PRACTICO XII

VISUALIZACIÓN TRIDIMENSIONAL DE LA QUÍMICA ORGÁNICA:
Ácido-base, compuestos bioorgánicos

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EJERCICIO 1:

Prediga el orden de acidez del los siguientes compuestos: ciclohexanol, fenol, 2,4-dinitrofenol, justificando el orden predicho.


Los compuestos que poseen un grupo hidroxilo (-OH) pueden, frente a una base, perder el H+ y transformarse en aniones. No obstante la acidez del grupo hidroxilo depende, en una primera instancia, de la cadena hidrocarbonada a la cual está unido. Así se observan diferentes grados de acidez para los alcoholes, los fenoles, y los fenoles sustituídos por grupos atrayentes o dadores de electrones.

Un punto clave para analizar la acidez de estas especies consiste en estudiar la estabilidad de la base conjugada (el anión) ya que si ésta se encuentra estabilizada por efectos inductivos o resonantes, el -OH presentará mayor tendencia a perder su protón.

Otro análisis (el que realizaremos aquí) puede centrarse en las propiedades del alcohol o el fenol como tal. En el caso presente tomaremos como criterio de acidez, la carga parcial sobre el átomo de H del OH (ya que cuánto mayor sea ésta, mayor tendencia trendrá el H a ser atraído por una base), y la distancia O-H (ya qué cuánto mayor sea está, más débil será el enlace O-H y por lo tanto tendrá más tendencia a romperse)

Ciclohexanol

MEDIR DISTANCIA O-H
carga parcial sobre el H

Fenol

MEDIR DISTANCIA O-H
carga parcial sobre el H

2,4-Dinitrofenol

MEDIR DISTANCIA O-H
carga parcial sobre el H

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EJERCICIO 2:

Explique los siguientes hechos experimentales:

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EJERCICIO 3:

Visualizar la influencia de la estereoquímica de una molécula orgánica con respecto a un receptor biológico. ¿Qué importancia bioquímica tiene la estereoquímica de las moléculas orgánicas?


En los sistemas vivos, las moléculas quirales son muy abundantes. Glúcidos y Proteínas, al estar compuestos por monosacáridos y aminoácidos quirales, también son moléculas quirales. En particular las enzimas (proteínas con actividad catalítica, sin las cuales las reacciones químicas que ocurren dentro de un organismo serían extremadamente lentas, tales que no podrían sustentar la vida en sí misma) son quirales, y son capaces de distinguir entre enantiómeros. Por lo general sólo un enantiómero del par puede ajustarse al sitio activo de la enzima (sitio donde ocurre la transformación química). El mismo concepto es válido la relación Antígeno-Anticuerpo o Ligando-Receptor de Membrana.

En el ejemplo, la hormona adrenalina posee dos enantiómeros, pero sólo la forma levógira (R) es secretada por la médula adrenal.

Cuando se administra R-adrenalina a un paciente, ésta tiene el mismo efecto estimulante que la adrenalina natural. Sin embargo la forma S carece de efecto y es hasta ligeramente tóxica. La animación ilustra mediante un esquema simplificado cómo sólo uno de los enantiómeros ajusta en el sitio activo de la enzima. (De la misma forma el zapato derecho calza “mucho mejor” en el pie derecho que en el izquierdo, el zapato derecho es “la enzima o receptor” y los pies los “enantiómeros”).


Si el QuickTime™ se encuentra instalado podrá ver la animación de abajo con posibilidad de pausarla y retrocederla

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Veamos otro ejemplo, con la enzima glutation S-transferasa humana,
su ligando natural (S,R-
γGlu-Cys-Gly) y un diasterómero de su ligando (S,S-γGlu-Cys-Gly)


Ver sólo Superficie Molecular de la proteína

Enfocar Ligando en Sitio Activo
(no se muestran los H)

Ver C quirales del ligando


Ver ligando S,S

Ver ligando S,R

 

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EJERCICIO 4:

Visualizar la interacción mediante enlaces de hidrógeno entre dos bases de ADN doble hebra: Guanina y Citosina. Visualizar la interacción entre 2 pares de bases adyacentes en una secuencia de ADN doble hebra. ¿De qué tipo de interacciones se tratan?

VER ENLACES DE HIDROGENO (distancias en Å)
MODELO ORIGINAL

ANIMACION
MODELO RADIOS DE VAN DER WAALS:
ON OFF

La disposición de las bases nitrogenadas en la doble hélice del ADN proporciona la posibilidad de dos tipos de interacciones. Dichas interacciones dan estabilidad a la doble hélice. Una de ellas son los enlaces de hidrógeno, responsables de la especificidad del apareamiento A-T (dos enlaces de hidrógeno) C-G (tres enlaces de hidrógeno). Otro tipo de interacción, llamada "stacking" (apilamiento) se da entre las bases vecinas (por encima y por debajo). Esta interacción tiene como origen el solapamiento de las nubes electrónicas de las bases nitrogenadas.

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EJERCICIO 5:

Visualizar una cadena de ADN dextrógira y levógira como ejemplo de quiralidad resultante de disposición macromolecular.


La disposición macromolecular puede tener como consecuencia el fenómeno de quiralidad. El ejemplo más destacable de este tipo de quiralidad es el ADN. Independientemente de los estereocentros presentes en las moléculas de desoxirribosa, se genera una disimetría adicional global por causa de la secuencia helicoidal de los nucleótidos. Esto origina que la doble hélice presente una rotación "hacia la derecha o hacia la izquierda". El ADN de nuestras células en su mayoría (forma B) es dextrógiro, aunque se conocen formas levógiras de ADN (forma Z).

ADN dextrógiro
DETENER ROTACION

ADN levógiro
DETENER ROTACION

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EJERCICIO 6:

Visualizar la influencia de dobles enlace en ácidos grasos, y un componente de las membranas biológicas, la fosfatidilserina.


Observe la influencia de la insaturación en la posición 9 del ác. oleico. Dicha insaturación produce un "doblez" en la cadena hidrocarbonada que afecta a las propiedades físicas de dicho ácido, como ser su PF, ya que la molécula no puede empaquetarse tan bien como la de ác. esteárico en un retículo cristalino (o dicho de otra manera, las interacciones intermoleculares se ven disminuidas por la desviación de la cadena)

Acido Esteárico (Ac. Octadecanoico)
Ac. Oleico (Ac. Z-Octadec-9-enoico)

Así es que el ác. oleico se presenta como un líquido a temperatura ambiente y el ac. esteárico como sólido (puede empaquetarse bien en una red cristalina, sus interacciones intermoleculares se hacen más fuertes en virtud de la cadena "lineal")

FOSFATIDILSERINA: un fosfolípido de membrana

La presencia de ácidos grasos insaturados en los fosfolípidos componentes de las membranas biológicas, también es de suma importancia para las características fisicoquímicas de dichas membranas. Membranas ricas en fosfolípidos con ácidos grasos insaturados tienden a ser más "fluídas" que con fosfolípidos con ácidos grasos saturados, ya que las fuerzas de carácter hidrofóbico entre las "colas" constituídas por las cadenas de ácido graso se hacen menores si estos presentan insaturaciones.

1,2-Diestearoilfosfatidilserina
1-Estearoil-2-oleil-fosfatidilserina

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