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¿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…
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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.
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. .
Los electrones de valencia, que se encuentran en la capa más externa, son los que participan en la formación de los enlaces químicos.
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.
Por ejemplo, los hidratos de carbono complejos están formados por una cadena repetida de monosacáridos.
Los monómeros pasan por una reacción llamada condensación para producir un polímero.
Una reacción de condensación es un tipo de reacción química en la que los monómeros (moléculas pequeñas) se unen para formar polímeros (moléculas grandes o macromoléculas).
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:
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.
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).
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.
Los monómeros de glucosa, por ejemplo, constituyen el almidón, el glucógeno y la celulosa.
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).
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:
Ahora, cambiemos A y B (monómeros) y AB (polímero) por las fórmulas de galactosa, glucosa y lactosa, respectivamente:
Observa que ambas moléculas de galactosa y glucosa tienen seis átomos de carbono (C6), 12 átomos de hidrógeno (H12) y seis átomos de oxígeno (O6).
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.
Como una molécula de agua es uno de los productos, la lactosa resultante tiene 22 átomos de hidrógeno (H22) en lugar de 24 y 11 átomos de oxígeno (O11) en lugar de 12.
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.
Algunos ejemplos de disacáridos son la maltosa y la sacarosa:
Algunos ejemplos de polisacáridos son el almidón, el glucógeno y la celulosa. Los tres son polímeros formados por muchos monómeros de glucosa.
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.
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.
Ejemplos de proteínas son la hemoglobina y la insulina.
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.
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.
Los triglicéridos se forman mediante una reacción de síntesis por deshidratación llamada esterificación. La esterificación consiste en que los ácidos grasos reaccionan con los grupos alcohólicos del glicerol, para dar lugar a la formación de un enlace éster y liberar agua como subproducto.
La condensación en bioquímica, o en biología, es un tipo de reacción química en la que dos moléculas (generalmente monómeros) se unen para formar una molécula más grande o macromolécula (generalmente polímeros).
Los enlaces químicos entre las moléculas se forman al eliminar una molécula de agua, por lo que también se le denomina síntesis por deshidratación.
Un ejemplo de reacción de condensación es la formación de lactosa (un disacárido) a partir de la unión de una molécula de galactosa, con una molécula de glucosa (monómeros) a través de un enlace glucosídico.
Las reacciones de condensación son importantes porque las biomoléculas como los polímeros biológicos (los hidratos de carbono, las proteínas y los ácidos nucleicos) y algunos lípidos (que son esenciales en los organismos vivos) se forman por medio de este tipo de reacción.
La molécula del agua eliminada por condensación al unirse dos aminoácidos se forma cuando un OH del grupo carboxilo (-COOH) de un aminoácido reacciona con un H del grupo amino (-NH2) del otro aminoácido. Al hacerlo, se formando un enlace covalente llamado enlace peptídico.
Para que los compuestos pueda reaccionar por condensación y forma un enlace covalente entre ellos, una de las moléculas debe poder liberar un átomo de hidrógeno (H) y la otra molécula debe poder liberar un grupo hidroxilo (OH).
A partir de ellos, se forma una molécula de agua (H + OH = H2O) que se libera durante la reacción.
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