Condensación

• ¿Cómo se unen las moléculas de glucosa para formar almidón, celulosa o glucógeno?
• ¿Cómo se unen los aminoácidos para formar las proteínas?
• ¿Cómo se unen los nucleótidos para producir ADN o ARN?

Para formar polímeros grandes y complejos, mediante síntesis por deshidratación, hay que unir subunidades idénticas más pequeñas, llamadas monómeros,

En este artículo hablaremos de la síntesis por deshidratación: qué es y cómo conduce a la formación de carbohidratos, proteínas y ácidos nucleicos. También abordaremos dos ejemplos en los que la síntesis por deshidratación produce moléculas biológicas no poliméricas.

Condensación: Monómeros y polímeros

Las macromoléculas biológicas están presentes en todos los organismos vivos. Estas macromoléculas son compuestos orgánicos, lo que significa que los átomos de carbono constituyen su estructura fundamental. Como un átomo de carbono tiene cuatro electrones de valencia, cuenta con la capacidad de formar enlaces covalentes con otros cuatro átomos. Esta propiedad le permite formar enlaces muy estables entre moléculas basadas en el carbono, lo que conduce a la configuración de largas cadenas de carbono. .

Muchas macromoléculas biológicas —como los hidratos de carbono, las proteínas y los ácidos nucleicos— son polímeros; es decir, moléculas grandes y complejas que están formadas por la unión de subunidades idénticas más simples llamadas monómeros.

Los monómeros pasan por una reacción llamada condensación para producir un polímero.

Reacción de condensación

Durante la condensación, se forman enlaces covalentes entre los monómeros, lo que les permite unirse fuertemente para formar polímeros. Al formarse estos enlaces, se eliminan moléculas de agua.

La ecuación general de la condensación es la siguiente:
$\mathrm{AH}+\mathrm{BOH}\to \mathrm{AB}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

A y B representan las moléculas que se condensan, y AB representa el polímero resultado de la condensación.

Los procesos de deshidratación o condensación son típicamente reacciones endergónicas, lo que significa que necesitan un aporte de energía.

Reacción de condensación en biología

Es muy probable que hayas visto la condensación en química, en relación con el cambio de los estados físicos de la materia (de gas a líquido) y, sobre todo, en el estudio del ciclo del agua. Sin embargo, la condensación en biología no significa que las moléculas biológicas pasen de ser gases a líquidos. En cambio, significa que, al formarse enlaces químicos entre las moléculas, se pierden moléculas de agua.

Debido a esto, es posible que encuentres el nombre síntesis por deshidratación para la reacción de condensación, dependiendo del autor o libro de texto. Deshidratación significa eliminación de agua o pérdida de agua (piensa en lo que ocurre cuando dices que estás deshidratado). La síntesis, en biología, se refiere a la creación de compuestos (moléculas biológicas).

Polimerización por condensación

En una reacción de condensación o síntesis por deshidratación, un monómero que contiene hidrógeno y un monómero que contiene un grupo hidroxilo (-OH) reaccionan, de forma que los monómeros forman un enlace covalente. Mediante este, comparten electrones y liberan una molécula de agua.

Al añadir más monómeros de forma consecutiva, se va formando en un polímero. Los distintos tipos de monómeros pueden combinarse de diversas maneras, generando un conjunto variado de macromoléculas. Un mismo tipo de monómero puede combinarse de varias maneras para generar diferentes polímeros.

Además de la formación de polímeros, a partir de unidades monoméricas que se repiten, la síntesis por deshidratación también interviene en la formación de otras macromoléculas biológicas, como los triglicéridos y el trifosfato de adenosina (ATP).

Ejemplo de condensación de polímeros

Utilicemos como ejemplo la condensación de galactosa y glucosa. La galactosa y la glucosa son azúcares simples, monosacáridos. El resultado de su reacción de condensación es la lactosa. La lactosa también es un azúcar, pero es un disacárido, lo que significa que está formado por dos monosacáridos: glucosa y galactosa. Ambos están unidos por un enlace químico llamado enlace glucosídico (un tipo de enlace covalente).

La fórmula de la lactosa es C₁₂H₂₂O₁₁, y la de la galactosa y la glucosa es C₆H₁₂O₆. La fórmula es la misma para estos dos monosacáridos, pero la diferencia está en sus estructuras moleculares. A continuación, presta atención a la colocación del -OH en el cuarto átomo de carbono de cada monómero que muestra la Figura 1.

Fig. 1: La diferencia en las estructuras moleculares entre la galactosa y la glucosa está en la posición del grupo -OH en el 4º átomo de carbono.

Recordemos la ecuación general de la condensación descrita arriba:

$\mathrm{AH}+\mathrm{BOH}\to \mathrm{AB}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Ahora, cambiemos A y B (monómeros) y AB (polímero) por las fórmulas de galactosa, glucosa y lactosa, respectivamente:
${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6\to {\mathrm{C}}_{12}{\mathrm{H}}_{22}{\mathrm{O}}_{11}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

El nuevo enlace covalente se forma al reaccionar el grupo hidroxilo (-OH) de un monómero con el hidrógeno (H) del otro monómero, de modo que uno de los monómeros pierde un grupo hidroxilo (OH) y el otro pierde un átomo de hidrógeno (H). A partir de ellos, se forma una molécula de agua (H + OH = H₂O) que se libera durante la reacción. Los dos monómeros quedan unidos por el oxígeno restante.

El siguiente diagrama muestra la condensación de la galactosa y la glucosa:

Fig. 2: Reacción de condensación de la galactosa y la glucosa para formar lactosa.

El polímero formado por dos monosacáridos se denomina disacárido y, por tres o más monosacáridos, se denomina polisacárido.

Condensación en otros polímeros biológicos

En las reacciones de condensación, para formar otros tipos de polímeros, ocurre lo mismo que en el ejemplo que acabamos de ver con los carbohidratos: los monómeros se unen para formar polímeros, por medio de enlaces covalentes. Veamos cómo funciona la condensación para formar proteínas, ácidos nucleicos, y lípidos.

Condensación en las proteínas

Las proteínas están compuestas por monómeros de aminoácidos. Cuando los aminoácidos se someten a una síntesis por deshidratación, el grupo carboxilo (-COOH) de un aminoácido reacciona con el grupo amino (-NH₂) del aminoácido adyacente. Así, se forma un enlace covalente, llamado enlace peptídico, y se libera una molécula de agua.

Al unirse dos o más aminoácidos, forman un péptido. A medida que se añaden más aminoácidos, se forma una cadena polipeptídica. Una molécula de proteína tiene al menos una cadena polipeptídica. Las funciones y estructuras de las proteínas difieren según el tipo y la secuencia de los monómeros de aminoácidos.

Condensación en los ácidos nucleicos

Los dos ácidos nucleicos más esenciales son el ácido ribonucleico (ARN) y el ácido desoxirribonucleico (ADN). Los ácidos nucleicos están formados por monómeros que son nucleótidos.

En la condensación, el grupo fosfato unido a un nucleótido reacciona con el grupo hidroxilo (-OH) del carbono 3' del azúcar pentosa del otro nucleótido. Se forma, entonces, un enlace fosfodiéster y se libera una molécula de agua. Cuando se añaden más nucleótidos, se forma un polímero llamado polinucleótido.

Dado que el azúcar pentosa y el grupo fosfato producen un patrón repetitivo y alternativo, la estructura resultante se denomina esqueleto de azúcar-fosfato.

Condensación en lípidos

Aunque los lípidos no son polímeros (no están formados por la unión de dos o más monómeros), también se forman por medio de condensación. Veamos el caso de los triglicéridos, un tipo de lípidos.