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24 de enero de 2012

Polímeros Naturales


La palabra "polímero" significa "muchas partes" (del griego poly, que significa "muchos", y meros, que significa "partes"). Los polímeros son moléculas gigantes con masas moleculares que van desde miles hasta millones. Aproximadamente el 80 por ciento de la industria química orgánica se dedica a la producción de polímeros sintéticos, como plásticos, textiles fibras y cauchos sintéticos. Un polímero es sintetizado químicamente unen muchas moléculas pequeñas en una molécula gigante. Las moléculas pequeñas que se utilizan para sintetizar polímeros se llaman monómeros. Los polímeros sintéticos pueden ser clasificados como polímeros de adición, formado a partir de unidades de monómeros unidos directamente, o polímeros de condensación, formado a partir de la combinación de unidades de monómeros de tal manera que una molécula pequeña, generalmente agua, se produce en cada reacción.

Los polímeros se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza. El cuerpo humano contiene muchos polímeros naturales, tales como proteínas y ácidos nucleicos. Celulosa, otro polímero natural, es el principal componente estructural de las plantas. Mayoría de los polímeros naturales son polímeros de condensación, y en su formación a partir de monómeros de agua es un subproducto.

El almidón es un polímero de condensación formada por cientos de monómeros de glucosa, que se dividió a las moléculas de agua, ya que se combinan químicamente. El almidón es un miembro del grupo de los hidratos de carbono de los alimentos básicos y se encuentra en los cereales y las patatas. También se le conoce como un polisacárido, ya que es un polímero de la glucosa de monosacáridos. Las moléculas de almidón incluyen dos tipos de polímeros de glucosa, amilosa y amilopectina, siendo este último el componente de almidón en la mayoría de las principales plantas, lo que representa unas tres cuartas partes del almidón total en harina de trigo. La amilosa es un polímero de cadena lineal con un promedio de alrededor de 200 unidades de glucosa por molécula.

Una molécula de amilopectina típica tiene cerca de 1.000 moléculas de glucosa organizadas en cadena ramificada con una rama que ocurren cada 24 a 30 unidades de glucosa. Hidrólisis completa de la glucosa en los rendimientos de la amilopectina, una hidrólisis parcial produce mezclas llamadas dextrinas, que se utilizan como aditivos alimentarios y en mucílago, pegar, y acabados de papel y telas.

El glucógeno es una reserva de energía en los animales, al igual que el almidón se encuentra en las plantas. El glucógeno es una estructura similar a la amilopectina, pero en una molécula de glucógeno una rama se encuentra cada 12 unidades de glucosa. El glucógeno se almacena en el hígado y los tejidos del músculo esquelético.

La celulosa es el compuesto orgánico más abundante en la Tierra, y su forma más pura de algodón natural. De las partes leñosas de árboles, el trabajo se hace de ellos, y el material de apoyo en las plantas y las hojas son también principalmente de celulosa. Al igual que la amilosa, que es un polímero a partir de monómeros de glucosa. La diferencia entre la celulosa y la amilosa se encuentra en la unión entre las unidades de glucosa. Los ángulos de unión en torno a los átomos de oxígeno de conexión de los anillos de glucosa en cada uno de 180 ° en la celulosa, y 120 ° en amilosa. Esta diferencia estructural sutil es la razón por la que no pueden digerir la celulosa. Los seres humanos no tienen las enzimas necesarias para descomponer la celulosa en glucosa. Por otro lado, las termitas, unas pocas especies de cucarachas, y los mamíferos rumiantes como vacas, ovejas, cabras y camellos, son capaces de digerir la celulosa.

Quitina, un polisacárido similar a la celulosa, es el segundo de la Tierra polisacárido más abundante (después de la celulosa). Está presente en las paredes celulares de los hongos y es la sustancia fundamental en el exoesqueleto de los crustáceos, insectos y arañas. La estructura de la quitina es idéntica a la de la celulosa, con excepción de la sustitución del grupo OH en el carbono C-2 de cada una de las unidades de glucosa con un-NHCOCH3 grupo. La principal fuente de quitina es un residuo de mariscos. Los usos comerciales de los residuos de quitina incluye la realización de envoltura de plástico para alimentos comestibles y limpieza de aguas residuales industriales.

Todas las proteínas son polímeros de condensación de los aminoácidos. Una inmensa cantidad de proteínas que existe en la naturaleza. Por ejemplo, el cuerpo humano se estima que 100.000 proteínas diferentes. Lo que es sorprendente es que todas estas proteínas se derivan de sólo veinte aminoácidos. En la reacción de condensación que dos aminoácidos se vinculan, una molécula de agua formando el ácido carboxílico de un aminoácido y el grupo amino del otro se elimina. El resultado es un enlace peptídico, por lo que las proteínas son polipéptidos que contienen de aproximadamente cincuenta a miles de aminoácidos.

La estructura primaria de una proteína es la secuencia de las unidades de aminoácidos en la proteína. La estructura secundaria es la forma que la columna vertebral de la molécula (la cadena que contiene los enlaces peptídicos) asume.Las dos estructuras secundarias más comunes son la α-hélice y la hoja β-plegada.Una α-hélice se mantiene unida por los lazos de hidrógeno intramolecular que se forman entre el grupo NH de un aminoácido y el átomo de oxígeno en el tercer aminoácido de la cadena de la misma.

La α-hélice es la unidad básica estructural del pelo y la lana, que son paquetes de polipéptidos llamado α-queratinas. La estructura helicoidal da algunos como la Quitina, que es uno de los polisacárido más abundante de la tierra , es la sustancia fundamental en el exoesqueleto de los crustáceos.


Los polipéptidos de seda, por el contrario, son β-queratinas con la estructura de β-hoja, en el que varias cadenas de proteínas se unen de lado a lado por enlaces de hidrógeno intermoleculares. La estructura resultante no es elástica.

Los ácidos nucleicos son polímeros de condensación. Cada unidad de monómeros en estos polímeros se compone de uno de los dos azúcares simples, un grupo de ácido fosfórico, y una de un grupo de compuestos heterocíclicos de nitrógeno que se comportan químicamente como bases. Los ácidos nucleicos son de dos tipos: el ácido desoxirribonucleico (ADN), el almacén de información genética, y el ácido ribonucleico (ARN), que transfiere la información genética del ADN de la célula al citoplasma, donde la síntesis de proteínas se lleva a cabo. Los monómeros utilizados para producir el ADN y el ARN son llamados nucleótidos. Nucleótidos del ADN se compone de un grupo fosfato, un azúcar desoxirribosa, y una de las cuatro bases diferentes: adenina, citosina, guanina, timina o. Los nucleótidos que se polimerizan para producir ARN difieren de los nucleótidos del ADN de dos maneras: contienen azúcar ribosa en lugar del azúcar desoxirribosa y uracilo en lugar de timina.

El caucho natural es un polímero de adición formado por miles de unidades de monómero isopreno repetir. Se obtiene del árbol Hevea brasiliensis en forma de látex. La diferencia entre el caucho natural y otro polímero natural, gutapercha (el material utilizado para cubrir las pelotas de golf), es la forma geométrica de las moléculas de isopreno. El CH 2 grupos unidos por enlaces dobles de caucho natural son todos en el mismo lado de los dobles enlaces (configuración cis), mientras que los de gutapercha están en lados opuestos del doble enlace (la configuración trans). Esta diferencia estructural solo cambia la elasticidad del caucho natural a la dureza frágil de la gutapercha.

Fuente:
Atkins, Peter W. (1987). Molecules. New York: W. H. Freeman.
Joesten, Melvin D., and Wood, James L. (1996). The World of Chemistry , 2nd edition. Fort Worth, TX: Saunders College.

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