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Comparación de la hemoglobina y la clorofila: estructura y función

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Respuesta rápida

Grupo hemo (Fe²⁺) de la hemoglobina y clorofila (Mg²⁺): ambos tienen anillo porfirínico; la hemoglobina transporta O₂ y la clorofila absorbe luz para la fotosíntesis.

📚 exercise quimica ⭐⭐⭐ Dificultad 3/5 ⏱ 5 min lectura

Solución — Página 187

Quimica 2° · 2024

Ejercicio 13

Relaciono la estructura de la hemoglobina con la estructura de la clorofila. Indico el nombre de las fórmulas, explico las diferencias estructurales y la función que realizan.

Parte 13.a

¿Cómo se llaman las estructuras representadas?

La estructura izquierda es el grupo hemo (hemo $b$ ), que es el prostético de la hemoglobina; el anillo de 4 anillos de pirrol unidos es el porfirino (tetrapirrol cíclico).
La estructura derecha es el anillo del clorofila; el anillo del clorofila se denomina porfirina modificada o anillo de clorina / porfinil de clorofila (se suele llamar clorofila $a$ con su anillo tetrapirrol).
Ambas moléculas son coordinadas a un metal central: $\text{Fe}^{2+}$ en la hemoglobina y $\text{Mg}^{2+}$ en la clorofila.

Parte 13.b

Diferencias estructurales

Metal central: la hemoglobina tiene $\text{Fe}^{2+}$ (estado de oxidación $+2$ ); la clorofila tiene $\text{Mg}^{2+}$ . El hierro es un metal de transición; el magnesio es un metal alcalinotérreo.
Número de anillos: ambas tienen cuatro anillos de pirrol unidos en forma cíclica (sistema tetrapirrol), pero en el clorofila uno de los anillos está reducido (posee un anillo hidrogenado, el anillo $D$ del clorofila, con un $\text{C}_{20}$ , la cadena de fitol).
Cadena lateral: en la clorofila una cadena de fitol ( $\text{C}_{20}$ , $\text{C}_{20}\text{H}_{39}$ ) esterificada con un grupo propiónico; en el hemo las cadenas laterales son cortas (propionatos, metilos y vinilos) y no hay cadena de fitol.
Grupos funcionales: en el hemo aparecen grupos $\text{C}=\text{O}$ y $\text{OH}$ (ácidos propiónicos); en el clorofila se ve el anillo de ciclopenanona y un grupo aldehído ( $\text{CHO}$ ) en la posición $\alpha$ del anillo pirrolínico $B$ .
Humedad: la hemoglobina es soluble en agua (parte de la proteína globina es polar); el clorofila es lipófilo por la cadena de fitol, por eso está incrustado en la membrana de los tilacoides.

Parte 13.c

Función que realizan

Hemoglobina: transporte de gases en la sangre. El $\text{Fe}^{2+}$ del grupo hemo se une reversiblemente al $\text{O}_{2}$ (formando oxihemoglobina, $\text{HbO}_{2}$ ) y también a $\text{CO}_{2}$ e $\text{CO}$ .
Clorofila: captación de energía luminosa en la fotosíntesis. El $\text{Mg}^{2+}$ y el sistema de dobles enlaces conjugados (cromóforo) absorben la luz (sobre todo roja y azul) y la transfieren al centro de reacción para impulsar la fotólisis del agua y la conversión de $\text{CO}_{2}$ en glucosa.
Relación: las dos moléculas comparten el mismo anillo tetrapirrol; cambiando el metal y las cadenas laterales se cambia la función: transporte de oxígeno (Fe) versus captación de luz (Mg).

Respuesta

Son un grupo hemo con $\text{Fe}^{2+}$ (hemoglobina) y una clorofila con $\text{Mg}^{2+}$ ; ambos poseen un anillo porfirínico, pero difieren en el metal central, en la presencia de la cadena de fitol $\text{C}_{20}$ y en los grupos funcionales, lo que hace que la hemoglobina transporte $\text{O}_{2}$ y la clorofila capture energía luminosa para la fotosíntesis.

Contenido de la página

Actividad 13. Relaciono la estructura de la hemoglobina con la estructura de la clorofila. Indico el nombre de las fórmulas, explico las diferencias estructurales y la función que realizan.

Se presentan dos estructuras de anillo tetrapirrol:

Izquierda: porfirina con un ion $\text{Fe}^{2+}$ en el centro (grupo hemo de la hemoglobina), con grupos $\text{C}=\text{O}$ y $\text{OH}$ en las cadenas laterales.
Derecha: porfirina con un ion $\text{Mg}^{2+}$ en el centro (anillo de la clorofila), con una cadena $\text{C}_{20}$ (fitol) esterificada.

Nombres de las fórmulas

Molécula	Nombre	Metal central
Estructura izquierda	Grupo hemo $b$ / anillo de hemoglobina	$\text{Fe}^{2+}$
Estructura derecha	Anillo de clorofila (clorofila $a$ )	$\text{Mg}^{2+}$

Diferencias estructurales

Metal central: $\text{Fe}^{2+}$ (transición) vs. $\text{Mg}^{2+}$ (alcalinotérreo).
Estado de reducción de un anillo: el clorofila tiene un anillo hidrogenado (clorina).
Cadena lateral: $\text{C}_{20}$ (fitol) en el clorofila; cadenas cortas (metilo, vinilo, propionato) en el hemo.
Grupos funcionales: aldehído y éster en la clorofila; ácidos propiónicos libres en el hemo.
Solubilidad: el hemo es polar (hemoglobina soluble en agua); el clorofila es lipófilo (incrustado en membranas).

Función

Hemoglobina: transporte reversible de $\text{O}_{2}$ (oxihemoglobina), $\text{CO}_{2}$ y $\text{CO}$ en la sangre.
Clorofila: absorción de energía luminosa para la fotosíntesis; el $\text{Mg}^{2+}$ y el sistema conjugado forman el cromóforo que captura la luz.

Ejemplos resueltos

¿Qué metal central tienen la hemoglobina y la clorofila?

En la hemoglobina el metal es $\text{Fe}^{2+}$ (hierro en estado de oxidación $+2$ ) y en la clorofila es $\text{Mg}^{2+}$ (magnesio en estado $+2$ ). Ambos se coordinan a los cuatro nitrógenos del anillo tetrapirrol.

Tabla

Característica	Grupo hemo (hemoglobina)	Clorofila
Metal central	$\text{Fe}^{2+}$	$\text{Mg}^{2+}$
Anillo	Tetrapirrol (porfirina)	Tetrapirrol hidrogenado (clorina)
Cadena lateral	Metilo, vinilo, propionato	Fitol $\text{C}_{20}$ esterificado
Grupos funcionales	Ácidos carboxílicos ( $\text{COOH}$ )	Éster, aldehído, ciclopenanona
Solubilidad	Hidrófilo (globina polar)	Lipófilo (membranas del tilacoide)
Función	Transporte de $\text{O}_{2}$ , $\text{CO}_{2}$ y $\text{CO}$	Captación de energía luminosa en la fotosíntesis

Diagrama

flowchart TB
  A[Anillo tetrapirrol / porfirina] --> B{Metal central}
  B -->|Fe2+| C[Grupo hemo]
  B -->|Mg2+| D[Anillo de clorofila]
  C --> E[Función: transporte de O2 en la hemoglobina]
  D --> F[Función: absorción de luz en la fotosíntesis]
  C --> G[Propiedades: cadenas cortas, soluble en agua]
  D --> H[Propiedades: cadena de fitol C20, lipófilo]

Fórmulas y ecuaciones

$\text{Hb}$ + $\text{O}@@MATH_0@@_{2}$

6 $\text{CO}@@MATH_0@@_{2}@@MATH_1@@_{6}@@MATH_2@@_{12}@@MATH_3@@_{6}$ + 6 $\text{O}$ $_{2}$

$\text{Hb}$ + $\text{O}@@MATH_0@@_{2}$

$\text{Fe}@@MATH_0@@_{2}@@MATH_1@@_{2}@@MATH_2@@)_{6}]^{2+}$

$\text{Mg}@@MATH_0@@_{4}]^{2+}$

6 $\text{CO}@@MATH_0@@_{2}@@MATH_1@@_{6}@@MATH_2@@_{12}@@MATH_3@@_{6}$ + 6 $\text{O}$ $_{2}$

Glosario (6)

Grupo hemo: Grupo prostético de la hemoglobina formado por un anillo de porfirina coordinado a un ion $\text{Fe}^{2+}$.
Porfirina: Compuesto cíclico formado por cuatro anillos de pirrol unidos por puentes metino ($=\text{CH}-$).
Clorofila: Pigmento verde de los vegetales con un anillo porfirínico coordinado a $\text{Mg}^{2+}$ y una cadena de fitol.
Fitol: Alcohol de cadena larga $\text{C}_{20}$ esterificado al grupo propiónico de la clorofila; aporta lipofilia.
Oxihemoglobina: Complejo de la hemoglobina con $\text{O}_{2}$ unido al $\text{Fe}^{2+}$, responsable del color rojo de la sangre.
Cromóforo: Parte de una molécula que absorbe la luz, aquí el anillo conjugado con el metal central.

Preguntas para practicar

¿Por qué la clorofila es insoluble en agua pero sí en grasas, y qué importancia tiene esto para la fotosíntesis?

Por la cadena de fitol $\text{C}_{20}$, muy hidrocarbonada, que la hace lipófilo; así se ancla en la membrana del tilacoide donde ocurre la captación de luz.

¿Qué le ocurre a la hemoglobina si el hierro se oxida a $\text{Fe}^{3+}$?

Se forma metahemoglobina, que no transporta oxígeno; por eso el hierro debe mantenerse en el estado $+2$ mediante agentes reductores como la vitamina C.

Temas y conceptos clave

Grupo hemo y hemoglobinaClorofila y anillo porfirínicoComplejos de coordinación biológicosRelación estructura-funciónporfirinagrupo hemoclorofilaFe^{2+}Mg^{2+}cadena de fitoloxihemoglobinafotólisis del agua

Fuentes y referencias

https://es.wikipedia.org/wiki/Clorofila
https://es.wikipedia.org/wiki/Grupo_hemo

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Figuras de la página (1)

Estructura del grupo hemo: anillo tetrapirrol con nitrógenos coordinando un ion Fe central, con grupos carbonilo y hidroxilo en las cadenas laterales. — Figura 1 image

Preguntas que la gente también hace

¿Cuál es la diferencia entre el grupo hemo de la hemoglobina y el anillo de la clorofila?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿Qué función cumple el hierro en la hemoglobina y el magnesio en la clorofila?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿Por qué la clorofila es lipófila y la hemoglobina es soluble en agua?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

📌 Antes de leer esto

• Enlaces de coordinación y número de oxidación de metales
• Nomenclatura de grupos funcionales (ácidos carboxílicos, aldehídos, esteres)
• Concepto básico de fotosíntesis y transporte de gases

Siguiente tema sugerido

Complejos de coordinación: ligandos, número de coordinación y espectáculo de colores (isomería y propiedades de los complejos)

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Relaciono la estructura de la hemoglobina con la estructura de la clorofila. Indico el nombre de las fórmulas, explico las diferencias estructurales y la función que realizan.

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