Enlaces Químicos y Microscopía

Enlaces de Hidrógeno

El enlace de hidrógeno es una unión débil que se establece por la atracción entre dos regiones moleculares con carga iónica de distinto signo y que están próximas. Aunque es una atracción débil, cuando hay muchas regiones atraídas, estas se unen y pueden formar estructuras como la doble hélice del ADN.

Enlaces Covalentes

Los enlaces covalentes no pierden estabilidad en el ambiente acuoso. Los átomos de H, C, N y O son capaces de formar enlaces covalentes.

Microscopía Óptica

Existen varios tipos de microscopios ópticos:

• Estereoscópico: Permite apreciar el relieve.
• Binocular: Permite observar con ambos ojos, pero no se aprecia el relieve.
• Monocular: Utiliza un solo objetivo y un ocular.

Aumento: Es la relación entre una dimensión lineal de la imagen que vemos y la dimensión del objeto real. Se calcula multiplicando los aumentos del ocular por los del objetivo.

Apertura numérica del objetivo: Determina el poder de resolución. Viene dada por el índice de refracción del medio existente entre el objeto y la lente frontal.

Poder de resolución: Define la nitidez con que se perciben los detalles.

Límite de resolución: Es la distancia mínima a la que tienen que estar dos puntos de la muestra para que puedan verse como distintos.

Microscopía Electrónica

Los microscopios electrónicos utilizan como fuente de radiación un haz de electrones. Este haz es guiado a la muestra mediante un sistema de lentes que son electroimanes capaces de desviar la trayectoria de los electrones.

• Microscopio electrónico de transmisión: Se utiliza para observar secciones muy finas. Los cortes deben ser muy delgados, de unos 500 nm.
• Microscopio electrónico de barrido: Permite observar objetos enteros previamente sombreados. El haz de electrones es lanzado contra la superficie del objeto, barriéndola rápidamente y no atravesándola. Esta propiedad confiere a las imágenes de microscopía de barrido una calidad tridimensional.

Criofractura: Técnica que consiste en congelar la muestra rápidamente, obteniéndose un plano que desdobla la muestra en dos partes.

Agua y Sales Minerales

Molécula de Agua

La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno unidos por enlaces covalentes simples con un ángulo de 104,5°. Es eléctricamente neutra, pero sus átomos tienen diferentes valores de electronegatividad. El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno, por lo que los electrones están desplazados hacia el oxígeno, lo que da lugar a un exceso de carga negativa. Esto se denomina densidad de carga. Debido a su carácter polar, las moléculas de agua pueden interaccionar entre sí mediante atracciones, estableciendo enlaces.

Propiedades del Agua

• Elevada cohesión molecular: Da volumen a las células y turgencia a las plantas; permite deformaciones en el citoplasma celular; actúa como esqueleto hidrostático en invertebrados; función mecánica amortiguadora.
• Elevada tensión superficial: Permite el desplazamiento de algunos organismos sobre medios acuáticos.
• Elevado calor latente, calor específico y calor de vaporización: Importancia termorreguladora.
• Máxima densidad en estado líquido: Permite la vida acuática en climas fríos.
• Elevada fuerza de adhesión: Permite la ascensión de la savia bruta a través de los vasos leñosos.
• Elevada constante dieléctrica: Principal disolvente biológico; permite el transporte de sustancias; es el medio en que se verifican la mayoría de las reacciones químicas; interviene en las reacciones de hidrólisis.
• Bajo grado de ionización: Facilita la estabilidad del pH en el medio orgánico.

Sales Minerales

Las sales minerales son moléculas inorgánicas presentes en los seres vivos.

Sales Disueltas

Son solubles en agua y se encuentran disociadas en sus iones.

• Aniones (iones con carga negativa): Cloruros (Cl-), fosfatos (PO₄^3-), fosfatos monoácidos (HPO₄^2-), carbonatos (CO₃^2-), bicarbonatos (HCO₃^–) y nitratos (NO₃^–).
• Cationes (iones con carga positiva): Sodio (Na⁺), calcio (Ca²⁺), magnesio (Mg²⁺), hierro (Fe²⁺/Fe³⁺) y potasio (K⁺).

Funciones:

• Colaboración en el mantenimiento de la homeostasis.
• Mantener el grado de salinidad en los organismos.
• Regular la actividad enzimática, actúan como cofactores enzimáticos.
• Regular la presión osmótica y el volumen celular. Medios con alta concentración salina son hipertónicos y con menor concentración son hipotónicos.
• Estabilizar las dispersiones coloidales.
• Generar potenciales eléctricos.
• Regular el pH.

Tampones

Los tampones son disoluciones amortiguadoras del pH que lo mantienen constante cuando se les añade un ácido o una base. Generalmente contienen dos especies iónicas en equilibrio formadas por ácidos débiles y sus bases conjugadas, o bases débiles y sus ácidos conjugados.

Sales Precipitadas

Son insolubles y se encuentran en estado sólido, como los silicatos, carbonatos y fosfatos.

Ósmosis

La ósmosis es la difusión de un disolvente a través de una membrana semipermeable. Esta capacidad depende de la diferencia de concentración entre los líquidos extracelular e intracelular.

• Medios hipertónicos: Tienen una elevada concentración de solutos con respecto a otros en los que la concentración es inferior.
• Medios hipotónicos: Contienen una concentración de solutos baja con respecto a otros que la tienen superior.

La presión osmótica se produce cuando las moléculas de agua difunden desde los medios hipotónicos hacia los hipertónicos, provocando un aumento de presión.

Glúcidos

Los glúcidos están constituidos por C, H y O, y pueden contener N, S y P. Suponen hasta un 90% de las biomoléculas en algunos organismos. Los glúcidos más simples son las osas o monosacáridos. La unión de estos da lugar a ósidos, que pueden contener un número variable de osas y asociarse a otras moléculas.

1. Holósidos: Constituidos por osas, como los oligosacáridos y polisacáridos.
2. Heterósidos: Compuestos complejos que surgen de la combinación de monosacáridos con fracciones moleculares como proteínas, lípidos, entre otras.

Monosacáridos

Isometría

La isometría es una característica de los compuestos que tienen la misma fórmula molecular. Tipos:

• Isometría de función: Aldosas y cetosas poseen idéntica fórmula molecular pero diferentes grupos funcionales.
• Estereoisomería: Presentan moléculas iguales pero con diferentes propiedades porque sus átomos tienen diferente disposición espacial.

Actividad Óptica

Es la capacidad de desviar el plano de polarización de un haz de luz polarizada que atraviesa la disolución. Si la desviación es hacia la derecha son dextrógiros, y hacia la izquierda son levógiros.

Lípidos

Los lípidos son un grupo de sustancias químicas muy heterogéneas constituidas por C, H y O, y en ocasiones P y S. Tienen funciones estructurales, energéticas, vitamínicas y hormonales. Se clasifican en:

• Saponificables: Contienen en su molécula ácidos grasos, son monocarboxílicos y están esterificados. Forman jabones mediante una reacción llamada saponificación.
• Insaponificables: Son derivados de hidrocarburos lineales o cíclicos insaturados. No contienen ácidos grasos y no dan reacciones de saponificación.

Ácidos Grasos

Los ácidos grasos son ácidos orgánicos monocarboxílicos con un número par de átomos de carbono que forman parte de la molécula de un lípido saponificable. Tipos:

• Saturados: Sin dobles enlaces y sólidos a temperatura ambiente. Ejemplos: ácido palmítico y ácido esteárico.
• Insaturados: Tienen uno o más dobles enlaces (poliinsaturados).

Propiedades:

• Son anfipáticos, con una zona polar de carácter hidrófilo y otra apolar hidrófoba.
• Reaccionan con alcoholes formando ésteres y liberando agua. Se hidrolizan en presencia de álcalis formando jabones.
• El grado de insaturación y la longitud de la cadena alifática determinan el punto de fusión.

Grasas

Las grasas son compuestos formados por glicerina esterificada con una, dos o tres moléculas de ácidos grasos. Los triacilglicéridos son las grasas más abundantes y pueden tener ácidos grasos iguales, como la tripalmitina. Las grasas son moléculas apolares e insolubles en agua. Según su punto de fusión, pueden ser:

• Grasas de origen vegetal: Contienen ácidos grasos insaturados, tienen puntos de fusión bajos y son líquidas a temperatura ambiente. Ejemplo: aceite de maíz.
• Grasas de origen animal: Contienen ácidos grasos saturados, tienen puntos de fusión elevados y son sólidas a temperatura ambiente. Ejemplo: mantequilla.

Ceras

Las ceras son ésteres de un ácido graso de cadena larga y un monoalcohol de cadena larga. Debido a que los dos extremos tienen naturaleza hidrófoba, son sustancias insolubles en agua con función de protección y revestimiento.

Aminoácidos y Proteínas

Aminoácidos

Los aminoácidos están compuestos por C, H, O y N. Poseen un grupo carboxilo (-COOH) y un grupo amino (-NH₂) denominado C_α.

Propiedades

Cuando se encuentran en disolución acuosa, forman iones dipolares llamados iones híbridos. El ion híbrido se puede comportar como ácido o como base. Estas sustancias se llaman anfóteras.

Enlace Peptídico

Los enlaces peptídicos son enlaces covalentes formados entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino de otro, dando lugar a la pérdida de una molécula de agua. Un dipéptido es una cadena constituida por dos residuos de aminoácidos; un tripéptido tiene tres y un oligopéptido tiene varios. Cuando la cadena tiene muchos aminoácidos, se denomina polipéptido. Es un enlace covalente más corto y tiene cierto carácter de doble enlace que le impide girar. Los cuatro átomos del péptido y los dos átomos de C_α están sobre un mismo plano.

Proteínas

Propiedades

• Solubilidad: La proteína se rodea de moléculas de agua que impiden su unión y precipitación.
• Desnaturalización: Es la rotura de los enlaces que mantienen el estado nativo de la molécula, perdiéndose las estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria.
• Especificidad: Viene dada por la posición de los aminoácidos. Esta secuencia condiciona la estructura cuaternaria de la proteína, responsable de su función característica. Las proteínas que desempeñan la misma función en diferentes especies tienen una composición y estructura similar.
• Capacidad amortiguadora: Debido a su comportamiento anfótero, pueden comportarse como ácidos o bases, liberando o retirando H⁺, y son capaces de amortiguar las variaciones de pH.

Funciones de las Proteínas

• Reserva: Ovoalbúmina, caseína de la leche, hordeína.
• Transporte: Lipoproteínas, citocromos, hemoglobina.
• Contráctil: Actina y miosina.
• Protectora: Trombina y fibrinógeno.
• Transducción de señales: Rodopsina.
• Hormonal: Insulina, glucagón, somatotropina.
• Estructural: Colágeno, queratina, elastina.
• Enzimática: Isomerasas.
• Homeostática: Mantienen el equilibrio del medio interno.
• Reconocimiento de señales químicas: Anticuerpos, receptores de membrana para bacterias y virus.