Biopolímeru

Los biopolímeros son macromolécules presentes nos seres vivos. Una definición de los mesmos considerar materiales poliméricos o macromoleculares sintetizaos polos seres vivos. Tamién, arriendes de nueves disciplines médiques como la inxeniería de texíos, como biopolímeros tamién s'inclúin materiales sintéticos cola particularidá de ser biocompatibles col ser vivu (de normal col ser humanu).
D'ente los biopolímeros los referíos a la primer clasificación, esisten trés principales families: proteínes (fibroínes, globulines, etc), polisacáridos (celulosa, alginatos, etc) y acedos nucleicos (ADN, ARN, etc),^[1]^,^[2] anque tamién otros más singulares como los politerpenons (ver terpenos), ente los que s'inclúi'l cauchu natural, los polifenoles (como la lignina) o dalgunos poliésteres como los polihidroxialcanoatos producíos por delles bacteries.^[3]
Él biopolímero más abondosu na tierra ye la celulosa.^[4] Otros biopolímeros abondosos son la quitina (nos exoesqueletos d'arácnidos, crustáceos y inseutos).

Unidá repetitiva de la quitina, un biopolímero con función estructural en artrópodos, crustáceos y inseutos

Biopolímeros naturales

L'ADN ye un biopolímero presente nos nucleos de les célules, formando parte de los cromosomes, y portando la información xenética del ser vivu.

D'ente los polímeros naturales más comunes son los polímeros sintetizaos polos seres vivos. De siguío descríbense dalgunos de los biopolímeros más comunes.

Ácidos nucleicos

Los acedos nucleicos pueden ser consideraos, seique, los biopolímeros más importantes yá que son el portadores de la información xenética heredada ente xeneraciones.

Proteínes

Les proteínes, formaes por unión peptídicas ente aminoácidos tienen una función capital nos seres vivos, yá que participen en distintes funciones biolóxiques. Ente estes inclúyense funciones estructurales (p. ejemp. coláxenu), funciones catalítiques (p.ejemp. enzimes) o inmunolóxiques (anticuerpos o inmunoglobulinas).

Polisacáridos

Los polisacáridos son polímeros resultantes de la condensación acetálica de monosacáridos simples.^[1] Los polisacáridos suelen tener funciones estructurales (celulosa, quitina, pectinas, alginatos, etc) pero tamién funciones de reserva enerxética nel reinu vexetal (amilosa, amilopectina, inulina) y nel reinu animal (glucóxenu).

Politerpenos

D'ente los politerpenos los dos más conocíos son el poliisopreno (cauchu natural o químicamente isómero cis-1,4-poliisopreno) y la gutapercha (cauchu de propiedaes mecániques inferiores, el isómero trans-1,4-poliisopreno).

Polihidroxialcanoatos

Estructura repetitiva del poli-(R)-3-hidroxibutirato (P3HB), un polihidroxialcanoato, un biopolímero d'orixe bacterianu

Los polihidroxialcanoatos son poliésteres lliniales biosintetizados por bacteries por aciu la fermentadura d'azucres o lípidos. Esisten munchos tipos de polihidroxialcanoatos pero los más conocíos son el polihidroxibutirato (PHB) y el poli-3-hidroxivalerato (PHV), según los sos copolímeros.

Biopolímeros sintéticos

Una diferencia importante ente la definición de biopolímeros y otros polímeros esistentes, puede atopase nes sos estructures. Tolos polímeros tán fechos d'unidaes repetitives llamaes monómeros. Los biopolímeros polo xeneral tienen una estructura bien definida, anque esto nun ye una carauterística definitoria (exemplu: ligno-celulosa.

La composición química exacta y la secuencia na qu'estes unidaes tán dispuestes denominar estructura primaria, nel casu de les proteínes. Munchos biopolímeros pliéguense bonalmente en formes compactes carauterístiques, que determinen les sos funciones biolóxiques y dependen de dicha estructura primaria. La bioloxía estructural ye la que s'encarga d'estudiar les propiedaes estructurales d'estos biopolímeros.

Pela cueta la mayoría de los polímeros sintéticos tienen estructures muncho más simples y entamaes al azar. Esti fechu conduz a una distribución de masa molecular que nun se repara en biopolímeros. Ello ye que como la so síntesis ta controlada por un procesu empobináu, na mayoría de sistemes "in vivo", tolos biopolímeros d'un tipu (provenientes d'una proteína específico) son toos iguales. Toos ellos contienen les secuencies similares y el númberu de monómeros y polo tanto toos tienen la mesma masa. Esti fenómenu llámase monodispersidad en contraste cola polidispersidad atopada en polímeros sintéticos. Como resultancia, los biopolímeros tienen un índiz de polidispersidad de 1.^[5] D'ente los biopolímeros sintéticos emplegaos n'implantes destaquen:

Poliuretanos (PU)
Siliconas (Si)
Polimetilmetacrilato (PMMA)
Policaprolactona (PCL)
Poliácido glicólico
Polivinilalcohol o alcohol polivinílico (PVA)

Biopolímeros derivaos

Nos biopolímeros derivaos arrexuntar los biopolímeros sintetizaos artificialmente pero a partir de sustancies naturales. Estos materiales son tamién denominaos bioplásticos, anque ye esta categoría tamién s'incluyiríen tou los biopolímeros d'orixe natural. Ente estos materiales inclúyense:

El acedu poliláctico (PLA)
Polietileno deriváu del etanol de la caña d'azucre.
Celuloides

Cabría mentar qu'esiste una nueva caña d'estudiu na que se consideren dellos materiales derivaos de materiales inorgánicos xeolóxicos como "geopolímeros". Estos materiales tienen interés como sustitutivos de cementos más tradicionales.^[6]

Convenciones y nomenclatura

Polipéptidos

La convención pa un polipéptido ye listar les sos residuos d'aminoácidos constituyentes a midida que figuren dende l'estremu amino al estremu onde s'atopa l'ácidu carboxílico. Los residuos d'aminoácidos siempres tán xuníos por enllaces peptídicos. Les proteínes tamién pueden ser modificaes pa incluyir componentes non peptídicos, tales como cadenes de sacáridos y lípidos.

Ácidos nucleicos

La convención pa una secuencia d'ácidos nucleicos ye numberar los nucleótidos que se producen dende'l final de la cadena '5', a la fin de la cadena polimérica '3', onde '5'y '3' referir a la numberación de los carbonos de too l'aniellu de ribosa que participen na formación d'enllaces diéster de fosfatu na cadena. Tal secuencia llámase la estructura primaria del biopolímero.

Azucres

Los biopolímeros basaos n'azucres son de cutiu complexos, con al respective de la convención establecida. Estos pueden ser lliniales o ramificaos y polo xeneral xunir a trevés d'enllaces glucosídicos. L'allugamientu exactu de la rellación puede variar, y l'orientación de los grupos funcionales que venceyen tamién ye importante, lo que resulta en bonos α- y β-glucosídico con numberación definitiva del allugamientu de los carbonos que participen de la unión. Amás, munches unidaes de sacáridu pueden sometese a cambeos químicos distintos, tales como la aminación, ya inclusive pueden formar partes d'otres molécules, tales como glicoproteínas.

Carauterización estructural

Hai una serie de téuniques biofísiques pa la determinar la información de la secuencia. Estos métodos son la degradación de Edman, nel que los residuos N-terminales son hidrolizados a partir de la cadena , ún por ún, pa ser depués identificaos.

La téunica del espectrómetru de mases tamién pueden utilizase, a partir de la electroforesis en xel y electroforesis capilar.

La interferometría de doble polarización puede emplegase pa midir los cambeos conformacionales o l'autu-ensamblaxe d'estos materiales cuando son aguiyaes pol pH, la temperatura, o la fuercia iónico. A lo último, les propiedaes mecániques d'estos biopolímeros pueden midise frecuentemente utilizando pinces óptiques o microscopía de fuercia atómico.

Impautu ambiental

Los biopolímeros pueden ser consideraos sustentables por cuenta de que'l carbonu neutral ye siempres anovable, y tán fechos de materiales procedentes de plantes que pueden ser cultivaes en forma continua. Estos materiales vexetales provienen de cultivos agrícoles non alimenticios. Poro, l'usu de biopolímeros tiende a crear una industria sostenible, en contraste coles materies primes provenientes de polímeros derivaos de petroquímicos. Amás, los biopolímeros tienen el potencial d'amenorgar les emisiones de carbonu y menguar les cantidaes de CO₂ na atmósfera: esto ye por cuenta de que el dióxidu de carbonu lliberáu cuando se degrada pueden ser reabsorbido por cultivos.

Dellos biopolímeros son biodegradables, descomponiéndose en CO₂ y agua por microorganismos nun periodu de seis meses. Los biopolímeros que faen esto pueden tar marcaos con un símbolu 'compostable', so la norma europea EN 13432 (2000). L'embalaxe d'estos productos ta marcáu con un símbolu que dexa reconocer el procesu de compostaxe industrial al cual fueron sometíos.^[7]

Ver tamién

Lliteratura rellacionada

Martínez de les Maríes, P. Química y física de les fibres testiles. ed. Alhambra, 1976 (Madrid).
Wallemberger, F.T.; Weston, N. Natural fibers, plastics and composites. Kluwer Academic Publishers, 2004 (Norwel, MA, EE.

Referencies

↑ ^1,0 ^1,1 Macarulla, J.M.; Goñi, F.M. (1987). Biomoléculas. Lleiciones de Bioquímica Estructural. Reverté. ISBN 84-291-7338-2.
↑ Chandra, R., and Rustgi, R., "Biodegradable Polymers", Progress in Polymer Science, Vol. 23, p. 1273 (1998)
↑ Jacquel, N; Lo, C.W.; Wei, Y.H.; Wu, H.S.; Wang, S.S (2008). «isolation and purification of bacterial poly(3-hydroxyalkanoates)». Biochemical Engineering Journal 39 (1): páxs. 15-27. doi:10.1016/j.bej.2007.11.029. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369703X07004433.
↑ Klemm, D; heublein, B.; Fink, HP, Bohn, A (2005). «Cellulose: fascinating biopolymer and sustainable raw material». Angew Chem Int Ed Engl. 44 (22): páxs. 3358-3393. doi:10.1002/anie.200460587. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.200460587/abstract;jsessionid=311B124B2146BC87D6CFA4F49F2B08EE.d02t03.
↑ Stupp, S.I and Braun, P.V., "Role of Proteins in Microstructural Control: Biomaterials, Ceramics & Semiconductors", Science, Vol. 277, p. 1242 (1997)
↑ Duxon, P.; Fernández-Jiménez, A.; Provis, J.L.; Luckey, G.C.; Palombu, A.; van Deventer, J.S.J. (2007). «Geopolymer technology: the current state of the art». Journal of Materials Science 42 (9): páxs. 2917-2933. doi:10.1007/s10853-006-0637-z. http://www.springerlink.com/content/x1p0216567487w12/?MUD=MP.
↑ NNFCC Newsletter – Issue 5. Biopolymers: A Renewable Resource for the Plastics Industry

[macarulla-1] 1,0 ^1,1 Macarulla, J.M.; Goñi, F.M. (1987). Biomoléculas. Lleiciones de Bioquímica Estructural. Reverté. ISBN 84-291-7338-2.

[2] Chandra, R., and Rustgi, R., "Biodegradable Polymers", Progress in Polymer Science, Vol. 23, p. 1273 (1998)

[3] Jacquel, N; Lo, C.W.; Wei, Y.H.; Wu, H.S.; Wang, S.S (2008). «isolation and purification of bacterial poly(3-hydroxyalkanoates)». Biochemical Engineering Journal 39 (1): páxs. 15-27. doi:10.1016/j.bej.2007.11.029. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369703X07004433.

[4] Klemm, D; heublein, B.; Fink, HP, Bohn, A (2005). «Cellulose: fascinating biopolymer and sustainable raw material». Angew Chem Int Ed Engl. 44 (22): páxs. 3358-3393. doi:10.1002/anie.200460587. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.200460587/abstract;jsessionid=311B124B2146BC87D6CFA4F49F2B08EE.d02t03.

[5] Stupp, S.I and Braun, P.V., "Role of Proteins in Microstructural Control: Biomaterials, Ceramics & Semiconductors", Science, Vol. 277, p. 1242 (1997)

[6] Duxon, P.; Fernández-Jiménez, A.; Provis, J.L.; Luckey, G.C.; Palombu, A.; van Deventer, J.S.J. (2007). «Geopolymer technology: the current state of the art». Journal of Materials Science 42 (9): páxs. 2917-2933. doi:10.1007/s10853-006-0637-z. http://www.springerlink.com/content/x1p0216567487w12/?MUD=MP.

[7] NNFCC Newsletter – Issue 5. Biopolymers: A Renewable Resource for the Plastics Industry

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