composición química de la célula
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¿Qué es la vida? A Guide To BiologyFirst Edition
Autor: Jay Phelan; traducido, adaptado y modificado porGustavo Toledo C. Prof. Biología, San Fernando College
© 2012 W. H. Freeman and Company
Unidad 1-La célula: Unidad básica de los seres vivos
Tema 2: Composición química de la célula
EL ÁTOMO: ESTRUCTURA BÁSICA
núcleo
Hidrógeno1 Protón0 Neutrones1 Electrón
Carbono6 Protones6 Neutrones6 Electrones
Protón Neutrón
núcleo:
Electrón
Hay fuerzas de atracción entre las cargas positivas y negativas que mantienen a los Electrones (negativos) moviéndose muy rápidamente cerca del núcleo (positivo).
UNA CLAVE PARA LOS ELEMENTOS
CÓDIGO DE COLOR DE LOS ELEMENTOSLos siguientes colores son usados en este power point para los elementos comúnmente hallados en los organismos.
MASA ATÓMICAMasa combinada de protones y de Neutrones
NOMBRE DEL ELEMENTO
SÍMBOLO DEL ELEMENTONombre abreviado
NÚMERO ATÓMICOEl número de Protones encontrado en el núcleo del átomo
Tabla periódica de los elementos
SodioHidrógeno Carbono Nitrógeno oxígeno
CalcioFósforo Azufre Cloro Potasio
ELEMENTOS “TOP TEN” ENCONTRADOS EN TU CUERPO
LOS “4 GRANDES”
OTROS (4%)
96% de tu cuerpo está compuesto de estos 4 elementos:
Nitrógeno (3%)
oxígeno (65%)
Carbono (18.5%)
Hidrógeno (9.5%)
Calcio
CloroPotasioFósforo
AzufreSodio
• Cantidades traza(menos del 0.1%) de otros 15 elementos también se hayan en tu cuerpo
Por
cent
aje(
%)
de la
com
posi
ción
del
cue
rpo
NUBE ELECTRÓNICA Y ESTABILIDAD DEL ÁTOMO
ORBITALES ELECTRÓNICOSLos Electrones se mueven alrededor del núcleo en áreas designadas llamadas orbitales electrónicos. Un átomo puede tener un total de siete orbitales de electrones.
Primer orbital(capacidad: 2 Electrones)
Segundo orbital(capacidad: 8 Electrones)
Vacante
Las características químicas de un átomo dependen del Nº de electrones de su capa más externa.
Esta imagen tiene una animación encriptada relacionada EL ÁTOMO, ENLACES, etc. Haga clic en cualquier parte de la imagen y será conducido a la animación. Una vez estudiado su contenido, vuelva a power point.
NUBE ELECTRÓNICA Y ESTABILIDAD DEL ÁTOMO
ESTABILIDAD DEL ÁTOMOLos átomos se estabilizan cuando su capa más externa llena su capacidad. Los Átomos estables tienden a no reaccionar o combinarse con otros átomos.
Sólo cuando los átomos tienen vacantes para algunos electrones en su capa más externa, son propensos a interactuar con otros átomos.
Átomo de Nitrógeno
Átomos establesÁtomos inestables
Átomo de Helio
Átomo de Neón
Átomo de Hidrógeno
LOS IONES SON ÁTOMOS CARGADOS
Un átomo que pierde uno o más Electrones se carga positivamente, mientras que un átomo que gana Electrones se carga negativamente. Esta transferencia de electrones es impulsada por el hecho de que los átomos con los orbitales electrónicos exteriores llenos son más estables. Electrón donado
Na Cl
Ión CloroIón Sodio11 Protones11 Neutrones10 Electrones
17 Protones17 Neutrones18 Electrones
CARGA NETA NegativaPositiva
ENLACES COVALENTES
1. Los Átomos de H son más estables cuando su capa electrónica exterior tiene completa su capacidad de electrones. Se puede lograr esto compartiendo electrones mediante un enlace covalente.
2. Los núcleos se acercan y los dos Electrones empieza a orbitar alrededor de ambos núcleos. La nueva molécula de H2 es muy estable.
Átomo deHidrógeno
Átomo deHidrógeno
Molécula de H2
ENLACES COVALENTEOTROS EJEMPLOS DE ENLACES COVALENTES
Cada átomo de Oxígeno comparte dos Electrones. Esto es llamado un doble enlace.
Hay diferentes maneras de representar las moléculas.
Molécula de O2
Modelo“espacialcompacto
Modelo de“Lewis” Modelo
“esfera y varilla”
Molécula deCH4
(metano)
ENLACE IÓNICO
2 Los dos iones con carga opuesta se atraen, formando un compuesto.
Cuando múltiples iones de Na+ y de Cl– se unen, se forma la estructura de un cristal de NaCl.
CARGAS OPUESTAS SE ATRAEN
Compuesto: NaCl
Cristales deNaCl(Sal)
Estructura de un cristal de
NaCl
Electrón donado
IÓN Sodio IÓN Cloro
1 Un átomo transfiere uno o más Electrones al otro. Esto genera dos iones de carga opuesta.
ENLACES DE HIDRÓGENOEn el agua, el núcleo de Hidrógeno, con un solo protón (caga +), no atrae a los Electrones cargados negativamente tanto como lo hace el núcleo más grande del átomo de Oxígeno (que tiene ocho Protones). Como consecuencia, todos los Electrones pasan más tiempo cerca del Oxígeno. Esto hace que parte de la molécula (el lado del oxígeno) sea ligeramente positiva y los lados de los Hidrógenos, ligeramente negativa.
Pol
arid
ad
Molécula de Agua
Enlaces covalentes
Los Enlaces de Hidrógeno se forman entre los átomos de Hidrógeno ligeramente cargados positivamente de una molécula de agua y los átomos de oxígeno, levemente cargados negativamente de la otra molécula de agua.
Enlace de Hidrógeno
ENLACES DE HIDRÓGENO
RESUMEN: 3 TIPOS DE ENLACES
1 ENLACE COVALENTEUn fuerte enlace se forma cuando los átomos comparten Electrones con el fin de ser más estables, formando una molécula.
2 ENLACE IÓNICOUna atracción entre dos iones de carga opuesta, formando un compuesto.
3 ENLACE DE HIDRÓGENOUna atracción entre la carga levemente positiva del Átomo de hidrógeno de una molécula y el átomo de oxígeno cargado ligeramente negativo de otra molécula.
Molécula de H2
FU
ER
ZA
DE
EN
LA
CE
MÁS FUERTE
MÁS DÉBIL
Compuesto de NaCl
H2O molécula H2O molécula
¿Cómo pueden estos animales “caminar sobre el agua?
?
AGUA: ALTA TENSIÓN SUPERFICIAL
AGUA: ALTA TENSIÓN SUPERFICIAL
Presión aplicada a la superficie del agua
Las moléculas de agua con forma de “V” se mantienen unidas por enlaces de de H. Estos enlaces son lo suficientemente fuertes como para darle al agua una tensión superficial con propiedades similares a una red.
Enlace deHidrógeno
AGUA: FUERTE COHESIÓN Debido a las propiedades cohesivas del agua, los árboles como la sequoia gigante son capaces de transportar moléculas de agua desde el suelo hasta hojas que están a casi 100 m de altura.
A medida que cada molécula de agua se evapora, se “tiran” moléculas de agua adicionales a través del árbol debido a lo "pegajoso” que son los enlaces de hidrógeno que unen las moléculas de agua.
Molécula de agua liberada a la atmósfera.
90 m.
Molécula de agua tiradas hacia el sistema radicular.
Moléculas de agua tiradas hacia arriba.Tamaño
de un hombre:1,7m
AGUA: ALTA CAPACIDAD CALÓRICA4 Por otro lado, las moléculas que componen la arena, no tienen tantos enlaces de Hidrógeno, por lo que el calor del sol sólo aumenta su temperatura.
1 El Calor (energía) del sol rompe algunos de los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua.
2 Se forman nuevos enlaces de Hidrógeno casi tan rápido como se rompen.
3 Debido a que la energía térmica del sol se utiliza en la ruptura y en la formación de enlaces de Hidrógeno, la temperatura del agua no aumenta mucho.
Enlaces nuevos formadosEnlaces rotos
Sol
El sesenta por ciento de tu cuerpo es agua. Esto te ayuda a mantener una temperatura corporal relativamente constante.
Congelada
AGUA: BAJA EN SU DENSIDAD AL CONGELARSE
AGUA CONGELADALos enlaces de Hidrógeno organizan a las moléculas de agua en una red cristalina, manteniéndolas ligeramente más separadas y, por lo tanto, menos densa.
AGUA LÍQUIDALas moléculas de agua se mueven libremente, lo que les permite estar más cerca unas con otras.
ÁREA RELATIVA OCUPADA POR EL MISMO NÚMERO DE MOLÉCULAS DE H2O: Líquida
Cristales deNaCl
(sal común)
Cuando se ponen en agua, los compuestos iónicos, tales como el NaCl se disocian en iones independientes de Na+ y Cl-. Los iones Na+ cargados positivamente son atraídos hacia el lado de carga negativa de la molécula de H2O, mientras que los iones Cl- con carga negativa son atraídos por el lado cargado positivamente.
AGUA:UN BUEN SOLVENTE
Iones de Na+
y Cl- disueltos
Na+
Cl–
Esta diapositiva tiene una animación encriptada relacionada con el tema del título. Haga clic en cualquier parte de la imagen y será conducido a la animación. No está al principio sino que un poco más abajo del subtítulo: EL AGUA COMO DISOLVENTE.
Esta imagen tiene una animación encriptada relacionada con las propiedades del agua. Haga clic en cualquier parte de la imagen y será conducido a la animación. Una vez estudiado su contenido, vuelva a power point.
Sangre
LA ESCALA pH
ÁCIDOS BASES
Ión H+ agua Ión OH–
Las bases son fluidos que tienen una mayor proporción de iones OH- que de iones H+
• Los iones OH- se unen con los iones H+, neutralizando ácidos.• Las bases fuertes son cáusticas para tu piel.• Las Bases se pueden encontrar en muchos productos de limpieza.• Las bases son generalmente de sabor amarga y jabonosas.
Los ácidos son fluidos que tienen una mayor proporción de los iones H + iones OH-.• iones H + son muy reactivos.• Los ácidos fuertes son corroen los metales.• Los ácidos descomponen los alimentos en el tracto digestivo.• Los ácidos son generalmente de sabor ácido
Cerveza
Soda
Ácido batería
Café
Agua
Amoníaco
BlanqueadorBicarbonato
La Soda, con un pH cercano a 3, ¡ es 10.000 veces más ácida que un vaso de agua, con un pH de 7 !
0 7 141312111098654321
Esta diapositiva tiene una animación encriptada relacionada con el pH. Haga clic en cualquier parte de la imagen y será conducido a la animación. Puede que se demore en cargarse, dependiendo de su conexión a internet.
Un tampón químico absorbeel exceso de iones H+.
LOS TAMPONES EN LA SANGRE ESTABILIZAN EL pH
Cuando el pH sanguíneollega a ser muy ácido...
Cuando el pH sanguíneollega a ser muy básico...
El pH sanguíneo retorna al normal.
Un tampón químico libera iones H+.
H+ H+
0
7
14
0
7
14 0
7
14
http://coursewareobjects.elsevier.com/objects/mccance5e_v1/McCance/Module02/M02L05S34a.html?hostType=undefined&authorName=Mccance&prodType=undefined
BIOMOLÉCULAS ORGÁNICASEsta imagen tiene una animación encriptada relacionada biomoléculas orgánicas. Haga clic en cualquier parte de la imagen y será conducido a la animación. Una vez estudiado su contenido, vuelva a power point.
CARBOHIDRATOS
Los Carbohidratos, tal como la glucosa (mostrada a la derecha), están compuestos por 3 elementos:
Los enlaces Carbono-Hidrógeno de los Carbohidratos almacenan mucha energía la cual es fácilmente liberada por los organismos.
Símbolo para la glucosa, usada aquíENERGÍA
glucosa C6H12O6
Los Carbohidratos son la fuente principal de combustible para las actividades celulares.
ALGUNOS MONOSACÁRIDOS COMUNES
FructosaC6H12O6
GalactosaC6H12O6
glucosaC6H12O6
LA GLUCOSA EN TU SANGRE
La glucosa entu sangre
(azúcar sanguíneo)
Energía necesaria Energía no necesaria
Corto plazo
Los enlaces moleculares son
rotos por tus células.
Energía almacenada
Largo plazo
Glucógeno
3 Convertida agrasa:
2 Se unen para formar:
1 Libera:
ENERGÍA
lípido
Glucógeno
Cada gramo de glucógeno almacenado tiene cerca de cuatro onzas de agua, unidas a la molécula de glucógeno.
moléculas de agua
¿Por qué las personas que hacen dieta pierden grandes cantidades de “masa de agua” durante los primeros días de una dieta?
?
CARBOHIDRATOS COMPLEJOS
FORMACIÓNEnlace(s) formado entre azúcares simples.
Glucosa Fructosa
POLISACÁRIDOSCarbohidratos complejos formados por la unión de muchos azúcares simples.
DISACÁRIDOSCarbohidratos complejos formados por la unión de dos azúcares simples.
DIGESTIÓNEnlace(s) rotos(s) entre azúcares simples.
Sacarosa(Azúcar de mesa)
almidón(consta de cientos
moléculas de Glucosa)
ENERGÍA
azúcares descompuestosAzúcares descompuestos
ENERGÍA
Tiempo
Niv
el d
e az
úcar
san
guín
eo
Tiempo
Niv
el d
e az
úcar
san
guín
eo
Carbohidratos complejos
Fructosa
Dependiendo de su estructura, los carbohidratos de la dieta puede conducir a un aumento rápido, pero breve; o lento, pero persistente aumento del azúcar sanguíneo.
Aunque no es digerible en los humanos, la fibra ayuda a la digestión y tiene numerosos beneficios para la salud.
INTRODUCCIÓN A LOS LÍPIDOS
CARACTERES TÍPICOS DE LOS LÍPIDOS• moléculas que no se disuelven en el agua• Grasosas al tacto• Fuente significativa de almacenamiento de energía
INTRODUCCIÓN A LOS LÍPIDOS
TRES TIPOS DE LÍPIDOS
FOSFOLÍPIDOSGRASAS ESTEROLES
FUNCIÓNEnergía de largo plazo, almacenaje y aislamiento.
FUNCIÓNRegulan el crecimiento y desarrollo
FUNCIÓNForman la membranas que rodean a las células.
La energía es almacenada en los enlaces C-H.
ESTRUCTURA DE LAS GRASAS (TRIGLICERIDOS)
Símbolo para grasa (triglicérido) usado aquí.
ENERGÍA
Cabeza:Glicerol
Colas:Ácidosgrasos
Las grasas están compuestasprincipalmente de tres elementos
Debido a que las grasas almacenan grandes cantidades de energía, los animales han desarrollado una preferencia por el sabor fuerte de las grasas más que de otras fuentes de energía.
Los ácidos graso de cadena lineal pueden ser estrechamente empacados. Como resultado, las grasas saturadas son sólidas a Tº ambiente.
GRASAS SATURADAS
En las grasas saturadas, cada Carbono en la cadena Hidrógeno-Carbono se une a dos átomos de hidrógeno.
GRASAS NO SATURADAS
Dobleenlace
En las grasas insaturados, hay una flexión en la cadena hidrocarbonada, ya que al menos un C está unido a un solo H. Esto introduce desorden en el empacado.
Los ácidos grasos torcidos no pueden ser empacados herméticamente juntos, lo que da como resultado que las grasas insaturadas sean líquidas a Tº ambiente.
HIDROGENACIÓN
La Hidrogenación es la adición artificial de átomos de hidrógeno a una grasa insaturada. Esto puede mejorar el sabor de un alimento, la textura y vida útil; pero puede empeorar su salud.
Ácido graso trans parcialmente hidrogenado(forma trans)
Ácido graso Insaturado(forma cis)
Las grasas hidrogenadas trans aumentan el riesgo de enfermedades cardíacas.
Testosterona
COLESTEROL• Componente importantede las membranas celulares en animales• Se pueden fijar a las paredes de los vasos sanguíneos, los cuales se engrosan, lo que puede conducir a una presión arterial alta, derrame cerebral y ataque al corazón.
HORMONAS ESTEROIDES• Regulan el desarrollo sexual, madurez y producción de células sexuales.• Estrógeno influye en la memoria, ánimo • Testosterona estimula el desarrollo muscular.
Todos los Esteroles tienen como base la estructura de 4 anillos de Carbono.
Estrógeno
ESTEROLES
FOSFOLÍPIDOS
Agua
Los fosfolípidos se alinean de una forma que sus cabezas hidrofílicas se extienden hacia el agua, mientras que sus colas hidrofóbicas están dirigidas alejándose del agua.
Símbolo para fosfolípido usado aquí.
Cabezas hidrofílicas
Colas hidrofóbicas
FOSFOLIPIDOS EN AGUA
Col
as h
idro
fóbi
cas
(no
atra
ídas
por
el a
gua)
Cab
eza
hidr
ofíl
icas
(atr
aída
s po
r el
agu
a)Grupo fosfato
Ácidograsos
Transportan moléculas, tal como oxígeno, alrededor de tu cuerpo.
DIVERSIDAD PROTEICALas proteínas realizan una variedad de funciones diferentes. Todas ellas, sin embargo, se construyen de la misma manera y de las mismas materias primas en los organismos.
Pelo, uñas, plumas, cuernos, cartílagos, tendones
Permiten la contracción muscular, el bombeo del corazón, el nado del espermatozoide.
Controlan la actividad celular; constituyentes de algunas hormonas.
Ayudan en la lucha contra microorganismos invasores; coagulan la sangre.
ESTRUCTURAL
CONTRÁCTL
REGULADORA
PROTECTORA
TRANSPORTE
AMINO ÁCIDOS
Símbolo para amino ácido usado aquí.
EJEMPLOS DECADENAS
LATERALES
GrupoCarboxilo
Triptófano
AlaninaGlicina
GrupoAmino Cadena lateral La cadena lateral es la única
parte de cada uno de los 20 aminoácidos que varía en tamaño, forma y carga.
Platos tradicionales en muchas culturas combinan proteínas, que reúnen todos los aminoácidos esenciales.
Enlacespeptídicos
ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNASESTRUCTURA
PRIMARIAESTRUCTURA SECUNDARIA
ESTRUCTURA TERCIARIA
ESTRUCTURA CUATERNARIA
El complejo tridimensional formado por múltiples giros y curvas de la cadena de polipéptido basada en las interacciones entre las cadenas laterales.
El giro tipo sacacorchos o pliegues plisados formados por enlaces de hidrogeno entre los aminoácidos de la cadena polipeptídica
La secuencia de aminoácidos en una cadena polipeptídica, similar a la secuencia de letras que forman una palabra específica.
Dos o más cadenas polipeptídicas unidas.
Enlaces deHidrógeno
Aminoácidos
Proteína Normal
Un ambiente extremo (calor, pH) desarticula la forma y función de la proteína.
ProteínaDesnaturalizada
Esta diapositiva tiene una animación encriptada relacionada con la desnaturalización de las proteínas que la McGraw Hill mantienen en la WEB. Haga clic en cualquier parte de la imagen y será conducido a la animación.
REACCIONES QUÍMICAS FACILITADAS POR LAS ENZIMAS
3 Así, son liberados los dos azúcares simples que forman la lactosa.
1 Cada enzima tiene un sitio activo que tiene un ajuste perfecto para su sustrato.
2 Como una llave en una cerradura, la lactosa se ajusta en el sitio activo de la lactasa. Se rompe el enlace entre los azúcares simples.
Las enzimas pueden ayudar a llevar a cabo reacciones químicas en una variedad de maneras. La enzima lactasa, por ejemplo, rompe el azúcar lactosa de la leche en dos azúcares simples que pueden ser usados para transformarlos en energía.
INTOLERANCIA A LA LACTOSACon sólo una ligera alteración en el sitio activo de una enzima se puede afectar su funcionamiento. Si la enzima lactasa no es sintetizada de una forma correcta, un individuo no puede digerir adecuadamente la leche; una condición llamada intolerancia a la lactosa.
Galactosa
Substrato
Lactosa
Lactasa
Sitio activo
Glucosa
Timina
ÁCIDOS NUCLEICOS (EN DNA)
Un nucleótido contiene un grupo fosfato, un azúcar y una base nitrogenada.
AZÚCAR-FOSFATO
ÁCIDO NUCLEICO: ESTRUCTURA
BASES NITROGENADAS
Grupofosfato
azúcar-fosfato
Bases
Adenina
Guanina
Citosina
ÁCIDO DESOXIRIBONUCLEICO (DNA)DOBLE HÉLICEDos columnas de fosfato- azúcar, enrolladas helicoidalmente una alrededor de la otra, forman la estructura vertical del ADN. Las columnas están conectadas por las bases que sobresalen de sus moléculas de azúcar.
BASES PAREADASLas bases del ADN están conectadas por puentes de H.
Citosina
Puentes de Hidrógeno
Adenina
Guanina
Timina
Adenina SIEMPRE se parea con la timina, y la Guanina SIEMPRE se parea con la citosina.
ÁCIDO RIBONUCLEICO (RNA)
3 En vez de timina, el RNA tiene una base similar llamada uracilo.
ESTRUCTURA DEL RNAHay tres diferencias estructurales entre el RNA y el DNA.
1 La molécula del azúcar en la hebra contiene un oxígeno extra.
2 El RNA tiene sólo una columna de azúcar-fosfato, mientras que el DNA tiene dos.
Uracilo
ÁCIDO RIBONUCLEICO (RNA)
RNA: FUNCIÓNRNA actúa como una molécula intermediaria. Toma instrucciones para la producción de una proteína desde el DNA y luego se mueve hacia otra parte de la célula para dirigir la síntesis (construcción) de una proteína.
DNA ProteínaRNA
