Polímeros y biomoléculas

Una macromolécula es una molécula de gran tamaño formada por la unión de unidades químicas más pequeñas. Cuando estas unidades son repetitivas, hablamos de un polímero.

• Monómero: Es la unidad básica de baja masa molecular que, al unirse con otras, forma el polímero.
• Unidad repetitiva: Es la parte de la estructura del polímero que se repite a lo largo de toda la cadena.
• Grado de polimerización ($n$): Indica el número de unidades monoméricas que componen la cadena.

$\text{n (Monómero)} \rightarrow \text{-(Unidad Repetitiva)-}_n$

En este proceso, los monómeros (generalmente alquenos) se unen entre sí sin que se pierda ningún átomo. El mecanismo más común es el de radicales libres, que consta de tres etapas: iniciación, propagación y terminación.

• Mecanismo: El doble enlace $C=C$ se rompe, permitiendo que los electrones formen nuevos enlaces simples con otros monómeros.
• Ejemplos:
  • Polietileno (PE): A partir del eteno ($CH_2=CH_2$). Se usa en bolsas y envases.
  • Policloruro de vinilo (PVC): A partir del cloroeteno. Es muy resistente y se emplea en tuberías.

Ocurre cuando monómeros con al menos dos grupos funcionales reactivos reaccionan entre sí. A diferencia de la adición, aquí se produce la eliminación de una molécula pequeña, generalmente agua ($H_2O$) o metanol.

• Nailon (Poliamida): Reacción entre un ácido dicarboxílico y una diamina. Se forma un enlace amida.
• Poliéster: Reacción entre un diácido y un diol, formando enlaces éster.

El comportamiento de un polímero frente al calor y el esfuerzo mecánico determina su uso:

1. Termoplásticos: Se ablandan al calentarse y se pueden moldear repetidamente (ej. Polietileno).
2. Termoestables: Una vez formados, presentan una estructura de red tridimensional rígida. No pueden volver a fundirse sin degradarse (ej. Baquelita).
3. Elastómeros: Poseen gran elasticidad; pueden deformarse y recuperar su forma original (ej. Caucho).

Las propiedades dependen de cómo se organizan las cadenas:

• Fuerzas intermoleculares: Los enlaces de hidrógeno o las fuerzas de Van der Waals entre cadenas aumentan la resistencia.
• Cristalinidad: Las cadenas lineales y ordenadas favorecen zonas cristalinas (densas y rígidas), mientras que las cadenas desordenadas crean zonas amorfas (flexibles).
• Ramificación: Cuanto más ramificada está una cadena, más difícil es que se empaquete, reduciendo la densidad y el punto de fusión.

La mayoría de los polímeros sintéticos son muy estables, lo que genera problemas de acumulación de residuos.

• Biodegradabilidad: Algunos polímeros modernos pueden ser degradados por microorganismos, reduciendo su huella ambiental.
• Microplásticos: La fragmentación de plásticos grandes genera partículas menores a 5mm que entran en la cadena trófica.
• Valorización: Incluye el reciclaje mecánico (fundido), químico (despolimerización) y energético (incineración controlada).

Son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. Se clasifican según el número de carbonos (triosas, pentosas, hexosas) y su grupo funcional:

• Aldosas: Tienen el grupo aldehído ($-CHO$) en el carbono 1.
• Cetosas: Tienen el grupo cetona ($-CO-$) en el carbono 2. Debido a los carbonos asimétricos, presentan isomería óptica ($D$ y $L$). En disolución acuosa, las pentosas y hexosas forman estructuras cíclicas (proyecciones de Haworth), creando un nuevo carbono asimétrico llamado carbono anomérico ($\alpha$ o $\beta$).

Se forma cuando el grupo hidroxilo del carbono anomérico de un monosacárido reacciona con un hidroxilo de otro, liberando agua.

• Poder reductor: Si el carbono anomérico está libre, el azúcar puede oxidarse (positivo en el reactivo de Fehling).
• Disacáridos comunes:
  • Maltosa: Glucosa + Glucosa ($\alpha$ 1-4).
  • Lactosa: Galactosa + Glucosa ($\beta$ 1-4).
  • Sacarosa: Glucosa + Fructosa. No tiene poder reductor porque ambos carbonos anoméricos están enlazados.

Son polímeros de miles de monosacáridos:

• Almidón (vegetal) y Glucógeno (animal): Polímeros de $\alpha$-D-glucosa. Son fáciles de hidrolizar para obtener energía.
• Celulosa: Polímero de $\beta$-D-glucosa con enlaces $\beta(1 \rightarrow 4)$. Forma fibras lineales muy resistentes que constituyen la pared celular vegetal. Los humanos no podemos digerirla por falta de la enzima específica.

Los ácidos grasos son cadenas hidrocarbonadas largas con un grupo carboxilo ($-COOH$).

• Saturados: Solo enlaces sencillos (sólidos a temperatura ambiente, como las grasas animales).
• Insaturados: Tienen uno o más dobles enlaces, lo que provoca "codos" en la cadena, bajando el punto de fusión (líquidos, como los aceites vegetales). Los triglicéridos se forman por la esterificación de la glicerina con tres ácidos grasos.

Es la hidrólisis en medio básico (NaOH o KOH) de un triglicérido. $\text{Triglicérido} + 3 NaOH \rightarrow \text{Glicerina} + 3 \text{Jabón (Sales de ácidos grasos)}$ Los jabones tienen una estructura anfipática: una cabeza polar (hidrófila) y una cola apolar (hidrófoba). En agua, se agrupan formando micelas, atrapando la grasa en su interior.

Los fosfolípidos son los componentes principales de las membranas biológicas. Tienen dos colas de ácidos grasos y una cabeza con un grupo fosfato. En medio acuoso, se autoensamblan en una bicapa lipídica, donde las colas huyen del agua y las cabezas están en contacto con ella.

Están formados por un carbono central ($\alpha$) unido a un grupo amino ($-NH_2$), un grupo carboxilo ($-COOH$), un hidrógeno y una cadena lateral $R$.

• Carácter anfótero: Pueden actuar como ácidos o bases según el pH.
• Zwitterión: A pH fisiológico, se encuentran como iones dipolares ($NH_3^+$ y $COO^-$).
• Punto isoeléctrico: pH al cual la carga neta del aminoácido es cero.

Es un enlace amida entre el grupo $-COOH$ de un aminoácido y el $-NH_2$ del siguiente. Este enlace tiene un carácter parcial de doble enlace, lo que impide la libre rotación y hace que los átomos del grupo peptídico se sitúen en un mismo plano.

1. Primaria: Secuencia lineal de aminoácidos.
2. Secundaria: Plegamiento local ($\alpha$-hélice o lámina $\beta$) estabilizado por puentes de hidrógeno.
3. Terciaria: Estructura tridimensional global que determina la función.
4. Cuaternaria: Unión de varias cadenas polipeptídicas. La desnaturalización es la pérdida de estas estructuras (excepto la primaria) por cambios de temperatura o pH, lo que conlleva la pérdida de la función biológica.

Un nucleótido es la unidad básica del ADN y ARN, compuesto por:

1. Base nitrogenada: Púricas (A, G) o Pirimidínicas (C, T, U).
2. Pentosa: Ribosa (en ARN) o Desoxirribosa (en ADN).
3. Grupo fosfato: Aporta carga negativa y permite la unión entre nucleótidos.

Los nucleótidos se unen mediante enlaces fosfodiéster entre el carbono 5' de un azúcar y el 3' del siguiente. Esto confiere a la cadena una direccionalidad clara (extremo 5' y extremo 3'). El esqueleto azúcar-fosfato es constante y queda hacia el exterior, mientras que las bases quedan hacia el interior.

• ADN: Formado por dos cadenas antiparalelas en doble hélice. Las bases se unen por puentes de hidrógeno siguiendo la complementariedad: A=T (dos puentes) y G$\equiv$C (tres puentes).
• ARN: Generalmente monocatenario (una sola cadena). Contiene Uracilo (U) en lugar de Timina (T).
  • ARNm: Copia la información del ADN.
  • ARNt: Transporta aminoácidos al ribosoma.
  • ARNr: Forma parte de los ribosomas.