Els glúcids: Disacàrids

La unió de dos monosacàrids dóna lloc a una estructura anomenada disacàrid. El grup aldehid del primer monosacàrid s'uneix a qualsevol radical del segon monosacàrid desprenent una molècula d'aigua i donant lloc a un enllaç o-glicosídic.
De la mateixa manera que els monosacàrids, els disacàrids són sòlids blancs, cristal·lins, solubles en aigua i dolços.
L'enllaç glicosídic pot ser de dos tipus:

• Monocarbonílic quan s'estableix entre el carboni carbonil (aldehid o cetona) del primer monosacàrid amb un carboni no carbonílic de l'altre monosacàrid. Això fa que el grup carbonil no enllaçat pugui reduir el reactiu de Fehling i per tant sigui fàcilment detectable mitjançant aquesta prova. Aquest enllaç es present en la maltosa, la cel·lobiosa i la lactosa.
• Dicarbonílic és l'enllaç que s'estableix entre els dos grups carbonils dels dos monosacàrids de manera que aquest disacàrid no tindrà la capacitat de reduir el reactiu de Fehling. És el present a la sacarosa on s'estableix entre l'hidròxid del primer carboni anomèric del primer monosacàrid amb l'hidròxid del carboni anomèric del segon monosacàrid.

En funció de si el primer monosacàrid es alfa o beta l'enllaç o-glicosídic s'anomenarà alfa-glicosídic o beta-glicosídic.

• Sacarosa

S'estableix entre una molècula D-glucopiranosa i una altra D-fructofuranosa unides per un enllaç alfa(1-2).
Es troba principalment a la canya de sucre i a la remolatxa sucrera i es comercialitza com el sucre de canya. No té la capacitat reductora per actuar sobre el reactiu de Fehling. Així mateix tot i que la sacarosa es dextrogira, si hidrolitza es torna levogira.

• Lactosa

Està formada per una molècula D-galactopiranosa unida a una D-glucopiranosa mitjançant un enllaç beta(1-4).
El fet que l'enllaç sigui monoglicosídic implica que pot reduir el reactiu de Fehling.
Es troba lliure a la llet dels mamífers de manera que es exclusiva dels animals. És la font principal d'alimentació dels nadons que en néixer comencen a fabricar l'enzim lactasa que serveix per hidrolitzar-la. Si desprès de la lactància es deixa de prendre llet durant un temps prolongat el cos deixa de fabricar aquest enzim i per tant el cos deixa de poder hidrolitzar la lactosa. Això fa que en arribar a l'intestí, la lactosa fermenti i doni problemes intestinals. És l'anomenada intolerància a la lactosa.

• Maltosa

Aquest disacàrid està format per dues molècules D-glucopiranosa unides mitjançant un enllaç alfa(1-4)
Es troba lliure en el gra germinat de l'ordi i d'altres cereals. S'obté industrialment a partir de la hidròlisi del midó i del glicogen i s'utilitza per a la fabricació de begudes alcohòliques com la cervesa i el whisky.
És capaç de reduir el reactiu de Fehling perquè l'enllaç es monoglicosídic.

• Cel·lobiosa

Està format per dues molècules de D-glucopiranosa unides per mitjà de l'enllaç beta(1-4).
No es troba lliure a la natura si no que s'obté per la hidròlisi de la cel·lulosa.
És capaç de reduir el reactiu de Fehling perquè l'enllaç es monoglicosídic.

Els glúcids: Monosacàrids

Els glúcids són la família de biomolècules més important ja que constitueixen la major part de la matèria orgànica de la terra. Estan formats bàsicament per Carboni, Hidrogen i Oxigen. Tot i ser un grup a nivell composicional senzill, ja que la proporció d'aquests tres àtoms generalment és de un carboni per cada dos hidrògens i un oxigen (CnH2nOn) gaudeix d'una diversitat estructural molt elevada.
El nom glúcid prové del grec glykys que significa dolç, ja que els primers glúcids que es van descriure eren aquells que tenien un gust dolç, encara que ara se sap que no tots tenen aquest gust. De la mateixa manera també reben el nom d'hidrats de carboni degut a que la seva composició molecular fa pensar en carbonis hidratats tot i que aquest concepte està molt allunyat de la realitat.
Concretament un glúcid està format per una sèrie d'àtoms de carboni enllaçats entre sí per enllaços covalents i a la vegada enllaçats a grups hidroxils (-OH) i radicals hidrògens (-H) en els seus enllaços lliures a raó d'un grup hidroxil i un radical hidrogen per cada carboni. Així mateix per a ser considerat un glúcid ha de contenir un grup carbonil que pot ser un aldheid (-CHO) o un grup cetona (-CO-). Per tant els glúcids poden rebre el nom de polihidroxialdehids o polihidroxicetones.


Les funcions més importants dels glúcids són:

• Combustible: són la reserva energètica més important ja que intervenen en el cicle de l'ATP.
• Reserva energètica: Algunes de les estructures complexes que poden construir com el midó, serveixen de reserva en molts organismes vius.
• Substrat: estructuralment són la base de moltes altres biomolècules ja que són capaços d'incloure en la seva estructura altres grups funcionals que li confereixen altres propietats.
• Formen part dels àcids nucleics i per tant formen part de la informació genètica continguda en els éssers vius.
• Formen estructures cel·lulars: Alguns dels glúcids complexos tenen funcions de tipus estructural i esquelètiques com la quitina continguda en l'exosquelet d'alguns insectes o la cel·lulosa pròpia de les cèl·lules vegetals.

Els glúcids es classifiquen segons la seva composició i el nombre de cadenes polihidroxialheíques i polihidroxicetones que contenen.

• Quan tenim una sola cadena en diem monosacàrids
• Quan tenim més d'una cadena enllaçades entre sí mitjançant l'enllaç o-glicosídic, però la composició es relativament uniforme, és a dir, no variem de CnH2nOn en diem Holòsids.Dintre d'aquest grup tenim:

• Els disacàrids, quan estan formats per dos monosacàrids.
• Els oligosacàrids quan estan formats per més de dos i fins a deu monosacàrids.
• Polisacàrids quan estan formats per més de deu monosacàrids, generalment centenars.

• Quan tenim estructures que inclouen altres grups funcionals tenim els heteròsids que poden ser:

• Glicolípids
• Glicoproteïnes

Monosacàrids:
Es tracta de molècules relativament senzilles no hidrolizables a molècules més petites i constituïdes per una única cadena de carbonis que poden anar de tres a set. A partir de set són inestables. S'anomenen segons el nombre de carbonis (tri, tetra, penta, hexa, hepta) i amb el sufixe -osa al final.
Per tant tenim els grups de les trioses, tetroses, pentoses, hexoses i heptoses (aquest últim amb pocs exemples a la naturalesa).
Entre les seves propietats cal destacar que es tracta de sòlids cristal·lins de color blanc i generalment dolços, a més de ser hidrosolubles gràcies a la polaritat de la molècula. Així mateix els monosacàrids són capaços d'oxidar-se, és a dir, de perdre electrons en front d'altres substàncies que en guanyar-los es redueixen.
D'altra banda, els glúcids poden distribuir els seus grups hidroxils de forma asimètrica segons els carbonis de manera que poden formar isòmers: estructures tridimensionals diferents amb la mateixa fórmula molecular, aspecte que els hi confereix propietats diferents. Si aquestes estructures són imatges especulars d'altres es diu que estem davant de formes enantiomorfes que poden ser Dextrogir o Levogir en funció desviïn la llum polaritzada cap a la dreta o cap a l'esquerra.

 

• Trioses

Estan formades per tres carbonis C3H6O3. Si tenen un grup aldehid a l'extrem parlem de gliceraldehids i si tenen una cetona en el segon carboni parlem de Dihidroxiacetona. El gliceraldehid té el segon carboni asimètric per tant es poden donar dos isomers: D-gliceraldehid i L-gliceraldehid. Aquest monosacàrids són molt abundants ja que són el metabolit intermedi de la degradació de la glucosa.

• Tetroses

Estan formades per quatre carbonis C4H8O4. Hi han dos aldotetroses: l'eritrosa i la treosa i una cetotetrosa: l'eritrulosa.

• Pentoses

Són monosacàrids de cinc carbonis C5H10O5. En dissolució aquosa tenen tendència a ciclar-se ja que es la forma més estable, per tant fan estructures pentagonals anomenades furan: el grup carbonil reacciona amb el grup hidroxil del penúltim carboni i dóna lloc a un nou grup hidroxil el qual pot estar orientat de dues formes diferents formant dos isòmers anomenats alfa i beta.
D'entre els aldehids la més important es la D-ribosa (D-ribofuranosa), ja que forma part de l'àcid ribonucleic (RNA) i la D-2-desoxiribosa (D-2-desoxiribofuranosa) present en l'àcid desoxiribonucleic (DNA). D'entre les cetopentoses la més important és la D-ribulosa que durant la fotosíntesis reacciona amb el CO2, transformant la inorgànica en matèria orgànica.

• Hexoses

Són monosacàrids amb sis carbonis C6H12O6. Tenen tendència a ciclar-se de manera que els grups aldehids formen estructures hexagonals anomenades piran i els grups cetones formen estructures pentagonals anomenades furan.
L'aldohexosa més abundant en la glucosa mentre que la cetohexosa més freqüent en els vegetals és la fructosa.
Glucosa
És el glúcid més important ja que aporta la major part de l'energia de manera que la major part de les cèl·lules del nostre organisme en depenen. En la natura la trobem lliure de forma natural en els fruïts madurs i en el citoplasma de les cèl·lules.
La glucosa es cicla formant un hexàgon gràcies als carbonis 1 i 5 que queden enllaçats per un oxigen. L'estructura rep el nom de D-glucopiranosa. Aquestes estructures s'uneixen entre sí per formar polisacàrids de gran importància biològica com el midó o el glicogen. És tant dextrogira que també rep el nom de dextrosa.
Fructosa
La hexocetosa es cicla en forma pentagonal i rep el nom de D-fructofuranosa. Se sol trobar lliure a la fruita i associada a la glucosa formant la sacarosa. En el fetge es transforma en glucosa i per tant és el sucre que solen utilitzar els diabètics ja que implicaria una absorció molt lenta. És una molècula molt levogira de manera que també se li anomena levulosa.

Biomolècules: Sals minerals

A part de l'aigua, com a principis immediats tenim les sals minerals. Aquestes són compostos inorgànics constituents dels éssers vius que no poden ser produïdes ni degradades per ells. El seu origen és el sòl ja que constitueixen els minerals, formant part de les roques, o es troben dissoltes en aigua en forma d'ions que les plantes, a través de les arrels, incorporen a la cadena alimentaria.
Normalment les sals minerals es poden trobar a la natura en tres formes diferents:

• Precipitades en estructures sòlides: Constitueixen estructures insolubles en aigua i amb funció esquelètica, proporcionant sosteniment i/o protecció de les parts toves. Per exemple el carbonat càlcic es present en closques i conquilles de mol·luscs, el fosfat càlcic als ossos i col·lagen, la sílice als exosquelets de les diatomees, etc.

• Com a sals dissoltes dins dels components líquids de l'organisme. Quan una sal es dissol es dissocia en els seus anions i cations. Aquests poden interferir en el grau de salinitat de l'organisme o en el grau d'acidesa del mateix, afavorint o interferint en les reaccions químiques pròpies de l'ésser viu.

• Formant part de biomolècules, com per exemple els fosfolípids o les fosfoproteïnes.

Alguns dels processos en els que intervenen són:

• Transmissió de l'impuls nerviós, com el potassi o el sodi que generen potencial elèctric a les neurones.
• Contracció muscular: el catió calci (Ca2+) controla les contraccions de les fibres musculars.
• Síntesis de molècules orgàniques com la clorofil·la, l'hemoglobina o la hemocianina.

Quan es tracta de funcions, si revisem on trobem les diferents sals minerals en els éssers vius podem deduir la majoria:

• Funció estructural en closques, exosquelets i esquelets interns.
• Funció reguladora de la salinitat o efecte osmosi. És el pas del dissolvent a través d'una membrana semipermeable situada entre dos compartiments de concentració salina diferent de manera que el dissolvent passa de la dissolució menys saturada cap a la dissolució més saturada amb la finalitat d'igualar les concentracions. El medi més concentrat s'anomenaria hipertònic i el menys concentrat hipotònic.
• Funció amortidora o reguladora de l'acidesa. Alguns ions de les sals minerals poden reaccionar amb els ions o cations de l'aigua de manera que mantenen constant el grau d'acidesa dins l'organisme. Aquesta funció anomenada funció tampó, es vital per a realitzar la majoria de reaccions químiques.
• Necessàries per a algunes activitats enzimàtiques en les que sense la presència d'uns ions determinats no serien possibles.
• Afavoreixen la solubilitat de substàncies insolubles i per tant el seu transport mitjançant l'aigua, com es el cas de les immunoglobulines.

El mapa i perfil topogràfic

Un mapa topogràfic és la representació, en pla, del relleu d'una zona concreta.

Però, com es fa? A partir de centenars de mesures de les alçades del terreny es dibuixen les anomenades corbes de nivell. Aquestes indiquen quines zones del mapa estan a la mateixa altura respecte el nivell del mar, de manera que si una corba te una cota de 100m, vol dir que per on passa aquella corba està tot a 100m d'alçada.

Aquesta representació sorgeix de la idea de tallar el relleu per una sèrie de plans paral·lels a alçades equidistants, és a dir, mantenint sempre la mateixa distància, tal i com podem veure en el dibuix de sobre.

Com dos corbes de nivell representen dos alçades diferents, aquestes mai es poden creuar, ja que això voldria dir que en un punt del relleu tenim dos alçades diferents.
D'altra banda les corbes ens poden donar molta informació de com és el relleu sense haver de realitzar un alçat.
Com podem veure en la imatge de la dreta, si les corbes estan molt separades entre sí, voldrà dir que el relleu és molt planer. Així mateix, si estan molt juntes, vol dir que el relleu és molt escarpat.


Però en un mapa topogràfic no sols trobem corbes de nivell. Sense una llegenda, l'escala i la situació del nord, aquest mapa no tindria cap sentit ni significació.

• Escala: Indica a quant equival 1cm del mapa respecte de la realitat. Per exemple, si tenim una escala de 1:25000 voldrà dir que 1cm del mapa equival a 25000cm a la realitat.

• Llegenda: Descriu què significa cada símbol representat en el mapa. Aquí és on veurem com es representaran rius, carreteres, camins, pics, zones mineres, cases, etc.

• Nord: Tots els mapes estan orientats al nord i normalment s'indica amb una fletxa. En el cas que no aparegui la orientació, es pressuposarà que està en la part alta del mapa.

Un cop sabem que és un mapa topogràfic, cal explicar què és i com es fa un perfil topogràfic.


Un perfil topogràfic es la representació en dos dimensions dels canvis d'alçada que fa un recorregut determinat d'un mapa. És a dir, es tracta de posar altura a un camí en línia recta entre dos punts tallant les corbes transversalment.










I cóm es fa?
Bé, el primer hem de marcar una línia recta en el mapa que vagi del punt A al punt B.

Un cop tenim la línia marcada, posem un paper sobre la línia que ens servirà per copiar les dades, tal i com podem veure en el dibuix.

Sobre aquest paper auxiliar, marcarem per on les corbes de nivell tallen la línia dibuixada, procurant marcar també a quina alçada es troba cada corba.

Un cop les tinguem totes marcades, posarem el paper en la línia horitzontal d'uns eixos que prèviament haurem dibuixat en un paper mil·limetrat.
Ara, haurem de copiar tant la posició de les corbes com l'alçada de cadascuna en l'eix horitzontal del nostre gràfic. D'aquesta manera podrem relacionar l'alçada amb la posició.

Ara només ens queda graduar l'alçada del nostre gràfic en l'eix vertical i relacionar cada alçada amb la seva corba corresponent.

Per últim, haurem d'unir els punts situats en el gràfic per tal d'obtenir el perfil de la zona estudiada.

Com veieu realitzar un perfil topogràfic és molt fàcil i mecànic.

Qui s'anima a intentar-ho?

Biomolècules inorgàniques: Aigua

L'aigua és el compost fonamental de la vida ja que aquesta es desenvolupa en aquest medi. Si fem una ullada a la quantitat d'aigua present en els éssers vius, podem arribar a la conclusió que com més activitat fisiològica presenti aquest ésser més quantitat d'aigua contindrà. Així les algues presenten més del 90% d'aigua en la seva estructura mentre que les llavors i espores en presenten menys d'un 10%.
A partir d'això podem esmentar tres arguments que recolzen la seva importància per a la vida:

• És el medi primitiu en la qual es va originar i desenvolupar la vida.
• És el component més abundant de la matèria viva.
• Constitueix l'espai vital intern de tots els éssers vius, ja siguin terrestres o aquàtics.

A nivell estructural, l'aigua està formada per dos àtoms d'hidrogen i un d'oxigen. Tal i com vam comentar en el post anterior, forma dos enllaços covalents que li confereixen gran estabilitat una qualitat única: la dipolaritat. Aquest dipol permanent, fa que les molècules d'aigua s'atreguin entre sí formant els anomenats ponts d'hidrogen o enllaç d'hidrogen. Aquesta és la causa de que tot i ser una molècula amb un pes específic molt baix, l'aigua presenti un estat líquid a temperatura ambient a diferència d'altres molècules amb les mateixes característiques.


D'altra banda, quan la temperatura baixa dels 0ºC i l'aigua es solidifica, les molècules s'ordenen formant hexàgons, que són estructures més grans i presenten més espais entre els àtoms. Aquest fet explica perquè el gel és menys dens i flota sobre l'aigua líquida, un altre característica primordial i que va afavorir el desenvolupament de la vida en el nostre planeta.
A part de les propietats anteriors, la característica estructura molecular de l'aigua també li confereix certes propietats fonamentals:

• Elevada força de cohesió: La integritat estructural de l'aigua deguda als enllaços de pont d'hidrogen en el seu estat líquid, fa que sigui un líquid gairebé incompressible i per tant, perfecte per a donar volum a les cèl·lules i provocar turgència a les plantes. Així mateix, aquest fenomen, també explica la seva elevada tensió superficial. Això fa que la seva superfície oposi una gran resistència a trencar-se i per tant hi hagi certs organismes que viuen associats a aquesta pel·lícula superficial. La capil·laritat es una altre propietat associada a la força de cohesió. Aquesta propietat permet que l'aigua pugui ascendir per conductes estrets, tan sols per la seva capacitat d'adherir-se a les parets.

• Elevada calor específica: La calor específica és la quantitat de calor que es necessita per augmentar un grau centígrad la temperatura d'un cos. El fet que l'aigua líquida estigui formada mitjançant enllaços d'hidrogen, fa que es necessiti molta energia per tal de trencar-los i agitar les molècules (aquesta vibració és la que determina la calor que posseeix la substància). Això la converteix en un fantàstic estabilitzador tèrmic que protegeix l'organisme davant dels canvis bruscos de temperatura.

• Elevada calor de vaporització: El calor de vaporització és la quantitat de calor que s'ha de donar a una substància per tal que s'evapori, és a dir, es doni a terme el canvi d'estat de líquid a gas. En el cas de l'aigua, per tal de fer aquest pas, cal que es trenquin tots els enllaços d'hidrogen, per tant es necessària una gran quantitat d'energia. Això fa que sigui un bon refrigerant mitjançant la transpiració.

• Elevada densitat de l'estat líquid respecte del seu estat sòlid: Tal com hem comentat abans, l'estructura de l'aigua en estat sòlid implica més espais entre els àtoms i per tant quan les molècules d'aigua s'ordenen aquestes ocupen més espai que en estat líquid. Això fa que el gel pesi menys que l'aigua líquida i per tant floti formant una capa termoaïllant que permet la vida a sota. Si el gel fos més dens que l'aigua líquida, aquest s'enfonsaria i acabaria per congelar-se tota l'aigua.

• Elevada constant dielèctrica: El fet d'estar constituïda per molècules dipolars fa que sigui un gran dissolvent de compostos iònics i dels compostos covalents polars. Les molècules d'aigua envolten les molècules polars fins al punt de separar-les en anions i cations. Aquest procés s'anomena solvatació iònica. Aquesta capacitat de dissolució i la seva abundància en el medi natural fa que sigui el medi idoni per al desenvolupament de les reaccions químiques i també com a vehicle de transport de substàncies. Segons la solubilitat en aigua les substàncies es classifiquen en: 
• Hidròfiles: Substàncies polars o iòniques que en aigua es dissolen amb facilitat però en substàncies apolars o dissolvents orgànics no.
• Hidròfobes: Substàncies apolars, insolubles en aigua però solubles en dissolvents orgànics.
• Amfipàtiques: Una part de la molècula es polar i per tant soluble en aigua, mentre que l'altre part és apolar i no soluble en aigua. Això fa que la molècula en entrar en contacte amb l'aigua es disposi en capes o micel·les de manera que la part polar queda envoltada d'aigua i la part apolar queda aïllada de la mateixa. Si aquesta substància entrés en contacte amb dissolvents orgànics, la micel·la es situaria al revés, la part apolar en contacte amb l'hidrocarbur i la part polar aïllada. Aquesta propietat es fonamental en l'estructura de la membrana plasmàtica de les cèl·lules.

 

• Baix grau d'ionització: La ionització és la capacitat que té una molècula per transformar-se en ions. Sols 1 molècula de cada 10.000 es troba ionitzada i això fa que el seu pH sigui de 7. En aquest sentit, la seva capacitat d'ionitzar-se s'utilitza com a referent per a determinar si una substància és àcida, és a dir pH menor de 7 o bàsica, pH major de 7. Així mateix, té la capacitat d'actuar com una base molt dèbil o com un àcid molt dèbil, per tant pot arribar a influir en les reaccions químiques que es donin en el seu medi.

A partir d'aquestes característiques podem determinar una sèrie de funcions de l'aigua en els éssers vius:

• Funció dissolvent i de transport de substàncies.
• Funció bioquímica, ja que l'aigua intervé en nombroses reaccions químiques, com per exemple la hidròlisi (ruptura d'enllaços amb la intervenció de l'aigua).
• Funció estructural: L'aigua dóna volum i turgència a les cèl·lules.
• Funció mecànica amortidora: en els vertebrats, entre les articulacions, hi ha bosses de líquid sinovial que evita el fregament entre els ossos.
• Funció termoreguladora: Deguda a la seva elevada calor específica, molt important en el cas dels animals homeoterms (aquells que poden mantenir la seva temperatura estable).