Your SlideShare is downloading. ×

Polímeros (QM29 - PDV 2013)

589

Published on

Published in: Education
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
589
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
50
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. QUÍMICA MENCIÓN QM-29 POLÍMEROS 2013
  • 2. INTRODUCCIÓN Los polímeros son macromoléculas formadas por la unión de miles de componentes moleculares idénticos o distintos y que forman enormes cadenas de diversa composición y forma. La unidad estructural básica es el monómero y dependiendo de su conformación y propiedades mecánicas, monómeros y polímeros son categorizados. En términos generales, a las moléculas que presentan masas superiores a 10.000 u.m.a se les conoce como macromoléculas (del griego makros, que significa “grande” o “largo”). Ahora bien, cuando una macromolécula se obtiene al repetirse un patrón de átomos a lo largo de la misma, se obtiene un polímero propiamente tal (poly, del griego que significa “muchos”, y meros, “partes”). Si para la obtención de algún polímero se utilizan dos o más monómeros distintos, entonces, se habla de copolímero. Además, si un polímero fluye y permite ser moldeado, extruido o laminado, se le denomina plástico. En la naturaleza hay polímeros de gran valor comercial como el algodón, la celulosa, la seda o el hule, sin embargo, un número mayor de polímeros usados a diario son materiales sintéticos elaborados industrialmente. CLASIFICACIÓN Los polímeros se pueden clasificar de distintas formas según las propiedades o características que se analicen, así existen por lo menos 5 clasificaciones distintas: origen, composición química, mecanismo de formación, comportamiento frente a la temperatura y aplicaciones. POLIMEROS ORIGEN COMPOSICIÓN MECANISMO DE FORMACION 2 COMP. FRENTE A LA TEMPERATURA APLICACIONES
  • 3. Según su origen • Polímeros naturales: También llamados biopolímeros. Son macromoléculas formadas por los propios seres vivos. Ejemplos son las proteínas, los ácidos nucleicos, los polisacáridos (como la celulosa y la quitina, el almidón), el hule o caucho natural, entre otros. • Polímeros semisintéticos: Se obtienen por transformación de polímeros naturales ya existentes. Ejemplos son la nitrocelulosa y el caucho vulcanizado. • Polímeros sintéticos: La mayoría de estos polímeros tienen sus derivados monoméricos provienen del petróleo aunque hay una industria floreciente de derivados del almidón (plástico biodegradable). Por ejemplo, el nylon, el poliestireno, el cloruro de polivinilo (PVC), el polietileno, etc. Según su composición química • POLÍMEROS ORGÁNICOS: Poseen en la cadena principal átomos de carbono. Entre ellos hay subdivisiones como:  Polímeros vinílicos: La cadena principal de sus moléculas está formada exclusivamente por átomos de carbono. Dentro de ellos se pueden distinguir:  Poliolefinas formados a partir de la polimerización de olefinas. Ejemplos: polietileno y polipropileno.  Estirénicos  Vinílicos Halogenados Polímeros que contienen átomos halógenos (Cloro, Flúor y Bromo) en su composición. Ejemplos: PVC y teflón.  Acrílicos  Polímeros no vinílicos: Polímeros que contienen al estireno entre sus monómeros. Ejemplos: poliestireno y caucho estirenobutadieno. derivados de ésteres acrílicos. Ejemplos: PMMA. Además de Carbono, tienen átomos de Oxígeno o Nitrógeno en su cadena principal.  Poliésteres  Poliamidas  Poliuretanos 3
  • 4. POLÍMEROS INORGÁNICOS: Con origen en moléculas no derivadas de petróleo.  Incluyen Azufre. Ejemplo: polisulfuros.  Incluyen Silicio. Ejemplo: silicona. Según su mecanismo de formación • Polímeros de condensación: La reacción de polimerización implica la formación de una molécula de baja masa molecular que se elimina del polímero principal, por ejemplo agua. Así se forman por ejemplo las poliamidas (proteínas) y los poliésteres (telas). • Polímeros de adición: La polimerización no implica la liberación de ningún compuesto de baja masa molecular. Esta polimerización se genera cuando un “catalizador” o “iniciador”, da comienzo a la reacción. Este catalizador logra que los monómeros se unan entre sí a través de radicales, cargas positivas o negativas generados en dobles enlaces y así se van uniendo uno tras uno hasta que la reacción termina. Según su comportamiento respecto de la temperatura Para clasificar polímeros, una de las formas empíricas más sencillas consiste en calentarlos por encima de cierta temperatura. Según si el material funde y fluye o no, se diferencian dos tipos de polímeros: • Termoplásticos: Fluyen (pasan al estado líquido) al calentarlos y solidifican al enfriarlos. Su estructura molecular presenta pocos (o ningún) entrecruzamientos, por lo que son principalmente polímeros lineales. Ejemplos: polietileno (PE), polipropileno (PP), PVC. • Termoestables: No fluyen, de modo que al calentarlos se descomponen químicamente. Este comportamiento se debe a una estructura con muchos entrecruzamientos, que impiden los desplazamientos de las moléculas. Termoestable Termoplástico 4
  • 5. Según sus aplicaciones Atendiendo a sus propiedades y usos finales, los polímeros pueden clasificarse en: • Elastómeros: Son materiales con alta elasticidad y extensibilidad; vale decir, se deforman al someterlos a un esfuerzo (tensión) pero recuperan su forma inicial cuando termina la tensión. En cada ciclo de extensión y contracción los elastómeros absorben energía. Ejemplo: las suelas de los zapatos. • Plásticos: Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente intenso, se deforman irreversiblemente, sin recuperar su forma original. Muchas veces el término “plástico” se aplica a todos los polímeros como si fuera un nombre genérico aún cuando los polímeros no tengan la propiedad. • Fibras: Presentan alta elasticidad y baja extensibilidad, o sea, pueden deformarse pero siempre recuperarán su forma original sin estirarse demasiado, lo que permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables. • Recubrimientos: Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros materiales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo resistencia a la abrasión. Entre estos están las pinturas. • Adhesivos: Son sustancias que combinan una alta adhesión y cohesión, lo que les permite unir dos o más cuerpos por contacto superficial como lo hacen los pegamentos comunes. POLÍMEROS SINTÉTICOS POLÍMEROS DE ADICIÓN En la polimerización por adición, las unidades de construcción o monómeros se unen entre sí, de tal manera que el producto polimérico contiene a todos los átomos de los monómeros iniciales. Para lograr esto es necesario que el monómero inicial presente por lo menos una insaturación. Hay muchos polímeros de adición, de bastante uso y aplicación. Casi la mayoría de ellos se obtiene a partir de monómeros derivados del etileno (CH2=CH2), en los cuales uno o más átomos de Hidrógeno han sido reemplazados por otro átomo. La sustitución de uno de los átomos de hidrógeno por un grupo metilo da el monómero propeno (CH2=CH-CH3), también conocido como propileno. Este tipo de polimerización puede ocurrir por tres distintos mecanismos: 1. vía radicales 2. vía cationes 3. vía aniones De estas tres, la vía radicalaria es la más común. Las otras dos se usan sólo cuando es imposible formar radicales. 5
  • 6. MECANISMO DE POLIMERIZACIÓN CON RADICALES Un radical es una especie química donde existe un electrón desapareado. Este mecanismo de polimerización requiere de un iniciador, esto es, una molécula, capaz de formar radicales de manera fácil y con ello dar inicio a la reacción. En todos los mecanismos que serán analizados las flechas indican el movimiento de electrones ya sea de pares o de un electrón sólo (flecha con media punta). I . + 2HC CH I CH2 CH F I CH2 CH . 2HC F CH CH2 CH F CH2 I CH2 CH F F I CH F . 2HC . CH2 F CH I CH2 CH F F F, es un grupo funcional cualquiera. 6 CH2 CH . F CH F CH2 CH F .
  • 7. POLÍMEROS MÁS COMUNES (USOS) POLIETILENO Es un polímero termoplástico que se fabrica de alta y baja densidad. El de alta densidad es parcialmente cristalino y se utiliza en la fabricación de objetos plásticos, tales como juguetes, botellas, gabinetes de radio y televisión. El de baja densidad, es amorfo y se emplea para hacer bolsas y como aislante térmico. n CH2=CH2 ETENO (ETILENO) [-CH2-CH2-]n POLIETILENO POLIPROPILENO Es un material plástico resistente que se moldea para fabricar maletas de casco duro y en la fabricación de cajas de batería. Si el polipropileno se convierte en fibras, se utiliza en telas de tapicería y alfombras. H2C CH CH3 CH2 CH CH3 CH CH2 CH CH2 HC CH3 CH3 H3C POLIPROPILENO PROPILENO POLIESTIRENO Es un polímero que se utiliza para la fabricación de vasos transparentes “desechables” y, con la adición de color y cargas, se utiliza para manufacturar juguetes de bajo costo y artículos para el hogar. Cuando se insufla un gas en el poliestireno líquido, éste forma una espuma y al endurecerse se convierte en la conocida espuma sólida (plumavit o aislapol) con la que se hacen vasos desechables, moldes de embalajes y planchas que se utilizan extensamente como aislantes en las viviendas. CH2=CH CH2-CH CH2-CH ESTIRENO CH2-CH POLIESTIRENO 7 CH2-CH
  • 8. FORMACIÓN DE POLIESTIRENO 1 Iniciador 2 2I I-I Primera etapa + . . . I I . 3 Propagación . 4 . I I I . I Final * * n 8
  • 9. CLORURO DE POLIVINILO Se utiliza en la fabricación de un material sintético resistente parecido al cuero natural, en la fabricación de botellas plásticas, en la fabricación de pisos duraderos, en la fabricación de materiales ligeros de plomería e inoxidables. P.V.C H2C CH Cl CLORURO DE VINILO CH2 CH CH2 CH CH2 Cl Cl CH CH2 CH CH2 Cl Cl POLICLORURO DE VINILO O CLORURO DE POLIVINILO TEFLÓN Cuando el compuesto tetrafluoroetileno (TFE) se polimeriza se obtiene el Politetrafluoroetileno (PTFE) o teflón. Debido a que los enlaces C-F son excepcionalmente fuertes y resistentes al calor y a los agentes químicos, el teflón es un material resistente, poco reactivo y no inflamable. Este polímero se utiliza en recubrir utensilios de cocina como sartenes, pailas y ollas, ya que les confiere la propiedad de antiadherentes. F 2C CF2 CF2 CF2 TETRAFLUORETILENO CF2 CF2 CF2 CF2 CF2 CF2 POLTETRAFLUORETILENO TEFLÓN CAUCHO SINTÉTICO Durante la primera guerra mundial, científicos alemanes descubrieron la manera de fabricar caucho sintético. Éste se sintetizó a partir de un derivado del butadieno (en vez de isopreno). El Caucho Estireno Butadieno más conocido como caucho SBR es un copolímero (polímero formado por la polimerización de una mezcla de dos o más monómeros) del Estireno y el 1,3Butadieno. Este es el caucho sintético más utilizado a nivel mundial y se denomina caucho SBR. Monómeros que dan origen al caucho sintético y estructura del copolímero. 9
  • 10. CUADRO RESUMEN DE ALGUNOS POLÍMEROS DE ADICIÓN H H2C C CH2 C H2C CH O C F H C C CN H CH3 C H O F C CN Cl H CH C F H2C Cl F CF2 Cl H F2C C C CCl2 C H H2C H H Cl Muebles de imitación de madera, aislantes de espuma plástica, vasos, juguetes, materiales de empaque n n H CH Poliestireno C H H2C Alfombras para interiores y exteriores, botellas, maletas H C CH CH3 Bolsas de plàstico, juguetes, aislantes eléctricos Polipropileno C H H2C C Polietileno n H H CH3 H H CH Usos H H H2C Nombre Polímero Monómero H C O n Cloruro de polivinilideno (sarán) n Politetrafluroetileno (teflón) n Poliacrilonitrilo (orión, acrilán, creslán, dylen) Envolturas de plástico, imitación de cuero, plomería, mangueras para jardín, losetas para pisos Envolturas para alimentos, cubiertas para asientos Recubrimiento antiadherente para utensilios de cocina, aislantes eléctricos Estambres, pelucas, pinturas n Acetato de polivinilo C Adhesivos, recubrimientos textiles, resinas para goma de mascar, pinturas Polimetacrilato de metilo C H Cloruro de polivinilo (PVC) Sustituto del vidrio, bolas de boliche n CH3 O CH3 H2C C H C O O CH3 CH3 C C H C O CH3 n O 10
  • 11. POLÍMEROS DE CONDENSACIÓN En un polímero de adición, todos los átomos de las moléculas del monómero quedan incorporados en el polímero. En cambio, en un polímero de condensación una parte de las moléculas del monómero no se incorpora al polímero final. Comúnmente, durante la polimerización por condensación se expulsa una molécula pequeña, como por ejemplo, agua. NYLON Existen varios tipos diferentes de nylon que se preparan a partir de un monómero o de varios monómeros diferentes, pero todos ellos comparten algunas características estructurales comunes. Estructura del monómero y parte de un tipo de polímero de condensación corriente de nylon: NYLON 6 El monómero de este nylon es un ácido carboxílico con un grupo amino en el sexto átomo de carbono, el ácido 6-aminohexanoico. La polimerización consiste en la reacción del grupo carboxilo de una molécula de monómero con el grupo amino de otra molécula. Esta reacción produce un enlace amida que une a las moléculas de monómeros formando el polímero, en este caso una poliamida. En esta reacción se desprende una molécula de agua como producto secundario. NYLON 66 Poliamida con monómeros diferentes descubierto en 1937. En este caso un monómero contiene dos grupos amino (1,6-hexanodiamina) y el otro monómero tiene dos grupos carboxilo (ácido hexanodioico o ácido adípico), el producto es también una poliamida similar al nylon 6. La seda y la lana que son fibras de proteínas, son poliamidas naturales. 11
  • 12. MECANISMO DE FORMACIÓN DEL NYLON 66 El nylon 66 es una poliamida fabricada a semejanza de la seda. Recibe el nombre de 66 porque sus componentes contienen, ambos, 6 carbonos. O HO NH2 + OH H2N O 1,6-Hexanodiamina 6 Carbonos Ácido Hexanodioico 6 Carbonos O O HO NH2 N H O + HO OH O + H2O O NH2 H2N + O H N HO N H OH O O + H2O O O H N H N H 2N N H O OH O + H2O 12
  • 13. BAQUELITA La baquelita fue el primer polímero sintético. Esta resina de fenol-formaldehído fue sintetizada por Leo Baekeland y patentada el 1909. La reacción se lleva a cabo en dos etapas: el formaldehído se adiciona en primer término a las posiciones 2 y 4 de la molécula de fenol. Las moléculas sustituidas reaccionan a continuación con expulsión del agua. Este enlazamiento continúa hasta formar una red extensa. OH OH CH2 CH2 OH CH2 CH2 OH CH2 CH2 OH OH CH2 OH OH CH2 CH2 OH Resina de Fenol-Formaldehído El gran entrecruzamiento le otorga a la baquelita sus propiedades características. La baquelita es termoestable, o sea, no sufre variaciones en su forma. Al calentarse, sin embargo, puede moldearse a medida que se forma. Al comienzo (baquelita A) es líquida y a medida que el peso molecular crece se torna pastosa (baquelita B) o sólida (baquelita C). Antiguamente la baquelita se utilizó para fabricar marcos de lentes ópticos. Fue la reemplazante, (de menor precio) del carey, (polímero natural). Con su irrupción en el mercado ayudó de manera indirecta a preservar a una especie de tortugas llamadas tortugas de carey de cuyos caparazones se obtenía el carey para hacer objetos de lujo. 13
  • 14. Otros polímeros de condensación son: POLICARBONATOS Son polímeros duros y translúcidos (como el vidrio) que tienen la resistencia suficiente para usarse en ventanas a prueba de balas, también se usan en la fabricación de cascos protectores. Un tipo de polímero del tipo policarbonato O O C CH3 C O CH3 Grupo Carbonato POLIURETANOS Son elastómeros de estructura similar a la del nylon, pero en lugar de la estructura –NH-COaparece una del tipo –NH-CO-O-. Estos polímeros de usan especialmente como espuma de relleno (espuma de poliuretano) para cojines, colchones y muebles acojinados. RESINAS EPÓXICAS Constituyen excelentes recubrimientos de superficies y son poderosos adhesivos. Los adhesivos epóxicos tienen dos componentes que se mezclan antes de usarse. Se forman enlaces cruzados entre las cadenas de polímeros, y de esta manera la unión es muy fuerte. SILICONAS Las siliconas son compuestos sintéticos cuyo componente elemental es el Silicio. La cadena principal de las siliconas alterna Silicio y Oxígeno. Cada átomo de Silicio tiene dos radicales unidos. Por otra parte es importante resaltar que el enlace Si-O es altamente flexible. 14
  • 15. Los radicales R presentes en la estructuras pueden ser muy variados, esto sumado al hecho de que la cadena principal puede variar mucho su tamaño le proporcionan a las siliconas una alta variedad de usos y aplicaciones. Gaseosas, menores a 10 unidades básicas. Aceites, entre 10 y 100 unidades básicas. Resinas, entre 100 y 500 unidades básicas. Gomas, entre 500 y 2000 unidades básicas. Algunas de las propiedades de las siliconas son: 1. Buena aislación eléctrica, aunque puede fabricarse para conducir electricidad. 2. Alta estabilidad térmica, con gran conservación de sus propiedades en rangos tan amplios como -100 °C hasta 250 °C. 3. Es repelente al agua. 4. Alta resistencia a la descomposición por reacción con oxígeno o con luz U.V. 5. No se pega, a menos que esté diseñada para ese fin. 6. Muy poca reactividad química, (estable). 7. No es toxica. 8. Alta permeabilidad a los gases. Las siliconas de acuerdo a sus características se usan como sellantes e impermeabilizantes, como lubricantes en la industria automotriz y en la fabricación de utensilios de cocina y juguetes. SÍNTESIS DE SILICONA Las siliconas son sintetizadas a partir de dialquilclorosilanos y agua. La reacción origina la silicona y gas de HCl. n Si(CH3)2Cl2 + n H2O [Si(CH3)2O]n + 2n HCl En la síntesis moderna de siliconas se utilizan tetraalquiloxisilanos, los cuales reaccionan de manera más suave y controlable que los clorosilanos. SiCl4 + 4 ROH Si(OR)4 + 4HCl Si(OR)4, tetraalquiloxisilano. 15
  • 16. POLIMEROS NATURALES Prácticamente la totalidad de los polímeros naturales son de adición. Los polímeros naturales reúnen, entre otros, al almidón cuyo monómero es la glucosa y al algodón, hecho de celulosa, cuyo monómero también es la glucosa. La diferencia entre ambos es la forma en que los monómeros se encuentran dispuestos dentro del polímero. Otro polímero natural es el caucho. POLISACÁRIDOS Entre los polisacáridos, los más importantes son aquellos que derivan de la glucosa. Esta azúcar da origen a varios polímeros muy importantes para nuestro diario vivir, como el almidón (que representa una fracción importante del aporte calórico de nuestra dieta) y la celulosa. Almidón Celulosa La única diferencia estructural entre el almidón y la celulosa, es el tipo de unión entre las moléculas de glucosa (alfa para el almidón y beta para la celulosa), sin embargo, ambos compuestos tienen propiedades muy diferentes. La celulosa es el material resistente que forma las paredes de las células vegetales, mientras que el almidón es soluble en agua y es usado por las plantas como sustancia de reserva. 16
  • 17. CAUCHO NATURAL La estructura química del caucho natural corresponde a un polímero de adición del monómero llamado isopreno. Isopreno y caucho. Como se aprecia en la figura, el polímero del isopreno, caucho, presenta un doble enlace en su estructura, esto provoca que el caucho natural reaccione con agentes externos (luz solar, oxígeno y radicales libres presentes en el aire), y se “envejezca”, es decir, se endurece perdiendo sus propiedades elásticas. Este caucho fue usado en un comienzo por los indios americanos para impermeabilizar telas, fabricar zapatos y algunos juguetes, y al descubrirlo los españoles se agregó su uso como borrador de marcas de lápiz, sin embargo, a pesar de sus amplios usos, el caucho posee el gran inconveniente de ser muy sensible a la acción del calor, del frío y de la luz solar, esto impidió su masificación. Vulcanización La vulcanización es un proceso industrial mediante el cual se calienta el caucho crudo en presencia de azufre con el fin de volverlo más duro y resistente al frío. Se dice que fue descubierto por Charles Goodyear en 1839 por accidente, al volcar un recipiente de azufre y caucho encima de una estufa. Esta mezcla se endureció y se volvió impermeable, a la que llamó vulcanización en honor al dios vulcano. Sin embargo, hay estudios que demuestran que un proceso similar a la vulcanización, pero basado en el uso de materiales orgánicos (savias y otros extractos de plantas) fue utilizado por la Cultura olmeca 3.500 años antes para hacer pelotas de hule destinadas a un juego ritual. El proceso de vulcanización modifica en extremo la estructura del polímero y lo convierte en un material más resistente al frío y a los agentes externos pues en el proceso se forman entrecruzamientos entre las cadenas del caucho, mejorando su dureza y resistencia. 17
  • 18. Reacción de vulcanización El proceso de vulcanización logró la masificación definitiva del caucho en todo el mundo, especialmente luego de que John Dunlop inventara el neumático en 1887, el producto obtenido era de superficie lisa y no adherente, además de resistente y elástico. A la par del desarrollo de la industria del caucho comenzó una explotación de este recurso en el norte del Amazonas que dio origen a esclavitud de indígenas. La estructura tridimensional del caucho vulcanizado con estos enlaces cruzados de azufre, le aporta mayor dureza y resistencia, ideal para ser utilizada en los neumáticos de los automóviles. Sorprendentemente, la formación de enlaces cruzados también mejora la elasticidad del caucho. El caucho utilizado con fines industriales contiene de 1 a 2% de azufre, si su contenido de azufre es del 3% o más, es lógico pensar entonces que el caucho formará mayor cantidad de enlaces cruzados y adquiriría una estructura casi rígida, sin ninguna elasticidad, obteniéndose así un caucho duro que se conoce con el nombre de ebonita. BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS AMINOÁCIDOS Los aminoácidos son compuestos que poseen la función amina (-NH2) y la función ácido o grupo carboxilo (-COOH) en su estructura. En condiciones adecuadas, los aminoácidos pueden reaccionar originando moléculas cada vez más grandes hasta adquirir la categoría de polímeros. La estructura de un aminoácido es la que sigue: NH2 R CH COOH Se conocen unos 20 aminoácidos naturales, que se diferencian en el sustituyente R, de los cuales 8 de ellos son considerados esenciales, es decir, deben ser ingeridos en la dieta ya que no son sintetizados por el organismo. 18
  • 19. AMINOÁCIDOS (en negrita los esenciales) Gli Ala Val Leu Ile Fen Pro Ser Tre Asn Glicina Alanita Valina Leucina Isoleucina Fenilalanina Prolina Serina Treonina Asparagina Cis Met Trp Tir Gln Asp Glu Lis Arg His Cisterna Metionina Triptofano Tirosina Glutamina Ácido Aspártico Ácido Glutámico Lisina Arginina Histidina El enlace peptídico Las proteínas son poliamidas. El enlace de las amidas (-CONH-) se denomina enlace peptídico cuando une a dos unidades de aminoácidos. O H3N+ CH O C NH CH C R O- R Enlace Peptídico Se observa que al aparecer un grupo amino activo a la izquierda y un grupo carboxilo a la derecha, estos pueden seguir reaccionando para unir más unidades de aminoácidos. Este proceso puede continuar hasta obtener la unión de miles de unidades de aminoácidos para formar una molécula gigante (polímero) llamado proteína. O H3N+ CH C NH CH R C O O O NH R R C NH CH n CH R Amino C O NH CH C O- R Carboxilo Cuando se unen dos aminoácidos, se forma un dipéptido O O H3N+ CH2 C NH CH C O- CH2 Glicilfenilalanina (un dipéptido) 19
  • 20. Cuando se unen tres unidades de aminoácidos, se denomina un tripéptido O O H3N+ CH C CH2OH NH CH C CH3 O NH CH C O- CH2SH Serilalanilcisteína (un tripéptido) Una molécula con más de 10 unidades de aminoácidos se llama simplemente un polipéptido y, cuando el peso molecular del polipéptido es mayor que 10.000, se denomina proteína. La diferencia entre polipéptido y proteína es arbitraria y no siempre se aplica con precisión. Al revisar la estructura de una proteína es de suma importancia determinar cuántos son los aminoácidos involucrados, la manera más simple es asumir que la cantidad de aminoácidos excede en uno a la cantidad de enlaces peptídicos (si la cadena peptídica es lineal). LAS PROTEÍNAS Las proteínas son los compuestos bioquímicos más abundantes en los seres vivos. Son verdaderamente especiales, pues son las sustancias centrales en casi todos los procesos biológicos. Las enzimas, por ejemplo, son proteínas que permiten y controlan casi todas las reacciones químicas en los sistemas vivos. Junto a los lípidos, las proteínas son componentes estructurales de las membranas celulares. Las proteínas de las membranas ayudan a transportar sustancias a través de la doble capa lipídica y trabajan como sitios receptores de los neurotransmisores y de las hormonas. Las proteínas son responsables del soporte estructural y del movimiento del cuerpo humano. El tejido conectivo está formado por fibras proteínicas fuertes que ayudan a unir la piel y el hueso. Los tejidos musculares están formados por proteínas. Las proteínas participan en el transporte y almacenamiento de iones y moléculas, por ejemplo, llevar el Oxígeno de los pulmones a las células. Las proteínas llamadas inmunoglobulinas constituyen una de las líneas de defensa más importante contra agentes infecciosos. Tal diversidad de roles en estos polímeros, los transforman en un pilar químico de la materia viva. 20
  • 21. ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS Se conocen cuatro niveles de organización: ESTRUCTURA PRIMARIA Corresponde a su secuencia de aminoácidos. Esta estructura se mantiene unida por los enlaces peptídicos entre las moléculas de aminoácidos. En otras palabras, esta estructura indica la clase y orden de los aminoácidos en la molécula. Asp-Arg-Val-Tir-Ile-His-Pro-Fen Estructura primaria de la angiotensina II, un octapéptido que se produce en los riñones que causa fuerte constricción de los vasos sanguíneos. ESTRUCTURA SECUNDARIA Se refiere a la disposición de las cadenas alrededor de un eje. Esta disposición podría ser de lámina plegada (como en la seda), o de hélice (como la lana). Esta estructura es la forma que adquiere la cadena debido a los puentes de hidrógeno entre grupos amídicos. Estructura secundaria de una proteína. Hélice (α) y lámina plegada (β) ESTRUCTURA TERCIARIA Se refiere a las relaciones espaciales de las unidades de aminoácido que están relativamente separadas unas de otras en la cadena proteica. Esta es la forma que adquiere una proteína debido a las relaciones que se establecen entre los grupo R-libres de los diferentes aminoácidos. Estructura terciaria de una proteína: Cuatro diferentes tipos de interacciones que se establecen en la estructura terciaria de una proteína. 21
  • 22. ESTRUCTURA CUATERNARIA Se presenta sólo en las proteínas que presentan más de una cadena polipeptídica. Se considera como la unión mediante enlaces débiles intermoleculares de varias cadenas polipeptídicas de estructura terciaria, formando un complejo estable. Un ejemplo es la estructura de la hemoglobina: CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS  Las proteínas se clasifican en simples o conjugadas, dependiendo de su constitución.  Las simples son aquellas que por hidrólisis producen únicamente  Las conjugadas son aquellas que por hidrólisis producen aminoácidos u otras sustancias como monosacáridos, ácidos nucleicos y lípidos. -aminoácidos. PROTEÍNAS SIMPLES globulares CONJUGADAS fibrosas glicoproteínas 22 lipoproteínas Hemoproteínas nucleoproteínas
  • 23. PROTEÍNAS SIMPLES I. GLOBULARES Globulinas: Son indispensables para la defensa contra las infecciones y son denominadas gama-globulinas. Albúminas: Se encuentran en los huesos y en la sangre donde sirven como sistema buffer, para mantener el pH constante. Histonas: Son proteínas básicas, que están asociadas a los ácidos nucleicos. II. FIBROSAS Colágenos: Proteínas en tejidos conectivos como tendones, ligamentos, Se encuentran también en los huesos y dientes. Elastinas: Son también componentes de tejido conectivo y de vasos sanguíneos, son elásticas y se pueden alargar. Queratinas: Proteínas fibrosas que se encuentran en el pelo, la piel, la uñas, el algodón y la lana. PROTEÍNAS CONJUGADAS Glicoproteínas: Contienen un carbohidrato como grupo no proteico (grupo prostético). Por ejemplo, la mucina de la saliva. Lipoproteínas: Poseen un lípido como grupo prostético. Se encuentran en la cubierta de los nervios, membranas celulares, núcleo y ribosoma. Por ejemplo, -globulina presente en el suero. Hemoproteínas: (Cromoproteínas).Poseen un grupo prostético coloreado. Por ejemplo, la hemoglobina. Nucleoproteínas: Están asociadas con los ácidos nucleicos. 23
  • 24. FUNCIONES PROTEICAS Estructurales Colágeno: fundamental en la piel, huesos y cartílagos. Lipoproteínas: básica en las membranas celulares. Contráctiles Actina y miosina: proteínas musculares. Hormonas (mensajero químico) Insulina: introduce glucosa a las células. Catalizadores Enzimas: regulan las reacciones químicas en los seres vivos. Proteínas de defensa Anticuerpos y globulinas. Proteínas transportadoras Albúmina: transporte de la bilirrubina. Hemoglobina: encargadas del transporte del oxígeno. Proteínas de mantenimiento Ejemplo: Aquellas dedicadas al mantenimiento del pH y de la presión osmótica. 24
  • 25. La desnaturalización de proteínas Es la pérdida de la estructura conformacional de la proteínas, este efecto es originado por un agente externo como el calor, un ácido, una base, una sal o una radiación ultravioleta. En ocasiones, en la desnaturalización, se rompen enlaces covalentes haciendo irreversible el proceso de regresar a la estructura u organización original. Las proteínas desnaturalizadas son imposibles de cristalizar por lo tanto, su función biológica es bastante distinta (comparativamente) de la proteína original. Para que una proteína presente algún valor alimenticio debe experimentar el proceso de desnaturalización, este proceso va seguido de la coagulación de la proteína, formando una masa sólida e insoluble y biológicamente inactiva. ÁCIDOS NUCLEICOS Ácido Desoxirribonucleico (ADN) En 1953, Watson, Crack, Franklin y Wilkins, fueron los primeros científicos en identificar la estructura correcta de la molécula de ADN. Ésta es una cadena de nucleótidos que se encuentra en el núcleo de la célula y guarda la información genética siguiendo un código que depende de la ubicación y distribución de las bases nitrogenadas. Cromatina La cromatina es el mismo ADN disperso en el núcleo. Cuando la célula se va a dividir, la cromatina se duplica y luego se rompe en fragmentos llamados cromosomas. Los cromosomas están formados por unidades llamadas genes, que son los responsables de transportar la información genética. Componentes del ADN El ADN está compuesto de 3 tipos de moléculas distintas, una base nitrogenada, un éster de fosfato y un azúcar, los cuales se combinan de la siguiente manera para formar una cadena de ADN. En la estructura del ADN, se van conectando los diferentes nucleótidos mediante enlaces 3’ y 5’. En la conformación de ADN intervienen nucleótidos de Adenina, Timina, Guanina y Citosina. 25
  • 26. Las dos cadenas de polinucleótidos van en sentidos opuestos en una molécula de ADN. En cada extremo de una molécula de ADN se une el extremo 5’ de una cadena y el extremo 3’ de la otra. Las cadenas de polinucleótidos que van en sentidos opuestos se denominan cadenas antiparalelas. Si se torciera una escalera flexible, tomaría la forma de una molécula de ADN. Los peldaños de la escalera serían análogos a los pares de bases y los soportes serían análogos a las unidades alternantes de desoxirribosa y fosfato. La estructura denominada doble hélice justifica la replicación y la manera en que el ADN almacena la información genética. Esta estructura consta de dos cadenas de ADN dispuestas “antiparalelamente”, de esa forma las bases nitrogenadas de las cadenas de ADN establecen uniones de puente de hidrógeno con la cadena vecina a la vez que comienzan a enroscarse una sobre la otra. Los puentes de hidrógeno se establecen entre adenina-timina (A=T) y citosina-guanina (C≡G). Como se puede apreciar la estructura de las bases permite que estas se enfrenten y se unan de manera casi perfecta. Dado que la cantidad de bases presentes en una cadena de ADN es muy grande (se estima que el genoma humano contiene más de 3 millones de pares de bases) la fuerza que mantiene unidas a las dos cadenas de ADN es extremadamente alta. 26
  • 27. Replicación de ácidos desoxirribonucleicos Las moléculas de ADN pueden presentar una reacción catalizada por enzimas en ellas producen duplicados exactos de si mismos. Tal reacción es única entre las moléculas y se denomina replicación del ADN. La replicación de moléculas de ADN es necesaria para todos los seres vivos. En la secuencia de bases (en los nucleótidos de las moléculas de ADN), se encuentra toda la información hereditaria de un organismo. Cuando las células se dividen, debe existir algún medio por el cual la información hereditaria de la célula progenitora se transfiere a las dos células descendientes. La replicación del ADN es catalizada por la ADN polimerasa y comienza cuando los enlaces de hidrógeno entre los pares complementarios de bases se rompen. La molécula de ADN se separa de forma similar a como se abre un cierre eclaire. Dentro del fluido que rodea a la molécula de ADN se encuentran moléculas libres de trifosfato de desoxinucleósido, incluyendo dATP, dGTP. dCTP y dTTP. Bajo la dirección del ADN polimerasa, las moléculas de trifosfato de desoxinucleósido son llevadas hacia las bases que están expuestas después de que la molécula de ADN comienza a desenvolverse. Una base de adenina en la molécula de ADN forma enlaces de hidrógeno con una base de timina complementaria que forma parte del desoxinucleótido libre. Una base de guanina de la molécula de ADN forma enlaces de hidrógeno con su base complementaria de citosina y así sucesivamente. Por lo tanto, cada cadena se une a su complemento y produce una réplica exacta de la cadena a la cual estaba originalmente unida. Replicación del ADN DMTR-QM29 Puedes complementar los contenidos de esta guía visitando nuestra web http://www.pedrodevaldivia.cl/ 27

×