MACROMOLÉCULAS, POLÍMEROS Y MONÓMEROS

MACROMOLÉCULAS:

Las macromoléculas son substancias cuyas moléculas poseen una elevada masa molecular, y están constituidas por la repetición de algún tipo de subunidad estructural. Pueden ser lineales o ramificadas.   Tradicionalmente, las macromoléculas se clasifican en síntéticas (polímeros sintéticos), y naturales.Las primeras se pueden clasificar en lineales ó ramificadas.Las macromoléculas naturales son las proteínas, los ácidos nucleicos, y los polisacáridos. 

ESTRUCTURA DE LAS MACROMOLÉCULAS:

Como se ha mencionado antes, las macromoléculas están constituidas por la repetición de algún tipo de subunidad estructural. Tradicionalmente se habla de cuatro niveles de estructura en una macromolécula: La estrctura primaria: es la secuencia de subunidades ( ó monómeros ) que la forman. La estructura secundaria: hace referencia a la configuración que adquiere la cadena principal de la macromolécula. Los ejemplos más característicos se encuentran en proteínas y ácidos nucleicos, por ejemplo la estructura de a-hélice que adoptan muchas cadenas polipeptídicas, las láminas b, ó el plegamiento practicamente aleatorio al que se hace referencia con el término ovillo al azar, “random-coil”, ó polímero flexible. La estructura terciaria es el plegamiento general que adquiere la macromolécula en el espacio. La estructura cuaternaria hace referencia a la posible asociación de más de una molécula del polímero para formar agregados oligoméricos (dímeros, octámeros, etc.).  

Los métodos experimentales utilizados en la determinación estructural de macromoléculas no son diferentes de los que se usan en la determinación estructural de moléculas “pequeñas”, y su descripción queda fuera del alcance de esta asignatura: Todos los métodos espectroscópicos, incluyendo el Infrarrojo, UV-visible, dicroismo circular, fluorescencia, resonancia de spín electrónico, y la resonancia magnética nuclear se vienen utilizando desde hace décadas en la elucidación de la estructura de macromoléculas. Especialmente importante ha sido, y lo es actualmente la difracción de Rayos X, y en los últimos años ha adquirido especial relevancia la resonancia magnética nuclear, y los métodos derivados de la microscopía electrónica, de efecto túnel, y de fuerzas.

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Desde un punto de vista estructural existen dos tipos de macromoléculas: Aquellas que en disolución no adoptan una conformación definida, y que en estado sólido forman sólidos amorfos, ó sólo parcialmente cristalinos; y aquellas que adoptan configuraciones concretas (a-hélices, láminasb, etc.,), perfectamente definidas, y consecuencia de fuerzas intramoleculares específicas. Al primer tipo pertenecen la mayor parte de los polímeros sintéticos, mientras que las macromoléculas naturales en estado nativa suelen pertenecer al segundo. Una característica de estas últimas es que son susceptibles de desnaturalización en el laboratorio, convirtiéndose generalmente en macromoléculas del primer tipo, carentes de estructura definida.

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En lo que se refiere a los pesos moleculares, los polímeros sintéticos son generalmente polidispersos, mientras que en el caso de macromoléculas naturales existen las monodispersas como las proteínas, y polidispersas como los ácidos nucleicos y polisacáridos.

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Para el caso de polímeros sintéticos y macromoléculas naturales desnaturalizadas, consistentes en general en moléculas carentes de estructura específica, se puede decir que las fuerzas intramoleculares son muy débiles. Como consecuencia existirán muchas configuraciones (ó conformaciones) posibles para la molécula, que posean la misma energía, y que por consiguiente son igualmente probables. La situación se presta a definir parámetros relativos al tamaño y estructura, de carácter estadístico: distancia media extremo-extremo, y radio de giro medio.

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Estas magnitudes se pueden calcular teoricamente para un modelo teórico: el “random coil” ó cadena aleatoria, también denominado ovillo estadístico. El modelo se construye teóricamente utilizando “monómeros” teóricos, o eslabones de la cadena, que podrían ser de una longitud equivalente al enlace, ó molécula que se repite para construir la macromolécula. Cada eslabón se une al anterior adoptando una orientación al azar, salvo por las restricciones impuestas por los enlaces químicos. El resultado final es un ovillo aleatorio, ó “random coil”.

La distancia media extremo-extremo  se define como la raiz cuadrada de la media de los cuadrados de las distancias extremo-extremo (marcada en la figura con una linea discontinua para una configuración particular): = ( ) 1/2 El radio de giro medio = RG = ( )1/2, siendo R = S mi ri2 / Smi, donde mi es cada elemento de masa separado a una distancia ri del centro de masas de la molécula.

Los resultados teóricos del tratamiento estadístico del “random coil” resultan en fórmulas que nos dan la distancia media extremo-extremo y el radio de giro medio. Para la distancia se obtiene = cte Ma. Donde cte es una constante que depende de la longitud del “monómero” utilizado en la construcción teórica, de los ángulos de enlace que se hallan permitido, y del tipo de interacciones que existan con el disolvente, y a es una constante que oscila entre 0.6 y 1, dependiendo de la “flexibilidad” admitida para el polímero. Ambas constante se pueden medir experimentalmente, sobre todo a partir de medidas de viscosidad, de forma que se pueden contrastar siempre los resultados teóricos con las medidas experimentales. Una fórmula explicita relaciona la distancia media extremo-extremo y el radio de giro medio: RG = / 6.

CARBOHIDRATOS

Los carbohidratos (también llamados “hidratos de carbono”) son uno de los tres tipos de macronutrientes presentes en nuestra alimentación (los otros dos son las grasas y las proteínas). Existen en multitud de formas y se encuentran principalmente en los alimentos tipo almidón, como el pan, la pasta alimenticia y el arroz, así como en algunas bebidas, como los zumos de frutas y las bebidas endulzadas con azúcares. Los carbohidratos constituyen la fuente energética más importante del organismo y resultan imprescindibles para una alimentación variada y equilibrada.

CLASIFICACIÓN DE CARBOHIDRATOS

CLASE Y EJEMPLOS: Monosacáridos: Glucosa, fructosa, galactosa Disacáridos: Sacarosa, lactosa, maltosa Poloiles: Isomaltol, maltitol, sorbitol, xilitol, eritritol Oligosacáridos: Fructooligosacáridos, maltooligosacáridos Poligosacáridos tipo almidón: Amilosa, amilopectina, maltodextrinas Polisacáridos no semejantes al almidón (fibra alimenticia): Celulosa, pectinas, hemicelulosas, gomas, inulina

LÍPIDOS

Función nutricional: Fuente de ácidos grasos esenciales y vitaminas liposolubles. Control: Hormonas, esteroides, prostaglandinas. Almacen de energía: Triacilgliceroles en el tejido adiposo. Forman estructuras: Como las membranas biológicas Aislamiento térmico y amortiguador mecánico Transporte: Forman estructuras como las lipoproteínas de transporte de colesterol y triacilgiceroles

PROTEÍNAS 

Función nutricional: Fuente de aminoácidos para construir nuevas proteínas. Control: Hormonas como la insulina y el glucagon. Trabajo: La actina y la miosina en el músculo llevan a cabo trabajo mecánico. Catalizadores biológicos: Todas las enzimas de la célula. Defensa: Los anticuerpos como la igGAcarreo: De ácidos grasos, O, Fe, Cu, etc.  

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COMPUESTOS POLIMÉRICOS