cantidad de reactivo de Biuret al tubo. Es de color azul. 
  3. Agita bien y deja que repose durante 5 minutos. 
  4. Observa y anota el cambio.

Show question

Pregunta

¿Qué te ayudaría a concluir que un resultado de la prueba de Biuret es positivo, lo que significa que hay enlaces peptídicos?

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Answer

El cambio de color: de azul a púrpura.

Show question

Pregunta

Si no tienes un agente de Biuret para analizar las proteínas, podrías utilizar hidróxido de sodio (NaOH) y sulfato de cobre (II) hidratado. ¿Qué solución utilizarías primero y en qué cantidad?

Mostrar respuesta

Answer

Primero utilizaríamos hidróxido de sodio, añadiendo una cantidad igual a la de la muestra. A continuación, añadiríamos unas gotas de sulfato de cobre (II) hidratado.

Show question

Pregunta

¿Cuál es la definición de glúcidos?

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Answer

Los glúcidos son moléculas orgánicas y una de las cuatro biomoléculas más importantes de los organismos vivos.

Show question

Pregunta

¿Cuál es la definición de glúcidos?

Mostrar respuesta

Answer

Los glúcidos son moléculas biológicas orgánicas y una de las cuatro macromoléculas biológicas más importantes de los organismos vivos.

Show question

Pregunta

¿Cómo es la estructura molecular de los glúcidos?

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Answer

Los glúcidos están compuestos por moléculas de azúcares simples: los monosacáridos. Los monosacáridos pueden presentarse en sus estructuras lineales o en forma de anillo.

Show question

Pregunta

¿Cuál es la diferencia entre los glúcidos simples y los complejos?

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Answer

Los glúcidos simples están compuestos por una o dos moléculas de azúcares (monosacáridos), mientras que los glúcidos complejos están compuestos por muchos monosacáridos unidos entre sí.

Show question

Pregunta

¿Cuáles son los tres tipos de glúcidos?

Mostrar respuesta

Answer

Monosacáridos, disacáridos y polisacáridos

Show question

Pregunta

¿Qué son los monosacáridos?

Mostrar respuesta

Answer

Los monosacáridos son glúcidos simples compuestos por una molécula de azúcar. Son los monómeros que formaran polímeros llamados polisacáridos, que son glúcidos complejos.

Show question

Pregunta

¿Qué son los disacáridos?

Mostrar respuesta

Answer

Los disacáridos son glúcidos simples compuestos por dos monosacáridos.

Show question

Pregunta

¿Qué son los polisacáridos?

Mostrar respuesta

Answer

Los polisacáridos son glúcidos complejos compuestos por muchas moléculas de glucosa.

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