Proteínas, carbohidratos y lípidos

Los carbohidratos, los lípidos y las proteínas constituyen los tres macronutrientes. Sus requerimientos dietéticos son altos en relación con los micronutrientes. Las macromoléculas biológicas son orgánicas, lo que significa que contienen carbono y además, pueden contener hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y elementos menores adicionales.

Proteínas Carbohidratos Lípidos
Monómero Aminoácidos Monosacárido Glicerol y ácido graso.
Formado por 20 aminoácidos. Átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno. Cadenas de carbono e hidrógeno principalmente.
Tipos Simples y conjugadas. Simples y complejos. Grasas, fosfolípidos y colesterol.
Digestión Rápida. Lenta. Muy lenta.
¿Dónde se digieren? Intestino. Intestino. Intestino.
Solubles en agua Algunas. Todas. Ninguna.
Almacenamiento de energía A largo plazo. A corto plazo. A largo plazo.
Funciones Componentes básicos de la vida, almacenamiento de energía, movimiento muscular, soporte estructural, defensa y medio de transporte celular. Almacenamiento de energía, soporte estructural y ayudan a la comunicación entre células. Almacenamiento de energía, protección y  como mensajeros químicos.
Alimentos que lo contienen Mariscos, carnes magras, aves de corral, huevos, frijoles y guisantes, productos de soya, nueces y semillas sin sal. Frutas, granos, lácteos, harinas refinadas y bebidas gaseosas, entre otros. Lácteos, carnes, aves, mariscos, huevos, semillas, nueces, aguacates y cocos.
Ejemplos Enzimas y algunas hormonas. Glucosa, fructosa, almidón, glucógeno y celulosa. Aceites y colesterol.
Estructura

 

Membrana plasmática: transporte activo

La membrana celular o membrana plasmática es una delgada capa semipermeable que rodea el citoplasma celular. Su función es proteger la integridad del interior de la célula y regular el paso de las sustancias.

¿Qué es el transporte celular?

Se define como transporte celular al movimiento a través del cual las sustancias entran o salen de las células, este movimiento es regulado por la membrana plasmática. Al ser la membrana una estructura semipermeable, tiene un control sobre todo aquello que puede entrar o salir de las células.

La membrana plasmática es una estructura semipermeable.

La membrana plasmática de cualquier célula contiene una variedad de estructuras que le ayudan a mantener el equilibrio interno de las mismas, estas estructuras participan en alguno de los dos tipos de transporte celular, sean el pasivo o el activo.

El transporte celular es un mecanismo sumamente importante para la célula porque le permite expulsar de su interior todas las sustancias de desecho provenientes del metabolismo o incorporar aquellas que sean necesarias para la nutrición.

¿Cuáles son los tipos de transporte celular?

Son dos los mecanismos principales que le permiten a la célula mover sustancias a través de la membrana plasmática: el transporte pasivo y el transporte activo. La diferencia principal entre ambos procesos radica en el gasto de energía, mientras que en uno es necesario el gasto de moléculas de ATP, en el otro no hacen falta.

En el transporte activo es necesario el gasto de moléculas de ATP.

¿Qué es el transporte activo?

Definimos el transporte activo como aquel proceso de intercambio de sustancias a través de la membrana celular en el que es necesario el uso de energía en forma de adenosin trifosfato (ATP). El gasto de energía es necesario ya que, a diferencia del transporte pasivo, este se realiza en contra de un gradiente de concentración, es decir, la concentración de la sustancia dentro de la célula es mayor que en el medio extracelular o viceversa.

¿Sabías qué...?
Cuando las moléculas son muy grandes y de alto peso molecular, las células crean vesículas membranosas que les permiten englobar las sustancias nutritivas o de desecho, para incluirlas o eliminarlas, este mecanismo también requiere el uso de energía y se divide en dos: endocitosis y exocitosis.

A través de la membrana y en contra del gradiente de concentración, se pueden mover desde pequeños iones y moléculas, hasta grandes sustancias de desecho que necesitan ser eliminadas. Algunas células son incluso capaces de engullir microorganismos unicelulares enteros.

¿Qué es un gradiente electroquímico?

Un gradiente electroquímico es una diferencia eléctrica entre el medio intracelular y extracelular. Se produce a causa de que las células contienen proteínas, en su mayoría cargadas negativamente e iones que entran y salen, lo que provoca que haya una diferencia de carga entre ambas zonas.

Movimiento a través de un gradiente: tipos de transporte activo

Para mover sustancias en contra de un gradiente electroquímico, la célula debe usar energía en forma de ATP y complejos enzimáticos encargados de realizar dichos procesos, dentro de ellos se encuentran las bombas sodio potasio y las proteínas transportadoras.

El transporte activo mantiene equilibrada las concentraciones de iones y otras sustancias necesarias para la supervivencia de las células.

Transporte activo primario

  • Bomba Na+/K+: es un conjunto de proteínas situadas en la membrana que se encargan de transportar iones en contra de un gradiente de concentración. En el interior de las células la concentración de sodio (Na+) es baja en comparación con el medio extracelular, y la concentración de potasio (K+) es más alta que en el medio extracelular.

Lo que hace la bomba de Na+/K+ es regular estos iones y permite el intercambio entre el medio extracelular e intracelular, es decir, bombea Na+ al medio extracelular y K+ al medio intracelular, el número de iones que bombea es tres iones de sodio por cada dos de potasio.

Bomba sodio potasio en acción.
  • Bomba Ca+: es un conjunto de proteínas que se encarga de transportar los iones de Ca2+ hacia el exterior de la célula con el fin de mantener el medio intracelular con una concentración baja.

Transporte activo secundario

Se conoce también como cotransporte, para llevar a cabo el transporte las proteínas utilizan la energía proveniente del potencial electroquímico creado por las bombas de iones con el fin de intercambiar una molécula de un lado a otro, es decir, una molécula entra y arrastra consigo una molécula hacia afuera. Los cotransportadores son:

  • Antiporte: es una proteína de membrana integral que se encarga de mover un ión o molécula en una dirección mientras mueve otra en dirección contraria. El “anti” en antiporte significa “en contra”, y de manera práctica sería como una puerta de admisión que sólo permite entrar a unos pocos si algunos salen al mismo tiempo.
    Transporte activo de tipo antiporte.
  • Simporte: Es una proteína de membrana integral que mueve dos iones en la misma dirección. “Sim” de simporte significa “lo mismo”, es decir, dos sustancias que se mueven en la misma dirección. En sentido práctico, sería como una puerta de admisión que permite la entrada de dos al mismo tiempo.
Transporte activo de tipo simporte.
ATPasa

Son un complejo multienzimático que se localiza en la membrana plasmática y que tiene como función principal la formación del ATP. Pueden ser muy diversas y se clasifican según su función, sea catabólica, anabólica o de ósmosis, un ejemplo común de estas enzimas es la bomba Na+/ K+.

Polímeros: Hidrocarburos conformados por macromoléculas

En la naturaleza y en productos fabricados por el hombre se pueden encontrar algunos compuestos llamados polímeros. Las proteínas y el caucho son algunos ejemplos de estas estructuras químicas que nos rodean.

Polímeros de uso cotidiano.

Polímero

Son macromoléculas (moléculas de gran tamaño) que están conformadas por cientos de miles de moléculas más pequeñas y se caracterizan porque una misma unidad se repite muchas veces a lo largo de una cadena. Un polímero está conformado por una cantidad indefinida de monómeros, los cuales son moléculas pequeñas que lo conforman por medio de un proceso denominado polimerización. Este proceso se encarga de enlazar o unir esas pequeñas moléculas.

Los polímeros no tienen un número de unidades definidas, por lo tanto, se repiten “n” cantidad de veces.

Clasificación de los Polímeros

Los polímeros pueden clasificarse según su origen y según el comportamiento que adquieren a elevadas temperaturas.

Según su origen.

Naturales: son aquellos que se pueden encontrar en la naturaleza como las proteínas, la seda, el caucho, el almidón y el algodón, entre otros.

En el caso del almidón su monómero es la glucosa, por otro lado, las proteínas presentan como monómero a los aminoácidos.

Sintéticos: son aquellos que se elaboran en un laboratorio o industria a partir de un monómero natural. Entre los más comunes se encuentran el nailon, la porcelana y el vidrio.

En la vida cotidiana se utilizan normalmente polímeros naturales.

Según su comportamiento a elevadas temperaturas.

Termoplásticos: son materiales rígidos a temperatura ambiente, pero al aplicarles temperatura se vuelven moldeables y blandos, por lo que se pueden fundir y moldear varias veces sin cambiar sus propiedades. Algunos son el poliéster, la seda, el polietileno, la lana, entre otros.

Termoestables: son materiales rígidos, frágiles, resistentes al calor o a la aplicación de elevadas temperaturas. Una vez que son moldeados no pueden volver a su forma original. Por ejemplo: la baquelita y el PVC.

 

Los plásticos son uno de los polímeros más usados por el hombre.

Comportamiento térmico de un Polímero

Temperatura de ebullición: los polímeros se degradan debido a la aplicación del calor y por lo tanto, pueden romperse.

Temperatura de fusión: la fusión de un polímero tiene dos zonas, la primera llamada zona amorfa, donde se da el desorden de moléculas ocurriendo a una temperatura de transición determinada y la segunda, zona cristalina, la cual ocurre a la temperatura de fusión.

Debido a que los polímeros son moléculas conformadas por un gran número de átomos, resulta imposible que la misma esté totalmente ordenada, por lo cual un polímero en estado sólido presenta zonas amorfas y cristalinas.

 

Hoy en día existen varias industrias que se dedican a la fabricación de polímeros para ser utilizados más adelantes en otras ramas como la textil.

Grado de polimerización

Se refiere al número de veces en la que el monómero se repite para formar el polímero. Los polímeros con grados de polimerización muy bajos se pueden encontrar en estado líquido a temperatura ambiente como los aceites sintéticos y ceras. Por otro lado, aquellos que presentan grados de polimerización superiores normalmente son sólidos a temperatura ambiente.

¿Sabías qué...?
Los polímeros están presentes en nuestra vida cotidiana sin notarlo. La ropa que utilizamos, el papel de nuestra agenda o el escritorio de la oficina donde trabajamos son simples ejemplos de esto.

La polimerización

El proceso mediante el cual se sintetizan los polímeros partiendo de sus monómeros se conoce como polimerización. Los polímeros pueden presentar una estructura lineal (formados por una cadena de monómeros) o ramificados (dos o más cadenas de monómeros). Existen dos formas para sintetizar un polímero: la polimerización por adición y por condensación.

  • Polimerización por adición: Es el proceso en el que el producto polimérico contiene todos los átomos del monómero inicial, es decir, toda la molécula del monómero pasa a formar parte de la macromolécula.
En la polimerización por adición del polietileno, todos los átomos del monómero (etileno) se adicionan en su totalidad para formar la macromolécula.
  • Polimerización por condensación: En este tipo de polimerización el monómero pierde átomos cuando pasa a formar parte del polímero (generalmente la pérdida consiste en una molécula pequeña). Debido a esto, en la polimerización por condensación se tienen subproductos.
El nailon se obtiene a través de la polimerización por condensación. Algunas de las cuerdas de una guitarra están elaboradas con este material.

La viscosidad de los polímeros

En la medida que el peso molecular aumenta, el material tendrá mejores propiedades mecánicas pero tendrá peores propiedades de flujo, el material será más resistente al fluir porque será más viscoso, esto referente a la hora de procesar el polímero. Cuando se fabrican piezas con él, si el polímero es muy viscoso puede dar lugar a la obtención de piezas defectuosas obtenidas por procesos como el moldeo.

La viscosidad de los polímeros varía dependiendo de su peso molecular.

OTRAS CLASIFICACIONES DE LOS POLÍMEROS

Los polímeros al estudiarse más a profundidad también pueden clasificarse según su forma, aplicación, orden espacial, propiedades como la cristalinidad y su estructura.

Elastómeros

Los elastómeros son un tipo de polímero muy utilizado, son aquellos que tienen un comportamiento elástico, lo cual les permite deformarse fácilmente sin que se rompan sus enlaces o modifique su estructura.