En esta lección
- Video de la lección (próximamente)
- Apuntes de la lección
- Ejemplos resueltos
- Ideas clave
- Alineación con NGSS
Llévatelo
Pregunta esencial
¿De qué están hechas las moléculas de la vida?
Tus células son sobre todo agua, y casi todo lo demás está hecho de cuatro tipos de moléculas grandes con base de carbono. Cada tipo se construye con unidades pequeñas que se unen como cuentas en un hilo. En esta lección aprenderás las cuatro clases de moléculas grandes, cómo se unen las unidades pequeñas para formarlas y cómo las células las vuelven a separar.
Video de la lección próximamente. Mientras tanto, lee la lección que aparece abajo.
Moléculas con base de carbono
- Las células son cerca de 70% agua
- Casi todo lo demás son cuatro clases de moléculas grandes
- El carbono forma cuatro enlaces, así que puede construir cadenas y anillos
- Las cuatro clases: carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos
La gráfica muestra datos de muestra de una célula bacteriana. El agua forma la mayor parte de la masa, y la mayor parte de lo que queda son proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y carbohidratos. Se llaman macromoléculas porque son muy grandes. Las cuatro clases se construyen alrededor del carbono. Un átomo de carbono puede formar cuatro enlaces covalentes, así que los átomos de carbono se pueden unir en cadenas largas, ramas y anillos, y se pueden enlazar con hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros elementos. Por esa flexibilidad se pueden construir tantas moléculas distintas con tan pocos elementos.
Monómeros y polímeros
- Monómero: un bloque de construcción pequeño
- Polímero: una cadena de muchos monómeros
- Unos pocos monómeros pueden formar muchos polímeros distintos
- Los lípidos son grandes, pero no son polímeros verdaderos
Un monómero es una molécula pequeña que se puede unir con otras del mismo tipo. Un polímero es una molécula larga formada por muchos monómeros unidos por enlaces covalentes. Las 26 letras del alfabeto pueden formar miles de palabras, y de la misma manera unos cuantos monómeros se pueden acomodar en órdenes distintos para construir una gran variedad de polímeros. Los carbohidratos, las proteínas y los ácidos nucleicos son polímeros. Los lípidos también son moléculas grandes, pero se construyen con unas cuantas partes distintas y no con una cadena larga de una sola unidad que se repite, así que no son polímeros verdaderos.
Síntesis por deshidratación e hidrólisis
- La síntesis por deshidratación une monómeros y quita agua
- La hidrólisis separa los polímeros y agrega agua
- Una enzima acelera cada reacción
- n monómeros unidos en una cadena forman n − 1 enlaces
Las células construyen polímeros por síntesis por deshidratación. Dos monómeros se enlazan y se les quita una molécula de agua. La reacción inversa es la hidrólisis: se agrega una molécula de agua para romper el enlace entre dos monómeros. Cuando digieres alimentos, la hidrólisis descompone los polímeros en monómeros lo bastante pequeños para que tus células los usen. En las dos reacciones, las enzimas aceleran el cambio. Una cadena de n monómeros tiene n − 1 enlaces entre ellos, así que construirla libera n − 1 moléculas de agua, y descomponerla por completo usa n − 1 moléculas de agua.
Las cuatro clases de moléculas grandes
- Cada clase tiene sus propios elementos y bloques de construcción
- Las proteínas siempre contienen nitrógeno
- Los ácidos nucleicos siempre contienen fósforo
- Cada clase tiene funciones principales en la célula
| Clase | Elementos | Bloque de construcción | Funciones principales |
|---|---|---|---|
| Carbohidratos | C, H, O | Monosacáridos (azúcares simples) | Energía, sostén |
| Lípidos | C, H, O (poco O) | Glicerol y ácidos grasos | Almacenamiento de energía, membranas |
| Proteínas | C, H, O, N (algunas con S) | Aminoácidos | Enzimas, estructura, transporte |
| Ácidos nucleicos | C, H, O, N, P | Nucleótidos | Almacenan y transmiten información genética |
Conocer los elementos de una molécula te ayuda a saber a qué clase pertenece. Una molécula con solo carbono, hidrógeno y oxígeno es un carbohidrato o un lípido. Si también contiene nitrógeno, probablemente es una proteína, y si además contiene fósforo, puede ser un ácido nucleico. Las siguientes cuatro lecciones estudian cada clase por turno.
¿De dónde vienen los átomos?
- Los productores hacen azúcar a partir de dióxido de carbono y agua
- El azúcar aporta carbono, hidrógeno y oxígeno
- Hay que agregar otros elementos, como el nitrógeno
- Los consumidores obtienen estas moléculas al comer
| Materiales de partida | Moléculas grandes que se construyen |
|---|---|
| Azúcar (C, H, O) | Carbohidratos y lípidos |
| Azúcar + nitrógeno (y algo de azufre) | Aminoácidos y luego proteínas |
| Azúcar + nitrógeno + fósforo | Nucleótidos y luego ácidos nucleicos |
El carbono, el hidrógeno y el oxígeno de tus moléculas grandes vinieron del azúcar. Las plantas y otros productores hacen azúcar por fotosíntesis, y los consumidores obtienen azúcar y otras moléculas al comer. Para hacer un aminoácido, una célula combina átomos del azúcar con nitrógeno, que los productores toman del suelo en forma de nitrato o amonio (el ciclo del nitrógeno, de la Unidad 1). Para hacer un nucleótido, una célula también necesita fósforo. Así es como los átomos del ambiente se incorporan a las moléculas grandes de los seres vivos.
Ejemplos resueltos
Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.
Ejemplo 1: Construir una proteína
Una proteína es un polímero de 150 aminoácidos unidos en una cadena. (a) ¿Cuántos enlaces unen a los aminoácidos? (b) ¿Cuántas moléculas de agua se liberan cuando se construye la proteína? (c) ¿Cuántas moléculas de agua se necesitan para descomponer la proteína en aminoácidos separados?
Mostrar la solución
- (a) Enlaces: n monómeros en una cadena tienen n − 1 enlaces. 150 − 1 = 149 enlaces.
- (b) Agua liberada: cada enlace se forma por síntesis por deshidratación y libera 1 molécula de agua, así que se liberan 149 moléculas de agua.
- (c) Agua necesaria: la hidrólisis usa 1 molécula de agua por cada enlace que se rompe, así que se necesitan 149 moléculas de agua.
- Respuesta: (a) 149 enlaces. (b) 149 moléculas de agua liberadas. (c) 149 moléculas de agua usadas.
Ejemplo 2: ¿De qué está hecha una célula?
Usa la gráfica de una célula bacteriana. (a) ¿Qué porcentaje de la masa de la célula no es agua? (b) ¿Qué porcentaje de esa masa que no es agua es proteína? (c) ¿Qué porcentaje son ácidos nucleicos?
Mostrar la solución
- (a) Lo que no es agua: 100% − 70% = 30%.
- (b) Proteína: 15% ÷ 30% × 100 = 50%.
- (c) Ácidos nucleicos: 7% ÷ 30% × 100 = 23%.
- Razonamiento: la mitad de la masa seca de la célula es proteína, así que las proteínas son las moléculas grandes más abundantes en esta célula.
- Respuesta: (a) 30%. (b) 50%. (c) 23%.
Ejemplo 3: ¿A qué clase pertenece?
Abajo se describen cuatro moléculas desconocidas. Nombra la clase de molécula grande que corresponde a cada una.
| Molécula | Pistas |
|---|---|
| A | Contiene solo C, H y O. Los átomos de H y O están en una proporción de 2 : 1. Está construida con unidades de azúcar. |
| B | Contiene C, H, O, N y S. Es una cadena de aminoácidos. |
| C | Contiene C, H, O, N y P. Es una cadena de nucleótidos. |
| D | Sobre todo C e H. No se mezcla con el agua. Tiene tres colas de ácidos grasos. |
Mostrar la solución
- A: carbohidrato. La proporción de 2 : 1 entre H y O y las unidades de azúcar indican carbohidratos.
- B: proteína. Los aminoácidos son los bloques de construcción de las proteínas, y algunos contienen azufre.
- C: ácido nucleico. El fósforo y los nucleótidos indican ADN o ARN.
- D: lípido. Sobre todo C e H, no se disuelve en agua y tiene colas de ácidos grasos (un triglicérido).
- Respuesta: A: carbohidrato. B: proteína. C: ácido nucleico. D: lípido.
Práctica
Relaciona descripciones con las cuatro clases de moléculas grandes, calcula el agua que se libera y se usa cuando los polímeros se forman y se rompen, lee una gráfica de la composición de una célula y rotula un modelo de la síntesis por deshidratación y la hidrólisis. Inténtalo primero por tu cuenta y luego revisa tu trabajo con la clave de respuestas.
- Hoja de práctica: Monómeros y polímeros (PDF) (en inglés)
- Clave de respuestas: Monómeros y polímeros (PDF) (en inglés)
Diapositivas de la lección
Ideas clave
- Cuatro clases de moléculas grandes: carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos
- Los monómeros se unen en polímeros
- La síntesis por deshidratación quita agua; la hidrólisis agrega agua
- n monómeros en una cadena tienen n − 1 enlaces
- El azúcar aporta C, H y O; se agregan otros elementos para hacer otras moléculas
De vuelta a la pregunta esencial: las moléculas de la vida son los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos, construidos sobre todo con carbono, hidrógeno y oxígeno, y con nitrógeno, fósforo y azufre en algunos casos. Los monómeros pequeños se unen en polímeros por síntesis por deshidratación, que quita agua, y la hidrólisis los vuelve a separar al agregar agua. A continuación verás en detalle la primera clase: los carbohidratos.
Alineación con NGSS
Esta lección avanza hacia estas expectativas de desempeño de los Estándares de Ciencias de Nueva Generación (NGSS):
- HS-LS1-6: Construir y revisar una explicación basada en evidencia de cómo el carbono, el hidrógeno y el oxígeno de las moléculas de azúcar se pueden combinar con otros elementos para formar aminoácidos u otras moléculas grandes con base de carbono.
Ideas disciplinarias básicas: LS1.C Organización de la materia y el flujo de energía en los organismos