Información

Grupos funcionales # - Biología

Grupos funcionales # - Biología


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Grupos funcionales

Un grupo funcional es un grupo específico de átomos dentro de una molécula que es responsable de una característica de esa molécula. Estos incluyen los siguientes: hidroxilo, metilo, carbonilo, carboxilo, amino y fosfato (ver figura 1).

Figura 1. Los grupos funcionales que se muestran aquí se encuentran en muchas moléculas biológicas diferentes. "R" representa cualquier otro átomo o extensión de la molécula.
Atribución: Marc T. Facciotti (trabajo propio adaptado de imagen anterior de fuente desconocida)

Un grupo funcional puede participar en una variedad de reacciones químicas. Algunos de los grupos funcionales importantes en las moléculas biológicas se muestran arriba: hidroxilo, metilo, carbonilo, carboxilo, amino, fosfato y sulfhidrilo (no se muestran). Estos grupos juegan un papel importante en la formación de moléculas como ADN, proteínas, carbohidratos y lípidos. A veces, los grupos funcionales pueden clasificarse en propiedades polares o apolares, según su composición y organización atómicas. El término polar describe algo que tiene una propiedad que no es simétrica: puede tener diferentes polos (más o menos de algo en diferentes lugares). En el caso de enlaces y moléculas, la propiedad que nos interesa suele ser la distribución de electrones y, por tanto, la carga eléctrica entre los átomos. En un enlace o molécula no polar, los electrones y la carga se distribuirán de manera relativamente uniforme. En un enlace polar o una molécula, los electrones tenderán a estar más concentrados en algunas áreas que en otras. Un ejemplo de un grupo no polar es la molécula de metano (consulte la discusión en el capítulo Tipos de enlaces para obtener más detalles). Entre los grupos funcionales polares se encuentra el grupo carboxilo que se encuentra en los aminoácidos, algunas cadenas laterales de aminoácidos y los ácidos grasos que forman triglicéridos y fosfolípidos.

Grupos funcionales no polares

Metilo R-CH3

El grupo metilo es el único grupo funcional apolar en nuestra lista de clases anterior. El grupo metilo consta de un átomo de carbono unido a tres átomos de hidrógeno. En esta clase, trataremos estos enlaces C-H como enlaces covalentes no polares de forma efectiva (más sobre esto en el capítulo Tipos de enlaces). Esto significa que los grupos metilo no pueden formar enlaces de hidrógeno y no interactuarán con compuestos polares como el agua.

Figura 2. El aminoácido isoleucina está a la izquierda y el colesterol a la derecha. Cada uno tiene un grupo metilo encerrado en un círculo rojo. Atribución: creado por Marc T. Facciotti (obra propia adaptada de Erin Easlon)

Los grupos metilo resaltados anteriormente se encuentran en una variedad de compuestos biológicamente relevantes. En algunos casos, el compuesto puede tener un grupo metilo pero aún ser un compuesto polar en general debido a la presencia de otros grupos funcionales con propiedades polares (ver la discusión sobre los grupos funcionales polares a continuación).

A medida que aprendamos más sobre otros grupos funcionales, agregaremos a la lista de grupos funcionales no polares. ¡Manténgase alerta!

Grupos funcionales polares

Hidroxilo R-OH

Un hidroxilo (grupo alcohol) es un grupo -OH unido covalentemente a un átomo de carbono. El átomo de oxígeno es mucho más electronegativo que el hidrógeno o el carbono, lo que hará que los electrones en los enlaces covalentes pasen más tiempo alrededor del oxígeno que alrededor del C o H. Por lo tanto, los enlaces OH y OC en el grupo hidroxilo ser enlaces covalentes polares. La figura 3 muestra las cargas parciales, δ+ y δ-, que están asociados con el grupo hidroxilo.

Figura 3. El grupo funcional hidroxilo que se muestra aquí consiste en un átomo de oxígeno unido a un átomo de carbono y un átomo de hidrógeno. Estos enlaces son covalentes polares, lo que significa que el electrón involucrado en la formación de los enlaces no se comparte por igual entre los enlaces C-O y O-H. Facciotti (trabajo propio)

Figura 4. Los grupos funcionales hidroxilo pueden formar enlaces de hidrógeno, que se muestran como una línea de puntos. El enlace de hidrógeno se formará entre δ - del átomo de oxígeno y el δ + del átomo de hidrógeno. Los dipolos se muestran con flechas azules. Atribución: Marc T. Facciotti (obra original)

Los grupos hidroxilo son muy comunes en las moléculas biológicas. Los grupos hidroxilo aparecen en los carbohidratos (A), en algunos aminoácidos (B) y en los ácidos nucleicos (C). ¿Puede encontrar algún grupo hidroxilo en el fosfolípido en (D)?

Figura 5. Los grupos hidroxilo aparecen en los carbohidratos (A, glucosa), en algunos aminoácidos (B, Serina) y en los nucleótidos (C, trifosfato de adenosina). D es un fosfolípido.

Carboxilo R-COOH

El ácido carboxílico es una combinación de un grupo carbonilo y un grupo hidroxilo unidos al mismo carbono, lo que da como resultado nuevas características. El grupo carboxilo puede ionizarse, lo que significa que puede actuar como un ácido y liberar el átomo de hidrógeno del grupo hidroxilo como un protón libre (H+). Esto da como resultado una carga negativa deslocalizada en los átomos de oxígeno restantes. Los grupos carboxilo pueden alternar entre protonados (R-COOH) y desprotonados (R-COO-) estados en función del pH de la solución.

El grupo carboxilo es muy versátil. En su estado protonado, puede formar enlaces de hidrógeno con otros compuestos polares. En su estado desprotonado, puede formar enlaces iónicos con otros compuestos cargados positivamente. Esto tendrá varias consecuencias biológicas que se explorarán más cuando hablemos de las enzimas.

¿Puede identificar todos los grupos carboxilo en las macromoléculas que se muestran arriba en la Figura 5?

Amino R-NH3

El grupo amino consta de un átomo de nitrógeno unido por enlaces simples a los átomos de hidrógeno. Un compuesto orgánico que contiene un grupo amino se llama amina. Al igual que el oxígeno, el nitrógeno también es más electronegativo que el carbono y el hidrógeno, lo que hace que el grupo amino muestre algún carácter polar.

Los grupos amino también pueden actuar como bases, lo que significa que el átomo de nitrógeno puede unirse a un cuarto átomo de hidrógeno, como se muestra en la Figura 6. Una vez que esto ocurre, el átomo de nitrógeno gana una carga positiva y ahora puede participar en enlaces iónicos.

Figura 6. El grupo funcional amina puede existir en un estado desprotonado o protonado. Cuando está protonado, el átomo de nitrógeno está unido a tres átomos de hidrógeno y tiene una carga positiva. La forma desprotonada de este grupo es neutra. Atribución: creado por Erin Easlon (obra propia)

Fosfato R-PO4-

Un grupo fosfato es un átomo de fósforo unido covalentemente a cuatro átomos de oxígeno y contiene un enlace P = O y tres P-O cautiverio. Los átomos de oxígeno son más electronegativos que el átomo de fósforo, lo que da lugar a enlaces covalentes polares. Por lo tanto, estos átomos de oxígeno pueden formar enlaces de hidrógeno con átomos de hidrógeno cercanos que también tienen un δ+(átomos de hidrógeno unidos a otro átomo electronegativo). Los grupos fosfato también contienen una carga negativa y pueden participar en enlaces iónicos.

Los grupos fosfato son comunes en los ácidos nucleicos y en los fosfolípidos (el término "fosfo" se refiere al grupo fosfato en el lípido). En la Figura 7 hay imágenes de un nucleótido, monofosfato de desoxiadenosina (izquierda) y una fosfoserina (derecha).

Figura 7. Un nucleótido, monofosfato de desoxiadenosina, está a la izquierda y la fosfoserina está a la derecha. Cada uno tiene un grupo fosfato encerrado en un círculo rojo.
Atribución: creado por Marc T. Facciotti (obra propia)


Biología MCAT: grupos funcionales y propiedades

Arriba se muestra la estructura química de la penicilina. ¿Cuál de las flechas apunta a un grupo amida?

La respuesta correcta es la flecha B. Un grupo amida es un grupo carbonilo con un nitrógeno que está en la posición alfa (unido directamente al carbono carbonilo). La penicilina tiene dos grupos amida diferentes en su estructura química, pero solo uno tiene una flecha que lo señala en el diagrama. La flecha B apunta a una amida secundaria primaria, enlaza con un hidrógeno y dos carbonos. La otra amida en la molécula es una amida terciaria, se une a tres carbonos y no contiene hidrógenos.

Pregunta de ejemplo n. ° 1: grupos funcionales y propiedades

¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre los enlaces amida NO es cierta?

Las amidas se forman por la combinación de un ácido carboxílico y una amina, lo que resulta en la pérdida de agua.

Las amidas son levemente ácidas, con amidas primarias que tienen un pKa de aproximadamente quince

El nitrógeno se hibrida, mientras que el carbono y el oxígeno se hibridan.

Una amida secundaria tiene la siguiente estructura.

El nitrógeno se hibrida, mientras que el carbono y el oxígeno se hibridan.

Las amidas tienen una estructura de un grupo cetona adyacente a un grupo amina.

En un enlace amida, todos los átomos (el nitrógeno, el oxígeno del carbonilo y el carbono del carbonilo) se hibridan debido a la resonancia que el par solitario en el nitrógeno puede deslocalizarse en el enlace pi del carbonilo. El enlace amida es polar, ligeramente ácido, con una amida secundaria que tiene la estructura mostrada. Finalmente, las amidas se forman a menudo mediante una reacción de condensación entre un ácido carboxílico y una amina, que produce agua como subproducto.

Pregunta de ejemplo n. ° 3: Grupos funcionales y propiedades

Los limpiadores de desagües son un elemento básico común en el hogar, que se utiliza para abrir desagües obstruidos en bañeras y lavabos. El cabello humano es un culpable común que obstruye las tuberías y el cabello está compuesto principalmente de proteínas. Los limpiadores de desagües son eficaces para descomponer las proteínas que se han acumulado en las tuberías. Los limpiadores de drenaje pueden ser ácidos o básicos, y también son efectivos para descomponer las grasas que se han acumulado con las proteínas.

Una reacción típica, reacción 1, que se esperaría de un limpiador de desagües en contacto con el cabello humano, sería la siguiente en una solución acuosa:

Otra reacción que puede ocurrir, la reacción 2, tendría lugar de la siguiente manera en una solución acuosa:

La molécula de NH4 producida en la Reacción 2 debe tener __________.

una carga positiva debido a la presencia de un hidrógeno adicional

una carga negativa, ya que una también se creó en el otro producto

sin carga, ya que N tiene un solo par de electrones disponibles para unir

un octeto expandido para el átomo de N

una naturaleza básica debido a la presencia del átomo de nitrógeno

una carga positiva debido a la presencia de un hidrógeno adicional

El H adicional presente en el amoníaco (NH3) requiere la generación de una carga positiva en la molécula. Esto también debe crearse para equilibrar la carga negativa creada en el producto aniónico asociado.

Pregunta de ejemplo n. ° 1: grupos funcionales y propiedades

¿Cuál de las siguientes aminas es la base más fuerte?

Una amina secundaria con grupos funcionales aceptores de electrones.

Una amina primaria con un grupo funcional donador de electrones.

Una amina secundaria con grupos funcionales donantes de electrones.

Una amina secundaria con grupos funcionales donantes de electrones.

Las aminas actúan como bases debido al par solitario del nitrógeno. La basicidad de la amina puede aumentarse o disminuirse mediante grupos funcionales unidos al nitrógeno. Los grupos aceptores de electrones disminuyen la basicidad de una amina al disminuir el efecto del par solitario, mientras que los grupos donantes de electrones aumentan la basicidad al amplificar el efecto del par solitario. Como resultado, una amina secundaria con grupos funcionales donadores de electrones será la amina más básica.

Pregunta de ejemplo n. ° 31: Grupos funcionales orgánicos y moléculas

¿Qué tipo de amina contiene la efedrina (que se muestra a continuación)?

Una amina secundaria es una amina (átomo de nitrógeno) que está unida a dos grupos que contienen carbono (grupos alquilo o grupos arilo). El nitrógeno de la efedrina está unido a dos grupos alquilo, lo que la convierte en una amina secundaria.

Las aminas primarias generalmente se escriben como. Las aminas secundarias generalmente se escriben como. Una amina terciaria se unirá a tres grupos R diferentes. Las aminas cuaternarias requieren una carga positiva en el átomo de nitrógeno para acomodar un cuarto grupo R.

Pregunta de ejemplo n. ° 2: grupos funcionales y propiedades

Su laboratorio aísla un compuesto con la fórmula. Tras un análisis más detallado, determina que la estructura base es un anillo de benceno con un solo constituyente. ¿Cuál de los siguientes podría ser la identidad del compuesto?

Tanto los grupos nitro como los grupos amida contienen componentes de oxígeno y no se pueden encontrar en el compuesto descrito. También sabemos que el anillo de benceno solo tiene un componente, lo que significa que no puede ser una metilamina. El compuesto debe ser bencilamina, un anillo de benceno con un -CH2NUEVA HAMPSHIRE2 sustituyente.

Pregunta de ejemplo n. ° 1: grupos funcionales y propiedades

¿Cuál es el nombre del grupo funcional que contiene un grupo hidroxilo vinílico?

Los grupos funcionales enol contienen un grupo hidroxilo unido a un carbono involucrado en un doble enlace con otro carbono (carbono vinílico). Un enol generalmente se someterá a tautomerización para convertirse en un ceto más estable.

Pregunta de ejemplo n. ° 71: Propiedades moleculares

La efedrina, cuya estructura se muestra a continuación, se usa comúnmente como estimulante y descongestionante.

La efedrina contiene todos los siguientes grupos funcionales excepto __________.

La efedrina contiene un areno (el anillo aromático de benceno), un alcohol (el grupo -OH), una amina (el grupo a base de nitrógeno) y un grupo N-metilo (-CH3 unido al nitrógeno). No contiene cetona (C = O) ni ningún otro grupo carboxilo.

Pregunta de ejemplo n. ° 1: grupos funcionales y propiedades

¿Cuál de los siguientes compuestos esperaría que se sometiera a una reacción de adición nucleofílica?

Cuando se trata de compuestos de carbonilo, recuerde que un ácido carboxílico y todos sus derivados sufrirán una sustitución nucleofílica. Los aldehídos y cetonas sufrirán una adición nucleofílica. Propanal es un aldehído de tres carbonos y, por tanto, sufrirá una adición nucleofílica.

El ácido acético es un ácido carboxílico, el etanoato de metilo es un éter y la etanamida es una amida. Cada uno de estos experimentaría una sustitución nucleofílica.

Pregunta de ejemplo n. ° 1: grupos funcionales y propiedades

El compuesto A, que se muestra a continuación, contiene un ejemplo de ¿qué tipo de grupo funcional?

Los ésteres tienen la fórmula molecular general de, donde y son grupos de carbono. La región más a la derecha del compuesto A muestra un éster.

Las cetonas tienen la fórmula de, con un doble enlace carbono-oxígeno. Los éteres tienen la fórmula de, con un oxígeno unido por enlaces simples dentro de una cadena de carbono. Un éster se parece a los grupos éter y cetona adyacentes. Los ácidos carboxílicos tienen la fórmula, que se asemeja a un éster con un hidrógeno en lugar de una segunda cadena de carbono. Finalmente, el grupo nitrilo tiene una fórmula de, con un triple enlace entre nitrógeno y carbono.

El compuesto A también contiene un grupo de función aromática (el anillo de benceno) y un grupo nitro, en el extremo izquierdo.

Todos los recursos de biología de MCAT

Informar un problema con esta pregunta

Si ha encontrado un problema con esta pregunta, háganoslo saber. Con la ayuda de la comunidad podemos seguir mejorando nuestros recursos educativos.


Contenido

En lugar de la idea de este concepto basada en un conjunto de teorías, los grupos funcionales son observados y determinados directamente por especialistas en investigación. Es importante que esta información sea atestiguada de primera mano para poder declararla como evidencia utilizable. El comportamiento y la contribución general a los demás son puntos clave comunes a buscar. Los individuos utilizan los rasgos percibidos correspondientes para vincular aún más los perfiles genéticos entre sí. Aunque las formas de vida en sí mismas son diferentes, las variables basadas en la función y el desempeño generales son intercambiables. Estos grupos comparten una parte indistinguible dentro de su flujo de energía, proporcionando una posición clave dentro de las cadenas alimentarias y las relaciones dentro de los entornos. [2]

¿Qué es un ecosistema y por qué es tan importante? Un ecosistema es la organización biológica que define y expande varios factores ambientales, abióticos y bióticos, que se relacionan con la interacción simultánea. [3] Ya sea un productor o un consumidor relativo, todas y cada una de las partes de la vida mantienen una posición crítica en las tasas de supervivencia en curso de su propio entorno. En lo que respecta, un grupo funcional comparte un papel muy específico dentro de cualquier ecosistema dado y el proceso de vitalidad cíclica.

En general, existen dos tipos de grupos funcionales que varían entre la flora y las poblaciones animales específicas. Los grupos que se relacionan con la ciencia de la vegetación, o la flora, se conocen como tipos funcionales de plantas. También conocido como PFT para abreviar, los de tales a menudo comparten procesos fotosintéticos idénticos y requieren nutrientes comparables. Como ejemplo, las plantas que se someten a la fotosíntesis comparten un propósito idéntico al producir energía química para otras. [4] En contraste, aquellos dentro del rango de la ciencia animal se llaman gremios, por lo general comparten tipos de alimentación. Esto podría simplificarse fácilmente al ver los niveles tróficos. Los ejemplos incluyen consumidores primarios, consumidores secundarios, consumidores terciarios y consumidores cuaternarios. [5]

La diversidad funcional se refiere a menudo como el "valor y el rango de aquellas especies y rasgos del organismo que influyen en el funcionamiento del ecosistema". [6] Rasgos de un organismo que lo hacen único, por ejemplo, la forma en que se mueve, recolecta recursos, se reproduce o la época del año en que está activo [7] se suma a la diversidad general de un ecosistema completo y, por lo tanto, mejora la función general, o la productividad, de ese ecosistema. [8] La diversidad funcional aumenta la productividad general de un ecosistema al permitir una aumento en la ocupación del nicho. Las especies han evolucionado para ser más diversas a través de cada época del tiempo, [9] con plantas e insectos que tienen algunas de las familias más diversas descubiertas hasta ahora. [10] Los rasgos únicos de un organismo pueden permitir un nuevo nicho ocupar, permitir una mejor defensa contra los depredadores y potencialmente conducir a la especialización. La diversidad funcional a nivel del organismo, que se suma a la diversidad funcional general de un ecosistema, es importante para la conservación e comodidades, especialmente en los sistemas utilizados para el consumo humano. [11] La diversidad funcional puede ser difícil de medir con precisión, pero cuando se hace correctamente, proporciona información útil sobre la función general y la estabilidad de un ecosistema. [12]

La redundancia funcional se refiere al fenómeno de que especies en el mismo ecosistema cumplen roles similares, lo que resulta en una especie de "seguro" en el ecosistema. Las especies redundantes pueden hacer fácilmente el trabajo de una especie similar del mismo nicho funcional. [13] Esto es posible porque especies similares se han adaptado para ocupar el mismo nicho con el tiempo. La redundancia funcional varía entre ecosistemas y puede variar de un año a otro dependiendo de múltiples factores, incluida la disponibilidad de hábitat, la diversidad general de especies, la competencia entre especies por los recursos y la influencia antropogénica. [14] Esta variación puede provocar una fluctuación en la producción general del ecosistema. No siempre se sabe cuántas especies ocupan un nicho funcional y cuánta redundancia, si la hay, está ocurriendo en cada nicho de un ecosistema. Se plantea la hipótesis de que cada nicho funcional importante está ocupado por múltiples especies. De manera similar a la diversidad funcional, no existe un método claro para calcular la redundancia funcional con precisión, lo que puede ser problemático. Un método consiste en contabilizar el número de especies que ocupan un nicho funcional, así como la abundancia de cada especie. Esto puede indicar cuántos individuos en total en un ecosistema están realizando una función. [15]

Los estudios relacionados con la diversidad funcional y la redundancia ocurren en una gran proporción de la investigación ecológica y de conservación. A medida que aumenta la población humana, aumenta posteriormente la necesidad de que los ecosistemas funcionen. Además, la destrucción y modificación del hábitat continúa aumentando, y el hábitat adecuado para muchas especies continúa disminuyendo, esta investigación se vuelve más importante. A medida que la población humana continúa expandiéndose y la urbanización aumenta, los paisajes nativos y naturales están desapareciendo, siendo reemplazados por tierras modificadas y administradas para el consumo humano. Las alteraciones de los paisajes suelen ir acompañadas de efectos secundarios negativos que incluyen la fragmentación, la pérdida de especies y la escorrentía de nutrientes, que pueden afectar la estabilidad de un ecosistema, la productividad de un ecosistema y la diversidad funcional y la redundancia funcional al disminuir la diversidad de especies.

Se ha demostrado que el uso intensivo de la tierra afecta tanto a la diversidad de especies como a la superposición funcional, dejando vulnerables al ecosistema y a los organismos en él. [16] Específicamente, las especies de abejas, de las que dependemos para los servicios de polinización, tienen menor diversidad funcional y diversidad de especies en los paisajes gestionados en comparación con los hábitats naturales, lo que indica que el cambio antropogénico puede ser perjudicial para la diversidad funcional de los organismos y, por lo tanto, el funcionamiento general del ecosistema. diversidad. [17] Investigaciones adicionales demostraron que la redundancia funcional de los insectos herbáceos en los arroyos varía debido a la velocidad del arroyo, lo que demuestra que los factores ambientales pueden alterar la superposición funcional. [18] Cuando comienzan los esfuerzos de conservación, todavía queda por debatir si la preservación de especies específicas o rasgos funcionales es un enfoque más beneficioso para la preservación de la función del ecosistema. Una mayor diversidad de especies puede conducir a un aumento en la productividad general del ecosistema, pero no necesariamente asegura la seguridad de la superposición funcional. En ecosistemas con alta redundancia, perder una especie (lo que reduce la diversidad funcional general) no siempre reducirá la función general del ecosistema debido a una alta superposición funcional y, por lo tanto, en este caso es más importante conservar un grupo, en lugar de un individuo. En ecosistemas con especies dominantes, que contribuyen a la mayor parte de la producción de biomasa, puede ser más beneficioso conservar esta única especie que un grupo funcional. [19] El concepto ecológico de especies clave fue redefinido en base a la presencia de especies con dinámica trófica no redundante con dominancia de biomasa medida dentro de grupos funcionales, lo que resalta los beneficios de conservación de proteger ambas especies y su respectivo grupo funcional. [20]

Desafío Editar

Comprender la diversidad funcional y la redundancia, y los roles que cada uno juega en los esfuerzos de conservación, a menudo es difícil de lograr porque las herramientas con las que medimos la diversidad y la redundancia no se pueden usar indistintamente. Debido a esto, el trabajo empírico reciente analiza con mayor frecuencia los efectos de la diversidad funcional o la redundancia funcional, pero no de ambas. Esto no crea una imagen completa de los factores que influyen en la producción del ecosistema. En ecosistemas con vegetación similar y diversa, la diversidad funcional es más importante para la estabilidad y productividad general del ecosistema. [21] Sin embargo, en contraste, la diversidad funcional de las especies de abejas nativas en paisajes altamente manejados proporcionó evidencia de una mayor redundancia funcional que conduce a una mayor producción de frutas, algo de lo que los humanos dependen en gran medida para el consumo de alimentos. [22] Un artículo reciente ha declarado que hasta que se utilice universalmente una técnica de medición más precisa, es demasiado pronto para determinar qué especies o grupos funcionales son más vulnerables y susceptibles a la extinción. [23] En general, comprender cómo la extinción afecta a los ecosistemas y qué rasgos son más vulnerables puede proteger a los ecosistemas en su conjunto. [24]


Ver el vídeo: Compuestos Orgánicos: Grupos Funcionales y sus Aplicaciones en la Industria (Diciembre 2022).