BIOLOGA MENCIN BM-03
B I O M O L C U L A S I
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1. COMPUESTOS INORGNICOS: Agua y Sales Minerales
Agua
La vida apareci en el agua, y hasta ahora es uno de los requisitos
esenciales para su existencia.
Adems, es importante sealar que la mayora de las reacciones
qumicas ocurren en un entorno acuoso y la molcula de agua es
el compuesto ms abundante en los seres vivos ya que ocupa
aproximadamente entre un 65% a un 95% de su masa. Este
porcentaje vara dependiendo del metabolismo del organismo.
En la molcula de agua (H2O) los dos tomos de hidrgeno estn
unidos al tomo de oxgeno por enlaces covalentes (Figura 1).
La molcula es fuertemente polar, porque el oxgeno atrae ms a
los electrones que los tomos de hidrgeno. Por ello, la molcula
de agua acta como un dipolo, ya que para cada enlace covalente
hay una dbil carga electronegativa alrededor del tomo de
oxgeno, y una dbil carga electropositiva alrededor de los tomos
de hidrgeno.
As, las molculas de agua pueden formar puentes de hidrgeno con ellas mismas (Figuras 2 y
3). Estos puentes son mucho ms dbiles que los enlaces covalentes, y adems, son de corta
duracin. No obstante, dada la cantidad de ellos, sus efectos determinan la mayora de las
propiedades del agua (Tabla 2).
Figura 2. Enlaces, mediante puentes de hidrgeno, entre molculas de agua.
Figura 1. Estructura que representa una molcula de agua.
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Tabla 1. Propiedades del agua.
Es lquida a temperatura
ambiente
Los puentes de hidrgeno mantienen a las molculas unidas entre s. Por eso, aunque por su peso molecular debera ser un gas, es un lquido.
Tiene alto calor de
vaporizacin
Para que el agua comience a evaporarse hay que suministrar calor suficiente para que las molculas rompan sus puentes de hidrgeno y salgan del lquido. Los seres vivos utilizan esta propiedad para refrescarse al evaporarse el sudor.
Tiene elevada tensin
superficial
Las molculas de la superficie estn fuertemente unidas a otras del interior (la superficie es como una piel tensa, pero elstica, de la que cuesta separar molculas).
Algunos organismos, como pequeos y livianos insectos, se desplazan por la pelcula superficial de agua.
Tiene elevado
calor especfico
El agua puede absorber una gran cantidad de calor antes de elevar su temperatura, ya que lo emplea en romper los puentes de hidrgeno. Los seres vivos usan el agua como aislante trmico, por lo que impiden cambios bruscos de temperatura.
Es uno de los
mejores disolventes que se
conoce
La mayora de las sustancias polares son capaces de disolverse en el agua al formar puentes de hidrgeno en ella.
Tiene cohesin y adhesin
La cohesin se define como la unin entre las molculas de agua y la adhesin es la unin a otras molculas con cargas elctricas netas o dbiles. Gracias a la cohesin el agua experimenta capilaridad, es decir, movimiento por espacios muy pequeos con cargas elctricas, y a la adsorcin el poder penetrar en materiales slidos porosos con cargas elctricas, hinchndolos.
Tiene mayor
densidad en estado lquido
que en el estado slido
Los puentes de hidrgeno congelados mantienen las molculas ms separadas que en el estado lquido. El hielo flota sobre el agua por eso, en climas fros los lagos y mares se congelan en la superficie y el hielo acta como aislante para las capas inferiores que permanecen lquidas.
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Sales Minerales
En los sistemas vivos, las sales inorgnicas se encuentran bsicamente en tres modos diferentes:
Disueltas
La mayor parte de las sales se hallan disueltas en medios acuosos, formando electrolitos. Tal es el caso del Sodio (Na+), Potasio (K+), Calcio (Ca2+), Cloruro (Cl-), Bicarbonato (HCO3
-) o Fosfato (PO43-), iones que participan en diversas reacciones
qumicas en funcin de su afinidad elctrica. Por ejemplo, participan en la regulacin de la acidez (pH) y en la formacin de potenciales elctricos. Adems, es muy importante considerar que sales como el Sodio (Na+) y el Cloruro (Cl-)
mantienen el equilibrio hidrosalino.
Precipitadas Otras sales se encuentran precipitadas formando, de este modo, estructuras slidas y rgidas. Tal es el caso del fosfato clcico (Ca3 (PO4)2), que al precipitar sobre una matriz
de protenas fibrosas forma los huesos.
Combinadas
Algunos iones inorgnicos, se encuentran combinados. El ejemplo ms llamativo es el hierro (Fe2+) en la molcula de hemoglobina y el magnesio (Mg2+) en la clorofila. Tambin algunos iones se asocian a enzimas: biocatalizadores. Sin ellos las reacciones bioqumicas se desarrollaran a velocidades tan bajas que apenas rendiran cantidades
apreciables del producto. Muchas enzimas necesitan para su funcionamiento la presencia de algunas sales (cofactores enzimticos).
Tabla 2. Algunos minerales esenciales en la nutricin humana.
Funciones
Macrominerales
Calcio Constituyente de huesos y dientes; participa en la regulacin de la actividad
nerviosa y muscular; factor de coagulacin y cofactor enzimtico.
Fsforo Constituyente de: huesos, dientes, ATP, intermediarios metablicos fosforilados y cidos nucleicos.
Sodio Catin principal del medio extracelular. Regula volemia, balance cido/base, funcin nerviosa y muscular, bomba Na+, K+-ATPasa.
Potasio Catin principal del medio intracelular, funcin nerviosa y muscular, bomba Na+/K+ - ATPasa.
Cloro Balance de electrolitos, constituyente del jugo gstrico.
Magnesio
Catin importante del lquido intracelular, esencial para la actividad de un sinnmero de enzimas, para la transmisin neuronal y la excitabilidad muscular. Acta como cofactor de todas las enzimas involucradas en las reacciones de transferencia de fosfato que utilizan ATP. Constituyente de la
molcula de clorofila.
Microminerales
Yodo Constituyente de hormonas tiroideas (tiroxina).
Flor Incrementa dureza de huesos y dientes.
Hierro Presente en la hemoglobina para el transporte de oxgeno y dixido de carbono.
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ACTIVIDAD 1
a) Por qu el agua en estado slido tiene menor densidad que el agua en estado lquido?
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b) Por qu el vapor de agua quema cuando sale de la tetera hirviendo?
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c) Si una persona toma un bao de vapor de 50 C, por qu sus clulas no alcanzan esa
temperatura?
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d) Por qu el agua es un gran disolvente?
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e) Qu problemas de salud tendra una persona con un serio dficit de calcio?
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f) A una persona se le diagnostic anemia y se le recet tomar un medicamento cuyo principal
componente era el hierro. Por qu tal prescripcin mdica?
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g) Cul es la funcin del Na+ y el K+?
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h) Por qu una falta de Mg+2 afecta la fotosntesis?
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2. COMPUESTOS ORGNICOS: Carbohidratos y lpidos
Carbohidratos
Son compuestos orgnicos formados por C, H, O. Tambin son llamados glcidos, azcares o
hidratos de carbono. Estos dos ltimos nombres no son del todo apropiados, pues no todos son
dulces ni se trata de molculas cuyos carbonos estn hidratados.
Los hidratos de carbono incluyen tanto los azucares como los polmeros de los azcares. Los ms
simples son los monosacridos o azcares simples. Los disacridos son azcares dobles, que
se componen de dos monosacridos unidos mediante una reaccin de condensacin y los hidratos
de carbono que son macromolculas son los polisacridos, polmeros compuestos de muchos
azucares simples.
Tabla 3. Cuadro resumen de los carbohidratos.
Carbohidratos
Caractersticas
Funcin Fuente o localizacin
MONOSACARIDOS
Ribosa Pentosa ( C5H10O5 )
Precursor de nucletidos y cidos nucleicos (RNA).
Citoplasma y ncleo.
Desoxirribosa Pentosa ( C5H10O4 )
Precursor de nucletidos y cidos nucleicos (DNA)
Citoplasma y ncleo.
Glucosa Hexosa
( C6H12O6 )
Fuente de energa,
estructural
Almidn, glucgeno, maltosa, lactosa,
sacarosa, celulosa y quitina.
Fructosa Hexosa ( C6H12O6 )
Convertirse en glucosa y fuente de energa para el espermio.
Jugo de frutas, sacarosa y semen.
Galactosa Hexosa
( C6H12O6 )
Convertirse en glucosa.
Estructural Leche (lactosa).
DISACRIDOS
Maltosa Disacrido = glucosa + glucosa.
Fuente de energa. Degradacin incompleta del almidn. Semillas.
Sacarosa
Disacrido
= glucosa + fructosa.
Fuente de energa. Remolacha, caa de azcar.
Lactosa Disacrido = glucosa + galactosa.
Fuente de energa. Leche.
POLISACRIDOS
Almidn Polisacrido de glucosas.
Reserva de energa en las plantas.
Races, tallos, hojas de plantas.
Glucgeno Polisacrido de glucosas.
Reserva de energa en los animales.
Hgado, msculo esqueltico.
Celulosa Polisacrido de glucosas.
Forma parte de la pared celular vegetal. Otorga
rigidez a clulas y tejidos.
Madera.
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Figura 3. Principales monosacridos.
Figura 4. Formacin del enlace glucosdico. Dos molculas de glucosas en la configuracin
se unen mediante un enlace entre los carbonos 1 y 4, por ello recibe el nombre de enlace
glucosdico (14). La reaccin se denomina sntesis por deshidratacin. La reaccin contraria
se denomina hidrlisis.
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Figura 5. (a) El almidn es un polisacrido de almacenamiento en vegetales. (b) glucgeno almacenado en las clulas hepticas
Figura 6. La celulosa es un polisacrido con funcin estructural presente en vegetales.
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ACTIVIDAD 2
Conteste:
a) La frmula molecular de la glucosa es C6H12O6. Cul de las 3 frmulas moleculares
correspondera a un polmero formado por la unin de diez molculas de glucosa juntas
mediante reacciones de deshidratacin? Justifique su respuesta.
1. C60H120O60 2. C60H111O51 3. C60H102O51
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b) Dnde se almacenan, los hidratos de carbono de reserva como el almidn y el glucgeno
en los organismos que los poseen?
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c) Cules molculas y en qu cantidad se originan al hidrolizar: 1 molcula de sacarosa, 2
molculas de maltosa y 2 molculas de lactosa?
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Lpidos
Son una familia bastante heterognea de compuestos orgnicos, formados principalmente por C,
H y O, que casi lo nico que tienen en comn es su gran insolubilidad en agua
(hidrofbicas). Esta propiedad permite a los lpidos ser extrados desde los tejidos y rganos
mediante solventes orgnicos apolares (ter, benceno, bencina, cloroformo o acetona). Adems,
no forman polmeros y presentan en su estructura una menor proporcin de oxgeno que los
carbohidratos.
Los cidos grasos son molculas que, en general, no se encuentran libres en la clula debiendo
ser obtenidos por hidrlisis desde los lpidos en donde estn almacenados. Presentan un grupo
carboxilo polar e hidroflico (-COOH) unido a una cadena hidrocarbonada apolar e hidrofbica
(que puede ser saturada o insaturada). Es esta doble naturaleza la que permite considerarlos
molculas anfipticas. Es por ello que, al aumentar el tamao de la cadena apolar hidrofbica
disminuye notablemente su solubilidad en agua, haciendo de los cidos grasos naturales muy
poco solubles en agua.
Como muestra la figura 7, algunos cidos grasos contienen dobles enlaces entre los carbonos del
hidrocarburo (insaturaciones), que causan que la cadena se flexione e impide que las molculas se
empaqueten fuertemente entre s y que solidifiquen a la temperatura ambiente (menor punto de
fusin). Por lo tanto, los cidos grasos que poseen dobles enlaces se denominan insaturados a
diferencia de los que presentan enlaces simples denominados saturados, los cuales al tener un
mayor punto de fusin hace que sean slidos a temperatura ambiente.
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Figura 7. Esquema de dos cidos grasos. El cido palmtico es un ejemplo de un cido graso del tipo saturado (no presenta dobles enlaces entre los carbonos) y el cido linoleico es un ejemplo de un cido graso insaturado.
Los acilglicridos tambin llamados glicridos (Figura 6) son lpidos constituidos por una
molcula de glicerol (alcohol) a la cual se le pueden unir; uno (monoglicrido), dos (diglicridos)
o tres molculas de cidos grasos (triglicridos). Los triglicridos se clasifican segn su estado
fsico, en aceites y grasas.
Aceites: Son lquidos a temperatura ambiente, pues los cidos grasos presentes en el lpido son del tipo insaturado y de cadena corta. Son de origen vegetal.
Grasas: Son slidos a temperatura ambiente, pues los cidos grasos presentes en el lpido son del tipo saturado y de cadena larga. Son de origen animal.
Figura 8. Diagrama que muestra la formacin de un triglicrido a partir de una molcula de glicerol ms tres cidos grasos del tipo saturado. El enlace se llama tipo ster o estrico y el proceso se denomina, esterificacin o condensacin (De derecha a izquierda se indica la hidrlisis).
Los cidos grasos insaturados y de cadena corta forman estructuras ms fluidas.
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Los triglicridos son de importancia biolgica debido a sus mltiples funciones entre ellas se
encuentran:
reserva energtica: A diferencia de muchas plantas, los animales solo tienen una capacidad
limitada para almacenar carbohidratos. En los vertebrados, cuando los azcares que se
ingieren sobrepasan las posibilidades de utilizacin o de transformacin en glucgeno, se
convierten en grasas. De modo inverso, cuando los requisitos energticos del cuerpo no son
satisfechos por la ingestin inmediata de comida, el glucgeno y, posteriormente, la grasa son
degradados para llenar estos requerimientos. Las grasas y los aceites contienen una mayor
proporcin de enlaces carbono-hidrgeno ricos en energa que los carbohidratos y, en
consecuencia, contienen ms energa qumica. En promedio, las grasas producen
aproximadamente 9,3 kilocaloras por gramo, en comparacin con las 3,79 kilocaloras por
gramo de carbohidrato, o las 3,12 kilocaloras por gramo de protena.
aislantes trmicos: Contra las bajas temperaturas. El tejido adiposo (que almacena grasa)
est particularmente bien desarrollado en los mamferos marinos.
amortiguador: Grandes masas de tejido graso rodean a algunos rganos como, por ejemplo,
a los riones de los mamferos, y sirven para protegerlos de una conmocin fsica. Estos
depsitos de grasa permanecen intactos, an en pocas de inanicin.
Los fosfolpidos corresponden a una familia de lpidos anfipticos, (Figuras 9 y 10) es decir,
poseen una parte polar o hidroflica y otra apolar o hidrofbica, lo que les permite en medios
acuosos adoptar la estructura de bcapas quedando sus cabezas hidroflicas expuestas al agua y
sus colas hidrofbicas apuntando hacia adentro, protegidas del agua, lo que constituye la base
estructural de las membranas celulares (Figura 9).
Nuestro organismo puede sintetizar la mayora de los cidos grasos que requiere, pero existe
un grupo que no se pueden sintetizar llamados cidos grasos esenciales, que son del tipo
insaturados como por ejemplo el cido linoleico abundantes en frutos secos y los del tipo
omega 3 abundante en pescado o los omega 6 en paltas. Todos ellos necesarios en la sntesis
de fosfolpidos de membranas celulares, neurotransmisores y en la reduccin del colesterol sanguneo.
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Figura 9. Estructura y formula de un fosfolpido.
Figura 10. Formacin de una micela y disposicin que adoptan las membranas de fosfolpidos en ambientes
acuosos dentro de los seres vivos.
micela
Colas apolares
Cabezas polares
Cabezas polares
Cabeza polar
(hidroflica)
Cola apolar
(hidrofbica)
Enlace doble
cabeza (hidroflica)
colas (hidrofbicas)
COLINA
FOSFATO
GLICEROL
CO
LA
HID
RO
CA
RB
ON
AD
A
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Los terpenos son lpidos que resultan de la unin de muchas unidades pequeas, llamadas
isoprenos. Son terpenos las siguientes vitaminas liposolubles;
A: participa de la fisiologa de la visin, al formar parte de la rodopsina, un pigmento
fotosensible presente en los bastones retinianos (Figura 11).
E: es un antioxidante intracelular que impide el deterioro prematuro de los tejidos.
K: forma parte de una enzima que interviene en el proceso de coagulacin sangunea.
Figura 11. El beta caroteno es la fuente de la vitamina A. El carotenoide es simtrico alrededor de su doble enlace central; cuando se divide, el Beta caroteno se convierte en dos molculas de vitamina A.
Los esteroides son una familia de lpidos que no se asemejan estructuralmente a los otros lpidos, pero se les agrupa con ellos porque son insolubles en agua. Pertenecen a este grupo de
lpidos el colesterol, la vitamina D, los cidos biliares, las hormonas de la corteza
suprarrenal (aldosterona, cortisol y andrgenos corticales), las hormonas sexuales femeninas
(progesterona y estrgenos) y masculina (testosterona) (Figura 12).
Figura 12. Algunos integrantes de la familia de los lpidos esteroidales.
En general las funciones desempeadas por los lpidos son:
Formar parte de las membranas celulares (fosfolpidos).
Constituir las vitaminas liposolubles (A, D, E, K).
Regular la actividad de las clulas y tejidos (hormonas).
Constituir las principales formas de almacenamiento de energa en los seres vivos
(triglicridos).
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A
B
AGUA
AGUA
LPIDOS
En relacin con la estructura de la membrana, conteste:
a) Por qu los fosfolpidos pueden
formar membranas como lo indica la
figura y no los triglicridos?
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.....................................................
.....................................................
.....................................................
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b) Sobre la figura:
Es correcto plantear que la letra A
seala la parte hidroflica de la
molcula? Justifique su respuesta.
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La letra B seala puentes de hidrgeno? Justifique su respuesta.
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Pregunta de aplicacin
Un productor de alimentos est promocionando su nueva mezcla para pasteles sin grasas. Los
cientficos de la Administracin de Alimentos y Drogas de EEUU (FDA) estn investigando el
producto para ver si verdaderamente est libre de grasas. La hidrlisis de la mezcla para pasteles
dio como resultado glucosa, fructosa, glicerol, un cierto nmero de aminocidos y diferentes tipos
de molculas con largas cadenas hidrocarbonadas. Un anlisis posterior muestra que la mayor
parte de las cadenas de hidrocarburos tienen un grupo carboxilo en un extremo.
Qu le dira al productor de alimentos si usted fuese el investigador?
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GLOSARIO
Almidn: Polisacrido formado por cadenas ramificadas y no ramificadas de unidades de
glucosas. Constituye la principal fuente de reserva en plantas.
Celulosa: Polisacrido insoluble formado por unidades de glucosas. Constituye la principal fuente
estructural en plantas (paredes celulares).
Glicemia: Cantidad de glucosa presente en la sangre.
Glucgeno: Polisacrido formado por cadenas ramificadas de unidades de glucosas. Constituye la
principal fuente de reserva en animales. Se almacena en el hgado o en el msculo.
Glucosa: Monosacrido formado por seis tomos de carbonos y es el principal combustible de la
clula.
Glucosuria: Cantidad de glucosa presente en la orina.
Hidrocarburo: Compuesto orgnico formado solo por carbono e hidrgeno.
Hidroflico: Que tiene afinidad por el agua; aplicable a las molculas polares o a las regiones
polares de las molculas grandes.
Hidrofbico: Que no tiene afinidad por el agua; se aplica a las molculas no polares o a las
regiones no polares de las molculas.
Hidrlisis: Rompimiento de una molcula en dos por la adicin de iones H+ (protones) y OH-
(hidroxilos) a partir de agua. Asociado con los lpidos es sinnimo de saponificacin.
Lactosa: Disacrido conformado por glucosa y galactosa. Se le denomina como el azcar de la
leche.
Maltosa: Disacrido conformado por dos unidades de glucosa. Se le denomina como el azcar de
la malta.
Micela: Agregado esfrico de sales biliares que disuelve los cidos grasos y los monoglicridos
con el fin de poder ser transportados a las clulas epiteliales del intestino delgado.
Monosacrido: Azcar simple como la glucosa, la fructosa y la ribosa. Que no se pueden
hidrolizar en estructuras ms simples. Es la unidad bsica de los carbohidratos.
Polmero: Molcula grande compuesta por muchas subunidades moleculares similares idnticas.
Sacarosa: Disacrido formado por glucosa y fructosa, y es transportado por el floema en las
plantas.
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Revisin de pregunta oficial PSU DEMRE con referencia curricular y
comentario
El esquema representa un segmento de la membrana plasmtica.
Respecto a P, Q y R, es correcto afirmar que
I) P est compuesto de carbono e hidrgeno.
II) Q tiene carga elctrica.
III) R es una zona de puentes de hidrgeno.
A) Slo I.
B) Slo II.
C) Slo III.
D) Slo I y II.
E) I, II y III.
FICHA DE REFERENCIA CURRICULAR
Mdulo Comn
rea / Eje Temtico: Organizacin, estructura y actividad celular.
Nivel: I Medio.
Contenido: Estructuras y funciones comunes a clulas animales y vegetales: la membrana
plasmtica, el citoplasma, las mitocondrias y el ncleo; y las caractersticas distintivas de
los vegetales: cloroplastos y pared celular.
Habilidad: Comprensin.
Clave: D.
Dificultad: Alta.
COMENTARIO:
Para responder correctamente esta pregunta, se requiere que los postulantes conozcan y comprendan
las propiedades estructurales y bioqumicas de los constituyentes de las membranas celulares,
contenidos que son abordados durante el primer ao de Enseanza Media.
El esquema representa la estructura bsica de las membranas plasmticas, especficamente la
fraccin lipdica, por tanto, es necesario recordar las propiedades bioqumicas de estas
molculas. Un fosfolpido est constituido por una molcula de glicerol, un alcohol que contiene 3
tomos de carbono. Los dos primeros carbonos esterifican cada uno una molcula de cido graso,
mientras que el tercer carbono esterifica un grupo fosfato, enlazado a su vez a un alcohol, como
por ejemplo, inositol o colina. En el esquema, P corresponde a la porcin de la molcula de fosfolpido
que, contiene las dos colas de cidos graso, y que es hidrofbica e insoluble en agua. De
acuerdo con esto, la afirmacin I es correcta. Sin embargo, el extremo del glicerol con el fosfato y el
alcohol, la cabeza de la molcula que corresponde a Q, est ionizado y por lo tanto con carga elctrica
en solucin acuosa, lo que lo hace bastante hidroflico. Por ello, la afirmacin II tambin es correcta.
Con respecto a los puentes de hidrgeno (afirmacin III), stos tienen carcter electrosttico y se
forman cuando un tomo de hidrgeno queda en medio de dos tomos que atraen electrones
(generalmente el oxgeno y el nitrgeno). En un enlace de hidrgeno el tomo de hidrgeno es
compartido por dos tomos electronegativos. En el esquema, R corresponde a la regin donde se
enfrentan los dos extremos libres de las cadenas de cidos constituidos por grupos CH3, que no
pueden formar puentes de hidrgeno. Por lo tanto, la afirmacin III es incorrecta. De acuerdo a lo
anterior, la clave de la pregunta corresponde a la opcin D) Slo I y II, contestada por alrededor del
10% de los postulantes, lo que la caracteriza como una pregunta de elevada dificultad. Cerca del 36%
de los estudiantes consideraron la opcin E) como correcta, lo que refleja que stos no comprenden las
diferencias existentes entre interacciones hidrofbicas y puentes de hidrgeno, conceptos esenciales
para entender la estructura y propiedades de las membranas celulares. En cuanto a la omisin,
cercana al 15%, indica que el contenido es conocido por los postulantes. No obstante, es
recomendable que en el aula se refuerce no solamente el aspecto biolgico de las membranas
celulares, sino que tambin las interacciones qumicas desarrolladas en las distintas molculas
que las constituyen. DMCA-BM03
Puedes complementar los contenidos de esta gua visitando nuestra Web
http://www.pedrodevaldivia.cl/
P
R
Q
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