LA QUÍMICA CELULAR

1. LA QUÍMICA CELULAR LAS MOLÉCULAS DE LOS SERES VIVOS

2. EL AGUA

3. El agua • Es la más abundante de las moléculas que conforman los seres vivos. • Constituye entre el 50 y el 95% del peso de cualquier sistema vivo. • La vida comenzó en el agua, y en la actualidad, dondequiera que haya agua líquida, hay vida.

4. El agua • Cubre las tres cuartas partes de la superficie de la Tierra. • Pero, el agua no es en absoluto un líquido ordinario, es en realidad, bastante extraordinaria. • Si no lo fuera, es improbable que alguna vez pudiese haber evolucionado la vida sobre la Tierra.

5. La estructura del agua • Cada molécula de agua está constituida por dos átomos de hidrógeno (H) y un átomo de oxígeno (O). • Cada uno de los átomos de hidrógeno está unido a un átomo de oxígeno por un enlace covalente. • El único electrón de cada átomo de hidrógeno es compartido con el átomo de oxígeno, que también contribuye con un electrón a cada enlace.

6. La estructura del agua • La molécula de agua, en conjunto, posee carga neutra y tiene igual número de electrones y protones. • Sin embargo, es una molécula polar. • El núcleo de oxígeno “arrastra” electrones fuera del núcleo de hidrógeno, dejando a estos núcleos con una pequeña carga positiva neta. • El exceso de densidad de electrones en el átomo de oxígeno crea regiones débilmente negativas en los otros dos vértices de un tetraedro imaginario.

7. La estructura del agua • Cuando una región de carga parcial positiva de una molécula de agua se aproxima a una región de carga parcial negativa de otra molécula de agua, la fuerza de atracción forma entre ellas un enlace que se conoce como puente de hidrógeno. • Un puente de H puede formarse solamente entre cualquier átomo de H que esté unido covalentemente a un átomo que posee fuerte atracción por los electrones (generalmente el O o el N) y un átomo de O o N de otra molécula.

8. Puentes de hidrógeno • En el agua, los puentes de hidrógeno se forman entre un “vértice” negativo de la molécula de agua con el “vértice” positivo de otra. • Cada molécula de agua puede establecer puentes de hidrógeno con otras cuatro moléculas de agua. • Un puente de H es más débil que un enlace covalente o uno iónico, pero, en conjunto tienen una fuerza considerable y hacen que las moléculas se aferren estrechamente.

9. EL CICLO DEL AGUA • Es el movimento del agua hacia la tierra y de nuevo al aire • Evaporación: Es el proceso mediante el cual el agua líquida se convierte en vapor de agua.la mayor parte ocurre en los océanos y mares • Condensación:El vapor de agua se convierte en agua líquida o en hielo. Nubes • Precipitación:Incluye todas las formas de agua que caen desde las nubes

10. Tensión superficial • Es una consecuencia de la cohesión o la atracción mutua, de las moléculas de agua. • Considere el goteo de agua e insectos caminando sobre un estanque. • La cohesión es la unión de moléculas de la misma sustancia. • La adhesión es la unión de moléculas de sustancias distintas.

12. EL BALANCE DEL AGUA EN LAS PLANTAS El aguaes el medio que les lleva la mayor parte de materiales necesarios para viivr. El movimiento de estos materiales disueltos de una parte a otra se llama Traslocación En la fotosintésis el hidrógeno de la mol. Del agua se combina con el bióxido de carbono para formar los azúcares Las plantas tienen capacidad de adaptación a medio ambientes con o sin agua según sea el caso

13. EL BALANCE DEL AGUA EN LAS PLANTAS El proceso por el cual el vapor de agua escapa por las hojas por los estomas se llama Transpiración La transpiración ayuda al enfriamiento de las hojas, el 3% de la energía solar se usa en fotosíntesis el resto se convierte en calor. Nitratos,sulfatos,fosfatos sintetizan proteínas y ac. Nucleícos K, Mg,Fe, sintesís enzimáticos

14. COMO ENTRA EL AGUA A LAS PLANTAS Las briofitas musgos y hepáticas estructuras similares a raíces RIZOIDES. No tienen estructuras vasculares ,el agua Cel a Cel a pequeñas distancias La diferencia en presión de agua entre int y ext de la raíz hace que el agua entre a los pelos radiculares Plantas de mayor tamaño obtienen el agua Raíces acompañado de pelos radiculares ejem. Peludas mayor superficie Pelo radicular puede ser ciento de veces mayor que su díametro y dura solo unos pocos días

15. MOVIMIENTO DE LOS FLUIDOS DENTRO DE LAS PLANTAS Plantas unicelulares las sustancias agua ,minerales se distribuyen por difusión y por mov. Citoplasmaticos. La difusión es un mov. Relativamente lento, puede llevar materiales a través de una célula. Plantas multicelulares donde se mueve agua por difusión el tamaño de la planta está limitado por esto. Las plantas vasculares tienen tejidos especializados que transportan los materiales a través de la planta, similar al líquido en una tubería que conectan las raíces con las hojas.

16. Acción capilar e inhibición • La acción capilar o capilaridad es la combinación de la cohesión y la adhesión que hacen que el agua ascienda entre dos láminas, por tubos muy finos, en un papel secante, o que atraviese lentamente los pequeños espacios entre las partículas del suelo.

17. SISTEMA DE TRANSPORTACION PLANTAS VASCULARES • Xilema:Tej. Vascular que provee sostén mecánico a la planta y conduce agua-minerales desde raíz-hojas • Traquideas: Cel de xilema alargadas y de paredes gruesas estrechas y en forma de tubos • Elementos de los vasos: Cel. De xilema con terminales abiertos en forma de punta que conducen agua • Floema:Formado por tubos cribosos transporte.,almacén y sostén • Tubos cribosos.Cel unidas terminal con terminal Tubos continuos placas cribosas en los terminales • Placas Cribosas. huecos de cribas que conectan los elementos de los tubos cribosos • Células acompañantes: especializadas que proveen algunos de los materiales y energía que usan los elementos cribosos

18. LA CAPILARIDAD Y LA PRESION DE LA RAIZ • La presión de la raíz. Es la presión que hay en el xilema como el resultado del mov. Hacía adentro del agua. (OSMOSIS). Esta presión por si sola no es suficiente para que el agua suba. • Capilaridad: es la tendencia de un líquido a subir de un tubo de díametro pequeño gracias a la combinación de dos fuerza la de Cohesión y adhesión • Cohesión:atracción entre mol.iguales • Adhesión:atracción entre mol. distintas

19. Acción capilar e inhibición • La inhibición o absorción, es la penetración capilar de moléculas de agua en sustancias tales como la madera o la gelatina que, como resultado de ello, se hinchan (germinación de semillas).

20. LA TEORIA DE TRANSPIRACION-COHESION • Sostiene que la evaporación de las hojas (transpiración)empuja el agua hacia arriba desde las raíces ejemplo. Mercurio , tubo, tallo hojas

21. Resistencia a los cambios de temperatura • La cantidad de calor que requiere una cantidad dada de sustancia para que se produzca un aumento dado de temperatura, es su calor específico. • Una caloría se define como la cantidad de calor que elevará en 1ºC la temperatura de un gramo (1 mL o 1 cm3) de agua. • Una caloría de alimento es igual a una kilocaloría (1000 calorías) • Los carbohidratos,lípidos y proteínas pueden degradarse para proveer energía al cuerpo, no así las vitamínas y minerales • Los carbohídratos son la fuente principal de energia para el cuerpo.monosacáridos,disacaridos (azucares) y polisacáridos(almidones y celulosa) • Los lípidos (ac.grasos el cuerpo usa para hacer memb. Cel y hormonas) son fuente de energía altamente concentrada,casi el doble de calorías por gramo que los carbohidratos y proteínas • Las proteínas proveen aa el cuerpo necesita para estructuras cel.y cromosomas

22. Resistencia a los cambios de temperatura • El calor específico del agua es aprox. • El doble que el del aceite o del alcohol, • 4 veces el del aire o del aluminio y diez veces el del acero. • Sólo el amoníaco líquido tiene un calor específico más alto.

23. Resistencia a los cambios de temperatura • El calor es una forma de energía, la energía cinética, o energía de movimiento, de las moléculas. • El calor que se mide en calorías, refleja la energía cinética total de un grupo de moléculas; incluye tanto la magnitud de los movimientos moleculares como la masa y la cantidad de moléculas en movimiento. • La temperatura, que se mide en grados, refleja la energía cinética promedio de las moléculas. • Ej: lago - ave

24. Resistencia a los cambios de temperatura • El alto calor específico del agua es una consecuencia de los puentes de hidrógeno. • Estos tienden a restringir el movimiento de las moléculas. • Para que la energía cinética de las moléculas de agua aumente suficientemente como para elevar la temperatura de ésta en un grado centígrado, primero es necesario romper cierto número de sus puentes de hidrógeno.

25. Resistencia a los cambios de temperatura • Energía de Activación: Energía para iniciar una reacción química • Energía de la Biomasa:Energía de materiales orgánicos • Energía de las mareas: Energ´ia cinética en el movimiento de las olas y las mareas. • Energía eólica: Energía cinética del viento • Energía Geotérmica: Energía de calor en el int. De la tierra • Energía nuclear: Energía que s elibera cuando los átomos sufren cambios en la estructura del núcleo • Energía Solar: Energía de la luz solar

26. Resistencia a los cambios de temperatura • El alto calor específico del agua significa que para una tasa dada de ingreso de calor, la temperatura del agua aumentará más lentamente que la temperatura de casi cualquier otro material. Así mismo, la temperatura caerá más lentamente cuando se elimina calor. Esta constancia de la temperatura es crítica, porque las reacciones químicas biológicamente importantes tiene lugar sólo dentro de un intervalo estrecho de temperatura.

27. Vaporización • Es el cambio de líquido a gas. • El agua tiene un alto calor de vaporización. • En su punto de ebullición (100 ºC – 1 atm), se necesitan 540 calorías para convertir un gramo de agua líquida en vapor, casi 60 veces más que para el éter y casi el doble que para el amoníaco. • Para que una molécula de agua se evapore, deben romperse los puentes de H. Esto requiere energía térmica. • Así, la evaporación tiene un efecto refrigerante y es uno de los principales medios por los cuales los organismos “descargan” el exceso de calor y estabilizan sus temperaturas.

28. Congelamiento • La densidad del agua aumenta a medida que la temperatura cae, hasta que se acerca a los 4ºC. Luego, las moléculas de agua se aproximan tanto y se mueven tan lentamente que cada una de ellas puede formar puentes de H simultáneamente con otras cuatro moléculas. • Sin embargo, cuando la temperatura cae por debajo de los 4°C, las moléculas deben separarse ligeramente para mantener el máximo número de puentes de hidrógeno en una estructura estable.

29. Congelamiento • A 0°C, el punto de congelación del agua, se crea un retículo abierto, que es la estructura más estable de un cristal de hielo. • Así, el agua en estado sólido ocupa más volumen que el agua en estado líquido. • El hielo es menos denso que el agua líquida y, por lo tanto, flota en ella.

30. Congelamiento • Si el agua siguiera contrayéndose mientras se congela, el hielo sería más pesado que el agua líquida. • Los lagos y los estanques y otras masas de agua se congelarían desde el fondo hacia la superficie. • Una vez que el hielo comenzara a acumularse en el fondo, tendería a no fundirse, estación tras estación. • Finalmente, toda la masa de agua se solidificaría y toda la vida que albergara sería destruida.

31. Congelamiento • Por el contrario, la capa de hielo flotante que se forma realmente tiende a proteger a los organismos acuáticos, manteniendo la temperatura del agua en el punto de congelación o por encima de él. • El punto de fusión del agua es 0°C. • Para hacer la transición de sólido a líquido, el agua requiere 79,7 calorías por gramo (calor de fusión). • A medida que el hielo se funde, extrae esta misma cantidad de calor de sus alrededores, enfriando el medio circundante. • A la inversa, a medida que el agua se congela, libera la misma cantidad de calor a sus alrededores.

32. El agua como solvente • Dentro de los sistemas vivos, muchas sustancias se encuentran en solución acuosa. • Una solución es una mezcla uniforme de moléculas de dos o más sustancias (solvente y solutos). • La polaridad de las moléculas de agua es la responsable de la capacidad solvente del agua. • Las moléculas polares de agua tienden a separar sustancias iónicas, como el ClNa.

33. El agua como solvente • Muchas de las moléculas unidas covalentemente que son importantes en sistemas vivos (glucosa), tienen regiones de carga parcial + o -. • Las moléculas polares que se disuelven rápidamente en agua se llaman hidrofílicas. • Moléculas que carecen de regiones polares (grasas), tienden a ser muy insolubles en agua. • Dichas moléculas se dice que son hidrofóbicas.

34. EL PAPEL CENTRAL DEL CARBONO

35. Moléculas biológicas u orgánicas • El carbono está en todos los compuestos orgánicos y en el Bióxido de carbono. • En el ciclo del carbono el carbono se mueve entre los compuestos orgánicos que forman los tejidos y el Bióxido de carbono del aire. • Durante la fotosintésis, los autótrofos atrapan el bióxido de carbono del aire y producen los azúcares y otros. • Los heterótrofos se alimentan de los autótrofos y obtienen así sus compuestos orgánicos

36. Moléculas biológicas u orgánicas • En química el término orgánico describe las moléculas que tienen un esqueleto de carbono y que además contienen algunos átomos de hidrógeno. • Se deriva de la capacidad de los organismos vivos de sintetizar y usar esas moléculas. • Entre las moléculas inorgánicas están el dióxido de carbono y todas las moléculas que no tienen carbono, como el agua.

37. ¿Por qué es importante el carbono en las moléculas biológicas? • Un átomo de carbono tiene 4 electrones en su capa más externa, en la cual caben 8. • Por ello se estabiliza compartiendo 4 electrones con otros átomos para formar hasta 4 enlaces covalentes sencillos o un número menor de enlaces covalentes dobles o triples. • Las moléculas que tienen muchos átomos de carbono pueden asumir formas complejas como cadenas, ramificaciones y anillos, lo cual da pie a una extraordinaria diversidad de moléculas.

38. Grupos funcionales • A la “columna vertebral” de carbono se unen grupos de átomos, lamados grupos funcionales, que determinan las características y la reactividad química de las moléculas: Hidrógeno -H Hidroxilo -OH Carboxilo -COOH Amino -NH2 Fosfato -H2PO4 Metilo -CH3

39. Carbohidratos • Normalmente contienen carbono, oxígeno e hidrógeno y tienen la fórmula aproximada (CH2O)n. • Monosacáridos: azúcar simple: • Glucosa: importante fuente de energía para las células; subunidad con la que se hacen casi todos los polisacáridos. • Disacáridos: dos monosacáridos enlazados: • Sacarosa: principal azúcar transportado dentro del cuerpo de las plantas terrestres.

40. Carbohidratos • Polisacáridos: muchos monosacáridos (normalmente glucosa) enlazados: • Almidón, glucógeno, celulosa: almacén de energía en plantas, animales y material estructural de plantas, respectivamente.

41. Lípidos • Contienen una proporción elevada de carbono e hidrógeno, suelen ser no polares e insolubles en agua. • Triglicéridos: 3 ácidos grasos unidos a un glicerol: • Aceite, grasa: almacén de energía en animales y algunas plantas. • Ceras: número variable de ácidos grasos unidos a un alcohol de cadena larga. • Cubierta impermeable de las hojas y tallos de plantas terrestres. • Fosfolípidos: grupo fosfato polar y dos ácidos grasos unidos a glicerol: • Fosfatidilcolina: componente común de las membranas celulares.

42. Lípidos • Esteroides: cuatro anillos fusionados de átomos de carbono, con grupos funcionales unidos: • Colesterol: componente común de las membranas de las células eucariotas; precursor de otros esteroides como testosterona, sales biliares.

43. Proteínas • Cadenas de aminoácidos; contienen C, H, O, N y S.

44. Proteínas

45. Proteínas • Estructurales (Queratina en pelo, uñas y cuernos). • Movimiento (Actina y Miosina en los músculos). • Transporte (Hemoglobina de la sangre). • Defensa (Anticuerpos en el torrente sanguíneo) • Almacenamiento (Albúmina de la clara de huevo). • Señales (Hormona del crecimiento en el torrente sanguíneo). • Catálisis (Enzimas que catalizan casi todas las reacciones químicas en las células) (Amilasa, ATP sintetasa).

46. Proteínas

47. Ácidos Nucleicos • Formados por subunidades llamadas nucleótidos; pueden ser un solo nucleótido o una cadena larga de nucleótidos. • Las bases nitrogenadas del ADN :Adenina,Citosina,Guanina,Timina • La mol de ADN se compone de 2 cadenas de nucleótidos unidas por puentes débiles de H entre Bases N2.forman un espiral (doble hélice) • A-T C-G

48. Ácidos Nucleicos • Nucleótidos individuales: • Trifosfato de adenosina (ATP): principal molécula portadora de energía a corto plazo en las células. • Monofosfato de adenosina cíclico (AMP cíclico): mensajero intracelular.

49. Ácidos Nucleicos • Ácidos nucleicos de cadena larga: • Ácido desoxirribonucleico (ADN): material genético de todas las células vivas. • Ácido ribonucleico (ARN): material genético de algunos virus; transfiere la información genética del ADN a las proteínas.

50. Ácidos Nucleicos Replicación: La mol de ADN hace copia de si misma Las 2 mol de ADN se enroscan de nuevo toman la forma de una hélice Transcripción: Formación de mRNA que sale del núcleo por tRNA los lleva al rRNA ribosomal Uracilo-Adenina =CODON Traducción: Transformación de mRNA en proteína, empleando anticodones y a.a. Para conseguir la tripleta exacta.