3.2: Reacciones Químicas

Objetivos de aprendizaje

• Diferenciar entre sustrato y producto, y definir la ecuación química
• Definir metabolismo, síntesis (anabólica), descomposición (catabólica) y reacciones de intercambio
• Diferenciar entre reacciones reversibles e irreversibles
• Explicar las reacciones de síntesis e hidrólisis de deshidratación
• Explicar la relación entre monómeros y polímeros

Las reacciones químicas comienzan con una o más sustancias que entran en la reacción. Las sustancias en nuestras células y tejidos corporales que entran en la reacción se denominan sustratos. Las una o más sustancias producidas por una reacción química se denominan productos.

Las reacciones químicas se representan mediante ecuaciones químicas colocando el sustrato (s) a la izquierda y el (los) producto (s) a la derecha. Sustrato (s) y producto (s) están separados por una flecha (\(\rightarrow\)) que indica la dirección y el tipo de reacción. Por ejemplo, la lactosa, el azúcar que se encuentra en la leche, es descompuesta por nuestro sistema digestivo en dos azúcares más pequeños, la glucosa y la galactosa. En esta reacción, la lactosa es el sustrato, y la glucosa y la galactosa son los productos. La ecuación química para esta reacción es:

Lactosa\(\rightarrow\) Glucosa + Galactosa

Conceptos, términos y verificación de hechos

Preguntas de estudio Escribe tu respuesta en forma de oración (no respondas usando palabras sueltas)

1. ¿Cuál es la diferencia entre un sustrato y un producto?
2. ¿Qué es una ecuación química?

Metabolismo se refiere a la suma de todas las reacciones químicas que ocurren en un organismo vivo. Existen tres tipos principales de reacciones químicas importantes en fisiología humana, síntesis (anabólica), descomposición (catabólica) e intercambio.

1. En una reacción de síntesis (syn- = juntos; -thesis = “put, place, set”), dos o más moléculas de sustratos se unen covalentemente para formar una molécula de producto más grande.
   Las reacciones de síntesis requieren energía para formar el enlace o enlaces. Una reacción de síntesis
   a menudo se simboliza como A + B\(\rightarrow\) AB, donde A y B son los sustratos, y AB es el producto. Las reacciones de síntesis también se pueden llamar actividades anabólicas o constructivas en una célula.
2. En una reacción de descomposición (de- off, away= -composition = “armar,
   arreglar”), los enlaces covalentes entre componentes de una molécula sustrato más grande se descomponen para formar moléculas de producto más pequeñas. Las reacciones de descomposición liberan energía cuando se descomponen los enlaces covalentes en el sustrato. Una reacción de descomposición a menudo se simboliza como AB\(\rightarrow\) A + B; donde AB es el sustrato, y A y B son los productos. Los diferentes tipos de reacciones de descomposición también pueden denominarse reacciones de digestión, hidrólisis, descomposición y degradación. Las reacciones de descomposición son la base de todas las actividades catabólicas o de descomposición en una célula.
3. En una reacción de intercambio, los enlaces covalentes se descomponen y luego se reforman de manera que los componentes de los sustratos se reordenan para hacer diferentes productos. Una reacción de intercambio a menudo se simboliza como AB + CD\(\rightarrow\) AC + BD. En esta reacción de intercambio, se rompieron los enlaces covalentes entre A y B, y entre C y D; y se formaron nuevos enlaces covalentes entre A y C, y B y D.

Figura\(\PageIndex{1}\) Representación de tres tipos de reacciones químicas. De arriba a abajo: síntesis, descomposición e intercambio.

Conceptos, términos y verificación de hechos

Preguntas de estudio Escribe tu respuesta en forma de oración (no respondas usando palabras sueltas)

1. ¿Qué es una reacción de síntesis?
2. ¿Cómo se puede representar una reacción de síntesis usando letras?
3. ¿Qué es una reacción anabólica?
4. ¿Qué es una reacción de descomposición?
5. ¿Cómo se puede representar una reacción de descomposición usando letras?
6. ¿Qué es una reacción catabólica?
7. ¿Qué es una reacción de intercambio?
8. ¿Cómo se puede representar una reacción de intercambio usando letras?
9. ¿Qué es una reacción metabólica?
10. ¿Qué es el metabolismo?

Algunas reacciones metabólicas se llaman reacciones irreversibles. Esto significa que el (los)
producto (s) no se puede cambiar o “revertir” de nuevo en sustratos. Estas reacciones se
representan con una sola flecha como en A+B\(\rightarrow\) C.

Por ejemplo:

Glucosa + Oxígeno Dióxido de\(\rightarrow\) carbono + Agua

Nota: Este es un tipo de reacción catabólica (la molécula de glucosa más grande se descompone en moléculas de dióxido de carbono más pequeñas) relacionada con la producción de energía celular. En las células animales, como los humanos, esta es una reacción irreversible.

Otras reacciones metabólicas se denominan reacciones reversibles. Esto significa que la reacción puede proceder de sustratos a producto (s) o de producto (s) de nuevo a sustratos. El (los) producto (s) puede (n) cambiarse de nuevo o “invertirse” en sustratos. Se representan con una flecha doble como en A+B\(\leftrightarrow\) C+D.

Por ejemplo:

Glucógeno + Agua\(\leftrightarrow\) Glucosa

Nota: Cuando las células necesitan energía, el glucógeno (una molécula más grande utilizada como almacén de energía en algunas células) puede catabolizarse a moléculas de glucosa más pequeñas, que luego pueden catabolizarse aún más para proporcionar energía para las funciones celulares. Cuando las células no necesitan tanta energía, o cuando los niveles de glucosa son muy altos, el glucógeno se sintetiza a partir de las moléculas de glucosa más pequeñas. Por ejemplo, las células musculares sintetizan glucógeno cuando descansan y catabolizan el glucógeno al contraerse. La manera en que procede esta reacción reversible depende de las necesidades del cuerpo.

conceptos, términos y verificación de hechos

Preguntas de estudio Escribe tu respuesta en forma de oración (no respondas usando palabras sueltas)

1. ¿Qué es una reacción reversible?
2. ¿Qué es una reacción irreversible?

En el cuerpo, las reacciones de síntesis (moléculas más pequeñas a moléculas más grandes, requieren energía) y las reacciones de descomposición (molécula más grande a moléculas más pequeñas, libera energía) a menudo se asocian con la formación y descomposición de moléculas de agua, respectivamente. Una reacción de síntesis de deshidratación es un tipo de reacción de síntesis que hace que el agua sea un subproducto. Una reacción de hidrólisis es un tipo de reacción de descomposición que utiliza agua.

En la síntesis de deshidratación (de- = “off, remove”; hidrato = “agua”) mostrada en la figura\(\PageIndex{2}\), dos monómeros se unen covalentemente en una reacción en la que uno cede un ion hidroxilo (-OH ^-) y el otro un ion hidrógeno (-H ⁺). El monómero 1 y el monómero 2 son los sustratos de la izquierda, y los “monómeros unidos por un enlace covalente” son el producto a la derecha. El producto que se muestra aquí también se llama dímero (di- = dos, mer = parte). OH- y H+ se combinan para formar una molécula de agua, que se libera como subproducto. Esto puede resultar confuso porque el agua se elabora durante la síntesis de deshidratación. El producto más grande ha sido deshidratado (perdió el agua).

Figura\(\PageIndex{2}\) Ejemplo de síntesis por deshidratación: dos moléculas de glucosa (sustratos a la izquierda de la flecha) forman un enlace covalente para formar una molécula de maltosa (producto a la derecha de la flecha). Los OH- y H+ mostrados en rojo se combinan entre sí para formar H2O (también se muestra en rojo)

En la reacción de hidrólisis mostrada en la figura\(\PageIndex{3}\), (hidro- = “agua”; -lisis = “ruptura, un aflojamiento, una disolución”) el enlace covalente entre dos monómeros se divide mediante la adición de un ión hidrógeno (H ⁺) a uno y un ion hidroxilo (OH ^-) al otro. Estos dos iones provienen de dividir una molécula de agua, H ₂ O, en H ⁺ y OH ^-. El dímero (monómeros unidos por un enlace covalente a la izquierda) es el sustrato, y el monómero 1 y el monómero 2 a la derecha son los productos.

Conceptos, términos y verificación de hechos

Preguntas de estudio Escribe tu respuesta en forma de oración (no respondas usando palabras sueltas)

1. ¿Qué es una reacción de síntesis de deshidratación?
2. ¿Qué es una reacción de hidrólisis?

Las moléculas grandes compuestas por cientos o miles de átomos se llaman macromoléculas. Muchas macromoléculas están compuestas por unidades repetitivas del mismo bloque de construcción, similar a un collar de perlas que está compuesto por muchas perlas. Los polímeros (poli- = “muchos”; meros = “parte”) son moléculas orgánicas grandes de cadena larga (macromoléculas) ensambladas a partir de muchas moléculas más pequeñas unidas covalentemente llamadas monómeros. Los polímeros consisten en muchas unidades monoméricas repetitivas en cadenas largas, a veces con ramificación o reticulación entre las cadenas.

Tres de las cuatro clases de moléculas orgánicas previamente identificadas, es decir, carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos son a menudo polímeros hechos de subunidades monoméricas más pequeñas (los lípidos no lo son). Por ejemplo, las proteínas son polímeros hechos de muchas moléculas más pequeñas unidas covalentemente, monómeros, llamados aminoácidos. Cada una de estas clases se considera con más detalle a continuación.

Figura Vista\(\PageIndex{3}\) bidimensional de la proteína insulina. La insulina es un polímero hecho de monómeros unidos covalentemente llamados aminoácidos (mostrados como bolas verdes).

Conceptos, términos y verificación de hechos

Preguntas de estudio Escribe tu respuesta en forma de oración (no respondas usando palabras sueltas)

1. ¿Qué es un polímero?
2. ¿Qué es un monómero?