Química - Buenos Aires Ciudad

Unidad 4: Biomoléculas
Química
Bloque 5
Contenidos
Glúcidos: clasificación, nomenclatura, formas cíclicas. Funciones biológicas de
los glúcidos.
Proteínas: aminoácidos, unión peptídica. Clasificación. Estructuras primaria,
secundaria, terciaria y cuaternaria. Desnaturalización de proteínas. Funciones
biológicas.
Lípidos: características generales, moléculas hidrofílicas e hidrofóbicas, ácidos
grasos. Acilgliceroles, fosfolípidos, etc. Funciones biológicas de cada tipo de
lípido.
Acidos Nucleicos: ADN y ARN. Unión fosfodiéster. Funciones de los
nucleótidos.
Aporte energético de cada tipo de biomoléculas. Diseño de una dieta
balanceada en función de los requerimientos y aportes de energía.
Al concluir esta unidad esperamos que Ud. pueda:
• Diferenciar las características de los principales tipos de biomoléculas.
• Describir las funciones biológicas de las biomoléculas estudiadas.
• Interpretar la importancia de cada grupo de biomoléculas en el organismo
humano.
• Conocer las características de una dieta equilibrada.
La diversidad de moléculas biológicas
Se llaman biomoléculas a las moléculas constituyentes de todos los seres vivos.
Las biomoléculas que Ud. estudiará en esta unidad son los glúcidos, lípidos,
proteínas y ácidos nucleicos.
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Glúcidos
A este grupo de compuestos también se los conoce como carbohidratos o
hidratos de carbono, ya que la mayoría de ellos tiene una fórmula general que es
Cn (H2O)n. A partir de ella, se supuso que los glúcidos estaban compuestos por
carbono con moléculas de agua. Aunque hoy se sabe que esa idea es errónea, se los
sigue llamando como dijimos anteriormente.
Tal como Ud. ya estudió en la Unidad 3, desde el punto de vista químico, los
glúcidos son aldehídos o cetonas polihidroxilados: moléculas que poseen el grupo
carbonilo, en un carbono primario (aldehídos) o secundario (cetonas), y múltiples
grupos hidroxilo en el resto de los carbonos.
Es por ello que estos compuestos presentan las mismas propiedades químicas que
los aldehídos, cetonas y alcoholes.
Veamos dos ejemplos conocidos:
O
C H
H — C — OH
OH — C — H
H — C — OH
H — C — OH
CH2OH
Molécula de glucosa (2,3,4,5,6 hexanopentol - al).
CH2OH
H—C — O
H — C — OH
H — C — OH
C — OH
CH2OH
Molécula de fructosa (1,3,4,5,6 hexanopentol – ona).
Estos compuestos llevan en su nombre el prefijo hex, que indica que están
formados por seis átomos de carbono; y el vocablo pent, que se refiere a que
poseen 5 grupos OH en la cadena carbonada.
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Aunque estos glúcidos tienen una nomenclatura convencional, en realidad se los
llama por sus nombres tradicionales: glucosa (azúcar presente en la sangre),
fructosa (azúcar presente en las frutas), etc.
Estas moléculas corresponden a glúcidos llamados monosacáridos, y forman parte
del grupo de los azúcares simples.
Los monosacáridos más importantes en los organismos vivos son compuestos
formados por moléculas que tienen 5 ó 6 carbonos.
En la naturaleza, los monosacáridos se encuentran en su mayor proporción
formando ciclos o anillos con forma de pentágono o hexágono.
Observe cómo se representa este anillo para el caso de la glucosa:
O
6
C H
H — C — OH
1
2
HO —3 C — H
4
5
H
C — OH
C
H
OH
H
4
HO C — C
2
5
H
H — C — OH
H — C — OH
6
CH2OH
6
CH2OH
3
C
1
CH2OH
5
H
C—O
H
C
H
OH
C
O
4
H
OH C — C
OH
H
3
H
2
1
OH
OH
Formación de la estructura cíclica de la molécula de glucosa.
Otro grupo de azúcares simples son los disacáridos. Están formados por la unión
de dos monosacáridos.
Son ejemplos la lactosa, que es el azúcar de la leche, y la sacarosa, que es el azúcar
común.
Los monosacáridos y los disacáridos son de asimilación rápida, y su función es la
de proporcionar energía en forma inmediata.
Existe además otro grupo muy importante de glúcidos que son los polisacáridos.
Son ejemplos de polisacáridos el almidón, el glucógeno y la celulosa.
Todos ellos son polímeros. Los polímeros son macromoléculas (moléculas muy
grandes) formadas por la unión de muchas moléculas más pequeñas.
En el caso de los tres polisacáridos mencionados, los polímeros resultan de la
unión de numerosas moléculas de glucosa, enlazadas por diferentes partes de la
molécula.
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Esta diferencia es muy importante, ya que es la que determina ciertas propiedades
de los compuestos que hacen que, por ejemplo, la celulosa no pueda ser digerida
por el organismo humano, y sí por los herbívoros.
Los polisacáridos tienen diferentes funciones biológicas:
• función de reserva: el almidón es el polisacárido de reserva en los vegetales, y el
glucógeno es el de reserva en los animales.
El aprovechamiento de estos polisacáridos por los seres vivos es posible por un
proceso llamado hidrólisis, que consiste en la ruptura de las uniones de estas
macromoléculas en presencia de agua, que da por resultado moléculas de glucosa
disponibles en el organismo.
• función estructural: la celulosa es el polisacárido que integra las paredes celulares.
Sus moléculas se disponen de tal manera que forman largas fibras que le sirven de
sostén a los vegetales.
Proteínas
Las proteínas son polímeros de elevadas masas moleculares que constituyen cerca
del 18% de nuestro organismo. Si no se considera la cantidad de agua que nos
compone (70 %), nuestra masa corporal es mayoritariamente proteínas.
Desde el punto de vista químico, las unidades de estos polímeros se llaman
aminoácidos.
Veamos algunos ejemplos de aminoácidos de gran importancia biológica:
O
C OH
H C NH2
H
Molécula de glicina.
O
C OH
H C NH2
CH3
Molécula de alanina.
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Como se observa en las figuras, los aminoácidos se denominan de ese modo
porque en una misma molécula tienen un grupo "amino"(-NH 2) y un grupo
"ácido" (- COOH).
Cada aminoácido tiene un nombre universal, y no se utilizan las reglas de
nomenclatura para identificarlos.
Consulte en los textos el capítulo sobre prótidos o proteínas y responda:
&
1. ¿Qué son los alfa- aminoácidos?
2. ¿A qué se llama aminoácidos esenciales?
Como Ud. habrá leído, los aminoácidos son los monómeros de las proteínas.
¿Cómo están unidos los aminoácidos en una proteína?
Los aminoácidos se unen por un tipo de unión llamada enlace peptídico.
Como ejemplo, observe la unión entre los aminoácidos glicina y alanina:
Unión peptídica entre glicina y alanina.
En esta transformación se une el -OH de un aminoácido con un H del grupo
amino del otro, y también se forma agua como producto.
Nota: Recuerde que en la representación de una molécula en el plano se puede
variar su orientación.
Los químicos describen las proteínas a través del análisis de lo que se denomina
estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.
La estructura primaria da cuenta de cuáles son los aminoácidos presentes en la
proteína y en qué orden se han unido.
Por ejemplo, parte de la estructura primaria de la proteína llamada insulina es:
gli-ile-val-glu-glu-cis-cis-ala……
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Nota: Observe que para nombrar cada aminoácido de la secuencia se utilizan tres
letras de su nombre.
Para conocer cuál es la conformación que adopta una proteína en el lugar donde se
localiza es necesario estudiar las estructura secundaria y terciaria.
La estructura secundaria puede ser de distintos tipos:
Alfa-hélice.
Hoja plegada.
Además existen proteínas cuyas estructuras secundarias son al azar, en las que se
mezclan estructuras de alfa- hélice y hoja plegada.
La conformación final que adopta la proteína en el lugar donde se encuentra es la
estructura terciaria, y puede ser de dos tipos distintos.
Por ejemplo, las proteínas fibrosas de los músculos son manojos de 10 hélices que
se retuercen entre sí, y las proteínas globulares (gammaglobulinas), adquieren por
plegamiento una forma esferoidal.
Por último, existen algunas proteínas que constan de varias subunidades, las cuales
no tienen función biológica por separado. A esta disposición se la llama estructura
cuaternaria.
Un ejemplo característico es la hemoglobina, que está constituida por cuatro
subunidades globulares.
&
Busque en los textos el capítulo de proteínas y responda:
¿A qué se llama desnaturalización de las proteínas y por qué se produce?
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Funciones biológicas de las proteínas
Cada organismo, cada tejido y cada célula tienen sus propias proteínas. Esta
marcada especificidad hace que las diferencias entre las especies residan,
esencialmente, en las diferencias existentes entre las proteínas que las conforman.
Las proteínas tienen como función esencial formar las estructuras de los seres
vivos. Los huesos, los músculos, la piel, el pelo, las uñas, etc. son básicamente
proteínas.
Existen también proteínas de transporte, como la hemoglobina; de protección
inmunológica, como los anticuerpos; de regulación, como las hormonas, etc.
Además hay un grupo muy importante de proteínas, son las enzimas, que regulan
la velocidad de las reacciones en los seres vivos.
Lípidos
Los lípidos son un conjunto extenso y variado de compuestos no polares, cuya
característica común es la insolubilidad en agua y la solubilidad en solventes no
polares como el benceno.
Entre las variadas clases de lípidos se encuentran las grasas y aceites, fosfolípidos y
ceras.
Las grasas y aceites más comunes son ésteres del alcohol 1,2,3, propanotriol
(glicerina o glicerol) y ácidos carboxílicos de cadena larga (12 o más carbonos);
conocidos como ácidos grasos, con número par de átomos de carbono.
Los ácidos grasos pueden ser: saturados ( tienen enlaces simples C-C en su cadena)
o insaturados ( tienen enlaces dobles C=C en su cadena).
Busque en los textos el capítulo sobre lípidos y responda:
&
1. ¿Qué es un glicérido?
2. ¿Qué diferencias existen en la estructura de los monoglicéridos, diglicéridos y
triglicéridos?
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Como ya habrá consultado en los textos, las grasas y aceites pueden ser
monoglicéridos, diglicéridos o triglicéridos, de acuerdo a que uno, dos o los tres
grupos hidroxilo del alcohol estén unidos a los ácidos grasos.
Sus funciones biológicas más importantes son:
• reserva de energía,
• protección frente a los golpes,
• aislación del frío.
Los fosfolípidos también son ésteres del alcohol glicerina (igual que las grasas y
aceites), pero sólo se han unido dos moléculas de ácidos grasos con dos hidroxilos
del alcohol. El tercer grupo hidroxilo del alcohol está unido con un grupo fosfato
(- PO 4 H2 ).
En la molécula de un fosfolípido se pueden reconocer dos partes. Una parte es
soluble en agua, y por esta razón se reconoce como la parte hidrofílica de la
molécula del fosfolípido. La otra parte no se disuelve en agua, y es por eso que se
reconoce como la parte hidrofóbica de la molécula. A esta parte también se la
llama parte lipofílica o liposoluble, ya que se disuelve en sustancias no polares.
Los fosfolípidos están presentes como constituyentes fundamentales de las
membranas celulares.
Las ceras son también ésteres, como los fosfolípidos y las grasas, pero en lugar de
glicerol contienen alcoholes de un sólo oxhidrilo. Estos lípidos tienen función de
protección y recubrimiento en las hojas, plumas y pieles en los animales. También
son importantes desde el punto de vista industrial, para la fabricación de
cosméticos y velas.
Ácidos nucleicos. Los nucleótidos
Estos compuestos son polímeros de alta masa molecular, cuyas unidades, los
nucleótidos, están formados por la unión covalente de tres moléculas: una amina
en forma de anillo, un azúcar y un ácido fosfórico.
Los ácidos nucleicos son dos: ADN y ARN.
El ADN forma los cromosomas, portadores de la herencia. Son la información
química de las características biológicas que se transmiten en los seres vivos de
generación en generación.
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El ARN interviene en los mecanismos de síntesis de proteínas de todos los seres
vivos.
Los nucleótidos que intervienen en la formación del ADN y ARN son específicos
para cada uno; y la conformación de las cadenas de nucleótidos también es
específica y diferenciada, de acuerdo a la función que cumplen.
Los ácidos nucleicos son polinucleótidos que se unen del siguiente modo:
Azúcar- amina
fosfato
azúcar- amina
La unión característica de los nucleótidos recibe el nombre de fosfodiéster, ya que
cada molécula de fosfato se une con dos moléculas de azúcar, formando una unión
similar a un éster.
Las biomoléculas y la alimentación
Al ingerir los alimentos, nuestro organismo obtiene básicamente energía y
materia.
Los nutrientes se encuentran presentes en los alimentos, y son las biomoléculas
estudiadas en esta unidad: hidratos de carbono, lípidos y proteínas. También
ingresan con la ingesta sales minerales y vitaminas de diversos tipos.
La energía (que normalmente se expresa en unidades de calorías o kilocalorías)
resulta imprescindible para que el organismo realice todas sus funciones vitales.
Cuando nos alimentamos estamos incorporando moléculas de lípidos, proteínas o
glúcidos que contienen en sus enlaces químicos la energía que, al ser "desarmados"
por nuestro organismo, queda disponible para ser utilizada.
Los glúcidos son conocidos como fuente de calorías rápida, pues su
transformación libera energía inmediatamente.
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No ocurre lo mismo con las grasas, que aunque producen más energía que los
glúcidos (el doble), no se transforman con tanta facilidad, y por ello no están
disponibles en forma inmediata.
Las proteínas tienen principalmente funciones estructurales, enzimáticas,
transportadoras, etc. Sólo son utilizadas como fuente de energía si se han agotado
todas las demás reservas que el organismo dispone. Es típico de cuadros de
desnutrición severa que las proteínas se consuman, con la consiguiente
peligrosidad, debido a las múltiples y vitales funciones que éstas cumplen.
Por otro lado, debemos destacar que un exceso en la ingesta de hidratos de
carbono en la dieta, que supere los requerimientos nutricionales, es derivado hacia
la formación de lípidos.
Si se quiere perder peso, se comienza una dieta hipocalórica, es decir se reduce la
cantidad de alimentos de alta energía (lípidos). De modo que, siendo insuficiente la
cantidad de energía disponible por la alimentación, el organismo utiliza la reserva
de grasas. De este modo, notamos una pérdida de peso y un cambio en la
estructura corporal.
Requerimientos dietéticos alimentarios
Los requerimientos nutricionales deben ser cubiertos para mantener un buen
estado físico y evitar enfermedades.
Aún así, hay variaciones individuales a tener en cuenta a la hora de decidir e
implementar una modificación de los hábitos alimentarios.
Pueden existir deficiencias en las ingestas adecuadas de todos los nutrientes por
desconocimiento, por situación económica o por ambas razones.
Ciertas enfermedades comunes se relacionan con la ingestión excesiva de
alimentos. La obesidad se debe a la ingestión excesiva de aquellos alimentos que
proporcionan mucha energía, y a menudo, tiene como consecuencias el desarrollo
de enfermedades como diabetes, ateroesclerosis, coronariopatías, etc.
Para mejorar nuestros hábitos alimentarios y diseñar nuestra propia dieta es
necesario :
• Reducir en lo posible el sobrepeso, disminuyendo la ingesta calórica.
• Evitar el exceso de grasas.
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• Consumir más polisacáridos y menos azúcares simples.
• Incorporar aceites vegetales preferentemente insaturados.
• Reducir el consumo de sal y colesterol.
• Incrementar el consumo de fibras alimenticias.
Para revisar algunos conceptos de la unidad le proponemos la siguiente
actividad:
Responda si los siguientes enunciados son correctos o no. Justifique sus respuestas:
Enunciados
Correcto/
Respuestas
incorrecto
Una de las diferencias entre los
polisacáridos y los azúcares
simples es que tienen distinto
número de unidades.
La función biológica de los
lípidos es la de proveer energía
en forma inmediata.
La unión fosfodiéster es
característica de los ácidos
nucleicos.
Los triglicéridos son compuestos
formados por la unión de la
glicerina y ácidos grasos.
La estructura primaria de las
proteínas describe la disposición
que adoptan en el espacio.
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Revisemos las respuestas
Enunciados
Una de las diferencias entre los
polisacáridos y los azúcares
simples es que tienen distinto
Correcto/
incorrecto
Correcto
Respuestas
Los polisacáridos son polímeros
formados por numerosas unidades de
monosacáridos (azúcares simples).
número de unidades.
La función biológica de los
lípidos es la de proveer energía
en forma inmediata.
La unión fosfodiéster es
Incorrecto Los lípidos tienen como función
principal ser la reserva de energía del
organismo.
Correcto
característica de los ácidos
nucleicos.
Los triglicéridos son compuestos
formados por la unión de la
glicerina y ácidos grasos.
La estructura primaria de las
proteínas describe la disposición
que adoptan en el espacio.
Los nucleótidos se unen para
constituir un ácido nucleico a través
de una unión fosfodiéster.
Correcto
Los triglicéridos son ésteres
constituidos por una molécula de
alcohol (glicerina) y tres moléculas de
ácido graso.
Incorrecto La estructura primaria de una
proteína es la secuencia de
aminoácidos que la constituyen. La
disposición que la proteína adopta en
el espacio es la estructura secundaria
y terciaria.
En la próxima unidad Ud. estudiará el tema: Enzimas.
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Unidad 5: Enzimas
Química
Bloque 5
Contenidos
Catálisis Biológica. Energía de activación. Velocidad de reacción.
Clasificación de las enzimas.
Función y mecanismos de la actividad enzimática. Importancia biológica.
Al finalizar esta unidad esperamos que Ud. pueda:
• Describir las características de las enzimas.
• Conocer la importancia biológica de las enzimas.
• Explicar el proceso de catálisis biológica.
Las enzimas
Las enzimas son proteínas y constituyen un grupo de moléculas muy relevante por
su importancia biológica, ya que sin ellas no podrían producirse las
transformaciones químicas que ocurren en los seres vivos. Las enzimas pueden
aumentar miles de veces la velocidad de una reacción biológica.
Toda célula produce las moléculas necesarias en el momento que las requiere para
su funcionamiento. Si no existieran las enzimas, estos procesos serían imposibles.
Su función es ser catalizadores biológicos; y como todos los catalizadores,
aceleran las reacciones sin que estos se modifiquen. Un catalizador se caracteriza
por participar "temporalmente" en la reacción, y una vez formados los productos,
éste se recupera sin haberse consumido.
A diferencia de otros catalizadores, las enzimas presentan características
particulares:
• son selectivas, es decir que existe una enzima específica para cada reacción;
• actúan en cantidades muy pequeñas;
• se pueden desnaturalizar (ya que son proteínas), por efecto del calor o bien por
cambios del pH, como Ud. ya estudió en la Unidad 4.
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Cada transformación química se desarrolla con una determinada rapidez conocida
como velocidad de reacción, que depende de las sustancias reaccionantes y de las
condiciones en las que la reacción se produce.
La velocidad de reacción se determina como la cantidad de productos formados (o
la disminución de la cantidad de reactivos) a lo largo del tiempo.
Energía de activación
Para que una reacción se produzca es necesario que las moléculas de reactivos
choquen entre sí, con la energía suficiente como para romper los enlaces químicos
que las unen y producir nuevas moléculas, con sus respectivos nuevos enlaces.
La energía requerida para que una reacción suceda se conoce con el nombre de
energía de activación, y es característica para cada reacción.
Las enzimas actúan disminuyendo la energía de activación que se requiere en toda
transformación, porque modifican el mecanismo de la reacción reemplazándolo
por otro con una energía de activación menor.
Clasificación de las enzimas
Las enzimas se clasifican según el tipo de reacción que catalizan.
Entre las distintas clases, son muy importantes aquellas que intervienen en los
procesos de degradación de glúcidos, lípidos, otras proteínas, etc.; o bien aquellas
que participan en los procesos de formación del mismo tipo de biomoléculas. Esto
significa que en todos los seres vivos existen enzimas que actúan, por ejemplo, en
la degradación de proteínas ingeridas; y también otras que intervienen en la
formación de las propias proteínas.
Cada ser vivo posee un grupo particular de enzimas que regulan la velocidad de los
procesos bioquímicos que en él ocurren. Así por ejemplo, las levaduras que son
microorganismos que el hombre utiliza para elaborar pan o vino, poseen un grupo
de enzimas que actúan en la degradación de los carbohidratos de la harina o de la
uva, que utilizan como nutrientes.
Los seres humanos tenemos una enorme variedad de enzimas, que participan en la
gran diversidad de transformaciones de nuestro organismo.
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En la digestión de almidón (polisacárido de la glucosa presente en el pan, las
pastas, los postres y cereales) interviene una enzima que se encuentra en la saliva
llamada amilasa. Ésta acelera la degradación del almidón en unidades de maltosa
(disácarido formado por dos moléculas de glucosa). Las moléculas de maltosa se
degradan en el intestino delgado en moléculas de glucosa. Estas unidades llegan
por torrente sanguíneo al hígado donde se forma el polímero de almacenamiento
de los animales llamado glucógeno. Dicho proceso, se halla a su vez regulado por
otras enzimas específicas para este tipo de transformación.
Los humanos no podemos degradar la celulosa, que es otro polímero de la glucosa,
presente por ejemplo en las hojas o tallos de los vegetales. Esto no es posible ya
que no poseemos las enzimas necesarias.
La falta de alguna enzima es causante de ciertas anomalías o enfermedades. Los
celíacos, por ejemplo, son personas que no tienen la enzima específica para
degradar al gluten, proteína presente en la harina. Es por ello que no pueden
ingerir alimentos elaborados con este ingrediente.
Acción enzimática
¿Cómo actúan las enzimas?
Las moléculas sobre las que actúan este tipo de proteínas se denominan sustrato.
Cuando la enzima se acerca al sustrato, tal como muestra la figura que aparece a
continuación, se "encaja" en un lugar de la molécula llamado sitio activo. La
enzima interactúa con la o las moléculas del sustrato logrando así que se
favorezcan los choques, y de este modo, se disminuye la energía de activación de la
reacción. Cuando los productos se forman, la enzima queda libre para interactuar
con otras moléculas de sustrato.
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Como cierre de esta unidad, la proponemos la siguiente actividad de síntesis:
Enunciado
Correcto
o incorrecto
Justificación
Una enzima es una proteína que
acelera un grupo de reacciones.
Para que una reacción química ocurra
es necesario que se alcance la energía
de activación.
Después de transcurrida una
determinada reacción, una enzima
puede volver a actuar.
Las enzimas actúan en diferentes
lugares de la molécula de sustrato.
Revisemos las respuestas
Enunciado
Una enzima es una proteína que
Correcto
Justificación
o incorrecto
I
Es incorrecto porque las
acelera un grupo de reacciones.
Para que una reacción química ocurra
es necesario que se alcance la energía
de activación.
Después de transcurrida una
determinada reacción, una enzima
enzimas son selectivas, y en
consecuencia catalizan una
C
reacción química particular.
Es correcto porque éste es el
concepto de energía de
C
activación.
Es correcto ya que todo
catalizador se recupera intacto
puede volver a actuar.
Las enzimas actúan en diferentes
lugares de la molécula de sustrato.
después de finalizada la
reacción.
I
Es incorrecto porque las
enzimas justamente actúan en
un lugar determinado de la
molécula llamado sitio activo.
En la próxima unidad Ud. estudiará el tema: Polímeros.
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Química
Bloque 5
Unidad 6: Polímeros de uso
industrial
Contenidos
Monómeros y polímeros. Mecanismos de polimerización.
Utilización de los polímeros: hules, fibras y plásticos.
Polímeros de utilidad comercial: nylon, poliuretanos, baquelitas, resinas epoxi.
Caucho: natural y sintético.
Al concluir esta unidad esperamos que Ud. pueda:
• Identificar los principales tipos de polímeros.
• Reconocer las diferencias entre los polímeros de adición y los de condensación.
• Describir las aplicaciones de los polímeros de uso comercial más frecuente.
Polímeros sintéticos
Como Ud. ya estudió en la Unidad 4, los polímeros son macromoléculas formadas
por la unión química de numerosas unidades llamadas monómeros.
Los polímeros sintéticos son aquellos que se fabrican en la industria química.
El primer polímero sintético se llamó celuloide y fue obtenido a partir de la
celulosa. Este material se desarrolló a fines del siglo XIX y permitió confeccionar
películas muy delgadas que se emplearon en la industria del cine. Más tarde
aparecieron nuevos polímeros sintéticos que, como el caso del nylon, marcaron
hitos en la historia de la humanidad.
Los plásticos constituyen un grupo muy particular y diverso de polímeros
sintéticos cuyos monómeros poseen carbono. En su mayoría son derivados del
petróleo y se caracterizan porque se obtienen a partir de un proceso llamado
polimerización.
Entre los plásticos de mayor uso se encuentran el polietileno y el polipropileno.
El polietileno resulta de la polimerización del eteno; y el polipropileno, del
propeno. El polietileno se utiliza comúnmente para fabricar bolsas, envases,
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juguetes, etc. El polipropileno, con propiedades similares al anterior, se usa
también para fabricar alfombras, material de laboratorio, etc.
¿A qué se llama polimerización?
La polimerización es el proceso por el cual se forma un polímero a partir de sus
monómeros.
Los métodos de polimerización más importantes son: polimerización por adición
y por condensación.
Polimerización por adición
Los monómeros más utilizados por la industria en esta clase de proceso pertenecen
al grupo de los hidrocarburos, y entre ellos se incluyen principalmente los
alquenos.
Este tipo de polimerización se lleva a cabo a partir de reacciones de adición sobre
el doble enlace de los alquenos, y en consecuencia se produce la unión de sucesivas
moléculas de este tipo de compuestos, ya estudiados en la Unidad 2.
Por ejemplo, la polimerización del eteno, también llamado etileno, en condiciones
determinadas de presión y temperatura forma macromoléculas de polietileno. Éste
tiene la propiedad de ser insoluble en una diversidad de materiales en estado
líquido; y es por ello que se lo utiliza para la confección de contenedores y
envases.
Entre los polímeros de este grupo se incluyen el polietileno, el polipropileno, el
PVC de las cañerías, el poliestireno que se emplea para la fabricación del telgopor,
el cashmilon de las prendas de vestir, y el teflón de las sartenes y ollas
antiadherentes.
&
Busque en los libros de texto las propiedades y usos de los distintos tipos de
caucho sintético y los monómeros que los constituyen.
Como Ud. ya habrá consultado en los textos, el caucho sintético se obtiene por
polimerización de adición de una variedad de monómeros. Estos monómeros son
en su mayoría compuestos llamados dienos conjugados, que tienen la
particularidad de presentar dobles enlaces alternados a lo largo de la cadena. Es un
ejemplo de este tipo de monómero el 1,4 butadieno:
CH2 = CH – CH = CH2
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Polimerización por condensación
En este caso, a diferencia de la polimerización por adición, el polímero se produce
como resultado de la reacción entre monómeros que poseen dos grupos
funcionales distintos, y que en la mayoría de las veces se produce también agua.
Veamos el siguiente ejemplo:
Este polímero se conoce con el nombre de PET, y es muy utilizado para la
fabricación de envases de bebidas gaseosas.
Como se muestra en la figura, se trata de una reacción de formación de ésteres ya
estudiada en la Unidad 3 entre un ácido y un alcohol; y el polímero resulta de la
condensación de numerosas moléculas de este tipo.
También son ejemplos de esta clase de polímeros el nylon 66, que es una poliamida
utilizada para la confección de cuerdas por su alta resistencia, el terylene o dacrón,
que son distintos nombres comerciales de un mismo poliéster empleados para la
elaboración industrial de fibras textiles, y también las siliconas.
Las siliconas son otros polímeros de condensación, pero en lugar de tener en sus
moléculas al elemento carbono, poseen silicio. Con ellas se fabrican prótesis
estéticas, impermeabilizantes, aislantes, lubricantes, sustitutos del caucho, etc.
Los polímeros y sus usos
Los polímeros sintéticos, además de clasificarse según el método de polimerización
a partir del cual se obtienen, también se los agrupa teniendo en cuenta el tipo de
aplicación y usos. Así, existen tres grandes grupos: hules, fibras y plásticos.
Los hules son polímeros que tienen propiedades elásticas, como por ejemplo los
cauchos sintéticos que se utilizan para la fabricación de mangueras, neumáticos,
etc.
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59
Las fibras se usan en la industria textil y presentan gran resistencia mecánica. Son
ejemplos las poliamidas y los poliésteres con los que se confeccionan muchas
prendas de vestir (medias, guardapolvos, etc.).
Los plásticos son un grupo muy diverso de materiales cuyas características los
hacen útiles para variados usos: aislantes térmicos, envases, juguetes, compacts,
aparatos eléctricos, muebles, lentes, revestimientos, etc.
Desde el punto de vista químico, los plásticos son polímeros sintéticos que se
modelan en estado semisólido bajo la acción combinada del calor y la presión.
La bakelita, polímero de condensación, es un plástico que tiene la propiedad de
adquirir rigidez permanente una vez moldeado. Por acción del calor ya no vuelve a
ablandarse; en cambio, se quema. Esto es lo que ocurre con las asas de las
cacerolas.
Los poliuretanos son otro tipo de plásticos, que se obtienen por polimerización de
condensación de monómeros que poseen nitrógeno en su composición molecular.
Las espumas de poliuretanos se han utilizado ampliamente en la fabricación de
almohadas y colchones. Además, hoy día, este tipo de materiales se emplean
también en instrumental quirúrgico, como por ejemplo en la fabricación de
corazones artificiales. Sin embargo, el uso de estos diseños se ha dejado de lado por
las dificultades para la realización de los controles de calidad.
Por último, dentro de los plásticos, las resinas epoxi se usan como pegamento por
su gran poder adhesivo.
Este tipo de resinas son polímeros de adición donde la polimerización ocurre en el
instante de la preparación del pegamento.
Las características de los polímeros sintéticos dependen de diversos factores. Así, el
largo de la cadena puede determinar que las moléculas de los polímeros formen
verdaderas fibras, como las que constituyen las fibras textiles.
Otro factor que incide en las propiedades de un polímero es su grado de
cristalinidad, que le proporciona apariencia vítrea y transparente al material (por
ejemplo, botellas.)
Por otro lado, si las cadenas de un polímero se disponen entrecruzadamente, se
puede formar un material rígido que al estirarse se rompe, como por ejemplo, las
resinas epoxi.
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Para cerrar el tema, le proponemos el siguiente trabajo de síntesis:
Actividad n° 1
Relea la unidad, y con todos los polímeros estudiados realice un cuadro que
incluya tipo de polimerización del material y sus aplicaciones.
Actividad n° 2
Responda las siguientes preguntas consultando la bibliografía o la Guía:
a. ¿Qué se entiende por plásticos?
b. ¿De qué modo se puede clasificar a los plásticos?
c. ¿Cuál es la diferencia fundamental entre la polimerización por adición y la
polimerización por condensación?
d. ¿A qué se llama siliconas y cuáles son sus principales aplicaciones?
e. ¿Cuáles son los factores que pueden determinar las propiedades de un polímero
sintético?
Con esta unidad finalizamos el Bloque 5.
Esperamos que la Guía lo haya ayudado a comprender los temas del Programa y a
resolver los ejercicios presentados.
A continuación le proponemos una actividad final de autoevaluación del bloque,
que le permitirá identificar sus logros y dificultades.
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Autoevaluación del Bloque 5
Nuestra última propuesta consiste en plantearle una serie de ejercicios que le
permitan:
• Integrar los contenidos de este bloque.
• Poner a prueba sus conocimientos.
Al final, encontrará las respuestas de los ejercicios n°1 y n°2. El resto de los items
están contenidos en la Guía y en la bibliografía sugerida.
Ejercicio n° 1
Represente la fórmula semidesarrollada para los siguientes compuestos e indique,
en cada caso, qué tipo de compuesto es:
1. 2,4-dimetil-3,5-octanodiol
2. 2,2-dimetilpentanal
3. ácido 2,3-dimetilhexanoico
4. dimetilamina
Ejercicio n° 2
a. Complete las siguientes reacciones con los compuestos que correspondan.
b. Nombre en cada caso los reactivos y productos.
c. Indique de qué tipo de reacción se trata.
1. C2H6 +
Cl2
→ _______________
2. CH2 = CH2 + H2 → _______________
[o]
3. H3C—CH2 —CH2OH → _______________
suave
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4. C4H8 +
1-buteno
I2
→ _______________
Ejercicio n° 3
Describa la composición, el tipo y los usos de tres polímeros a elección.
Ejercicio n° 4
Enuncie las funciones biológicas principales de los glúcidos.
Ejercicio n° 5
Describa los tipos de estructuras de las proteínas.
Ejercicio n° 6
¿A qué se llama ácidos grasos saturados y ácidos grasos insaturados?
Ejercicio n° 7
Explique la importancia biológica de las enzimas con ayuda de un ejemplo.
Revisemos las respuestas:
Ejercicio n°1
Las fórmulas y el tipo de los compuestos son:
1.
alcohol
2.
aldehído
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3.
4.
Ejercicio n°2
1.
2.
3.
4.
Esperamos que, luego de resolver la autoevaluación, haya podido identificar sus
logros y dificultades.
Recuerde que puede acercarse a los consultores para aclarar las dudas que le
hayan quedado.
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